스테퍼 모터는 전기 에너지를 기계적 동력으로 변환하는 전기 기계 장치입니다. 동시에 스테퍼 모터는 전체 회전을 수많은 단계로 나눌 수 있는 브러시리스 동기 모터입니다. 스테퍼 모터에 전기 명령 펄스가 적절한 순서로 적용되면 스테퍼 모터의 샤프트 또는 스핀들이 개별 단계로 회전하므로 모터가 애플리케이션에 적합한 크기인 한 피드백 메커니즘 없이 모터 위치를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
1. 스테퍼 모터의 구성
스테퍼 모터는 일반적으로 전면 및 후면 엔드 캡, 베어링, 센터 샤프트, 로터 코어, 고정자 코어, 고정자 어셈블리, 주름진 와셔, 나사 및 기타 부품으로 구성됩니다. 스테퍼 모터의 두 가지 주요 부분은 고정자와 회전자입니다. 그것들은 각각 6개와 4개의 자극이 있는 자성 재료로 구성됩니다. 고정자의 6개 자극에는 제어 권선이 있고 2개의 반대 극은 위상을 형성합니다.
2. 스테퍼 모터의 종류
스테퍼 모터에는 세 가지 기본 유형이 있습니다. 리액티브 로터: 가변 자기 저항 스테퍼 모터(VR), 능동 로터: 영구 자석 스테퍼 모터(PM), VR과 PM의 조합: 하이브리드 스테퍼 모터(HY)
가변 자기 저항 스테퍼 모터
가변 자기 저항 스테퍼 모터는 가장 단순한 유형의 스테퍼이며 연철 다중 톱니 회전자와 권선 고정자로 구성됩니다. 고정자 권선에 DC 전류가 가해지면 양쪽 극이 자화됩니다.
회전자 톱니가 통전된 고정자 극에 끌리면 회전이 발생합니다. 가변 자기 저항 스테퍼 모터의 자석은 영구 자석 스테퍼 모터의 자석보다 작고 가볍기 때문에 더 빠릅니다. 가변 저항 스테퍼 모터의 회전자와 고정자 기어 사이의 면적이 작을수록 자력 손실이 적습니다..
이러한 유형의 스테퍼 모터의 경우 구조가 간단하고 제어하기 쉽지만 분해능이 낮고 토크가 작습니다.
영구 자석 스테퍼 모터
영구 자석은 영구 자석 스테퍼의 모터 구조에 통합됩니다. 회전자 위치 변경은 코일의 전류 방향이 변경되어 자극이 변경되어 발생합니다. 전류의 방향이 적절하게 변경되면 로터가 90° 회전합니다. 모터의 이 단일 단계는 일부 애플리케이션에서 유용하지만 매우 크고 부정확합니다. 따라서 기존의 영구자석 모터는 회전자 극이 더 많고 회전자에 여러 개의 자석이 장착되어 있어 스텝 수와 위치 결정 정밀도를 높입니다.
자화된 회전자 극은 더 큰 자속 강도를 제공하고 결과적으로 영구 자석 모터는 가변 자기 저항 스테퍼 모터보다 더 나은 토크 특성을 나타냅니다. 간단한 구조로 인해 상당히 낮은 해상도의 적당한 가격의 모터가 생성됩니다.
하이브리드 스테퍼 모터
하이브리드 스테퍼 모터는 업계에서 가장 널리 사용되는 스테퍼 모터 유형 중 하나입니다. 하이브리드 스테퍼 모터는 가변 자기 저항과 영구 자석 스테퍼 모터의 장점을 결합하여 가격이 더 비쌉니다. 하이브리드 스테퍼 모터는 단계 분해능, 토크 및 속도 측면에서 더 나은 성능을 제공합니다.
하이브리드 스테퍼 모터의 로터는 영구 자석으로 구성되어 있지만 위에서 설명한 모델과 달리 자석은 방사형으로 장착되지 않고 축 방향으로 자화됩니다. 일반적으로 로터는 모터 샤프트에 위치한 두 개의 반대 자화 링으로 구성됩니다. 로터 이빨을 형성하기 위해 각 링에 홈이 있습니다.
