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스텝모터와 서보모터의 차이는 무엇인가요?

스테퍼모터 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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작동의 기본원리[편집]

스테퍼 모터의 특징[편집]

2상 스테퍼 모터[편집]

다상 스테퍼 모터[편집]

스테퍼 모터 구동회로[편집]

상별 전류파의 모습[편집]

학설[편집]

스테퍼 모터의 평가와 사양[편집]

활용예[편집]

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Most searched keywords: Whether you are looking for 스테핑 모터 (Stepping Motor) 정보 – 특징,특성,종류 Updating 안녕하세요. 엠투플러스(M2Plus)의 리모를 찾아서 입니다. 펄스모터라고 불리우며 펄스에 의한 제어로 일정한 각도의 회전이 쉬운 모터 ‘스테핑 모터’ 얼마전 스테핑 모터의 구동원리에 대하여 포스팅으로 소개해..
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스테퍼모터, 스텝모터 또는 스테핑모터(stepper motor, step motor, stepping motor)는 한 바퀴의 회전을 많은 수의 스텝들로 나눌 수 있는 브러쉬리스 직류 전기 모터이다. 모터의 위치는 모터가 적절하게 장치에 설치되어 있는 한, 어떤 피드백 장치 없이도 아주 정확하게 조절이 가능하다.

변환 저항 모터란 보통 극성 변환수치가 줄어들고, 폐쇄되어 반복적으로 정류되는 아주 거대한 스테핑 모터를 말한다.

작동의 기본원리 [ 편집 ]
스테퍼 모터의 특징 [ 편집 ]
스테핑모터의 속도-토크 특성 1.무부하상태에서 이 값보다 빠른 입력 펄스 주파수에서 기동시킬수가 없게 되는 주파수를 최대 자기동주파수라 한다. 2.탈출(풀 아웃) 토크와 인입(풀 인) 토크에 의해 둘러쌓인 영역을 슬루(slew) 영역이라 한다. 3.무부하시 이 주파수 이상의 펄스를 인가하여도 모터가 응답할 수 없는 것을 최대응답주파수라한다.

2상 스테퍼 모터 [ 편집 ]
단극 모터와 양극모터에는 두가지 다른 전자력 코일을 감는 방식이 있다.

단극 모터 [ 편집 ]
단극 모터는 각 상 별로 중심 분기에 하나의 코일이 감겨있다. 각각의 감겨있는 부분은 각각의 자기장의 방향에 따라 뒤바뀐다. 이러한 배치에 의해 전류의 방향을 바꿀 필요 없이 하나의 자기 극은 다른 극으로 뒤바뀔 수 있기 때문에, 각각의 코일들에서 통신 회로는 아주 간단하게 구성된다(예를 들면 하나의 트랜지스터). 대개, 주어진 상에서 각각의 코일마다 중심분기가 사용된다. 예를 들면, 하나의 상 별로 3개의 전선이 만들어짐으로, 기본적인 2상 모터에서는 6개의 선이 나오게 되는 것이다. 많은 경우에 이러한 2상 모터의 중심 분기들은 내부적으로 연결되어 있기 때문에, 모터는 5개의 선만을 가진다.

