스테퍼 모터 대 서보 모터

스테퍼 모터 대 서보 모터 : 포괄적 인 비교

자동화, 로봇 공학 및 정밀 엔지니어링의 세계에서 모터는 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환하는 데 중추적 인 역할을합니다. 사용 가능한 많은 유형의 모터 중 스테퍼 모터 와 서보 모터는 정확한 제어가 필요한 응용 프로그램에 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 옵션으로 두드러집니다. 둘 다 많은 맥락에서 유사한 목적을 제공하지만 기본 원칙, 성능 특성 및 이상적인 사용 사례는 크게 다릅니다. 이 블로그 게시물은 스테퍼 모터와 서보 모터 , 역학, 장점, 단점 및 실제 응용 프로그램을 탐구합니다. 결국, 프로젝트를 위해 다른 하나를 선택할 때를 명확하게 이해할 수 있습니다.

스테퍼 모터는 무엇입니까?

에이 Stepper Motor 는 전기 펄스를 개별 기계적 움직임으로 변환하는 전자 기계 장치입니다. 전원이 공급 될 때 연속적으로 회전하는 전통적인 모터와 달리, 스테퍼 모터는 정확한 단위 또는 '단계로 이동합니다. '각 단계는 고정 된 각도 회전에 해당하며, 일반적으로 일반적인 모델에서 0.9 ° ~ 1.8 ° 범위의 전체 혁명 당 400 ~ 200 단계를 허용합니다.

스테퍼 모터의 작동 방식

스테퍼 모터는 중앙 로터 주위에 배열 된 일련의 전자기 코일을 사용하여 작동합니다. 로터는 일반적으로 고정자 코일과 일치하는 치아가있는 영구 자석 또는 부드러운 철 코어입니다. 코일을 특정 시퀀스로 에너지를 공급함으로써 로터는 한 번에 한 단계 씩 움직입니다. 이 스테핑 동작은 모터로 펄스를 보내는 드라이버 회로에 의해 제어되어 회전 속도와 방향을 지시합니다.

스테퍼 모터에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

1. 영구 자석 스테퍼 모터 : 더 높은 토크를 위해 자화 된 로터를 사용하십시오.

2. 가변 꺼리는 스테퍼 모터 : 에너지 고정자 코일과 정렬되는 비 자극화 로터에 의존합니다.

3. 하이브리드 스테퍼 모터 : 위의 두 가지 기능을 결합하여 성능을 향상시켜 오늘날 가장 일반적인 유형입니다.

주요 특성

• 오픈 루프 제어 : 스테퍼 모터는 펄스의 수가 로터의 위치와 직접적으로 관련되기 때문에 피드백 시스템이 위치를 추적하기 위해 필요하지 않습니다.

• 저속에서 높은 토크 : 고정식이나 천천히 움직일 때 일관된 토크를 전달할 때 탁월합니다.

• 단계적 정확도 : 최소한의 누적 오류로 이동이 예측 가능하고 반복 가능합니다.

서보 모터는 무엇입니까?

서보 모터는 각도 위치를 정확하게 제어하도록 설계된 로터리 액추에이터입니다. 스테퍼 모터와 달리 서보 모터는 일반적으로 피드백 시스템과 쌍을 이루는 연속 회전 DC 또는 AC 모터 주위에 제작됩니다. 'servo '라는 용어는 모터에 도달하고 원하는 위치를 유지하는 폐쇄 루프 제어 메커니즘을 나타냅니다.

서보 모터의 작동 방식

서보 모터는 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.

1. 모터 : AC 서보는 산업 환경에서 일반적이지만 일반적으로 DC 브러시 또는 브러시리스 모터입니다.

2. 피드백 장치 : 종종 모터의 위치 또는 속도를 모니터링하는 인코더 또는 전위차계.

3. 컨트롤러 : 원하는 위치 (입력 신호로 설정)를 실제 위치 (피드백 장치에서)와 비교하고 그에 따라 모터를 조정하는 회로.

   
   

애호가를위한 가장 일반적인 통제 방법 서보 모터 는 펄스 폭 변조 (PWM)이며, 여기서 펄스 너비는 목표 각도 (예 : 0 ° ~ 180 °)를 결정합니다. 산업 서보 모터에서보다 정교한 컨트롤러는 복잡한 모션 프로파일을 처리합니다.

주요 특성

• 폐 루프 제어 : 피드백은 외부 교란에 대한 높은 정확도와 적응성을 보장합니다.

• 고속 및 토크 : 서보 모터는 RPM이 높을수록 피크 토크를 통해 광범위한 속도에서 잘 작동합니다.

• 동적 응답 : 부하 또는 위치 요구의 변화에 ​​신속하게 조정할 수 있습니다.

스테퍼 모터와 서보 모터 비교

실질적인 차이점을 이해합니다 스테퍼 모터 와 서보 모터, 정밀, 제어, 토크, 속도, 비용, 복잡성 및 응용 프로그램의 몇 가지 중요한 차원에서 비교를 해제합시다.

