ステッピングモーターの基本
明日のファクトリーオートメーションへようこそ、メインバーソナリティの高橋です。 クリスです。よろしくお願いします。
ラジオネーム、たこ焼さんから頂きました。 お疲れ様です。ステッピングモーターについて語っていただきたいです。特徴や構造、サーボモーターとの使い分けなど教えていただきたいです、ということでございます。
クリスさん、ステッピングモーター使ったことありますか? ステッピングモーターは2,3回しか使ってないですね。
私の理解は、1ステップで何度とかも決まっていて、これで位置制御とかをしているというイメージしかないんですけど、
ステッピングモーターは2,3回しか使ってないですね。 いやいや、あるでしょう。
ある?ないですか? 思いつかないね。多分あると思うんですけど、言われたら。
そうですね。ステッピングモーターは皆さん、ステッピングモーターは何かってことはご存知だと思いますけど、そこからちょっと話をしましょうか。
ステッピングモーターってさっきクリスさんの言われた通り、いわゆるステップで動くってことですね。
いわゆる電気のパルスを送ると、1パルス送ったら何度動くっていう、そういうとても便利なモーターですね。
これが制御がされずに、いわゆる物理法則でそうなるってことですね。
制御に左右制御に物理法則で決めるの動きですね。
A層、B層っていうのがあって、A層に圧をかけるとA層のとこに動いて、次にB層のとこに圧をかけるとB層に動いてっていう、こうカクッカクッカクッっていう風に動いていく。
これが一定ステップ、いわゆる階段状に動くことからステッピングモーターって呼ばれるものになります。
こいつの最大の特徴っていうのは、制御めっちゃ楽ってことですね。
例えば普通のモーターを位置制御するってめっちゃ大変じゃないですか。
色付けなきゃいけないし、大変。
例えば適当にビャーって回して、センサーがオンしたから止めますみたいなことをしたときにはやっぱりダラッと止まるし、なかなか高精度にならないですよね。
ステッピングモーターっていうのは1パルス送ったら何度動くっていうのが機械的に決まってるんで。
計算しやすいですね、プログラムも。
だからステップの範囲内で止められる、簡単に止められる。
これがいわゆるオープンループでできるってことなんですよね。
フィットバックが入ってきてないのか。フィットバックがないんですよね。
ステッピングモーターの応用
これ実際何度動かしましたよとかわからないですよね。
そうですね。
制御にはオープンループとクローズドループっていうのがあって、クローズドループっていうのはセンサーをフィードバックして、センサーを見てきちんと制御しましょうってものですけど、
オープンループはこうなるだろうって言って行けってこうなりましたっていう制御です。
これがオープンループの利点としては制御は簡単っていうのと基本的に安くなる、めちゃくちゃ安くなるコストがね。
それ分構想も少ない、モノも少ないしエンコーターもないしその分全部安くなるように見えますよね、全部。
そうです。っていう利点があると。
だから民生機器とかにステッピングモーターってかなり多く採用されてたりしますね。
民生機器?例えば?民生機器って言うまで?
いや、例えば家電とかさ。
家電かと。
とにかくいっぱい作ってとにかく安くしたいっていうものを。
で、昔よく使われてたのはゲームセンターのUFOキャッチャーね。
確かに。
確かに。
ゲームセンターのUFOキャッチャーはだいたいステッピングモーターが多かった、過去は多かった。
今はどうなってるんですか?
今は普通のエンコーダー付きのDCモーターがめちゃめちゃ安くなったんで、そっちに置き換わったんですね。
なるほど。
2020年ぐらいまでかな、2015年から20年ぐらいまではゲームセンターのクレーンゲームのモーターっていうのはだいたいステッピングモーターでした。
だからそこまで見てるんですか?ゲームセンターの。
見てる。
見てるのはぬいぐるみじゃなくてこの上のモーターですよね。
見てるよ。
どこどこせいねみたいな。
見てるのはこれがキャッチしようというぬいぐるみじゃなくて、その上のモーターとかベアリングとか見てるんですね。
見てる見てる。
白円入れて見るのがあそこですね。
なるほど、面白い。
欠点も当然ありますよと。まずはオープンループでやってるんで、例えばモーターが耐えられるトルク以上のものがかかってしまったりすると、いわゆる脱帳って言われるような、
例えば3パルス送って2パルスしか動かへんみたいなことが発生するわけですね。その時に1パルス分ずれたってことがセンサーがないからわからないわけです。
実際今どこ行くかわからないですよね。
わからなくなるし、高速回転すると結構タイミングよくパルスを与えていかないとうまく動かなかったりするので、1回脱帳するとずーっと動かない期間が一定時間できたりとか、
そういうセンサーがないがための不足の事態に対応できないっていうのがありますっていうのはまず一つと、後は高速回転っていうのはやっぱ苦手だったりしますね。
基本的にはちょっとずつ1パルスずつちょっとずつ動かしていくようなモーターになるんで、それをものすごい速いパルスをバーっていった時にステッピングモーターがうまく追従しない。
なるほど。そう考えるとちょっと荷重重いものもちょっと微妙って感じですか?
