ステッパー対サーボ対BLDC: 小型機械のためのトップモーターガイド

どのモーターを使うべきか？ステッピングモーターにすべきでしょうか？サーボモーター？それともブラシレスDCモーター？間違ったものを選ぶと、プロジェクトが台無しになってしまいます。このガイドを読めば簡単です。あなたの小型マシンに適したモーターを選ぶために、私が学んだことをお話しします。これで時間とお金の節約になります。この記事は、あなたのプロジェクトをうまく機能させるためのシンプルな道です。

ステッピングモーターとは？

ステッピング・モーターから始めよう。ステッピング・モーターは、簡単で正確な位置制御が必要なプロジェクトによく使います。ステッピング・モーターは、微小な設定距離で動くモーターと考えることができます。それぞれの距離が "ステップ "です。1つの円は、このような個別のステップの多数、おそらく200個で構成されます。この特殊な動き方は、多くの仕事に適しています。あるステップ数を移動するようモーターに指示することができる。そうすれば、モーターは正しい場所に移動し、そこに留まる。

ステッピングモーター・システムの優れた点は、いかにシンプルであるかということだ。ステッピングモーターの位置を報告するための派手なセンサーは必要ありません。これは「オープンループ」制御システムとして知られている。コントローラーは、モーターが指示されたステップをすべて踏むことを信頼します。ステッピングモーターは、低速で優れたパワーを必要とする作業に最適です。制御が簡単で、ドライバもシンプルで、システム全体のコストもほとんどかかりません。このため、ステッピングモーターは、お金をかけずに機械を自力で動かす必要がある場合によく選ばれます。ステッピングモーターのシンプルな設計は、頼りになるものです。

サーボ・モーター・システムはどのような用途に適しているか？

さて、サーボモーターについて話そう。私がサーボモーターを選ぶのは、プロジェクトがステッピングモーターよりも高速で正確である必要がある場合だ。サーボモーターは「閉ループ制御」システムの一部です。これは、エンコーダーと呼ばれるセンサーがあることを意味する。このエンコーダーは常にコントローラーに情報を送り返します。この情報（フィードバック）は、コントローラにモータの正確な位置、速度、方向を伝えます。モーターが正しい位置にない場合、コントローラーはすぐにそれを修正します。

このフィードバックシステムは、多くの機械設計に大きな違いをもたらしている。サーボモーターは、非常に高速で運転しても迷うことはない。また、低速から高速まで、どのような速度でも大きな回転力を得ることができます。高速で正確な動きを必要とする仕事には、サーボモーターが適しています。高速で移動し、正確な位置で停止しなければならないロボットアームを想像してみてください。ステッピングモーターでは、作業がハードすぎるとステップを踏み外すかもしれませんが、サーボモーターならミスを把握して修正します。制御システムは少し複雑ですが、驚くほどうまく機能します。

ブラシレスDC（BLDC）モーターとそのユニークな役割とは？

トップリストの3番目のモーターは、BLDCモーターとも呼ばれるブラシレスDCモーターです。BLDCモーターは、電力をあまり無駄にしない新しいタイプのモーターだと私は考えている。通常のDCモーターには、"ブラシ "と呼ばれる小さなカーボン部品があります。このブラシ部品は、しばらくすると摩耗してしまいます。ブラシレスDCモーターにはブラシがない。ブラシレスDCモーターにはブラシがなく、スマートな電子部品を使ってモーターの適切な場所に電力を送ります。このため、ブラシレスDCモーターは非常に信頼性が高く、長持ちします。また、何年も何年も静かに運転することができます。

ブラシレスDCモーターは、磨耗するブラシがないため、停止することなく常に作動させる必要がある作業に最適です。ブラシレスDCモーターはまた、電力を効率よく使うことができる。つまり、より多くの電力を動きに変えることができ、発熱も少ない。バッテリーを使用するガジェットを持ち運ぶには、パワーの使い方が上手であることがとても重要だ。ブラシレスDCモーターは、ドローンや電動スクーター、コンピューターのファンなどでよく目にする。制御システムは、ホール効果センサーなどのセンサーを使ってローターの位置を把握する。これにより、コントローラーは適切な方法でモーターに電力を送ることができる。BLDCモーター・システムは、非常にスムーズな動きと高速性を実現できる。

ステッパーとサーボ：モーターシステムにおける主な違い

ステッパーとサーボの選択の大きな違いについてよく聞かれる。それを見やすくするために、簡単な表を作りました。この表は、それぞれのモーターシステムの重要なポイントを並べて示しています。これらの違いを理解することは、設計に適したモーターを選ぶ上で重要なことです。

おわかりのように、選択はあなたのニーズに基づいています。位置を保持する必要のある、あまりコストのかからない単純な作業には、ステッピングモーターが最適です。動きが速く、高速で、非常に正確な動作が必要な場合は、サーボモーターに軍配が上がります。サーボモーターに必要な制御はより高度ですが、はるかに優れた結果が得られます。

