ステッピングモーターの原理と構造

ステッピングモーターの断面図を下図に示します。 ステッピングモーターは大きく分けてステーター(固定子)とローター(回転子)の2つの部品から構成されています。 ローターはローター1、ローター2、永久磁石の3つから構成されています。また、ローターは軸方向に磁化されており、ローター1がN極の場合、ローター2がS極となります。

 

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ステーターには小歯を持つ磁極があり、それぞれに巻線されています。 その巻線は向かい合った磁極でつながっており、電流を流すと同じ極性に磁化されるように巻線されています。(ある巻線に電流を流すことにより、向かい合った磁極でN極またはS極というように同極に磁化されるということです。) 向かい合った2つの磁極で1つの相を形成しています。A相からE相までの5つの相があるタイプが5相ステッピングモーター、A相とB相の2つの相があるタイプが2相ステッピングモーターと呼ばれています。 ローターの外周には50枚の小歯があり、ローター1とローター2の小歯は1/2ピッチ機械的にずれて構成されています。

励磁:モーターの巻線に電流を流した状態のこと
磁極:励磁することによって電磁石化するステーターの突出部のこと
小歯:ローターやステーターの歯のこと

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■回転速度―トルク特性
ステッピングモーターを駆動したときの回転速度とトルクの関係を表した特性図です。 ステッピングモーターの選定時に必ず使用する特性です。横軸はモーター出力軸の回転速度を、縦軸はトルクを表しています。 回転速度―トルク特性はモーターとドライバによって決まり、使用ドライバの種類によって大きく異なります。

① 励磁最大静止トルク(TH:Holding Torque) ステッピングモーターが通電状態(定格電流)で停止しているときに持っている最大の保持トルク(保持力)のことです。

② プルアウトトルク(Pullout Torque) 各回転速度で出すことのできる瞬時最大トルクです。 モーターを選定する場合は必要トルクがこの曲線の内側に入っていなければなりません。

③ 最大自起動周波数(fS) ステッピングモーターが摩擦負荷、慣性負荷が0のとき、瞬時(加減速時間なし)に起動、停止できる最大のパルス速度です。 これ以上のパルス速度でモーターを駆動する場合には、徐々に加減速する必要があります。慣性負荷がモーターに付くことによってこの周波数は低下します。 (慣性負荷―自起動周波数特性 参照)
最大応答周波数(fr) ステッピングモーターが摩擦負荷、慣性負荷が0のとき、徐々に加減速することにより運転することのできる最大のパルス速度のことです。 下図は代表的な5相ステッピングモーターユニットの回転速度―トルク特性です。

 

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