Schrittmotor vs. Servomotor vs. BLDC: Top-Motor-Leitfaden für kompakte Maschinen

Welchen Motor sollte ich verwenden? Soll es ein Schrittmotor sein? Ein Servomotor? Oder ein bürstenloser Gleichstrommotor? Wenn Sie den falschen Motor wählen, kann Ihr Projekt scheitern. Dieser Leitfaden macht die Sache einfach. Ich erzähle Ihnen, was ich gelernt habe, um Ihnen zu helfen, den richtigen Motor für Ihre kleine Maschine auszuwählen. So sparen Sie Zeit und Geld. Dieser Artikel ist ein einfacher Weg, damit Ihr Projekt gut funktioniert.

Was ist ein Schrittmotor und warum sollten Sie ihn für Ihr Projekt wählen?

Beginnen wir mit dem Schrittmotor. Ich verwende einen Schrittmotor häufig für Projekte, bei denen eine einfache und genaue Steuerung der Position erforderlich ist. Man kann sich einen Schrittmotor als einen Motor vorstellen, der sich in kleinen, festgelegten Abständen bewegt. Jeder Abstand ist ein "Schritt". Ein voller Kreis besteht aus vielen dieser einzelnen Schritte, vielleicht 200 Stück. Diese besondere Art der Bewegung ist für viele Aufgaben ideal. Sie können den Motor anweisen, eine bestimmte Anzahl von Schritten zu fahren. Er bewegt sich dann an die richtige Stelle und bleibt dort stehen.

Das Tolle an einem Schrittmotorsystem ist, wie einfach es ist. Man braucht keinen ausgefallenen Sensor, der die Position zurückmeldet. Dies ist ein sogenanntes "Open-Loop"-Steuerungssystem. Die Steuerung vertraut darauf, dass der Motor jeden Schritt macht, der ihm aufgetragen wurde. Für eine Aufgabe, bei der eine niedrige Geschwindigkeit und eine gute Leistung erforderlich sind, um die Position zu halten, ist ein Schrittmotor oft die beste Wahl. Die Steuerung ist einfach, der Treiber ist simpel, und das ganze System kostet sehr wenig. Das macht den Schrittmotor zu einer beliebten Wahl, wenn man eine Maschine von sich aus bewegen muss, ohne viel Geld auszugeben. Das einfache Design eines Schrittmotors macht ihn zu etwas, auf das man sich verlassen kann.

Wann ist ein Servomotorensystem für eine Anwendung sinnvoller?

Lassen Sie uns nun über den Servomotor sprechen. Ich wähle einen Servomotor, wenn mein Projekt schneller und genauer sein muss als ein Schrittmotor. Ein Servomotor ist Teil eines "Closed-Loop-Steuerungssystems". Das bedeutet, dass er einen Sensor hat, der Encoder genannt wird. Dieser Geber sendet ständig Informationen an die Steuerung zurück. Diese Informationen oder Rückmeldungen teilen der Steuerung die genaue Position des Motors, seine Geschwindigkeit und die Richtung mit, in die er sich bewegt. Befindet sich der Motor nicht an der richtigen Stelle, korrigiert die Steuerung dies sofort.

Dieses Rückkopplungssystem macht bei vielen Maschinenkonstruktionen einen großen Unterschied. Ein Servomotor kann mit einer sehr hohen Geschwindigkeit laufen und geht nicht verloren. Außerdem kann er bei jeder Geschwindigkeit, von langsam bis schnell, eine hohe Drehkraft erzeugen. Wenn Ihre Aufgabe schnelle und korrekte Bewegungen erfordert, ist ein Servomotor die richtige Wahl. Stellen Sie sich einen Roboterarm vor, der sich schnell bewegen und genau an einer Stelle anhalten muss. Ein Schrittmotor könnte einen Schritt verpassen, wenn die Arbeit zu schwer ist, aber ein Servomotor erkennt den Fehler und korrigiert ihn. Das Steuerungssystem ist etwas komplexer, aber es funktioniert erstaunlich gut.

Was ist der bürstenlose Gleichstrommotor (BLDC) und seine einzigartige Rolle?

