ステッピングモーターは、多くのロボット工学、自動化、精密制御アプリケーションで重要な役割を果たしています。正確で再現性の高い動作を実現できるため、位置決め用途に最適です。しかし、ステッピングモーターを選ぶ際には、サイズが重要な考慮事項となります。ステッピングモーターのトルク、速度、そして全体的な性能はすべて、サイズによって左右されます。
この包括的なガイドでは、ステッピングモーターのサイズ、分類、そしてさまざまなアプリケーションに適したサイズの選び方について解説します。
ステッピングモーターのサイズ
ステッピングモーターには様々なサイズがあり、モーターの物理的な寸法、主にフレームサイズと本体の長さを表します。通常、フレームサイズはNEMA（全米電機工業会）のガイドラインに従って規定されています。これらの標準化されたサイズにより、異なるメーカーのモーターでも特定の取り付け仕様に適合させることができます。
ステッピングモーターの一般的なフレームサイズ
| NEMAサイズ | フレーム寸法 (インチ) | 典型的なトルク範囲 (oz-in) | 応用例 |
| NEMA 8 | 0.79 x 0.79 | 1–5 | 小型デバイス、小型ロボット |
| NEMA 11 | 1.1 x 1.1 | 5–15 | 3Dプリンター、コンパクト機構 |
| NEMA 14 | 1.4 x 1.4 | 10–20 | 医療機器、軽負荷自動化 |
| NEMA 17 | 1.7 x 1.7 | 20–60 | CNC機械、3Dプリンター、汎用自動化 |
| NEMA 23 | 2.3 x 2.3 | 100–200 | 産業機械、ロボット |
| NEMA 34 | 3.4 x 3.4 | 300–1000 | 重負荷CNC、産業用自動化 |
| NEMA 42 | 4.2 x 4.2 | 1000+ | 大規模機械、コンベアシステム |
NEMA定格について
NEMAサイズは、モーターのフェースプレートの寸法をインチ単位で定義します。例えば、NEMA 17モーターのフェースプレートは、両側が1.7インチです。フレームサイズはモーターのフットプリントの大まかな大きさを示しますが、フレームサイズごとに異なる本体の長さは、モーターのトルクと出力を決定します。
ステッピングモーターのサイズは性能にどのように影響しますか？
ステッピングモーターのサイズは、トルク、速度、放熱性に影響します。サイズの違いが性能に与える影響は以下のとおりです。
トルク
通常、大型のステッピングモーターはより高いトルクを発生します。これは、ステーターとローターが大きいため、磁力が大きくなり、巻線数が増えるためです。本体の長さもトルクに影響します。同じフレームサイズであれば、モーターが長いほど巻線数が増え、磁束も大きくなります。
速度
モーターのサイズは速度にも影響します。 NEMA 8やNEMA 11などの小型ステッピングモーターは、高速で短い動作を必要とする用途に適しています。ただし、高速回転時にはトルクを維持できない場合があります。NEMA 23やNEMA 34などの大型モーターは、低速回転時に高いトルクを維持できるため、制御された高出力動作を必要とする用途に最適です。
放熱
大型モーターは表面積が大きいため、多くの場合、より効率的に熱を放散できます。そのため、高出力動作時に追加の冷却機構が必要になる小型モーターと比較して、大型モーターは過熱することなく高電流レベルで動作できます。
一般的なステッピングモーターのサイズとその用途
NEMA 8およびNEMA 11
これらの小型モーターは、スペースが限られているデバイスでよく使用されます。NEMA 8ステッピングモーターは小型デバイスや精密機器によく使用され、NEMA 11モーターは小型3Dプリンターや軽量ロボットアームなどのコンパクトシステムによく使用されます。
NEMA 14
NEMA 14モーターは、十分なトルクと小型サイズを両立しています。軽負荷の自動化タスク、小型CNCマシン、医療機器などでよく使用されます。
トルクとサイズの比較表：
| NEMAサイズ | フレーム寸法 (インチ) | トルク (oz-in) | 応用例 |
| 8 | 0.79 x 0.79 | 1–5 | マイクロロボット |
