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、低速域での共振と高い騒音レベルは、エンジニアが認識している固有の特性である。

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ーでは、特に低速・低ステップ分解能モード（ハーフステップやフルステップなど）が主なノイズ源となり、パルス幅変調（PWM）によるチョッピングや望ましくないモード応答が主なノイズ源となります。

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ーは通常、永久磁石をローターとして、モーターコイルをステーターとして使用し、モーターコイルに流れる電流によって電磁界を形成し、磁性体であるローターを所望の位置に強制的に移動させる。しかし、モーターを要求通りに作動させるためには、電流をチョップしなければならない。一方、ハイブリッドは通常、1回転あたり最大200ステップを発生させることができ、さらに電流状態を追加することで、ハーフステップやマイクロステップといったさらに小さなステップを発生させることができます。これにより、ステップ損失、振動、ノイズを低減しながら、モーターの精度、トルク、効率を向上させることができます。ステップ、振動、ノイズを低減します。 

ノイズ低減の秘訣2：SpreadCycle

ステッピングモーターにおけるノイズと振動のもう一つの原因は、従来のチョッピング方式とパルス幅変調（PWM）モードです。なぜなら、比較的厚いステッピング分解能が振動とノイズを発生させる主な要因であり、一般的にチョッピングとPWMによってもたらされるアスク電流、つまり平均電流の問題を無視しているからです。従来の一定PWMチョッピングモードは、電流が最終的に所望の目標電流よりも小さくなる指定された目標に達する速い減衰と遅い減衰の間に一定の関係がある電流制御PWMチョッピングモードです。

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は低速で比較的高いレベルのノイズと振動を発生します。 ADI Trinmicは、1軸、3軸、6軸ドライブモジュールを含むStealthChop機能を備えたドライブモジュールを提供します。StealthChopモードでは、低速でも目立つノイズが聞こえないため、効果的にノイズを改善することができます。

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