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Schrittmotor-Ansteuerung Reduzierte Geräuschentwicklung und höherer Wirkungsgrad

Koji Yamada *

Anbieter zum Thema

FAULHABER Antriebssysteme
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
RECOM Power GmbH

Mit dem Stromregler LC898240 und Treiber-IC LV8702V lassen sich neue Ansteuerprofile für Schrittmotoren nutzen, die für BLDC-ähnliche Laufruhe und Wirkungsgrade sorgen.

Bild 1: Eine Stromanpassung entsprechend der Last sorgt für einen effizienteren und leiseren Betrieb mit Überwachung der Gegen-EMK (Monitor BEMF wave und Monitor Wave form).(Bild: ON Semi)
Bild 1: Eine Stromanpassung entsprechend der Last sorgt für einen effizienteren und leiseren Betrieb mit Überwachung der Gegen-EMK (Monitor BEMF wave und Monitor Wave form).
(Bild: ON Semi)

In vielen Fällen ist ein Schrittmotor die beste Lösung für unterschiedliche Anforderungen, wenn gleich er nicht die perfekte oder ideale Lösung darstellt. Geräusche des Schrittmotors können stören, vor allem in industriellen Umgebungen, wenn eine große Anzahl von Motoren gleichzeitig auf engem Raum betrieben wird.

Der Treiber verbraucht auch bei niedriger Drehzahl Strom, was einem umweltfreundlichen Design widerspricht und die Batterielebensdauer in tragbaren Anwendungen verkürzt. Der niedrige Gesamtwirkungsgrad sorgt zudem für eine hohe Wärmeentwicklung, die über einen Lüfter abgeführt werden muss.

Dieser ist zusätzlich in das Produkt zu integrieren. Damit erhöhen sich die Kosten, die Komplexität und der Stromverbrauch und die Zuverlässigkeit des Systems leidet darunter.

Bei alternativen Antrieben mit beispielsweise bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) fehlen die bekannten Nachteile von Schrittmotoren. Mit einer optimierten Antriebssteuerung arbeiten sie hocheffizient, bieten einen ruhigeren und leiseren Lauf aufgrund einer schrittfreien Bewegung, verbrauchen weniger Strom und erzeugen weniger Abwärme.

Allerdings erhöhen sich die Gesamtsystemkosten beim Einsatz eines BLDC-Motors. Zur Ansteuerung sind komplexere Algorithmen erforderlich, die einen Mikrocontroller (MCU) erfordern. Bei einem Wechsel von einem Schrittmotor auf einen BLDC-Motor ist außerdem ein erhebliches Redesign des mechanischen Subsystems erforderlich.

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Hinzu kommt die Entwicklung der Steuerungs-Software. Diese Anforderungen können die Projektkosten und die Zeitdauer bis zur Markteinführung erheblich erhöhen. Nach Abschluss der Entwicklungsphase muss das Team noch langfriste Daten über die Zuverlässigkeit sammeln.

Ohne wesentliches Redesign und teure Komponenten

Eine bessere Lösung wäre es, ließe sich die Ansteuerung des Schrittmotors so effizient wie die eines BLDC-Motors auslegen – mit geringer Geräuschentwicklung, ohne wesentliches Redesign und ohne teure Steuerungskomponenten.

Neue Geräte und Maschinen wären damit leiser, umweltfreundlicher, funktionieren ohne Lüfter und sind zuverlässiger zu gestalten. Verbessert man Schrittmotorantriebe in zwei wesentlichen Punkten, lassen sich bestehende Mechanismen mit BLDC-ähnlicher Leistung erzielen.

Entwickler können damit ihre Ziele erreichen. Dazu zählen die Einstellung bzw. Regelung des Motorstroms und die Erzeugung des Schrittimpulses.

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