ステッピングモーターの発熱原因分析

理由その1。

最も有意義な利点の一つはステッピングモーターオープンループシステムで実現できる高精度な制御です。オープンループ制御とは、（ローターの）位置に関するフィードバック情報を必要としない制御です。

この制御では、光学式エンコーダなどの高価なセンサーやフィードバックデバイスを使用する必要がありません。入力されるステッピングパルスのみを追跡すれば（ローターの位置を）把握できるからです。最近、一部のお客様から、ステッピングモーターも熱の問題を抱えやすいというご意見をShangsheのモーターエンジニアにいただきました。どうすればこの問題を解決できるでしょうか？ 

1、減らすステッピングモーター発熱を抑えるには、銅損と鉄損を減らすことが重要です。銅損を双方向に減らすことで、電気抵抗と電流を減らすことができます。そのためには、抵抗値が小さく、定格電流が可能な限り小さいモーター（二相ステッピングモーターなど）を選定する必要があります。並列モーターではなく直列モーターで使用できますが、これはトルクと高速回転の要件と矛盾することがよくあります。

2、モーターを選択した場合は、ドライブの自動半電流制御機能とオフライン機能を最大限に活用する必要があります。前者はモーターが停止しているときに電流を自動的に減らし、後者は単に電流を遮断します。

3. さらに、ステッピングモーターの細分化駆動では、電流波形が正弦波に近くなるため高調波が少なくなり、モーターの発熱も少なくなります。鉄損を低減する方法はいくつかありますが、電圧レベルは鉄損と関連しており、高電圧駆動モーターは高速特性が向上する一方で、発熱も増加します。 

4、高帯域、滑らかさ、熱、ノイズなどの指標を考慮して、適切な駆動モーターの電圧レベルを選択する必要があります。

理由その2。

ステッピングモーターの発熱は、一般的にモーターの寿命に影響を与えないため、ほとんどのお客様は気にする必要はありません。しかし、深刻な悪影響をもたらす場合があります。例えば、ステッピングモーター内部の各部品の熱膨張係数の違い、構造上の応力変化、内部エアギャップの微細な変化などが、ステッピングモーターの動的応答に影響を与え、高速走行時にステップロスが発生しやすくなります。また、医療機器や高精度試験装置など、ステッピングモーターの過度の発熱が許容されない場合もあります。そのため、ステッピングモーターの発熱は制御が必要です。モーターの発熱は、これらの要因によって引き起こされます。

1、ドライバによって設定された電流がモータの定格電流よりも大きい

2、モーターの速度が速すぎる

3、モーター自体は大きな慣性と位置決めトルクを持っているため、中速運転でも高温になりますが、モーターの寿命には影響しません。モーターの減磁点は130～200℃であるため、モーターが70～90℃になるのは正常な現象です。130℃未満であれば通常は問題ありませんが、過熱を感じた場合は、駆動電流を定格モーター電流の約70%に設定するか、モーター回転速度を少し下げてください。

理由3。

ステッピングモーターはデジタルアクチュエータとして、モーションコントロールシステムに広く使用されています。ステッピングモーターを使用する多くのユーザーや友人は、モーターが大きな熱を発しているように感じ、この現象が正常かどうかわからないという疑問を抱いています。実際、発熱はステッピングモーターにおいてよくある現象ですが、どの程度の発熱が正常とみなされるのでしょうか？また、ステッピングモーターの発熱を最小限に抑えるにはどうすればよいでしょうか？

 

以下では、実際の作業で実用的なアプリケーションを実現できるよう、簡単な分類を行います。

1モーター加熱原理

私たちが普段目にする様々なモーターは、コアと巻線コイルで構成されています。巻線には抵抗があり、通電すると損失が発生します。損失の大きさと抵抗、そして電流の二乗は損失に比例します。これは銅損と呼ばれることが多く、電流が標準のDCまたは正弦波でない場合は高調波損失も発生します。コアにはヒステリシス渦電流効果があり、交流磁場でも損失が発生します。この損失は材質、電流、周波数、電圧の大きさによって決まり、鉄損​​と呼ばれます。銅損と鉄損は熱の形で現れ、モーターの効率に影響を与えます。ステッピングモーターは一般的に位置決め精度とトルク出力を追求しているため、効率は比較的低く、電流は一般的に比較的大きく、高調波成分が多く、電流の交流周波数も速度によって変化するため、ステッピングモーターは一般的に発熱し、一般的なACモーターよりも状況は深刻です。

