αSTEP
Ein Motor auf der Basis eines Schrittmotors mit einer einzigartigen Steuerung, welche die Vorteile von Open Loop und Closed Loop in sich vereint. Die Antriebe sind ideal für Anwendungen zur Steuerung von Position, Geschwindigkeit und Drehmoment.
Suggestions on Solving Problem With Stepper Motors and Servo Motors
αSTEP
Übersicht und Zusatzinformationen
Was ist αSTEP?
Was ist αSTEP (Alpha Step)?
αSTEP ist ein schrittmotorbasierter Motor mit einer einzigartigen Steuerung, die einen offenen Regelkreis (Open Loop Control) mit einem geschlossenen Regelkreis (Closed Loop Control) verbindet.
Schrittmotoren sind Motoren, die Drehwinkel und Drehzahl in einem offenen Regelkreis genau steuern können und die in industriellen Bereichen wie Halbleiterfertigungsanlagen und medizinischen Analysegeräten weit verbreitet sind. αSTEP wurde entwickelt, um die Zuverlässigkeit von Open-Loop-Schrittmotoren zu erhöhen. Wie bei Servomotoren kann αSTEP eine hochpräzise Positionierung und Drehzahlüberwachung sowie eine Steuerung zur Begrenzung des vom Motor erzeugten Drehmoments auf jeden gewünschten Wert bieten. Durch sein hohes Drehmoment im niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich ist er sehr gut für die Positionierung bei kurzen Distanzen geeignet. Ein weiteres attraktives Merkmal ist die umfangreiche Produktlinie, die auch Komponenten mit DC-Stromversorgung und kompakte Größen umfasst.
- *Die Nennleistung eines Servomotors entspricht der Ausgangsleistung bei Nenndrehzahl. Andererseits wird für Schrittmotoren, die sich durch eine hohe Positioniergenauigkeit und ein hohes Drehmoment bei niedrigen und mittleren Drehzahlen auszeichnen, keine Nennleistung angegeben, da es keine Nenndrehzahl gibt. Da sich die Ausgangsleistung eines Schrittmotors je nach Drehzahl stark ändert, ist der Vergleich mit Servomotoren nicht ganz einfach. Um die Ausgangsleistungen trotzdem vergleichen zu können, werden nachstehend Referenzwerte angegeben.
αSTEP schaltet je nach Situation automatisch zwischen Open-Loop- und Closed-Loop-Steuerung um und überwacht dabei ständig die Position und andere Faktoren. Normalerweise wird bei Schrittmotoren die Bewegung durch einen Befehl von der Open-Loop-Steuerung ausgeführt. Übersteigt die Positionsabweichung aufgrund von Überlast ±1,8°, schaltet er wie ein Servomotor auf Closed-Loop Steuerung, um dies auszugleichen.
Die Geschichte von αSTEP
Die AS-Serie des ersten αSTEP wurde 1998 eingeführt. Die AR-Serie wurde 2007 auf den Markt gebracht, um die Forderungen nach Energieeinsparung, geringere Wärmeentwicklung von Motoren sowie Feldbusanbindung zu erfüllen. Der Motor wurde 2008 in Japan mit dem 29. Minister of Economy, Trade and Industry Award für seine Energieeffizienz ausgezeichnet. Im Jahr 2013 wurde dann die AZ-Serie mit einem batterielosen Multiturn-Absolutencoder eingeführt. Dieses Absolutsystem machte Batterien zum Datenerhalt überflüssig. So hat sich der αSTEP in den letzten 20 Jahren ständig weiterentwickelt. Heute finden die Produkte bei unseren Kunden großen Anklang und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. in der Fabrikautomation (FA), in der Halbleiterindustrie, bei der Herstellung elektronischer Bauteile und in der Medizintechnik.
Die Stärken von αSTEP
Aufbau
Schnelles Ansprechverhalten
Kurze Entfernungen können in kurzer Zeit zurückgelegt werden, indem das schnelle Ansprechverhalten des Schrittmotors genutzt wird. Die Motoren können Befehle ohne Verzögerung ausführen.
