ステッピングモーターの基本特性
Posted by christopher at
18:38
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ステッピングモーターを使用するときには、モーターの特性が使用条件に適しているかどうかが重要なポイントになります。
ここではステッピングモーターを使用する上で重要となる特性を説明します。（ステッピングモータ ブレーキ）
ステッピングモーターの特性は大きく分けて2つに分類されます。
● 動特性：
ステッピングモーターの起動または回転に関する特性で、主に機器の動作やサイクルタイムに関係があります。
● 静特性：
ステッピングモーターが停止しているときの角度変化に関する特性で、機器の精度に関係があります。
回転速度―トルク特性
動特性
回転速度―トルク特性
ステッピングモーターを駆動したときの回転速度とトルクの関係を表した特性図です。
ステッピングモーターの選定時に必ず使用する特性です。横軸はモーター出力軸の回転速度を、縦軸はトルクを表しています。
回転速度―トルク特性はモーターとドライバによって決まり、使用ドライバの種類によって大きく異なります。
①
励磁最大静止トルク（TH：Holding Torque）
ステッピングモーターが通電状態（定格電流）で停止しているときに持っている最大の保持トルク（保持力）のことです。
②
プルアウトトルク（Pullout Torque）
各回転速度で出すことのできる瞬時最大トルクです。
モーターを選定する場合は必要トルクがこの曲線の内側に入っていなければなりません。
③
最大自起動周波数（fS）
ステッピングモーターが摩擦負荷、慣性負荷が0のとき、瞬時（加減速時間なし）に起動、停止できる最大のパルス速度です。
これ以上のパルス速度でモーターを駆動する場合には、徐々に加減速する必要があります。慣性負荷がモーターに付くことによってこの周波数は低下します。
最大応答周波数（fr）
ステッピングモーターが摩擦負荷、慣性負荷が0のとき、徐々に加減速することにより運転することのできる最大のパルス速度のことです。
静特性
角度―トルク特性
モーターを定格電流で励磁し、モーターシャフトに外部よりトルクを加えローターに角度変化を与えたときの角度とトルクの関係を角度―トルク特性といい、下図のような特性になります。
角度―トルク特性
上の特性図の各ポイントでのステーターとローターの小歯の位置関係を下図に示します。
安定点①で釣り合って停止しているとき、モーターシャフトに外力を加えると、安定点①に引き戻そうと左方向にトルクT（+）を発生し、外力と釣り合った角度で停止します。②
さらに外力をかけていくと発生トルクが最大になる角度があります。そのときの発生トルクが励磁最大静止トルクTHです。③それを超える外力をかけると、不安定点⑤を通り、外力と同方向にトルクT（−）を発生し、次の安定点①まで移動し停止します。
ステーターとローターの小歯の位置関係
安定点：
ステーターとローターの小歯が完全に相対した位置で停止している場所のことです。非常に安定しており、外力を0にすると必ずこの場所で停止します。
不安定点：
ステーターとローターの小歯が1/2ピッチずれた場所のことです。非常に不安定な状態で、外力が少しでも加わると右か左の安定点に移動してしまいます。
角度精度
ステッピングモーターは無負荷状態で±3分（0.05°）以内の角度精度を持っています。そのわずかな誤差の原因はステーターとローターの機械的精度や、ステーター巻線の微小な抵抗のばらつきによるものです。
ステッピングモーターの角度精度を表すものとしては次の静止角度誤差が一般的です。
静止角度誤差：
ローターの理論上の停止位置と実際の停止位置とのズレのことです。ローターの任意の停止位置を出発点とし、1 ステップずつ360°測定したときの（+）の最大値と（−）の最大値との幅を表します。
ここではステッピングモーターを使用する上で重要となる特性を説明します。（ステッピングモータ ブレーキ）
ステッピングモーターの特性は大きく分けて2つに分類されます。
● 動特性：
ステッピングモーターの起動または回転に関する特性で、主に機器の動作やサイクルタイムに関係があります。
