일단 현재 아는 정보는
스텝모터는
unifilar(유니파일러/1선), bifilar(바이파일러/2선) 방식으로 코일을 감으며
unipolar(유니폴라/단극성), bipolar(바이폴라/양극성) 방식으로 나뉜다.
유니폴라/바이폴라는 전기를 흘리는 방식으로
모터에 따라 두가지 모두 사용가능한 모터도 존재한다.
그리고 회전자(rotor)의 방식에 따라
PM(영구자석) / VR(전자석) / HB(하이브리드) 세가지가 존재하며
가격도 PM < VR < HB 순으로 안드로메다 고고싱
Stepping motor의 특징과 명칭
Stepping motor는 이외에도 Step motor, Pulse motor, Stepper motor등으로도 불리고
있는데 이것을 우리말로 번역하면 보진전동기 또는 계동전동기로 보면 될 것이다. 여기에서 보진이란 한 걸음 한걸음 단계적으로
움직이는, 그야말로 모터의 동작 이미지를 나타내고 있는 셈이다. 스텝핑 모터의 특징에는 여러가지가 있으나 그 최대의 특징은 펄스
전력에 의한 회전 특성을 가지고 있는데 있다. 특히 입력 펄스에 비례하는 회전각, 입력 주파수에 비례하는 회전 속도는 그대로 오픈
루프의 제어계를 구성할 수 있게 된다. 따라서 이들 성질을 이용하면 디지털 신호로 피드백계가 없는 위치결정장치를 구성할 수
있다. 스텝핑 모터의 특징을 더 열거해 보면 간혈 초고속 구동, 연속 회전, 정, 역전, 변속, 마이크로 스텝 구동 등을 들 수
있다. 이 가운데서도 간헐 구동은 스테핑 모터의 가장 자랑할 만한 특징이라 할 수 있다. 이 성질을 이용함으로써 1시간에
1스텝구도으 1일에 1스텝 구동 등을 쉽게 실현시킬 수 있다. 또한 이것을 다른 모터로 실현시키자면 일시적으로 감속기구를 더
장비해야만 한다. 또 마이크로 스텝 구동도 스테핑 모터의 고유기술인데 이들을 구사하면 초미세의 스텝각회전을 실현할 수
있다.(0.0072도) 또 연속 회전 구동의 경우, 입력펄스의 총수에 따라 최적인 회전각을 정확히 규제할 수 있다. 또한 스텝핑
모터는 그 성질상의 단순한 구동력을 필요로 하는 용도에는 부적합하다. 이것은 모터의 전력 효율이 일반적으로 낮은 것, 모터를
돌리기 위한 구동회로의 코스트가 높은 것이 크게 관계되기 때문이다.
Stepping motor의 종류와 개요
스텝핑 모터에는 여러가지 종류가 있느니만큼 사용 목적, 요구
성능에 따라 적절히 구분 사용하는 것이 중요하다. 예를 들어 정밀한 위치결정 제어에는 하이브리드형이, 또 저가격으로 간단한
제어계에는 PM형이 각각 사용되고 있다. 스텝핑 모터의 생산량은 근년, 눈에 띠게 늘어났는데 그 태반은 수 와트정도의 소형물이다.
또 이들 중에서도 특히 사용량이 많은 것은 OA 기기에 집중되고 있다. 가격 성능면에서 적당한 PM형이 가장 많이 보급되고
있으며, 특히 PM형에서는 판금 가공을 주체로 한 것이 그 태반을 차지하고 있다. 스텝핑 모터를 분류할 경우, 자기회로의 구성에
의한 분류가 일반적이나 이밖에도 모터의 외관 형상 운동 형태, 구동 권선, 여자 모드 등에 따라 분류하는 것도 있다.
자기회로에 의한 분류 PM형(permanent magnet type):영구자석형 VR형(Variable reluctance type):가변 릴럭턴스형 HB형(Hybrid type): 영구자석, 가변 릴럭턴스형
PM형 스텝핑 모터 PM형 스텝핑 모터의 구조는 로터부가 영구자석으로 구성되어 있고 그 주위에
여러 개의 스테이터 자극이 대향으로 배치되어 있다. 특히 판금가공에 의하여 돌기를 세운 것을 클로폴형(claw pole)구조라
부르고 있다. 또 스테이터 구조에는 이밖에 적층 코어 타입도 있다.
VR형 스텝핑 모터 VR형의 구동 원리는 전자석의 흡인력에 의하여 로터 돌극을 끌어 들임으로써 발생하는 회전력을 이용한 것이다. 따라서 영구자석을 사용하지 않는다.
HB스텝핑 모터 일반적으로 모터중에서 가장 가격이 비싼 편이다. 그 구조는 좌우 2개의 로터 자극간에 착자된 희토류 마그넷이 배치되어 있다.