2ステッピングモーターの適切な加熱範囲

モーターの発熱許容範囲は、モーター内部の絶縁レベルに大きく依存します。内部絶縁は高温（130度以上）でのみ破壊されます。内部が130度を超えない限り、モーターはリングを損傷せず、表面温度は90度以下になります。したがって、ステッピングモーターの表面温度が70～80度であれば正常です。簡単な温度測定方法として、温度計を使うと大まかに判断できます。手で1～2秒以上触れる場合は60度以下、手で触れる場合は約70～80度、水を数滴垂らすとすぐに蒸発する場合は90度以上になります。

速度変更機能付き3ステッピングモーター加熱

定電流駆動技術を採用したステッピングモーターでは、静止時および低速時には電流が一定に保たれ、一定のトルク出力を維持します。速度がある程度高くなると、モーター内部の逆電位が上昇し、電流が徐々に低下し、トルクも低下します。そのため、銅損による発熱状況は速度に依存します。一般的に、静止時および低速時には発熱量が高く、高速時には発熱量は低くなります。しかし、鉄損（割合は小さいものの）の変化は同じではなく、モーター全体の発熱量は両者の合計であるため、上記はあくまでも一般的な状況です。

4 衝突によって生じた熱

モーターの発熱は一般的にモーターの寿命に影響を与えませんが、ほとんどのお客様は気にする必要はありません。しかし、深刻な悪影響をもたらす可能性があります。例えば、モーター内部部品の熱膨張係数の違いは、構造応力の変化や内部エアギャップの微細な変化につながり、モーターの動的応答に影響を与え、高速回転時に減速しやすくなります。また、医療機器や高精度試験装置など、モーターの過度の発熱が許容されない場合もあります。そのため、モーターの発熱は必要に応じて制御する必要があります。

 5 モーターの熱を下げる方法

発熱を抑えるには、銅損と鉄損を低減することが重要です。銅損の低減は、抵抗と電流の低減という2つの側面から行われます。そのため、モーターを選定する際には、抵抗が小さく定格電流が可能な限り小さいものを選ぶ必要があります。例えば、二相モーターの場合は、モーターを並列接続せずに直列接続で使用できます。しかし、これはしばしばトルクと高速回転の要件と矛盾します。選定したモーターに対して、ドライブの自動半電流制御機能とオフライン機能を最大限に活用する必要があります。前者はモーター停止時に自動的に電流を低減し、後者は電流を遮断します。また、分割駆動では電流波形が正弦波に近くなるため、高調波が少なくなり、モーターの発熱も少なくなります。鉄損を低減する方法はいくつかありますが、電圧レベルは鉄損低減に大きく関係しています。高電圧駆動のモーターは高速回転特性が向上しますが、同時に発熱も増加します。そのため、高速回転、平滑性、発熱、騒音などの指標を考慮して、適切なドライブ電圧レベルを選択する必要があります。

各種ステッピングモーターの内部は、鉄心と巻線コイルで構成されています。巻線には抵抗があり、通電すると損失が発生します。損失の大きさは抵抗と電流の2乗に比例するため、しばしば銅損と呼ばれます。電流が標準のDCまたは正弦波でない場合、高調波損失も発生します。鉄心にはヒステリシス渦電流効果があり、交流磁場でも損失が発生します。損失の大きさは、材質、電流、周波数、電圧によって決まり、これを鉄損と呼びます。銅損と鉄損は熱の形で現れ、モーターの効率に影響を与えます。ステッピングモーターは一般的に位置決め精度とトルク出力を追求しているため、効率は比較的低く、電流は一般的に比較的大きく、高調波成分が高く、電流の交流周波数も速度によって変化するため、ステッピングモーターは一般的に発熱し、一般的なACモーターよりも状況が深刻です。