다상 스테퍼 모터 [ 편집 ]
스테퍼 모터 구동회로 [ 편집 ]
L/R 구동회로 [ 편집 ]
초퍼 구동회로 [ 편집 ]
상별 전류파의 모습 [ 편집 ]
전류파 [ 편집 ]
한스텝 [ 편집 ]
반스텝 [ 편집 ]
마이크로 스텝 [ 편집 ]
학설 [ 편집 ]
풀인 토크 [ 편집 ]
풀아웃 토크 [ 편집 ]
멈춤 토크 [ 편집 ]
스테퍼 모터의 평가와 사양 [ 편집 ]
활용예 [ 편집 ]
컴퓨터로부터 제어되는 스텝모터는 동작제어 위치결정 시스템(Motion-Control positioning System)에 이용된다. 그들은 대부분 개방 루프 시스템(Open Loop System)의 홀딩(holding), 위치선정(positioning) 기능을 계수(Digital)적으로 제어한다. 스텝모터는 레이저나 광학 분야에서 정밀한 위치선정이 필요한 장비에 이용된다. 이에는 리니어 액추에이터(linear actuator), 리니어 스테이지(linear stage), 로테이션 스테이지(rotation stages), 고니오미터(goniometers), 미러 마운트(mirror mounts) 등 이있다. 그 외에도 포장기계나, 유체 제어 시스템(fluid control systems)의 벨브 안내봉 스테이지(Valve Pilot Stages)의 위치선정에 이용된다. 또한 상업적으로는 플로피 디스크 드라이브(Floppy Disk Drivies), 평면 이미지 스캐너(Flatbed Image Scanner), 컴퓨터 프린터(Computer Printers), 플로터(Plotters), 슬롯머신(Slot Machines), CD 드라이브(Compact Disc Drives), 지능형 조명(intelligent lighting)등 다양한 장치에 이용된다.

스테핑 모터 (Stepping Motor) 정보 – 특징,특성,종류

안녕하세요.

엠투플러스(M2Plus)의 리모를 찾아서 입니다.

펄스모터라고 불리우며 펄스에 의한 제어로 일정한 각도의 회전이 쉬운 모터 ‘스테핑 모터’

얼마전 스테핑 모터의 구동원리에 대하여 포스팅으로 소개해드렸었죠.

1. 스테핑 모터(Stepping Motor) 구동원리 확인하기

이번 포스팅에서는 이 스테핑모터의 특징과 특성, 종류에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

” 스테핑 모터 (=스텝퍼모터, 스텝모터) ”

입력신호의 변화 유무에 따라 일정하게 각도를 변화하거나 위치를 유지하고 정지하는 기능의 모터 입니다.

스텝 모터는 전자 펄스를 기계적 운동으로 전환하고, 각각의 펄스 ‘스텝’이 샤프트를 어떤 각도로 회전 하게 만듭니다.

(이를 스텝 앵글 ‘Step Angle’ 이라 합니다)

따라서 스텝 모터는 개회로 응용 프로그램에서도 작동합니다.

어떤 피드백도 필요 없이 일정한 거리를 일정한 속도로 이동 및 전달 할 수 있음을 의미합니다.

” 스테핑 모터의 특징 ”

1. 스테핑 모터의 회전 각도는 입력 펄스 신호에 완전히 비례합니다.

2. 1step당 각도 오차가 작고 오차는 누적되지 않습니다.

3. 기동,정지, 정역회전의 응답성이 좋습니다.

4. 디지털신호등의 펄스 입력에 Open loop control이 가능하고 시스템 구성 회로가 간단합니다.

5. 모터 축에 부하를 직접 연결시킨 상태에서 초저속 동기 운전이 가능합니다.

6. 브레이크 등을 사용하지 않아도 정지위치 제어 가능합니다.

7. 펄스 신호의 입력 주파수에 비례하여 회전 속도가 가변하고 저속부터 고소회전이 가능합니다.

스테핑모터의 특징으로는 간혈 초고속 구동, 연속 회전, 정/역전 변속, 마이크로 스텝 구동이 가능힙니다.

간혈 구동 성질을 이용함으로써 1시간 1스텝 구동을 쉽게 실현 할 수 있으며 이 것을 다른 모터로 실현시키려면 일시적으로 감속 기구를 더 정비해야 합니다.

마이크로 스텝 구동도 스텝 모터의 고유 기술인데 이들을 구상하면 초미세의 스텝각 회전을 실현할 수 있습니다.(0.0072도)

연속 회전 구동의 경우, 입력 펄스의 총 수에 따라 최적인 회전각을 정확히 규제할 수 있습니다.

단순한 구동력을 필요로 하는 용도에는 부적합합니다.

스테핑 모터의 다른 특징은 홀딩 토크(Holding Torque, 자기유지력) 을 무기한 유지할 수 있다는 점입니다.

