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question [Step Motor] 유니폴라 vs 바이폴라?

유니폴라(Unipolar)와 바이폴라(Bipolar)에 대해서 알아보겠습니다.


유니폴라 : 모터의 권선에 흐르는 전류가 항상 한쪽 방향으로만 흐르는 구동 방식.


바이폴라 : 모터의 권선에 흐르는 전류방향이 바뀌는 구동방식. (H bridge - 전류방향전환용)



1. 유니폴라 방식 (단극 방식)


- Driver의 회로에 사용되는 Transistor의 수가 적기 때문에 상대적으로 간단한 회로 구성 가능.


- 일반적으로 고속에서 높은 Torque 탈조 위험이 낮고, 고속회전 용이 (전류 방향이 단반향)


- 효율이 좋지 않다. (일본향)



2. 바이폴라 방식 (양극 방식)


- 유니폴라 방식에 비하여 2배의 Transistor가 사용되지만 저속에서도 높은 Torque 효율


- 코일에 저장된 전류가 회생되어 효율이 높음.


- 고속 구동시 토크가 급격히 낮아져 탈조 위험 높음


(전류방향이 양방향 (+방향/-방향)  유럽향


question [Step Motor] CPR vs PPR 이란?

PPR : (Pulse Per Revolution) 회전당 펄스 수는 엔코더와 관련된 파라미터이다.

기본적으로 완전한 1회전당 펄스 수 또는 360도 회전시 엔코더의 펄스 수를 측정한 것이며, 엔코더 분해능의 단위라고 할 수 있다.


그러나 펄스로 계산하는 것은 제조자에 따라 다를 수 있다.

예를 들어, 일부 엔코더 제조자는 인코더가 생성하는 사각파 펄스의 높은 부분만을 펄스로 인식한다.

신호의 높은 부분(논리 "1")과 낮은 부분(논리"0")으로 구성된 사각파의 단일 주기를 생각해 보자. 그래서 높은 부분만 펄스로 인식되고 전체 사이클은 높은 것과 낮은 것만으로 나타낸다.



상기 그림은 펄스, 주기, 주기 또는 회전당 계수로 엔코더 분해능을 정의할 수 있는 여러 가지 방법을 보여준다.


Pulses Per Rev = Cycles Per Rev = Lines Per Rev

Pulses Per Rev = Counts Per Rev / 4


하지만, 일부 제조업체가 2개 다른 정의를 나타낼 수 있는 용어를 사용한다.

예를 들면, CPR (Count Per Revolution) 회전당 주기인데 첫번쨰 의미는 High와 Low의 하나의 완전한 주기를 말하며 PPR와 동등하다.

두번째 의미는 하나의 사각파 주기가 4개로 분할되어 나타내는것이며 이것은 PPR과 동일하지 않다.

question [Step Motor] 스텝모터를 선정하고 사용할 때 하는 6가지 질문 (2)

"이 스텝모터를 PLC 출력 몇개로 구동할  수 있을까? 왜 드라이브가 필요한가?"


2상 스텝 드라이브는 H-Bridge를 형성하기 위해 연결된 8개의 트랜지스터 하나의 세트를 사용합니다. PLC 출력에서 등가 H-Bridge를 생성하려면 8개의 output을 사용하여 스텝모터를 단순한 정역 회전만을 시킬 수 있습니다. 그러나 스텝드라이브는 H-Bridge 트랜지스터가 제공하는 단순한 시퀀스 이상의 기능을 합니다.

스텝 드라이브는 버스 전압의 PWM 전환을 사용하여 모터의 각 상 (Phase)에서 전류를 조절합니다. 앞에서 언급한 바와 같이 공급 전압은 BEMF를 극복하여 각각의 속도에서 토크를 발생할 수 있을 만큼 충분히 높아야 합니다.


