工作機械で最もよく見られるのは、ユニポーラ型とバイポーラ型の2種類のステッピングモーターです。これら2つのモーターは基本的な動作原理は同じですが、巻線構成、トルク出力、制御の複雑さが大きく異なります。

ステッピングモーターとは？

ユニポーラ型とバイポーラ型のステッピングモーターの違いを詳しく調べる前に、ステッピングモーターについて理解することが重要です。電気パルスを機械的動作に正確に変換する電気機械装置をステッピングモーターと呼びます。モーターの回転制御にはステップが使用され、モーターが受信する各パルスが特定の動作を指定します。そのため、ステッピングモーターは、3Dプリンター、CNC工作機械、ロボット工学など、精度が重視される用途に適しています。

ユニポーラステッピングモーター

ユニポーラステッピングモーターの巻線にはセンタータップが設けられており、電流は巻線の片側のみに一方向に流れます。つまり、磁場を生成するために常に巻線の片側のみが使用されるため、電流を反転させる必要がなくなり、制御回路が簡素化されます。ユニポーラステッピングモーターは、駆動回路がシンプルで、制御の複雑さが軽減されることで知られています。

ユニポーラモーターの主な特性：

• 巻線構成：巻線の各相にはセンタータップがあり、実質的に巻線を2つに分割します。
• 電流の流れ：電流は、巻線の片側または反対側のどちらか一方に、一度に一方向にのみ流れます。
• トルク：常に巻線の半分にしか通電しないため、バイポーラステッピングモーターと比較してトルクが低下します。
• 制御回路：駆動回路が電流の流れを反転する必要がないため、よりシンプルでコスト効率に優れています。
• 用途：小型ロボットや低消費電力の民生機器など、トルクよりも制御回路のシンプルさが重視される低コストのアプリケーションに最適です。

バイポーラステッピングモーター

一方、バイポーラステッピングモーターはセンタータップ付きの巻線を備えていません。電流は巻線全体に流れますが、モーターを回転させるために必要な磁界を発生させるためには、電流の方向を反転させる必要があります。そのため、各巻線の電流方向を切り替えるHブリッジ回路を含む、より複雑な制御回路が必要になります。しかし、バイポーラステッピングモーターは巻線全体を効率的に使用することで、ユニポーラモーターに比べて高いトルクを実現します。

バイポーラモーターの主な特性：

• 巻線構成：巻線にはセンタータップがなく、動作時には巻線全体が使用されます。
• 電流の流れ：電流は巻線内で逆方向へ流れる必要があるため、Hブリッジ制御回路が必要です。
• トルク：バイポーラステッピングモーターは、巻線全体を使用するため、ユニポーラモーターに比べて高いトルクを実現します。
• 制御回路：電流を反転させるためにHブリッジが必要となるため、より複雑で高価になります。
• 用途：CNCマシン、オートメーションシステム、ロボット工学など、高トルクと性能が不可欠な産業用および精密用途で広く使用されています。

特徴	ユニポーラステッピングモーター	バイポーラステッピングモーター
巻線構成	センタタップ付き巻線	センタタップなしの全巻線
電流の流れ	各相で一方向に流れる	Hブリッジで電流を反転させる必要あり
トルク	半巻線使用のためトルクが低い	全巻線を使用するためトルクが高い
制御回路の複雑さ	単純で低コスト	Hブリッジが必要なため複雑
ドライバ回路	設計が容易で安価	部品が多くコストも高い
応用例	小型ロボット、低消費電力用途	産業オートメーション、精密機器
発熱	半巻線のみ使用のため低い	全巻線を励磁するため高い

 

出力と効率

ユニポーラ型ステッピングモーターとバイポーラ型ステッピングモーターの重要な違いの一つは、トルク発生量にあります。バイポーラ型ステッピングモーターは、常に全巻線が接続されているため、一般的に巻線の利用効率が高く、より高いトルク出力が得られます。一方、ユニポーラ型ステッピングモーターは、常に全巻線が接続されているため、利用可能なトルクは少なくなります。

特徴	ユニポーラステッピングモーター	バイポーラステッピングモーター
トルク（相対的）	低〜中	中〜高
効率	半巻線使用のため低い	全巻線使用のため高い
消費電力	低い	高い
放熱性	中程度	高い

 

制御回路の複雑さ

もう一つの重要な違いは、制御回路の複雑さです。ユニポーラモータは電流を反転させる必要がないため、設計がはるかにシンプルです。そのため、ユニポーラモータは通常Hブリッジ回路を必要としないため、制御が容易です。一方、バイポーラモータでは、電流の方向を反転させるためにHブリッジ回路が必要となり、制御システムが複雑になります。

特徴	ユニポーラステッピングモーター	バイポーラステッピングモーター
制御回路	単純で低コスト	複雑でHブリッジが必要
ドライバコスト	低い	高い
制御の柔軟性	低い	高い

 

ユニポーラおよびバイポーラステッピングモーターの用途

ユニポーラまたはバイポーラステッピングモーターの選択は、主に具体的な用途によって決まります。コストとシンプルさが重要な考慮事項となる低電力デバイスを扱う場合は、ユニポーラステッピングモーターが最適な選択肢となるでしょう。これらのモーターは、主に以下の用途で使用されます。

• 低価格3Dプリンター
• 小型ロボット
• 民生用電子機器
• シンプルな自動化システム

一方、高トルクと高精度な制御が求められるアプリケーションには、バイポーラステッピングモーターが適しています。これらのモーターは、以下のような用途で優れた性能を発揮します。

• CNCマシン
• 産業用ロボット
• 医療機器
• 航空宇宙および防衛システム

結論

これら2つのモーターの違いを理解することは、特定の用途に最適なモーターを選択する上で非常に重要です。バイポーラまたはユニポーラステッピングモーターについて詳しく知りたい場合は、直接お問い合わせください。