회전자가 잔류 토크를 무시하고 고정자 필드를 일렬로 세웁니다.

자기 유지력이란 고정자에 동력을 공급해 회전자 작동을 실현하기 위해 필요한 토크의 양 을 의미합니다.

권선에 아무런 전력도 공급되지 않는 경우 영구자석과 고정자 사이에 작은 자력이 생겨납니다.

이 자력을 잔류 토크 혹은 멈춤 토크라 하고, 멈춤 토크는 스테핑 모터를 수동으로 구동할 때 발견할 수 있으며

일반적으로 홀딩 토크의 십분의 일에 불과합니다.

스테핑모터의 동특성을 나타내는 것으로 모터의 스텝수가 입력 펄스와 1:1의 관계로 가동시킬 수 있는 부하 토크의 범위를 말합니다. 이것을 풀인 토크 특성이라고 하는 경우도 있습니다.

이 범위를 넘는 펄스 입력에 대해서는 모터가 탈조 되어 버리며 모터가 이상 징동을 수반하지 않고 정지해버린다는 것을 의미합니다.

” 스테핑 모터의 특성 ”

ㅣ슬로잉 특성 : 모터를 스타팅 특성내에서 기동시킨 다음 입력 신호 주파수를 서서히 올릴 경우, 동기 회전할 수 있는 부하 토크의 범위를 말합니다. 이것을 Pull out Torque 특성이라고 하는 경우도 있습니다. 슬로잉 특성은 모터의 최대 자기동 주파수 범위를 넘고 있으므로 이것을 적극적으로 이용하면 대폭적으로 특성을 향상시킬 수 있습니다.

ㅣ 스타팅 특성 : 스테핑 모터의 동특성을 나타내는 것으로 모터의 스텝수가 입력 펄스와 1:1의 관계로 기동시킬 수 있는 부하 토크 범위를 말합니다. 같은 말로는 풀인 토크 특성이라고 하는 경우도 있습니다. 또한 이 범위를 넘는 펄스 입력에 대해서는 모터가 탈조되어 버리는데 모터가 이상 진동을 수반하지 않고 정지해버린다는 것을 의미합니다.

ㅣ최대 기둥 토크 : 모터의 스텝수가 입력 신호와 1:1의 관계로 기동시킬 수 있는 최대 주파수를 말합니다. 다만 이 경우 모터는 무부하 상태여야 합니다.

ㅣ디턴트 토크 : 무여자 유지 토크는 스테핑 모터의 축 외부에서 회전 토크를 주어 강제적으로 각도 변위를 줌으로써 발생하는 토크를 말합니다.

ㅣ잔여 진동 시간 : 최정 펄스 신호를 입력한 다음 로터가 정지하기 전까지의 감쇠 진동 시간을 말합니다. 스테핑 모터에 있어서는 이 시간이 짧고 보다 진폭이 작은 것이 요구됩니다.

” 스테핑 모터의 종류 ”

스테핑모터의 종류로는 정밀한 위치 결정 제어에는 하이브리드 형, 저가격으로 간단한 제어계에는 PM형이 각각 사용되고 있습니다.

PM형이 가장 많이 보급 되고 있으며 특히 PM형에서는 판금 가공을 주체로 한 것이 그 태반을 차지하고 있습니다.

스테핑 모터를 분류할 경우 자기 회로의 구성에 의한 분류가 일반적이나 이 밖에도 모터의 외관 형상 운동 형태, 구동 권선, 여자 모드 등에 다라 분류하는 것도 있습니다.

ㅣ PM형(영구자석형) : PM형 스테핑 모터의 구조는 로터부가 영구자석으로 구성되어 있고, 그 주위에 여러 개의 스테이터 자극이 대향으로 배치 되어 있습니다.

특히 판금 가공에 의하여 돌기를 세운 것을 클로폴형(Claw pole) 구조라 부르고 있습니다. 도 스테이터 구조에는 이 밖에 적층 코어 타입도 있습니다. 영구자석 로터와 전자기장이 서로 반응하는 방식으로 작동되며 주로 Tin Can 혹은 Claw-Tooth 타입이 쓰이고 있습니다.

