ステッピングモーターとは？
ステッピングモーターとは何か、その特徴や仕組みを中心に解説します
ステッピングモーターとは
ステッピングモーター（Stepper Motor）とは、パルス信号（電気のオンオフなど）を1回与えるごとに、決まった角度だけ“カクッ”と回転するタイプのモーターです。普通のブラシ付きDCモーターは電圧をかけるとずっと回転し続けますが、ステッピングモーターは「ステップ角」と呼ばれる一定の角度で細かく回る仕組みになっています。
たとえば1ステップあたり1.8°のモーターの場合、パルスを1つ入力するたびに回転軸が1.8°ずつ回ります。このように、送るパルスの数を数えるだけで回転角度が正確にわかるので、位置決めがとても正確に行えるのが大きな特徴です。
ステッピングモーターの特徴
ステッピングモーターは「パルスモーター」とも呼ばれます。パルス信号をモーターに送るだけで、エンコーダなど追加のセンサーを使わなくても（オープンループ制御）、軸を決めた角度まで回せるからです。そのため、ロボットやプリンター、工作機械など、正確な位置制御が求められる機械に幅広く使われています。
ステッピングモーターの主な長所
- 正確な位置決め
ステップ角が決まっているので、「ステップ数 × ステップ角度」で軸の位置を簡単に計算できます。センサーなしでも、狙った場所にモーターを止めやすいのが大きなメリットです。
- 静止保持トルク
モーターに通電したまま停止させると、外から少し力を加えられても軸が動きにくくなります。工作機械などで“しっかり止めておきたい”ときに役立ちます。
- 低速でもトルクが高い
サーボモーターなどと比べると、ゆっくり回すときや止まっているときでも比較的強いトルク（回す力）を発揮しやすいです。細かい動きや遅い回転が必要な用途に向いています。
- 構造がシンプル
センサーがなくても動かせるオープンループ制御が可能なので、システム構成が簡単になり、コストを抑えやすいです。
ステッピングモーターの主な短所
- 脱調（だっちょう）
指令したパルスの通りにモーターが回りきれず、タイミングがずれてしまう現象です。急に速く回そうとしたり、負荷が大きすぎる場合によく起こり、正しい位置に止まらなくなってしまいます。
- エネルギー効率の低さ
サーボモーターより発熱しやすく、停止時も通電することが多いため、消費電力の面ではやや不利です。
- 高速域トルクの低下
回転が速くなるほどコイルに十分な電流が流れにくくなり、トルクが落ちやすい性質があります。
ステッピングモーター誕生の背景
昔から、磁気ディスク装置（ハードディスク）やプリンターの紙送りなど、位置を正確に制御したい場面がたくさんありました。ステッピングモーターはパルス（デジタル信号）で角度を管理できるので、そうした用途にぴったりでした。その結果、家庭用から業務用まで幅広く普及してきたのです。
今では3Dプリンターやロボットアームなど、身近な機械にも広く使われるようになっています。
ここまでがステッピングモーターの基本的な仕組みと特徴です。次の章では、ステッピングモーターのいろいろなタイプや内部構造について、もう少し詳しく見ていきましょう。
ステッピングモーターの構造と種類
（PM型・VR型・HB型などの各方式や、巻線構成について詳しく解説します）
ステッピングモーターの主な種類
ステッピングモーターには、大きく分けて下記の3つの方式があります。
PM型（Permanent Magnet Type）
ローター（回る部分）に永久磁石を使った方式です。ローターの周囲にN極とS極を交互に配置してあるので、コイルに電流を流すと磁極が引き合ったり反発したりして回転します。
- 長所：構造がシンプルで比較的安価
- 短所：着磁ピッチの関係でステップ角をあまり細かくできず、7.5°〜15°程度になることが多い
VR型（Variable Reluctance Type）
歯車のような鉄心をローターに使って、ローターやステーター（固定子）の歯同士が磁界で引き合うことで回転するタイプです。
- 長所：ステップ角を小さくしやすく、細かい動きが可能
- 短所：PM型よりはトルクが低い傾向
HB型（Hybrid Type）
PM型とVR型を組み合わせた構造で、軸方向に配置された永久磁石と、N極側とS極側で歯がずれた鉄心を利用し、細かいステップ角を実現します。
- 特徴：1.8°/step（1回転200ステップ）や0.9°/stepなどが一般的で、高精度と高トルクを両立しているため、多くのプリンターや産業機器などで幅広く使用されています。
巻線の相数と構成
ステッピングモーターの巻線は、2相がポピュラーですが、3相や5相なども存在します。相数が増えるほど、ステップ角がさらに小さくなって回転が滑らかになる一方で、ドライバ回路が複雑になる傾向があります。
また、巻線のつなぎ方にはユニポーラとバイポーラの2種類があります。
- ユニポーラ：コイルにセンタータップがあり、そこを基準に片側ずつ電流を流す方式。ドライバがシンプル。
- バイポーラ：電流の向きを逆にする回路（Hブリッジ）を使ってコイル全体に電気を流すので、ユニポーラより高トルクを得やすいが、ドライバ回路はやや複雑。
中には8本リードのモーターがあり、配線の仕方を変えるだけでユニポーラ／バイポーラ両方に対応できたり、パラレル接続やシリーズ接続を切り替えられるタイプもあります。
