스테핑 모터란? 구조, 종류, 사용법(구동 방식·제어 방법), 장점과 특징을 해설

1. 스테핑 모터란(펄스 모터, 스텝 모터란)

스테핑 모터는 제어 모터의 일종으로 전류를 흐르는 상을 전환하여 시계처럼 일정 각도씩 움직여 회전하는 구조의 모터입니다. 센서 없이 위치 결정이 가능합니다. 펄스 모터, 스텝, 스테퍼 모터 등이라고도 불리는 경우가 있습니다.

2. 스테퍼 모터의 종류

스테핑 모터는 구조에 따라 2상, 3상, 5상으로 분류됩니다.
시계처럼 회전하는 스테핑 모터는 1펄스로 움직일 수 있는 각도를 「기준 스텝각」이라고 부릅니다. 기준 스텝각이 세세해지면 미세할수록, 부드럽고 보다 정밀도가 높은 움직임을 할 수 있습니다.

3. 스테핑 모터의 구동 방식·드라이버

스테핑 모터를 구동하려면 드라이버가 필요합니다. 드라이버를 만들 때 조심하고 싶은 것은 2상의 경우 바이폴라 구동인지 유니폴라 구동인지에 따라 드라이버의 구동 회로가 다릅니다. 3상과 5상은 전류를 양방향으로 흘릴 수 있는 드라이버가 필요합니다.

또, 2상이나 3상 스테핑 모터는, 권선 구조가 간단하기 때문에, 메이커가 달라도, 같은 구동 회로로 모터를 돌릴 수 있습니다. 그러나, 5상 스테핑 모터의 경우, 권선 구조가 복잡하고, 모터를 돌리기 위해 흘리는 상의 조합이나 순서도 1대로는 아닙니다. 따라서 5상 스테핑 모터의 경우 조합하는 드라이버에는 주의가 필요합니다.

4. 스테핑 모터의 제어·이동 방법

우선은 펄스 지령의 신호에 대해서입니다만, 이것은 전압의 ON/OFF(HI/LOW)가 반복되는 전기 신호입니다. HI / LOW의 1 사이클을 1 펄스로 계산합니다.
펄스 신호는 상위 컨트롤러 등에서 드라이버에 입력하지만,이 펄스 신호의 수로 회전 각도를 제어합니다.

스테퍼 모터의 속도 제어

회전 속도는 펄스 수의 밀도로 제어합니다. 1펄스로 1기준 스텝각이 회전하는 경우, 1초에 10펄스를 보내는 것이, 1초에 1펄스를 보내는 것보다 1초의 회전한 각도가 크다. 그래서 펄스의 주파수가 높으면 회전 속도가 빠릅니다.

스테퍼 모터의 위치 제어

최근의 드라이버는 위상에 흐르는 전류량을 세밀하게 제어하여 모터의 기준 스텝각보다 작은 각도로 위치결정이 가능한 마이크로스텝 방식을 채용하게 되어 보다 세밀한 위치제어를 할 수 있습니다. .

• 전체 스텝 제어: 1펄스로 기준 스텝 각도 이동합니다.
• 하프 스텝 제어: 1펄스로 1/2 기준 스텝각 이동합니다.
• 1/n 마이크로스텝 제어: 1펄스로 1/n 기준스텝각 이동합니다.

5. 스테퍼 모터의 장점 · 장점

장점 1: 제어가 간단

드라이버의 트랜지스터를 올바르게 ON/OFF시키는 것만으로 간단하게 돌릴 수 있습니다. 회전 속도도 ON/OFF의 타이밍을 빨리 하는 것만으로 간단하게 올릴 수 있습니다.

이점 2: 시스템의 간소화가 가능

드라이버에 입력하는 펄스와 그 주파수로 모터를 간단하게 제어할 수 있기 때문에 복잡한 컨트롤러를 필요로 하지 않는다. 또한 스테핑 모터의 최대 특징인 「검출기 없이 위치나 속도를 제어할 수 있다」는 시스템의 간소화가 가능해집니다.

장점 3: 저렴한 시스템 구축 가능

드라이버는 간단하고 검출기도 필요없고 복잡한 콘롤러가 필요 없기 때문에 저렴하게 시스템을 구축할 수 있습니다.

이점 4：안정 정지가 가능

스테핑 모터는 자력으로 정지시키는 모터이므로, 정지하는 힘(홀딩 토크)을 발생시키기 때문에 안정 정지합니다.

6. 스테퍼 모터의 용도 예

스테핑 모터는 일상 생활에서 우리의 눈에 직접 닿지 않지만 다양한 장면에서 우리의 삶을 지원하는 수많은 "기계 속"에서 작동합니다. 실제로 어디에 사용되고 있습니까? 그 대표 예가 아래와 같은 용도입니다.

• 로봇에서 사용되는 스테퍼 모터
• 3D 프린터에 사용되는 스테퍼 모터
• 복사기에서 사용되는 스테퍼 모터
• 기판 검사 장치에 사용되는 스테퍼 모터
• 자동 개찰기에서 사용되는 스테퍼 모터
• 선재 가공기에서 사용되는 스테퍼 모터
• 슬롯 머신에 사용되는 스테퍼 모터
• 크레인 게임에 사용되는 스테퍼 모터
• 감시 카메라에 사용되는 스테퍼 모터

자세한 것은「스테핑 모터란? 스테핑 모터의 용도・사용예」를 확인해 주십시오.

7. 스테핑 모터의 특징·주의점

주의점 1：탈조해 버린다

센서는 필요하지 않지만 위치를 확인하지 않았기 때문에 지령대로 움직이지 않는(탈조한) 경우에도 주의하지 않는다. 클로즈드 루프 제어를 하고 있는 서보 모터에 비하면 신뢰성이 낮습니다.

주의점 2：발열이 높다

정지 중에도 홀딩 토크를 발생시키고 있기 때문에 발열해 버린다.

주의점 3: 진동

일정한 각도씩 회전하는 모터는 계단을 오르내리도록 1단씩 이동하기 위해 반드시 이동시에 진동해 버린다.

8. 서보 모터와 스테핑 모터의 비교

게시일: 2021-03-15 00:00