마이크로 스테핑 기능이 있는 스텝 드라이브는 사인파에 따라 각 위상의 전류를 비율화 하기 위해 PWM 스위칭 로직을 더욱 세분화하여 스텝모터의 기본 스텝각보다 정밀한 포지셔닝을 제공합니다. 가장 기본적인 스텝 드라이브를 넘어서는 궤도 발생기가 있는 드라이브는 사전 설정된 가속 및 감속 속도에 따라 모터 속도를 자동으로 올리거나 내릴 수 있습니다.


스텝 모터를 구동하기 위해 PLC 출력을 사용하는 것은 스텝 모터의 작동 방식을 분석하는 데 유용하지만 어떤 주요한 동작 제어 프로젝트를 위해서는 적절한 드라이브를 사용해야 합니다.



"스텝 모터가 너무 시끄러워... 뭔가 이상이 있나 봐."


스텝 모터가 한 스텝 움직일때 마다 로터가 제 위치에 자리잡을 때 약간 울리는 소음이 발생합니다. 이 소음은 모터의 자연 공명 주파수로, 모터 구조에 기인합니다. 고유 공진 주파스는 모터 스텝 주파수가 근접하거나 같을 때 증폭됩니다. 이 소음은 스텝 모터가 풀 스텝 시퀀스 (사용 가능한 최저 분해능, 모터의 스텝 각도와 동일)에서 저속으로, 일반적으로 1~5 rps 회전 범위에서 구동 될 때 가장 두드러집니다.


소음 문제는 사용자가 어떤 부하에도 연결하지 않은 상태에서 처음으로 스텝 모터를 테스트 할 때 발생합니다. 이 시나리오에서 모터는 공명감쇠 댐퍼가 없을때 처럼 공진 할 수 있습니다.


몇 가지 쉬운 방법으로 공명을 완화 할 수 있습니다.


모터를 장착하고 모터 샤프트를 부하에 연결하여 시스템에 기계적 댐핑을 추가하십시오. 샤프트를 하중에 연결하면 시스템에 약간의 관성 또는 마찰이 추가되고 모터의 고유 공진 주파수가 변경되거나 감쇠됩니다.


마이크로 스테핑으로 스텝 각도를 주입니다. 마이크로 스테핑시, 각 스텝마다 스텝각이 훨씬 작아지고 고유 공진 주파수는 덜 반응합니다. 이러한 방법이 성공하지 못하면 반공 진 알고리즘이 내장되어 있는 스텝 드라이브를 사용하는 것이 좋습니다.


"스테핑 모터를 구동하려면 엔코더가 필요합니까?"


아니요, 오픈 루프 제어에서 스텝 모터를 구동하기 위해 엔코더가 필요하지 않습니다. 스텝 모터는 오픈 루프 제어를 사용하여 부하를 정확하고 반복적으로 움직이게 하는 유일한 BLDC 모터 유형입니다.


- 모션 작업은 시간이 지남에 따라 동일합니다.


- 부하가 변하지 않습니다.


- 필요한 속도가 상대적으로 느립니다.


- 모션 작업을 완료하지 못하면 치명적이거나 위험한 기계 고장이 발생하지 않습니다.


* 응용 프로그램이 명시된 기준을 충족하지 않는 경우 일정 수준의 Closed Loop 제어를 사용하는 것이 좋습니다. 스텝 모터 시스템에 엔코더를 추가하면 본질적으로 오픈 루프 제어이지만 미묘하고 효과적인 개선 기능이 있는 기본 기능부터 스텝 모터가 서보 제어 시스템의 일부로 작동하는 완전 Closed Loop 제어에 이르기까지 다양한 이점을 제공합니다. 피드백 범위 및 Closed Loop 제어 옵션에 대한 정보는 스텝 모터 및 드라이브 공급 업체에 문의하십시오. 




question [Step Motor] 스텝모터를 선정하고 사용할 때 하는 6가지 질문 (1)

스텝 모터를 선정하고 사용할 때 하는 6가지 질문


스탭모터는 포장 장비, 3D 프린터, 재료 핸들링 및 정렬 공정 라인, CNC 기계 등 다양한 용도에서 디지털 방식으로 제어할 수 있는 저비용 고효율 손쉬운 방법을 제공합니다. 또한 많은 회전축과 리니어 축의 중요한 구성요소이기도 합니다.


