Dauermagnetschrittmotor

Der Dauermagnetschrittmotor verfügt über eine Statorbauweise, die der des Einzelstapel-Variable-Reluktanzmotors sehr ähnelt. Sein Rotor, zylindrisch geformt, besteht aus Dauermagnetpolen, die aus hochkohaesivem Stahl hergestellt sind. Auf dem Stator sind die konzentrierenden Wicklungen, die sich auf diametral gegenüberliegenden Polen befinden, in Reihe geschaltet, wodurch eine zweiphasige Wicklung gebildet wird.

Die Ausrichtung der Rotorpole an den Statorzähnen hängt von der Anregung der Wicklung ab. So sind beispielsweise die beiden Spulen AA’ in Reihe geschaltet, um eine Wicklung für Phase A zu bilden. Ebenso sind die beiden Spulen BB’ in Reihe geschaltet, um eine Phase B-Wicklung zu erstellen. Die nachfolgende Abbildung zeigt einen 4/2-Pol-Dauermagnetschrittmotor und bietet eine visuelle Darstellung seiner strukturellen und wicklungstechnischen Konfiguration.

In Abbildung (a) fließt der Strom von Anfang bis Ende der Phase A. Die Phasenwicklung ist als A bezeichnet, und der Strom wird mit iA+ gekennzeichnet. Diese Abbildung zeigt den Fall, wenn die Phasenwicklung mit dem Strom iA+ angeregt wird. Als Folge davon wird der Südpol des Rotors vom Statorpol A angezogen. Daher stimmen die magnetischen Achsen von Stator und Rotor genau überein, und die Winkelverschiebung α=0°.

Ähnlich fließt in Abbildung (b) der Strom von Anfang bis Ende der Phase B. Der Strom wird als iB+ bezeichnet, und die Wicklung ist als B markiert. In Abbildung (b) kann man erkennen, dass die Wicklung der Phase A keinen Strom führt, während Phase B durch den Strom iB+ angeregt wird. Der Statorpol zieht dann den entsprechenden Rotorpol an, was zur Drehung des Rotors um 90 Grad im Uhrzeigersinn führt. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Winkelverschiebung α=90°.

Abbildung (c) zeigt eine Situation, in der der Strom von Ende zu Anfang der Phase A fließt. Dieser Strom wird mit iA− dargestellt, und die Wicklung ist als iA− gekennzeichnet. Es ist zu beachten, dass der Strom iA− eine Richtung entgegengesetzt zu iA+ hat. In diesem Fall ist die Phase B-Wicklung deaktiviert, während die Phase A-Wicklung durch den Strom iA− aktiviert wird. Folglich dreht sich der Rotor weiter um 90 Grad im Uhrzeigersinn, und die Winkelverschiebung erreicht α=180°.

In Abbildung (d) oben fließt der Strom vom Ende zum Anfangspunkt der Phase B, gekennzeichnet als iB−, und die entsprechende Wicklung ist als B− bezeichnet. In diesem Moment ist Phase A deaktiviert, während Phase B angeregt wird. Als Ergebnis dreht sich der Rotor weitere 90 Grad, und die Winkelverschiebung α erreicht 270°.

Um eine volle Umdrehung des Rotors, also α=360°, zu erreichen, bewegt sich der Rotor weitere 90 Grad, wenn die Wicklung der Phase B deaktiviert und Phase A angeregt wird. Bei einem Dauermagnetschrittmotor wird die Drehrichtung durch die Polarität des Phasenstroms bestimmt. Für eine Drehung im Uhrzeigersinn lautet die Reihenfolge der Phasenanregung A, B, A−, B−, A, während für eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn die Reihenfolge A, B−, A−, B, A ist.

Die Herstellung eines Dauermagnetrotors mit einer großen Anzahl von Polen stellt erhebliche Herausforderungen dar. Daher sind diese Arten von Schrittmotoren in der Regel auf große Schrittweiten begrenzt, die zwischen 30° und 90° liegen. Diese Motoren haben eine höhere Trägheit, was zu einer geringeren Beschleunigungsrate im Vergleich zu Variable-Reluktanz-Schrittmotoren führt. Sie haben jedoch den Vorteil, dass Dauermagnetschrittmotoren einen größeren Drehmoment als Variable-Reluktanz-Schrittmotoren erzeugen können.