Fragen zu Unipolaren Schrittmotoren

Hallo Freunde

Nachdem ich umfangreiche Versuche mit dem StepRocker von Trinamic und diversen Schrittmotoren gefahren hab, immerhin konnte ich es mit den diversen möglichen Einstellungen schaffen meinen Schrittmotor in Vollschritten und Topgeschwindigkeit zu fahren, nach dem zuvor ich nur mit einer hohen Mikroschrittanzahl es geschafft habe eine nur geringere geschwindigkeit zu erreichen, jetzt zu den Unipolaren Schrittmotoren.
Als erstes möchte ich diesen kleinen 4-Phasen-Unipolaren Schrittmotor aus einem Floppylaufwerk verwenden um auf meinem Modellsegelboot das Steuerrad entsprechend dem Ruderausschlag drehen zu lassen.

Bild hier  

Bei meinen Recherchen im Internet habe ich einen Schaltungsvorschlag gefunden, inklusive der Art wie die diversen Spulen geschaltet werden müssen, damit man Vollschritt, niedriger und Vollschritt höherem Drehmoment betreiben kann, wie auch in halben Schritten für exaktesten Lauf. verwendet wird ein ULN2003. Meine Frage. Die 4 Phasen, über die Leitung herausgeführt, werden über den ULN2003 an die Pins eines uC geführt, dort wird in Software die Anregung der Spulen programmiert. Es erscheint aber auch ein „Common” Anschluss der an die +12VDC angeschlossen wird. Am Motor ist kein solcher Anschluss! Das gilt auch für die anderen Motoren! damit verbunden die Frage, gibt es ein teil kleiner als der ULN2003, ich brauche ja nur 4 Phasen und den COM für die Beschaltung eines Motors? Am liebsten in Oberflächenmontage, oder noch besser mit einem Controller integriert.

Naja der ULN2003 wirkt im Prinzip ja nur wie ein Transistor, also kannst du auch einfach diese nehmen. Einen ULN2003 als SMD habe ich hier noch liegen, sogar in etwas größerer Stückzahl, falls du welche brauchst.

Dennis

Hallo!

@ Helmut

Ich würde dir empfehlen dein Stepper mit Ohmmeter zu untersuchen. Ich weiss nicht ob ich gleichen habe, aber meiner aus einem Floppylaufwerk ein 2-Phasen bipolarer Schrittmotor ist (hat zwei voreinender isollierte Spulen). ;)

Das habe ich auch getan, mit zwei baugleichen Typen. Wenn ich einen meiner großen bipolaren sSchrittmotor angeschlossen habe konnte ich diese wunderbar steuern, mit diesen Kleinen leider nicht. Sie haben nach der Messung mit dem Ohmmeter tatsächlich innen 2 Spulen mit gleichem Widerstand. Daher bin ich davon ausgegangen, es seien bipolare Schrittmotoren!
Ich lege 12VDC an und habe den maximalen Strom zuerst auf 500mA begrenzt und 256 Mikroschritte eingestellt. Dann bin ich langsam mit der Geschwindigkeit hoch gegangen. Anschließend habe ich den maximalen Strom auf 1A erhöht und wieder die Geschwindigkeit hochgegangen. Dann habe ich mit langsamen Lauf und Reduzierung der Anzahl Mikroschritte versucht, kein Erfolg.
Ich habe dann wieder einen großen Schrittmotor angeschlossen und die Parameter zurückgesetzt, dann lieg dieser problemlos! Da war ich mit meinem Latein am Ende. Auch Versuche mit anderen solchen Schrittmotoren aus dem Drucker das Gleiche.

Schrittmotore mit 4 Anschlüssen und 2 getrennten Spulen sind bipolar. Warum deine Steuerung nicht geht, weiß ich nicht (möglicherweise die Anschlüsse vertauscht), aber mit vier Transistoren ala` ULN2003 läßt der sich nicht ansteuern.

MfG Klebwax

Das ist bedingt richtig denke ich. Da ein so kleiner Schrittmotor das steuerrad drehen soll, abgestimmt auf die Ruder Tätigkeit, kann man mit 4 Ausgängen eines mega8 z. B. und dem ULN2003, der mit 12 VDc versorgt wird, direkt den Schrittmotor auch bipolar mit bis zu 500 mA bei 12VDc versorgen, oder?

Nein ! Das hat nichts mit klein zu tun (auch nicht mit Drehzahl oder Drehmoment) sondern mit dem Prinzip der Ansteuerung.

