ステッピングモーターの精度を高める方法

工学分野では、機械的公差が、用途に関係なく、考えられるあらゆる種類のデバイスの精度と精度に大きな影響を与えることはよく知られています。この事実は以下にも当てはまりますステッピングモーター。たとえば、標準的なステッピング モーターの許容レベルは、ステップごとに約 ±5 パーセントの誤差です。ちなみに、これらは非累積エラーです。ほとんどのステッピング モーターは 1 ステップあたり 1.8 度移動します。つまり、1 回転あたり 200 ステップであるにもかかわらず、潜在的な誤差の範囲は 0.18 度になります (図 1 を参照)。

2相ステッピングモーター - GSSDシリーズ

精度を高める小型ステッピング

標準の非累積精度が ±5% である場合、精度を向上させる最初の最も論理的な方法は、モーターをマイクロステップ化することです。マイクロ ステッピングは、より高い解像度を実現するだけでなく、低速でのよりスムーズな動作を実現するステッピング モーターの制御方法であり、一部のアプリケーションでは大きな利点となります。

1.8 度のステップ角度から始めましょう。このステップ角は、モーターの速度が低下すると、各ステップが全体のより大きな部分を占めることを意味します。速度が遅くなると、ステップ サイズが比較的大きくなり、モーター内でコギングが発生します。この低速での動作の滑らかさの低下を軽減する 1 つの方法は、各モーター ステップのサイズを小さくすることです。ここで、マイクロステッピングが重要な代替手段になります。

マイクロステッピングは、パルス幅変調 (PWM) を使用してモーター巻線への電流を制御することによって実現されます。何が起こるかというと、モーター ドライバーが 2 つの電圧正弦波をモーター巻線に供給します。各正弦波の位相は互いに 90 度異なります。したがって、一方の巻線で電流が増加する一方で、もう一方の巻線では電流が減少して電流が徐々に伝達され、その結果、標準のフルステップ (または一般的なハーフステップ) 制御で得られるものよりもスムーズな動作とより安定したトルク生成が得られます。 (図 2 を参照)。

単軸ステッピングモーターコントローラー+ドライバーが動作します

マイクロステッピング制御に基づいて精度の向上を決定する場合、エンジニアはこれが他のモーター特性にどのような影響を与えるかを考慮する必要があります。トルク伝達の滑らかさ、低速動作、および共振はマイクロステッピングを使用して改善される可能性がありますが、制御およびモーター設計の一般的な制限により、理想的な全体特性に到達することができません。ステッピング モーターの動作により、マイクロ ステッピング ドライブは真の正弦波に近似することしかできません。これは、たとえマイクロステッピング動作でそれぞれが大幅に低減されたとしても、いくらかのトルクリップル、共振、およびノイズがシステム内に残ることを意味します。

機械的精度

ステッピング モーターの精度を高めるもう 1 つの機械的調整は、より小さい慣性負荷を使用することです。停止時の慣性が大きいモータを取り付けた場合、負荷により若干の過回転が発生します。これは小さなエラーであることが多いため、モーター コントローラーを使用して修正できます。

最後にコントローラーに戻ります。この方法には多少のエンジニアリング作業が必要になる場合があります。精度を向上させるために、使用することを選択したモーターに合わせて特別に最適化されたコントローラーを使用することをお勧めします。これは非常に正確に組み込む方法です。モーター電流を正確に操作するコントローラーの能力が高ければ高いほど、使用しているステッピング モーターからより高い精度を得ることができます。これは、コントローラーがステッピング動作を開始するためにモーター巻線が受け取る電流の量を正確に調整するためです。

モーション システムの精度は、アプリケーションに応じて共通の要件となります。ステッピング システムが精度を生み出すためにどのように連携するかを理解することで、エンジニアは、各モーターの機械コンポーネントの作成に使用されるテクノロジーなど、利用可能なテクノロジーを活用できるようになります。