システム要件に適したモータを選択するには？

適切なモーターを選ぶのは難しいように思えますが、いくつかアドバイスがあります。まず、あなたのプロジェクトについていくつかの重要な質問をすることから始めてください。その答えから最適なモーターがわかります。まず、あなたのプロジェクトに本当に必要なものは何かを考えるべきです。成功への一番の近道は、あなたの仕事にぴったり合うモーターを見つけることです。

まず、動きについて考える。どんな動きが必要ですか？車輪やファンのように止まらない回転が必要ですか？それにはブラシレスDCモーターが最適です。機械のダイヤルの指針のように、正確な場所や角度に移動し、そこに留まる必要がありますか？ステッピングモーターが最適です。あるいは、物を拾ったり置いたりするロボットのように、素早く速度を上げる必要がある、高速でトリッキーな動きが必要ですか？それはサーボモーターの仕事です。どのような動きをするかは、適切なモーターを選ぶ上で非常に重要な要素です。

次に、速度とトルクに注目しなければならない。機械はどれくらいの速度で動く必要があるのか？モーターにはどれくらいの回転力（トルクとも呼ばれる）が必要なのか？これらをリストアップしてください。高トルクが必要だが、低速でしか回転しないのであれば、ステッピングモーターがコストがかからず良い選択です。非常に高速でも高トルクが必要な場合は、サーボモーターを検討する必要があります。ブラシレスDCモーターは、小型で速度とトルクのいいとこ取りをすることができる。ここで重要なのは、推測しないことだ。トルクが十分でないモーターは、あなたの仕事には使えません。

それぞれのモータータイプに必要な制御と通信とは？

モーターの種類ごとに、それを制御し、モーターと対話するための特別なシステムが必要だ。ステッピングモーターは最も簡単なものだ。ドライバが必要だ。ドライバーはメインコントローラーから簡単なステップ信号と方向信号を受け取る。そしてそれを、モーターを1ステップ動かすのに必要な電力に変える。情報は一方通行だ。コントローラーはモーターに何をすべきかを指示するが、モーターは情報を送り返さない。

サーボモーターのシステムはもう少し賢い。より多くのことができるコントローラーが必要だ。このコントローラーは、ある場所に行けという命令を受ける。そして、エンコーダーからの情報を使って、モーターが実際にどこにいるかをチェックする。その後、コントローラーはモーターに適切な量の電力を送り、正しい位置にモーターを移動させる。通信は双方向で行われる。このやり取りがあるからこそ、サーボモーターは正確なのだ。システムが機能するためには、この通信が必要なのだ。

ブラシレスDCモーターには、賢いコントローラーも必要だ。コントローラーは、正しい順序でコイルに電力を送るために、ローターの位置を知る必要がある。これは多くの場合、モーター内部にあるホール効果センサーで行われる。センサーとコントローラー間の通信により、モーターは非常にスムーズに回転する。最新のBLDCモーター・システムの中には、センサーなしで動作するものもある。これにより、モータの設計がよりシンプルになります。このタイプのモーター用のドライブは、その特定のモーターにとって良いパートナーでなければなりません。

モーター・インテグレーションは最終プロジェクトのコストにどう影響するか？

システムを構築する際には、すべてのものにどれだけのコストがかかるかを考えなければならない。モーターの価格は、総コストのほんの一部に過ぎません。多くの人が安いステッピングモーターを選ぶのを見てきました。そして、システム全体を組み立てると、後でもっと費用がかかることに気づくのです。関係するすべてを見なければなりません。

完全なモーション・コントロール・システムは、いくつかの部品で構成されている。モーター、ドライバーまたはコントローラー、電源、そして適切なケーブルです。サーボモーターの場合は、エンコーダーも必要です。それぞれの部品が価格に上乗せされます。ステッピングモーター・システムは、多くの場合、最初に最もコストがかからない選択です。モーターは安く、ドライバーもシンプルです。しかし、十分な強度や速度がない場合、より大きなモーターやギアボックスが必要になるかもしれません。これは、より多くのコストを追加し、システムを大きくします。

サーボモーターシステムは、最初に購入するコストが高い。エンコーダーを内蔵したモーターはより高価です。コントローラーはより多くのことができ、同様にコストがかかる。しかし、さまざまな方法でお金を節約できる可能性がある。電力をよく使うので、より小さな電源を使うことができるかもしれない。うまく機能するので、より多くの仕事をこなすより速いマシンを作ることができるかもしれない。フィードバック装置をシステムに組み込むことは、すでにあなたのために行われている。新しい機械を作るときは、トータルコストを見て、どの程度うまく機能するかを見て、最良の選択をしなければなりません。アナハイム・オートメーションのような素晴らしい会社は、様々なモーターと制御のオプションをたくさん持っています。その選択は、余裕のあるものでなければなりません。

各モーターの使用例を見ることはできますか？

それぞれのモーターがどのような場面で使われるかを見れば、選びやすくなるだろう。私自身の仕事から、モーターが日常的に使われている例をいくつか紹介しましょう。どのタイプのモーターがあなたのプロジェクトに使えるか、参考になるはずです。

