중국의 하이브리드 스테퍼 모터 제조업체 - BESFOC

스테퍼 모터 소개

스테퍼 모터 란?

에이 스테퍼 모터는 일반 모터처럼 연속적으로 회전하기보다는 정확하고 고정 된 단계로 움직이는 전기 모터 유형입니다. 3D 프린터, CNC 머신, 로봇 공학 및 카메라 플랫폼과 같은 정확한 위치 제어가 필요한 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.

스테퍼 모터는 전기 에너지를 놀라운 정밀도로 회전 운동으로 변환하는 전기 모터 유형입니다. 지속적인 회전을 제공하는 일반 전기 모터와 달리 Stepper Motors는 개별 단계로 회전하여 정확한 위치를 필요한 응용 프로그램에 이상적입니다.

운전자의 스테퍼 모터로 보내진 모든 전기 펄스는 정확한 움직임을 초래합니다. 각 펄스는 특정 단계에 해당합니다. 모터가 회전하는 속도는이 펄스의 주파수와 직접 관련이 있습니다. 펄스가 더 빨라질수록 회전이 빨라집니다.

주요 장점 중 하나입니다 스테퍼 모터 는 쉽게 제어 할 수 있습니다. 대부분의 드라이버는 5 볼트 펄스로 작동하며 공통 통합 회로와 호환됩니다. 이 펄스를 생성하기 위해 회로를 설계하거나 BESFOC와 같은 회사의 펄스 생성기를 사용할 수 있습니다.

가끔 부정확 한 부정확성에도 불구하고 (주차 스테퍼 모터는 약 ± 3 아크 분) (0.05 °)의 정확도를 갖습니다.이 오류는 여러 단계로 축적되지 않습니다. 예를 들어, 표준 스테퍼 모터가 한 단계를 일으키면 1.8 ° ± 0.05 ° 회전합니다. 백만 단계 후에도 총 편차는 여전히 ± 0.05 °에 불과하므로 장거리에 대한 정확한 움직임에 신뢰할 수 있습니다.

또한 Stepper Motors는 로터 관성이 낮은 빠른 응답 및 가속으로 유명하여 빠른 속도를 빠르게 달성 할 수 있습니다. 이로 인해 짧고 빠른 움직임이 필요한 응용 프로그램에 특히 적합합니다.

스테퍼 모터는 어떻게 작동합니까?

에이 스테퍼 모터는 전체 회전을 여러 개의 동일한 단계로 나누어 작동합니다. 전자기를 사용하여 작고 제어 된 단위로 움직임을 만듭니다.

1. 스테퍼 모터 내부

스테퍼 모터에는 두 가지 주요 부분이 있습니다.

• 고정자 - 코일이있는 고정 부분 (전자문).

• 로터 - 회전 부분, 종종 자석이거나 철으로 만든.

2. 자기장에 의한 움직임

• 고정자 코일을 통해 전류가 흐르면 자기장이 생성됩니다.

• 이 필드는 로터를 끌어냅니다.

• 코일을 특정 시퀀스로 켜고 끄면 로터는 원형 움직임으로 단계별로 당겨집니다.

3. 단계별 회전

• 코일이 활성화 될 때마다 로터는 작은 각도 (단계라고 함)로 움직입니다.

• 예를 들어, 모터에 혁명 당 200 단계가 있으면 각 단계는 로터를 1.8 ° 이동합니다.

• 모터는 코일로 전송 된 펄스 순서에 따라 앞뒤로 회전 할 수 있습니다.

4. 운전자가 통제합니다

• 에이 스테퍼 모터 드라이버는 전기 펄스를 모터 코일로 보냅니다.

• 펄스가 많을수록 모터가 더 많이 회전합니다.

• Arduino 또는 Raspberry Pi와 같은 마이크로 컨트롤러는 이러한 드라이버를 제어하여 모터를 정확하게 움직일 수 있습니다.

스테퍼 모터 시스템

아래 그림은 함께 작동하는 몇 가지 필수 구성 요소로 구성된 표준 스테퍼 모터 시스템을 보여줍니다. 각 요소의 성능은 시스템의 전체 기능에 영향을줍니다.

1. 컴퓨터 또는 plc :

시스템의 핵심에는 컴퓨터 또는 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러 (PLC)가 있습니다. 이 구성 요소는 스테퍼 모터뿐만 아니라 전체 기계를 제어하는 ​​뇌 역할을합니다. 엘리베이터를 올리거나 컨베이어 벨트 이동과 같은 다양한 작업을 수행 할 수 있습니다. 필요한 복잡성에 따라이 컨트롤러는 정교한 PC 또는 PLC에서 간단한 운영자 푸시 버튼에 이르기까지 다양합니다.

