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【2021年版】5相ステッピングモーター メーカー5社一覧

5相ステッピングモーターのメーカー5社を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


5相ステッピングモーターとは

ステッピングモーターとは、パルス信号によって回転角度や回転速度を制御できるモーターであり、正確な位置決めが必要な際に使用されます。このステッピングモーターの中でも、1パルスに対して動く角度が0.72°のものを5相ステッピングモーターと呼びます。

5相ステッピングモーターの使用用途

ステッピングモーターは、主に以下のような特長があります。

  • 小型で高トルクを発生させることができるため、頻繁に起動と停止が可能。
  • 停止している時でも保持力が発生するため、機械的なブレーキが無くても停止位置を保つことが可能。
  • 取付角寸法が同等のサーボモーターと比べ、より大きな慣性負荷を駆動することができる。

5相ステッピングモーターは、このような特長に加え、高精度での位置決めが可能なため、顕微鏡用のXYステージの駆動などに使用されています。

5相ステッピングモーターの原理

ステッピングモーターは、主に「ローター」と「ステーター」で構成されています。

  • ローター
    ステッピングモーターの内部にある回転子のことです。2分割された鉄でできているローターの内部に永久磁石が挟み込まれており、それぞれのローターがN極とS極に磁化しています。
    5相ステッピングモーターの各ローターの外周には、それぞれ50個づつ7.2°ピッチで小歯が切られており、互いの小歯を半ピッチずらした状態で組み付けられています。
  • ステーター
    ローターの外側にある固定子であり、複数の巻線で構成されます。ローターを挟んで対向する位置に1セットで構成され、それぞれを「相」と表します。基本的に、A相、B相などアルファベットで表すことが多いです。

上記のような部品に対し、以下の手順で5相ステッピングモーターを動作させることができます。

  1. ステーターのA相に電流を流し、S極に磁化します。この時、A相磁極の小歯と片側のローターの小歯が引き合います。一方、この時、隣のB相磁極の小歯ともう一方のローターの小歯は、0.72°ずれています。
  2. 次に、ステーターのB相に電流を流し、N極に磁化します。すると、B相磁極の小歯と①で0.72°ずれていたローターの小歯が対向した状態で停止します。

このように、A相励磁からB相励磁に切り替えることで、ローターが0.72°回転します。
制御用の電気信号的には、「電源のON/OFFの1サイクルを1パルス」とし、1パルスが入力されると1ステップ角度(5相の場合は0.72°)だけモーターの出力軸が回転します。1パルスに対して必ず1ステップ角度だけ回転するため、正確な位置決めを行うことができます。

5相ステッピングモータの配線

5相ステッピングモーターは配線方法によってその特性が変わります。機器の設計に際しては、この配線方法を意識することで、その機器に適したコストと性能のバランスを得ることが出来ます。
配線方法には、スター結線やペンタゴン結線、新ペンタゴン結線があります。

5相ステッピングモーターの制御

ステッピングモーターはその回転速度を時間に応じて設定することでその特性を最大限に発揮します。回転速度を時間に応じて設定することを一般的には運転パターンと呼びます。運転パターンには2通りあります。

  • 自起動運転パターン
    モーターの回転速度を最初から最後まで同じ速度で動かす運転パターンです。速度と時間をグラフにすると、四角形(矩形)になるため、矩形駆動と呼ばれます。
  • 台形駆動運転パターン
    モーターの回転速度を、最初は遅く、徐々に高速にし、最大の速度で一定期間回転したあと、徐々に低速にもどして、停止する運転パターンです。速度と時間をグラフにすると、台形になるため、台形駆動と呼ばれます。

モーターの回転速度は、好きに設定できるものではなく、下記の要素で決定されます。

  • 選んだモーターの特性
  • 動かしたい対象物の質量
  • 動かしたい対象物に加わる摩擦
  • モーターに加える電力
  • モーターの配線方法
  • モーターの励磁方法

特に、急激に動かし、急激に止めたい用途で使用するときは、選んだモーターの特性、特にローターイナーシャが最重要となります。

5相ステッピングモーターと2相ステッピングモーターの違い

ステッピングモーターやサーボモーターは、他の一般的なモーター(DCブラシモーターなど)と比較して高精度の位置決めが出来ます。特に5相ステッピングモーターは2相ステッピングモーターに対して、一般的には極端に高額になります。5相ステッピングモーターを選ぶ理由としては、2相ステッピングモーターにより1ステップ(モーターへの回転指示の最小単位)あたりのモーターの回転角度を小さくできるため、下記の特性が欲しいときとなります。

  • 微小角度で回転させたいとき
  • 騒音を低くしたいとき

参考文献
https://www.orientalmotor.co.jp/products/stepping/overview_1/
https://www.orientalmotor.co.jp/tech/webseminar/stkiso_2_1_2/
https://www.orientalmotor.co.jp/tech/webseminar/stkiso_2_2_1/
http://www.mekatoro.net/digianaecatalog/orien-sougou/book/orien-sougou-P0021.pdf

ライタープロフィール

irontomy

メカ設計を中心に、電気、ソフト分野の知識も持つエンジニア。
高専卒業後、東京大学大学院を経て、ソニー株式会社に就職し、メカエンジニアとして活躍。現在は独立し、メカ設計エンジニアおよび技術アドバイザーとして活動中。電気、ソフト分野の基礎知識を活かし、IoTデバイスの開発にも携わっている。
自宅には3台の3Dプリンタを所有し、趣味として活用しながら電子工作なども行っており、常に「ものづくり」に関わる日々を過ごしている。

5相ステッピングモーターのメーカー情報

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