스테퍼 모터의 비용-성능 이점은 오픈루프 제어방식에서 모터로부터 컨트롤러에 대한 피드백을 받지 않고도 정확하게 위치를 제어할 수 있는 능력이 있습니다.


오픈 루프 스텝핑 시스템의 최적화된 성능의 이점을 얻으려면 응용 프로그램에 스텝 모터를 지정하고 설치하는 방법을 이해해야 합니다.


다음은 초보자도 경험자도 쉽게 할 수 있는 6가지 일반적인 실수입니다.



"스텝 모터의 토크 사양이 내가 실제로 사용해야할 토크 (계산된) 보다 더 높아야 합니다."

애플리케이션에서 하중을 이동하는 데 필요한 토크를 계산한 후 사용자는 두 가지 기준으로 첫 번째 스텝 모터의 홀딩 토크 값 또는 (2) 속도 토크 곡선을 기준으로 스텝 모터를 선택합니다. 하지만 실제 상황에서 모터는 선정 시 예상한 토크량을 보여주지 않을 수도 있습니다.


첫 번째 실수는 스텝 모터를 선정하기 위해 홀딩 토크를 성능 척도로 사용하는 것입니다. 홀딩 토크는 모터가 위치를 유지하고 움직이지 않게 하기 위해 필요한 토크를 의미합니다. 이것은 모터가 움직일 때 발생하는 토크를 의미하진 않습니다. 스텝 모터가 움직이기 시작하면 정격 토크는 몇 rpm만 돌아도 홀딩 토크 값에서 급격히 떨어집니다. 속도가 빨라질수록 토크는 더 떨어집니다. 때문에 홀딩 토크 값만으로 스텝 모터를 선정하지 마십시오. 반드시 속도 토크 곡선을 참조하십시오.





두 번째 실수는 속도-토크 곡선의 의미를 이해하지 못하는 것입니다. 속도-토크 곡선은 스텝 모터가 스톨이 발생하기 전의 토크를 나타낸다. 스텝 모터가 스톨이 발생하면 로터가 스테이터와 동기화되지 않으며 결국 샤프트가 회전을 멈춥니다.


스텝 모터가 계속 작동하고 부하를 이동할 수 있는 충분한 토크를 제공하려면 안전율을 확보하여 속도-토크 곡선을 이용하십시오. 이를 위한 간단한 방법은 게시된 곡선의 약 1/2에서 2/3 높이에서 속도 토크 곡선에 평행한 선(Estimated line)을 상상하는 것입니다. 이 Estimated line은 스텝 모터가 최소한의 정지 위험에서 벗어나 신뢰성 있게 발생할 수 있는 토크의 양을 나타냅니다.


"스테핑 모터가 너무 뜨거우니, 무슨 문제가 있을것이다."


스텝 모터는 고온으로 작동하도록 설계되었다. 스텝 모터에 사용되는 가장 일반적인 절연 등급은 최대 130° C의 작동 정격인 B 등급입니다. 이는 스텝 모터의 표면 온도가 고장이 나기 전에 90° C 이상에 도달할 수 있음을 의미합니다. 이 온도는 사람이 만질 수 있는 온도보다 훨씬 더 뜨겁습니다. 이러한 이유로 스텝 모터를 사람이 만질 수 있는 위치에서 멀리 떨어뜨려 놓으십시오.


스텝 모터는 오픈 루프 제어 시스템에서 사용하기 때문에 고온에서 작동하도록 설계되었습니다. 오픈 루프 스텝 모터는 전류 피드백(또는 속도 또는 위치 피드백) 없이 작동하기 때문에, 필요 토크와 관계없이 드라이브에 의해 공급되는 전류는 일정합니다. 스텝 모터로부터 최대한의 토크를 얻기 위해 제조업체는 B 등급 단열재를 사용합니다. 따라서 전류 정격은 과열 없이 토크 출력을 극대화하도록 설계됩니다. 그 결과 스텝 모터는 고 토크와 더블어 고열도 발생됩니다.


