ステッピングモーターの原理と駆動

1. 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、電気パルスを角変位に変換するアクチュエーターです。簡単に言うと、ステッピングドライバーがパルス信号を受信すると、ステッピングモーターを駆動して、設定された方向に一定の角度（およびステップ角）だけ回転させます。パルス数を制御して角変位を制御し、正確な位置決めの目的を達成できます。同時に、パルスの周波数を制御してモーターの回転速度と加速度を制御し、速度調整の目的を達成することができます。
2. ステッピングモーターにはどのような種類がありますか?
ステッピング モーターには、永久磁石 (PM)、リアクティブ (VR)、およびハイブリッド (HB) の 3 種類があります。永久磁石ステッピング モーターは通常 2 相で、トルクと容積は小さく、ステッピング角度は通常 7.5 度または 15 度です。リアクティブステッピングは一般に三相であり、大きなトルク出力が実現でき、ステッピング角度は一般に1.5度ですが、騒音と振動が非常に大きくなります。ヨーロッパやアメリカ、その他の先進国では、80は排除されています。ハイブリッドステッピングとは、永久磁石タイプとリアクションタイプの利点を組み合わせたものを指します。 2 相と 5 相に分けられます。2 相のステッピング角度は通常 1.8 度、5 相のステッピング角度は通常 0.72 度です。このタイプのステッピングモーターは、
このタイプのステッピング モーターは最も広く使用されています。
3. 保持トルクとは何ですか?
保持トルク (HOLDING TORQUE) とは、ステッピング モーターが通電されているが回転していないときに、ステーターがローターをロックするトルクを指します。これはステッピング モーターの最も重要なパラメータの 1 つであり、通常、低速でのステッピング モーターのトルクは保持トルクに近くなります。ステッピング モーターの出力トルクは速度の増加とともに減衰し続け、出力電力は速度の増加とともに変化するため、保持トルクはステッピング モーターを測定するための最も重要なパラメーターの 1 つになります。例えば、2N・mのステッピングモーターと言った場合、特に指示がなければ保持トルクが2N・mのステッピングモーターを指します。
4. ディテントトルクとは何ですか?
ディテントトルクとは、ステッピングモーターの非通電時にステーターがローターをロックするトルクのことです。ディテントトルクは中国では統一された翻訳がなく、誤解されやすいため、注意が必要です。リアクティブステッピングモーターのロータは永久磁石材料ではないため、ディテントトルクがありません。
5. ステッピングモーターの精度はどのくらいですか?累積的ですか？
一般に、ステッピング モーターの精度はステッピング角度の 3-5% であり、累積的ではありません。
6. ステッピングモーターの外部温度の許容温度はどれくらいですか?
ステッピングモーターの高温は、まずモーターの磁性材料を減磁させ、トルクの低下や脱調につながるため、モーターの外部に許容される最高温度は、ステッピングモーターの磁性材料の減磁点に依存する必要があります。さまざまなモーター。一般に磁性体の減磁点は130℃以上、中には200℃を超えるものもありますので、ステッピングモーターの外装がこの温度範囲にあるのは全く正常です。摂氏80-90度。
7. ステッピングモーターの回転速度が上がるとトルクが低下するのはなぜですか?
ステッピングモーターが回転すると、モーター巻線の各相のインダクタンスにより逆起電力が発生します。周波数が高くなるほど逆起電力は大きくなります。その作用により、周波数 (または速度) の増加に伴ってモーターの相電流が減少し、トルクの減少につながります。
8. ステッピングモーターは低速では正常に動作するのに、一定の速度以上になると起動できなくなり、笛吹き音が発生するのはなぜですか?