2. 인덱서 또는 PLC 카드 :

다음은 인덱서 또는 PLC 카드로 특정 지침을 전달합니다. 스테퍼 모터 . 이동에 필요한 펄스 수를 생성하고 모터의 가속, 속도 및 감속을 제어하기 위해 펄스 주파수를 조정합니다. 인덱서는 BESFOC와 같은 독립형 장치 또는 PLC에 연결하는 펄스 생성기 카드 일 수 있습니다. 형식에 관계 없이이 구성 요소는 모터 작동에 중요합니다.

3. 모터 드라이버 :

모터 드라이버는 네 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

• 위상 제어를위한 논리 :이 로직 유닛은 인덱서로부터 펄스를 수신하고 모터의 어떤 단계를 활성화 해야하는지 결정합니다. 위상 에너지는 적절한 모터 작동을 보장하기 위해 특정 시퀀스를 따라야합니다.

• 논리 전원 공급 장치 : 이것은 칩 세트 또는 설계를 기반으로 일반적으로 약 5 볼트로 작동하는 드라이버 내의 통합 회로 (IC)에 전력을 공급하는 저전압 공급 장치입니다.

• 모터 전원 공급 장치 :이 공급은 적용에 따라 더 높을 수 있지만 모터에 전원을 공급하는 데 필요한 전압을 제공합니다.

• 전력 증폭기 :이 구성 요소는 전류가 모터 단계를 통해 흐를 수있는 트랜지스터로 구성됩니다. 이 트랜지스터는 모터의 움직임을 용이하게하기 위해 올바른 시퀀스로 켜지거나 꺼집니다.

4.로드 :

마지막으로, 이러한 모든 구성 요소는 특정 애플리케이션에 따라 리드 나사, 디스크 또는 컨베이어 벨트 일 수있는 하중을 이동하기 위해 함께 작동합니다.

스테퍼 모터의 유형

스테퍼 모터에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

가변 꺼짐 (VR) 스테퍼 모터

이 모터는 로터와 고정자에 치아를 특징으로하지만 영구 자석은 포함되어 있지 않습니다. 결과적으로, 그들은 킬트 토크가 부족하여, 활력이 없을 때 자신의 위치를 ​​유지하지 못합니다.

영구 자석 (PM) 스테퍼 모터

PM Stepper Motors는 로터에 영구 자석이 있지만 치아가 없습니다. 그들은 일반적으로 계단 각도가 덜 정밀하게 나타나지 만, 구멍 토크를 제공하여 전원이 꺼질 때 위치를 유지할 수 있습니다.

하이브리드 스테퍼 모터

BESFOC는 독점적으로 하이브리드에서 전문화됩니다 스테퍼 모터 s. 이 모터는 가변 꺼려 모터의 이빨 설계와 영구 자석의 자기 특성을 병합합니다. 로터는 축 방향으로 자화되므로 일반적인 구성에서 상단 절반은 북극이고 하단 절반은 남극임을 의미합니다.

로터는 각각 50 개의 치아를 가진 두 개의 이빨 컵으로 구성됩니다. 이 컵은 3.6 °로 오프셋되어 정확한 위치를 가능하게합니다. 위에서 볼 때 북극 컵의 치아가 남극 컵의 치아와 일치하여 효과적인 기어링 시스템을 만듭니다.

하이브리드 스테퍼 모터는 2 상 구조에서 작동하며 각 위상에는 4 개의 극이 90 ° 간격으로 이어집니다. 위상의 각 극은 180 ° 간격으로 극이 동일한 극성을 갖도록 상처를 입히고, 극성은 90 ° 간격으로 반대됩니다. 임의의 위상에서 전류를 역전시킴으로써, 상응하는 고정자 극의 극성을 되돌릴 수있어 모터가 고정자 극을 북쪽 또는 남극으로 변환 할 수 있습니다.

스테퍼 모터의 로터는 각 치아 사이에 7.2 °의 피치가있는 50 개의 치아를 특징으로합니다. 모터가 작동함에 따라 고정자 치아와의 로터 치아의 정렬은 다를 수 있습니다. 특히 치아 피치의 3/4, 치아 피치의 절반 또는 치아 피치의 1/4으로 오프셋 될 수 있습니다. 모터가 단계를 밟으면 자연스럽게 재조정으로 가장 짧은 경로를 가져 오며 단계당 1.8 °의 움직임으로 해석됩니다 (7.2 °의 1/4은 1.8 °에 해당).

