ステッピングモーターのしくみ

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この投稿では、ステッピングモーターについて学びます。ステッピングモーターとは何か、その基本的な動作メカニズム、ステッピングモーターの種類、ステッピングモード、そして最後にその長所と短所を探ります。

ステッピングモーターとは?

ステッピングモーターはブラシレスモーターで、回転軸(ローター)が決められたステップ数で1回転します。回転の階段状の性質のために、それはステッピングモーターとしてその名前を取得します。



ステッピングモーターは提供します 回転角の正確な制御 とスピード。これは開ループ設計です。つまり、回転を追跡するためのフィードバックメカニズムは実装されていません。

速度を変えたり、回転方向を変えたり、瞬時に1つの位置にロックしたりできます。ステップ数は、ローターに存在する歯の数によって決まります。例:ステッピングモーターが200の歯で構成されている場合、



360(度)/ 200(歯数)= 1.8度

したがって、各ステップは1.8度になります。ステッピングモーターは、マイクロコントローラーとドライバー回路によって制御されます。レーザープリンター、3Dプリンター、光学ドライブ、ロボット工学などで広く使用されています。

基本的な動作メカニズム:

ステッピングモーターは、固定子またはモーターの非可動部分と呼ばれる絶縁銅線で巻かれたいくつかの極で構成されている場合があります。モーターの可動部分はローターと呼ばれ、いくつかの歯で構成されています。

固定子またはモーターの非可動部分と呼ばれる絶縁銅線で巻かれた極の数を示すステッピングモーター

1つの極に通電すると、最も近い歯がその通電した極と整列し、ローターの他の歯がわずかにオフセットするか、他の非通電の極と整列しなくなります。

次のポールがオンになり、前のポールがオフになります。これで、位置合わせされていないポールが現在オンになっているポールと位置合わせされ、これにより1つのステップが実行されます。

次の極がオンになり、前のポールがオフになります。これにより別のステップが実行され、このサイクルが数回継続して1回転します。

ステッピングモーターがどのように機能するかを示すもう1つの非常に簡単な例を次に示します。

一般に、ローターの歯は、北極と南極が交互に配置された磁石です。

一般に、ローターの歯は、北極と南極が交互に配置された磁石です。極が反発し、極を引き付けるのとは異なり、極巻線「A」が通電され、通電された極を北極、回転子を南極と見なします。これにより、画像に示すように、回転子の南極が極「A」の固定子に引き付けられます。

これで、極Aがオフになり、極「B」がオンになり、ローターの南極が極「B」と整列します。同様の極「C」と極「D」は、同じ方法で通電および非通電して1回転を完了します。

これで、ステッピングモーターの動作メカニズムを理解できます。

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次の3つのタイプがあります。

•永久磁石ステッパー
•可変の消極的なステッパー
•ハイブリッド同期ステッパー

永久磁石ステッパー:

永久磁石ステッピングモーターは、回転子に永久磁石の歯を使用し、極を交互に配置します(南北南北……)。これにより、より大きなトルクが得られます。

可変の消極的なステッパー:

可変リラクタントステッパーは、数歯のローターとして軟鉄材料を使用し、最小ギャップで最小リラクタントが発生するという原則に基づいて動作します。つまり、ローターの最も近い歯は、金属が引き付けられるように、通電されるとポールに引き付けられます。磁石に向かって。

ハイブリッド同期ステッパー:

ハイブリッドステッピングモーターでは、上記の両方の方法を組み合わせて最大トルクを取得します。これは最も一般的なタイプのステッピングモーターであり、高価な方法でもあります。
ステッピングモード:

ステッピングモードには3種類あります

•フルステッピングモード
•ハーフステッピングモード
•マイクロステッピングモード

フルステッピングモード:

フルステップモードでは、次の例で理解できます。ステッピングモーターの歯数が200の場合、1つのフルステップは1.8度(記事の冒頭に記載)で、1.8度を超えて回転することはありません。

フルステップはさらに2つのタイプに分類されます。

•単相モード
•2相モード

両方のフェーズモードで、ローターは1つのフルステップを実行します。これら2つの基本的な違いは、シングルモードではトルクが少なく、2フェーズモードではトルクが大きくなることです。

•単相モード:

単相モードでは、特定の時間に1つの相(巻線/極のグループ)のみが通電されます。これは、エネルギー消費が最も少ない方法ですが、トルクも少なくなります。

•2相モード:

二相モードでは、二相(巻線/極の2つのグループ)が所定の時間に通電され、単相モードにより多くのトルク(30%から40%)を生成します。

ハーフステッピングモード:

モーターの分解能を2倍にするために、ハーフステッピングモードが実行されます。名前が示すように、半音では、1.8度ではなく、1つの半音の半分がかかります。半音は0.9度です。
ハーフステップは、単相モードと二相モードを交互に変更することで実現されます。機械部品へのストレスを軽減し、回転の滑らかさを向上させます。ハーフステップはトルクを約15%削減します。ただし、モーターに流れる電流を増やすことでトルクを上げることができます。

マイクロステッピング:

マイクロステッピングは、最もスムーズな回転のために行われます。 1つの完全なステップは256ステップに分割されます。マイクロステッピングには、特別なマイクロステップコントローラーが必要です。そのトルクは約30%推定されます。

ドライバーは、流体の回転のために正弦波を入力する必要があります。ドライバーは、90度の段階的廃止で2つの正弦波入力を提供します。

回転を最適に制御し、機械的ストレスを大幅に低減し、動作ノイズを低減します。

ステッピングモーターの主な長所と短所は、次の点で学ぶことができます。

利点:

•角回転を最適に制御します。
•低速で高トルク。
•回転方向の瞬時の変更。
•最小限の機械的構造。

短所:

•ローターを固定位置にロックするために、回転していないときでも電力が消費されます。
•回転エラーを修正し、現在の位置を追跡するためのフィードバックメカニズムはありません。
•複雑なドライバ回路が必要です。
•トルクは高速で減少します。
•モーターを高速で制御することは容易ではありません。




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