そうですね。だから高速なものとか高負荷なものっていうのはちょっと苦手だったりします。
高型で低速で回せるものだったらステッピングモーターの方が全然問題ないですよね。
そうですね。ただオープンヌープで簡単にGMできてっていうので、かなり利点っていうのは大きいので、いわゆる低回転系だとか、
普通のDCモーターより圧倒的にトルクが出るので、定格トルクのそこそこなもので低速でいいもの、こういうものに関しては非常に疲れることが多いですね。
なるほど。なるほど。
今国内で我々よく工場ゲームRのステッピングモーターを作っているメーカーは、あそこですか、オレジン、オレジンなんだっけ?読めないですよ。
名前忘れた。オーランだっけ?カタカナ苦手ですよ。
まず二文字目からオリエンタルモーターね。
ステッピングモーターとサーボモーターの比較
もう一回。
オリエンタルモーター。
オリエンタルモーター、茨城県にあるオリエンタルモーターっていう会社があるんですけど、ここが日本の中で一番ステッピングモーターを作っている会社ですね。
わかりやすいですか?オーランですか?
オリエンタル。
オリエンタル。何で出てくるの?オリエンタルモーター。はい、出た出た。オリエンタルモーター。はい、出た出た。
国外だったら最近のフェストとかかな、作ってる。
フェストも作ってるよ、ステッピングモーターも。
一回話ししませんでしたっけ?フェストがIoLink対応のステッピングモーター作ってた。
見ましたよね、これは高さの理想の1000メートル入ってるやつ。
近年はエンコーダーとかがだいぶ安くなってきたんで、最近のステッピングモーターは大体産業用エンコーダーがついてます。
だからもう脱帳しない。
5スロープになってるんですね、どういうかわかんないようになったんですね。
わかってるからねって。
だからモーターで低回転、低回転得意で脱帳しないよみたいなところが狙い目かな、ステッピングモーターの守備範囲。
活用できる場合も結構増えてるんですよね、日本だったら。
そうですね。
安いし。
なるほど。
あとはここで高木さんが聞かれてるのは、サーボモーターと違いってどうなのっていう話じゃないですか。
サーボモーターと何が違うのっていうのと、だってお互いにセンサーがついててお互いに位置制御ができてっていう中で、ステッピングモーターとサーボモーターの使い分けって何ですかっていう話ですよね。
どう使い分け?
まず一つは容量です。ステッピングモーターで大容量のものっていうのは多分原理的に作るのは難しいです。
難しい、はい。
だから400Wを超えてくるようなものはもうちょっと難しいと思いますね。
ほんと100W以下とかがやっぱりステッピングモーターの守備範囲になるので、でかいものはもうサーボモーターになると思います。
なるほど、これ1点目ですね。
あとはやっぱり。
あと高速回転するものはサーボモーターです。
これさっき言ったように高速のものもやっぱりサーボのほうがVGAされて、前回高橋さんが言ったんですね。
今のサーボモーターのエンコーターのピット数も高橋さんも高度な位置制御もできるようになって、ピットバックもらえるようになったんですね。
そうですね。
実際には400W以上のステッピングモーターもあるんですけどね。
ただ一般的にっていうところで。
だからそこらへんですね、まず高速有益。
つまり高速動作がしたいものに関してはサーボモーターのほうが有利になってきます。
ステッピングモーターの優位性
サイクルタイムがめっちゃ速いとかね。
逆に言うとサイクルタイムはそこそこでいいですよ。
位置決め精度もそんなめちゃめちゃいるわけじゃないですよっていうものに関してはステッピングモーターっていうのが有利になってきます。
コスト面から見るとちょっと、なるほど。
あとはどうするかっていうのはメガ設計の判断になりますね。
メガ設計の判断ですね。
例えばですけど、取り付け穴とかも全部違うわけですよね。
だから1個だけステッピングモーターが混ざるとかめちゃめちゃ面倒くさいわけですよ、設計上。
であればサーボモーターに統一しましょうっていうのも一つの流れだし。
さっき言ったCIA-402の話もあります。
ステッピングモーターじゃなくてサーボモーターは全部CIA-402に対応してるからそれに統一するとソフトウェア楽だよみたいな話も当然あります。
なるほど。設計の思想にも変わるんですね。
あとは今までの他のバンの中に他のものが入っているかも変わるんですよね。
どんなものを採用するのか。
そうですね。
両方もいける場合だったら。なるほど。
ただ設計を工夫して大部分をステッピングモーターでできますっていうふうに持っていけるのであれば装置の価格がだいぶ下がる可能性っていうのはあります。