MfG Klebwax

Das verstehe ich nicht! Ich kann doch mit einem Controiller und dem ULN2003 einen 12V Schrittmotor, der für die Anwendung mit den 500mA des ULN mehr als ausreichend ist, diesen Ansteuern damit er das Steuerrad eines Modellsegelbootes dreht, oder? Mehr noch, und das ist das schöne am ULN2003. Ich kann sowohl bipolare wie unipolare Schrittmotoren steuern, wenn weder eine hohe geschwindigkeit noch viel Leistung erwartet wird. Per Software sorge ich dann für die richtigen Signalfolgen.

Ja natürlich geht das. Warum auch nicht? ALLE Controller machen nichts anderes als die Windungen richtig anzusteuern. Also warum solltest du das mit Software nicht auch können?

Es geht nicht!

Ein Schrittmotor hat 2 Spulen (außer Sonderkonstruktionen). Die möglichen Zustände sind: kein Strom, Strom in die eine Richtung, Strom in die andere Richtung. Dazu braucht man eine Brückenschaltung.

Eine vereinfachte Version funktioniert mit einer Spule mit Mittelanzapfung. Die kommt an die Versorgung, und ein einfacher Transistor an jedem Ende reicht, Strom mal in die eine oder andere Richtung fließen zu lassen. Das ist dann ein unipolarer Motor. Da jedesmal nur durch die halbe Spule Strom fließt, ist die Leistung geringer als bei bipolarer Ansteuerung.

Einen Schrittmotor, bei dem die Mittelanzapfung der Spulen herausgeführt sind, kann man unipolar oder bipolar ansteuern, einen mit nur 4 Anschlüssen nicht.

MfG Klebwax

Ich denke Klebwax du hast die Antwort selber um 18:55 gegeben. Diese Floppy-Motoren werden wohl bipolare Schrittmotoren sein! Zum 2. Punkt: Legt man ans Ende "A" der Spule logisch "0" und ans Ende "B" logisch "1", dann liegt eine Stromrichtung vor. Kehrt man das um und tut man ans Ende "A" logisch "1" und ans Ende "B" logisch "0", dann fliesst der Strom durch die Spule in umgekehrte Richtung, richtig Klebwax? Der ULN2003 an 12VDC angeschlossen, sorgt dann dafür, das an den Enden wo ich vom Controller eine logisch "1" anlege, 12VDC anliegen und zwar bis zu 500mA dauerhaft. Ein Fehler in meinem Denken? Aber lieber Klebwax, ich will hier keine rechthaberische Diskussion führen. Ich danke dir für deine Äußerung, dass die Schrittmotoren bipolar sein sollten, da dort keine Mittelanzapfung herausgeführt wurde. Muss wohl so sein, dass ich 2 defekte erwischt habe!

Der Motor ist ein bipolarer (ein Unipolarer hat wenigstens 5 Anschlüsse).

Nur mit dem ULN2003 kann man so einfach keine bipolaren Motoren ansteuern, denn das IC kann nur Strom in die eine Richtung liefern. Es geht mit Widerständen die viel Leistung verbraten - aber für Batteriebetrieb ist das ungeeignet. Für einen Test sollte es aber reichen: Für so einen Motor könnten 20-50 mA etwa hinkommen, das wären dann je etwa 200-470 Ohm (besser 1 W oder mehr) als Widerstand vom Ausgang der ULN2003 nach 12 V, und das ganze für jeden der 4 Anschlüsse. Wie viel Strom der Motor verträgt ließe sich über die Widerstände abschätzen - die Grenze ist meist die thermische Belastbarkeit.

Die kleinen Motoren werden sehr wahrscheinlich deutlich weniger als 500 mA vertragen - nachdem man es mit einer 500 mA Steuerung versucht hat, ist es nicht unwahrscheinlich das der Motor jetzt kaputt ist. Schrittmotoren sind sonst recht robust, so das vorher ein Defekt unwahrscheinlich war.

Ein Test ob der Motor noch geht, wäre über den mechanischen Widerstand beim drehen: ohne Strom sollte man da etwas Widerstand spüren, aber nicht viel. Mit Strom von etwa 10-50 mA durch eine Spule sollte es deutlich schwerer gehen, und das für beide Spulen etwas gleich stark.

