조회수: 0 작성자: 사이트 편집자 게시 시간: 2025-04-18 출처: 대지
에이 스테퍼 모터는 일반 모터처럼 연속적으로 회전하는 것이 아니라 정밀하고 고정된 스텝으로 움직이는 전기 모터의 일종입니다. 3D 프린터, CNC 기계, 로봇공학, 카메라 플랫폼 등 정밀한 위치 제어가 필요한 애플리케이션에 일반적으로 사용됩니다.
스테퍼 모터는 전기 에너지를 놀라운 정밀도로 회전 운동으로 변환하는 일종의 전기 모터입니다. 지속적인 회전을 제공하는 일반 전기 모터와 달리 스테퍼 모터는 개별 단계로 회전하므로 정확한 위치 지정이 필요한 응용 분야에 이상적입니다.
드라이버에서 스테퍼 모터로 전송되는 모든 전기 펄스는 정밀한 움직임을 가져옵니다. 각 펄스는 특정 단계에 해당합니다. 모터가 회전하는 속도는 이러한 펄스의 주파수와 직접적인 상관관계가 있습니다. 즉, 펄스가 더 빠르게 전송될수록 회전도 더 빨라집니다.
의 주요 장점 중 하나는 스테퍼 모터 는 제어가 쉽습니다. 대부분의 드라이버는 일반적인 집적 회로와 호환되는 5V 펄스로 작동합니다. 이러한 펄스를 생성하는 회로를 설계하거나 BesFoc과 같은 회사의 펄스 생성기를 사용할 수 있습니다.
간헐적인 부정확성(표준 스테퍼 모터의 정확도는 약 ± 3아크분(0.05°))에도 불구하고 이러한 오류는 여러 단계에서 누적되지 않습니다. 예를 들어 표준 스테퍼 모터가 한 단계를 수행하면 1.8° ± 0.05° 회전합니다. 백만 걸음 후에도 전체 편차는 여전히 ± 0.05°에 불과하므로 장거리에 걸쳐 정밀한 움직임을 안정적으로 수행할 수 있습니다.
또한 스테퍼 모터는 낮은 회전자 관성으로 인해 빠른 응답과 가속으로 알려져 있어 빠르게 고속을 달성할 수 있습니다. 이로 인해 짧고 빠른 움직임이 필요한 응용 분야에 특히 적합합니다.
에이 스테퍼 모터는 전체 회전을 여러 개의 동일한 단계로 나누어 작동합니다. 전자석을 사용하여 작고 제어된 증분으로 움직임을 생성합니다.
스테퍼 모터에는 두 가지 주요 부분이 있습니다.
고정자 – 코일(전자석)이 있는 고정 부분입니다.
로터(Rotor) - 회전하는 부분으로, 종종 자석이나 철로 만들어집니다.
고정자 코일에 전류가 흐르면 자기장이 생성됩니다.
이 필드는 로터를 끌어당깁니다.
특정 순서로 코일을 켜고 끄면 로터가 원을 그리며 한 단계씩 당겨집니다.
코일에 전원이 공급될 때마다 회전자는 작은 각도(스텝이라고 함)만큼 움직입니다.
예를 들어 모터의 회전당 단계가 200개인 경우 각 단계는 회전자를 1.8° 이동시킵니다.
모터는 코일에 전달되는 펄스의 순서에 따라 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있습니다.
에이 스테퍼 모터 드라이버는 모터 코일에 전기 펄스를 보냅니다.
펄스가 많을수록 모터가 더 많이 회전합니다.
Arduino 또는 Raspberry Pi와 같은 마이크로컨트롤러는 이러한 드라이버를 제어하여 모터를 정확하게 움직일 수 있습니다.
아래 그림은 함께 작동하는 여러 필수 구성 요소로 구성된 표준 스테퍼 모터 시스템을 보여줍니다. 각 요소의 성능은 시스템의 전반적인 기능에 영향을 미칩니다.
시스템의 중심에는 컴퓨터 또는 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)가 있습니다. 이 구성 요소는 스테퍼 모터뿐만 아니라 전체 기계를 제어하는 두뇌 역할을 합니다. 엘리베이터를 올리거나 컨베이어 벨트를 움직이는 등 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 필요한 복잡성에 따라 이 컨트롤러는 정교한 PC 또는 PLC부터 간단한 조작자 푸시 버튼까지 다양합니다.