토크와 정확도 스테퍼 모터 는 극 (치아)의 수에 영향을받습니다. 일반적으로 극이 더 높으면 토크와 정확도가 향상됩니다. Besfoc은 표준 모델의 치아 피치의 절반을 갖는 '고해상도 '스테퍼 모터를 제공합니다. 이 고해상도 로터는 100 개의 치아를 가지므로 각 치아 사이의 각도가 3.6 °입니다. 이 설정을 사용하면 1/4의 치아 피치의 움직임이 0.9 °의 작은 단계에 해당합니다.

결과적으로, '고해상도 '모델은 표준 모터의 해상도를 두 배로 제공하여 표준 모델의 혁명 당 200 단계에 비해 혁명 당 400 단계를 달성합니다. 작은 단계 각도는 또한 진동이 낮아집니다. 각 단계는 덜 뚜렷하고 점진적이기 때문입니다.

구조

아래 다이어그램은 5 상 스테퍼 모터의 단면을 보여줍니다. 이 모터는 주로 고정자와 로터의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 로터 자체는 로터 컵 1, 로터 컵 2 및 영구 자석의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다. 로터는 축 방향으로 자화됩니다. 예를 들어, 로터 컵 1이 북극으로 지정된 경우 로터 컵 2는 남극이됩니다.

고정자는 10 개의 자기 극을 특징으로하며 각각은 작은 치아와 해당 권선이 장착되어 있습니다. 이 권선은 각각의 반대쪽 극의 권선에 연결되도록 설계되었습니다. 전류가 한 쌍의 와인딩을 통해 흐르면 북쪽이나 남쪽과 같은 동일한 방향으로 연결되는 극을 연결합니다.

각각의 반대되는 극 쌍은 모터의 한 단계를 형성합니다. 총 10 개의 자기 기둥이 있다는 점을 감안할 때이 5 상 내에서 5 개의 별개의 위상이 생깁니다. 스테퍼 모터.

중요하게도, 각 로터 컵에는 외부 주변을 따라 50 개의 이빨이 있습니다. 로터 컵 1 및 로터 컵 2의 치아는 절반의 치아 피치로 서로 기계적으로 오프셋되어 작동 중에 정확한 정렬 및 움직임이 가능합니다.

스피드 토크

스피드 토크 곡선을 읽는 방법을 이해하는 것은 모터가 달성 할 수있는 것에 대한 통찰력을 제공하기 때문에 중요합니다. 이러한 곡선은 특정 드라이버와 쌍을 이룰 때 특정 모터의 성능 특성을 나타냅니다. 모터가 작동하면 토크 출력은 드라이브 유형과 적용된 전압의 영향을받습니다. 결과적으로, 동일한 모터는 사용 된 드라이버에 따라 상당히 다른 스피드 토크 곡선을 나타낼 수 있습니다.

BESFOC는 이러한 스피드 토크 곡선을 참조로 제공합니다. 전압과 현재 등급이 비슷한 드라이버와 함께 모터를 사용하면 비슷한 성능을 기대할 수 있습니다. 대화식 경험은 아래에 제공된 스피드 토크 곡선을 참조하십시오.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

풀인과 풀 아웃 토크 사이의 영역 내에서 작동하려면 모터는 처음에 시작/정지 영역에서 시작해야합니다. 모터가 실행되기 시작하면 원하는 속도가 달성 될 때까지 펄스 속도가 점차 증가합니다. 모터를 막으려면 풀인 토크 곡선 아래로 떨어질 때까지 속도가 줄어 듭니다.

토크는 전류와 모터의 전선 회전에 직접 비례합니다. 토크를 20%증가 시키려면 전류도 약 20%증가해야합니다. 반대로, 토크를 50%감소 시키려면 전류를 50%감소시켜야합니다.

그러나 자기 포화로 인해 전류를 두 배 이상으로 증가시키는 데 이점이 없으며,이 시점 이외에도 추가로 증가하면 토크가 향상되지 않습니다. 정격 전류의 약 10 배에서 작동하면 로터를 탈 자연화 할 위험이 있습니다.

