ステッピングモーター

ステッピングモーター(Stepper motor)は、ドライバを介して直流のパルス電圧を印加して駆動するモーターである。したがってパルスモーター(Pulse motor)とも言われる。簡単な回路構成で、正確な位置決め制御を実現できるので、装置の位置決めを行う場合などによく使われる。

特徴 
　運動量が駆動パルスの数に比例する。
　デジタル制御回路との相性が良い。
　フィードバック回路の必要性がない（開ループ制御）。
　エネルギー効率が低い。
　負荷が大きすぎたり、パルス周波数が高すぎると同期外れで誤動作につながる。この状態を「脱調」と呼び、加減速シーケンスを用いると改善することがある。

回転子の種類 
Permanent Magnet Type （PM型：永久磁石形）
回転子として、円周上にNSNS…と交互に着磁した磁性体を使用する。安価であるが、着磁間隔を細かくすることに限界があるので、ステップ角度は小さくできない。
Variable Reluctance Type （VR型：歯車状鉄心形）
回転子として、歯車状の鉄心を使用する。ステップ角度を小さくできるが、トルクがやや低い。
Hybrid Type （HB型：複合形）
PM型とVR型の特徴を併せ持った構造である。PM型の場合は円周方向に着磁するが、HB型では軸方向に着磁した磁石を使用し、磁極側を二枚の歯車状鉄心で挟み込む。この時、N極側とS極側の歯の凸凹が逆になるようにする。

固定子の巻線構成 
ステッピングモーターは、固定子に複数の巻線を用意しておき、電流を流す巻線を切り替えることによって動作させる。巻線構成としては二相（二組の巻線）のものが一般的であるが、三相、五相といったものもある。

ステッピングモーターの動作原理 
PM型の簡略化したモデルを例にとって、動作原理を説明する。

巻線Aに電流を流すと、固定子と回転子のN・Sが引き合った状態になる。
巻線Bにも電流を流すと、両方の固定子が磁化して回転子を引きつけるので、力が釣り合うように45°回転する。
巻線Aの電流を切ると、さらに45°回転する。
巻線Aに先程と逆方向の電流を流すと、さらに45°回転する。
巻線Bの電流を切ると、さらに45°回転する。
巻線Bに先程と逆方向の電流を流すと、さらに45°回転する。
巻線Aの電流を切ると、さらに45°回転する。
巻線Aに最初と同じ方向の電流を流すと、さらに45°回転する。

以上のように、ステップ1から8を繰り返すことによって、一定の方向に回転する。

励磁モード 

ステッピングモーターは、巻線への電流の与え方を変えることにより、特性を変えることができる。二相型のモーターについて以下に述べる。

一相励磁
常に巻線一相のみに電流を流す。位置決め精度は良いが、減衰運動が残りやすい。
二相励磁
二相に電流を流す。一相励磁の約2倍の出力トルクが得られる。
一-二相励磁
一相と二相を交互に切り替えて電流を流す。一相励磁・二相励磁の場合のステップ角度の半分にすることができるので、滑らかな回転を得られる。前のセクションの説明図では、一-二相励磁を使っている。
マイクロステップ駆動(バーニア駆動)
巻線への電流を単純なON/OFFではなく、二つの巻線の電流比率を細かく変えていくことで、より細かいステップ角度を得る手法。

運動形態 
一般的な回転形のモーターの他に、直進形のモーター（リニアステッピング）も存在する。

用途例 
 産業用途
 産業用ロボット
 垂直多関節ロボット
 水平多関節ロボット
 直交ロボット
 溶接ロボット
コンピューター用途
 * 古い磁気ディスク装置等のヘッド移動用トラッキングモーター
 現在の製品はリニアモーターを埋め込みサーボで制御している。
 一般家庭用途
 時計#アナログ式
 航空機用途
 フライ・バイ・ワイヤ
 自動車用途
 ドライブ・バイ・ワイヤ
 NAVi5
 自動車用計器
 自動車や二輪車の計器に使用される事があるが、これは正確さよりも演出を狙ったものである。
 デジタルカメラ
 レンズの移動に主にステッピングモーターが使用されている。ただし、携帯電話内蔵カメラのような小型のカメラモジュールではサイズの関係からリニアモーターが採用されていることも多い。
パチンコ、パチスロ・スロット
回転軸を指定された角度で停止させることが可能なことから、パチンコ、パチスロ機やスロットマシンのリールに使用されている。

関連項目 
 サーボモータ
 リラクタンスモータ
 コアレスモータ
 誘導電動機
 同期電動機

外部リンク 

 Stepper Motors
 Stepper Motor Basics
 Stepper Motor System Selection Guide
 Control of Stepping Motors - A Tutorial – Douglas W. Jones, アイオワ大学
 Stepper Motor Drivers: RMS vs Peak Current
 Uni-polar versus Bi-polar
 Finding the different ways a stepper motor can be wired
 Animation of a stepping Motor
 Stepper Motor Disassembled
 Stepper Motor acceleration algorithm

電動機