Der dritte Motor auf unserer Topliste ist der bürstenlose Gleichstrommotor, auch BLDC-Motor genannt. Ich sehe einen BLDC-Motor als eine neuere Art von Motor, der nicht viel Energie verschwendet. Ein normaler Gleichstrommotor hat kleine Kohlenstoffteile, die "Bürste" genannt werden. Diese Bürstenteile nutzen sich nach einer Weile ab. Ein bürstenloser Gleichstrommotor hat keine Bürste. Er verwendet intelligente elektronische Bauteile, um den Strom an die richtige Stelle im Motor zu leiten. Dadurch ist der bürstenlose Gleichstrommotor sehr zuverlässig und hält sehr lange. Außerdem kann er über viele Jahre hinweg leise laufen.

Da es keine Bürsten gibt, die sich abnutzen, ist ein bürstenloser Gleichstrommotor ideal für Arbeiten, die ständig ohne Unterbrechung laufen müssen. Sie sind auch sehr gut im Umgang mit Energie. Das bedeutet, dass sie mehr Strom in Bewegung umwandeln und weniger Wärme erzeugen. Ein guter Stromverbrauch ist sehr wichtig für Geräte, die mit Batterien betrieben werden. Ein bürstenloser Gleichstrommotor ist häufig in Drohnen, Elektrorollern und Lüftern in Computern zu finden. Das Steuersystem verwendet Sensoren, z. B. Hall-Effekt-Sensoren, um zu wissen, wo sich der Rotor befindet. Dadurch kann die Steuerung dem Motor die richtige Energie zuführen. Ein BLDC-Motorsystem kann sehr gleichmäßige Bewegungen und hohe Geschwindigkeiten ermöglichen.

Schrittmotor vs. Servomotor: Die Hauptunterschiede für Ihr Motorsystem

Ich werde oft nach den großen Unterschieden bei der Wahl zwischen einem Stepper und einem Servo gefragt. Um dies zu verdeutlichen, habe ich eine einfache Tabelle erstellt. Diese Tabelle zeigt die wichtigsten Punkte jedes Motorsystems Seite an Seite. Das Verständnis dieser Unterschiede ist ein wichtiger Bestandteil bei der Auswahl des richtigen Motors für Ihr Design.

Wie Sie sehen können, hängt die Wahl von Ihren Bedürfnissen ab. Für einen einfachen Job, der nicht viel kostet und bei dem Sie eine Position halten müssen, ist der Schrittmotor eine gute Wahl. Für einen Auftrag mit hoher Geschwindigkeit, bei dem eine sehr genaue Bewegung erforderlich ist, ist der Servomotor der klare Gewinner. Die für einen Servomotor erforderliche Steuerung ist fortschrittlicher, aber er liefert viel bessere Ergebnisse.

Wie wähle ich den richtigen Motor für meine Systemanforderung?

Die Auswahl des richtigen Motors kann schwierig sein, aber ich habe einige Ratschläge für Sie. Zunächst sollten Sie sich ein paar wichtige Fragen zu Ihrem Projekt stellen. Die Antworten werden Ihnen zeigen, welcher Motor am besten geeignet ist. Sie sollten sich zunächst überlegen, was Ihr Projekt wirklich braucht. Der beste Weg zum Erfolg ist, einen Motor zu finden, der perfekt zu Ihrer Aufgabe passt.

Denken Sie zunächst an die Bewegung. Welche Art von Bewegung brauchen Sie? Brauchen Sie eine Drehbewegung, die nicht aufhört, wie bei einem Rad oder einem Ventilator? Dafür ist ein bürstenloser Gleichstrommotor eine gute Wahl. Müssen Sie sich zu einem exakten Punkt oder Winkel bewegen und dort bleiben, wie ein Zeiger auf einer Maschinenskala? Dann ist ein Schrittmotor genau das Richtige für Sie. Oder benötigen Sie schnelle und knifflige Bewegungen, die schnell auf Geschwindigkeit gebracht werden müssen, wie bei einem Roboter, der Dinge aufhebt und abstellt? Das ist eine Aufgabe für einen Servomotor. Die Art der Bewegung ist ein sehr wichtiger Faktor bei der Auswahl des richtigen Motors.