Tinc can 스테퍼는 회전자 축이 자석으로 둘러 싸여 있습니다. 로터 샤프트 주변에 자석이 둘러져 있는 것으로 여기에는 이(Teeth)가 없습니다.

또한 고정자는 와이어 권선 코일로 인해 일련의 극성을 띠고 있습니다. 모터에 전원이 공급되지 않는다 하더라도 자력으로 인해 회전자가 저항 움직임을 띨 수 있습니다. 영구 자석 스텝 모터는 저 비용, 저 전력을 필요로 하는 사례에 많이 쓰이고 있습니다. 자동 판매기 안에 있는 지폐공급기 및 잔돈공급기가 대표적입니다.

ㅣVR형(가변 릴럭턴스형) : VR형의 구동 원리는 전자석의 흡인력에 의하여 로터 돌극을 끌어들임으로써 발생하는 회전력을 이용한 것입니다. 가변 릴럭턴스 스테핑 모터와 영구자석 방식 스테핑 모터의 가반 근본적인 차이점은 바로 잔류 토크입니다. 영구자석 회전자가 없기 때문에 일정한 위치에서 작동을 멈출 때 회전자를 유지하기 위한 잔류 토크를 발생하지 않는 것으로 가변 릴럭턴스 스테핑 모터는 자기 저항 최소화라는 원칙을 따릅니다.

인가한 자기장의 경로에 따라 발생하는 자기저항을 줄이는 것이 목적이고 가변 릴럭턴스 스테핑 모터는 1920년대 영국에서 주로 쓰였습니다. 당시 영국 군함에 부착된 수뢰 발사관 및 총기류에 쓰이는 방향지시기 등 계기판에 부착한 것으로 얼마 지나지 않아 미 해군 역시 비슷한 목적으로 가변 릴럭턴스 스테핑 모터를 도입하였습니다.

ㅣHB형(영구자석, 가변릴럭턴스 형) : 일반적으로 모터중에서 가장 가격이 비싼 편입니다. 그 구조는 좌우 2개의 로터 자극간에 착자된 희토류 마그넷에 배치 되어 있습니다. 하이브리드 스테핑 모터는 연철(soft lron)을 두 개 장착하였고 이 연철이 축 방향으로 회전하는 라운드 모터로 이루어져 있습니다.

하이브리드라는 이름에서 알 수 있듯, 이 모터는 영구자석 스테핑 모터와 가변 릴럭턴스 스테핑 모터를 서로 결합하였습니다. 하이브리드 모터의 핵심 구조는 가변 릴럭턴스와 흡사합니다. 하지만 한 상을 구축하고 있는 두 코일 중 하나만이 극에 감겨 있는 가변 릴럭턴스 모터와 달리 하이브리드 모터는 한 극에 감겨있는 코일이 서로 다른 두 상을 구축합니다.

극에 감긴 두 코일은 감겨 있는 방법 및 배치 또한 독특한데 Bifolat connection이라고 부른 방식으로 두 가닥으로 감겨 연결됩니다. 하이브리드 모터의 각 극에는 연철로 만든 이가 균일한 간격으로 메워져 있습니다. 각 극에 부착되어 있는 이는 두 부분으로 나뉘어 있으며 각각 반으로 나뉜 이는 어긋난 형태로 되어 있어 딱 맞아 떨어지지 않습니다.

하이브리드 모터는 고정자가 자기장을 생성하고 이 자기장이 영구자석과 상호작용을 일으키는 방식으로 토크를 생성합니다. 대부분의 하이브리드 스테핑 모터는 name 규격을 준수합니다. 스텝 권선은 양극(Bipolar) 및 단극(Unipolar)의 두 종류가 있습니다. 권선 형태마다 각각 다른 장점이 있습니다.