量が大きくなるほど差はでかいですよね、サーボに。
そうですね。だから業界によってはステッピングモーターが主だよっていう業界もあります。
そんなでかいもんだ使う必要ないからっていう意味でね。
なるほど。
精度もそこまでそこそこあればいいからそこまで0.何ミリとかもいらないところはステッピングモーターでも十分じゃないってことですね。
そうですね。
別にステッピングモーター精度出ないってわけじゃないですけど、全然出ますけど実際には。
そうですね。なるほど。
というところが主だった使い分けじゃないかなっていうふうに思いますね。
はい、わかりました。
コスト面と、基本はコスト面と機械装置を設計するとの推奨とどんなものを採用するかに関わるっていうことですね。
そうですね。
実際にオリエンタルモーターさんだとかFESTさんだとかと話をすると、やっぱりステッピングモーター自体の能力も年々上がってるし、できることも年々上がってるので、今後かなり有力ではあると思いますね。
将来の展望と市場
アプリケーション場合ではサーボモーターよりはステッピングモーターのほうが十分ですよということですね。
そうですね。例えば電源を24V、48Vにしますっていうことが今後起こってくると、
ステッピングですね。
そういったらかなり有力視されてくるっていうのはあるかもしれないですね。
直流電源を持ってくるっていうのがこれから流行ってくると。
例えばHDDとか上に乗せてバッテリー給電のものだったらステッピングモーターのほうが十分有利ですね。アプリケーションが変わるんですよね、そういうのが。
そうですね。
確かに。なるほど。
という話がありますよと。
実際にステッピングモーターにも他にもいろいろメリットデフェントはあるんですけど、ざっくり言うとたぶんそんな感じだと思います。
ステッピングモーター使われないとこにはマジで使われないし、使ってるとこはクソほど使ってるっていう。
現状はあるんでね。
はいはいはい。
マジコロ業配でほぼ使ってこないですね、ステッピングモーター。2,3回ぐらいしか使わないですね。
確かに。
なんていうんですかね、今まではそんなに高性能じゃなかったんですよ、ステッピングモーター自体が。
高性能って最近の10年とか、10年後の話ですか?
そうですね、例えばバッテリー付きのアブソリュートエンコーダーがなかったとか、全部インクリメントエンコーダーがついてましたよとかね。
だから電源切ったら絶対に現地復帰しないといけなかったですよとか。
やめて。
それはなんでかっていうと安さが売りだからですね。
そうか、別にいらない。
いらないというか高機能にして高くするとサーボモーターでいいじゃんってなるから。
値段を抑えたわけですね。
そう考えるとインクリメンタルなエンコーダーになりますとか、そういう機能面がやっぱりいまいちだったんですよ。
値段、はいはい。
ただそれがいろんなレベルアップによって世界の値段が下がってきたっていうのもあって、
安いエンコーダーを採用することができるようになったりだとか、そういうことが市場的には起こっていて、
これからステッピングモーターっていうのもそれなりの性能のものが比較的安価な形で出てくる可能性っていうのがあるにはあるよねっていうふうに僕は思ってます。
なるほど。
これからも全然勝負はできますよということですね。
うーん。
ちなみに皆さん試したいのなら別にミスミで14000円買えるので、中国製の、中国では分からないですけど、
14000円のステッピングモーターがドライブとケーブルとアンプも買えるので、
ドライバーが試したいんだったらどうぞ試してみてください。
さっきちょっと検索しました。
どこ売ってるかな、安いところ売ってるかな、ミスミで売ってみたいです。
はい。
ただエンコーダーはついてないですけどね、たぶん。
全然ついてないね、あれは。
うん、ついてないと思いますね、あれは。
うん、ついて、あれ3GP、雑炭3GPついてないかな、ついてないっぽいな。
まあ、ステッピングモーターは僕はIOリンクで輝くと思っているので、各メーカーIOリンク品を出してくださいというお願いをして終わろうと思います。
はい、Type-B、Type-B、Type-B対応できるのIOリンクマスターをつけて、もう最高ですと高田さんの、たぶんそう言うと思います。
そうですね、他も狙い目だと思いますけどね、そのPLCの、いわゆるそのモーション制御が必要ないPLCを使って安くやるっていうのが一つの売りだと思ってますけどね、っていう話で、はい、終わりたいと思います。
皆さんありがとうございました。
はい。