Als Nächstes müssen Sie sich mit der Geschwindigkeit und dem Drehmoment befassen. Wie schnell muss sich Ihre Maschine bewegen? Wie viel Drehkraft, auch Drehmoment genannt, muss der Motor haben? Machen Sie eine Liste mit diesen Angaben. Wenn Sie ein hohes Drehmoment benötigen, aber nur bei niedriger Geschwindigkeit, ist ein Schrittmotor eine gute Wahl, die nicht viel kostet. Wenn Sie ein hohes Drehmoment benötigen, auch wenn Sie sehr schnell fahren, müssen Sie einen Servomotor in Betracht ziehen. Ein bürstenloser Gleichstrommotor kann eine gute Mischung aus Geschwindigkeit und Drehmoment bei geringer Größe bieten. Es ist wichtig, hier nicht zu raten. Ein Motor, der nicht genügend Drehmoment hat, wird für Ihre Aufgabe nicht geeignet sein.

Welche Steuerung und Kommunikation ist für jeden Motortyp erforderlich?

Jeder Motortyp benötigt ein spezielles System, um ihn zu steuern und mit ihm zu kommunizieren. Ein Schrittmotor ist der einfachste. Er benötigt einen Treiber. Der Treiber erhält einfache Schritt- und Richtungssignale von einem Hauptsteuergerät. Dann wandelt er sie in die elektrische Leistung um, die erforderlich ist, damit sich der Motor einen Schritt bewegt. Die Informationen gehen nur in eine Richtung. Der Controller sagt dem Motor, was er tun soll, aber der Motor sendet keine Informationen zurück.

Ein Servomotor-System ist ein bisschen intelligenter. Es braucht eine Steuerung, die mehr kann. Diese Steuerung erhält den Befehl, eine bestimmte Stelle anzufahren. Er überprüft dann anhand der Informationen des Encoders, wo sich der Motor wirklich befindet. Die Steuerung sendet dann genau die richtige Menge an Strom an den Motor, um ihn in die richtige Position zu bringen. Die Kommunikation erfolgt in beide Richtungen. Diese Hin- und Her-Kommunikation ist der Grund, warum der Servomotor so genau ist. Das System muss über diese Kommunikation verfügen, um zu funktionieren.

Ein bürstenloser Gleichstrommotor braucht auch einen intelligenten Regler. Der Controller muss die Position des Rotors kennen, um den Strom in der richtigen Reihenfolge an die Spulen zu senden. Dies geschieht oft mit Hall-Effekt-Sensoren, die sich im Motor befinden. Die Kommunikation zwischen dem Sensor und dem Steuergerät trägt dazu bei, dass sich der Motor sehr gleichmäßig dreht. Einige neuere BLDC-Motorsysteme können auch ohne Sensor arbeiten. Das macht die Konstruktion des Motors einfacher. Der Antrieb für diese Art von Motor muss ein guter Partner für diesen speziellen Motor sein.

Wie wirkt sich die motorische Integration auf die Kosten Ihres Abschlussprojekts aus?

Wenn Sie ein System bauen, müssen Sie bedenken, wie viel alles zusammen kosten wird. Der Preis des Motors ist nur ein Teil der Gesamtkosten. Ich habe schon viele Leute gesehen, die sich für einen billigen Schrittmotor entschieden haben. Dann stellen sie fest, dass die Zusammenstellung des gesamten Systems später teurer wird. Man muss alles in Betracht ziehen.

Ein vollständiges Bewegungssteuerungssystem besteht aus einigen wenigen Teilen. Sie haben den Motor, einen Treiber oder Controller, eine Stromversorgung und die richtigen Kabel. Für einen Servomotor benötigen Sie außerdem einen Encoder. Jedes Teil erhöht den Preis. Ein Schrittmotorsystem ist oft die Wahl, die am Anfang am wenigsten kostet. Der Motor ist billig, und der Treiber ist einfach. Aber wenn er nicht stark oder schnell genug ist, brauchen Sie vielleicht einen größeren Motor oder ein Getriebe. Das erhöht die Kosten und macht das System größer.

