ステッピングモータについて教えて下さい

質問

ステッピングモータ、サーボモータ、インダクションモータの違い、特徴を具体的に教えて下さい。

回答No.1

craftsman · ベストアンサー

インダクションモータは、もっともオーソドックスな交流モータです。
　インダクションモータは、巻き線の相数に応じて、電源周波数に同期して回転し、基本的に回転速度が変えられません。

　ちなみに、電源周波数を電子的に変化させて速度が変えられるようにした物が、いわゆるインバータモータと言われるものです。
　モータ自体の構造はインダクションモータと変りませんが、50/60Hzの電源に同期して回転している時に最高の高率になるように設定されている普通のインダクションモータとは違い、ある程度の幅で効率が保てるように工夫されています。

　他に、電流を加減してやる事で回転速度を変化させる事ができるスピードコントロールモータや、発生トルクを変化させる事ができるトルクモータなんて言うモータもあります。

　サーボモータとは、モータの軸角度を検出する機構を内蔵し、ベースとなるスピードコントロールモータ（AC）やブラシモータ（DC）に与える電流/電圧を電子回路で微妙に制御する事で、モータ軸1回転あたり数百から数万ステップの微小角度制御ができるモータです。
　現在、工作機械や工業ロボットの位置決め制御には、ACサーボモータがもっとも汎用されています。

　ステッピングモータは、普通の回転動力を得るためのモータでは無く、位置決め制御専用のモータです。
　巻き線の巻き方によって2相、5相・・・等の種類があります。
　ステッピングモータは、巻き線への電流の流し方（流す/流さないと流す方向）の組み合わせで、常に一定の位置（1回転あたり200～500ステップ程度）に留まろうとする特性があります。
　このため、位置決め制御用モータとしては非常に都合が良いのですが、モータ本体と、モータによって駆動されるメカの重量や慣性をきちんと計算しないで使うと、異常振動を発生しメカニズムを損なう事があります。
　ちなみに、ステッピングモータを回転させるには、停止状態から隣のステップに止まる状態に電流を変化、それにつれて回転し始めたら、次のステップ、次のステップ・・・と停止位置を回転に合わせて変化させる事で行います。
　このことから、ステッピングモータは回り続けるモータでは無く、止まり続けるモータである・・・と言う人もいます。

　下のURLは、工業用汎用モータの定番、オリエンタルモータのホームページです。
　色々なタイプのモータについての解説があります。

参考URL：

http://www.orientalmotor.co.jp/

お礼

詳しく説明いただき有難うございます。

自走行ロボット（ワークを掴んで運ぶ）に使用するにはどのモータが適当でしょうか。

条件：左右５ｍ距離内で５ポイント定位置停止、上下動作３ポイント定位置停止。ワーク重量は４kgです。

回答No.3

craftsman

うーん・・・なるほど。

　停止精度を上げたいなら、ステッピングモータが最適なのですが。
　ステッピングモータは前述のように、モータに対する負荷の条件がかなりシビアです。
　メカに適合するモータが有れば、ステッピングでも良いと思いますが。

　あまり負荷の条件を気にせず安易に使えるのは、AC/DCサーボですね。
　ただし、価格は高めになります。
　パルスモータよりも、AC/DCサーボの方が保持力も強いので、ブレーキ無しでもかなりの負荷が受けられると思います。
（パルスモータも、インダクションモータと違い、保持力があるので・・・と言うよりも、前述のようにパルスモータは止まり続けるモータなので・・・、うまく適合する物が有ればブレーキ無しで保持できます。）

　ステッピングモータにしろ、AC/DCサーボにしろ、モータドライバへの制御信号はパルスを使用するのが一般的です。
　モータの1回転を分解能に応じて分割し、CW信号/CCW信号に与えたパルスの分だけ回転する・・・ような使い方です。
　そのためには、CPUを用いてパルスを生成してやるか、市販の位置決めコントローラを用いる事になるでしょう。

　FA（ファクトリーオートメーション）の分野で良く使われる各種モータのメーカとしては・・・。
　ACサーボは松下電器産業かオムロン。
http://www.motor.panasonic.co.jp/jp/product/fa/indexfa.html
http://www.fa.omron.co.jp/
　パルスモータはオリエンタルモータ。
　あたりかな。
　位置決めコントローラは各社から出ていますが、個人的にはキーエンス製が好みです。
（小型軽量で、価格もこなれています。
　また、同じキーエンス製のPLCと組み合わせると、非常に細かな制御が可能で使いやすいので。）
http://www.keyence.co.jp/seigyo/index.html
　あるいは、キーエンス製PLCの内蔵パルス発振器を利用し、PLCプログラムから装置全体の制御と一緒にプログラムしてしまうなんて手もあります。

　私はFA畑の人間なんで、部品の選択はFA屋風になっています。(^^;

回答No.2

craftsman

ロボコンのロボットのようなものですか?
　それとも、産業用ロボットですか?

　ロボコンのように、コンテストの間だけ動けば良い物と、定常的に確実に動作する事が求められる産業用ロボットでは、考え方がだいぶ変りますからね。

　電源の供給はどうするのでしょう？
　制御はワイヤード？ラジオコントロール？それともCPUを搭載して自律制御？

　移動用モータとして、精密に制御し易いのはACサーボだと思いますが。
　ACサーボだと、AC電源が必要ですし、それなりのサイズ・重量があるサーボアンプも必要です。
　電源まで搭載するのなら、DCで駆動できるDC系のモータの方が使いやすいでしょう。
　精度が不要なら、起動時に大トルクが発生できるDC系のモータの方が簡単ですね。
　ワークを掴んだり放したりするアクチュエータも、メカニズムを工夫すればモータの制御に精度は不要なので、やはりDCモータを使った方が楽でしょう。
　DCモータなら、極端な話、モータと直列に抵抗体を入れるだけで速度の制御もできますから、かさばるサーボアンプのような物も不要です。

　ステッピングモータは、位置決め制御には好適なモータですが、荷重が頻繁に変化する用途には向きません。

お礼

早速回答有難うございます。
現在制御は、ワイヤーでロボットケーブル仕様で、インダクションモータ（オリエンタル）に減速ギヤ、ブレーキで行っていますが、停止位置制度が安定していません。今回仕様変更しようと思っていますが、ステッピングモータとサーボモータどちらが良いか迷っています。乗せ替え安さ、価格的なものもあり総合判断に迷っております。ロボットは１装置に３台で走行、上下で計6台使用しています。