Zitat:

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Zitat von Hellmut

Ich denke Klebwax du hast die Antwort selber um 18:55 gegeben. Diese Floppy-Motoren werden wohl bipolare Schrittmotoren sein! Zum 2. Punkt: Legt man ans Ende "A" der Spule logisch "0" und ans Ende "B" logisch "1", dann liegt eine Stromrichtung vor. Kehrt man das um und tut man ans Ende "A" logisch "1" und ans Ende "B" logisch "0", dann fliesst der Strom durch die Spule in umgekehrte Richtung, richtig Klebwax? Der ULN2003 an 12VDC angeschlossen, sorgt dann dafür, das an den Enden wo ich vom Controller eine logisch "1" anlege, 12VDC anliegen und zwar bis zu 500mA dauerhaft. Ein Fehler in meinem Denken? Aber lieber Klebwax, ich will hier keine rechthaberische Diskussion führen. Ich danke dir für deine Äußerung, dass die Schrittmotoren bipolar sein sollten, da dort keine Mittelanzapfung herausgeführt wurde. Muss wohl so sein, dass ich 2 defekte erwischt habe!

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"rechthaberische", nun ja, dein Motor hat recht, er geht nicht.

Schau dir mal die Innenschaltung des ULN im Datenblatt an. Da schaltet nichts nach 12V. Der schaltet nach GND, und nur nach GND. Er besteht eigentlich nur aus 7 Darlingtontransistoren. Zusätzlich sind da 7 Dioden drin, damit man induktive Lasten nach GND schalten kann. Also: der Kanal an den eine 1 angelegt wird, wird auf GND geschaltet (ein Transistor invertiert das Signal), wird eine 0 angelegt, wird garnichts geschaltet, es fließt kein Strom.

Du brauchst eine Brücke oder zwei Halbbrücken zum Ansteuern, der ULN2003 ist keine Brücke.

MfG Klebwax

Danke für den Input! Den Motor schliesse ich an den StepRocker von Trinamic. Schliesse ich alternativ einen anderen Schrittmotor an gehts perfekt! Den ULN2003 kenne ich als Komponente zum Schalten von FETs. Bei unipolaren Schrittmotoren habe ich die Schaltungen mit diesem gesehen!

Zitat:

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Zitat von Hellmut

Den ULN2003 kenne ich als Komponente zum Schalten von FETs.

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Dafür ist er eigentlich nicht gut geeignet, weil er nur nach GND schaltet. Aus deiner Antwort wird für mich aber deutlich, daß du dir die Innenschaltung des ULN immer noch nicht angesehen (und verstanden) hast.

Und wenn du eine fertige Steuerung benutzt, benutze sie wie es der Hersteller vorgibt (Motoren, Stromversorgung etc). Es sei denn, du verstehst das so gut, daß du eigentlich eine bessere bauen köntest, und dir nur die Arbeit für Schaltplan, Layout und Bestückung sparen willst.

MfG Klebwax

@Klebwax: ich werde mir über Google die Bilder zu den unipolaren Schrittmotoren mit dem ULN2003 ansehen und einen versuchsaufbau machen. ich hoffe du bist weiter so geduldig mit mir!
Erstmal eine positive nachricht, die kleinen Schrittmotoren aus den Laufwerken sind also tatsächlich bipolare schrittmotoren, die Lamelle auf der Rückseite war kein „Common-Anschluss”! Der Tip mit der drehbarkeit, ich dachte ihn gemacht zu haben, ergab dass der eine immer blockiert war, der andere OK. Habe dann 5VDC an einer der Spulen angelegt und die Schwergängigkeit verifiziert. Danach ging alles Top und ich konnte den kleinen Schrittmotor gut steuern. danke an alle für die Geduld.
jetzt eine Frage zu diesem Motor, er stammt aus einen CD-Laufwerk und drreht diese:

Bild hier  

das Laufwerk hat 11 Anschlüsse. Wer kann dazu was sagen? Das Laufwerk hat 9 Spulen. man kann sie von der seite geschaut sehen:

Bild hier  

das ist zwar nicht dergleiche Motor, sieht von der Seite aber genauso aus.

Hallo!

Zitat:

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Zitat von Hellmut

Wer kann dazu was sagen?

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Meine Vermutung: 9-phasig unipolar mit 9 Spulen im Stern + GND + Tachoausgang. ;)

Danke. Wo finde ich info dazu?

Habe übrigens den defekten kleinen Schrittmotor geöffnet. Der Grund war eine Verstellung der sehr primitiven Lagerung der Welle! Da ich solch einen Motor für das Drehen des Steuerrades vorgesehen habe, kann ich das jetzt vergessen. Viel zu labil und nicht in der Lage das Steuerrad zu halten! Selbst bei der Kompassrose vermutlich ungeeignet, da viel zu labil! Ja, ja, ich weiss das später niemand die Kompassrose drehen sieht!

P.S.: Das kan kein unipolarer Motor sein. Beim Durchklingeln piept es nie! Schaut man daraufhin genauer auf die Platine, siehe Bild, dass liegt die Vermutung auf einen BLDC-Motor in Sternschaltung. Da befinden sich diverse Elektronikkomponeten auf der Platine! Bei unipolar müssten irgendwo die Spulen Durchmessbar sein, also beim Durchklingeln klingeln, oder? Hier der Link zu einen artiekl der den Typ nennt!