회전당 전체 단계 수는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
- SPR = NR x Ø
- Where: SPR = number of steps per revolution
- NR = total number of rotor teeth (total for both yokes)
- Ø = number of motor phases
- or: NR = SPR/Ø
| 비교 | 가변 릴럭턴스 스테퍼 모터(VR) | 영구 자석 스테퍼 모터(PM) | 하이브리드 스테퍼 모터(HB) |
| 비용 | 중간 | 비교적 저렴 | 비교적 비싸다 |
| 디자인 구조 | 단순 | 중간 | 상대적으로 복잡함 |
| 해상도 | 스텝 각도: 1.8°, 0.9° 이하 | 스텝 각도: 3°~30° | 스텝 각도: 1.8°, 0.9° 이하 |
| 고속에서 상당한 토크 강하 없음 | 저속에서는 큰 토크, 고속에서는 상당한 토크 강하 | 저속에서는 큰 토크, 고속에서는 상당한 토크 감소 | |
| 소음 | 노이즈 증가 | 노이즈 감소 | 더 많이 소음(마이크로스텝 세분화로 더 우수함) |
| 열 발생 | 고온 상승( 방열판 필요) | 낮은 온도 상승 | 낮은 온도 상승 |
| 마이크로스텝 세분화 | 일반적으로 전체 단계에서만 작동 | 페라이트 또는 네오디뮴-철-붕소 자석 | 네오디뮴-철-붕소 자석 |
| 로터 재질 | 실리콘 강판(영구 자석 없음) | 풀 스텝, 하프 스텝, 마이크로 스텝 | 풀 스텝, 하프 스텝, 마이크로 스텝 |
| 로터 표면 | 로터 외부 표면의 다중 톱니 구조 | 매끄럽고 톱니가 없음 | 로터 외부 표면의 다중 톱니 구조 |
| 자기 토크 | 만 발생 유인 토크 | 작동 중 유인 및 반발 토크 모두 | 작동 중 유인 및 반발 토크 모두< /p> |
3. 배선의 종류
스테퍼 모터의 또 다른 분류는 2상 모터의 권선 유형을 기반으로 합니다. 스테퍼 모터는 이 분류에 따라 유니폴라 모터와 바이폴라 모터로 분류됩니다
주요 차이점은 단극 모터는 하나의 전류(전압) 극성으로 작동하는 반면 바이폴라 모터는 두 개의 극성으로 작동하므로 코일의 전류 흐름 방향이 가변적이라는 것입니다. 또 다른 차이점은 한 코일의 끝에서 다른 코일의 시작 부분으로 전력을 전달하기 위해 모터 코일을 연결해야 한다는 것입니다. 이 연결 방법을 사용하면 전류(전압)의 한 극성을 사용할 수 있습니다. 바이폴라 모터는 유니폴라 모터보다 토크가 높지만 제어가 더 복잡합니다.
바이폴라 스테퍼 모터 및 권선 연결
단극 스테퍼 모터 및 권선 연결
| 바이폴라 스테퍼 모터< /td> | 단극 스테퍼 모터 |
| 높은 토크 | 낮은 토크 |
| 감기로 인한 더 높은 고정 | 낮은 고정 |
| 작게 | 크게 |
| 저렴함 | 더 비쌈 |
| 단 하나의 전원 회로만 있으면 제어가 쉬워짐 완료 |
4. 스테퍼 모터의 장점
- 포지셔닝 - 스테퍼 모터는 정밀하고 반복 가능한 단계로 움직이기 때문에 정확한 포지셔닝이 필요한 애플리케이션에서 잘 작동합니다.
- 속도 제어 - 정밀한 모션 증분으로 속도 제어가 탁월합니다.
- 저속 토크 - 스테퍼 모터는 저속에서 높은 토크를 가집니다.
5. 스테퍼 모터의 단점
- 낮은 효율 - DC 모터에 비해 더 많은 전류를 사용하므로 과열되는 경향이 있습니다.
- 제한된 고속 토크 - 속도가 감소함에 따라 모터의 토크가 빠르게 떨어집니다.
- 피드백 없음 - 피드백은 가능한 놓친 단계를 지정하는 데 사용되지 않습니다.
- 높은 수준의 진동 및 소음 - 매우 빠른 속도에서 이 작업 모터가 쉽지 않습니다.
- 동기화 손실 가능성 - 부하의 예상치 못한 변화와 같은 요인으로 인해 발생 < li style="line-height: 24px;">관성비에 대한 작은 토크
- 구동 회로 필요 b>
6. 스테퍼 모터는 무엇에 사용됩니까?
로 성공 h 스테퍼 모터는 저속 및 고정밀도가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 이러한 일상적인 응용 프로그램 중 일부는 다음과 같습니다.
