하이브리드 스테퍼 모터

하이브리드 스텝 모터의 의미와 작동 원리

“하이브리드”라는 용어는 조합이나 혼합을 의미합니다. 하이브리드 스텝 모터는 가변 자기 저항형 스텝 모터와 영구자석형 스텝 모터의 특성을 결합한 것입니다. 로터의 중심에는 축 방향으로 영구자석이 장착되어 있습니다. 이 자석은 북극(N)과 남극(S)을 생성하도록 자화됩니다. 아래 그림에서 보여주듯이:

축 방향 자석의 양 끝에는 엔드 캡이 설치되어 있으며, 이 엔드 캡에는 자석에 의해 자화되는 동일 수의 치가 있습니다. 로터의 두 엔드 캡의 단면도는 다음과 같습니다:

스태터는 8개의 극을 가지고 있으며, 각 극은 코일과 S 개의 치를 갖추고 있습니다. 총 40개의 치가 스태터에 있습니다. 로터의 각 엔드 캡은 50개의 치를 가지고 있습니다. 스태터와 로터의 치 수가 각각 40개와 50개인 경우, 스텝 각도는 다음과 같이 표현할 수 있습니다:

작동 메커니즘

하이브리드 스텝 모터에서는 로터의 치가 처음에는 스태터의 치와 완벽하게 일치합니다. 그러나 로터의 두 엔드 캡의 치는 극 피치의 절반만큼 오프셋되어 있습니다. 중앙 영구자석의 축 방향 자화로 인해, 왼쪽 엔드 캡의 치는 남극으로, 오른쪽 엔드 캡의 치는 북극으로 자화됩니다.

모터의 스태터 극은 전기적 흥분을 위해 짝지어 구성됩니다. 구체적으로, 1, 3, 5, 7 극의 코일은 직렬로 연결되어 A 위상, 2, 4, 6, 8 극의 코일은 직렬로 연결되어 B 위상을 형성합니다. A 위상에 양전류를 공급하면 1과 5 극이 남극이 되고, 3과 7 극이 북극이 됩니다.

모터의 회전은 특정 위상 활성화 순서를 통해 정밀하게 제어됩니다. A 위상을 비활성화하고 B 위상을 활성화하면, 로터는 시계 반대 방향으로 1.8°의 전체 스텝 각도만큼 회전합니다. A 위상에 음전류를 공급하면 (음극으로 활성화하면), 로터는 같은 시계 반대 방향으로 추가로 1.8° 회전합니다. 연속적인 회전을 위해서는 B 위상을 음극으로 활성화해야 합니다. 따라서, 시계 반대 방향 회전을 위해서는 +A, +B, -A, -B, +B, +A 등의 순서로 위상을 활성화해야 합니다. 반대로 시계 방향 회전은 +A, -B, +B, +A 순서로 위상을 활성화하고 이를 반복하여 이루어집니다.

주요 장점

하이브리드 스텝 모터의 가장 눈에 띄는 특징 중 하나는 전원이 제거되더라도 위치를 유지할 수 있는 능력입니다. 이 현상은 영구자석이 디턴트 토크를 생성하여 로터를 고정시키기 때문입니다. 다른 주요 장점은 다음과 같습니다:

• 세밀한 해상도: 더 작은 스텝 길이는 매우 정밀한 포지셔닝을 가능하게 하며, 정확성이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

• 높은 토크 출력: 모터는 상당한 토크를 생성하여 무거운 부하를 효과적으로 구동할 수 있습니다.

• 전원 차단 시 안정성: 전류가 없는 상태에서도 디턴트 토크가 로터를 고정시킵니다.

• 최적의 저속 효율: 낮은 속도에서 높은 효율로 작동하여, 느린 제어된 움직임이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.

• 부드러운 작동: 낮은 스텝 레이트는 운동을 부드럽게 하여 진동과 소음을 줄입니다.

제약 사항

많은 장점에도 불구하고, 하이브리드 스텝 모터는 몇 가지 단점을 가지고 있습니다:

• 높은 관성: 모터 설계로 인해 관성이 증가하여 가속이 느려지고, 빠른 움직임 명령에 대한 반응성이 제한됩니다.

• 증가된 무게: 로터 자석의 존재로 인해 모터의 전체 질량이 증가하여, 무게 민감한 애플리케이션에서 문제를 일으킬 수 있습니다.

• 자기 감도: 영구자석의 자기 강도 변동은 모터의 성능에 크게 영향을 미쳐 일관되지 않은 작동을 초래할 수 있습니다.

• 비용 고려: 가변 자기 저항형 모터와 비교하여 하이브리드 스텝 모터는 일반적으로 더 높은 가격으로, 이를 사용하는 프로젝트의 전체 비용을 증가시킬 수 있습니다.

요약하자면, 하이브리드 스텝 모터는 장점과 단점을 고유하게 결합하고 있습니다. 이러한 특성을 이해하는 것은 자동화, 로봇공학, 정밀 제어 분야에서 특정 애플리케이션에 가장 적합한 모터를 선택하는 데 필수적입니다.