ステッピングモーター
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ステッピングモーター(Stepper motor)は、ドライバを介して直流のパルス電圧を印加して駆動するモーターである。したがってパルスモーター(Pulse motor)ともいわれる。簡単な回路構成で、正確な位置決め制御を実現できるので、装置の位置決めを行う場合などによく使われる。
特徴
[編集]- 運動量が駆動パルスの数に比例する。
- デジタル制御回路との相性が良い。
- フィードバック回路の必要性がない（開ループ制御）。
- エネルギー効率が低い。
- 負荷が大きすぎたり、パルス周波数が高すぎると同期外れで誤動作につながる。この状態を「脱調」と呼び、加減速シーケンスを用いると改善することがある。
回転子の種類
[編集]- Permanent Magnet Type （PM型：永久磁石形）
- 回転子として、円周上にNSNS…と交互に着磁した磁性体を使用する。安価であるが、着磁間隔を細かくすることに限界があるので、ステップ角度は小さくできない。
- Variable Reluctance Type （VR型：歯車状鉄心形）
- 回転子として、歯車状の鉄心を使用する。ステップ角度を小さくできるが、トルクがやや低い。
- Hybrid Type （HB型：複合形）
- PM型とVR型の特徴を併せ持った構造である。PM型の場合は円周方向に着磁するが、HB型では軸方向に着磁した磁石を使用し、磁極側を二枚の歯車状鉄心で挟み込む。この時、N極側とS極側の歯の凸凹が逆になるようにする。
固定子の巻線構成
[編集]ステッピングモーターは、固定子に複数の巻線を用意しておき、電流を流す巻線を切り替えることによって動作させる。巻線構成としては二相（二組の巻線）のものが一般的であるが、三相、五相といったものもある。
ステッピングモーターの動作原理
[編集]PM型の簡略化したモデルを例にとって、動作原理を説明する。
- 巻線Aに電流を流すと、固定子と回転子のN・Sが引き合った状態になる。
- 巻線Bにも電流を流すと、両方の固定子が磁化して回転子を引きつけるので、力が釣り合うように45°回転する。
- 巻線Aの電流を切ると、さらに45°回転する。
- 巻線Aに先程と逆方向の電流を流すと、さらに45°回転する。
- 巻線Bの電流を切ると、さらに45°回転する。
- 巻線Bに先程と逆方向の電流を流すと、さらに45°回転する。
- 巻線Aの電流を切ると、さらに45°回転する。
- 巻線Aに最初と同じ方向の電流を流すと、さらに45°回転する。
以上のように、ステップ1から8を繰り返すことによって、一定の方向に回転する。
| ステップ | 端子1 巻き線A |
端子2 巻き線A |
端子1 巻き線B |
端子2 巻き線B |
画像 |
|---|---|---|---|---|---|
| ステップ1 | +Vcc | -Vcc | 
| ||
| ステップ2 | +Vcc | -Vcc | +Vcc | -Vcc | 
|
| ステップ3 | +Vcc | -Vcc | 
| ||
| ステップ4 | -Vcc | +Vcc | +Vcc | -Vcc | 
|
| ステップ5 | -Vcc | +Vcc | 
| ||
| ステップ6 | -Vcc | +Vcc | -Vcc | +Vcc | 
|
| ステップ7 | -Vcc | +Vcc | 
| ||
| ステップ8 | +Vcc | -Vcc | -Vcc | +Vcc | 
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励磁モード
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ステッピングモーターは、巻線への電流の与え方を変えることにより、特性を変えることができる。二相型のモーターについて以下に述べる。
- 一相励磁
- 常に巻線一相のみに電流を流す。位置決め精度は良いが、減衰運動が残りやすい。
- 二相励磁
- 二相に電流を流す。一相励磁の約2倍の出力トルクが得られる。
- 一-二相励磁
- 一相と二相を交互に切り替えて電流を流す。一相励磁・二相励磁の場合のステップ角度の半分にすることができるので、滑らかな回転を得られる。前のセクションの説明図では、一-二相励磁を使っている。
- マイクロステップ駆動(バーニア駆動)
- 巻線への電流を単純なON/OFFではなく、二つの巻線の電流比率を細かく変えていくことで、より細かいステップ角度を得る手法。
運動形態
[編集]一般的な回転形のモーターの他に、直進形のモーター（リニアステッピング）も存在する。
用途例
[編集]- 産業用途
- コンピューター用途
- 古い磁気ディスク装置等のヘッド移動用トラッキングモーター
- 現在の製品はリニアモーターを埋め込みサーボで制御している。
- 一般家庭用途
- 航空機用途
- 自動車用途
- デジタルカメラ
- レンズの移動に主にステッピングモーターが使用されている。ただし、携帯電話内蔵カメラのような小型のカメラモジュールではサイズの関係からリニアモーターが採用されていることも多い。
- パチンコ、パチスロ・スロット
- 回転軸を指定された角度で停止させることが可能なことから、パチンコ、パチスロ機やスロットマシンのリールに使用されている。
関連項目
[編集]外部リンク
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- Stepper Motors
- Stepper Motor Basics
- Stepper Motor System Selection Guide
- Control of Stepping Motors - A Tutorial – Douglas W. Jones, アイオワ大学
- Stepper Motor Drivers: RMS vs Peak Current
- Uni-polar versus Bi-polar
- Finding the different ways a stepper motor can be wired
- Animation of a stepping Motor
- Stepper Motor Disassembled
- Stepper Motor acceleration algorithm
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