Zitat:

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Zitat von Hellmut

jetzt eine Frage zu diesem Motor, er stammt aus einen CD-Laufwerk und drreht diese:

das Laufwerk hat 11 Anschlüsse. Wer kann dazu was sagen? Das Laufwerk hat 9 Spulen. man kann sie von der seite geschaut sehen:

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Das ist ein 3 Phasen BLDC mit 3 analogen Hallsensoren. Und ich möchte wetten, daß es 6 und nicht 9 Spulen sind. An den Anschlüssen liegen: positive und negative Versorgung der Hallsensoren, je ein positiver und negativer Ausgang der 3 Hallsensoren und die 3 Motorphasen. Wenn ich richtig zähle macht das 11 Leitungen.

Diesen Motor könnte man möglicherweise relativ einfach im "Schrittmotorbetrieb" langsam ansteuern, aber er hat dann eine große Schrittweite. Aber auch dazu braucht man Halbbrückenschaltungen, in diesem Fall 3.

MfG Klebwax

Es können auch drei seriell bzw. paralell zusammenverbundene Wiklungen sein, da werde ich ohne Messungen mit Ohmmeter sicher nicht wetten. ;)

Ich bin mit dem Ohmmeter ran gegangen und habe vom 1. Kontakt, im Bild oben also von unten der 1. Kontakt, die Widerstände gemessen:
1 zu 2: 376R
1 zu 3: 329R
1 zu 4: 408R
1 zu 5: 425R
1 zu 6: 426R
1 zu 7: 420R
1 zu 8: 505R
1 zu 9: unendlich
1 zu 10: unendlich
1 zu 11: unendlich
11 zu 10: 2,2R
9 zu 10: 2,2R
9 zu 11: 2,2R

Es sind tatsächlich 9 Spulen.
9, 10 und 11 sind jeweils mit einem Spulendraht (Widerstand=0) verbunden.
Die Leitungen sind mit den 3 kleinen schwarzen Käfern mit 4 Pins verbunden.

Sorry, aber aus deinen widersprüchlichen Daten, kann ich mir den Aufbau deines Motors nicht vorstellen, da einmal z.B. zwischen 9 zu 10 2R2 und einmal 0 ist. Normaleweise müsste man zwischen allen Kontakten zueinander Messen und Phasen (Spulen) mit gleichem Widerstand finden versuchen, also 1 zu 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 2 zu 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, usw.

Wenn man den Motor zerlegt hat, könte man möglicherweise die mit Hallsensoren (schwarze "Käfer" mit 4 Pins) verbundene Anschlüsse davon ausschliessen. Ich weiss, dass es ziemlich mühsam ist, hilft aber leider nix anderes, wenn man den Motortyp genau wissen/ermitteln möchte. Ohne Gewähr kann ich nach Anzahl von Hallsensoren bestätigen, wie Klebwax schrieb, dass es 3-phasiger BLDC mit jeweils 3 seriel verbunden Spulen ist, also 6 Ansclüsse + 3 Hallsensoren + seine Spannungsversorgung + GND = 11. ;)

Habe ich mich missverständlich ausgedrückt. So zu sagen bei dem "unter dem Rock" schauen des Motors, also zwischen Platine un Rotor, habe ich 3 Lötpunkte gesehen die je ein Kabel von je einer Spule kommend aufnahmen. Die 0R ist das Durchklingeln vom Lötpunkt an den zugehörigen Kontakt! Ich werde morgen versuchen, besseres Licht, ob ich ein kurzes Video machen kann, welches die 9 Spulenzeigt.

Ich habe bei mir ein Motor aus CD Laufwerk (war in einem Laptop) mit 12 sichtbaren Spulen und auch 3 Hallsensoren gefunden (siehe zweites Foto). Es sind 3 x 4 seriell alle in gleicher Richtung gewickelte Spulen und das abgewickelte Lackkupferdraht hat Widerstand ca. 1,4 Ohm (siehe erstes Foto nach dem Abwickeln). Wie die 3 Spulen miteinander verbunden waren, weis ich leider nicht, aber auf der Platine nur drei Anschlüsse als U,V und W bezeichnet waren (bin fast sicher, dass im Dreieck, wie bei Bürstenmotoren).