Zuverlässiger Betrieb auch bei plötzlichen Lastschwankungen und starken Beschleunigungen
Das schnelle Ansprechverhalten im Open-Loop-Betrieb ermöglicht agile Bewegungen. Plötzliche Lastschwankungen werden von der Closed Loop Steuerung berücksichtigt. Bei einer Störung wird ein Alarmsignal ausgegeben.
Kein Hunting
Nach Erreichen der Zielposition kann der Motor diese ohne Hunting halten. Deshalb ist er besonders für Anwendungen geeignet, bei denen Schwingungen im Stillstand Probleme verursachen können.
Ohne Tuning
Da das System im Normalbetrieb mit Open-Loop arbeitet, kann es ohne Tuning auch dann noch problemlos positionieren, wenn Lastschwankungen durch Riemen, Nocken, Ketten usw. auftreten.
Energieeffizient
Reduzierung der Verluste im Motor
Das Material der Blechpakete von Rotor und Stator, der Magnetfluss und die Statorwicklungen wurden optimiert. Bei ca. 1000 U/min, dem Drehzahlbereich mit den höchsten Verlusten, verringern sich diese gegenüber einem herkömmlichen Schrittmotor um etwa 90 W, von 120 W auf 30 W (ohne Last). Die Verluste bei maximaler Last wurden ebenfalls von 80 W auf 25 W reduziert, was einer Reduzierung von etwa 55 W entspricht (Lastfaktor 100 %).
Reduzierter Energieverbrauch des Treibers
Die PWM-Steuerung des Treibers wurde verbessert, um die Verluste deutlich zu reduzieren. Der Energieverbrauch des Motors und des Treibers in Kombination ist ebenfalls stark reduziert. Die Tabelle rechts zeigt einen Vergleich des Energieverbrauchs bei 1000 U/min und zeigt, dass bei einem Lastfaktor von 50 % eine Energieeinsparung von 45 % im Vergleich zu herkömmlichen Motoren erreicht wird.
Geringere Wärmeentwicklung des Motors
Durch die Reduzierung des Energieverbrauchs wird gleichzeitig die Wärmeentwicklung im Motor verringert. Bei herkömmlichen Produkten erreicht die Oberflächentemperatur bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C und einer Drehzahl von 1600 U/min mit dem Fahrprofil 2 Sekunden Fahren und 3 Sekunden Pause etwa 100 °C. Der ARM66AC hingegen weist unter den gleichen Bedingungen eine Oberflächentemperatur von etwa 50 °C auf, wodurch der Temperaturanstieg auf ein Drittel reduziert wird.
Produkübersicht
Neben den Standardmotoren gibt es auch Motoren mit Getriebe und elektrische Aktuatoren, bei denen Motoren mit mechanischen Komponenten kombiniert sind. Treiber sind für eine AC-Stromversorgung (100-120/200-240 VAC) oder DC-Stromversorgung (24/48 VDC) erhältlich. Produkte mit Feldbusschnittstelle sind ebenfalls verfügbar. Die Auswahl von Motoren und Treibern der gleichen Serie innerhalb eines Geräts ermöglicht die Vereinheitlichung von Verdrahtung, Ansteuerung und Wartung, was den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Inbetriebnahme reduziert.
Weltweit verwendbar
Internationale Standards
Produkte sind für einphasige Systeme mit 100-120 bzw. 200-240 VAC und dreiphasige Systeme mit 200 VAC erhältlich, sodass sie weltweit zum Einsatz kommen können. Jede Serie ist nach UL/CSA-Normen zertifiziert, entspricht EN-Normen und trägt die CE-Kennzeichnung.
αSTEP Anwendungen
Der αSTEP kann nicht nur eine hochpräzise Positionierung und Drehzahlüberwachung gewährleisten, sondern auch das vom Motor erzeugte Drehmoment auf einen beliebigen Wert begrenzen. Durch sein hohes Drehmoment im niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich ist er sehr gut für die Positionierung bei kurzen Distanzen geeignet. Ein weiteres attraktives Merkmal ist die umfangreiche Produktlinie, die auch Komponenten für DC-Stromversorgung und kompakte Bauformen umfasst. Er wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, bei denen diese Eigenschaften genutzt werden können. Hier finden Sie einige Anwendungsbeispiele und die wichtigsten Gründe für den Einsatz.