1. 정밀도와 정확성

• 스테퍼 모터 : 스테퍼 모터 는 단계 기반 움직임으로 인해 본질적으로 정확합니다. 예를 들어, 1.8 ° 단계의 모터는 혁명 당 200 개의 뚜렷한 위치를 제공합니다. 마이크로 스투핑 (각 단계를 더 작은 단위로 분류 함)은 분해능을 더욱 향상시켜 학위의 일부까지 정확도를 달성 할 수 있습니다. 그러나 피드백 없이는 무거운 하중이나 고속으로 계단을 잃어 위치 오류로 이어질 수 있습니다.

• 서보 모터 : 서보 모터는 폐쇄 루프 피드백 덕분에 정확하게 뛰어납니다. 인코더는 샤프트 위치를 지속적으로 모니터링하여 대상의 편차를 수정합니다. 이로 인해 다양한 조건에서도 서보가 오류가 덜 발생하지만 정확성은 피드백 시스템의 품질에 달려 있습니다.

  
  

역동적 인 조건에서 정확도를 유지하는 능력을 위해 서보 모터.

2. 제어 시스템

• Stepper Motors : 오픈 루프 시스템에서 작동하므로 피드백이 필요하지 않습니다. 이렇게하면 설정이 단순화됩니다. 드라이버를 연결하고 펄스를 보내며 모터가 움직입니다. 그러나 모터가 마구간 또는 건너 뛰면 외부 센서가 추가되지 않으면 시스템은 알 수 없습니다.

• 서보 모터 : 컨트롤러와 피드백 루프를 통합하여 폐쇄 루프 시스템에 의존합니다. 이는 모터가 명령 된 위치와 일치하도록 조정되므로 복잡성을 증가 시키지만 신뢰성을 보장합니다.

  
  

단순성을위한 스테퍼 모터 ; 신뢰성을위한 서보 모터 .

3. 토크 특성

• 스테퍼 모터 : 저속 또는 고정시 (토크를 유지)에서 최대 토크를 제공하므로 3D 프린터 또는 휴식에서 정확한 위치가 중요한 CNC 머신과 같은 응용 프로그램에 이상적입니다. 속도가 증가함에 따라 토크가 크게 감소합니다.

• 서보 모터 : 더 높은 RPM에서 최대 성능으로 더 넓은 속도 범위에서 높은 토크를 제공합니다. 그들은 빠르게 들어 올리고 움직이야하는 로봇 암과 같은 역동적 인 작업에 더 적합합니다.

  
  

저속 보유 용 스텝퍼, 고속 작동 용 서보-응용 프로그램에 따라 다릅니다.

4. 속도 기능

• Stepper Motors : 단계별 특성으로 인해 속도가 제한됩니다. 고속에서는 토크를 잃고 계단을 놓칠 수 있으며, 일반적으로 실질적으로 수백 rpm으로 캡핑됩니다.

• 서보 모터 : 모터 유형에 따라 종종 수천 rpm을 초과하는 고속으로 설계되었습니다. 그들의 피드백 시스템은 이러한 속도에서도 원활한 작동을 보장합니다.

우수한 속도 성능을위한 서보 모터.

5. 비용과 복잡성

• 스테퍼 모터 : 일반적으로 저렴하고 구현하기 쉽습니다. 기본 스테퍼 모터 , 드라이버 및 마이크로 컨트롤러는 최소한의 배선 및 프로그래밍으로 $ 20- $ 50 정도의 비용이들 수 있습니다.

• 서보 모터 : 추가 구성 요소 (피드백 장치, 정교한 컨트롤러)로 인해 더 비쌉니다. 취미 서보의 비용은 $ 10- $ 20이지만 산업용 서보는 수백 또는 수천 달러를 운영 할 수 있습니다.

경제성과 사용 편의성을위한 스테퍼 모터.

6. 전력 효율성

• 스테퍼 모터 : 고정 된 경우에도 코일이 활력을 유지함에 따라 위치를 유지하기 위해 지속적으로 전력을 소비합니다. 이로 인해 정적 응용 분야에서 열 축적 및 비 효율성이 발생할 수 있습니다.

• 서보 모터 : 동적 시나리오에서 더 효율적으로, 하중과 움직임에만 전력을 끌어냅니다. 유휴 상태 일 때는 일반적으로 최소한의 에너지를 사용합니다.

장점과 단점

스테퍼 모터

장점 :

• 간단하고 비용 효율적인 디자인.

• 피드백없이 정확한 포지셔닝에 탁월합니다.

• 저속에서 높은 토크.

• 예측 가능한 저속 환경에서 신뢰할 수 있습니다.

  
  

단점 :

• 높은 RPM에서 제한된 속도 및 토크.

• 피드백없이 손실이 발생하기 쉽습니다.

• 위치를 유지할 때 비효율적 인 전력 사용.

• 계단 진동으로 인해 시끄러울 수 있습니다.

  
  

서보 모터

장점 :

• 피드백을 통한 높은 정확도와 신뢰성.

• 넓은 범위에서 우수한 속도와 토크.