저희 엠투플러스(M2Plus)의 리니어모터를 더 자세히 알아보고 싶으신 분들은

유튜브채널 : https://www.youtube.com/channel/UCEthooIvQiHrcn-TiNAUG9w

홈페이지주소 : http://m2plus.kr/main/main.php

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로 문의하시면 보다 자세하게 상담 도와드리도록 하겠습니다.

감사합니다.

스테퍼 모터를 파헤친다

종류·쓰임새·점검 시 유의사항 등 한자리에

스테퍼 모터란 무엇인가? 스테퍼 모터에는 어떤 종류가 있는가? 스테퍼 모터를 이용해 어떻게 문제를 해결할 수 있을까? 간단한 질문이지만, 이에 대해 명쾌한 답을 내릴 수 있는 기술자들은 많지 않다. 스테퍼 모터는 현재 다양한 환경에서 사용되고 으며, 그만큼 정확한 지식이 필요하다. Nippon Pulse America에서 명쾌한 설명을 준비했다.

모터에 예상했던 것보다 좀 더 많은 와이어가 달려있는 것을 발견했던 경험이 있는가? 그것이 바로 스테퍼 모터이다. 스테퍼 모터는 일반적으로 그리고 다양하게쓰이고 있다. 활용사례는 당신이 매일 사용하고 있는 제품의 수만큼이나 많다고 해도 과언이 아니다. 손목시계에서 프린터에 이르기까지, IV 펌프부터 가스 펌프까지 광범위하게 사용되고 있는 것. 뿐만 아니라 공작기계, 공정제어시스템, 테이프 드라이브 및 디스크 드라이브 시스템 그리고 프로그래머블 컨트롤러에도 쓰인다.

오늘날 기술자들은 대부분 학교 등의 교육시설에서 모터에 대해 배운다. 하지만 스테퍼 모터의 작동법을 알고 있거나 문제를 해결하고 활용하는 방법을 기억하고 있는 이들은 드물다. 단극(Unipolar)과 양극(Bipolar) 스테퍼 모터의 차이점에 대해서 잘 모르는 경우도 있다. 작동방법에 대해서도 정전류 방식과 정전압 방식을 혼동하곤 한다. 왜 24V를 공급하고 있는데 5V 모터를 사용해야 할까?

하지만 언짢아하지는 말기를. 이 문제에 대해 제대로 이해하지 못하고 있는 엔지니어들이 상당히 많다. 따라서 이 문서에서는 스테퍼 모터의 대략적 개요에 대해 다룬다. 스테퍼 모터란 무엇이며, 어떻게 작동하는지를 서술한다. 또한 문제를 해결하는 방법에 대해서도 간략히 기술한다.

스테퍼 모터의 정의와 작동 방식

스테퍼 모터 혹은 스테핑 모터는 전자 펄스를 기계적 운동으로 전환한다. 각각의 전자 펄스 ‘스텝’이 샤프트를 어떤 각도로 회전하게 만든다(이를 스텝 앵글Step Angle이라 한다). 따라서 스테퍼 모터는 개회로 응용프로그램에서도 작동한다. 어떤 피드백도 필요 없이 일정한 거리를 일정한 속도로 이동 및 전달(Told)할 수 있음 의미한다.

스테퍼 모터의 다른 특징은 홀딩 토크(Holding Torque, 자기유지력)를 무기한 유지할 수 있다는 점이다. 회전자가 모터의 권선을 다 태워먹어 멈추기 전까지 자기유지력은 멈추지 않는다. 스테퍼 모터가 한 고정자 권선에 적용되어 안정적으로 DC 신호를 유지할 경우, 회전자는 잔류 토크를 무시하고 고정자 필드를 일렬로 세운다. 자기유지력이란 고정자에 동력을 공급해 회전자 작동을 실현하기 위해 필요한 토크의 양을 의미한다. 권선에 아무런 전력도 공급되지 않는 경우 영구자석과 고정자 사이에 작은 자력이 생겨난다. 이 자력을 잔류 토크 혹은 멈춤 토크라고 한다. 멈춤 토크는 스테퍼 모터를 수동으로 구동할 때 발견할 수 있으며, 일반적으로 홀딩 토크의 십분의 일에 불과하다.