다음은 특정 명령을 전달하는 인덱서 또는 PLC 카드입니다. 스테퍼 모터 . 이동에 필요한 펄스 수를 생성하고 펄스 주파수를 조정하여 모터의 가속, 속도 및 감속을 제어합니다. 인덱서는 BesFoc과 같은 독립형 장치이거나 PLC에 연결되는 펄스 발생기 카드일 수 있습니다. 형태에 관계없이 이 구성 요소는 모터 작동에 매우 중요합니다.
모터 드라이버는 네 가지 주요 부분으로 구성됩니다.
위상 제어용 논리: 이 논리 장치는 인덱서로부터 펄스를 수신하고 모터의 어느 위상을 활성화해야 하는지 결정합니다. 위상에 전원을 공급하는 것은 올바른 모터 작동을 보장하기 위해 특정 순서를 따라야 합니다.
논리 전원 공급 장치: 드라이버 내 집적 회로(IC)에 전원을 공급하는 저전압 공급 장치로, 칩셋이나 설계에 따라 일반적으로 약 5V에서 작동합니다.
모터 전원 공급 장치: 이 공급 장치는 모터에 전원을 공급하는 데 필요한 전압(일반적으로 약 24VDC)을 제공하지만 애플리케이션에 따라 더 높을 수도 있습니다.
전력 증폭기: 이 구성 요소는 모터 위상을 통해 전류가 흐르도록 하는 트랜지스터로 구성됩니다. 이러한 트랜지스터는 모터의 움직임을 용이하게 하기 위해 올바른 순서로 켜지고 꺼집니다.
마지막으로, 이러한 모든 구성 요소는 특정 응용 분야에 따라 리드 스크류, 디스크 또는 컨베이어 벨트가 될 수 있는 하중을 이동하기 위해 함께 작동합니다.
스테퍼 모터에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.
이 모터는 회전자와 고정자에 톱니가 있지만 영구 자석은 포함되어 있지 않습니다. 결과적으로 디텐트 토크가 부족하여 전원이 공급되지 않을 때 위치를 유지하지 못합니다.
PM 스테퍼 모터는 회전자에 영구 자석이 있지만 톱니는 없습니다. 일반적으로 스텝 각도의 정밀도는 떨어지지만 디텐트 토크를 제공하여 전원이 꺼졌을 때 위치를 유지할 수 있습니다.
BesFoc은 하이브리드 전문 기업입니다. 스테퍼 모터 s. 이 모터는 영구 자석의 자기 특성과 가변 릴럭턴스 모터의 톱니형 설계를 결합합니다. 회전자는 축 방향으로 자화됩니다. 즉, 일반적인 구성에서 위쪽 절반은 북극이고 아래쪽 절반은 남쪽 극입니다.
로터는 2개의 톱니 컵으로 구성되며 각 컵에는 50개의 톱니가 있습니다. 이 컵은 3.6° 오프셋되어 있어 정확한 위치 지정이 가능합니다. 위에서 보면 북극 컵의 톱니가 남극 컵의 톱니와 정렬되어 효과적인 기어링 시스템을 만드는 것을 볼 수 있습니다.
하이브리드 스테퍼 모터는 2상 구성으로 작동하며 각 위상에는 90° 간격으로 4개의 극이 포함되어 있습니다. 위상의 각 극은 180° 떨어진 극은 동일한 극성을 갖고 90° 떨어진 극은 반대가 되도록 감겨 있습니다. 임의의 위상에서 전류를 역전시키면 해당 고정자 극의 극성도 반전될 수 있으므로 모터는 모든 고정자 극을 북극 또는 남극으로 변환할 수 있습니다.
스테퍼 모터의 로터에는 50개의 톱니가 있으며 각 톱니 사이의 피치는 7.2°입니다. 모터가 작동하면 회전자 톱니와 고정자 톱니의 정렬이 달라질 수 있습니다. 특히 톱니 피치의 3/4, 톱니 피치의 절반 또는 톱니 피치의 1/4만큼 오프셋될 수 있습니다. 모터가 움직일 때 자연적으로 최단 경로를 통해 재정렬되는데, 이는 단계당 1.8°의 움직임으로 해석됩니다(7.2°의 1/4은 1.8°와 같기 때문).