ステッピングモーターには技術パラメータがあります。無負荷始動周波数、つまり、ステッピングモーターのパルス周波数は無負荷で正常に始動できます。パルス周波数がこの値より高い場合、モーターは正常に始動できず、次のような問題が発生する可能性があります。ステップを失ったりブロックしたりすること。負荷の場合は起動周波数を低くする必要があります。モーターが高速回転する場合は、パルス周波数を加速する必要があります。つまり、始動周波数が低く、一定の加速度で所望の高周波数 (モーター速度が低速から高速) まで増加する必要があります。
9. 二相ハイブリッドステッピングモーターの低速時の振動と騒音を克服するにはどうすればよいですか?
ステッピング モーターの低速回転時の振動と騒音は固有の欠点ですが、通常は次のプログラムで克服できます。
A. ステッピングモーターが共振領域で動作する場合、減速比などの機械伝達を変更することで共振領域を回避できます。
B. 最も一般的に使用され、最も簡単な方法であるサブディビジョン機能を備えたドライバーを採用します。
C. 3 相または 5 相ステッピング モーターなど、ステップ角が小さいステッピング モーターに置き換えます。
D. AC サーボ モーターに切り替える。これにより、振動と騒音をほぼ完全に克服できますが、コストが高くなります。
E. 磁気ダンパーを備えたモーターシャフトでは、そのような製品が市場にありますが、より大きな機械的構造が変わります。
10. ドライバーの細分化は精度を表しますか?
ステッピング モーター補間は本質的には電子ダンピング テクノロジーであり (関連文献を参照してください)、その主な目的はステッピング モーターの低周波振動を減衰または除去することであり、モーターの動作精度を向上させることは付随的な機能にすぎません。補間技術のこと。たとえば、ステッピング角度が 1.8 度の 2 相ハイブリッド ステッピング モーターの場合、補間ドライバーの補間数が 4 に設定されている場合、モーターの動作分解能は 1 パルスあたり 0.45 度になります。モーターの精度が 0.45 度に達するか、それに近づくことができるかどうかは、補間ドライバーの補間電流制御の精度などの他の要因にも依存します。細分化されたドライブの精度はメーカーによって大きく異なる場合があります。細分化されたポイントが大きくなるほど、精度の制御が難しくなります。
11. 4相ハイブリッドステッピングモーターとドライバーの直列接続と並列接続の違いは何ですか?
4相ハイブリッドステッピングモーターは一般に2相ドライバーで駆動されるため、接続方法は4相モーターを2相に接続する直列接続または並列接続が可能です。直列接続方式は一般的にモーターの回転速度に合わせて使用​​されますが、今回はモーターの相電流に必要なドライバー出力電流が0.7倍であるため、モーターの発熱は小さくなります。並列接続方式は一般的にモータ速度が速い場合（高速接続方式とも呼ばれます）、モータ相電流の1.4倍のドライバ出力電流が必要となるため、モータ発熱が大きくなります。
12. ステッピング モーター ドライバーの DC 電源を決定するにはどうすればよいですか?
A. 電圧の決定
ハイブリッド ステッピング モーター ドライバーの電源電圧は一般に広範囲 (IM483 の電源電圧 12 ～ 48VDC など) であり、電源電圧は通常、モーターの動作速度と応答要件に基づいて選択されます。モーターの動作速度が速い場合、または応答要件が速い場合、電圧値も高くなりますが、電源電圧のリップルがドライバーの最大入力電圧を超えないよう注意してください。そうしないと、ドライバーが損傷する可能性があります。 。
B. 電流の決定
電源電流は一般にドライバの出力相電流Iに応じて決まります。リニア電源の場合、電源電流はIの1.1～1.3倍、スイッチング電源の場合、電源電流はIの1.5～2.0倍となります。
13 ハイブリッド ステッピング モーター ドライバーのオフライン信号は一般的にどのような状況で使用されますか?
オフライン信号ＦＲＥＥがＬレベルのとき、ドライバからモータへの電流出力が遮断され、モータロータはフリー状態（オフライン状態）となる。一部のオートメーション機器では、ドライブの電源を投入せずにモーター シャフトを直接 (手動で) 回転させる必要がある場合、FREE 信号を Low に設定してモーターをオフラインにし、手動操作または調整を行うことができます。手動運転終了後、再度FREE信号をHにすることで自動制御を継続します。
14. 2相ステッピングモーターの通電時の回転方向を簡単な方法で調整するにはどうすればよいですか?
