Stappenmotoren

Stappenmotoren zijn brushless DC-motoren die in discrete hoeken draaien als gevolg van opeenvolgende elektrische pulsen. Ze zetten digitale signalen om in precieze rotatieposities zonder terugkoppeling, wat open-luspositionering mogelijk maakt. De rotor bevat tanden en magneten die reageren op de aangestuurde statorwikkelingen.

Door de volgorde van excitatie van de windingen te controleren, bewegen de rotor en de tanden in vaste stappen. Een veelvoorkomend staphoek is 1,8 graden per stap (200 stappen per omwenteling); bestaan ook motoren met 0,9° voor hogere resolutie. Microstep-drivers kunnen elke stap verder opdelen om soepelere beweging en hogere resolutie te verkrijgen, terwijl het momentane koppel en de controle hetzelfde blijven.

Er bestaan drie hoofdtypes: permanent-magnetische (PM) stappenmotoren, variabele reluctantie (VR) en hybride stappenmotoren. PM-motoren hebben een rotor met permanente magneten; VR-motoren werken met variërende reluctantie tussen rotor en stator; hybride motoren combineren beide principes en leveren hogere resolutie en beter koppel.

Bediening gebeurt door een stappenmotor-driver die puls- en richting-signalen accepteert. Hiertoe behoren microstepping, correcte spannings- en stroombegrenzing, en geschikte acceleratie- en snelheidsprofielen. Microstepping verdeelt de stap in kleinere stappen, wat trillingen en resonanties vermindert en soepelere beweging mogelijk maakt.

Voordelen zijn onder meer hoog hold-torque bij stilstand, eenvoudige open-loop regeling en relatief lage kosten. Nadelen zijn onder meer dalend koppel bij hogere snelheid, potentieel koppelrimpels door resonanties, en warmteontwikkeling. Vergeleken met servo’s vereisen stappenmotoren doorgaans juist minder complexe aandrijving maar geven geen automatische foutcorrectie zonder feedback.

Toepassingen zijn onder meer 3D-printers, CNC-machines, pick-and-place-systemen, en andere precisie-positioneringsapplicaties. Bij selectie spelen gewenste torque en snelheid, resolutie, afmetingen, koeling en driververmogen een centrale rol.