ステッピングモーター

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ステッピングモーター(Stepper motor)は、ドライバを介して直流のパルス電圧を印加して駆動するモーターである。したがってパルスモーター(Pulse motor)ともいわれる。簡単な回路構成で、正確な位置決め制御を実現できるので、装置の位置決めを行う場合などによく使われる。

• 運動量が駆動パルスの数に比例する。
• デジタル制御回路との相性が良い。
• フィードバック回路の必要性がない（開ループ制御）。
• エネルギー効率が低い。
• 負荷が大きすぎたり、パルス周波数が高すぎると同期外れで誤動作につながる。この状態を「脱調」と呼び、加減速シーケンスを用いると改善することがある。

Permanent Magnet Type （PM型：永久磁石形）

回転子として、円周上にNSNS…と交互に着磁した磁性体を使用する。安価であるが、着磁間隔を細かくすることに限界があるので、ステップ角度は小さくできない。

Variable Reluctance Type （VR型：歯車状鉄心形）

回転子として、歯車状の鉄心を使用する。ステップ角度を小さくできるが、トルクがやや低い。

Hybrid Type （HB型：複合形）

PM型とVR型の特徴を併せ持った構造である。PM型の場合は円周方向に着磁するが、HB型では軸方向に着磁した磁石を使用し、磁極側を二枚の歯車状鉄心で挟み込む。この時、N極側とS極側の歯の凸凹が逆になるようにする。

ステッピングモーターは、固定子に複数の巻線を用意しておき、電流を流す巻線を切り替えることによって動作させる。巻線構成としては二相（二組の巻線）のものが一般的であるが、三相、五相といったものもある。

PM型の簡略化したモデルを例にとって、動作原理を説明する。

1. 巻線Aに電流を流すと、固定子と回転子のN・Sが引き合った状態になる。
2. 巻線Bにも電流を流すと、両方の固定子が磁化して回転子を引きつけるので、力が釣り合うように45°回転する。
3. 巻線Aの電流を切ると、さらに45°回転する。
4. 巻線Aに先程と逆方向の電流を流すと、さらに45°回転する。
5. 巻線Bの電流を切ると、さらに45°回転する。
6. 巻線Bに先程と逆方向の電流を流すと、さらに45°回転する。
7. 巻線Aの電流を切ると、さらに45°回転する。
8. 巻線Aに最初と同じ方向の電流を流すと、さらに45°回転する。

以上のように、ステップ1から8を繰り返すことによって、一定の方向に回転する。

ステッピングモーターの動作原理

ステップ	端子1 巻き線A	端子2 巻き線A	端子1 巻き線B	端子2 巻き線B	画像
ステップ1	+Vcc	-Vcc
ステップ2	+Vcc	-Vcc	+Vcc	-Vcc
ステップ3			+Vcc	-Vcc
ステップ4	-Vcc	+Vcc	+Vcc	-Vcc
ステップ5	-Vcc	+Vcc
ステップ6	-Vcc	+Vcc	-Vcc	+Vcc
ステップ7			-Vcc	+Vcc
ステップ8	+Vcc	-Vcc	-Vcc	+Vcc

ステッピングモーターは、巻線への電流の与え方を変えることにより、特性を変えることができる。二相型のモーターについて以下に述べる。

一相励磁

常に巻線一相のみに電流を流す。位置決め精度は良いが、減衰運動が残りやすい。

二相励磁

二相に電流を流す。一相励磁の約2倍の出力トルクが得られる。

一-二相励磁

一相と二相を交互に切り替えて電流を流す。一相励磁・二相励磁の場合のステップ角度の半分にすることができるので、滑らかな回転を得られる。前のセクションの説明図では、一-二相励磁を使っている。

マイクロステップ駆動(バーニア駆動)

巻線への電流を単純なON/OFFではなく、二つの巻線の電流比率を細かく変えていくことで、より細かいステップ角度を得る手法。

一般的な回転形のモーターの他に、直進形のモーター（リニアステッピング）も存在する。

産業用途

• 産業用ロボット
  • 垂直多関節ロボット
  • 水平多関節ロボット
  • 直交ロボット
  • 溶接ロボット

コンピューター用途

古い磁気ディスク装置等のヘッド移動用トラッキングモーター

現在の製品はリニアモーターを埋め込みサーボで制御している。

一般家庭用途

• 時計#アナログ式

航空機用途

• フライ・バイ・ワイヤ

自動車用途

• ドライブ・バイ・ワイヤ
• NAVi5

自動車用計器

自動車や二輪車の計器に使用されることがあるが、これは正確さよりも演出を狙ったものである。

デジタルカメラ

レンズの移動に主にステッピングモーターが使用されている。ただし、携帯電話内蔵カメラのような小型のカメラモジュールではサイズの関係からリニアモーターが採用されていることも多い。

