가정의 간단한 DVD 플레이어 또는 프린터에서 고도로 정교한 CNC 기계 또는 로봇 암에 이르기까지 스테퍼 모터는 거의 모든 곳에서 찾을 수 있습니다. 전자적으로 제어되는 정밀한 움직임을 만드는 능력으로 인해 이러한 모터는 감시 카메라, 하드 디스크, CNC 기계, 3D 프린터, 로봇 공학, 조립 로봇, 레이저 커터 등과 같은 많은 분야에서 응용 분야를 찾을 수 있습니다. 이 기사에서는 이러한 모터를 특별하게 만드는 이유와 그 뒤에있는 이론을 알아 보겠습니다. 우리는 당신의 응용 프로그램을 사용하는 방법을 배울 것입니다.
스테퍼 모터 소개
모든 모터와 마찬가지로 스테퍼 모터에도 고정자와 회전자가 있지만 일반 DC 모터와 달리 고정자는 개별 코일 세트로 구성됩니다. 코일의 수는 스테퍼 모터의 유형에 따라 다르지만 지금은 스테퍼 모터에서 로터가 금속 극으로 구성되고 각 극이 고정자에있는 코일 세트에 끌린다는 점을 이해하십시오. 아래 다이어그램은 8 개의 고정자 극과 6 개의 회 전자 극이있는 스테퍼 모터를 보여줍니다.
고정자의 코일을 살펴보면 A와 A '가 쌍을 형성하고 B'가 쌍을 형성하는 식으로 코일 쌍으로 배열되어 있습니다. 따라서 각 코일 쌍은 전자석을 형성하고 드라이버 회로를 사용하여 개별적으로 전원을 공급할 수 있습니다. 코일에 전원이 공급되면 자석 역할을하여 회 전자 극이 그에 정렬되고 회전자가 회전하여 고정자와 정렬되도록 조정하면이를 한 단계라고합니다. 마찬가지로 코일에 순서대로 전원을 공급하여 모터를 작은 단계로 회전시켜 완전한 회전을 만들 수 있습니다.
스테퍼 모터의 유형
구성에 따라 주로 세 가지 유형의 스테퍼 모터가 있습니다.
- 가변 자기 저항 스테퍼 모터: 고정자 극쪽으로 끌리는 철심 회 전자를 가지고 있으며 고정자와 회 전자 사이의 최소 자기 저항으로 움직임을 제공합니다.
- 영구 자석 스테퍼 모터: 영구 자석 로터가 있으며 적용된 펄스에 따라 고정자쪽으로 밀려나거나 끌립니다.
- 하이브리드 동기식 스테퍼 모터: 가변 릴럭 턴스와 영구 자석 스테퍼 모터의 조합입니다.
이 외에도 스테퍼 모터 를 고정자 권선 유형에 따라 Unipolar 및 Bipolar 로 분류 할 수 있습니다.
- 바이폴라 스테퍼 모터: 이 유형의 모터에있는 고정자 코일에는 공통 와이어가 없습니다. 이러한 유형의 스테퍼 모터의 구동은 다르고 복잡하며 마이크로 컨트롤러 없이는 구동 회로를 쉽게 설계 할 수 없습니다.
- 유니 폴라 스테퍼 모터: 이 유형의 스테퍼 모터에서는 아래 그림과 같이 공통 접지 또는 공통 전원에 대해 두 위상 권선의 중앙 탭핑을 수행 할 수 있습니다. 이것은 모터를 쉽게 구동 할 수 있도록합니다. Unipolar 스테퍼 모터에도 많은 유형이 있습니다.
좋아요, 일반 DC 모터와는 달리이 모터에는 모든 멋진 색상의 5 개의 와이어가 있으며 왜 그런가요? 이것을 이해하려면 먼저 우리가 이미 논의한 스테퍼를 알아야합니다. 우선 스테퍼 모터는 회전하지 않고 스텝 모터 로도 알려져 있습니다. 즉, 한 번에 한 단계 만 이동합니다. 이러한 모터에는 일련의 코일이 있으며 이러한 코일은 모터가 회전하도록 특정 방식으로 전원을 공급해야합니다. 각 코일에 전원이 공급 될 때 모터는 한 걸음 씩 움직이고 일련의 전원을 공급하면 모터가 연속적인 단계를 수행하여 회전하게됩니다. 모터 내부에있는 코일을 살펴보고 이러한 와이어가 어디에서 왔는지 정확히 알 수 있습니다.
보시다시피 모터에는 단극 5 리드 코일 배열이 있습니다. 특정 순서로 전원을 공급해야하는 4 개의 코일이 있습니다. 빨간색 와이어에는 + 5V가 공급되고 나머지 4 개의 와이어는 각 코일을 트리거하기 위해 접지로 당겨집니다. 마이크로 컨트롤러를 사용하여 특정 순서로 이러한 코일에 전원을 공급하고 모터가 필요한 수의 단계를 수행하도록합니다. 다시 한 번 사용할 수있는 시퀀스가 많이 있습니다. 일반적으로 4 단계 가 사용되며보다 정확한 제어를 위해 8 단계 제어도 사용할 수 있습니다. 4 단계 제어의 시퀀스 테이블은 다음과 같습니다.