모든 모터에는 클래스 B 단열재가 장착되어있어 절연이 저하되기 전에 최대 130 ° C의 온도를 견딜 수 있습니다. 장수를 보장하기 위해 내부에서 외부로 30 ° C의 온도 차동을 유지하는 것이 좋습니다. 즉, 외부 케이스 온도가 100 ° C를 초과하지 않아야합니다.

인덕턴스는 고속 토크 성능에 중요한 역할을합니다. 모터가 끝없이 높은 수준의 토크를 나타내지 않는 이유를 설명합니다. 모터의 각 권선은 뚜렷한 인덕턴스와 저항 값을 갖습니다. Henrys에서 측정 된 인덕턴스는 OHM의 저항으로 나뉘어져 시간 상수 (초)가 발생합니다. 이 시간 상수는 코일이 정격 전류의 63%에 도달하는 데 걸리는 시간을 나타냅니다. 예를 들어, 모터가 1 앰프의 정격 인 경우, 한 번 상수 후에 코일은 약 0.63 암페어에 도달합니다. 코일이 전체 전류 (1 amp)에 도달하려면 일반적으로 약 4 ~ 5 개의 시간 상수가 필요합니다. 토크는 전류에 비례하기 때문에 전류가 63%에 불과하면 모터는 한 번 일정 한 후 최대 토크의 약 63%를 생성합니다.

저속에서는 전류가 코일을 효과적으로 입력하여 빠르게 입력 할 수 있기 때문에 전류 빌드 업의 지연이 문제가되지 않으므로 모터가 정격 토크를 전달할 수 있습니다. 그러나 고속에서는 다음 위상 스위치 전에 전류가 충분히 증가 할 수 없어 토크가 줄어 듭니다.

운전자 전압 충격

드라이버 전압은 a의 고속 성능에 크게 영향을 미칩니다 스테퍼 모터 . 구동 전압 대 운동 전압 비율이 높으면 고속 기능이 향상됩니다. 이는 전압이 높아지면 전류가 이전에 논의 된 63% 임계 값보다 더 빠르게 와인딩으로 흐를 수 있기 때문입니다.

진동

스테퍼 모터가 한 단계에서 다음 단계로 전환되면 로터는 대상 위치에서 즉시 정지되지 않습니다. 대신, 그것은 최종 위치를 지나서 뒤로 물러서서 반대 방향으로 과장하고 결국 정지 될 때까지 앞뒤로 계속 진동합니다. 'Ringing, '라고하는이 현상은 모터가 취하는 각 단계마다 발생합니다 (아래 대화 형 다이어그램 참조). 번지 코드와 마찬가지로 로터의 모멘텀은 정지 지점을 넘어서서 휴식을 취하기 전에 '바운스 '를 초래합니다. 그러나 대부분의 경우 모터는 완전히 멈추기 전에 다음 단계로 이동하도록 지시받습니다.

아래 그래프는 다양한 하중 조건 하에서 스테퍼 모터의 울리는 동작을 보여줍니다. 모터가 언로드되면 상당한 울림이 나타나 진동이 증가합니다. 이 과도한 진동은 동기화가 손실 될 수 있으므로 모터가 내리거나 가볍게로드 될 때 모터 스톨으로 이어질 수 있습니다. 따라서 항상 테스트하는 것이 필수적입니다 스테퍼 모터 . 적절한 부하가있는

다른 두 그래프는로드시 모터의 성능을 나타냅니다. 모터를 올바르게로드하면 작동을 안정화하고 진동을 줄입니다. 이상적으로, 부하는 모터 최대 토크 출력의 30%에서 70% 사이를 필요로합니다. 또한 로터에 대한 하중의 관성 비율은 1 : 1과 10 : 1 사이에 떨어야합니다. 짧고 빠른 움직임의 경우이 비율이 1 : 1 ~ 3 : 1에 가까워지는 것이 바람직합니다.

BESFOC의 지원

BESFOC의 애플리케이션 전문가 및 엔지니어는 적절한 모터 크기에 도움을 줄 수 있습니다.

공명과 진동

에이 스테퍼 모터는 입력 펄스 주파수가 공명으로 알려진 현상 ​​인 고유 주파수와 일치하면 진동이 크게 증가합니다. 이것은 종종 약 200Hz가 발생합니다. 공명에서, 로터의 오버 슈팅 및 언더 슈트는 크게 증폭되어 누락 된 단계의 가능성이 높아집니다. 특정 공진 주파수는 부하 관성에 따라 다를 수 있지만 일반적으로 약 200Hz를 가져옵니다.

