ハイブリッドステッピングモーター

ハイブリッドステッピングモーターの意味と動作原理

「ハイブリッド」という用語は、組み合わせまたは混合を示します。ハイブリッドステッピングモーターは、可変リラクタンスステッピングモーターと永久磁石ステッピングモーターの特性を統合しています。ロータの中心には軸方向の永久磁石が組み込まれています。この磁石は、図に示すように北極（N）と南極（S）の対となる磁極を生成するために磁化されています：

軸方向の磁石の両端にはエンドキャップが取り付けられています。これらのエンドキャップには、磁石によって磁化される等数の歯があります。ロータの2つのエンドキャップの断面図は以下の通りです：

スターターには、それぞれコイルとS個の歯を持つ8つの極があります。スターター全体では40個の歯があります。ロータの各エンドキャップには50個の歯があります。スターターとロータの歯の数がそれぞれ40と50であるため、ステップ角度は以下のようになります：

動作メカニズム

ハイブリッドステッピングモーターでは、最初にロータの歯がスターターの歯と完全に一致します。しかし、ロータの2つのエンドキャップの歯は、極間ピッチの半分だけずらされています。中央の永久磁石の軸方向の磁化により、左側のエンドキャップの歯は南極として磁化され、右側のエンドキャップの歯は北極として磁化されます。

モーターのスターター極は、電気励起のためにペアで構成されています。具体的には、極1、3、5、7のコイルは直列に接続されてフェーズAを形成し、極2、4、6、8のコイルは直列に接続されてフェーズBを形成します。フェーズAに正の電流を供給すると、スターターの極1と5は南極になり、極3と7は北極になります。

モーターの回転は、特定のフェーズ励起シーケンスによって正確に制御されます。フェーズAの励起を停止してフェーズBを励起すると、ロータは反時計回りに1.8°の全ステップ角度で回転します。フェーズAに負の電流を供給すると、ロータは同じ反時計回りにさらに1.8°進みます。連続的な回転のために、次にフェーズBを負に励起する必要があります。したがって、反時計回りの回転を得るためには、+A、+B、-A、-B、+B、+Aという順序でフェーズを励起します。逆に、時計回りの回転を得るためには、+A、-B、+B、+Aという順序でサイクルを繰り返します。

主な利点

ハイブリッドステッピングモーターの最も顕著な特徴の一つは、電源が切られても位置を維持できることです。これは、永久磁石がデタントトルクを生成し、ロータを固定するためです。他の重要な利点には以下があります：

• 細かい分解能：小さなステップ長により、高精度な位置決めが可能であり、精度が必要なアプリケーションに適しています。

• 高いトルク出力：モーターは大きなトルクを生成できるため、重い負荷を効果的に駆動できます。

• 電源オフ時の安定性：ワインドイングが非励起状態でも、デタントトルクによりロータは静止したままです。

• 低速での最適な効率：低速で高い効率を発揮し、ゆっくりとした制御された動きが必要なアプリケーションに適しています。

• 滑らかな動作：低いステップレートにより、振動や騒音が減少し、滑らかな動きが得られます。

制限事項

多くの強みがある一方で、ハイブリッドステッピングモーターにはいくつかの欠点もあります：

• 高い慣性：モーターの設計により慣性が増加し、加速が遅くなり、運動命令の急速な変化に対する応答性が制限されます。

• 重量の増加：ロータ磁石の存在により、モーターの全体的な質量が増加し、重量に敏感なアプリケーションでは課題となる可能性があります。

• 磁気感度：永久磁石の磁力に変動があると、モーターの性能に大きく影響し、一貫性のない動作につながります。

• コストの考慮：可変リラクタンスモーターと比較して、ハイブリッドステッピングモーターは一般的に価格が高く、プロジェクトの総コストが増加する可能性があります。

要約すると、ハイブリッドステッピングモーターは利点と制限事項のユニークな組み合わせを提供します。これらの特性を理解することは、自動化、ロボット工学、精密制御などの分野における特定のアプリケーションに最適なモーターを選択するために重要です。