"12볼트 전력 공급 장치를 사용하여 스탭모터에 전원을 공급하고 주행할 수 있는가?"

스텝 모터뿐만 아니라 다른 전기 모터에도 공급 전압은 모터 속도와 직접 관련이 있습니다. 48V가 정격전압인 시스템에 12V를 공급하면 모터는 예상 토크에 도달할 수 없습니다.  시스템에 전압을 높여 공급하면 모터는 더 높은 속도로 회전합니다. 서보 및 DC 모터의 정격 공급 전압은 속도, 토크 및 전력을 포함한 기타 정격 사양에 의해  결정됩니다. 스텝 모터의 지정된 정격 전압은 일반적으로 스텝 모터의 권선 저항과 정격 전류를 곱한 값보다 크지 않습니다. 이것은 홀딩 토크를 계산하는데 유용하지만 스텝 모터가 움직일 때는 추가적으로 고려되어야 할 사항이 있습니다. 모든 전기 모터와 마찬가지로, 샤프트가 움직이기 시작하면 스텝 모터는 Back- EMF(BEMF) 전압이 발생되어 와인딩으로 흐르는 전류를 방해합니다. 그래서 필요한 토크를 얻기 위해서는, 공급 전압이 BEMF보다 훨씬 높아져야 합니다

그렇기 때문에 일정한 공급 전압에서는 속도가 올라갈수록 BEMF는 커지고 커진 BEMF가 전류의 흐름을 방해하여 모터의 토크를 떨어뜨리기 때문에 모터 선정 시 제조사가 제공한 속도-토크 곡선을 반드시 검토해야 합니다.






question [Step Motor] 저속 시 진동 발생 원인 및 대책은?

Step Motor는 ROTOR와 STATOR에 작은 치형(小齒)를 가지기 때문에 정지 시 또는 저속 구동 시에 OVER SHOOT / UNDER SHOOT가 발생합니다.

이것이 출력축에서의 진동으로 나타나게 되며, 속도대별 진동 특성은 아래 그림과 같습니다.




대책


1. 고해상도 엔코더 (upto 20000) 사용


2. Micro-Step (upto 51,200)기능 이용 


3. Smoothing filter를 적용


question [Step Motor] 독립 작동 Stand-Alone Operation

독립 방식에서 인덱서는 호스트 컴퓨터 없이도 작동을 할 수 있습니다.

비휘발성 메모리에 일단 다운로드 되면 모션 프로그램은 키패드 또는 터치스크린과 같은 다양한 유형의 작업자 인터페이스에 의하여 혹은 보조 I/O 입력을 통한 스위치로부터 개시될 수 있습니다.


독립 스텝 모터 제어 시스템은 종종 드라이버와 전원 공급 그리고 스톨 감지 및 정확한 모터 위치 보상이 필요한 Closed Loop 적용분야를 위한 선택적인 인코더 피드백과 함께 제공됩니다.


즉 간단한 단축 제어의 경우 별도의 PLC, 모션카드, PC가 없이도 드라이버에 내장된 컨트롤러 기능으로 모터를 제어할 수 있으며, 비용 절감 효과를 가집니다.


당사 제품군 중 Real Servo 제품들에 해당되며 TSM, TXM, SSDC, SS, RS 제품들입니다.


question [Step Motor] 스텝모터의 위상(Phase)이란? 2상 모터, 3상 모터, 5상 모터

스텝 모터 표준 타입은 2상 모터라고 할 수 있는데, 추가적으로 3상 모터 및 5상 모터가 있습니다. 영어로는 2phase, 3phase, 5phase라고 합니다.


이때 상(phase)은 무엇을 의미하는 것일까요?


단순하게 말하면 모터 내부에 코일이 와인딩(감기)이 되어 있는데 총 몇 개의 코일이 있는 가로 구분합니다.