토크 및 정확도 스테퍼 모터 는 극(톱니) 수의 영향을 받습니다. 일반적으로 극 수가 많을수록 토크와 정확도가 향상됩니다. BesFoc은 표준 모델에 비해 톱니 피치가 절반인 '고해상도' 스테퍼 모터를 제공합니다. 이 고해상도 로터에는 100개의 톱니가 있어 각 톱니 사이의 각도가 3.6°입니다. 이 설정을 사용하면 톱니 피치의 1/4 이동은 0.9°의 더 작은 단계에 해당합니다.
결과적으로 '고해상도' 모델은 표준 모터의 분해능을 두 배로 제공하여 표준 모델의 회전당 200단계에 비해 회전당 400단계를 달성합니다. 스텝 각도가 작을수록 진동도 낮아집니다. 각 스텝이 덜 명확하고 점진적이기 때문입니다.
아래 다이어그램은 5상 스테퍼 모터의 단면을 보여줍니다. 이 모터는 기본적으로 고정자와 회전자의 두 가지 주요 부품으로 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 지정되면 로터 컵 2가 남극이 됩니다.
고정자는 10개의 자극으로 구성되며 각 자극에는 작은 톱니와 해당 권선이 장착되어 있습니다. 이 권선은 각각 반대 극의 권선에 연결되도록 설계되었습니다. 전류가 한 쌍의 권선을 통해 흐를 때 연결된 극은 동일한 방향(북쪽 또는 남쪽)으로 자화됩니다.
각 반대 극 쌍은 모터의 한 위상을 형성합니다. 총 10개의 자극이 있다는 점을 고려하면 이 5상 내에서 5개의 개별 위상이 발생합니다. 스테퍼 모터.
중요한 것은 각 로터 컵의 외부 둘레를 따라 50개의 톱니가 있다는 것입니다. 로터 컵 1과 로터 컵 2의 톱니는 기계적으로 톱니 피치의 절반만큼 서로 오프셋되어 있어 작동 중에 정밀한 정렬과 움직임이 가능합니다.
속도-토크 곡선을 읽는 방법을 이해하는 것은 모터가 무엇을 달성할 수 있는지에 대한 통찰력을 제공하므로 중요합니다. 이 곡선은 특정 드라이버와 쌍을 이룰 때 특정 모터의 성능 특성을 나타냅니다. 모터가 작동하면 토크 출력은 드라이브 유형과 적용 전압의 영향을 받습니다. 결과적으로, 동일한 모터라도 사용된 드라이버에 따라 상당히 다른 속도-토크 곡선을 나타낼 수 있습니다.
BesFoc은 이러한 속도-토크 곡선을 참조로 제공합니다. 유사한 전압 및 전류 정격을 갖는 드라이버와 함께 모터를 활용하면 비슷한 성능을 기대할 수 있습니다. 대화형 경험을 위해서는 아래 제공된 속도-토크 곡선을 참조하십시오.
유지 토크
이는 권선을 통해 정격 전류가 흐르는 상태에서 모터가 정지 상태일 때 생성되는 토크의 양입니다.
시작/정지 영역
이 섹션은 모터가 순간적으로 시작, 정지 또는 반전할 수 있는 토크 및 속도 값을 나타냅니다.
풀인 토크
입력 펄스와 동기를 유지하면서 모터가 시작, 정지 또는 역회전할 수 있도록 하는 토크 및 속도 값입니다.
풀아웃 토크
이는 모터가 입력 위상과 동기화를 유지하면서 정지 없이 작동할 수 있는 토크 및 속도 값을 나타냅니다. 이는 모터가 작동 중 전달할 수 있는 최대 토크를 나타냅니다.
최대 시동 속도
이것은 부하가 가해지지 않을 때 모터가 작동을 시작할 수 있는 최고 속도입니다.
최대 운전 속도
모터가 무부하로 운전할 때 달성할 수 있는 가장 빠른 속도를 나타냅니다.
풀인 토크와 풀아웃 토크 사이의 영역 내에서 작동하려면 모터가 처음에 시작/정지 영역에서 시작되어야 합니다. 모터가 작동하기 시작하면 원하는 속도에 도달할 때까지 펄스 속도가 점차 증가합니다. 모터를 정지시키기 위해 풀인 토크 곡선 아래로 떨어질 때까지 속도가 감소됩니다.
토크는 전류와 모터의 와이어 회전 수에 정비례합니다. 토크를 20% 증가시키려면 전류도 약 20% 증가해야 합니다. 반대로 토크를 50% 줄이려면 전류도 50% 줄여야 합니다.