스테퍼 모터는 어떻게 작동할까? 전형적인 1상 단계 시퀀스를 2상 모터에서 구동하는 방법은 총 4단계로 나뉜다. 이를 단계별로 살펴보자.

1단계를 보면, 우선 Phase A에서 2상 고정자(Two-Phase Stator)가 동력을 공급한다. 이후 로터에 자기잠금장치가 적용되는데, 이는 두 장치 사이에 서로 다른 극이 작용하기 때문이다. Phase A가 작동을 멈추고 Phase B가 작동하면 회전자가 시계방향으로 90° 회전한다.

3단계를 보면, Phase B가 작동을 멈추고 Phase A가 다시 작동한다. 하지만 1단계와 역극성(逆極性, Polarity Reversed)을 띤다. 이는 회전자가 또다시 90° 회전하기 때문이다. 마찬가지로 4단계에서도 Phase A가 작동을 멈추고 Phase B가 작동하지만 2단계와 역극성 관계를 보인다. 이 역시 회전자가 시계방향으로 90° 회전하는 것을 반복하기 때문이다.

스테퍼 모터의 종류 3단계를 보면, Phase B가 작동을 멈추고 Phase A가 다시 작동한다. 하지만 1단계와 역극성(逆極性, Polarity Reversed)을 띤다. 이는 회전자가 또다시 90° 회전하기 때문이다. 마찬가지로 4단계에서도 Phase A가 작동을 멈추고 Phase B가 작동하지만 2단계와 역극성 관계를 보인다. 이 역시 회전자가 시계방향으로 90° 회전하는 것을 반복하기 때문이다.

스테퍼 모터에는 총 세 가지 종류가 있다. 영구자석(Permanent-Magnet, PM) 방식과 가변 릴럭턴스(Variable Reluctance, VR) 그리고 하이브리드가 그것이다. 영구자석 스테퍼 모터는 영구자석 로터와 전자기장이 서로 반응하는 방식으로 작동한다. 주로 Tin Can 혹은 Claw-Tooth 타입이 쓰이고 있다.

Tin Can 스테퍼는 회전자 축이 자석으로 둘러싸여있다. 로터 샤프트 주변에 자석이 둘러져있는 것. 여기에는 이(Teeth)가 없다. 또한 고정자는 와이어 권선 코일로 인해 일련의 극성을 띠고 있다. 모터에 전원이 공급되지 않는다 하더라도 자력으로 인해 회전자가 저항 움직임을 띨 수 있다. 영구자석 스텝 모터는 저 비용·저 전력을 필요로 하는 사례에 많이 쓰이고 있다. 자동판매기 안에 있는 지폐공급기 및 잔돈공급기가 대표적이다.

가변 릴럭턴스 스테퍼 모터와 영구자석 방식 스테퍼 모터의 가장 근본적인 차이점은 바로 잔류 토크다. 영구자석 회전자가 없기 때문에 일정한 위치에서 작동을 멈출 때 회전자를 유지하기 위한 잔류 토크가 발생하지 않는 것. 가변 릴럭턴스 스테퍼 모터는 자기저항 최소화라는 원칙을 따른다. 인가한 자기장의 경로를 따라 발생하는 자기저항을 줄이는 것이 목적이다.

가변 릴럭턴스 스테퍼 모터는 1920년대 영국에서 주로 쓰였다. 당시 영국 군함에 부착된 수뢰 발사관 및 총기류에 쓰이는 방향지시기 등 계기판에 부착한 것. 얼마 지나지 않아 미 해군 역시 비슷한 목적으로 가변 릴럭턴스 스테퍼 모터를 도입했다.

하이브리드 스텝 모터는 연철(Soft Iron)을 두 개 장착했다. 이 연철이 축 방향으로 회전하는 라운드 모터로 이루어져있다. 하이브리드(혼종)라는 이름에서 알 수 있듯, 이 모터는 영구자석 스테퍼 모터와 가변 릴럭턴스 스테퍼 모터를 서로 결합했다.