2 상 모터의 단계 손실

2 단계 스테퍼 모터는 4 개 그룹의 계단 만 놓칠 수 있습니다. 4 개의 배수로 발생하는 단계 손실이 나타나면 진동으로 인해 모터가 동기화를 잃거나 부하가 과도 할 수 있음을 나타냅니다. 반대로, 누락 된 단계가 4의 배수가 아닌 경우, 펄스 수가 잘못되었거나 전기 노이즈가 성능에 영향을 미친다는 강력한 표시가 있습니다.

공명 완화

몇 가지 전략은 공명 효과를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가장 간단한 접근법은 공명 속도로 작동하지 않는 것입니다. 200 Hz는 2 상 모터의 경우 약 60 rpm에 해당하기 때문에 매우 빠른 속도는 아닙니다. 최대 스테퍼 모터 는 초당 약 1000 펄스 (PPS)의 최대 시작 속도를 갖습니다. 따라서 많은 경우 공진 주파수보다 높은 속도로 모터 작동을 시작할 수 있습니다.

공진 주파수 미만의 속도로 모터를 시작 해야하는 경우 진동의 영향을 최소화하기 위해 공진 범위를 통해 빠르게 가속하는 것이 중요합니다.

스텝 각도 감소

또 다른 효과적인 솔루션은 더 작은 단계 각도를 사용하는 것입니다. 더 큰 계단 각도는 더 큰 오버 슈팅과 슈팅을 초래하는 경향이 있습니다. 모터가 이동하는 데 짧은 거리가 있으면 크게 슈팅하기에 충분한 힘 (토크)이 생성되지 않습니다. 계단 각도를 줄임으로써 모터는 진동이 적습니다. 이것이 반기 및 마이크로 스투핑 기술이 진동을 줄이는 데 효과적인 이유 중 하나입니다.

로드 요구 사항에 따라 모터를 선택하십시오. 적절한 모터 크기는 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다.

댐퍼 사용

댐퍼는 고려해야 할 또 다른 옵션입니다. 이 장치는 모터의 뒷면 샤프트에 장착하여 진동 에너지의 일부를 흡수하여 비용 효율적인 방식으로 진동 모터의 작동을 부드럽게하는 데 도움이됩니다.

5 단계 스테퍼 모터

비교적 새로운 발전 스테퍼 모터  기술은 5 상 스테퍼 모터입니다. 2 상과 5 단계 모터의 가장 눈에 띄는 차이 (아래의 대화 형 다이어그램 참조)는 고정자 극의 수입니다. 2 상 모터는 8 개의 극 (위상 당 4 개)을 가지며 5 단계 모터는 10 극 (위상 당 2 개)을 특징으로합니다. 로터 설계는 2 상 모터의 로터 설계와 유사합니다.

2 상 모터에서 각 위상은 로터를 1/4 톱니 피치로 이동시키는 반면 5 상 모터에서는 로터가 설계로 인해 치아 피치의 1/10을 움직입니다. 치아 피치가 7.2 ° 인 경우 5 상 모터의 계단 각도는 0.72 °가됩니다. 이 구조는 5 상 모터가 혁명 당 500 단계를 달성 할 수있게 해주 며, 혁명 당 2 상 모터의 200 단계와 비교하여 2 상 모터의 해상도보다 2.5 배 더 큰 해상도를 제공합니다.

해상도가 높을수록 스텝 각도가 작아 진동이 크게 줄어 듭니다. 5 상 모터의 단계 각도는 2 상 모터보다 2.5 배 더 작기 때문에 벨소리와 진동이 훨씬 낮습니다. 두 모터 유형 모두에서 로터는 3.6 ° 이상을 오버 슈트 또는 언더 슈트로 놓아야합니다. 5 단계 모터의 단계 각도가 0.72 °에 불과하면 모터가 마진으로 오버 슈트 또는 언더 슈트가 거의 불가능하여 동기화를 잃을 가능성이 매우 낮습니다.

드라이브 방법

4 가지 기본 드라이브 방법이 있습니다 스테퍼 모터 S :

1. 웨이브 드라이브 (전체 단계)

2. 2 단계 (전체 단계)

3. 1-2 단계 (반 단계)

4. 마이크로 스텝

웨이브 드라이브

아래 다이어그램에서는 웨이브 드라이브 방법이 단순화되어 원리를 설명합니다. 그림에 묘사 된 각 90 ° 회전은 실제 모터에서 1.8 °의 로터 회전을 나타냅니다.

