Schrittmotor als Außenläufer?

[Geistesblitz]

Ich hatte die Idee, dass es doch eigentlich möglich sein müsste, einen Schrittmotor als Außenläufer aufzubauen, also dass der Rotor außen liegt und der Stator innen. Durch den vergrößerten Luftspaltdurchmesser dürfte der Motor dann ja eigentlich ein deutlich höheres Drehmoment aufweisen und die Auflösung ließe sich so auch vergrößern, da so mehr Zähne auf den Umfang passen dürften. Jedenfalls kann ich mir vorstellen, dass sowas bei entsprechender Auslegung, mit noch weiter erhöhtem Durchmesser und Neodymmagneten, die in dem Rotor eingelegt werden, und unter Nutzung von Mikcostepping das ganze doch einen hervorragenden Direktantrieb für Robotergelenke abgeben dürfte, oder auch als vierte Achse für eine CNC-Fräse oder sowas. Dann auch nicht mehr mit einer Welle am Abtrieb, sondern mit einem Anbauflansch. Gibt es vielleicht sogar schon Hersteller, die sowas realisiert haben? Bei meiner bisherigen Recherche bin ich nur auf Außenläufer BLDCs und auf Torquemotoren gestoßen, aber die funktionieren ja eher nach dem Prinzip einer Synchronmaschine und agieren wenn dann als Servoantrieb. Jedenfalls wär das mal ein interessantes Projekt, wie ich finde, nur wüsst ich gerade keine bezahlbaren Möglichkeiten, die Teile für einen Prototypen herzustellen. Jedenfalls wollte ich erstmal noch nachfragen, ob meine Idee so überhaupt sinnvoll klingt. Kann ja auch sein, dass es gute Gründe gibt, warum sowas nicht auf dem Markt existiert.

[Peter(TOO)]

Schnapp dir ein Physik-Buch und lese was du zum Theme "Massenträgheit" findest.

Wenn du jetzt noch an die eigentlich Funktionsweise eine Schrittmotor denkst, wird dir klar, wieso die Bewegte Masse möglichst klein sein sollte.

Aussenläufer werden eigentlich nur für Antriebe mit konstanter Drehzahl. Da bringt die Zusätzliche Masse sogar noch eine Stabilisierung der Drehzahl. Deshalb hat z.B. Studer/Revox beim Bandantrieb Aussenläufer verwendet.

Für Servomotoren hatte ein Herr Faulhaber ein Patent. Sein Glockenanker-Motor verwendete als Aussenläufer eine selbsttragende Spule.
https://www.faulhaber.com/de/produkte/schrittmotoren/

MfG Peter(TOO)

[oberallgeier]

.. Deshalb hat z.B. Studer/Revox beim Bandantrieb Aussenläufer verwendet ..

[OT]Kennt jemand ausser dem engeren Fanzirkel heut noch den Begriff Studer/Revox? (Ich wollte das alte, ererbte Bandgerät meiner Mutter, kein Revox, über die Bucht verscherbeln. Für wenige Flocken Erlös ist mir der Aufwand viel zu schade - diese Technik ist eben total aus der Mode. Und unser erstes Bandgerät war sogar ein Drahtgerät *gg*).[/OT]

[Geistesblitz]

Hmm, ok, an das Trägheitsmoment hab ich dabei noch gar nicht gedacht. Wenn man den Motor aber mit entsprechenden Beschleunigungsprofilen fährt sollte das doch nicht zu sehr ins Gewicht fallen, oder? Außerdem würde sich das doch auch ein wenig mit dem erhöhten Drehmoment ausgleichen.

[Peter(TOO)]

Hmm, ok, an das Trägheitsmoment hab ich dabei noch gar nicht gedacht. Wenn man den Motor aber mit entsprechenden Beschleunigungsprofilen fährt sollte das doch nicht zu sehr ins Gewicht fallen, oder? Außerdem würde sich das doch auch ein wenig mit dem erhöhten Drehmoment ausgleichen.

Der Schritt-Motor ist eine Art Synchron-Motor, kann der Rotor dem Drehfeld nicht folgen, knurrt er noch noch und dreht nicht mehr.

Die maximale Anfahrfrequenz ergibt sich aus der Massenträgheit! Kann man auch sehr gut selber testen. Nimm den nackten Motor und messe die maximale Anfahrfrequenz. Dann montierst du eine Schwungmasse auf die Welle und testest wieder die maximale Schrittfrequenz .....

Sinn eines Schritt-Motors ist es auch einzelne Schritte auszuführen.