FA (Fabrikautomation)
Die Produkte sind geeignet für Maschinen in der Fabrikautomation, in denen Bewegungen wie Transportieren, Schieben, Ziehen und Greifen erforderlich sind. Die zur Verfügung stehenden Feldbusse und elektrischen Aktuatoren vereinfachen die Einbindung in diese Maschinen.
Maschinen für die Halbleiterindustrie
Die Produkte werden seit vielen Jahren in Halbleiterfertigungsanlagen eingesetzt, die eine Genauigkeit im Mikrometerbereich erfordern. Vibrationen werden nicht nur in Bewegung, sondern auch im Stillstand unterdrückt.
Präzisionstische
αSTEP wird für Präzisionstische verwendet, die eine Position möglichst genau anfahren müssen. Dies wird in einer Vielzahl von Geräten wie Analysatoren und Prüfgeräten gefordert.
Dosier- und Analysesysteme für die Medizintechnik
Die Produkte werden seit vielen Jahren im Bereich der Medizintechnik eingesetzt, wo Zuverlässigkeit und Qualität gefordert sind.
Die Closed-Loop Steuerung gibt bei einer Störung einen Alarm aus.
Wäge- und Verpackungsmaschinen für die Lebensmittelindustrie
Die Produkte werden in Wäge- und Verpackungsmaschinen eingesetzt, die eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erfordern. Ihre Leistung zeigt sich in der wiederholten Positionierung mit kurzen Hüben, z. B. beim Aufkleben von Etiketten, und trägt zu einer kürzeren Taktzeit von Maschinen bei.
Selfmade Roboter
In den letzten Jahren hat der Einsatz der Produkte in Selfmade Robotern zugenommen. αSTEP trägt zur Kompaktheit und zum geringen Gewicht sowie der bei Robotern erforderlichen Zustandsüberwachung und Drehmomentbegrenzung bei.
Beispiele für Maschinen in der Produktion von Oriental Motor
Oriental Motor verwendet αSTEP auch in den eigenen Produktionslinien. Auf der verlinkten Seite werden Informationen von der Planung bis zur Inbetriebnahme der Maschine gezeigt. Neben dem Aufbau und der Systemkonfiguration der Geräte werden wichtige Punkte für die Produktauswahl in jeder Achse erläutert.
Antwort auf Roboterbedürfnisse
Angesichts des Mangels an menschlichen Arbeitskräften steigt die Nachfrage nach Robotern, die menschliche Arbeit ersetzen können. Es gibt auch immer mehr Situationen, in denen Unternehmen den Eigenbau von kompakten Robotern, die die geforderten Arbeiten in einer Produktionslinie ausführen können, in Betracht ziehen. Die αSTEP AZ-Serie ist mit einem Absolutsystem ausgestattet, das eine Batterie überflüssig macht. Die eingesetzten kompakten Schrittmotoren unterstützen die Miniaturisierung beim Eigenbau von Robotern.
Mechanische Multiturn-Absolutencoder reduzieren den Einsatz von Sensoren und machen Batterien überflüssig
Mit der αSTEP AZ-Serie kann die Anzahl der externen Sensoren, wie z. B. Referenzschalter, reduziert werden, was zu einem kompakten Design mit geringerem Verdrahtungsaufwand beiträgt. Der mechanische Multiturn-Absolutencoder [ABZO] behält die Positionsinformationen auch dann bei, wenn die Stromversorgung während des Positioniervorgangs aufgrund eines Not-Aus oder Stromausfalls unterbrochen wird. Da es sich um ein mechanisches System handelt, benötigt es keine Batterie zur Datenspeicherung. Gedanken über die Kosten für den Kauf von Batterien, Probleme während des Betriebs oder Wartungszeiten sind unnötig. Der Sensor der AZ-Serie kann verwendet werden, um Positionsinformationen des Roboters zu übertragen.