● 静特性：
ステッピングモーターが停止しているときの角度変化に関する特性で、機器の精度に関係があります。
回転速度―トルク特性
動特性
回転速度―トルク特性
ステッピングモーターを駆動したときの回転速度とトルクの関係を表した特性図です。
ステッピングモーターの選定時に必ず使用する特性です。横軸はモーター出力軸の回転速度を、縦軸はトルクを表しています。
回転速度―トルク特性はモーターとドライバによって決まり、使用ドライバの種類によって大きく異なります。
①
励磁最大静止トルク（TH：Holding Torque）
ステッピングモーターが通電状態（定格電流）で停止しているときに持っている最大の保持トルク（保持力）のことです。
②
プルアウトトルク（Pullout Torque）
各回転速度で出すことのできる瞬時最大トルクです。
モーターを選定する場合は必要トルクがこの曲線の内側に入っていなければなりません。
③
最大自起動周波数（fS）
ステッピングモーターが摩擦負荷、慣性負荷が0のとき、瞬時（加減速時間なし）に起動、停止できる最大のパルス速度です。
これ以上のパルス速度でモーターを駆動する場合には、徐々に加減速する必要があります。慣性負荷がモーターに付くことによってこの周波数は低下します。
最大応答周波数（fr）
ステッピングモーターが摩擦負荷、慣性負荷が0のとき、徐々に加減速することにより運転することのできる最大のパルス速度のことです。
静特性
角度―トルク特性
モーターを定格電流で励磁し、モーターシャフトに外部よりトルクを加えローターに角度変化を与えたときの角度とトルクの関係を角度―トルク特性といい、下図のような特性になります。
角度―トルク特性
上の特性図の各ポイントでのステーターとローターの小歯の位置関係を下図に示します。
安定点①で釣り合って停止しているとき、モーターシャフトに外力を加えると、安定点①に引き戻そうと左方向にトルクT（+）を発生し、外力と釣り合った角度で停止します。②
さらに外力をかけていくと発生トルクが最大になる角度があります。そのときの発生トルクが励磁最大静止トルクTHです。③それを超える外力をかけると、不安定点⑤を通り、外力と同方向にトルクT（−）を発生し、次の安定点①まで移動し停止します。
ステーターとローターの小歯の位置関係
安定点：
ステーターとローターの小歯が完全に相対した位置で停止している場所のことです。非常に安定しており、外力を0にすると必ずこの場所で停止します。
不安定点：
ステーターとローターの小歯が1/2ピッチずれた場所のことです。非常に不安定な状態で、外力が少しでも加わると右か左の安定点に移動してしまいます。
角度精度
ステッピングモーターは無負荷状態で±3分（0.05°）以内の角度精度を持っています。そのわずかな誤差の原因はステーターとローターの機械的精度や、ステーター巻線の微小な抵抗のばらつきによるものです。
ステッピングモーターの角度精度を表すものとしては次の静止角度誤差が一般的です。
静止角度誤差：
ローターの理論上の停止位置と実際の停止位置とのズレのことです。ローターの任意の停止位置を出発点とし、1 ステップずつ360°測定したときの（+）の最大値と（−）の最大値との幅を表します。
ステッピングモーターの基本構造と作動原理について
ステッピングモーターは電気パルス信号が角変移また線変移のオープンループ制御用のステッピングモーター部品が転化して、モーターコイルを施す電気パルス順序、頻度、及び数量を控えることによって、ステッピングモーターの転向、速度と回転角度が制御できる。直線運動で実行構造やギアボックス装置を配置して、もっと複雑に精密なリニアを制御する要求には達することができる。
ステッピングモーターは前後エンドカバー、ベアリング、中心軸、回転鉄心、固定子鉄心、固定子組立部品、スペーサー、螺子などの部品から構成される。ステピングモーターがステッピング器とも呼ばれて、電磁学原理を利用して、電能が機械能に転化されて、モーター固定子が巻き付いているコイルによって、駆動してきる。一般的な場合では、一本のコイルの針金は螺子管ともいう。モーター中で、固定子歯槽が巻きついている針金はワインディング、コイルまた相とも呼ばれる。
作動原理
