モータードライバとは？仕組みと種類、2相・5相とクローズドループの選び方

モータードライバとは

モータードライバは、ステッピングモータやブラシレスDCモータを動かすための装置です。ステッピングモータドライバ・ステップモータドライバ・モータドライバーとも書きます。

• PLCやモーションコントローラが、パルスや通信で「どれだけ・どの速さで」回すかを指令します
• ドライバは、その指令どおりにモータのコイルに流す電流を順に切り替えます
• 多摩川精機の解説では、コイルの電流を切り替えた瞬間に回転子が一定の角度だけ回り、この切り替えがドライバの仕事だと説明しています

仕組み

ステッピングモータは、パルスの数で回る角度が、パルスの速さで回る速さが決まります。だからエンコーダが無くても、パルスの数を数えるだけで位置決めができます（オープンループ制御）。止まっている間も電流を流して、その位置を保ちます。

種類と違い

パルス列で動かす1軸のドライバ

いちばん多い形です。コントローラが出すパルス列を受けて、モータ1台を動かします。DC24Vの小さな型から、AC100Vで動く型まであります。

クローズドループのステッピング

モータに付けたエンコーダから位置をドライバに返し、ずれを直しながら回します。負荷が急に重くなっても脱調しません。サーボモータのような細かい調整がいらないのも特長です。

多軸一体・ネットワークのドライバ

2軸・4軸ぶんのドライバを1台にまとめた形です。EtherCATやMotionnetでつなぐ型と、研究用のラック型・ドライバボックスがあります。

ブラシレスDCモータのドライバ

ブラシレスDCモータを、決めた速さで回し続けるドライバです。速さはアナログの電圧などで指令します。位置決めより、回す軸の速さを変えるのに使います。

2相と5相の違い

• 2相：基本ステップ角は1.8°（1回転200分割）⁠で⁠⁠⁠⁠す
• 5相：基本ステップ角は0.72°（1回転500分割）で⁠、なめらかで振動が小さく回ります
• ドライバはモータの相に合うものを選びます。2相用と5相用は別の製品です

マイクロステップと脱調

• マイクロステップ：1ステップの角度を、ドライバの電流の制御で細かく分けて回す方式です。細かく分けるほど、なめらかに静かに回ります
• 脱調：負荷が重すぎたり、急に速くしたりして、モータがパルスに付いてこられずに位置がずれることです。エンコーダが無いので、ずれたことに気づけません。困る軸はクローズドループの型にします

選ぶときに見るところ⁠（選定）

• モータの相と電流：2相か5相か、モータの定格の電流に合うドライバを選びます
• 指令の入れ方：パルス列（1パルス・2パルス）、RS-485、EtherCAT、Motionnetなど、上のコントローラに合わせます
• 電源：DC24Vの型は小さく軽く、AC電源の型は高い速さまで回しやすくなります
• 分解能（分割数）：なめらかさが要る軸ほど細かく分けられる型を選びます
• 軸数：軸の多い装置なら、何軸かを1台にまとめたドライバで配線を減らせます

サーボモータとの違い

ステッピングモータはフィードバックのセンサがいらないので、駆動のしくみが簡単で、サーボモータより値段を抑えられます。サーボモータはエンコーダで位置と速さを返し続けるので、速く、負荷が変わっても正確に動かせます。サーボアンプはサーボモータの比較に載せています。

値段の見方

モータードライバの値段を公式サイトに出しているメーカーは少なく、今回の比較では、研究用の多軸の箱を作るツジ電子と神津精機の2社だけでした。ほかは、モータの相・電流・軸数・指令の入れ方を伝えて見積もりを取ります。モータとセットで買うか、ケーブルを付けるかでも金額が変わります。