하이브리드 모터의 핵심 구조는 가변 릴럭턴스와 흡사하다. 하지만 한 상을 구축하고 있는 두 코일 중 하나만이 극에 감겨있는 가변 릴럭턴스 모터와 달리 하이브리드 모터는 한 극에 감겨있는 코일이 서로 다른 두 상을 구축한다. 극에 감긴 두 코일은 감겨있는 방법 및 배치 또한 독특한데, ‘Bifolar Connection’이라고 부르는 방식으로 두 가닥으로 감겨 연결된다.

하이브리드 모터의 각 극에는 연철로 만든 이가 균일한 간격으로 메워져있다. 각 극에 부착되어있는 이는 두 부분으로 나뉘어있으며, 각각 반으로 나뉜 이는 어긋난 형태로 되어있어 딱 맞아떨어지지 않는다.

하이브리드 모터는 고정자가 자기장을 생성하고, 이 자기장이 영구자석과 상호작용을 일으키는 방식으로 토크를 생성한다. 대부분의 하이브리드 스테퍼 모터는 NEMA 규격을 준수한다.

스테퍼 권선은 양극(Bipolar) 및 단극(Unipolar)의 두 종류가 있다. 권선 형태마다 각기 다른 장점이 있다.

2상 스테핑 시퀀스는 초기에 활용하던 ‘바이폴라 코일 와인딩’ 기술을 활용한다. 각 상은 단일 권선으로 구성되어있다. 이 구성은 양극성 권선에 적용되어있는데, 전류 흐름 과정이 코일과 반대되기 때문이다. 권선에 흐르는 전류를 반전시켜 전자기 극성 역시 반전하는 효과를 꾀하는 것.

2상 스테핑 시퀀스는 초기에 활용하던 ‘바이폴라 코일 와인딩’ 기술을 활용한다. 각 상은 단일 권선으로 구성되어있다. 이 구성은 양극성 권선에 적용되어있는데, 전류 흐름 과정이 코일과 반대되기 때문이다. 권선에 흐르는 전류를 반전시켜 전자기 극성 역시 반전하는 효과를 꾀하는 것.

다른 일반적 권선은 단선 권선으로, 4상 스테퍼라고 부르는 구조다. 이는 두 개의 권선이 서로 같은 방식으로 연결되어있는데, 이 중 한 권선에 동력을 공급하면 노스 폴(North Pole)이, 다른 한 권선에 동력을 공급하면 사우스 폴(South Pole)이 생성된다. 이를 단선 혹은 단극 권선이라고 하는데, 전류 흐름 등 드라이브에서 코일로 전달하는 전자 극성이 결코 반전되지 않기 때문이다.

스테퍼 모터 점검 작업 중에 모터에 이상이 생길 수 있다. 일반적으로 네 가지 주요 원인이 있다. ▲폭주(전소) ▲브러시 품질 저하 ▲베어링 품질 저하 ▲작업자의 실수로 인한 고장 등이 그것이다. 스테퍼 모터에 있어 이들 문제를 어떻게 해결할 수 있는지 살펴본다.

1. 과열(모터가 불에 탐)

스테퍼 모터가 가지고 있는 중요한 특성 중 하나는 회전자가 멈추었을 때 홀딩 토크를 무기한으로 유지할 수 있다는 것이다. 스테퍼 모터는 스톨 아웃(일종의 지연 현상을 의미. 역자 주) 상태에 접어들더라도 일반적인 AC 혹은 DC 모터처럼 과열하지 않는다.

모터가 과열하는 경우 일반적으로 드라이버에 문제가 있음을 의미한다. 이 경우 단순히 모터를 교체하는 것만으로는 만족스러운 해결수단이 될 수 없다. 모터가 다시 타버리는 결과를 맞이할 것이 빤하기 때문이다. 따라서 드라이버를 교체하는 것이 바람직하다. 물론 드라이버가 아닌 스테퍼 모터 자체에 문제가 있을 수도 있지만, 그 가능성은 극히 희박하다.

