ブラシレスモーターとステッピングモーターの違い


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私はブラシレスモーターとステッピングモーターの動作原理を理解していると思いますが、その違いについて少し混乱しています。ブラシレスDCモーターは非常に基本的なステッピングモーターですか?適切に制御すれば、ブラシレスDCモーターをステッピングモーターとして動作させることができますか?そうでない場合、それらはどのように異なりますか?

エレクトロニクス初心者の場合、ステッピングモーターとDCブラシレスモーターの類似点と相違点を強調できますか?


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質問に対する答えではありませんが、このリンクは、ハーストAC同期モーターが「HURST®ステッピングモーターと同じ構造」であることを示しています。
ツタンカーメン

回答:


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この2つは基本的にほぼ同じです。ただし、意図するアプリケーションは異なります。ステッピングモーターは、まあ、ステップで動作することを目的としています。BLDCモーターは、滑らかな動きを提供するために操作することを目的としています。

ステッピングモーターはモーション制御に使用されるため、ステップの再現性が望まれます。つまり、あるステップから始めて、別のステップに進み、最初のステップに戻る場合、理想的には以前の場所に正確に戻る必要があります。さまざまなものがこれを台無しにする可能性があります。ベアリングの傾斜、摩擦など。BLDCモーターは、再現性ではなく、ステップ間の滑らかなトルクに最適化されています。

ステッピングモーターは、ステップの1つで機械的負荷を保持するステッパーの能力である保持トルクを最大化するように設計されています。これは、回転子が固定子と整列していても巻線電流を高く保つことで実現されます。これは、負荷が位置を変えようとしない限りトルクを生成しないため、多くのエネルギーを無駄にしますが、フィードバック機構の必要性を回避します。

一方、BLDCは通常、ローターがステーターよりも遅れて動作するため、印加電流は常に最大トルクを生成します。これは、ブラシ付きモーターが行うことです。より少ないトルクが必要な場合、電流は減少します。これはより効率的ですが、負荷の位置を感知して、どの程度のトルクを加えるかを知る必要があります。その結果、ステッピングモーターは通常、常に最大電流でモーターを動作させる追加の熱に対応するために大きくなります。

また、ほとんどのアプリケーションでは、正確なモーション制御のためにステッパーが小さなステップに対応できることを期待しています。これは、多数の磁極を意味します。ステッピングモーターには通常、1回転あたり数百のステップがあります。通常、BLDCの方がはるかに少なくなります。たとえば、最近、ハードドライブのBLDCで遊んでいて、1回転あたり4つの「ステップ」があります。

ステッピングモーターは通常、最初に最大保持トルク、次に速度を最大にするように設計されています。これは通常、非常に多くのターンの巻線を意味し、これにより、電流の単位あたりにより強い磁場、したがってより大きなトルクが発生します。ただし、これには逆起電力の増加という犠牲が伴うため、単位電圧あたりの速度が低下します。

また、通常、ステッピングモーターは90度離れた2つの位相で駆動されますが、BLDCは通常、120度の部分で3つの位相を持ちます(両方の場合に例外があります)。

ステッピングモーター
ステッピング巻線

BLDC
BLDC巻線

これらの違いにもかかわらず、ステッパーはBLDCのように、またはBLDCをステッパーのように操作できます。ただし、設計意図が矛盾する場合、結果は最適とは言えない可能性があります。


私が見たほとんどのBLDCコントローラーは、ステッパーと同じ種類の位置精度のために設計されていませんが、BLDCモーターが回転センサーが提供する精度を制御できない理由はありますか?可能な限り迅速に何かを正確に12.25回転回転させたい場合、ステッパーは悲観的な加速プロファイルで駆動する必要がありますが、BLDCモーターはステッパーよりも仕事が上手くできると思います。そのような制限はありません。
supercat 14

@supercat特に理由はありません。しかし、BLDCと回転センサーを使用すると、サーボがあり、それを制御するには何らかのフィードバックループが必要です。ブラシ付きモーターでも同じことが実現できます。ステッパーには通常、回転センサーがなく、あらゆる種類のフィードバックループなしで駆動されます(動作範囲の終わりを見つけるためのリミットスイッチを除く)。これによりドライバーが簡素化されますが、速度とトルクにも制限がかかります。
フィルフロスト

スマートサーボコントローラーで最も滑らかな動きを実現できますが、BLDCモーターを12.25回転移動させたい場合、特に滑らかさを気にしない場合、スポットに到達するまでモーターを前方に動かすだけで特定の問題が発生します目的地の直前で、目的地フェーズに設定し、行き過ぎている場合は逆方向に実行しますか?ステッピングモーターはひどく非効率的ですが、ロータリーエンコーダーとブレーキを追加すると効率が大幅に向上する可能性があります。
supercat

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@supercatそれはまだサーボとしてカウントされると思います。特に問題はありませんが、サーボコントローラーが "シンプル"である場合、正確性や再現性が低いか、同等のコストのステッパーほどの保持トルク、さらには "シンプル"サーボでさえありません。コントローラーは、コントローラーをまったく必要としないステッパーよりも複雑です。バッテリー駆動のデバイスの場合、ステッパーの非効率性が大きな問題になると思いますが、壁に差し込まれたものであれば、電力は安くて豊富です。
フィルフロスト

保持トルクが必要な場合は、ステッパーまたはブレーキを使用する必要があります。ただし、電力使用量の理由だけで効率は重要ではありません。より効率的なモーターは、機械的に生成するためにこれまでに要求されるよりも多くの電力を熱として放散できる必要があるモーターよりも小さくて軽いことがあります。BLDC(または間欠デューティステッパー)とロータリーエンコーダーとブレーキの組み合わせは、多くの場合、同じ最高速度と使用可能なトルクのステッピングモーターよりも小さく、軽く、安価になると思います。
スーパーキャット

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ステッピングモーターは、ブラシレスDCモーターの一種ですが、コイルとステーターの特定の物理的配置により、固定された数の停止または戻り止めが回転円全体を分割します。

必要に応じて、ステッピングモーターの極数によって、ステップサイズまたはサブディビジョンの数、または「フルステップ」が決まります。

ただし、ステッピングモーターコイルへの通電にいくつかの凝ったフットワークを使用すると、適切なコントローラーを備えた最新のステッピングモーターは、マイクロステップとして知られる部分的なステップで回転することができます。

TL; DR:ステッピングモーターは(通常)ブラシレスモーターファミリーのサブセットです。


スイッチドリラクタンスモーターは、標準的なBLDCステッパーとは多少異なるステッパーモーターの別の形式です。

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