그러나 자기 포화로 인해 정격 전류의 두 배 이상으로 전류를 증가시키는 경우에는 이점이 없습니다. 이 지점을 초과하면 추가로 증가해도 토크가 향상되지 않기 때문입니다. 정격 전류의 약 10배에서 작동하면 로터의 자기소거 위험이 있습니다.
당사의 모든 모터에는 클래스 B 절연이 장착되어 있어 절연이 저하되기 전에 최대 130°C의 온도를 견딜 수 있습니다. 수명을 보장하려면 내부에서 외부까지 온도 차이를 30°C로 유지하는 것이 좋습니다. 즉, 외부 케이스 온도가 100°C를 초과해서는 안 됩니다.
인덕턴스는 고속 토크 성능에 중요한 역할을 합니다. 모터가 끝없이 높은 수준의 토크를 나타내지 않는 이유를 설명합니다. 모터의 각 권선에는 서로 다른 인덕턴스 및 저항 값이 있습니다. 헨리 단위로 측정된 인덕턴스를 옴 단위의 저항으로 나누어 시간 상수(초 단위)를 얻습니다. 이 시정수는 코일이 정격 전류의 63%에 도달하는 데 걸리는 시간을 나타냅니다. 예를 들어, 모터의 정격이 1암페어인 경우 한 번의 시정수 후에 코일은 약 0.63암페어에 도달합니다. 코일이 최대 전류(1A)에 도달하려면 일반적으로 약 4~5개의 시간 상수가 필요합니다. 토크는 전류에 비례하므로 전류가 63%에 도달하면 모터는 한 시정수 이후 최대 토크의 약 63%를 생성합니다.
저속에서 전류 축적의 지연은 문제가 되지 않습니다. 전류가 효과적으로 코일에 빠르게 들어가고 나갈 수 있어 모터가 정격 토크를 전달할 수 있기 때문입니다. 그러나 고속에서는 다음 단계가 전환되기 전에 전류가 충분히 빠르게 증가할 수 없어 토크가 감소합니다.
드라이버 전압은 고속 성능에 큰 영향을 미칩니다. 스테퍼 모터 . 모터 전압에 대한 구동 전압의 비율이 높을수록 고속 성능이 향상됩니다. 이는 전압이 높아지면 전류가 앞서 설명한 63% 임계값보다 더 빠르게 권선으로 흐르게 하기 때문입니다.
스테퍼 모터가 한 단계에서 다음 단계로 전환할 때 로터는 목표 위치에서 즉시 멈추지 않습니다. 대신 최종 위치를 지나 이동한 다음 뒤로 당겨져 반대 방향으로 오버슈팅하고 결국 정지할 때까지 앞뒤로 계속 진동합니다. '링잉'이라고 하는 이 현상은 모터가 취하는 각 단계에서 발생합니다(아래 대화형 다이어그램 참조). 번지 코드와 마찬가지로 로터의 운동량은 정지 지점을 넘어 이동하여 정지하기 전에 '바운스'하게 만듭니다. 그러나 많은 경우 모터가 완전히 정지하기 전에 다음 단계로 이동하라는 지시를 받습니다.
아래 그래프는 다양한 부하 조건에서 스테퍼 모터의 링잉 동작을 보여줍니다. 모터가 무부하되면 진동이 증가하여 상당한 울림이 발생합니다. 이러한 과도한 진동으로 인해 모터가 무부하 상태이거나 약간 부하 상태일 때 동기화가 끊어질 수 있으므로 모터가 정지될 수 있습니다. 그러므로 항상 테스트를 하는 것이 중요합니다. 스테퍼 모터 . 적절한 부하의
다른 두 그래프는 부하가 걸렸을 때 모터의 성능을 나타냅니다. 모터를 적절하게 장착하면 작동이 안정화되고 진동이 줄어듭니다. 이상적으로는 부하에 모터 최대 토크 출력의 30%~70%가 필요합니다. 또한 부하와 회전자의 관성비는 1:1에서 10:1 사이여야 합니다. 더 짧고 빠른 움직임을 위해서는 이 비율이 1:1에서 3:1에 가까운 것이 바람직합니다.
BesFoc의 응용 전문가와 엔지니어가 적절한 모터 크기 결정에 도움을 드릴 수 있습니다.
