ステッピングモーターの細分化制御を解説 skysmotor.com
なぜステッピングモーターの細分化制御が必要なのでしょうか？
ステッピングモーターは自身の製造プロセスにより制限され、たとえばステップ角の大きさはローターの歯数と運転ビート数によって決まりますが、ローターの歯数と運転ビート数には限界があります。そのため、ステッピング モーターのステップ角は一般に大きく、固定されているため、ステップ分解能が低く、柔軟性が欠如し、低周波数で動作するときに振動が発生し、他のマイクロモーターに比べてノイズが大きくなり、物理デバイスが疲労または損傷しやすくなります。
ステッピングモーターの細分化駆動技術の発展
ステッピングモーターの細分化駆動技術は、1970年代半ばに発展され、ステッピングモーターの総合性能を大幅に向上させる駆動技術です。米国の学者は、米国インクリメンタル モーション コントロール システムおよびデバイス年次会議でステッピング モーターのステップ角細分制御方式を初めて提案し、その後 20 年間でステッピング モーターの細分ドライブは大きく発展し、徐々に発展して 1990 年代に完全に成熟しました。我が国のステッピングモータの細分化駆動技術の研究は海外と同時期に始まりました。
ステッピングモーターの細分化制御の原理
モータの内部磁界が 1 回転するたびに、ステッピング モータは 1 ステップ角だけ前進します。4 相ステッピング モーターに A→B→C→D→A の順に通電すると、つまり 1 ステップで動作します。磁界は 4 拍で回転し、電流の方向が反転するたびに、ステッピング モーターは全ステップ角の 1/4 だけ進みます。そして、A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→Aの順序に従って、電流を流すと、つまり半ステップで動作します。電流の方向が逆になるたびに、ステッピング モーターは全ステップ角の 1/8 だけ進みます。ただし、ハーフステップ動作状態で 1 拍あたりの前進角が制御精度要件を超える場合は、ステップ角をさらに細分化する必要があります。
電磁力の大きさは巻線電流の大きさに関係しており、通電相の電流がすぐにピーク値に達せず、非通電相の電流がすぐにゼロにならないと、巻線の内部磁界が大きくなります。モーターは 2 つの相の電流を組み合わせた結果です。結果として生じる磁場の力により、ローターは元のステップ角度の範囲内にある新しい平衡位置をとります。
つまり、巻線電流の波形が近似方形波ではなく、N段階に分けられた近似のステップ波になり、電流が1ステップ上昇または下降するたびにロータは小ステップで回転します。この規則に従ってロータが N 個の小ステップで回転することは、実際にはステップ角で回転することに等しく、このステップ角をいくつかの小ステップに分割する駆動方法を細分駆動といいます。
ステッピング モーターであまり使用されない細分化制御方法
1. 最初に、ステッピング モーターの相電流の制御はハードウェアによって実現され、通常は 2 つの方法が使用されます。複数のパワースイッチ電流を使用して電源を供給し、巻線に電流を重畳することでパワー管の損失を低減します。ただし、チャンネル数が多いためコンポーネントの数も多く、体積も大きくなります。
2. パルス信号を重畳し、パワー管で線形増幅して梯子状の電流を求めます。利点は、使用するコンポーネントが少ないことですが、パワー管の消費電力が多く、システム電力が低いため、ステッピングモーターが非線形領域で動作すると歪みが発生します。
これら 2 種類の細分化制御方法は克服できない欠点があるため、現在ではほとんど使用されていません。
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