Ein Servomotorensystem ist in der Anschaffung zunächst teurer. Der Motor mit dem darin enthaltenen Encoder ist teurer. Die Steuerung kann mehr, und sie kostet auch mehr. Dafür können Sie aber auf verschiedene Weise Geld sparen. Da er den Strom so gut nutzt, können Sie vielleicht ein kleineres Netzteil verwenden. Weil er so gut funktioniert, können Sie vielleicht eine schnellere Maschine bauen, die mehr Arbeit erledigt. Der Einbau der Rückkopplungseinrichtung in das System ist bereits erledigt. Wenn Sie eine neue Maschine bauen, müssen Sie die Gesamtkosten betrachten und sehen, wie gut sie funktioniert, um die beste Wahl zu treffen. Großartige Unternehmen wie Anaheim Automation haben viele verschiedene Motor- und Steuerungsoptionen im Angebot. Die Wahl muss etwas sein, das Sie sich leisten können.

Können wir einige Anwendungsbeispiele für jeden Motor sehen?

Wenn man sieht, wo jeder Motor eingesetzt wird, fällt die Auswahl leichter. Ich möchte Ihnen einige alltägliche Beispiele für den Einsatz der Motoren aus meiner eigenen Arbeit vorstellen. Sie sollen Ihnen helfen zu erkennen, welcher Motortyp für Ihr Projekt geeignet ist.

Hier finden Sie einige gängige Aufgaben für jeden Motor:

• Schrittmotor-Anwendungen:
  • 3D-Drucker und CNC-Maschinen: Ein Schrittmotor eignet sich hervorragend, um den Druckkopf oder das Schneidwerkzeug in eine exakte Position zu bringen.
  • Medizinische Scanner: Diese Maschinen benötigen langsame, exakte und gleichmäßige Bewegungen, was ein Schrittmotor leisten kann.
  • Büroausstattung: Drucker und Scanner verwenden einen Schrittmotor, um das Papier und den Scannerteil zu bewegen.
  • Kamera-Halterungen: Um eine Kamera von selbst von einer Seite zur anderen oder nach oben und unten zu bewegen, bietet ein Schrittmotor eine gute Kontrolle.
• Servomotor-Anwendungen:
  • Industrieroboter: Ein Servomotor sorgt für die Geschwindigkeit und Genauigkeit, die für Roboterarme benötigt wird.
  • Automatisierte Verpackungsmaschinen: Ein Servomotor kann schnell und korrekt Etiketten anbringen oder Flaschen abfüllen.
  • Hochgeschwindigkeitsfertigung: Jede Maschine, die selbständig schnelle und schwierige Bewegungen ausführen muss, verwendet einen Servomotor.
  • Verteidigungssysteme: Ein Servomotor wird verwendet, um ein Gerät sehr schnell und korrekt auszurichten.
• Bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) Anwendungen:
  • Drohnen und RC-Fahrzeuge: Ein BLDC-Motor ist klein, stark und hat eine gute Leistung, was perfekt für das Fliegen ist.
  • Computer-Kühlgebläse: Ein bürstenloser Gleichstrommotor kann über viele Jahre hinweg leise und ununterbrochen laufen.
  • Elektrische Fahrräder und Motorroller: Das Hinterrad ist oft mit einem großen bürstenlosen Gleichstrommotor ausgestattet, der es in Bewegung setzt.
  • Haushaltsgerät: Viele neue Kühlschränke und Klimaanlagen verwenden einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der leise arbeitet und weniger Strom verbraucht.

Was sind die folgenden Schritte bei der Auswahl Ihres Motors?

Sie haben eine Menge gelernt. Jetzt ist es an der Zeit, eine Wahl zu treffen. Hier sind die letzten Schritte, die ich Ihnen empfehle, um den besten Motor auszuwählen. Dieser einfache Prozess wird Ihnen helfen, eine gute Wahl zu treffen. Sie können diesen Leitfaden für Ihr nächstes Automatisierungsprojekt verwenden.

Erstellen Sie zunächst eine Liste der Aufgaben, die Ihr Projekt erfüllen muss. Was ist das wichtigste Teil für Ihre Maschine? Sind es niedrige Kosten? Ist es eine hohe Geschwindigkeit? Ist es eine sehr genaue Kontrolle über die Position? Oder ist es eine lange Lebensdauer und ein guter Stromverbrauch? Seien Sie ehrlich zu dem, was Sie wirklich brauchen. Diese Liste wird Ihnen als Leitfaden dienen. Wenn zum Beispiel die Kostenersparnis für Sie am wichtigsten ist und die Geschwindigkeit keine Rolle spielt, ist ein Schrittmotor wahrscheinlich Ihre beste Wahl. Wenn Genauigkeit das Wichtigste ist, müssen Sie einen Servomotor in Betracht ziehen.