에이 스테퍼 모터는 입력 펄스 주파수가 고유 주파수와 일치할 때 진동이 크게 증가하는 현상(공명 현상)을 경험하게 됩니다. 이는 종종 200Hz 부근에서 발생합니다. 공진 시 로터의 오버슈팅과 언더슈팅이 크게 증폭되어 단계 누락 가능성이 높아집니다. 특정 공진 주파수는 부하 관성에 따라 달라질 수 있지만 일반적으로 약 200Hz 정도입니다.
2상 스테퍼 모터는 4개 그룹의 단계만 놓칠 수 있습니다. 4의 배수로 단계 손실이 발생하는 경우 진동으로 인해 모터의 동기화가 손실되거나 부하가 과도할 수 있음을 나타냅니다. 반대로, 누락된 단계가 4의 배수가 아닌 경우 펄스 수가 잘못되었거나 전기 노이즈가 성능에 영향을 미치고 있다는 강력한 징후가 있습니다.
여러 가지 전략이 공명 효과를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가장 간단한 접근 방식은 공진 속도에서 작동하는 것을 완전히 피하는 것입니다. 200Hz는 2상 모터의 경우 약 60RPM에 해당하므로 극도로 빠른 속도는 아닙니다. 최대 스테퍼 모터 의 최대 시작 속도는 초당 약 1000펄스(pps)입니다. 따라서 대부분의 경우 공진 주파수보다 높은 속도로 모터 작동을 시작할 수 있습니다.
공진 주파수보다 낮은 속도에서 모터를 시동해야 하는 경우 진동 영향을 최소화하기 위해 공진 범위를 통해 빠르게 가속하는 것이 중요합니다.
또 다른 효과적인 해결책은 더 작은 스텝 각도를 사용하는 것입니다. 스텝 각도가 클수록 오버슈팅과 언더슈팅이 더 커지는 경향이 있습니다. 모터의 이동 거리가 짧은 경우에는 크게 오버슛할 만큼 충분한 힘(토크)이 생성되지 않습니다. 스텝각을 줄이면 모터의 진동이 줄어듭니다. 이것이 하프스테핑 및 마이크로스테핑 기술이 진동을 줄이는 데 매우 효과적인 이유 중 하나입니다.
부하 요구 사항에 따라 모터를 선택하십시오. 모터 크기를 적절하게 조정하면 전반적인 성능이 향상될 수 있습니다.
댐퍼는 고려해야 할 또 다른 옵션입니다. 이러한 장치는 모터의 뒤쪽 샤프트에 장착되어 진동 에너지의 일부를 흡수할 수 있으므로 비용 효율적인 방식으로 진동 모터의 작동을 원활하게 하는 데 도움이 됩니다.
비교적 새로운 발전 스테퍼 모터 기술은 5상 스테퍼 모터입니다. 2상 모터와 5상 모터 사이의 가장 눈에 띄는 차이점(아래 대화식 다이어그램 참조)은 고정자 극 수입니다. 2상 모터에는 8개의 극(위상당 4개)이 있고 5상 모터에는 10개의 극(위상당 2개)이 있습니다. 로터 설계는 2상 모터와 유사합니다.
2상 모터의 경우 각 상마다 회전자가 톱니 피치의 1/4만큼 이동하는 반면, 5상 모터의 경우 설계상 회전자가 톱니 피치의 1/10만큼 이동합니다. 톱니 피치가 7.2°이면 5상 모터의 스텝 각도는 0.72°가 됩니다. 이러한 구조로 인해 2상 모터는 1회전에 200스텝을 수행하는데 비해 5상 모터는 1회전당 500스텝을 달성할 수 있어 2상 모터에 비해 2.5배 더 높은 분해능을 제공합니다.
분해능이 높을수록 스텝 각도가 작아져 진동이 크게 줄어듭니다. 5상 모터의 스텝각은 2상 모터의 스텝각보다 2.5배 작기 때문에 링잉과 진동이 훨씬 적습니다. 두 모터 유형 모두에서 스텝을 놓치려면 로터가 3.6° 이상 오버슈트하거나 언더슈트해야 합니다. 5상 모터의 스텝각은 0.72°에 불과하므로 모터가 이 정도 여유로 오버슈트나 언더슈트를 하는 것이 거의 불가능하므로 동기화가 실패할 가능성이 매우 낮습니다.
4가지 기본 구동 방법이 있습니다. 스테퍼 모터 :
웨이브 드라이브(풀 스텝)
2단계 켜짐(풀 스텝)
1-2 페이즈 온(하프 스텝)
마이크로스텝
아래 다이어그램에서는 원리를 설명하기 위해 웨이브 드라이브 방법을 단순화했습니다. 그림에 표시된 각 90° 회전은 실제 모터의 회전자 회전 1.8°를 나타냅니다.