단계 |
코일 통전 |
1 단계 |
A와 B |
2 단계 |
B와 C |
3 단계 |
C와 D |
4 단계 |
D와 A |
그렇다면이 모터를 28-BYJ48 이라고 부르는 이유는 무엇입니까? 진심 !!! 모르겠어요. 이 모터가 그렇게 명명 된 기술적 이유는 없습니다. 더 깊이 들어가서는 안 될 것 같습니다. 아래 그림에서이 모터의 데이터 시트에서 얻은 몇 가지 중요한 기술 데이터를 살펴 보겠습니다.
그것은 정보로 가득 찬 머리이지만, 우리가 효율적으로 프로그래밍 할 수 있도록 우리가 어떤 유형의 스테퍼를 사용하고 있는지 알기 위해 몇 가지 중요한 것들을 살펴볼 필요가 있습니다. 먼저 우리는 5V로 빨간색 와이어에 전원을 공급하기 때문에 5V 스테퍼 모터라는 것을 압니다. 그런 다음 4 개의 코일이 포함되어 있기 때문에 4 상 스테퍼 모터라는 것도 알고 있습니다. 이제 기어비는 1:64입니다. 이것은 외부에서 보는 샤프트가 내부의 모터가 64 번 회전 할 때만 1 회전을한다는 것을 의미합니다. 이는 모터와 출력축 사이에 연결된 기어로 인해 토크를 높이는 데 도움이됩니다.
주목해야 할 또 다른 중요한 데이터는 보폭 각도: 5.625 ° / 64입니다. 즉, 8 단계 시퀀스로 작동 할 때 모터가 각 단계마다 5.625도 이동하고 한 번의 완전한 회전을 완료하는 데 64 단계 (5.625 * 64 = 360)가 필요합니다.
스테퍼 모터의 회 전당 스텝 계산
스테퍼 모터의 회 전당 단계를 계산하는 방법을 아는 것이 중요합니다. 그래야만 효과적으로 프로그래밍 / 구동 할 수 있기 때문입니다.
모터를 4 단계 순서로 작동한다고 가정 해 보겠습니다. 따라서 보폭 각도는 8 단계 순서에 대해 5.625 ° (데이터 시트에 제공됨)이므로 11.25 °가되고 11.25 ° (5.625 * 2 = 11.25)가됩니다.
회 전당 스텝 = 360 / 스텝 각도 여기서 360 / 11.25 = 회 전당 32 스텝.
스테퍼 모터 용 드라이버 모듈이 필요한 이유는 무엇입니까?
대부분의 스테퍼 모터 는 드라이버 모듈의 도움으로 만 작동합니다. 이는 컨트롤러 모듈 (마이크로 컨트롤러 / 디지털 회로)이 모터가 작동 할 수 있도록 I / O 핀에서 충분한 전류를 제공 할 수 없기 때문입니다. 그래서 우리는 스테퍼 모터 드라이버 로 ULN2003 모듈과 같은 외부 모듈을 사용할 것입니다. 드라이버 모듈에는 여러 유형이 있으며 사용되는 모터 유형에 따라 등급이 변경됩니다. 모든 드라이버 모듈의 기본 원칙은 모터가 작동하기에 충분한 전류를 공급 / 싱크하는 것입니다. 그 외에도 로직이 미리 프로그래밍 된 드라이버 모듈도 있지만 여기서는 논의하지 않겠습니다.
마이크로 컨트롤러와 드라이버 IC를 사용하여 스테퍼 모터를 회전하는 방법 을 알고 싶다면 다른 마이크로 컨트롤러를 사용한 작동에 대한 많은 기사를 다루었습니다.
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- Raspberry Pi를 사용한 스테퍼 모터 제어
이제 프로젝트에 필요한 스테퍼 모터를 제어하기에 충분한 정보가 있다고 생각합니다. 스테퍼 모터의 장점과 단점을 살펴 보겠습니다.
스테퍼 모터의 장점
스테퍼 모터의 주요 장점 중 하나는 위치 제어가 우수하여 정밀 제어 적용에 사용할 수 있다는 것입니다. 또한 유지 토크가 매우 우수하여 로봇 응용 분야에 이상적인 선택입니다. 스테퍼 모터는 일반 DC 또는 서보 모터보다 수명이 긴 것으로 간주됩니다.
스테퍼 모터의 단점
모든 모터와 마찬가지로 스테퍼 모터도 작은 걸음으로 회전하므로 고속을 달성 할 수 없기 때문에 자체 단점이 있습니다. 또한 이상적인 경우에도 유지 토크를 위해 전력을 소비하여 전력 소비를 증가시킵니다.