あなたのアプリケーションにはどれが適していますか?速度、加速度、目標価格などの主要な決定基準を見てみましょう。

ステッピングモーター

ステッピング モーターは、永久磁石を備えたローターと、巻線を運ぶ固定ステーターで構成されます。固定子巻線に電流が流れると、回転子の磁界分布と相互作用する磁束分布が生成され、回転力が加わります。ステッピング モーターは、極数が非常に多く、通常は 50 以上です。ステッピング モーター ドライバーは各極に順番に電力を供給し、ローターが一連の増分、つまりステップで回転するようにします。極の数が非常に多いため、動きが連続しているように見えます。

理論的には、ギアボックスを使用してトルクを高めることができますが、ここでステッピング モーターの低速が問題になります。1,200 RPM ステッピング モーターに 10:1 ギア減速機を追加すると、トルクが 1 桁増加する可能性がありますが、速度も 120 RPM に低下します。モーターがボールねじアクチュエーターなどの駆動に使用されている場合、アプリケーションのニーズを満たすのに十分な速度が得られない可能性があります。

ステッピング モーターは通常、NEMA 34 を超えるフレーム サイズでは利用できず、ほとんどのアプリケーションは NEMA 17 または NEMA 23 モーター サイズに該当します。その結果、1,000 ～ 2,000 オンス インチを超えるトルクを生成できるステッピング モーターを見つけることはまれです。

ステッピング モーターにも性能制限があります。ステッピング モーターは、バネ質量システムと考えることができます。モーターは回転を開始して負荷を移動させるために摩擦を解消する必要がありますが、その時点ではローターは完全に制御されていません。その結果、5 ステップ進めるコマンドによって、モーターは 4 ステップ、または 6 ステップ回転するだけになる可能性があります。

ただし、ドライブがモーターに 200 ステップ進めるよう命令した場合、わずか数ステップ以内で進みます。その時点での誤差は数パーセントです。通常、ステッピング モーターには 1 回転あたり 25,000 ～ 50,000 カウントの分解能が要求されますが、モーターは負荷がかかるバネ質量システムであるため、通常の分解能は 1 回転あたり 2,000 ～ 6,000 カウントです。それでも、これらの解像度では、200 ステップの移動でも 1 度の何分の一に相当します。

エンコーダを追加すると、システムは動きを正確に追跡できるようになりますが、モーターの基本的な物理現象を克服することはできません。位置決め精度と分解能の向上が必要なアプリケーションには、サーボ モーターがより優れたソリューションを提供します。

サーボモーター

ステッピング モーターと同様に、サーボ モーターにも多くの実装があります。永久磁石を備えたローターと巻線を備えた固定ステーターを組み込んだ、最も一般的な設計を考えてみましょう。ここでも、電流によって磁界分布が形成され、ローターに作用してトルクが発生します。ただし、サーボ モーターの極数はステッピング モーターよりも大幅に少なくなっています。結果として、それらは閉ループで実行する必要があります。

ただし、閉ループ動作により、コントローラ/ドライブは負荷を特定の位置に留まるよう命令することができ、モータは負荷をその位置に保持するために継続的に調整します。したがって、サーボ モーターは事実上の保持トルクを提供できます。ただし、ゼロ速度トルク シナリオは、負荷を制御し、指令された位置の周りでの振動を防ぐために適切なサイズのモーターに依存することに注意してください。

サーボ モーターでは通常、希土類磁石が使用されますが、ステッピング モーターではより安価な従来の磁石が使用されることが多くなります。希土類磁石により、より小さなパッケージでより高いトルクの開発が可能になります。サーボ モーターは、全体の物理的なサイズからトルクの利点も得られます。サーボ モーターの直径は通常、NEMA 17 から 220 mm までの範囲です。これらの要因が組み合わさった結果、サーボ モーターは最大 250 フィートポンドのトルクを供給できます。

速度とトルクの組み合わせにより、サーボ モーターはステッピング モーターよりも優れた加速を実現できます。また、閉ループ動作の結果、位置決め精度も向上します。

最終的な考え

サーボ モーターには、紛れもないパフォーマンス上の利点があります。ただし、再現性の点では、ステッピング モーターは非常に競争力があります。この点は、ステッピング モーターに関する一般的な誤解、つまりロスト モーションの神話を引き起こします。前に説明したように、ステッピング モーターの質量バネの性質により、いくつかのステップが失われる可能性があります。ただし、ドライブはステッパーに角度のある位置に移動するように命令しているため、失われたステップは回転ごとに引き継がれません。回転から回転まで、ステッピング モーターは高い再現性を持っています。このトピックの詳細については、今後のブログ投稿で説明します。

上記の説明により、ステッパー軸とサーボ軸の最後の重要な違い、つまりコストがわかります。ステッピング モーターは通常、フィードバックを必要とせず、安価な磁石を使用し、ギアボックスが組み込まれることはほとんどありません。極数が多く、保持トルクを生成する能力があるため、ゼロ速度での消費電力が少なくなります。その結果、ステッピング モーターは、同等のサーボ モーターよりも最大 1 桁安価になります。

要約すると、ステッピング モーターは、低速、低加速、低精度の要件を持つアプリケーションに適したソリューションです。また、ステッピング モーターはコンパクトで安価な傾向があります。このため、これらのモーターは医療、バイオテクノロジー、セキュリティと防衛、半導体製造の用途に適しています。高速、高加速、高精度が必要なシステムには、サーボ モーターが適しています。その代償として、コストと複雑さが増します。サーボ モーターは通常、パッケージング、加工、ウェブ処理、および同様の用途に使用されます。

アプリケーションに余裕があるが、予算に余裕がない場合は、ステッピング モーターを検討してください。パフォーマンスが最も重要な側面である場合は、サーボ モーターで十分に機能しますが、より多くの費用がかかることを覚悟してください。