パチンコ、パチスロ・スロット

回転軸を指定された角度で停止させることが可能なことから、パチンコ、パチスロ機やスロットマシンのリールに使用されている。

• サーボモータ
• リラクタンスモータ
• コアレスモータ
• 誘導電動機
• 同期電動機

ウィキメディア・コモンズには、ステッピングモーターに関連するメディアがあります。

• Stepper Motors
• Stepper Motor Basics
• Stepper Motor System Selection Guide
• Control of Stepping Motors - A Tutorial – Douglas W. Jones, アイオワ大学
• Stepper Motor Drivers: RMS vs Peak Current
• Uni-polar versus Bi-polar
• Finding the different ways a stepper motor can be wired
• Animation of a stepping Motor
• Stepper Motor Disassembled
• Stepper Motor acceleration algorithm

表 話 編 歴 電動機（電気モータ）
AC - 交流 DC - 直流 PM - 磁石 SC - 整流子
基本型	交流電動機（ACモータ） 直流電動機（DCモータ）
DCモータ	単極電動機 直流整流子電動機 ユニポーラモーター（英語版）
AC SC 機械 整流子	反発電動機（英語版） 交流整流子電動機
AC SC 電気 整流子	無整流子電動機(BLDC) スイッチトリラクタンスモータ(SRM)
AC 誘導電動機 (induction (IM))	隈取磁極型誘導電動機 Dahlander pole changingモータ（英語版） 誘導電動機(SCIM) Wound rotor モータ（英語版）(WRIM) リニア誘導モータ（英語版） かご形三相誘導電動機 巻線形三相誘導電動機 単相誘導電動機
AC 同期電動機(SM)	同期電動機 永久磁石同期電動機(IPMSM / SPMSM) リラクタンスモータ(SyRM) 同期電動機(WRSM)
Special magnetic machines	二次励磁電機（英語版） リニアモーター サーボモータ ステッピングモーター 主電動機 ボイスコイルモーター
非磁性	静電モーター 超音波モータ
Enclosure Type	Hermetic seal（英語版） TEFC（英語版）
コンポーネントおよび アクセサリー	電機子 制動チョッパ（英語版） ブラシ（電動）（英語版） 整流子 直流制動（英語版） 界磁コイル（英語版） 回転子 スリップリング 固定子 コイル
モーター制御器（英語版）	AC/ACコンバータ（英語版） アンプリダイン（英語版） 可変速ドライブ（英語版） (ASD) サイクロコンバータ（英語版） 直接トルク制御（英語版）(DTC) Metadyne（英語版） モーター制御器（英語版） モーターソフトスターター（英語版） セルモーター インバータ サイリスタ位相制御 可変電圧可変周波数制御(VFD) ベクトル制御（英語版） 電圧コントローラ（英語版） Ward Leonard control（英語版）
歴史, 教育, レクリエーション利用	電動機の歴史（英語版） ボールベアリングモータ バーロー・ホイール リンチモータ（英語版） メンドシノモータ（英語版） マウスミルモータ（英語版）
未来的、, 実験的	コイルガン レールガン 超伝導機（英語版）
関連トピック	Blocked rotor test（英語版） 円線図（英語版） 制御理論 電磁気学 Open-circuit test（英語版） 開ループ制御 パワーウェイトレシオ 二相交流
人物	フランソワ・アラゴ ピーター・バーロー サミュエル・ハンター・クリスティ マイケル・ファラデー ゼノブ・グラム ジョセフ・ヘンリー イェドリク・アーニョシュ ハインリヒ・レンツ ジェームズ・クラーク・マクスウェル ハンス・クリスティアン・エルステッド ヒポライト・ピクシー ヴェルナー・フォン・ジーメンス フランク・スプレイグ ウィリアム・スタージャン ニコラ・テスラ
関連項目	オルタネーター 発電機 インチワームモータ（英語版）
電磁気学のSI単位	C - 静電容量 (F) Q - 電荷 (C) G, B, Y - コンダクタンス、サセプタンス、アドミタンス (S) κ, γ, σ - 誘電率 (S/m) I - 電流 (A) D - 電束密度 (C/m2) E - 電界 (V/m) ΦE - 電束 (V·m) χe - 電気感受率 U, ΔV, Δφ; E - 起電力 (V) L, M - インダクタンス (H) H - 磁界強度 (A/m) Φ - 磁束 (Wb) B - 磁束密度 (T) χ - 磁化率 μ - 透磁率 (H/m) ε - 誘電率 (F/m) P - 電力 (W) R, X, Z - 抵抗、リアクタンス、インピーダンス (Ω) ρ - 電気抵抗率 (Ω·m)
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