1 상 ON 방법으로도 알려진 웨이브 드라이브 방법에서는 한 번에 한 단계 만 에너지가 발생합니다. A 단계가 활성화되면 로터의 북극을 끌어들이는 남극을 만듭니다. 그런 다음 A 상이 꺼지고 B 위상이 켜져 로터가 90 ° (1.8 °) 회전 하고이 프로세스는 각 단계에 개별적으로 전원을 공급함에 따라 계속됩니다.

웨이브 드라이브는 4 단계 전기 시퀀스로 작동하여 모터를 회전시킵니다.

 

2 단계

'2 단계 '드라이브 방법에서, 모터의 두 단계 모두 지속적으로 활력을 얻습니다.

아래 그림과 같이, 각 90 ° 회전은 1.8 ° 로터 회전에 해당합니다. A와 B 위상 모두 남쪽 극으로 에너지가 발생하면 로터의 북극은 두 극에 동일하게 끌어 가서 중간에 직접 정렬됩니다. 시퀀스가 진행되고 상이 활성화됨에 따라 로터는 회전하여 두 개의 에너지가있는 극 사이의 정렬을 유지합니다.

'2 상 '방법은 모터를 회전시키기 위해 4 단계 전기 시퀀스를 사용하여 작동합니다.

BESFOC의 표준 2 상 및 2 단계 M 유형 모터는 '드라이브 방법 에서이 '2 상을 사용합니다.

'1 위상 '메소드에 대한 '2 상'방법의 주요 장점은 토크입니다. '1 상 '방법에서, 한 번에 하나의 위상 만 활성화되어 단일 단위의 토크가 로터에 작용합니다. 대조적으로, '2 상 '방법은 두 단계 모두 동시에 활력을 불어 넣어 두 개의 토크를 생성합니다. 하나의 토크 벡터는 12시 위치에서 작용하고 다른 하나는 3시 위치에서 작용합니다. 이 두 토크 벡터가 결합되면 단일 벡터보다 41.4% 더 큰 크기의 45 ° 각도에서 결과 벡터를 생성합니다. 즉, '2 상'방법을 사용하면 '1 단계 '메소드와 동일한 단계 각도를 41% 더 많은 토크를 제공 할 수 있습니다.

그러나 5 단계 모터는 다소 다르게 작동합니다. '2 단계 '메소드를 사용하는 대신 '4 단계 '방법을 사용합니다. 이 접근법에서는 모터가 한 단계마다 4 개의 위상이 동시에 활성화됩니다.

결과적으로, 5 상 모터는 작동 중에 10 단계 전기 시퀀스를 따릅니다.

1-2 단계 (반 단계)

Half Stepping이라고도하는 '1-2 단계 '방법은 이전 두 방법의 원리를 결합합니다. 이 접근법에서 먼저 A 단계에 활력을 불어 넣어 로터가 정렬됩니다. A 상을 활성화시키는 동안 B 상을 활성화합니다. 이 시점에서 로터는 두 극에 똑같이 끌리고 중간에 정렬되어 45 ° (또는 0.9 °)의 회전을 초래합니다. 다음으로, 우리는 B 단계에 계속 활력을 불어 넣는 동안 A 단계를 끕니다. 이 과정은 계속해서 한 단계와 두 단계를 활용합니다. 그렇게함으로써, 우리는 스텝 각도를 반으로 효과적으로 자르므로 진동을 줄이는 데 도움이됩니다.

5 단계 모터의 경우 4 상에서 5 상을 번갈아 가면서 유사한 전략을 사용합니다.

하프 단계 모드는 8 단계 전기 시퀀스로 구성됩니다. '4-5 위상 '방법을 사용하여 5 상 모터의 경우 모터는 20 단계 전기 시퀀스를 통과합니다.

마이크로 스텝

(필요한 경우 Microstping에 대한 자세한 정보를 추가 할 수 있습니다.)

microstping

Microstping은 작은 단계를 더욱 미세하게 만드는 데 사용되는 기술입니다. 단계가 작을수록 해상도가 높아지고 모터의 진동 특성이 더 좋습니다. Microstping에서는 위상이 완전히 켜지거나 완전히 꺼지지 않습니다. 대신, 그것은 부분적으로 활력이 있습니다. 사인파는 위상 A와 상 B에 모두 적용되며, 위상차는 90 ° (또는 5 상에서 0.9 °입니다. 스테퍼 모터 ).