1상 ON 방식이라고도 알려진 웨이브 드라이브 방식에서는 한 번에 한 상만 통전됩니다. A 단계가 활성화되면 로터의 북극을 끌어당기는 남극이 생성됩니다. 그런 다음 A상이 꺼지고 B상이 켜지면서 로터가 90°(1.8°) 회전하게 되고, 이 과정은 각 상에 개별적으로 전원이 공급되면서 계속됩니다.
웨이브 드라이브는 4단계 전기 시퀀스로 작동하여 모터를 회전시킵니다.
'2 Phases On' 구동 방식에서는 모터의 두 단계에 지속적으로 전원이 공급됩니다.
아래 그림과 같이 각 90° 회전은 1.8° 로터 회전에 해당합니다. A와 B 위상 모두 남극으로 에너지가 공급되면 로터의 북극이 양쪽 극에 동일하게 끌어당겨져 중앙에 직접 정렬됩니다. 시퀀스가 진행되고 위상이 활성화됨에 따라 로터는 활성화된 두 극 사이의 정렬을 유지하기 위해 회전합니다.
'2단계 켜기' 방법은 4단계 전기 시퀀스를 사용하여 모터를 회전시키는 방식으로 작동합니다.
BesFoc의 표준 2상 및 2상 M형 모터는 이 '2 Phases On' 구동 방식을 활용합니다.
'1단계 켜기' 방법에 비해 '2단계 켜기' 방법의 주요 장점은 토크입니다. '1상 켜기' 방법에서는 한 번에 하나의 위상만 활성화되어 단일 단위의 토크가 회전자에 작용합니다. 이와 대조적으로 '2 Phases On' 방법은 두 단계에 동시에 전원을 공급하여 두 단위의 토크를 생성합니다. 하나의 토크 벡터는 12시 위치에 작용하고 다른 토크 벡터는 3시 위치에 작용합니다. 이 두 토크 벡터가 결합되면 단일 벡터보다 41.4% 더 큰 크기의 45° 각도에서 결과 벡터가 생성됩니다. 이는 '2 Phases On' 방법을 사용하면 '1 Phase On' 방법과 동일한 스텝 각도를 달성하면서 41% 더 많은 토크를 제공할 수 있음을 의미합니다.
그러나 5상 모터는 다소 다르게 작동합니다. '2단계 켜기' 방법을 사용하는 대신 '4단계 켜기' 방법을 활용합니다. 이 접근 방식에서는 모터가 한 걸음을 내딛을 때마다 4개의 위상이 동시에 활성화됩니다.
결과적으로 5상 모터는 작동 중에 10단계 전기 시퀀스를 따릅니다.
하프 스테핑이라고도 알려진 '1-2 Phases On' 방법은 이전 두 가지 방법의 원리를 결합합니다. 이 접근 방식에서는 먼저 A 위상에 전원을 공급하여 로터가 정렬되도록 합니다. A 단계에 전원을 공급하는 동안 B 단계를 활성화합니다. 이 시점에서 로터는 양쪽 극에 똑같이 끌어당겨 중앙에 정렬되어 45°(또는 0.9°)의 회전이 발생합니다. 다음으로 B 위상에 계속 에너지를 공급하면서 A 위상을 끄고 모터가 다음 단계를 수행할 수 있도록 합니다. 이 프로세스는 한 단계와 두 단계에 전원을 공급하는 과정을 번갈아 가며 계속됩니다. 이를 통해 스텝각을 효과적으로 절반으로 줄여 진동을 줄이는 데 도움이 됩니다.
5상 모터의 경우 4상 켜기와 5상 켜기를 번갈아 가며 유사한 전략을 사용합니다.
반단계 모드는 8단계 전기 시퀀스로 구성됩니다. '4-5 Phases On' 방법을 사용하는 5상 모터의 경우 모터는 20단계 전기 시퀀스를 거칩니다.
(필요한 경우 마이크로스테핑에 대한 자세한 정보를 추가할 수 있습니다.)
