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ステッピングモーターの駆動方式とカレントダウン。

ユニポーラタイプの2相ステッピングモーターは、コイルの中間点から各相半分づつしか同時に使用してません。反転時には逆側のコイルを使用。

対して、バイポーラタイプの2相ステッピングモーターは、2つあるコイルをフルに使用、逆回転時には流れる電気の極性を反転させて逆回転にします。

これだけ聞くと、バイポーラタイプのほうが100%モーターを使っているような気がしますが、コイルの特性上、コイルの巻線数が多いほど、モーターの回転数が上がれば上がるほど電気は流れにくくなります。

極低速域~低速域ではユニポーラタイプのモーター、駆動方式に比べバイポーラタイプの方がトルクが有り、また、モーター停止時にモーターの軸を固定しておくホールディングトルクも大きいです。

逆に、ユニポーラタイプの場合、バイポーラタイプに比べ、コイルを半分しか使っていないので電気の流れにくさも少なく、高い回転数まで回すことができます。しかし、ホールディングトルクはバイポーラに比べ少ないです。

私の作成した送りネジ方式のCNCルーターは、あまりホールディングトルクが必要でなく、高回転まで回る方が送り速度を上げることができるのでユニポーラ方式のモーター、ドライバの方が都合が良いです。

私が現在加工用に使用しているCNCルーターでは、ネジのリードが20mmのボールネジを使用しています。
モーターはオリエンタルモーターのPK268-03 56角長さ76mmの物です。

これくらいのネジのリードでも、切削抵抗に負けず脱調しない位のトルクがあるのでもっと小さなリードのネジではこれほどのホールディングトルクは必要ないと思われます。


 ステッピングモーターは定格で使用しているとかなり熱くなります。触れないくらいといえば大げさかもしれませんが、大丈夫か?ってくらい熱くなります。定格の70%程度で使用すればかなり発熱は抑えることはできますが、トルクと最高回転数が犠牲になります。

上で書いたように、モーター停止時のホールディングトルクは目一杯必要ではありません。
また、止まっている時に設定した電流がモロにモーターに掛かってしまうので停止時から、極低速回転時にモーターは熱くなりやすいようです。

そこで、停止している状態のときにモーターに掛かる電流を下げるカレントダウン回路があると、モーターの発熱を抑える事ができるし、無駄な電気を消費しません。

私がたまたま選択したSEC SUZUKI社製の2相ユニポーラドライバと、CNCインターフェース基板にはこのカレントダウン機能(自動)が付いています。また、カレントダウン時の電流量も設定できます。

CNCルーター運用前にCNCに取り付けずステッピングモーターを回していた時にはモーターの加熱はあまり気にはならなかったのですが、運用を始めてから信号用の配線を後からしました^^;

2相ユニポーラ基板単体にも、制御ソフトからの信号でカレントダウンできる端子も付いていますが、Mach3の場合カレントダウン用の出力(CurrentHi/Loだったかな?)一つの信号ですべての軸をカレントダウンするので、(スクリプトを書けばなんとかなるのでしょうか?)すべての軸が止まらないと信号がでません。

私のCNCの運用の仕方ではモータードライバのカレントダウン入力だけでは不十分で、自動カレントダウンの方がステッピングモーター、ドライバICの発熱を抑えることができます。

なので、公開したCNCルーターの図面の作例(まだ書き上げれてませんが、、)には上記のドライバと、CNCインターフェースを使用します。

SECさんが、公開されている回路図を見るとドライバICのREF電圧を操作しているようなので、FETブリッジを使用しているバイポーラタイプのドライバICでも、同様の動作をさせることが可能だと思われます。

海外の自作ステッピングモータードライバの回路図を見ても、カレントダウン回路がついた物を見たことがありません。
オリエンタルモーターなどのモータードライバには自動カレントダウンの機能がついてますし、海外のGekkoDriveのステッピングモータードライバにも、自動カレントダウンがついています。
追記。。

この記事のコメント欄にSECさんの書き込み、動画のURLがあります。
私も書き忘れてましたがSEC製のCNCインターフェース&ステッピングドライバの組み合わせでは1軸の入力がないと(止まっていると)Mach3等でカレントダウン信号を出さなくても自動的に1軸ごとバラバラにカレンドダウンされます。
Mach3のカレントダウン信号を利用すると3軸を一つの信号で制御するので3軸止まらないとカレントダウンされません。。

Mach3のカレントダウン信号を利用するよりも、CNCインターフェース&ステッピングドライバの自動カレントダウンを利用するほうが、モーター、ドライバICの発熱はより低減されます。。。
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カレントダウン

カレントダウンは各軸独立動作します
軸駆動パルスが無く成ったら時限後カレントダウンします
次に駆動パルスがきたら即設定電流に戻ります

動画は各軸動作を順次実行していて
カレントダウン時LEDが点灯している状態です

http://sec589.blog50.fc2.com/blog-entry-39.html

v-8

モーターの冷却

ドライバーのICはFINを付けて風を当てると積極的に冷えます

モーターも積極的に冷やすと可成り違います
リンクの様な物でも凄い違いです
自作可能な物ですね
『モータークーラー

モーターに組み付けて直接冷却するためのファンです。運転デューティーの改善、寿命の延長などの効果があります。』
http://www.orientalmotor.co.jp/option/sonoop/cooler.html

『品名と価格』
殆ど4500円ほどします
趣味での利用はアイデアのみです

Re: モーターの冷却

一番最初に作成したCNCルーターにはジャンク屋さんに売っていた24V駆動のファンを取り付けてました。
下記URLの記事に画像があります。。

http://woodcnc300.blog.fc2.com/blog-entry-6.html

ステッピングモーター、一旦熱くなるとなかなか冷えないので作動初期からの冷却が重要かもです。

小さいステッピングモーターはモーター自体の熱容量が小さいためかすぐに熱くなりますが、大きなサイズに変えてから程々の温度までしか上がらなくなりました。。

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プロフィール

あきらひとし。

Author:あきらひとし。
木工用CNCルーターフレームと、ステッピングモータードライバを作ってみました。
たぶん記事は一般的な人には殆ど必要のない事ばかりなの、かも。

モーターは回るだけでも楽しい。制御(速度、トルク、位置)できるともっと楽しい!

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