구동방식
▷유니폴라(Unipolar) 구동방식
유니폴라방식 전류를 흘리는데 한쪽방향으로 흘리는 방식이다. 일반적으로 권선에 센터탭이 설치되어있는 스텝핑모터에 사용된다.
유니폴라구동방식은 저속영역에서 큰토크를 기대할수없다. 또한 모터는 코일과 같은 성질을 가지고있는데 그래서 모터가 회전할 때
순간적으로 모터에 저장되는 에너지를 그라운드로 흘려버리게 되므로 에너지 효율이 나빠지게 된다. 그러나 모터회로가 간단하고 전류의
출입이 정확하여 고속에서 탈조 될 위험이 적어 고속회전에 용이하다는 장점이 있다., 유니폴라 방법은 에너지 효율이 나쁘다는
단점이 있음에도 불구하고 순간적으로 빠른 속도를 필요로 하는 마이크로 로봇에 많이 쓰인다. IC로는 SLA7024M,L297를 들
수 있다.
코일의 중간탭을 내어 이곳으로 계속 전류를 흘려주는 방향만이 가능하고 단극성(Unipolar)구동방식과
쌍극성(Bipolar)구동방식(코일의 중간탭에 연결된 두 선은 사용하지 않음)을 모두 사용할 수 있는 스텝핑모터는 6가닥의 외부
권선을 가진다.
▷바이폴라(Bioplar)구동방식
권선으로 흐르는 전류를 교대로 바꾸어주는 방식이다. 유니폴라 구동과 비교해서 각도의 정밀도가 좋고, 저속에서 토크가 좋으며
모터의 구동 중 코일에 저장된 에너지가 플라이 휘일 다이오드에 의해 다시 전원으로 돌아가게 되므로 에너지 효율도 유니폴라 방법보다
좋게된다. 반면 회로가 복잡하고 고속에서 토크가 떨어지는 결점이 있다. 바이폴라의 기본회로는 하나의 권선 코일에 전류의 방향을
바꿀 수 있다. 바이폴라 구동방식은 각도의 정밀도와 저속에서 토크가 좋기 때문에 로봇의 제어에 많이쓰이며, 전용 드라이버 IC로는
L297,L298을 들수 있다. L297은 스텝모터를 정전류 구동하기 위한 모든 회로가 포함된 컨트롤러이며, L298 은
Bipolar구동을 위한 두 개의 H Bridge Driver를 포함하고 있다. 전류가 화살표와 같이 양방향으로 들어가고 나올
수가 있는 것이다. 쌍극성(Bipolar) 구동방식은 양극성이라고도 하고 이는 전류의 방향이 양쪽으로 모두 흐른다는 의미이다.
위의 그림에서 쌍극성 방식의 경우는 전류의 방향을 1-2-3-4의 순서로 바꾸어 구동하게 되며 쌍극성에 사용할 수 있는 모터는
4가닥의 외부전선을 갖는다.
[링크 : http://devicemart.co.kr/goods/view.php?seq=1058050] L297
[링크 : http://devicemart.co.kr/goods/view.php?seq=1058043] L298
특성
스타팅 특성(Starting characteristics) 스텝핑 모터의 동특성을 나타내는
것으로 모터의 스텝수가 입력 펄스와 1:1의 관계로 기동시킬 수 있는 부하 토크의 범위를 말한다. 또 이것을 풀인 토크 특성이라고
하는 경우도 있다.또한 이 범위를 넘는 펄스 입력에 대해서는 모터가 탈조되어 버린다. 즉 모터가 이상 진동을 수반하지 않고
정지해버린다는 것을 의미한다.
슬루잉 특성(slewing characteristics) 모터를 스타팅 특성내에서 기동시킨
다음 입력 신호 주파수를 서서히 올릴 경우, 동기 회전할 수 있는 부하 토크의 범위를 말한다. 또 이것을 Pull out
torque특성이라고 하는 경우도 있다. 그런데 슬루잉 특성은 모터의 최대자기동 주파수 범위를 넘고 있으므로 이것을 적극적으로
이용하면 대폭적으로 특성을 향상시킬 수 있다.
Maximum starting pulse rate 모터의 스텝수가 입력 신호와 1:1의 관계로 기동시킬 수 있는 최대 주파수를 말한다. 다만 이 경우 모터는 무부하 상태이어야 한다.
Detent torque 무여자 유지 토크는 스텝핑 모터의 축에 외부에서 회전 토크를 주어 강제적으로 각도 변위를 줌으로서 발생하는 토크를 말한다.
Settling time 최종 펄스신호를 입력한 다음 로터가 정지하기까지의 감쇠 진동 시간을 말한다. 스테핑 모터에 있어서는 이 시간이 짧고 보다 진폭이 작은 것이 요구된다.