2. 브러시 품질 저하

스테퍼 모터에는 브러시가 없다. 따라서 스테퍼 모터를 사용하면 이러한 걱정이 없다.

3. 베어링 품질 저하

모터의 온도가 베어링 수명을 결정한다. 모터에 냉각제가 장착되어있거나 온도가 낮은 곳에 있으면 베어링이 오래 버틸 수 있는 것. 물론 부지불식간에 베어링 상태가 나빠질 수도 있지만, 이 역시 흔한 경우는 아니다. 현재 가장 가격이 저렴한 모터에 장착되는 베어링은 3천 시간 이상, 최고급 품질 모터는 9천 시간에서 1만 시간동안 품질 평가를 시행하고 있다.

4. 작업자의 실수로 인한 고장

사실상 이것이 스테퍼 모터가 문제를 일으키는 가장 큰 원인이다. 스테퍼 모터를 활용하고자 한다면, 사용자는 모터 사용에 주의해야 한다. 물론 중국산 제품처럼 세심한 주의를 기울일 필요는 없지만, 일단 제품이 망가지면 개인이 망치를 들고 수리할 수는 없는 노릇이니 말이다. 가장 가격이 저렴한 모터는 접착제를 사용해 샤프트와 로터를 잇지만, 고품질 스테퍼 모터는 접착제와 함께 홈(Groove)을 이용한다.

점검

모터를 직접 점검하기 원한다면 우선 저항계를 챙겨야 한다. 저항계를 사용하면 과열로 인해 권선이 탔는지 여부는 물론이고 어떤 종류의 스테퍼 모터를 활용하고 있는지 알 수 있다(아마 양극 혹은 단극 모터를 가지고 있을 것이다). 양극 모터는 언제나 4개의 리드를 가지고 있다. 반면 단극 모터는 5 내지 6개의 리드를 가지고 있다. 만약 리드가 5개라면 일반적으로 두 선이 연결되어있을 것이다. 간혹 6개의 리드를 가지고 있는 모터도 있다. 이런 모터는 단극과 양극 어느 쪽으로든 배선할 수 있다. 저항계를 사용하면 권선의 저항을 확인할 수 있다.

양극 모터는 양 권선의 저항이 양방향으로 동일해야 한다. 단극 모터 권선은 각 단계마다 발생하는 저항이 양방향으로 동일해야 한다. 저항계로 모터를 확인했다면, 이제 9V 배터리를 사용할 차례다. 9V 배터리를 통해 모터의 속도 등을 점검할 수 있다. 모터 권선 상태가 좋은지 확인할 수 있는 방법이기도 하다.

베어링 상태가 나쁜지를 확인하고자 한다면, 수동으로 모터를 작동시켜보면 된다. 영구자석 스테퍼 모터 및 하이브리드 스테퍼 모터는 멈춤 토크를 조금씩 가지고 있다. 정확히 말하면 영구자석 모터가 하이브리드 모터보다 조금 더 많은 멈춤 토크를 가지고 있다. 만약 스테퍼 모터가 멈춤 토크에 도달하면 그 반응이 크게 과장될 것이다.

여기서 주의해야 할 점은, 몇몇 기술자들이 질 나쁜 베어링과 연결하는 실수를 저지른다는 점이다. 베어링 상태가 불량하다면 모터에 축 방향으로 유격이 생긴다. 이 부분을 점검하면 정상적인 모터인지 아닌지를 알 수 있다.

많은 사람들이 모터를 교체할 때 전선의 색상 코드가 무엇인지 걱정하고는 한다. 이때는 권선이 여러 전자석들의 조합으로 이루어져있다는 것을 기억하면 간단하다. 따라서 권선을 올바르게 짝지어주기만 하면(1상과 2상을 함께, 2상과 4상을 함께 짝짓는 것을 말한다), 최소한 모터를 작동시킬 때 거꾸로 동작하는 상황은 피할 수 있다. 각 상에 해당하는 권선을 섞지 않는 것에 주의하자(1과 3, 2와 4상이다).

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