Unipolare und bipolare Schrittmotor sind die beiden am häufigsten in Werkzeugmaschinen anzutreffenden Varianten. Obwohl diese beiden Motoren das gleiche grundlegende Funktionsprinzip haben, unterscheiden sie sich erheblich in ihrer Wicklungskonfiguration, Drehmomentabgabe und Steuerungskomplexität.

Was ist ein Schrittmotor?

Es ist wichtig, Schrittmotor zu verstehen, bevor man sich mit den Unterschieden zwischen unipolaren und bipolaren Schrittmotor befasst. Ein elektromechanisches Gerät, das elektrische Impulse präzise in mechanische Bewegungen umsetzt, wird als Schrittmotor bezeichnet. Schritte werden verwendet, um die Drehung des Motors zu steuern, und jeder Impuls, den der Motor empfängt, gibt eine bestimmte Bewegung vor. Dadurch eignen sich Schrittmotor für Anwendungen, bei denen Genauigkeit von entscheidender Bedeutung ist, wie z. B. 3D-Drucker, CNC-Maschinen und Roboter.

Unipolare Schrittmotor

Die Mittelabgriffe an den Wicklungen eines unipolaren Schrittmotors ermöglichen, dass der Strom in einer Richtung durch jede Wicklungshälfte fließt. Dies bedeutet, dass zu jedem Zeitpunkt nur die Hälfte der Wicklung zum Erzeugen eines Magnetfelds verwendet wird, was den Steuerkreis vereinfacht, da der Strom nicht umgekehrt werden muss. Unipolare Schrittmotor sind für ihre einfachen Treiberschaltungen und die geringere Komplexität der Steuerung bekannt.

Hauptmerkmale von Unipolarmotoren:

  • Wicklungskonfiguration: Jede Wicklungsphase hat einen Mittelabgriff, wodurch die Wicklung effektiv in zwei Hälften geteilt wird.
  • Stromfluss: Der Strom fließt immer nur in eine Richtung, entweder durch die eine oder die andere Hälfte der Wicklung.
  • Drehmoment: Reduziertes Drehmoment im Vergleich zu bipolaren Schrittmotoren, da immer nur die Hälfte der Wicklung mit Strom versorgt wird.
  • Steuerkreis: Einfacher und kostengünstiger, da der Treiberkreis den Stromfluss nicht umkehren muss.
  • Anwendungen: Ideal für kostengünstige Anwendungen, bei denen die Einfachheit des Steuerkreises wichtiger ist als das Drehmoment, wie z. B. kleine Roboter und Verbrauchergeräte mit geringem Stromverbrauch.

Bipolare Schrittmotor

Im Gegensatz dazu haben bipolare Schrittmotor keine mittig angezapften Wicklungen. Stattdessen fließt der Strom durch die gesamte Wicklung, aber die Stromrichtung muss umgekehrt werden, um das zum Drehen des Motors erforderliche Magnetfeld zu erzeugen. Dies erfordert eine komplexere Steuerschaltung, die eine H-Brücke enthält, um die Stromrichtung in jeder Wicklung zu ändern. Bipolare Schrittmotoren nutzen jedoch die gesamte Wicklung effizienter, was zu einem höheren Drehmoment im Vergleich zu unipolaren Motoren führt. Wichtige Merkmale bipolarer Motoren:

  • Wicklungskonfiguration: Es gibt keine Mittelanzapfungen in den Wicklungen und die gesamte Wicklung wird während des Betriebs genutzt.
  • Stromfluss: Der Strom muss in der Wicklung die Richtung umkehren, was eine H-Brücken-Steuerschaltung erfordert.
  • Drehmoment: Bipolare Schrittmotoren bieten im Vergleich zu unipolaren Motoren ein höheres Drehmoment, da die gesamte Wicklung genutzt wird.
  • Steuerschaltung: Komplexer und teurer, da eine H-Brücke zur Stromumkehr erforderlich ist.
  • Anwendungen: Häufig in industriellen und Präzisionsanwendungen wie CNC-Maschinen, Automatisierungssystemen und Robotern, bei denen ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistung entscheidend sind.
Besonderheit Unipolarer Schrittmotor Bipolarer Schrittmotor
Wicklungskonfiguration Wicklung mit Mittelanzapfung Vollwicklung ohne Mittelanzapfungen
Aktueller Fluss Der Strom fließt pro Phase in eine Richtung. Der Strom muss mit einer H-Brücke umgekehrt werden
Drehmoment Geringeres Drehmoment durch Verwendung von Halbwicklungen Höheres Drehmoment durch Nutzung der gesamten Wicklung
Komplexität des Steuerkreises Einfach und kostengünstig Komplex aufgrund der H-Brücken-Anforderung
Treiberschaltung Einfacher zu gestalten und weniger teuer Erfordert mehr Komponenten und kostet mehr
Anwendungen Kleine Robotik, Anwendungen mit geringem Stromverbrauch Industrielle Automatisierung, Präzisionsgeräte
Wärmeerzeugung Geringer, da nur die Hälfte der Wicklung genutzt wird Höher, da die gesamte Wicklung bestromt wird

Kraft und Wirksamkeit

Ein wesentlicher Unterschied zwischen unipolaren und bipolaren schrittmotor liegt in der Drehmomenterzeugung. Bipolare Schrittmotoren nutzen ihre Wicklungen im Allgemeinen effizienter, da die gesamte Wicklung immer eingeschaltet ist, was zu einem höheren Drehmoment führt. Im Gegensatz dazu nutzen unipolare Motoren zu einem bestimmten Zeitpunkt nur die Hälfte ihrer Wicklungen, was das verfügbare Drehmoment reduziert.

Besonderheit Unipolarer Schrittmotor Bipolarer Schrittmotor
Drehmoment (relativ) Niedrig bis mittel Mittel bis Hoch
Effizienz Geringer, da nur eine halbe Wicklung verwendet wird Höher, da volle Wicklungsausnutzung
Energieaufnahme Untere Höher
Wärmeableitung Mäßig Höher

Komplexität des Steuerkreises

Ein weiterer wichtiger Unterschied ist die Komplexität des Steuerkreises. Unipolare Motoren haben ein viel einfacheres Design, da sie keine Stromumkehr benötigen. Dadurch sind unipolare Motoren leichter zu steuern, da sie normalerweise keinen H-Brückenkreis benötigen. Im Gegensatz dazu erfordern bipolare Motoren die Verwendung einer H-Brücke, um die Stromrichtung umzukehren, was das Steuersystem komplexer macht.

Besonderheit Unipolarer Schrittmotor Bipolarer Schrittmotor
Steuerkreis Einfach und kostengünstig Komplex, erfordert H-Brücke
Treiberkosten Niedrig Höher
Kontrollflexibilität Untere Höher

Anwendungen von unipolaren und bipolaren Schrittmotoren

Die Wahl eines unipolaren oder bipolaren Schrittmotors wird in erster Linie durch die jeweilige Anwendung bestimmt. Wenn Sie mit Geräten mit geringem Stromverbrauch arbeiten, bei denen Kosten und Einfachheit wichtige Überlegungen sind, sind unipolare Schrittmotoren wahrscheinlich die beste Wahl. Diese Motoren werden häufig in folgenden Bereichen eingesetzt:

  • Kostengünstige 3D-Drucker
  • Kleine Robotik
  • Unterhaltungselektronik
  • Einfache Automatisierungssysteme

Wenn Ihre Anwendung hingegen ein hohes Drehmoment und eine präzise Steuerung erfordert, sind bipolare Schrittmotoren die bessere Wahl. Diese Motoren eignen sich hervorragend für Anwendungen wie:

  • CNC-Maschinen
  • Industrierobotik
  • Medizinische Geräte
  • Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungssysteme

Abschluss

Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen beiden Motoren ist entscheidend, um den richtigen für Ihre spezifische Anwendung auszuwählen. Wenn Sie mehr über bipolare oder unipolare Schrittmotoren erfahren möchten, können Sie uns direkt kontaktieren.