최대 전력이 위상 A에 적용되면, 단계 B는 0이면, 로터가 위상 A와 정렬되게합니다. 전류에서 위상 A가 감소함에 따라, 전류는 상자 B 상이 증가함에 따라 로터는 상 B를 향해 작은 단계를 향해 작은 단계를 수행 할 수있게 하여이 과정은 두 상 사이의 전류 사이클을 계속하여 마이크로 에스테프 운동을 초래합니다.

그러나 Microstping은 주로 정확성과 토크와 관련하여 몇 가지 과제를 제시합니다. 위상은 부분적으로 만 활력을주기 때문에 모터는 일반적으로 약 30%의 토크 감소를 경험합니다. 또한 단계 간의 토크 차이가 최소이므로 모터는 하중을 극복하는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 이는 모터가 실제로 움직이기 시작하기 전에 여러 단계를 이동하도록 명령 할 수있는 상황을 초래할 수 있습니다. 대부분의 경우 폐쇄 루프 시스템을 생성하려면 인코더를 통합해야하지만 전체 비용이 추가됩니다.

스테퍼 모터 시스템

오픈 루프 시스템
폐쇄 루프 시스템
서보 시스템

오픈 루프

스테퍼 모터 는 일반적으로 개방형 루프 시스템으로 설계되었습니다. 이 구성에서 펄스 발생기는 펄스를 위상 시퀀싱 회로로 보냅니다. 위상 시퀀서는 전체 단계 및 하프 단계 방법에서 전술 한 바와 같이 어떤 단계를 켜거나 끄야하는지 결정합니다. 시퀀서는 고전력 페트를 제어하여 모터를 활성화합니다.

그러나 개방형 루프 시스템에서는 위치 검증이 없으므로 모터가 명령 된 움직임을 실행했는지 확인할 방법이 없습니다.

폐쇄 루프

폐 루프 시스템을 구현하는 가장 일반적인 방법 중 하나는 이중 샤프트 모터의 뒷면 샤프트에 인코더를 추가하는 것입니다. 인코더는 송신기와 수신기 사이에 회전하는 선이 표시된 얇은 디스크로 구성됩니다. 라인 이이 두 구성 요소 사이를 통과 할 때마다 신호 라인에 펄스가 생성됩니다.

그런 다음 이러한 출력 펄스는 컨트롤러로 공급되며, 이는 수를 유지합니다. 일반적으로 움직임이 끝나면 컨트롤러는 운전자에게 전송 된 펄스 수와 인코더에서 수신 된 펄스 수를 비교합니다. 두 카운트가 다른 경우 시스템이 불일치를 바로 잡기 위해 조정되는 특정 루틴이 실행됩니다. 카운트가 일치하면 오류가 발생하지 않았으며 움직임이 원활하게 계속 될 수 있음을 나타냅니다.

폐쇄 루프 시스템의 단점

폐쇄 루프 시스템에는 비용 (및 복잡성)과 응답 시간의 두 가지 주요 단점이 있습니다. 인코더를 포함 시키면 컨트롤러의 정교함이 증가함에 따라 시스템의 전체 비용이 추가되어 총 비용에 기여합니다. 또한, 교정은 움직임이 끝날 때만 이루어 지므로 시스템에 지연이 발생하여 응답 시간이 느려질 수 있습니다.

서보 시스템

폐쇄 루프 스테퍼 시스템의 대안은 서보 시스템입니다. 서보 시스템은 일반적으로 폴 카운트가 낮은 모터를 사용하여 고속 성능을 가능하게하지만 고유 한 포지셔닝 기능이 부족합니다. 서보를 위치 장치로 변환하려면 피드백 메커니즘이 필요하며, 종종 제어 루프와 함께 인코더 또는 리졸버를 사용합니다.

서보 시스템에서, 모터가 활성화되고 리졸버가 지정된 위치에 도달했음을 나타낼 때까지 비활성화됩니다. 예를 들어, 서보에 100 회전을 움직 이도록 지시 받으면 Resolver Count에서 0에서 시작됩니다. 모터는 RESOLVER 수가 100 회전에 도달 할 때까지 실행되며,이 시점에서 꺼집니다. 위치 이동이 있으면 모터가 재 활성화되어 위치를 수정합니다.

