스테퍼 모터
스테퍼 모터(Stepper Motor)는 디지털 펄스 신호에 따라 정해진 각도만큼 회전하는 전기 모터의 일종입니다. 일반적인 DC 모터와 달리 폐쇄 루프 제어 없이도 정확한 위치 제어가 가능하며, 정지 상태에서도 일정한 토크를 유지할 수 있다는 장점이 있습니다. 이러한 특징 덕분에 스테퍼 모터는 정밀한 위치 제어가 필요한 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
작동 원리:
스테퍼 모터는 고정된 스테이터(Stator)와 회전하는 로터(Rotor)로 구성됩니다. 스테이터에는 여러 개의 코일이 감겨 있으며, 이 코일에 순차적으로 전류를 흘려주면 자기장이 발생합니다. 로터는 이 자기장에 이끌려 일정한 각도만큼 회전하게 됩니다. 펄스 신호의 빈도와 순서를 조절하여 회전 속도와 방향, 정지 위치 등을 제어할 수 있습니다.
종류:
스테퍼 모터는 다양한 기준으로 분류될 수 있습니다. 주요 분류 기준은 다음과 같습니다.
- 구동 방식:
- 영구 자석형 (Permanent Magnet, PM): 로터에 영구 자석을 사용하여 비교적 높은 토크를 제공하지만, 분해능이 낮은 편입니다.
- 가변 릴럭턴스형 (Variable Reluctance, VR): 로터에 돌극(凸極)을 사용하여 비교적 높은 분해능을 제공하지만, 토크가 낮은 편입니다.
- 하이브리드형 (Hybrid): 영구 자석과 돌극을 모두 사용하여 영구 자석형과 가변 릴럭턴스형의 장점을 결합한 형태입니다. 높은 토크와 분해능을 동시에 제공하여 가장 널리 사용됩니다.
- 극 수:
- 2상, 3상, 5상 등 다양한 상(Phase)을 가지며, 상의 수가 많을수록 분해능이 높아집니다.
- 제어 방식:
- 단극형 (Unipolar): 각 상에 하나의 코일만 사용하며, 회로 구성이 간단하지만, 토크 효율이 낮은 편입니다.
- 양극형 (Bipolar): 각 상에 두 개의 코일을 사용하며, 단극형보다 높은 토크를 제공하지만, 회로 구성이 복잡합니다.
주요 특징:
- 정밀한 위치 제어: 펄스 신호에 따라 정확한 각도만큼 회전하므로, 폐쇄 루프 제어 없이도 정밀한 위치 제어가 가능합니다.
- 낮은 속도에서도 높은 토크: 저속에서도 높은 토크를 유지할 수 있어, 정밀한 작업에 적합합니다.
- 정지 상태 유지: 전원이 공급되는 동안에는 정지 상태를 유지할 수 있어, 별도의 브레이크 없이도 위치를 고정할 수 있습니다.
- 디지털 제어 호환성: 디지털 펄스 신호로 제어되므로, 마이크로컨트롤러 등 디지털 시스템과 쉽게 연동할 수 있습니다.
응용 분야:
스테퍼 모터는 정밀한 위치 제어가 필요한 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
- CNC 기계: 공작 기계, 레이저 커터, 3D 프린터 등
- 로봇 공학: 로봇 팔, 이동 로봇 등
- 자동화 시스템: 컨베이어 벨트, 포장 기계 등
- 정밀 계측 장비: 현미경, 분석 장비 등
- OA 기기: 프린터, 스캐너, 복사기 등