귀하의 응용 분야에는 어느 것이 적합합니까? 속도, 가속도, 가격 목표 등 주요 결정 기준을 살펴보겠습니다.

스테퍼 모터

스테퍼 모터는 영구 자석이 있는 회전자와 권선을 운반하는 고정 고정자로 구성됩니다. 고정자 권선에 전류가 흐르면 회전자의 자기장 분포와 상호작용하여 회전력을 가하는 자속 분포가 생성됩니다. 스테퍼 모터는 매우 높은 극 개수(일반적으로 50개 이상)를 특징으로 합니다. 스테퍼 모터 드라이버는 회전자가 일련의 증분 또는 단계로 회전하도록 각 극에 순차적으로 전원을 공급합니다. 극 수가 매우 높기 때문에 모션이 연속적인 것처럼 보입니다.

이론적으로는 기어박스를 사용하여 토크를 높일 수 있지만, 여기서 스테퍼 모터의 저속이 문제가 됩니다. 1,200RPM 스테퍼 모터에 10:1 기어 감속기를 추가하면 토크가 10배 증가할 수 있지만 속도는 120RPM으로 떨어집니다. 모터가 볼스크류 액츄에이터 등을 구동하는 데 사용되는 경우 애플리케이션의 요구 사항을 충족할 만큼 충분한 속도를 제공하지 못할 수 있습니다.

스테퍼 모터는 일반적으로 NEMA 34보다 큰 프레임 크기에서는 사용할 수 없으며 대부분의 애플리케이션은 NEMA 17 또는 NEMA 23 모터 크기에 속합니다. 결과적으로 1,000~2,000온스 인치 이상의 토크를 생성할 수 있는 스테퍼 모터를 찾는 것은 드문 일입니다.

스테퍼 모터에는 성능 제한도 있습니다. 스테퍼 모터를 스프링 질량 시스템으로 생각할 수 있습니다. 모터는 회전을 시작하고 부하를 이동시키기 위해 마찰을 끊어야 하며, 이 시점에서 로터는 완전히 제어되지 않습니다. 결과적으로 5단계 전진하라는 명령은 모터가 4단계 또는 6단계만 회전하게 될 수 있습니다.

그러나 드라이브가 모터에 200단계 전진을 명령하는 경우 단 몇 단계 내에서 전진하게 되며, 그 시점에서는 몇 퍼센트의 오류를 나타냅니다. 일반적으로 회전당 25,000~50,000카운트 사이의 분해능으로 스테퍼 모터를 명령하지만 모터는 부하가 있는 스프링 질량 시스템이므로 일반적인 분해능은 회전당 2,000~6,000카운트입니다. 하지만 이러한 해상도에서는 200단계 이동도 1도의 일부에 해당합니다.

인코더를 추가하면 시스템이 움직임을 정확하게 추적할 수 있지만 모터의 기본 물리학을 극복할 수는 없습니다. 향상된 위치 정확도와 분해능이 필요한 애플리케이션의 경우 서보 모터가 더 나은 솔루션을 제공합니다.

서보 모터

스테퍼 모터와 마찬가지로 서보 모터에도 다양한 구현이 있습니다. 영구 자석이 있는 회전자와 권선이 있는 고정 고정자를 통합하는 가장 일반적인 설계를 고려해 보겠습니다. 여기서도 전류는 회전자에 작용하여 토크를 발생시키는 자기장 분포를 생성합니다. 그러나 서보 모터는 스테퍼 모터보다 극 수가 훨씬 적습니다. 결과적으로 폐쇄 루프로 실행되어야 합니다.

폐쇄 루프 작동을 통해 컨트롤러/드라이브는 부하가 특정 위치에 유지되도록 명령할 수 있으며, 모터는 이를 유지하기 위해 지속적으로 조정합니다. 따라서 서보 모터는 사실상 유지 토크를 전달할 수 있습니다. 그러나 영속도 토크 시나리오는 부하를 제어하고 명령된 위치에 대한 진동을 방지하기 위해 적절한 크기의 모터에 따라 달라집니다.

서보 모터는 일반적으로 희토류 자석을 사용하는 반면 스테퍼 모터는 덜 비싼 기존 자석을 더 자주 사용합니다. 희토류 자석을 사용하면 더 작은 패키지에서 더 높은 토크를 개발할 수 있습니다. 서보 모터는 또한 전체 물리적 크기로 인해 토크 이점을 얻습니다. 서보 모터 직경은 일반적으로 NEMA 17부터 최대 220mm까지 다양합니다. 이러한 결합된 요소의 결과로 서보 모터는 최대 250피트-파운드의 토크를 전달할 수 있습니다.

속도와 토크의 조합을 통해 서보 모터는 스테퍼 모터보다 더 나은 가속을 제공할 수 있습니다. 또한 폐쇄 루프 작동의 결과로 향상된 위치 정확도를 제공합니다.

최종 생각

서보 모터는 부인할 수 없는 성능 이점을 제공합니다. 그러나 반복성 측면에서 스테퍼 모터는 상당히 경쟁력이 있습니다. 이 점은 스테퍼 모터에 대한 일반적인 오해, 즉 움직임 상실에 대한 신화를 불러일으킵니다. 이전에 논의한 것처럼 스테퍼 모터의 질량 스프링 특성으로 인해 몇 가지 단계가 손실될 수 있습니다. 그러나 드라이브는 스테퍼에게 각도 위치로 이동하도록 명령하기 때문에 손실된 단계는 회전에서 회전으로 이어지지 않습니다. 회전 간 스테퍼 모터는 반복성이 높습니다. 향후 블로그 게시물에서 이 주제에 대한 더 자세한 논의를 찾아보세요.

위의 논의를 통해 스테퍼 축과 서보 축 간의 최종 주요 차이점, 즉 비용에 대해 설명합니다. 스테퍼 모터는 일반적으로 피드백이 필요하지 않고, 저렴한 자석을 사용하며, 기어박스를 거의 포함하지 않습니다. 극 수가 많고 유지 토크를 생성하는 능력으로 인해 속도가 0일 때 전력 소비가 적습니다. 결과적으로 스테퍼 모터는 유사한 서보 모터보다 훨씬 저렴할 수 있습니다.

요약하자면, 스테퍼 모터는 저속, 저가속, 낮은 정확도 요구 사항이 있는 애플리케이션에 적합한 솔루션입니다. 스테퍼 모터는 또한 소형이고 저렴한 경향이 있습니다. 따라서 이러한 모터는 의료, 생명 공학, 보안 및 방위, 반도체 제조 응용 분야에 적합합니다. 서보 모터는 고속, 고가속, 고정밀이 요구되는 시스템에 더 나은 선택입니다. 절충안은 더 높은 비용과 복잡성입니다. 서보 모터는 일반적으로 패키징, 변환, 웹 처리 및 유사한 응용 분야에 사용됩니다.

애플리케이션은 넉넉하지만 예산이 충분하지 않은 경우 스테퍼 모터를 고려해보세요. 성능이 가장 중요한 측면이라면 서보 모터가 해당 작업을 수행하지만 더 많은 비용을 지불할 준비가 되어 있습니다.