ステッピングモーターは、電気パルス信号を角度変位または直線変位に変換するオープンループ制御モーターです。ステップロスがない場合、モーターの速度と停止位置は、負荷の変動ではなく、パルス信号周波数とパルス数によって決まります。ステッピングモーターがパルス信号を受信すると、モーターは設定方向に応じて固定角度(ステップ角)で回転します。パルス数とパルス周波数を制御することで、モーターの角度変位とモーター速度を制御し、正確なオープンループ制御を実現します。ただし、ステッピングモーターの実際の回転角度と理論上のステップ距離との間には、多少の誤差が生じます。1つのステップから他のステップへは一定の誤差がありますが、ステッピングモーターの各サイクルのステップ数は同じです。ステップロスがない場合、ステップ誤差は長時間蓄積されません。
ステッピングモーターのステップロスを上記のような形で防ぐにはどうすれば良いでしょうか?まず、ステッピングモーターがステップロスを起こす原因を理解する必要があります。
1. ステッピングモータの回転磁界よりもローターの加速度が遅い。つまり、ローターが整流速度よりも遅い場合、モータは脱調します。これは、モータへの入力電力が不足し、発生するトルクがローターの速度とステータの磁界に追いつかず、脱調が生じるためです。
2. ローターの平均速度がステーター磁界の平均回転速度よりも高いため、ステーターの励磁に要する時間が長くなり、ステッピングモーターの所要時間よりも長くなります。ローターはステッピングプロセスで過剰なエネルギーを獲得し、その結果、モーターが生成するトルクが大きくなりすぎて、モーターがステッピングします。
3. ステッピングモーターの負荷慣性は大きいです。
4. ステッピングモーターは共振を生み出します。
実は、ステッピングモーターのステップロスの原因は、ステッピングモータードライバの不適切な選択に大きく起因します。適切なステッピングモータードライバを選択することでのみ、ステッピングモーターは高精度な制御性能を発揮できます。適切なステッピングモータードライバを選択するには、モーターの電流値と同等かそれ以上の電流値を持つドライバが必要です。低振動や高精度が求められる場合は、分割駆動方式を採用できます。高トルクモーターの場合、良好な高速性能を得るために、可能な限り高電圧型アクチュエータを使用します。同時に、ドライバにはスイッチング電源を直接駆動電源として使用するケースが多くあります。しかし、特に高トルクステッピングモーターの場合、スイッチング電源の電力が要求電力の2倍以上でない限り、スイッチング電源は一般的に使用しない方が良いでしょう。モーターが動作している際、大きなインダクタンス負荷がかかり、電源に瞬間的に高圧が発生します。スイッチング電源の過負荷特性は良好ではなく、シャットダウン保護機能も備えています。また、高精度な電圧安定化性能も必要とされません。場合によっては、スイッチング電源や駆動装置の損傷につながる可能性があります。ステッピングモーターの駆動電源については、DC電源を従来のトロイダルトランスまたはRトランスに置き換えることができます。
ステッピングモーターの共振は、モーターのパルス周波数がステッピングモーターの固有振動数に等しくなることで発生します。この周波数は、ドライバーの分割数と関連しています。ステッピングモーターを使用する場合、アクチュエータの分割数は非常に重要です。共振範囲が狭いほど、共振周波数は高くなります。大きな負荷は、ステッピングモーターの過負荷によって引き起こされます。そのため、使用時にはモーターの過負荷を避ける必要があります。
投稿日時: 2025年5月26日