마이크로스테핑은 작은 단계를 더욱 미세하게 만드는 데 사용되는 기술입니다. 단계가 작을수록 분해능이 높아지고 모터의 진동 특성이 좋아집니다. 마이크로스테핑에서 위상은 완전히 켜지지도 완전히 꺼지지도 않습니다. 대신 부분적으로 전원이 공급됩니다. A상과 B상 모두에 90°(또는 5상일 경우 0.9°)의 위상차를 갖는 정현파가 적용됩니다. 스테퍼 모터 ).
최대 전력이 위상 A에 적용되면 위상 B는 0이 되어 회전자가 위상 A와 정렬됩니다. 위상 A에 대한 전류가 감소함에 따라 위상 B에 대한 전류가 증가하여 회전자가 위상 B를 향해 작은 발걸음을 내딛을 수 있습니다. 이 프로세스는 두 위상 사이의 전류 주기로 계속되어 부드러운 마이크로스텝 동작이 발생합니다.
그러나 마이크로스테핑에는 주로 정확성과 토크와 관련하여 몇 가지 문제가 있습니다. 위상에는 부분적으로만 에너지가 공급되므로 모터는 일반적으로 약 30%의 토크 감소를 경험합니다. 또한 단계 간 토크 차이가 최소화되므로 모터가 부하를 극복하는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 이로 인해 모터가 실제로 움직이기 시작하기 전에 여러 단계를 이동하라는 명령을 받는 상황이 발생할 수 있습니다. 많은 경우 폐쇄 루프 시스템을 구축하려면 인코더를 통합해야 하지만 이로 인해 전체 비용이 추가됩니다.
개방 루프 시스템
폐쇄 루프 시스템
서보 시스템
스테퍼 모터 는 일반적으로 개방 루프 시스템으로 설계됩니다. 이 구성에서 펄스 발생기는 위상 시퀀싱 회로에 펄스를 보냅니다. 위상 시퀀서는 이전에 전체 단계 및 절반 단계 방법에서 설명한 대로 켜거나 꺼야 하는 위상을 결정합니다. 시퀀서는 고전력 FET를 제어하여 모터를 활성화합니다.
그러나 개방 루프 시스템에서는 위치 확인이 없습니다. 즉, 모터가 명령된 이동을 실행했는지 확인할 방법이 없습니다.
폐쇄 루프 시스템을 구현하는 가장 일반적인 방법 중 하나는 이중 샤프트 모터의 후면 샤프트에 인코더를 추가하는 것입니다. 인코더는 송신기와 수신기 사이를 회전하는 선이 표시된 얇은 디스크로 구성됩니다. 라인이 이 두 구성 요소 사이를 통과할 때마다 신호 라인에 펄스가 생성됩니다.
그런 다음 이러한 출력 펄스는 컨트롤러로 피드백되어 그 수를 유지합니다. 일반적으로 이동이 끝나면 컨트롤러는 드라이버로 보낸 펄스 수와 인코더에서 수신한 펄스 수를 비교합니다. 특정 루틴이 실행되어 두 카운트가 다른 경우 시스템이 불일치를 수정하도록 조정됩니다. 개수가 일치하면 오류가 발생하지 않았음을 나타내며 원활하게 동작을 계속할 수 있습니다.
폐쇄 루프 시스템에는 비용(및 복잡성)과 응답 시간이라는 두 가지 주요 단점이 있습니다. 인코더를 포함하면 시스템의 전체 비용이 증가하고 컨트롤러의 정교함이 증가하여 총 비용에 기여합니다. 또한 수정은 이동이 끝날 때만 이루어지기 때문에 시스템에 지연이 발생하여 응답 시간이 느려질 수 있습니다.
폐쇄 루프 스테퍼 시스템의 대안은 서보 시스템입니다. 서보 시스템은 일반적으로 극 수가 적은 모터를 사용하므로 고속 성능이 가능하지만 고유한 위치 지정 기능이 부족합니다. 서보를 위치 장치로 변환하려면 피드백 메커니즘이 필요하며, 종종 제어 루프와 함께 인코더나 리졸버를 사용합니다.
서보 시스템에서는 리졸버가 지정된 위치에 도달했음을 나타낼 때까지 모터가 활성화되고 비활성화됩니다. 예를 들어, 서보에 100회전을 지시하면 리졸버 카운트가 0에서 시작됩니다. 모터는 리졸버 카운트가 100회전에 도달할 때까지 작동하다가 그 시점에서 꺼집니다. 위치 이동이 있으면 모터가 다시 활성화되어 위치를 수정합니다.
