Es gibt zwei wesentliche Unterschiede zwischen 2-Phasen- und 5-Phasen-Schrittmotoren. Der Erste ist mechanisch bedingt. Ein Schrittmotor besteht grundsätzlich aus Stator und Rotor. Der Rotor wiederum setzt sich aus drei Komponenten zusammen: zwei Rotorsegmenten und einem Permanentmagneten. Bei einem 2-Phasen-Motor besteht der Stator aus acht Magnetpolen mit kleinen Zähnen, beim 5-Phasen-Motor hingegen aus zehn Magnetpolen. Die Pole im Stator sind jeweils mit einer Wicklung versehen. Der zweite Unterschied besteht in der Anzahl der Phasen. Ein 2-Phasen-Motor hat lediglich eine A- und eine B-Phase, während ein 5-Phasen-Motor über fünf Phasen verfügt. Die Anzahl der Phasen bezieht sich im Wesentlichen auf die verschiedenen Polkombinationen des Stators, dessen Wicklungen mit Strom durchflossen werden, um mit Hilfe des Drehfeldes Wechselwirkungen mit dem Rotor zu erzeugen. Wie wirken sich diese Unterschiede nun auf die Leistung aus? Ohne die gebräuchlichsten Antriebsmethoden Wave Drive, Vollschritt, Halbschritt und Mikroschritt zu berücksichtigen, werden im Folgenden die wichtigsten Spezifikationen für 2- und 5-Phasen-Schrittmotoren dargestellt.
Unterschiedliche Motorauflösung
Strukturell unterscheidet sich der 5-Phasen-Schrittmotor nicht wesentlich vom 2-Phasen-Motor, denn der Rotor ist bei beiden Motoren mit 50 Zähnen bestückt. Der Unterschied besteht darin, dass der 5-Phasen-Motor zehn Pole hat (zwei pro Phase), sodass sich der Rotor nur um ein Zehntel einer Stator-Zahnteilung bewegen muss, um mit der nächsten Phase übereinzustimmen. Beim 2-Phasen-Motor muss sich der Rotor hingegen bereits um ein Viertel einer Stator-Zahnteilung bewegen, um sich an der nächsten Phase auszurichten (acht Pole, vier pro Phase). Daraus ergibt sich, dass der 2-Phasen-Motor für jede Umdrehung 200 Schritte (1,8° pro Schritt), der 5-Phasen-Motor hingegen 500 Schritte (0,72° pro Schritt) benötigt. Die höhere Auflösung des 5-Phasen Motors ist somit konstruktionsbedingt. In Verbindung mit einem Mikroschritttreiber kann der 5-Phasen-Motor Schritte bis zu 0,00288° ausführen, wobei die Positions- und Wiederholgenauigkeit immer noch von der mechanischen Genauigkeit des Motors abhängt. Diese beträgt für beide Motoren ±0,05°.
Zusätzliche Phasen verringern Vibrationen
Aufgrund des kleineren Schrittwinkels von 0,72° gegenüber 1,8° fällt die Vibration bei einem 5-Phasen-Motor erheblich geringer aus als bei einem 2-Phasen-Motor. Die folgenden Diagramme zeigen die Vibrationen im Vergleich, der Unterschied ist deutlich zu erkennen. Sie stellen Messwerte zur Vibrationscharakteristik im Mikroschrittbetrieb mit 5.000 Schritten pro Umdrehung dar. Für die Messung wurde ein Generator an einen Motor mit Doppelwelle gekoppelt. Die Motorvibration wird dabei durch die erzeugte Spannung grafisch dargestellt: Je mehr der Motor vibriert, desto größer ist die erzeugte Spannung.