Überwachung des Roboterstatus für eine optimale Steuerung
Dosiertes Drehmoment
Das Ausgangsdrehmoment kann begrenzt werden, um Schäden an Mechanismus und Motor zu vermeiden. Bei Erreichen des eingestellten Grenzwerts wird außerdem ein TLC-Signal ausgegeben, das auf der SPS-Seite erkannt und verwendet werden kann.
Erkennung von Störungen und Anhalten ohne Alarm
Anhand von Informationen über Drehmoment und Position können gefährliche Situationen erkannt und vermieden werden. Dazu kann das System auch so konfiguriert werden, dass ein Ausgangssignal an den Host-Controller übermittelt wird, der einen Sofortstopp auslösen kann.
Drehzahl- und Drehmomentbeschränkungen für verschiedene Betriebsbereiche
Signale können basierend auf Informationen von externen Quellen wie z. B. Bereichssensoren ausgewertet und der Betrieb auf voreingestellte Drehmoment- und Drehzahlstufen umgeschaltet werden.
Motorzustände können überwacht und erfasst werden.
Benutzerdefinierte Schwellwerte können für die vorbeugende Wartung und zur Verbesserung der Gerätesicherheit genutzt werden.
Überwachung der Motortemperatur
Die Temperatur der Robotermotoren kann in Echtzeit überwacht werden.
Monitor für kumulierte Last
Die Änderung des Motorlastfaktors in Abhängigkeit der Zeit wird ermittelt. Damit können Veränderungen z. B. durch zunehmenden Verschleiß erkannt werden.
ODO/TRIP-Meter
Hiermit kann die Summe aller Umdrehungen des Motors überwacht werden. Dies kann für vorbeugende Wartungsarbeiten usw. verwendet werden.
Kompakte und leichte Motoren verringern die Belastung von Roboterarmen
Es steht eine breite Palette an kompakten und leichten Motoren und Aktuatoren zur Verfügung. Auch als Endeffektoren tragen sie zur Verkleinerung des Roboters bei und verringern die Belastung der Roboterarme.
Verwandte Produkte
Wir bieten auch eine Robotersteuerung an, mit der Roboter mit Motoren der αSTEP AZ-Serie leicht eingerichtet, programmiert und betrieben werden können.
Produktübersicht
αSTEP Produktübersicht
αSTEP AZ-Serie
-
Mechanischer Multiturn-Absolutencoder
Die Erkennung der Absolutposition ist im Bereich von ±900 Umdrehungen (1.800 Umdrehungen)* der Motorwelle möglich.- *Motoren mit den Flanschmaßen 20 und 28 mm (30 mm) haben ±450 Umdrehungen (900 Umdrehungen).
- Batterielos
Da die Positionssinformationen mechanisch durch den ABZO-Sensor verwaltet werden, bleiben sie auch dann erhalten, wenn der Strom abgeschaltet oder das Kabel zwischen Motor und Treiber getrennt wird.
Produktübersicht
| Serie | AZ-Serie | |
|---|---|---|
| Eigenschaften |
|
|
| Positionserkennung |
ABZO (Batterieloser Multiturn-Absolutencoder) 
|
|
| Motorauflösung | 0,036˚-3,6° | |
| Referenzierung | Mechanischer Anschlag | ○ |
| Externer Sensor | ○ | |
| Absolutsystem | Keine Batterie erforderlich | |
| Dauerbetrieb | △ (Möglich bis zu einer Motortemperatur von 85 °C) |
|
| Motoren |
Standard |
|
| Aktuatoren |
Elektrische Linearführungen |
|
| Treiber |
Mit Takteingang |
|
| Verfügbare Feldbusse |
EtherNet/IP™ |
|
| Verkettung von Fahrsätzen | ○ | |
| Funktion zur Stromunterbrechung | ○ | |
| Funktion zur Datenerfassung | ○ | |
Motoren/Aktuatoren
Produktübersicht: Motoren/Motoren mit Getriebe
Es steht eine breite Palette von Motoren zur Verfügung, die vom kleinsten Motor der Branche mit einem Flanschmaß von 20 mm bis zu einer großen Auswahl verschiedener Getriebemotoren reicht. Die optimale Version kann anhand von Drehmoment, Genauigkeit (Getriebespiel) und Preis ausgewählt werden.