• 변화하는 하중 및 조건에 적응할 수 있습니다.

• 고속에서 조용한 작동.

  
  

단점 :

• 더 복잡하고 비싼 설정.

• 제어 시스템의 튜닝이 필요합니다.

• 피드백 구성 요소가 실패하여 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

• 스테퍼에 비해 정지에서의 토크가 줄어 듭니다.

  
  

실제 응용 프로그램

스피퍼 모터 응용 프로그램

1. 3D 프린터 : Stepper Motors는 인쇄 헤드의 정확한 움직임을 주도하고 플레이트를 건축하여 단계 정확도를 활용하고 토크를 유지합니다.

2. CNC 기계 : 밀링 및 절단 작업에서 공구 위치 제어에 사용됩니다.

3. 카메라 자동 초점 시스템 : 작은 스테퍼는 렌즈 위치를 미세한 단위로 조정합니다.

4. 섬유 기계 : 바느질 또는 뜨개질 기계의 스레드 피드 및 바늘 위치 제어.

서보 모터 애플리케이션

1. 로봇 공학 : 서보 모터는 로봇 암에 조인트를 강화하여 빠르고 정확한 움직임을 제공합니다.

2. 산업 자동화 : 동적 제어 기능을 갖춘 컨베이어 벨트, 어셈블리 라인 및 포장 시스템을 구동합니다.

3. RC 차량 : 취미 서보는 원격 제어 자동차, 비행기 및 보트를 조종합니다.

4. 항공 우주 : 항공기의 플랩 및 러더와 같은 제어 표면을 조정하십시오.

   
   

   
   

스테퍼와 서보 모터를 선택합니다

스테퍼 모터 또는 서보 모터 사용 결정은 프로젝트의 요구 사항에 따라 다릅니다. 다음은 빠른 가이드입니다.

   다음과 같은 경우 스테퍼 모터를 선택하십시오.

• 저 속도로 저렴한 정확한 위치를 필요로합니다.

• 응용 프로그램은 고속 모션이 필요하지 않습니다.

• 단순성과 최소 유지 보수가 우선 순위입니다.

• 예 : DIY 3D 프린터 또는 작은 CNC 라우터.

  
  




다음과 같은 경우 서보 모터를 선택하십시오.

• 고속과 동적 응답이 필요합니다.

• 다양한 하중의 정확도가 중요합니다.

• 예산은보다 복잡한 시스템을 허용합니다.

• 예 : 로봇 팔 또는 산업 컨베이어 시스템.

  
  

실제 사례

사례 연구 1 : 스테퍼 모터를 사용한 3D 프린팅

일반적인 3D 프린터에서 4 개의 스테퍼 모터는 x, y, z 축 및 압출기를 제어합니다. 오픈 루프 시스템은 비용을 낮게 유지하고 단계 정확도는 층이 정확하게 증착되도록합니다. 그러나 노즐 잼이 있으면 모터가 계단을 건너 뛰고 인쇄를 잘못 정렬 할 수 있습니다. 고급 모델에 센서를 추가하여 제한을 극복합니다.

사례 연구 2 : 서보 모터가있는 로봇 암

공장에서 6 축 로봇 암이 사용됩니다 서보 모터 . 각 조인트에 대한 폐쇄 루프 컨트롤을 사용하면 팔이 다양한 무게를 들어 올리고 저항에 맞게 조정하며 고속으로 움직일 수 있습니다. 스테퍼 모터는 속도와 토크 제약으로 인해 효율적으로 처리 할 수 ​​없었습니다.

미래의 트렌드

기술이 발전함에 따라 스테퍼와 서보 모터는 모두 발전을보고 있습니다.

• 하이브리드 시스템 : 일부 최신 시스템은 스테퍼 모터를 인코더와 결합하여 오픈 루프 단순성을 폐쇄 루프 안정성과 혼합합니다.

• 스마트 컨트롤러 : AI 구동 컨트롤러는 서보 성능을 최적화하여 튜닝 시간을 줄입니다.

• 소형화 : 웨어러블과 미세 로보틱스에 사용하기 위해 두 모터 유형이 모두 줄어들고 있습니다.

스테퍼 모터 및 서보 모터는 각각 테이블에 독특한 강점을 가져옵니다. 스테퍼 모터는 간단한 설정으로 저속의 고정밀 작업으로 빛을 발하는 반면 서보 모터는 피드백이 필요한 고속의 적응 가능한 응용 프로그램으로 지배적입니다. 귀하의 선택은 예산, 속도, 정밀 요구 및 시스템 복잡성과 같은 요소에 달려 있습니다. 취미 프로젝트를 구축하든 산업용 기계를 설계하든 이러한 차이를 이해하면 작업에 적합한 도구를 선택할 수 있습니다.

따라서 다음에 모터 구동 프로젝트에 직면 할 때 스스로에게 물어보십시오. 휴식시 단순성과 정밀도가 필요합니까, 아니면 속도와 적응력이 움직이나요? 답은 스테퍼 나 서보와 성공적인 결과를 안내합니다.