ステッピングモーターに関するよくある質問

1. ステッピングモーターとは何ですか？ ステッピングモーターは、電気パルスを角度変位に変換するアクチュエーターです。簡単に言えば、ステッピングドライバがパルス信号を受け取ると、ステッピングモーターが指定された方向に固定角度（ステップ角度と呼ばれます）で回転します。パルスの数を制御することで角度変位を制御し、精密な位置決めを実現できます。さらに、パルス周波数を調整することでモーターの速度や加速度を制御できます。

2. ステッピングモーターの種類は何ですか？ ステッピングモーターは、永久磁石型（PM）、可変抗力型（VR）、およびハイブリッド型（HB）の3種類に分類されます。永久磁石型ステッピングモーターは通常2相で、トルクとサイズが小さく、ステップ角は7.5度または15度です。可変抗力型ステッピングモーターは通常3相で、高トルク出力を提供しますが、大きな騒音と振動を伴います。これらは1980年代以降、先進国ではほとんど廃止されました。ハイブリッド型ステッピングモーターは、永久磁石型と可変抗力型の利点を組み合わせており、2相と5相のバリエントがあり、それぞれステップ角は1.8度と0.72度で、さまざまな用途で広く使用されています。

3. ホールドトルクとは？ ホールドトルクは、ステッピングモーターが電源を入れた状態で回転していない時にロータを固定するトルクを指します。これはステッピングモーターにおいて最も重要なパラメータの一つです。通常、ステッピングモーターのホールドトルクは低速時のトルクに近い値です。ステッピングモーターの出力トルクは速度が上がるにつれて減少するため、ホールドトルクはステッピングモーターの評価において重要なパラメータとなります。例えば、2 N・mのステッピングモーターという場合、特に指定がない限りそれはホールドトルクが2 N・mのモーターを意味します。

4. デタントトルクとは？ デタントトルクは、ステッピングモーターが電源オフの状態でロータを固定するトルクを指します。中国ではデタントトルクの標準的な訳語が存在しないため、誤解が生じることがあります。可変磁気抵抗型（Variable Reluctance）のステッピングモーターにはデタントトルクが適用されません。なぜなら、そのロータは永久磁石材料で作られていないからです。

5. ステッピングモーターの精度はどれくらいですか？そして、それは累積的ですか？ステッピングモーターの典型的な精度はステップ角度の3-5%以内であり、この精度は累積的ではありません。

6. ステッピングモーターの許容外部温度はどのくらいですか？過剰に高い温度は、ステッピングモーター内の磁気材料を脱磁し、トルクが低下したり、ステップが失われたりする可能性があります。したがって、ステッピングモーターの最大許容外部温度は、使用されている特定の磁気材料の脱磁点によります。一般的に、磁気材料の脱磁点は130度以上のため、外部温度が80〜90度程度であれば通常は正常とされます。

7. ステッピングモーターのトルクは、なぜ速度が上がるほど低下するのでしょうか？ ステッピングモーターが回転すると、そのコイルのインダクタンスによって逆起電力（EMF）が発生します。周波数（または速度）が高いほど、この逆起電力も大きくなります。その結果、モーター内の位相電流は周波数（速度）が増加するにつれて減少し、トルクも低下します。

8. ステッピングモーターはなぜ低速では正常に動作できるのに、高速では始動せず、うなり音がするのか？ ステッピングモーターには「アイドル始動周波数」という技術的パラメータがあります。これは、負荷なしでモーターが始動できるパルス周波数を指します。もしパルス周波数がこの値を超えると、モーターは始動に失敗したり、ステップを飛ばしたり、停止したりすることがあります。負荷がある状況では、始動周波数はさらに低く設定される必要があります。高速回転を実現するためには、パルス周波数に加速プロセスが必要であり、低い周波数から始まり、徐々に望む高い周波数まで増やしていきます（モーターを低速から高速へと加速させる）。

9. 二相ハイブリッドステッピングモータが低速で動作する際に、振動と騒音をどのように軽減できますか？ 振動と騒音は、ステッピングモータが低速で動作する際の固有の欠点です。これらの問題を軽減するために、以下の解決策を考慮することができます： A. ステッピングモータが共鳴ゾーン内で動作している場合、機械的な伝達比を変更して共鳴ゾーンを避ける。 B. マイクロステップ機能を持つドライバを使用するという最も一般的で簡単な方法。 C. 三相または五相ステッピングモータなどの、ステップ角が小さいモータに切り替える。 D. 振動や騒音をほぼ完全に排除できるがコストがかかるACサーボモータに移行する。 E. 明著な機械的な変更が必要ですが、モータシャフトに磁気ダンパーを追加する。

10. マイクロステッピングドライバーのサブディビジョン数は精度を表しますか？ ステッパーモータのサブディビジョン技術は基本的に一種の電子減衰技術です（関連文献を参照）。その主な目的は、ステッパーモータ動作における低周波数振動を減らしたり排除したりすることであり、精度向上は付随的な利点に過ぎません。例えば、ステップ角が1.8度の2相ハイブリッドステッパーモータの場合、サブディビジョンドライバーを4に設定すると、モータの解像度はパルスあたり0.45度になります。モータの精度が0.45度に達するかそれに近づけるかどうかは、サブディビジョンドライバー内の電流制御の精度などに依存します。サブディビジョンドライバーの精度はメーカによって大きく異なり、高いサブディビジョン数ほど精度をコントロールするのが難しくなることがあります。

11. 四相ハイブリッドステッピングモーターとドライバのシリーズ接続方法と並列接続方法の違いは何ですか？四相ハイブリッドステッピングモーターは通常、二相ドライバで駆動されます。そのため、四相モーターを二相モーターのように動作させるために、シリーズまたは並列構成で接続することができます。シリーズ接続方法は、通常、モーターが低速で動作する場合に使用されます。この場合、ドライバの出力電流はモーターの位相電流の70%であるべきであり、これによりモーターの発熱が抑えられます。並列接続方法、または高速方法は、通常、モーターが高速で動作する場合に使用されます。この場合、ドライバの出力電流はモーターの位相電流の140%が必要であり、これによりモーターの発熱が増加します。

12. ハイブリッドステッピングモータードライバ用のDC電源はどのように決定しますか？ A. 電圧の決定：ハイブリッドステッピングモータードライバ用の電源電圧は通常、広い範囲（例：12〜48VDC）に属します。電源電圧の選択は、モーターの動作速度と応答要件に依存します。モーターが高速で動作する場合や速い応答が必要な場合は、高い電圧を選択することがあります。ただし、電源のリップル電圧がドライバの最大入力電圧を超えないように注意し、ドライバを損傷しないようにする必要があります。 B. 電流の決定：電源電流は一般的にドライバの出力位相電流（I）に基づいて決定されます。線形電源を使用する場合、電源電流は位相電流（I）の1.1〜1.3倍に設定できます。スイッチング電源を使用する場合、電源電流は位相電流（I）の1.5〜2.0倍に設定できます。