2상 모터는 2개 코일

3상 모터는 3개 코일

5상 모터는 5개 코일


일반적인 위상에 따른 스텝각 (1펄스의 신호를 받았을때 모터 축이 회전하는 각도)


2상 모터 : 1.8도 (200펄스/1회전)

3상 모터 : 1.2도 (300펄스/1회전)

5상 모터 : 0.72도 (500펄스/1회전)


상기 조건으로 보면 5상 모터가 2상 모터보다는 정밀각도제어가 됩니다.

반대로 2상 모터가 5상 모터보다는 고속운전이 가능합니다.

가격은 5상 모터가 높습니다.


하지만 요즘 드라이버에서 Micro-Stepping 기능이 있어 스텝 각은 더 세밀하게 나눌 수 있습니다.

1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 ~ 1/256 즉 51200 count/1회전


Moons'의 스텝드라이버 SR(DC), SRAC는 최대 51200count/1회전까지 대응 가능합니다.






question [흥진ATG] 감속기 SET COLLAR의 CLAMP SCREW 체결 시 주의 사항은?

많은 유저분들께서 SET COLLAR의 CLAMP SCREW 체결시 볼 렌치를 사용하고 계십니다.

이는 조금이라도 체결 방향이 어긋날 경우, 혹 무리한 힘을 가한 경우 볼트 내 렌치의 접촉면이 적어지며 볼트의 육각면이 뭉그러질 수 있습니다.

이 경우 사용자의 부주의로 인한 결과이므로 본사에서의 A/S는 불가한 상태입니다.


*주의 사항*

셋트 컬라의 스트류 볼트 체결시 반드시 육각렌치를 사용하여 주시기 바랍니다. (볼 렌치 금지)

question [Step Motor] Holding Torque (홀딩토크)란?

스텝모터는 높은 홀딩토크를 가짐에 따라 다른 종류 모터 대비 정지 상태의 토크가 큽니다.


비젼검사시 흔들림을 최대한 억제 해야하기 떄문에 스텝 모터를 많이 사용 합니다.

 


1.의 위치에서 SHAFT에 외력을 가하면 반대 방향으로 TORQUE가 발생하며 2.위치에 정지 합니다.


3.위치 : 이때 계속 외력을 가하면 발생 TORQUE가 최대가 되는 각도가 있으며 이떄의 힘을 HOLDING TORQUE라고 합니다.


초과하는 힘을 계속적으로 가하면 불안정점 5를 지나 다음 안정점 1의 위치로 이동 후 정지합니다.


안정점


- STATOR와 ROTOR의 소치가 완전히 마주본 위치에서 정지 하고 있는 부분, 외력이 0일 때 이 위치에서 정지합니다.


불안정점


- STATOR와 ROTOR의 소치가 1/2피치 어긋난 부분이며, 외력이 조금이라도 가해지면 좌우의 안정점으로 이동합니다.





question [Step Motor] 스텝각 1.8도의 원리는?

스텝각 1.8도 원리


STATOR TEETH (고정자 잇수) : 48개


ROTOR TEETH (회전자 잇수) : 50개


6-STATOR TEETH*8POLES 고정자는 8개로 분리되었고 분리된고정자에 잇수는 6개 입니다.




회전자 (Rotor)의 총잇수는 50개, 이빨간극  = 360/50 = 7.2도


고정자 (Stator)는 그중에 2개의 이빨을 제거한 (50 - 2 = 48개 / 8그룹 = 6개 이빨)


그럼 7.2도*2 = 14.4도의 각도가 별도로 생깁니다.



6개 이빨로 구성된 독립된 고정자 그룹이 총 8개 있으며 각각 나눠 가지면

14.4도 / 8개 = 1.8도



상기 그럼처럼 붉은색 고정자와 일치하던 회전자가 1.8도 회전하면 초록색 고정자와 일치합니다.


이것을 스텝각도라 표현합니다. (표준 1.8도)