インテリジェント製造、家庭用電化製品、精密機器の今日の急速に進歩している風景の中で、ステッパーモーターは、パルスと変位の対応に基づく正確な位置制御のおかげで、累積誤差のない安定性のおかげで、そして、それらの迅速なスタートストップ応答性は、固定角度または固定距離の動きを必要とするアプリケーションのコア作動コンポーネントになっています。さらに、ステッピングモーターの性能は、そのドライバーICによって大きく決まります。
「制御ハブ」として、ドライバチップは、パルス分布、電流調整、マイクロステップ制御などの重要な機能を実行します。その電圧互換性の範囲、アウトプット電流機能、マイクロステッピング解像度、および保護メカニズムは、モーターの位置決め精度とノイズレベルに直接影響します。
小型化、高精度、低消費電力、信頼性の高い機器に対するさまざまな業界での需要が高まり続けているため、従来のドライブソリューションは複雑なアプリケーションシナリオに対応できなくなりました。その結果、高性能で統合されたインテリジェントなステップモータードライバーICは、重要な技術的進歩であり、コンポーネント選択の重要な要素として浮上しています。
ステッピングモーターの原理
ステッピングモーターは通常、インターリーブ構成に配置された2セットの巻線と永久磁石ローターで構成されています。電流がコイル巻線を通過すると、磁場が発生します。これにより、永久磁石ステータが引き付けられ、磁場と一致するまで回転します。コイル巻線に交互にエネルギーを与えて連続的に回転する磁場を生成することにより、ローターは連続的に回転するように駆動されます。
図1ステッピングモーターの原理の概略図
ステッピングモータードライブの主な技術的特徴
マイクロステップセグメンテーション技術
従来のフルステップドライブモードでは、ステッピングモーターは、受信したパルスごとに固定のステップ角度 (通常は1.8 °) だけ回転します。この制限により、より細かいモーションコントロールとより高い位置決め精度が妨げられ、ローターはステップ角度間で「ジャンプ」するため、モーターは顕著な振動とノイズを示します。これらの欠点を克服するために、ステッピングモータードライブは通常、マイクロステッピング技術を採用しています。基本的な原理は、隣接する2つの巻線の電流を正確に制御し、結果として生じる複合磁場が突然切り替わるのではなく、単一のステップ角内でスムーズに遷移できるようにすることです。マイクロステップ細分化技術は、ステッピングモーターの制御精度を大幅に向上させ、ノイズを大幅に削減できます。
図2マイクロステップ細分化技術の概略図
マイクロステップ分解能が細かいほど、電流波形は滑らかな正弦波に近くなり、モーターの動作がスムーズになり、制御可能な最小回転角度が小さくなり、制御精度が高くなります。
図3異なるマイクロステップ細分化モードでの電流
現在の制御技術 & 適応放電技術
ステッピングモーターは、通電された巻線によって生成された磁場を使用して永久磁石ローターを駆動するため、巻線の電流の大きさがローターにかかるトルクを直接決定します。それによってモーターの操作に影響を与えます。さらに、モーター巻線の誘導性は、巻線電流の上昇と下降が瞬時に発生しないことを意味します。むしろ、特に電流減衰段階での充電と放電のプロセスが含まれます。永久磁石ローターと固定子巻線の間の相対運動によって生成される後方起電力は、ステッピングモーターのスムーズな動作に直接影響します。
図4ステッピングモーターの現在の制御モード
Slow Decayモードのみを使用すると、背面EMFを抑制できず、電流の波形歪みが発生します。モーターは不均一に動き、異常な音を立てます。
図5遅い崩壊モードでの现在
適応崩壊モード: モーター操作中、システムは自動的に現在を監視します。現在の波形が予想される正弦波と一致する場合、Slow Decayが採用されます。波形が歪んだ場合、Fast Decayをアクティブにして電流をすばやく修正し、EMFを効果的に抑制し、電流リップルを最小限に抑えます。滑らかで、静かで、非常に効率的なモーター操作を保証します。
図6適応崩壊モードの現在
ロックされたローター検出技術
ステッパモーターアプリケーションでは、失速状態をリアルタイムで検出することで、機器の詰まりや構造的なストレスの過負荷を効果的に防ぎ、早期の故障警告を提供し、ハードウェアの損傷に起因するメンテナンスと交換のコストを削減できます。それによって重要な役割を果たします。
ステッパモータードライバーICの失速検出機能は、通常、back-EMF法を採用しています。モータが正常に運転しているとき、巻線は逆起電力（BEMF）を発生し、巻線電圧は次の式で表されます。
モーターが回転しているとき、巻線電圧には逆起電力が含まれていることがわかります。巻線電流iMがゼロの場合、巻線電圧は逆起電力に等しくなります。モーターが失速している場合、固定子と巻線の間に相対運動がないため、後方起電力もゼロになります。この原理に基づいて、巻き電流がゼロのときに逆起電力を検出することにより、モーターが失速しているかどうかを判断することができます。
図7正常な操作のモーターの波形
図8: モーター失速トルク波形
AWのステッピングモータードライバーICの選択
大手アナログデジタルハイブリッドICサプライヤーのAiweiElectronicsの高性能ステッパモータードライバーチップであるAW8646QNRは、1/32マイクロステップモードをサポートしています。組み込みのステップシーケンス制御ロジックを備えており、モーターを駆動するために外部インターフェイスで方向制御と単一のPWM信号のみを必要とするため、複雑なステップモータードライバファームウェアの開発が不要になります。
図9: AW8646QNRの典型的なブロック図
AW8646QNRの主な特徴:
沪ICP备10011954号 |
沪公网安备 31011202011955号
