ステッピングモーター: 完全ガイド

ステッピング モーターは、1 回転を多数のステップに分割するブラシレス同期電動モーターです。フィードバック メカニズムなしで正確な位置決めと制御が可能で、多くの用途に最適です。この完全ガイドでは、ステッピング モーターについて知っておくべきすべてのことを網羅しています。

ステッピングモーターとは何ですか?

ステッピング モーターは、電気パルスを個別の機械的動作に変換する電気機械装置です。モーターがアプリケーションに合わせて慎重にサイズ設定されていれば、フィードバック用の位置センサー (オープン ループ コントローラー) を使用せずに、モーターの位置を移動してこれらのステップのいずれかで保持するように命令できます。

ステッピングモーターの仕組み

ステッピング モーターは電磁気の原理に基づいて動作します。基本構造は永久磁石でできたローターと電磁石を備えたステーターで構成されます。ステーターのコイルに電流が流れると、永久磁石ローターの磁場と相互作用する磁場が生成され、回転が起こります。

コイルの電流の順序とタイミングを正確に制御することで、モーターを個別の回転ステップで動かすことができます。一般的なステップ角度は、15°、7.5°、5°、2.5°、1.8° です。ステップ角度が小さいほど、解像度と位置精度が高くなります。

ステッピングモーターの種類

ステッピングモーターには主に 3 つのタイプがあります。

• 可変抵抗 – 普通の鉄製のローターと、ローターを引き付けるために通電されるステーター極を備えています。
• 永久磁石 – ローターに永久磁石があり、ローターとステーターの磁石間の吸引力/反発力に基づいて動作します。
• ハイブリッド – VR と PM の両方の原理を組み合わせて、小型フォーム ファクターで高出力を実現します。

ハイブリッド バイポーラ ステッピング モーターは最も一般的であり、優れた低速トルクと高速なモーション制御を提供します。

ステッピングモーターの選び方

ステッピングモーターを選択する際に考慮すべき重要な要素:

• トルクと速度の要件 – モーターは適切なサイズで、負荷慣性に適合している必要があります。
• ステップ角度 – ステップ角度が小さいほど、解像度と精度が向上します。
• 双極性か単極性か – バイポーラモーターはより大きなトルクを発生しますが、より複雑なドライバーが必要になります。
• ドライバータイプ – 十分な電流を供給し、インターフェース タイプと一致する必要があります。
• 保持トルク – 滑りを防止するには、負荷トルクよりも大きくする必要があります。
• ** 電圧と電流** – モーターの定格と一致する必要があります。

ステッピングモーターの制御

ステッピング モーターには、各相を順番に通電するための専用ドライバーが必要です。一般的な駆動モード:

• ウェーブドライブ – 一度に通電されるコイルは 1 つだけです。
• フルステップ – 2 つのコイルが同時に通電され、より高いトルクが得られます。
• 半音 – 通電するコイルを 1 つと 2 つに切り替えます。
• マイクロステップ – 解像度を高める正弦波励起。

デジタル I/O ピンまたは専用のステッピング コントローラを使用するマイクロコントローラ インターフェイスは、適切なステップと方向の信号でドライバに指示することにより、モーターの位置と速度を制御できます。

ステッピングモーターとサーボモーター

ステッピングモーターの利点

• 位置、速度、加速度の正確なデジタル制御
• 再現性と精度
• 低速でも高トルク
• 低メンテナンス
• 長寿命

ステッピングモーターの用途

ステッピングモーターは次のような用途に使用されます。

• 自動化機器
• 半導体製造
• 医療機器
• ロボット工学
• 包装機械
• コンピュータ周辺機器
• プリンター/スキャナー
• セキュリティシステム

ステッピング モーターは、その独自の利点により、正確な位置、速度、タイミングを必要とするモーション コントロール システムの不可欠なコンポーネントであり続けます。