モーターとドライバーの配線の A+ と A- (または B+ と B-) を合わせるだけです。
ドライバーの細分化の原則とそれに関連する指示について
海外ではステッピング方式は二相ハイブリッドステッピングモーターとそれに対応した細分化駆動が主流です。しかし、中国では、大多数のユーザーは「細分化」を特別な理解ではなく、細分化が精度を向上させるためのものであると考えているだけで、実際にはそうではなく、細分化は主にモーターの性能を向上させるためであると説明されています。ステッピング モーターの細分化制御はドライバーによって制御され、ステッピング モーターの相電流を正確に制御して、たとえば 2 相モーターの場合、モーターの定格相電流が 3A の場合、モーターが駆動される場合に実現します。従来のドライバーによる(一般的に使用される定電流チョッパなど)、モータ動作の各ステップで、巻線の電流は 0 から 3A、または 3A から 0 に変化します。相電流が大きく変化すると、必然的にモータの動作に振動や騒音が発生します。細分化駆動を使用する場合、10 の状態でモーターを細分化して駆動すると、モーターはマイクロステップごとに動作し、巻線の電流変化は 3A ではなくわずか 0.3A となり、電流は正弦波になります。曲線則が変化し、モーターの振動と騒音が大幅に改善されるため、性能面での利点が細分化の本当の利点となります。モーターの相電流を正確に制御するためにドライブを細分化するため、ドライブにはかなり高い技術要件とプロセス要件が必要となり、コストも高くなります。一部の国内ドライバーはサブディビジョンの置き換えに「smooth」を使用しており、一部はサブディビジョンとしても知られていますが、これは実際のサブディビジョンではないことに注意してください。大多数のユーザーが本質的に異なる 2 つを区別する必要があることを望んでいます。

15. 「平滑化」はモーターの相電流を正確に制御するのではなく、電流の変化率を遅くするだけであるため、「平滑化」はマイクロステップを生成せず、細分化されたマイクロステップを使用して正確に制御できます。位置を決めます。
16. モータの相電流を平滑化するとモータトルクが低下しますが、細分化制御ではモータトルクは低下せず、逆にトルクが増加します。
17. アプリケーションの観点から見ると、2 相ハイブリッド ステッピング モーターと 5 相ハイブリッド ステッピング モーターの違いは何ですか?
質問の答え:
一般にステップ角の大きい二相モータは高速特性に優れていますが、低速振動領域が存在します。 5 相モーターはステップ角が小さく、低速でもスムーズに動作します。したがって、モータの回転精度の要求は高く、主に低速セクション（一般に 600 rpm 未満）の場合には 5 相モータを使用する必要があります。逆に、モータの高速性能を追求する場合には、精度や滑らかさなどの要求があまり高くなく、より安価な二相モータを選択する必要があります。さらに、5相モーターのトルクは通常2NM以上であり、小さなトルクを適用するために2相モーターが一般的に使用され、低速の滑らかさの問題は、細分化された駆動の使用によって解決できます。
ステッピング モーターと比較して、サーボ モーターには次の利点があります。
1、位置、速度、トルクの閉ループ制御の実現。ステッピングモーターの脱調問題を克服する。
2、優れた高速性能、一般的な定格速度は2000〜3,000 rpmに達することができます。
3、強力な過負荷耐性は、負荷の定格トルクの3倍に耐えることができ、瞬間的な負荷変動と急速な起動の要件に特に適用できます。
4、低速動作はスムーズで、低速動作はステッピングモータのステッピング動作のような現象を引き起こしません。現場の高速応答要求に最適。
図５に示すように、モータの加速および減速の動的対応時間は短く、一般に数十ミリ秒以内である。 6、熱と騒音が大幅に減少します。