서보의 위치 오류에 대한 응답은 게인 설정의 영향을받습니다. 높은 게인 설정을 통해 모터가 오류의 변화에 ​​빠르게 반응 할 수있는 반면, 낮은 게인 설정으로 인해 응답이 느려집니다. 그러나 이득 설정을 조정하면 모션 제어 시스템에 대한 시간 지연이 발생하여 전반적인 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

Alphastep 폐쇄 루프 스테퍼 모터 시스템

Alphastep은 BESFOC의 혁신적입니다 Stepper Motor Solution.  실시간 위치 피드백을 제공하는 통합 리졸버가 특징 인 이 설계는 로터의 정확한 위치가 항상 알려져있어 시스템의 정밀성과 신뢰성을 향상시킵니다.

Alphastep 폐쇄 루프 스테퍼 모터 시스템

Alphastep 드라이버에는 드라이브로 전송 된 모든 펄스를 추적하는 입력 카운터가 있습니다. 동시에, Resolver의 피드백은 로터 위치 카운터로 향하여 로터 위치를 지속적으로 모니터링 할 수 있습니다. 불일치는 편차 카운터에 기록됩니다.

일반적으로 모터는 개방형 루프 모드에서 작동하여 모터가 따라야 할 토크 벡터를 생성합니다. 그러나, 편차 카운터가 ± 1.8 °보다 큰 불일치를 나타내는 경우, 위상 시퀀서는 토크 변위 곡선의 상부 섹션에서 토크 벡터를 활성화시킨다. 이렇게하면 로터를 재정렬하고 다시 동기로 가져 오는 최대 토크가 생성됩니다. 모터가 여러 단계로 꺼지면 시퀀서는 토크 변위 곡선의 하이 엔드에서 여러 토크 벡터에 전원을 공급합니다. 운전자는 과부하 조건을 최대 5 초 동안 처리 할 수 ​​있습니다. 이 기간 내에 동기화를 복원하지 못하면 결함이 트리거되고 알람이 발행됩니다.

Alphastep 시스템의 놀라운 특징은 누락 된 단계에 대해 실시간 수정을하는 기능입니다. 오류가 끝날 때까지 기다리는 기존 시스템과 달리 Alphastep 드라이버는 로터가 1.8 ° 범위를 벗어나 자마자 수정 조치를 취합니다. 로터 가이 한계 내에 돌아 오면 운전자는 루프 모드를 열고 적절한 위상 에너지를 재개합니다.

첨부 그래프는 토크 변위 곡선을 보여 주며 시스템의 작동 모드를 강조합니다 - 루프 및 폐쇄 루프. 토크 변위 곡선은 단일 위로 생성 된 토크를 나타내며 로터 위치가 1.8 °를 벗어날 때 최대 토크를 달성합니다. 로터가 3.6 ° 이상을 넘는 경우에만 단계를 놓칠 수 있습니다. 드라이버는 편차가 1.8 °를 초과 할 때마다 토크 벡터를 제어하기 때문에 5 초 이상 지속되는 오버로드가 발생하지 않는 한 모터는 놓치지 않을 것입니다.

alphastep의 단계 정확도

많은 사람들은 알파 스텝 모터의 단계 정확도가 ± 1.8 °라고 잘못 생각합니다. 실제로, 알파 스텝의 단계 정확도는 5 분 (0.083 °)입니다. 드라이버는 로터가 1.8 ° 범위 외부에있을 때 토크 벡터를 관리합니다. 로터 가이 범위에 속하면 로터 치아는 토크 벡터가 생성되는 것과 정확하게 정렬됩니다. 알파스테프는 올바른 치아가 활성 토크 벡터와 정렬되도록합니다.

Alphastep 시리즈는 다양한 버전으로 제공됩니다. BESFOC는 여러 기어 비율을 갖는 둥근 샤프트 및 기어드 모델을 모두 제공하여 해상도와 토크를 향상 시키거나 반사 된 관성을 최소화합니다. 대부분의 버전에는 실패 안전 자기 브레이크가 장착 될 수 있습니다. 또한 BESFOC는 ASC 시리즈라는 24 VDC 버전을 제공합니다.

결론

결론적으로, 스테퍼 모터는 포지셔닝 응용 프로그램에 매우 적합합니다. 펄스 수와 주파수를 변경하여 거리와 속도를 정확하게 제어 할 수 있습니다. 폴 카운트가 높을수록 개방형 루프 모드에서 작동 할 때에도 정확성이 가능합니다. 특정 응용 프로그램에 적합한 크기의 경우 a 스테퍼 모터는 계단을 놓치지 않습니다. 또한 위치 피드백이 필요하지 않기 때문에 스테퍼 모터는 비용 효율적인 솔루션입니다.