Hoe kies ik de juiste NEMA 17-motor voor een elektrische focuser?

Kinnunen

Hallo allemaal, ik ben van plan een elektrische focuser te bouwen met een NEMA 17-stappenmotor van Skysmotor. Ik heb een aantal vragen tijdens het selectieproces en zou graag jullie advies willen:

Wat is een geschikt houdkoppel voor een focuser? Is ongeveer 40 N·cm voldoende, of is een hoger koppel aan te raden?
Is het noodzakelijk om een NEMA 17 met een tandwielkast te kiezen, of kan een microstepping-aandrijving ook aan de nauwkeurigheidseisen voldoen?
Is er een significant verschil in focusnauwkeurigheid tussen een staphoek van 1,8° en 0,9°?
Hoe kan ik de impact van trillingen en resonantie op de beeldkwaliteit verminderen bij lage snelheden?
Zijn er speciale aanbevelingen met betrekking tot de motorstroom en warmteafvoer in astrofotografieomgevingen (lage temperatuur, langdurig gebruik)?

Ervaren bouwers horen graag hun modelkeuzes en ervaringen met het oplossen van problemen. Hartelijk dank!

Tadjiro

Beste Kinnunen,

Mijn excuses dat het zo lang heeft geduurd! Ik help je graag verder. Er zijn nog wel een paar dingen voor mij een beetje onduidelijk.

Waarvoor wordt de focuser gebruikt? Gaat het hier om een telescoop? En van welk formaat?

Commerciele focussers gebruiken zo pakweg tussen de 20 en 50 N * cm. Vaak hebben deze een verfijnde aansturing, zodat de motor het focusmechanisme niet kapotdraait wanneer er iets in het systeem blokkeert. Hierom zou ik ook niet aanraden om hoger dan 40 N cm te gaan. Lijkt me een prima keuze!

Hoe meer bewegende componenten je in het systeem introduceert, hoe moeilijker het wordt om nauwkeurig te werken. Het is in mijn mening beter om een stepper motor te gebruiken met een driver die microstepping ondersteunt. Zo verplaats je de nauwkeurigheids-eisen van het mechanisch systeem naar het elektronisch systeem. Dat kan veel complexiteit en afstelling besparen, omdat je minder speling hebt.

Ik kan uit jullie toepassing nog niet lezen of het dan gaat om een direct drive, of een aansturing met een timing belt. Ik denk dat beiden prima voldoen. In het geval dat je kiest voor belt drive, raadt ik aan dat je de motor uitzet wanneer hij niet bezig is (door de enable pin op de driver te gebruiken), zo wordt de motor niet te warm. Wanneer de as te warm wordt, verandert nameliik de aanhechting op de timing belt.

Zowel 1.8° als 0.9° zijn prima. Als je 0.9° gebruikt ben je minder afhankelijk van microstepping, maar dat is niet per se een groot voordeel. Vaak wordt de focusing meer bepaald door de mechanische eigenschappen van de focuser dan door de aandrijving op elektronisch vlak. Op zijn hoogst bereik je met 0.9° een wat meer vloeiende beweging, maar niet per se een meer nauwkeurige.
Moderne drivers geven een veel beperktere resonantie & trilling dan oudere. Ik zou aanraden om een enigszins moderne te gebruiken (TMC2209 of TMC2225 bijvoorbeeld). Een riemaandrijving kan ook een laag trilling dempen vanwege de elasticiteit van de belt. Ook raad ik aan om het systeem niet op hoge spanning te monteren. Als je een hoge spanning op de belt monteert, beweegt het systeem misschien strakker, maar ook met meer trilling. Wanneer je een belt systeem gebruikt, is de angst dat de riem knapt niet de grote uitdaging. De spanning heeft eerder invloed op de hoeveelheid trilling.
Met betrekking tot warmte zou ik vooral denken aan de hoeveelheid stroom die je de motor toekent. De meeste steppers geven een range aan van spanningen en stromen waaronder ze kunnen werken. Je hoeft echt niet meer dan ~40-70% te geven mbt nominale stroom. Het is niet nodig om tegen de bovenkant (of zelfs boven) de range aan stroom te geven. En bovenal, beperk dus de houdstroom (wanneer de motor niet beweegt).

Samenvattend dus

NEMA 17, 1,8°, ongeveer 40 N cm.
Bijvoorbeeld TMC2209-driver met 1/16 of 1/32 microstepping.
Directe koppeling of GT2-riemaandrijving.
Houdstroom verlagen wanneer de focuser niet beweegt.

Ik hoor graag als jullie nog verdere vragen hebben!

Tadjiro Velzel
Elektrotechnicus & roboticaonderzoeker