스테퍼모터(stepping motor)는 전기신호의 펄스에 따라 정밀하게 일정 각도만큼 회전하는 전동기이다. 입력 펄스의 수에 비례하여 회전 각도가 결정되며, 각 펄스마다 “스텝(step)”이라고 부르는 고정된 회전량이 발생한다.
원리
- 구조
- 고정자(stator): 전자석 코일이 배치되어 있다.
- 회전자(rotor): 영구 자석 혹은 유도성(자성) 구조를 갖는다.
- 동작 방식
- 펄스가 들어오면 고정자 코일이 순차적으로 energize되어 회전자를 끌어당긴다.
- 이러한 순차적인 자력 변화가 회전자를 한 스텝씩 이동시킨다.
주요 종류
- 하이브리드 스테퍼모터: 영구 자석 회전자와 정밀 가공된 자성 체결을 결합, 높은 정밀도와 토크 제공.
- 유도형(Variable Reluctance) 스테퍼모터: 회전자는 자성이 없으며, 자속 경로의 변화로 회전, 구조가 단순하고 비용이 낮음.
- 영구자석(PM) 스테퍼모터: 회전자가 영구 자석으로 이루어져 토크가 크고 효율이 높음.
일반적인 사양
| 항목 | 일반적 범위 |
|---|---|
| 스텝 각도 | 1.8° (200스텝/회전), 0.9° (400스텝/회전) 등 |
| 정격 전압 | 5 V ~ 48 V |
| 전류(코일) | 0.5 A ~ 5 A |
| 보유 토크 | 수십 mN·m 수준(모델에 따라 상이) |
| 작동 모드 | 풀스텝, 하프스텝, 마이크로스텝 등 |
적용 분야
- 산업 자동화: CNC 기계, 3D 프린터, 로봇 관절 등 정밀 위치 제어가 요구되는 장치
- 계측 장비: 광학 테이블, 스캐너, 플로터 등
- 소형 전자 기기: 카메라 렌즈 어포커스, 디스플레이 제어 등
장점
- 정밀 위치 제어: 피드백 센서 없이도 일정 각도로 이동 가능
- 오픈 루프 제어: 제어 회로가 간단하고 비용 효율적
- 높은 정지 토크: 전원이 공급되는 동안 위치를 유지할 수 있음
단점
- 진동 및 소음: 구동 시 스텝 전환 시 발생할 수 있음
- 속도 제한: 고속 회전 시 토크 감소 및 미스스텝 발생 가능
- 전류 펄스 요구: 드라이버 회로가 필요하며, 전력 소비가 일정 수준 이상일 경우 효율이 낮아질 수 있음
참고 사항
스테퍼모터를 사용할 때는 적절한 드라이버(예: A4988, DRV8825 등)와 전원 설계가 필수이며, 부하의 관성 및 가속도 특성을 고려한 마이크로스텝 제어가 정밀도와 부드러운 동작을 개선한다.
