ステッピングモーターの発熱原因分析

理由その１。

最も意義深い利点の1つはステッピングモーターこれは、開ループシステムで実現可能な高精度な制御です。開ループ制御とは、（回転子の）位置に関するフィードバック情報が不要な制御方式です。

この制御方式では、入力ステップパルスのみを追跡して（ローター）の位置を把握する必要があるため、高価なセンサーや光学エンコーダーなどのフィードバック装置を使用する必要がありません。最近、一部のお客様から、ステッピングモーターも発熱問題を起こしやすいというご意見を当社のShangsheモーターエンジニアにいただいています。この状況をどのように解決すればよいでしょうか？ 

1、減らすステッピングモーター熱を減らすには、銅損と鉄損を減らす必要があります。銅損を減らすには、電気の陰極と電流を減らすという2つの方法があります。そのため、モーターを選択する際には、抵抗を小さくし、定格電流をできるだけ小さくする必要があります。2相ステッピングモーターは、並列モーターではなく直列モーターとして使用できますが、これはトルクと高速の要求と矛盾することがよくあります。

2. モーターが選定された場合は、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自動的に電流を減らし、後者は単純に電流を遮断します。

3. さらに、細分化されたステッピングモーター駆動では、電流波形が正弦波に近く、高調波が少ないため、モーターの発熱が少なくなります。鉄損を減らす方法はいくつかありますが、電圧レベルが関係しており、高電圧駆動モーターは高速特性の向上をもたらしますが、発熱量も増加します。 

4. 駆動モーターの電圧レベルは、高帯域、滑らかさ、発熱、騒音などの指標を考慮して適切な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は影響しないため、ほとんどのお客様は気にする必要はありません。しかし、深刻な場合はいくつかの悪影響をもたらします。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による構造応力の変化や、内部のエアギャップのわずかな変化は、ステッピングモーターの動的応答に影響を与え、高速回転時にステップを失いやすくなります。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剰な発熱が許されない場面もあります。そのため、ステッピングモーターの発熱は制御する必要があります。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. ドライバーによって設定された電流がモーターの定格電流よりも大きい

2. モーターの回転速度が速すぎる

3. モーター自体の慣性と位置決めトルクが大きいため、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℃なので、70～90℃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。過熱していると感じる場合は、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動作することに疑問を持ち、この現象が正常かどうか分からないと感じています。実際、発熱はステッピングモーターによく見られる現象ですが、どの程度の発熱が正常とみなされるのか、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のでしょうか？

 

以下では、実際の応用作業において役立つことを願って、簡単な分類を行います。

1. モーター加熱の原理

通常、あらゆる種類のモーターには、内部のコアと巻線コイルがあります。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、電流の二乗は損失に比例し、これは銅損と呼ばれることがよくあります。電流が標準的な直流または正弦波でない場合は、高調波損失もあります。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。損失の大きさは材料、電流、周波数、電圧に比例し、これは鉄損と呼ばれます。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、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、電流の周波数も速度に応じて変化するため、ステッピングモーターは一般的に発熱し、状況は一般的な交流モーターよりも深刻です。

2ステッピングモーターの発熱範囲は妥当です

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。したがって、内部温度が130度を超えない限り、モーターはリングを損傷せず、その時点での表面温度は90度以下になります。そのため、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、ポイント温度計を使用すると、おおよそ次のように判断できます。手で1～2秒以上触れることができる場合は60度以下。手で触れることができる場合は約70～80度。数滴の水がすぐに蒸発する場合は90度以上。

速度変更機能付き3ステッピングモーター加熱

定電流駆動技術を使用する場合、ステッピングモーターは静止状態および低速では電流が一定に保たれ、一定のトルク出力を維持します。速度が一定程度まで上昇すると、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。したがって、銅損による発熱状態は速度に依存します。一般的に、静止状態および低速では発熱量が多く、高速では発熱量が少なくなります。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、上記はあくまで一般的な状況です。

4 衝撃によって発生する熱

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、深刻な場合はいくつかの悪影響が生じる可能性があります。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わずかな変化につながり、モーターの動的応答に影響を与え、高速回転時に速度が低下しやすくなります。また、医療機器や高精度試験装置など、モーターの過熱が許容されない用途もあります。したがって、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

発熱を減らすには、銅損と鉄損を減らす必要があります。銅損を減らすには、抵抗と電流を減らすという2つの方法があります。モーターを選択する際には、抵抗と定格電流をできるだけ小さくする必要があります。2相モーターの場合は、並列モーターを使用せずに直列モーターを使用できます。しかし、これは多くの場合、トルクと高速の要求と矛盾します。選択したモーターについては、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自動的に電流を減らし、後者は単純に電流を遮断します。さらに、サブディビジョンドライブでは、電流波形が正弦波に近く、高調波が少ないため、モーターの発熱も少なくなります。鉄損を減らす方法は少なく、電圧レベルが関係しています。高電圧で駆動されるモーターは高速特性が向上しますが、発熱も増加します。したがって、高速性、滑らかさ、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。

あらゆる種類のステッピングモーターの内部は、鉄心と巻線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二乗に比例し、銅損と呼ばれることもあります。電流が標準的な直流または正弦波でない場合は、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。損失の大きさは材料、電流、周波数、電圧に依存し、鉄損と呼ばれます。銅損と鉄損は熱として現れ、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、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、電流の周波数も速度に応じて変化するため、ステッピングモーターは一般的に発熱し、一般的な交流モーターよりも状況が深刻です。