| 11 | 1.1 x 1.1 | 5–15 | 3Dプリンター、コンパクトロボット |
| 14 | 1.4 x 1.4 | 10–20 | 医療機器 |
NEMA 17
NEMA 17モーターは、サイズと出力のバランスに優れているため、最も広く使用されているステッピングモーターの一つです。3Dプリンター、汎用ロボット、小型CNCマシンなどで広く使用されています。トルクは通常20～60 oz-inで、様々な精密作業に十分なパワーを提供します。
NEMA 23
産業用およびセミプロフェッショナル用途において、NEMA 23モーターは必要なトルクと信頼性を提供します。これらのモーターは、産業用3Dプリンター、大型CNCマシン、オートメーションシステムによく使用されています。トルクは100～200 oz-inで、より大きな力と安定性が求められる作業に適しています。
NEMA 17とNEMA 23の性能比較表：
| 項目 | NEMA 17 | NEMA 23 |
| フレーム寸法 | 1.7 x 1.7 インチ | 2.3 x 2.3 インチ |
| トルク | 20–60 oz-in | 100–200 oz-in |
| 主な応用例 | 3Dプリンター、軽量CNC | 産業用CNC、ロボット工学 |
NEMA 34およびNEMA 42
高負荷産業用途には、NEMA 34やNEMA 42などの大型モーターが必要です。これらのモーターは高いトルクを発生し、1000 oz-inを超える場合も少なくありません。大型CNCフライス盤、コンベアシステム、その他の産業オートメーション用途に適しています。
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適切なステッピングモーターサイズの選び方
アプリケーション要件
適切なステッピングモーターのサイズを選択する鍵は、アプリケーションの具体的な要件を理解することです。考慮すべき要素は以下のとおりです。
- 負荷トルク：負荷を効率的に伝達するために必要なトルクを計算します。これにより、適切なフレームサイズと本体長さを選定するのに役立ちます。
- 速度要件：モーターがアプリケーションに必要な動作速度で十分なトルクを提供できることを確認してください。
- スペース制約：スペースが限られている場合は、NEMA 8 や NEMA 11 などの小型モーターを選択してください。
- 熱管理：特に連続運転や高出力アプリケーションでは、モーターの放熱能力を考慮してください。
サンプルアプリケーションシナリオ
| 応用分野 | 推奨モーターサイズ | 理由 |
| 3Dプリンタ押出機 | NEMA 17 | トルクとコンパクトサイズのバランス |
| デスクトップCNC機械 | NEMA 23 | 精密切削のための高トルク |
| コンベアベルトシステム | NEMA 34 または NEMA 42 | 重負荷産業作業向けの高トルク |
| 医療機器 | NEMA 14 | 十分なトルクを備えたコンパクトサイズ |
結論
適切なステッピングモーターのサイズを選択することは、モーションコントロールシステムの性能、効率、信頼性を最適化する上で非常に重要です。様々なサイズ間のトレードオフを理解することで、エンジニアはアプリケーションの特定の要件に適した情報に基づいた意思決定を行うことができます。適切なモーターサイズを選択することで、システムはエネルギー効率を維持し、過熱を回避しながら、必要なトルクと速度を提供できます。マイクロロボットに使用されるコンパクトなNEMA 8から、大型産業機械に適した堅牢なNEMA 42まで、ステッピングモーターのサイズは幅広いニーズに対応するソリューションを提供します。
さらに、信頼できるステッピングモーターメーカーと提携することで、選定プロセスをさらに効率化できます。信頼できるメーカーは、お客様のアプリケーションに最適なモーターサイズの選択に関するガイダンスを提供し、モーターが機械的および電気的仕様を満たすだけでなく、動作要件にも適合することを保証します。Gian Transmissionにご連絡ください。カスタマイズされたソリューションをご提供いたします。