3D 프린터용 스테퍼 모터
스테퍼 모터는 거의 항상 일반 3D 프린터에 포함됩니다. 3D 프린터에서 스테퍼 모터를 사용하면 인코더 및 기타 추가 소프트웨어 또는 센서 없이도 비용 효율적인 방식으로 매우 정확한 모션 및 위치 지정이 가능합니다. 스테퍼 모터는 알려진 간격으로 이동한 다음 해당 위치를 유지할 수 있습니다. 반복 가능한 위치로 물체를 이동하는 데 적합한 모터입니다.
프린터 유형에 따라 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 스테퍼 모터는 압출기를 이동하거나 플랫폼의 X, Y 및 Z 축을 개별적으로 만드는 데 사용됩니다. 압출기 어셈블리에는 필라멘트를 압출기로 당기고 인쇄 프로세스 전반에 걸쳐 기계에 일관되고 균일한 재료의 전달을 제어하는 데 사용되는 스테퍼 모터도 있습니다.
스테퍼 모터는 다양한 형태로 제공됩니다. 크기. 3D 프린터에 사용되는 가장 일반적인 크기는 NEMA 14, NEMA 17, NEMA 23 및 NEMA 24입니다.
CNC용 스테퍼 모터
스테퍼 모터는 서보 모터의 대안이며 대부분의 CNC 기계에 전원을 공급할 수 있습니다. 스테퍼 모터는 설치 공간이 작고 디자인이 단순하여 CNC 밀링 머신과 같은 소형 애플리케이션에 이상적입니다. 스테퍼 모터는 동일한 전력에 대해 서보 모터보다 비용이 적게 들지만 최신 버전의 스테퍼 모터는 종종 동일한 기능을 갖습니다. 스테퍼 모터는 인코더가 없기 때문에 이해하고 작동하기가 더 쉬우며, 스테퍼 모터도 브러시가 없고 유지 관리가 쉽습니다.
스테퍼 모터는 일반적으로 분당 50~1,000인치의 이송 속도를 제공할 수 있지만 서보는 모터는 분당 2,500인치 이상에 도달할 수 있습니다. 매우 높은 정확도와 높은 생산 속도가 필요한 경우 서보 모터가 더 나은 선택입니다.
초고정밀도가 필요하지 않은 애플리케이션의 경우. 25,000달러 미만의 대부분의 CNC 밀링 머신은 서보 모터보다 스테퍼 모터를 사용합니다. 폐루프 스테퍼 모터도 고려할 가치가 있습니다. 이 모터는 누락된 단계로 인한 오류를 방지하는 데 탁월하며 값비싼 공작물에 대한 예산 친화적인 솔루션이 필요할 때 좋은 선택이 될 수 있습니다.
Raspberry Pi, Arduino, MicroPython용 스테퍼 모터(예: pyboard, Wipy , ESP32, ESP8266 및 MicroBit)
스테퍼 모터는 취미로 기본적인 컴퓨터를 스스로 배울 수 있도록 Raspberry Pi, arduino 등과 같은 단일 보드 컴퓨터에 추가하는 데 사용되는 매우 일반적인 주변 장치입니다. 프로그래밍 기술. LED 켜기/끄기 사이클 및 기타 간단한 스위치 또는 부저 유형을 제어하는 방법을 배우기 위해 작고 저렴한 스테퍼 모터를 조작하고 제어하는 방법을 배운 후 논리적인 다음 단계로 간주되는 경우가 많습니다.
스테퍼에는 여러 유형이 있습니다. 이러한 애플리케이션을 위해 STEPPERONLINE에서 사용할 수 있는 모터는 Raspberry Pi 마더보드의 커넥터에 쉽게 연결할 수 있는 매우 저렴한 5V 버전부터 시작합니다.
로봇 공학용 스테퍼 모터
스테퍼 모터는 모션 제어에 사용될 수 있으며 로봇 관절을 활성화하고 페이로드를 원하는 속도로 가속할 수 있는 액추에이터 역할을 합니다.
스테퍼 모터 카메라용
스테퍼 모터는 카메라 비디오 촬영에 많은 응용 분야가 있으며 일반적으로 카메라의 자동 초점 및 확대/축소에 사용됩니다. 스테퍼 모터는 부드럽고 고정밀한 구동력을 제공하기 때문에 감지 과정의 오류를 최소화하고 최신 라이브 뷰 기술과 결합하여 정확하고 부드러운 초점을 맞출 수 있습니다.
스테퍼 모터.
스테퍼 모터 주택 개량을 위해
스테퍼 모터는 또한 가정 자동화에 많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 스테퍼 모터는 일반적으로 에어컨 블라인드를 작동하고, 파이프 밸브를 열거나 닫고, 전동 창틀을 구동하는 데 사용됩니다.