Standard
Flanschmaß 20 mm-85 mm
Mit TS/TH-Getriebe(Geradverzahnung)
Flanschmaß 42 mm-90 mm
Mit FC-Winkelgetriebe
(Stirnradverzahnung)
Flanschmaß 42 mm, 60 mm
Mit PS-Getriebe
(Planetenverzahnung)
Flanschmaß 28 mm-90 mm
Mit HPG-Getriebe
(Harmonic Planetary®)
Flanschmaß 40 mm-90 mm
Mit Harmonic-Getriebe
(Harmonic Drive®)
Flanschmaß 30 mm-90 mm
Produktübersicht: Elektrische Aktuatoren mit Motoren der αSTEP AZ-Serie
Oriental Motor bietet viele verschiedene Aktuatoren an, die mit Motoren der AZ-Serie ausgestattet sind, um den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht zu werden. Alle Motoren und Aktuatoren können mit den gleichen Ansteuerungen verwendet werden. Durch die Wahl von Produkten, die mit der AZ-Serie ausgestattet sind, kann auf externe Sensoren verzichtet werden, was Installation und Inbetriebnahme vereinfacht.
Elektrische Linearführungen
Elektrische Zylinder
Kompakte Elektrozylinder
Rotierende Aktuatoren mit Hohlwelle
Elektrische Greifer
Zahnstangensysteme
Treiber
Treiber mit Feldbus
Es sind Treiber mit den Feldbusschnittstellen EtherNet/IP, PROFINET bzw. EtherCAT verfügbar.
Die Treiber werden über ein einziges Kommunikationskabel mit dem Hostsystem verbunden, sodass der Verdrahtungsaufwand gering ist.
mini-Treiber der αSTEP AZ-Serie
Diese kompakten Treiber können über Kommunikation gesteuert werden. Durch den Wegfall von Schaltern und I/O-Steckern sind die Treiber kleiner und leichter geworden. Das kompakte Design benötigt nur wenig Bauraum. Bei der Montage an beweglichen Teilen hilft das Gewicht von nur 56 g Lastmoment und Trägheitsmoment zu reduzieren. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Konstruktion von Mechanik und Schaltschrank.
Treiber mit integriertem Controller
Bei dieser Version werden die Fahrsatzdaten im Treiber eingestellt und dann vom Hostsystem ausgewählt und ausgeführt. Die Verbindung zwischen dem Hostsystem und der Steuerung wird mit einer der folgenden Methoden durchgeführt: I/O, Modbus (RTU)/RS-485-Schnittstelle oder Feldbus. Mit einem Netzwerkkonverter (separat erhältlich) ist die Kommunikation über CC-Link, MECHATROLINK und EtherCAT möglich.
Treiber mit Takteingang
Die Bewegung wird gemäß dem Taktsignal an den Treiber ausgeführt. Die Motorsteuerung erfolgt über ein kundenseitiges Positioniermodul (Taktgeber).
Die Parametrier-Software MEXE02 kann auch zur Überprüfung der Alarmhistorie und zur Überwachung der Statusinformationen verwendet werden.
Wenn man sich noch nicht für eine Serie entschieden hat
Auswahlhilfe
Mit dieser Auswahlhilfe kann die Produktserie gefunden werden, die am besten für die Anwendung geeignet ist. Zur Unterstützung stehen mehrere Anwendungsbeispiele zur Auswahl.
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Anwendungsbeispiele
Es werden Lösungsvorschläge für verschiedene Anwendungen gezeigt. Diese umfassen sowohl bereits in der Produktion eingesetzte Lösungen als auch Vorschläge für weitere Anwendungen.
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