위치 오류에 대한 서보의 반응은 게인 설정의 영향을 받습니다. 게인 설정이 높으면 모터가 오류 변화에 빠르게 반응할 수 있는 반면, 게인 설정이 낮으면 응답 속도가 느려집니다. 그러나 게인 설정을 조정하면 모션 제어 시스템에 시간 지연이 발생하여 전체 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
AlphaStep은 BesFoc의 혁신적 제품입니다. 스테퍼 모터 솔루션입니다. 실시간 위치 피드백을 제공하는 통합 리졸버를 갖춘 이 설계는 로터의 정확한 위치를 항상 알 수 있도록 보장하여 시스템의 정밀도와 신뢰성을 향상시킵니다.
AlphaStep 드라이버에는 드라이브로 전송되는 모든 펄스를 추적하는 입력 카운터가 있습니다. 동시에 리졸버의 피드백은 로터 위치 카운터로 전달되어 로터 위치를 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 모든 불일치는 편차 카운터에 기록됩니다.
일반적으로 모터는 개방 루프 모드에서 작동하여 모터가 따라갈 토크 벡터를 생성합니다. 그러나 편차 카운터가 ±1.8°보다 큰 불일치를 나타내는 경우 위상 시퀀서는 토크 변위 곡선의 상단 섹션에서 토크 벡터를 활성화합니다. 이는 로터를 재정렬하고 다시 동기화시키기 위해 최대 토크를 생성합니다. 모터가 여러 단계 꺼진 경우 시퀀서는 토크 변위 곡선의 상단에서 여러 토크 벡터에 에너지를 공급합니다. 운전자는 최대 5초 동안 과부하 상태를 처리할 수 있습니다. 이 기간 내에 동기화를 복원하지 못하면 오류가 발생하고 경보가 발생합니다.
AlphaStep 시스템의 주목할만한 특징은 누락된 단계를 실시간으로 수정하는 능력입니다. 오류를 수정하기 위해 이동이 끝날 때까지 기다리는 기존 시스템과 달리 AlphaStep 드라이버는 로터가 1.8° 범위를 벗어나는 즉시 수정 조치를 취합니다. 로터가 이 제한 내로 돌아오면 드라이버는 개방 루프 모드로 돌아가고 적절한 위상 에너지 공급을 재개합니다.
첨부된 그래프는 토크 변위 곡선을 보여주며 시스템의 작동 모드(개방 루프 및 폐쇄 루프)를 강조합니다. 토크 변위 곡선은 단상에서 발생하는 토크를 나타내며, 로터 위치가 1.8° 벗어날 때 최대 토크에 도달합니다. 로터가 3.6° 이상 오버슛하는 경우에만 단계를 놓칠 수 있습니다. 편차가 1.8°를 초과할 때마다 운전자가 토크 벡터를 제어하기 때문에 5초 이상 지속되는 과부하가 발생하지 않는 한 모터는 스텝을 놓칠 가능성이 없습니다.
많은 사람들은 AlphaStep 모터의 스텝 정확도가 ±1.8°라고 잘못 생각하고 있습니다. 실제로 AlphaStep의 스텝 정확도는 5분(0.083°)입니다. 로터가 1.8° 범위를 벗어나면 운전자가 토크 벡터를 관리합니다. 로터가 이 범위 내에 들어가면 로터 톱니가 생성되는 토크 벡터와 정확하게 정렬됩니다. AlphaStep은 올바른 치아가 활성 토크 벡터와 정렬되도록 보장합니다.
AlphaStep 시리즈는 다양한 버전으로 제공됩니다. BesFoc은 해상도와 토크를 향상하거나 반사 관성을 최소화하기 위해 다양한 기어비를 갖춘 원형 샤프트와 기어 모델을 모두 제공합니다. 대부분의 버전에는 안전 장치 자기 브레이크가 장착될 수 있습니다. 또한 BesFoc은 ASC 시리즈라는 24VDC 버전을 제공합니다.
결론적으로 스테퍼 모터는 위치 지정 애플리케이션에 매우 적합합니다. 펄스 수와 주파수를 변경하는 것만으로 거리와 속도를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 높은 극 개수는 개방 루프 모드에서 작동할 때에도 정확성을 보장합니다. 특정 애플리케이션에 맞게 크기가 적절하게 조정되면 스테퍼 모터는 단계를 놓치지 않습니다. 더욱이 스테퍼 모터는 위치 피드백이 필요하지 않기 때문에 비용 효율적인 솔루션입니다.