各モーターの一般的な仕事を紹介しよう：

• ステッピングモーターの用途
  • 3DプリンタとCNCマシン： ステッピングモーターは、プリントヘッドや切削工具を正確な位置に動かすのに最適です。
  • 医療用スキャナー このような機械は、ゆっくり、正確で、安定した動きを必要とするが、ステッピングモーターならそれが可能だ。
  • オフィス機器： プリンターとスキャナーは、ステッピングモーターを使って用紙とスキャン部分を動かしている。
  • カメラマウント： カメラを自分で左右や上下に動かすには、ステッピングモーターがうまく制御できる。
• サーボモーターの用途
  • 産業用ロボット： サーボモーターは、ロボットアームに必要なスピードと正確さを与える。
  • 自動包装機械 サーボモーターは、素早く正確にラベルを貼ったり、ボトルに充填したりすることができる。
  • 高速製造： 高速でトリッキーな動きをする必要がある機械には、サーボモーターが使われる。
  • 防衛システム サーボモーターは、装置を非常に素早く正確に照準するために使用される。
• ブラシレスDC（BLDC）モーター用途：
  • ドローンとラジコン： BLDCモーターは小さくて強く、パワーに優れている。
  • コンピュータ冷却ファン： ブラシレスDCモーターは、何年もの間、常に静かに作動することができる。
  • 電動自転車とスクーター： 後輪には大型のブラシレスDCモーターが搭載されていることが多い。
  • 家庭用電化製品： 多くの新しい冷蔵庫やエアコンは、ブラシレスDCモーターを使用しているため、運転音が静かで消費電力が少ない。

モーター選びのステップとは？

あなたは多くを学んだ。いよいよ選択の時です。最高のモーターを選ぶための最後のステップをご紹介しましょう。この簡単なプロセスは、あなたが良い選択をするのに役立ちます。次のオートメーション・プロジェクトでは、このガイドに従ってください。

まず、あなたのプロジェクトに必要なものをリストアップしてください。あなたのマシンにとって最も重要な部品は何ですか？低コストですか？高速性？位置を正確に制御すること？それとも寿命が長く、電力をうまく使えること？本当に必要なものを正直に話してください。このリストがあなたの指針になるでしょう。例えば、お金を節約することが最も重要で、スピードが重要でない場合は、ステッピングモーターが最適でしょう。正確であることが最も重要であれば、サーボモーターに目を向ける必要があります。

次に、モーターの仕事量を把握する。必要な回転力と速度を知る必要がある。モーターはどれくらいの重量を動かす必要があるのか？速度は？どれくらいのスピードで立ち上がる必要があるのか？これらの数値は非常に重要です。アナハイムオートメーションのようなモーターを販売している多くの会社のウェブサイトには、適切なモーターサイズを見つけるためのツールがあります。これは非常に重要なステップです。小さすぎるモーターを選ぶと、プロジェクトがうまくいかなくなります。大きすぎるものを選ぶと、コストが高くなり、スペースもとります。

最後に、モーターを制御する部品と、あなたが知っている方法について考えてみてください。単純な制御システムを使うことに抵抗を感じますか？それとも、サーボモーターのクローズドループ制御システムの調整を管理できますか？ドライバーとコントローラーはモーターと同じくらい重要です。すべての部品が他の部品とうまく連動するようなシステム全体を選ぶようにしてください。良い会社であれば、モーターとドライバーを一緒に使えるようにして販売してくれます。そうすれば、すべてを組み立てるのがずっと簡単になります。

マシンのモーター選びについての最終的な考え

私の経験では、すべての小型マシンに "ベスト "なモーターは存在しない。最高のモーターとは、あなたの特別な作業に完璧にフィットするものです。ステッピングモーター、サーボモーター、ブラシレスDCモーターはどれも素晴らしいツールです。それぞれに特別な長所があります。設計者やエンジニアとしてのあなたの仕事は、これらの良い点を理解し、あなたのプロジェクトに何をさせたいかに結びつけることです。

このガイドが、主な違いを理解する助けになれば幸いだ。システム全体について考えることを忘れないでください。モーターはセットアップ全体の一部分に過ぎません。コントローラー、ドライバー、電源も重要です。速度、トルク、位置制御、コストなど、何が必要かを慎重に考えることで、確実に選択することができます。適切なモーターは、より信頼できるより良いマシンを作るのに役立ちます。ここで学んだことを次のプロジェクトに生かせば、それだけで動く素晴らしいプロジェクトを作る道が開けます。

覚えておくべきこと

• ステッピングモーター は、低速でのシンプルで低コストの位置制御に最適です。
• サーボモーター は、フィードバックシステムを必要とする高速で非常に正確な作業に最適な選択である。
• ブラシレスDC（BLDC）モーター は、特にバッテリーを使用する機器において、効率的で静かなノンストップ作業に最適である。
• まずニーズを明確にする： 常に、トルク、スピード、精度に対するプロジェクトのニーズをリストアップすることから始めましょう。
• システム全体を考える： モーター、ドライバー、コントローラー、その他のパーツを含めたトータルコストとセットアップの難しさ。
• モーターを用途に合わせる： どんな仕事にも最適なモーターがあります。このガイドを参考にしてください。