PCB技術 - ステッピングモータの騒音問題を効果的に制御する方法

ステッピングモータは実行素子として、機電一体化の重要な製品の一つであり、その構造が簡単で、制御が便利で、安全性が高いため、低速の場合は減速機を必要とせずに大きなモーメントを出力することができ、直流ブラシレスとサーボモータに比べて、複雑な制御アルゴリズムもエンコーダフィードバックも必要としない場合は位置制御を実現することができ、自動制御、3 Dプリント、医療、光学など多くの分野でデジタル生産されています。

しかし、ステッピングモータの低速共振、騒音の大きさはエンジニアたちが公認した固有の特性であり、ステッピングモータの騒音問題をどのように効果的に制御するのか。

よりピッチ角の小さいモーター、例えば5相ステッピングモーターに変えてみては？

コストが高すぎる。

サーボモータまたは閉ループステッピングモータに交換しますか？

コストが高すぎる。

モータ軸にダンパーを追加しますか？

メカニズム負荷に属し、追加のコストがかかることもあります。

テッセレーション機能を搭載したドライバの採用？

効果はありますが、それ以上の静音化のニーズは実現できません。

雑音を低減する3つの方法

ステッピングモータ、特に低速時には、低ステップ解像度モード、例えば半ステップまたは全ステップはステッピングモータノイズの主なステップであり、一方ではチョッピングとパルス幅変調（PWM）からの不良モード反応です。

騒音低減の秘訣1：マイクロステップ駆動

ステッピングモータは通常、回転子として永久磁石を使用し、固定子としてモータコイルを使用し、モータコイルに電流を送ることにより、電磁場が発生し、磁気回転子を必要な位置に強制的に入れます。しかし、この電流は、モータが必要に応じて動作するようにチョッパする必要があります。ハイブリッドステッピングモータは多くの場合、1回転あたり200のステッピング数を生成することができ、追加の電流状態を使用して半ステップやマイクロステップなどのより小さなステッピング数を生成することができ、これによりモータの精度、トルク、効率が向上し、同時に失ステップ、振動、騒音が減少します。

ノイズ低減の秘訣2：SpreadCycle

ステッピングモータの騒音と振動のもう1つは、比較的太いステッピング解像度が振動と騒音を発生させる主要な要素であるため、従来のチョッピング方式とパルス幅変調（PWM）モードであり、一般的にチョッピングとPWMによる問題を無視しています。従来の一定PWMチョッパモードは電流制御のPWMチョッパモードであり、このモードは急速減衰と低速減衰の間に固定関係があり、その数値の時、電流は規定の目標電流に達し、最終的に平均電流は予想される目標電流より小さいことになります。

一定のチョッパモードと比較して、SpreadCycle PWMチョッパモードは、低速と高速減衰器の間にヒステリシス減衰機能を自動的に設定します。平均電流は配置された正常電流を反応させ、正弦波のゼロ点を過ぎても過渡期が現れないため、電流とモーメントの変動を減少させ、電流波形が正弦波により接近し、従来の一定チョッパモードに比べて、SpreadCycle PWMチョッパモード制御下のモータの運転が安定し、平滑になり、静音モータ制御を実現します。

騒音低減の秘訣3：StealthChop

先進的な電流制御PWMチョッパはモータ性能を改善したが、いくつかの応用に重要な騒音と振動が残っています。これは、電流調整チョッパが常に周期的にコイル電流測定に反応し、モータコイル間にノイズ及び電磁結合が発生し、さらに電流チョッパに影響を与えるためです。レギュレータチョッパStealthChopは、PWMデューティサイクルに基づいて電流を変調することによってこの問題を克服し、それによって完全な電流正弦波を生成します。

モータ軸受鋼球摩擦の音は避けられないほか、StealthChopはモータを駆動して極度の静音下で動作させ、制御モータの音が10 dB以下であり、騒音が伝統的な電流制御方式より大幅に低いことを実現することができます。

通常の制御モードではステッピングモーターは低速では比較的大きな騒音と振動が発生し、ADI TrinmicはStealthChop機能を持つ駆動モジュールを提供し、単軸、三軸、六軸駆動モジュールを含み、StealthChopモードでは速度が低くてもはっきりとした音が聞こえず、ステッピングモーターの騒音を効果的に改善することができます。

（株）iPCBはPCB＆PCBAの設計、製造販売及びこれらの付随業務の電子相関事業を手掛けています。弊社の詳細はリンク：https://www.ipcb.jp/ 或いはhttps://www.ipcb.com/jp　をご覧ください。