Die Spulen waren bei mir direkt an den auf der Platine sichtbaren SMD Controller angeschlossen. Am Rotor innen Ø ca. 25 mm habe ich mit kleinem Schraubendreher 18 (also 9 paare) Magnetpolen festgestellt ( :confused: ) und Abstand zwischen Mitten der Hallsensoren, die sich zwischen den Spulen ca. 10 mm von der Rotorachse befinden (links vom Controller), beträgt ca. 5,5 mm.

Ehrlich gesagt ist mir die Anzshl der Magnetpolen am Rotor nicht ganz klar. :(

Zitat:

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Zitat von Hellmut

Ich bin mit dem Ohmmeter ran gegangen und habe vom 1. Kontakt, im Bild oben also von unten der 1. Kontakt, die Widerstände gemessen:
1 zu 2: 376R
1 zu 3: 329R
1 zu 4: 408R
1 zu 5: 425R
1 zu 6: 426R
1 zu 7: 420R
1 zu 8: 505R
1 zu 9: unendlich
1 zu 10: unendlich
1 zu 11: unendlich
11 zu 10: 2,2R
9 zu 10: 2,2R
9 zu 11: 2,2R

Es sind tatsächlich 9 Spulen.
9, 10 und 11 sind jeweils mit einem Spulendraht (Widerstand=0) verbunden.
Die Leitungen sind mit den 3 kleinen schwarzen Käfern mit 4 Pins verbunden.

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Wie kommst du auf 9 Spulen? Du siehst doch die drei Spulen an Pin 9, 10 und 11. Und du schreibst Widerstand = 0 und drei Zeilen vorher Widerstand = 2,2 Ohm. Was nun?

Es sind entweder 6 Pole mit 6 Einzelspulen, von denen je zwei zusammengehören, oder ein vielfaches davon wie beim Motor von PICture. Da bilden 4 Spulen eine Phase.

Pin 1 bis 9 sind die Hallsensoren. Widerstandsmessungen an Sensoren, die Spannung liefern sind sinnfrei. Solange sie nicht versorgt werden, kann man nichts vernünftiges messen. Und wenn man durch Messen einen Hinweis (und auch nicht mehr) erhalten will, muß man jeden Anschluß gegen jeden messen. Dann noch einmal mit anders herum gepoltem Messgerät, um etwaige Diodenstrecken zu identifizieren. Und dann eigentlich alles noch einmal mit einer Messspannung, die kleiner ist als eine Diodenschwellspannung. Einfacher ist es, das Layout nachzuzeichnen.

MfG Klebwax

Hier ein Bild:

Bild hier  

Hier sind 3 der neun Spulen die einen Winkel von 120° einnehmen.

Bild hier  

Hier die 3 Lötpunkte, wo die Kabel der Spulen auf der Platine verlötet sind. Mehr Lötpunkte kann ich nicht erkennen, da ich nicht weiss wie ich den Rotor von der Platine abbekomme ohne den Motor zu zerstören. An Klebwax: Ich hatte bereits geschrieben, die 0R waren eine missverständliche Äußerung, es war nur das Durchklingeln um fest zu stellen mit welchem Kontakt diese Lötpunkte verbunden sind!

Zitat:

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Zitat von Hellmut

Hier sind 3 der neun Spulen die einen Winkel von 120° einnehmen.

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Du siehst Pole, aber nicht die Spulen.

Zitat:

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Mehr Lötpunkte kann ich nicht erkennen

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Es sind auch nicht mehr da.
Anhang 22716

Ich hatte vorhin geschrieben, Pin 1 bis 9 sind die Sensoren, es sind aber nur 1 bis 8. Pin 9, 10 und 11 sind die Spulen, wie du ja schon gemessen hast. Leg mal so auf 100mA strombegrenzt jeweils an zwei der drei Anschlüsse eine Spannung an, alle Kombinationen in beiden Polaritäten und markier dir die Positionen des Rotors. Dann hast du schon das ganze Geheimniss des Motors ergründet.

Aber Vorsicht, die Sensoren könnten 100mA übelnehmen. Also nicht an Pin 1 bis 8.

MfG Klebwax

P.S. Ich hab nicht extra einen aufgemacht, hab ihn nur hervorgekramt.

@ Hellmut

Die Anzahl der sichtbaren Spulen, wie Klebwax schrieb, hat mit Polenanzahl nur wenig zu tun. Ich habe z.B. auch einphasige (weil 1 Hallsensor) 8-polige BLDC's mit nur einer Spule: https://www.roboternetz.de/community...l=1#post546883 .

Bei 3-phasigen Motoren (weil 3 Hallsensoren) lässt sich einfach feststellen, wieviel seriell/paralell verbundenen Spulen eine Phase bilden. In deinem fall bilden eben 3 Spulen eine Phase, weil 9 / 3 = 3 ist. ;)