OK, etwas vereinfacht:
Im Haltebetrieb stehen sich ungleiche Pole gegenüber, welche sich anziehen.
Macht6 man nun einen Schritt, stehen sich gleiche Pole gegenüber welche sich abstossen. nun muss als erstes die Masse beschleunigt werden. Die Kraft kommt zuerst aus der Abstossung der Pole, wenn sich der Rotor etwas dreht, kommt dann zusätzlich die Kraft aus der Anziehung der ungleichen Pole hinzu.
Beschleunigt wird, bis sich die ungleichen Pole gegenüberstehen, an diesem Punkt hat der Rotor die grösste Geschwindigkeit.
Durch die Massenträgheit dreht der Rotor aber über seine Endposition hinaus und muss erst einmal abgebremst werden.
Nun steht er aber hinter seiner Sollposition und muss wieder in die andere Richtung beschleunigt werden.
Der Rotor pendelt also zuerst um die neue Sollposition herum.
Je grösser die Masse ist, umso stärker ist das Pendeln. Bei einer bestimmten Masse schiesst dann der Rotor so weit über sein Ziel hinaus, dass er sogar mehrere Schritte gemacht hat.

Verwendet man einen Schrittmotor lediglich als Antrieb, welcher über einen grossen Drehzahlbereich einstellbar ist, macht das nichts, allerdings hat man dann keinen Bezug zwischen Schrittzahl und bewegter Strecke mehr.
Beim Positionieren über die Schrittzahl ist dies aber unbrauchbar.

Ein kleiner Haken bei der Massenträgheit liegt in der Formel: kg*m²
Mit doppeltem Abstand vervierfacht sich die Trägheit.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

Ich hatte die Idee, dass es doch eigentlich möglich sein müsste, einen Schrittmotor als Außenläufer aufzubauen, also dass der Rotor außen liegt und der Stator innen. Durch den vergrößerten Luftspaltdurchmesser dürfte der Motor dann ja eigentlich ein deutlich höheres Drehmoment aufweisen und die Auflösung ließe sich so auch vergrößern, da so mehr Zähne auf den Umfang passen dürften. Jedenfalls kann ich mir vorstellen, dass sowas bei entsprechender Auslegung, mit noch weiter erhöhtem Durchmesser und Neodymmagneten, die in dem Rotor eingelegt werden, und unter Nutzung von Mikcostepping das ganze doch einen hervorragenden Direktantrieb für Robotergelenke abgeben dürfte, oder auch als vierte Achse für eine CNC-Fräse oder sowas. Dann auch nicht mehr mit einer Welle am Abtrieb, sondern mit einem Anbauflansch. Gibt es vielleicht sogar schon Hersteller, die sowas realisiert haben? Bei meiner bisherigen Recherche bin ich nur auf Außenläufer BLDCs und auf Torquemotoren gestoßen, aber die funktionieren ja eher nach dem Prinzip einer Synchronmaschine und agieren wenn dann als Servoantrieb. Jedenfalls wär das mal ein interessantes Projekt, wie ich finde, nur wüsst ich gerade keine bezahlbaren Möglichkeiten, die Teile für einen Prototypen herzustellen. Jedenfalls wollte ich erstmal noch nachfragen, ob meine Idee so überhaupt sinnvoll klingt. Kann ja auch sein, dass es gute Gründe gibt, warum sowas nicht auf dem Markt existiert.

ich verstehe die Idee dahinter nicht:
das Drehmoment beim Motor wirkt doch zwischen Motorgehäuse und Achse (Achsmittelpunkt), egal welchen Teil man jetzt fest hält oder welchen man sich frei drehen lässt.
Das Drehmomoment ist konstant für eine bestimmte Drehzahl.
Die Kraft, die am Hebelarm wirkt (Ortsvektor), ist aber umgekehrt proportional zum Radius (Länge des Ortsvektors):

M = r·F // (bei Vektorschreibweise steht hier das Kreuzprodukt)
<=>
F = M/r // (für r≠0)


Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Drehmoment


Was sich also bei einem größeren Luftspalt ändert, ist höchstens die Länge des Ortsvektors, und die Längenänderung ändert nicht das Drehmoment (das bleibt konstant), sondern die resultierende Kraft, und letztere wird dann bei zunehmendem Radius (sogar) umgekehrt proportional kleiner.

[Peter(TOO)]

Nachtrag,

Ein kleiner Haken bei der Massenträgheit liegt in der Formel: kg*m²
Mit doppeltem Abstand vervierfacht sich die Trägheit.

Ich habe da noch etwas vergessen!

Bei doppeltem Durchmesser hast du doppelten Umfang, also, nach deiner Idee, doppelt so viele Pole.
Damit hast du, wenn wir ein konstantes Gewicht pro Pol annehmen, auch die doppelte Masse.

Zur Vervierfachung kommt also noch die doppelte Masse. Du hast dann die 8-fache Massenträgheit.

MfG Peter(TOO)

[RoboHolIC]

[OT]Kennt jemand ausser dem engeren Fanzirkel heut noch den Begriff Studer/Revox? [OT]

Jep, ist sowas ähnliches wie eine Leica für die Ohren.