죄송합니다. 더 이상 지원되지 않는 웹 브라우저입니다.

높은 정확도, 간편한 사용, 향상된 스마트 드라이버로 정확한 동작 구현하는 스테퍼 모터

PDF 다운로드

스테퍼 모터는 현대의 수많은 전자제품을 만들고 구현하는 데 없어서는 안 되는 역할을 하고 있다. 스테퍼 모터로서 기술을 생성하기 위해서는 다음과 같은 구성요소가 필요하다.

•회전자를 위한 소형의 강력한 영구 자석

•전자기 코일을 온/오프 전환하는 반도체 전력 소자

•정확한 순서와 타이밍으로 스위치를 구동하는 스마트 전자장치

물론 이러한 모든 개발은 저렴한 가격으로 구현되어야 한다. 또한 기술을 구현하는 데 없어서는 안 되는 역할을 하는 스테퍼 모터는 프린터, 스캐너, 현금 지급기(ATM), 소형 디스크 및 테이프 드라이브, 카메라 팬/줌/틸트(PZT) 제어를 포함해 우리 주변의 셀 수 없이 다양한 소형-중형 가전제품에 필요한 소형의 저렴하고 정확한 동작을 제공하는 핵심 소자이다(그림 1).

스테퍼 모터 기본원리

스테퍼 모터의 기본 구조는 그 구조가 많이 다르지 않은 브러시리스 DC (BLDC) 모터(그림 2)를 살펴보는 것으로부터 시작한다. BLDC 모터는 스테퍼 모터보다 먼저 나왔지만 여전히 많이 사용되고 있다. 가장 일반적인 BLDC 모터 설계의 경우 영구 자석은 회전자에 위치하며, 전자기 코일이 고정자를 감싼다. 전자기 코일에 전류를 인가하면 회전자의 영구 자석과 고정자 코일 사이의 끌어당기는 힘에 의해 회전자가 정렬된다. 코일에 흐르는 전류를 반대로 하거나 회전 순서에서 일부 전자기 코일을 온/오프 전환하면(이 두 가지 기법은 서로 다른 애플리케이션에 이용된다), 회전자는 코일이 발생시키는 변화하는 자기장을 따라가면서 회전한다. 스위칭 주파수를 변환하면 모터 회전 속도가 변화한다. BLDC 모터와 마찬가지로 시퀀스에서 인가되는 전류의 주파수가 회전 속도를 결정한다.

움직이지 않는 스위치드 방식의 코일과 회전자에 있는 영구 자석 간에 상호 작용하는 원리가 영구 자석 스테퍼 모터의 기본원리를 구성한다. 이러한 기본 설계를 바탕으로 스테퍼 모터와 가변 릴럭턴스 형 모터를 결합한 하이브리드 모터를 포함해 다양한 종류의 모터가 나와 있다. 스테퍼 모터를 구성하려면 기본적인 BLDC 모터보다 회전자에 배치하는 영구 자석의 수(극수)를 증가시킨다. 통상 적게는 12개(30°회전각)에서 많게는 200개(1.8°회전각)까지 가능하다(그림 3). 극 수를 증가시키는 경우 장단점이 있는데, 회전 분해능이 증가하지만(보통 장점), 비용이 증가하고 사용 가능한 회전력이 줄어든다(단점).

위 예는 일부 방식에서 BLDC 모터를 확장한 데 지나지 않지만, 스테퍼 모터는 BLDC 모터보다 훨씬 복잡하다. 회전자 자석의 어레이로 인해 모터는 일정한 스텝만큼 진행하거나 증가시킬 수 있으며, 코일에 전류가 흐르고 순서를 유지하는 한 주어진 위치에 머문다. 따라서 스테퍼 모터는 정확한 각도로 회전할 수 있으며, 보다 쉽게 회전의 크기를 작게 하거나 크게 조절할 수 있다. 그러나 스테퍼 모터는 연속 회전에 사용할 수 있지만, 이 경우 성능은 BLDC 설계보다 떨어진다. 대신 스테퍼 모터의 강점은 특정 각도로 회전이 가능하고 정지, 시작, 필요 시 역회전 할 수 있으며, 이를 빠르게 수행할 수 있다는 데 있다.

많은 스테퍼 모터는 기본 기어 트레인이나 기법을 함께 사용하여 회전-선형 동작을 제공한다. 이와 같은 동작은 프린터에서 프린트 헤드 이동이나 용지의 급지에 이용된다. 원칙적으로 스테퍼 모터의 회전각은 코일에 인가하는 전류에 의해 결정되기 때문에 회전자의 위치는 항상 일정하다. 따라서 시스템은 피드백 센서가 필요 없이‘오픈 루프’로 동작할 수 있다. 그러나 현실적으로는 과부하나 드라이브 트레인 또는 부하 및 기타 문제로 인해 회전자가 탈조할 수 있으므로 많은 스테퍼 애플리케이션은 센서와 폐쇄 루프 모드를 사용해 실제 회전자 위치를 보고한다. 또는 다른 방법으로‘리셋’모드를 사용하여 프린트 헤드와 같이 스테퍼의 부하를 알려진 홈 위치로 되돌린 다음 스테퍼를 제로 위치로 리셋할 수 있다.