Zweitens müssen Sie herausfinden, wie viel Arbeit der Motor zu leisten hat. Sie müssen wissen, wie viel Drehkraft und Geschwindigkeit Sie benötigen. Wie viel Gewicht muss der Motor bewegen? Wie schnell? Wie schnell muss er auf Touren kommen? Diese Zahlen sind sehr wichtig. Viele Unternehmen, die Motoren verkaufen, wie z. B. Anaheim Automation, bieten auf ihren Websites Tools an, die Ihnen helfen, die richtige Motorgröße zu finden. Dies ist ein sehr wichtiger Schritt. Wenn Sie einen zu kleinen Motor wählen, wird Ihr Projekt nicht funktionieren. Wenn Sie einen zu großen Motor wählen, wird er teurer und nimmt mehr Platz in Anspruch.

Denken Sie schließlich an die Teile, die den Motor steuern, und daran, was Sie können. Fühlen Sie sich wohl bei der Verwendung eines einfachen Steuerungssystems? Oder können Sie die Einstellungen für einen geschlossenen Regelkreis für einen Servomotor vornehmen? Der Treiber und die Steuerung sind genauso wichtig wie der Motor. Achten Sie darauf, dass Sie ein Gesamtsystem wählen, bei dem jedes Teil gut mit den anderen zusammenarbeitet. Ein gutes Unternehmen kann Ihnen einen Motor und einen Treiber verkaufen, die aufeinander abgestimmt sind. Das macht es viel einfacher, alles zusammen zu bauen.

Meine abschließenden Überlegungen zur Auswahl eines Motors für Ihre Maschine

Meiner Erfahrung nach gibt es nicht den einen Motor, der für jede kleine Maschine "der Beste" ist. Der beste Motor ist derjenige, der perfekt zu Ihrer speziellen Aufgabe passt. Der Schrittmotor, der Servomotor und der bürstenlose Gleichstrommotor sind allesamt wunderbare Werkzeuge. Jeder hat seine eigenen Vorzüge. Ihre Aufgabe als Konstrukteur oder Ingenieur ist es, diese Vorzüge zu verstehen und sie mit dem zu verbinden, was Sie mit Ihrem Projekt erreichen wollen.

Ich hoffe, dieser Leitfaden hat Ihnen geholfen, die wichtigsten Unterschiede zu verstehen. Denken Sie daran, dass Sie Ihr gesamtes System betrachten müssen. Der Motor ist nur ein Teil des gesamten Systems. Der Controller, der Treiber und die Stromversorgung sind ebenfalls wichtig. Wenn Sie sorgfältig darüber nachdenken, was Sie in Bezug auf Geschwindigkeit, Drehmoment, Positionskontrolle und Kosten benötigen, können Sie sich bei Ihrer Wahl sicher sein. Der richtige Motor wird Ihnen helfen, eine bessere Maschine zu bauen, auf die Sie sich mehr verlassen können. Nutzen Sie das hier Gelernte für Ihr nächstes Projekt, und Sie werden auf dem besten Weg sein, großartige Projekte zu bauen, die von selbst funktionieren.

Das Wichtigste zur Erinnerung:

• Schrittmotoren eignen sich hervorragend für eine einfache, kostengünstige Positionskontrolle bei niedrigen Geschwindigkeiten.
• Servo-Motoren sind die beste Wahl für schnelle, sehr genaue Arbeiten, die ein Rückmeldesystem erfordern.
• Bürstenlose DC-Motoren (BLDC) sind perfekt für effizientes, leises und ununterbrochenes Arbeiten, insbesondere in Geräten, die mit Batterien arbeiten.
• Definieren Sie zunächst Ihre Bedürfnisse: Erstellen Sie zunächst eine Liste mit den Anforderungen Ihres Projekts an Drehmoment, Geschwindigkeit und Genauigkeit.
• Betrachten Sie das gesamte System: Die Gesamtkosten und der Aufwand für die Einrichtung umfassen den Motor, den Treiber, die Steuerung und andere Teile.
• Passen Sie den Motor an die Anwendung an: Für jede Aufgabe gibt es den richtigen Motor. Dieser Leitfaden hilft Ihnen, ihn zu finden.