サーボモーターとステッピングモーターの違い

サーボモーターとステッピングモーターはいずれも一般的な電気駆動部品であり、位置、速度、トルクの正確な制御に使用されます。構造、動作原理、性能特性において根本的な違いがあります。
I. 動作原理と構造
サーボモーター：
構造：モータ本体（通常は永久磁石同期モーター）、高精度の位置センサー（エンコーダなど）、およびドライブコントローラーから構成され、クローズドループシステムを形成します。
動作原理：ドライバはコントローラからパルス列および方向信号を受信し、モータの回転を駆動します。モータ軸の後端にあるエンコーダがリアルタイムでローターの位置および速度を検出し、その信号をドライバにフィードバックします。ドライバはフィードバック信号と指令信号を比較して誤差を計算し、この誤差を解消するように出力を調整します。
ステッピングモーター：
構造：モータ本体（ステータに多相巻線を持ち、ローターは永久磁石または反応式コア）とオープンループドライバで構成されています。
動作原理：ドライバがパルス信号を受信し、モータ各相の巻線を順次通電することで、ローターを一定角度（ステップ角）ずつ段階的に回転させます。その動作は位置フィードバックに依存せず、オープンループ制御です。
II. 制御方法
サーボモーター：クローズドループ制御が採用されています。システムは継続的にフィードバックを受け取り、リアルタイムで補正を行うため、出力が指令と一致した状態を保証します。
ステッピングモーター：オープンループ制御を採用しています。システムが指令を発行した後は、モーターが正確に実行されたものと見なすため、フィードバックによる検証機構はありません。
III. 性能特性の比較
トルク特性：
サーボモーター：定トルク出力特性を持ち、定格回転速度範囲内では定格トルクを出力できます。また、過負荷能力もあり、短時間であれば通常2〜3倍の定格トルクを出力可能です。
ステッピングモーター：回転速度の上昇に伴い、出力トルクは急激に低下します。過負荷能力がなく、負荷トルクがモーターの最大保持トルクを超えると脱調を起こします。
回転速度範囲および安定性：
サーボモーター：低速でスムーズに動作し、高速域での性能が優れており、速度調整範囲が広く、最大で1:5000以上に達します。
ステッピングモーター：低速時に振動が発生しやすく、高速になるとトルクが急速に低下し、有効な運転速度範囲が比較的狭くなります。
精度と誤差：
サーボモーター：その精度はエンコーダの分解能に依存します。システム誤差（指令値とフィードバック値との差）は一時的なもので、クローズドループシステムによりリアルタイムで補正されます。累積誤差は発生しません。
ステッピングモーター：精度はモーターのステップ角に依存します。累積誤差が存在し、つまり各ステップごとの誤差が徐々に蓄積されます。過負荷時にはモーターが同期を失い、位置ズレが生じます。
応答性能：
サーボモーター：応答性が高く、加速性能に優れ、迅速な起動・停止や動的負荷変動を要する用途に適しています。
ステッピングモーター：応答が遅く、高速起動性能が低く、加速時間も長い。
振動と騒音：
サーボモーター：低速時でも滑らかに運転され、騒音が少ない。
ステッピングモーター：固有の振動および騒音問題があり、共振点付近で特に顕著になる。
IV. 利用シーン
サーボモーター：高精度、高速、高ダイナミックレスポンス、トルク過負荷を必要とする用途に適している。例としては産業用ロボット、CNC工作機械、高機能自動化装置、航空宇宙分野などがある。
ステッピングモーター：コストに敏感な用途や中・低速度、安定した負荷、滑らかさの要求が低く、オープンループ制御が適用される場面に適している。例としては3Dプリンター、卓上型CNC工作機械、スキャナー、オートメーションオフィス機器などがある。
V. コストと複雑さ
サーボモーター：システムが複雑（モーター、高分解能エンコーダー、高度なドライバーを含む）であり、コストが高い。
ステッピングモーター：システムがシンプルで、コストが低く、設置およびデバッグが容易である。
選択は、性能、精度、動的応答およびコストに関する特定のアプリケーションの全体的な要件によって異なります。