Selection Guide for Stepper Motors

最も一般的に使用されているステッピングモーターは、永久磁石型とハイブリッド型の2種類です。 一般的には、ハイブリッド型のステッピングモーターは、ステップ分解能、トルク、および速度に関して優れた性能を提供するため、コスト削減とともにより良い選択となる可能性があります

II. ステッピングモーターの選択

制御された動きが必要な場合、ステッピングモーターは良い選択となります。 ステッピングモーターは、回転角、速度、位置、同期を制御する必要があるアプリケーションに使用できます。 前述のような利点があるため、ステッピングモーターは様々な用途に使用されています。

用途に応じてステッピングモーターを選択する際には、以下のようないくつかの要素を考慮する必要があります。

  • 負荷はどのくらいの速さで移動または加速する必要があるか
  • 負荷を移動させるためにどのくらいのトルクが必要か
  • 負荷を位置決めする際にどの程度の精度が必要か
  • 相、極、ステッパーの角度

    ステッパーモーターは通常2相ですが、3相や5相のモーターもあります。 2相のバイポーラモーターは1つの巻線/相で、ユニポーラモーターは1つの巻線/相にセンタータップが付いています。 ステッピングモーターは2相しかないにもかかわらず、「4相モーター」と呼ばれることもある。

    磁極とは、磁化された物体の中で磁束密度が集中している領域の一つと定義できます。

    磁極とは、磁化された物体の中で磁束密度が集中している領域の一つと定義され、ステップモーターのローターとステーターにはそれぞれ磁極がある。 ハイブリッドタイプのステッピングモーターは、ローターに歯が付いている。 ローターは永久磁石で2分割されており、歯の半分は南極、半分は北極になっている。 ポールペアの数は、ローターの片側の歯の数と同じである。 ハイブリッドモーターのステーターにも歯があり、巻線コイルが巻かれている主極に比べて、より多くの等価極(ポールピッチが小さく、等価極数=360/歯ピッチ)を構築することができる。

    ステッピングモーターの回転子の極数、固定子の等価極数、相数と全ステップ角の関係は次の式で表されます。

    ステップ角=360/(NPh/Ph)=360/N

    ここで、

    NPh=1相あたりの等価極数=ロータ極数

    Ph=相数

    N=全相を合わせた極数=NPh/Ph

    ロータとステータの歯ピッチが不揃いの場合は、もっと複雑な関係になります。

    サイズ

    ステッピングモーターは、ステップ角による分類の他に、モーターのフレームサイズに対応するフレームサイズによっても分類されます。 例えば、NEMAサイズ11のステッピングモーターのフレームサイズは約1.1インチ(28mm)です。 同様に、NEMAサイズ23のステッピングモーターのフレームサイズは2.3インチ(57mm)などです。 ただし、同じフレームサイズでも、モータによってボディの長さは異なります。

    トルク

    ステッピングモータの出力トルクとパワーは、モータのサイズ、モータのヒートシンク、使用デューティサイクル、モータの巻線、および使用するドライブのタイプの関数です。 ステッピングモーターを全周波数範囲で無負荷運転した場合、1つまたは複数の自然発振共振点が、音や振動センサーによって検出されることがあります。 共振により、ステッピングモーターの使用可能なトルクが大幅に減少します。 共振周波数での動作は避けてください。

    ステッピングモーターでは、ローターとステーターの磁束がお互いにずれることでトルクが発生します。 磁束の強さ、すなわちトルクは、巻線の巻数と電流に比例し、磁路の長さに反比例します。 回転速度が速くなると、電流が上昇する時間がステップパルスの間隔の大きな割合を占めるようになります。

    分解能と位置決め精度

    ステッピングモーターシステムの分解能と位置決め精度は、ステッピングアングル(ステッピングモーターの全ステップ長)、ドライブモード(フルステップ、ハーフステップ、マイクロステップ)、ギアレートなどの要因に影響されます。 つまり、望ましい分解能を得るためには、いくつかの異なる組み合わせがあるということです。 このため、ステッパーの設計における分解能の問題は、通常、モーターのサイズと駆動方式を決定した後に対処することができます。 通常の選択ステップ

    1. 駆動機構部品の決定

    機構と要求仕様を決定します。 まず、機構、大まかな寸法、移動距離、位置決め期間などの設計上の特徴を決めます。

    2. 必要な分解能の算出

    モーターが必要とする分解能を求めます。 必要な分解能から、モータのみかギヤードモータかを判断する。

    3.動作パターンの決定

    要求仕様を満たす動作パターンを決定します。

    加速トルクを算出するため、加速(減速)周期と動作パルス速度を求める。

    4. 必要トルクの算出

    負荷トルクと加速トルクを算出し、モータに要求される必要トルクを求める。

    5. モーターの選定

    要求トルクをもとにモーターの仮選定を行う。

    6.選定したモータの確認

    加減速比、イナーシャ比の確認

    IV. MOTION CONTROL PRODUCTS’ STEPPER MOTORS

    Motion Control Products社では、2相ステッピングモーターや3相ステッピングモーター(NEMAフレームサイズ8から42まで)など、多くのシリーズのステッピングモーターを提供しています。 当社のステッピングモーターは、米国の先進的な技術を採用しており、高級な冷間圧延シート銅と耐高温永久磁石を使用しています。 モーションコントロール社のステッピングモーターは、高い信頼性と低発熱性が特徴です。 また、内部の減衰特性により、当社のステッピングモーターは非常にスムーズに動作し、モーターの全回転数範囲において明らかな振動領域がありません。 モーションコントロール製品のステッピングモーターの代表的なモデルをPDFの概要(下記よりダウンロード可能)でご紹介しています。

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