Ein Schrittmotor (engl. Stepping motor) ist ein digital gesteuerter Elektromotor. Er dreht seine Antriebswelle bei jedem Steuersignal um einen bestimmten Winkel. Dieser Schrittwinkel kann je nach Motortyp kleiner als ein Grad sein oder auch 90 Grad betragen. Die Schrittwinkel üblicher Vielzweck-Stepper liegt bei 15 oder 30 Grad. Im Gegensatz zu einem (unmanipulierten) Servomotor kann ein Stepper Schritt für Schritt ständig um 360 Grad rotieren, wenn er entsprechend angesteuert wird.
Schrittmotoren erzeugen ein relativ hohes Drehmoment (Drehwirkung ihrer Kraft) bei einer relativ kleinen Drehgeschwindigkeit. Sie werden daher vorwiegend dort eingesetzt, wo präzise Positionierung gefordert ist, beispielsweise bei Teleskopnachführungen und Scannern.
Es gibt eine breite Palette von Stepper-Typen. Sie unterscheiden sich durch ihre Polzahl, die Art des Rotors, ihren Schrittwinkel, die Art der Verkabelung, ihr Drehmoment usw.
Funktionsprinzip
Die Grafik rechts zeigt vereinfacht das Prinzip eines Schrittmotors mit der Schrittweite von 30 Grad. Der stationäre Teil des Motors (Stator) besitzt sechs elektromagnetische Spulen, die kreisförmig um den drehbar gelagerten Rotor angeordnet sind. Ihr Winkelabstand beträgt je 60 Grad. Es ist immer nur ein Spulenpaar stromdurchflossen (rot) und daher magnetisch. Der Rotor besitzt vier "Zähne" im Winkelabstand von 90 Grad. Er besteht aus einem ferromagnetischen Material oder einem Dauermagneten und wird daher vom Magnetfeld der Spulen angezogen.
Um den Rotor um einen 30-Grad-Schritt weiterzudrehen muss das richtige Spulenpaar von Strom durchflossen werden. Dieses Spulenpar wird magnetisch und dreht den Rotor, so dass sich zwei seiner Rotorzähne zwischen dem aktiven Spulenpaar ausrichten. Für den nächsten Schritt wird der Stromfluss unterbrochen und durch das nächste Spulenpaar gelenkt. Nach dieser Methode kann der Rotor um eine beliebige Zahl von 30-Grad-Schritten gedreht werden. Um den Rotor in die andere Richtung zu drehen, muss lediglich die Folge der aktivierten Spulenpaare umgekehrt werden.
Bitte beachten Sie, dass sich die "Spulenaktivierung" und der Rotor entgegengesetzt drehen.
Der Schrittwinkel kann durch eine größere Zahl von Spulenpaaren und Rotorzähnen verkleinert werden.
Ansteuerung
Schrittmotoren werden häufig über elektronische Leistungsstufen mit MOS-FETs angesteuert. Zu diesem Zweck existieren auch eine Reihe von Steuer-ICs. Durch solche Treiberschaltungen wird die Drehrichtung, die Zahl der Schritte pro Sekunde und eventuell die Beschleunigung gesteuert.
