스텝모터란 무엇인가

목차

1. 스테핑모터란 무엇인가?

2. 스테핑모터의 회전운동

3. Stepping motor의 특징

4. Stepping motor의 동작 원리

5. stepping motor의 종류와 구조

6. 속도와 토크 특성과의 관계

7. 고속 시 torque를 크게 하는 방법1 - 정전압 구동방식

8. stepping motor의 구동

9. 운전방식(구동방식 : Driving Mode or Method )

10. 유니폴라 구동과 바이폴라 구동의 정리

본문내용

주파수발진기를 부가하여 이의 주기내에서 스위칭주기를 제어하는 방식
(일반적으로 PWM ( Pulse-Width-Modulation)방식으로 불리며 부하변동폭이 큰 조건 에서도 안정적으로 동작한다. 단, 고속운전의 경우 대개 권선에 대한 인가전압이 높아 져 높은 열을 발생시킴으로 이에대한 적절한 보완대책이 필요하다. 또한 자동전류저하 기능을 부가하여 모터정지시 전류를 낮춰줌으로써 온도상승을 일부 낮출 수도 있다)이 있다.
④ 정전압드라이브(Constant-Voltage-drive) :
모터에 일정한 전압을 거는 방식. 효율이 나쁘므로 대개 외부저항을 이용한 L/R드라이 브 방식으로 사용하므로, 일반적인 정전압 드라이브라고 하면 보통 L/R드라이브를 가 리킨다. 이 정전압드라이브에는 L/R드라이브방식과 전압변환드라이브 방식이 있다
⑤L/R드라이브(L/R-Drive) :
정전압원을 이용하며 대개 모터의 정격전압보다 높은 전압을 사용한다.
이경우 모터의 급격한 발열이 일어나므로 외부저항을 부가하여 모터권선에 흐르는 전 류값을 낮춰줘야 한다. 이렇게 하면 모터의 권선내에서 전류상승의 시간정수가 커져 짧은 시간내에 전류상승이 원하는 값까지 도달하므로 고속운전이 가능해진다. 외부저 항값을 크게하고 전원전압을 높게하면 고속에서의 토르크는 커지지만 저항에서의 소비 전력이 따라서 커지므로 전체적인 소비전력효율은 떨어진다.
⑥2전압드라이브/전압변환드라이브(Bi-Level-drive) :
모터의 정격전압보다 높은 것과 낮은 것의 2종류를 이용하는 방식과 모터의 정격전압 과 같은 외부전원에 부가저항을 사용하여 모터내부에 인가되는 전압을 차별화하는 방 식이 있다.
이는 정지시나 저속시에 저전압을 인가하고 일정한 속도에 이르면 고전압으로 바꿔 입 력함으로써 정전류구동에 가까운 운전특성을 얻을 수 있다. 이는 보통 사무기기 등과 같이 대량생산용으로 많이 쓰인다. 때로는 과전압드라브라고도 한다.
⑦정전류드라이브(Constant-Current-Drive) :
모터에 입력되는 전류를 항상 일정하게 하는 방식. 여기에 상기의 쵸핑드라이브방식 의 회로를 채택하면 보다 우수한 고속특성과 효율을 얻을 수 있다.
⑧ 마이크로스텝드라이브(Microstepping or Microstep-drive) :
권선에 인가되는 평균전류값을 세밀하게 가감시켜 넣어줘 고정자와 회전자간의 인력 -반발력을 상간에 차이를 만들어 줌으로써 회전자가 일반구동시의 기본각도보다 작은 각으로 분할되어 회전한다. 이경우 모터의 소음과 진동이 적어 부드러운 운전이 가능 해지는 장점이 있지만 정밀도는 좋아지지 않는다. 특히 정지위치와 운전프로램시 주의 를 요한다.
⑨2상여자방식(Full-step or 2-Phases-On) :
항시 4상중 2개상이 함께 입력전원을 받아들인 구동방식으로 일반적으로 많이 사용되 는 방식이다. 출력토르크가 좋다.
⑩ 1-2상여자방식(Half-step or 1-2-Phases-On) :
1상-2상-1상-2상 과 같이 교대적으로 펄스를 부여하는 방식이다.
이때의 스텝당 회전각도는 기본각의 1/2이며, 따라서 모터의 진동이 줄어들고 보다 고 속운전이 가능하나 부하가 큰 경우 정지위치의 정밀도에 주의를 요한다.
⑪4상여자방식(4-Phases-On) :
이는 8선모터를 사용하며 항시 4상에 펄스를 넣어 구동시키는 방식으로서 스텝당 회전 각도는 기본각이며 2상스테핑모터에 비해 토르크변동도 적고 보다 고속주파수까지 사 용이 가능하다.
이와 같이 보다 안정된 회전특성을 얻을 수 있으나 구동회로가 복잡해지고 코스트가 높아 그다지 많이 사용되지는 않는다.
⑫3-4상여자방식(3-4-Phases-On) :
3-4상으로 펄스입력을 교대로 하는 방식이며 보다높은 분해능을 얻을 수 있고 진동도 적으므로 고정밀도를 요하는 기기에 사용된다. 1스텝각은 기본각의 1/2이다.
10. 유니폴라 구동과 바이폴라 구동의 정리
① bipolar 구동
bipolar 구동은 회로는 복잡하지만 저속 영역에서의 torque 를 개선할 수 있다. motor 의 coil 에 교대로 전류를 흘리도록 드라이브한다. 그림 8 은 브리지 형이라고 불리우는 bipolar 구동 회로를 나타낸다.
그림 8 bipolar 구동방식의 예
그림 9 stepping motor의 bipolar 감기
② unipolar 구동
그림 10는 unipolar구동 회로의 예이다. 각각의 coil에 1개의 transistor가 접속되고 transistor를 ON하는 것으로써 각 coil에 전류를 흐르게 한다. 또 그림에서와 같이 1방향만의 coil에는 전류 ( A' -> A, A' -> A, B' -> B, B' -> B )밖에 흐르지 않는다. 이와 같이 coil에 1방향밖에 전류가 흐르지 않기 때문에 unipolar(편극성) 구동이라 부르 고 있다.
그림 10 unipolar 구동방식의 예
이 구동방식은 coil에는 동일 시간에 A상, A상 혹은, B상, B상의 한쪽 밖에 전류를 흘 리고 있지 않으므로 저속 영역에서는 torque를 크게 취할 수 없다는 결점이 있으나 모터 의 전원 회로를 포함시켜 회로 구성을 가장 간단히 할 수 있는 점에서 가장 널리 이용되 고 있다.
그러면, 이하에 4상 motor에서의 unipolar구동에 있어서의 상 여자 시퀀스에 대해 조사해 보기로 하자. 4상 motor에는 1상 여자, 2상 여자, 1-2상 여자라고 불리우는 여자 sequence가 있고, 이 방법의 선택에 따라 입력 pulse와 step과의 특성이 달라진다. 표 2가 4상 motor의 unipolar 에서의 여자 방식이 특징이다.
·4상 motor 의 1상 여자동작
그림 11.unipolar 구동1상여자
·4상 motor 의 1-2 상 여자동작
그림 14 의 1-2 상 여자는 전술한 1상 여자와 2상 여자가 교대로 반복하는 것이다. 따라서 회전자는 step 마다 45˚ 회전한다. 즉 step 각은 maker 가 표시하는 각도의 1/2 가 된다. 1-2상 여자는 1상 여자와 2상 여자의 특성을 같고 있으므로 step rate는 배가 된다.
그림 12 unipolar 구동1-2여자

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