ステッピングモーターは外来の制御パルスと方向信号、内部の論理電路を通して、ステッピングモーターのワインディングの控えには固定な順方向または逆方向に通電させ、モーターが順方向か逆方向に回転またはロックするように制御する。
1.8度二相ステッピングモーターが例として、二相ワインディングが電励磁を通す時に、モーター輸出軸は静止したりロックオンしたりする。定格電流のもとで、モーターに最大なトルクをロックオンさせることは保持トルクである。その一つの相のワインディングの電流が変更をすれば、モーターは固定な方向に沿って、一歩（1.8度）が回転する。同じことだが、他の相のワインディンの電流が変更をすれば、モーターは前者と逆方向に一歩（1.8度）が回転する。コイルワインディングを通す電流は次第に励磁を変更する時に、モーターが固定な方向の沿って、連続に回転して、運行精度が非常な高い。1.8度二相ステッピングモーターなら一周を回転することには200歩が必要である。
二相ステッピンクモーターはバイポーラステッピングモータとユニポーラステッピングモータという2つのワインディング形式がある。バイポーラステッピングモータの相で一つのワインディングコイルだけがある。モーターが連続に回転する時に、電流は同じなコイル中で次第に励磁を変更して、駆動電路デザインは八つの電子スイッチが必要で、順序に換える。
ユニポーラステッピングモータの相では2つの相反の極性ワインディングコイルがあって、モーターが連続に回転する時に、同じな相の2つのワインディングコイルだけを換えて電励磁をする。駆動電路デザインで四つの電子スイッチしか必要としない。バイポーラ駆動模式下で、相のワインディングコイルは100％励磁であるため、バイポーラ駆動模式下でモーターの輸出トルクはユニポーラ駆動模式より40％を高める。
出典： ステッピングモーターの基本構造と作動原理について
ステッピングモーターは前後エンドカバー、ベアリング、中心軸、回転鉄心、固定子鉄心、固定子組立部品、スペーサー、螺子などの部品から構成される。ステピングモーターがステッピング器とも呼ばれて、電磁学原理を利用して、電能が機械能に転化されて、モーター固定子が巻き付いているコイルによって、駆動してきる。一般的な場合では、一本のコイルの針金は螺子管ともいう。モーター中で、固定子歯槽が巻きついている針金はワインディング、コイルまた相とも呼ばれる。
作動原理
ステッピングモーターは外来の制御パルスと方向信号、内部の論理電路を通して、ステッピングモーターのワインディングの控えには固定な順方向または逆方向に通電させ、モーターが順方向か逆方向に回転またはロックするように制御する。
1.8度二相ステッピングモーターが例として、二相ワインディングが電励磁を通す時に、モーター輸出軸は静止したりロックオンしたりする。定格電流のもとで、モーターに最大なトルクをロックオンさせることは保持トルクである。その一つの相のワインディングの電流が変更をすれば、モーターは固定な方向に沿って、一歩（1.8度）が回転する。同じことだが、他の相のワインディンの電流が変更をすれば、モーターは前者と逆方向に一歩（1.8度）が回転する。コイルワインディングを通す電流は次第に励磁を変更する時に、モーターが固定な方向の沿って、連続に回転して、運行精度が非常な高い。1.8度二相ステッピングモーターなら一周を回転することには200歩が必要である。
二相ステッピンクモーターはバイポーラステッピングモータとユニポーラステッピングモータという2つのワインディング形式がある。バイポーラステッピングモータの相で一つのワインディングコイルだけがある。モーターが連続に回転する時に、電流は同じなコイル中で次第に励磁を変更して、駆動電路デザインは八つの電子スイッチが必要で、順序に換える。
ユニポーラステッピングモータの相では2つの相反の極性ワインディングコイルがあって、モーターが連続に回転する時に、同じな相の2つのワインディングコイルだけを換えて電励磁をする。駆動電路デザインで四つの電子スイッチしか必要としない。バイポーラ駆動模式下で、相のワインディングコイルは100％励磁であるため、バイポーラ駆動模式下でモーターの輸出トルクはユニポーラ駆動模式より40％を高める。
出典： ステッピングモーターの基本構造と作動原理について
