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ステッピングモーターの安定作動の為に本を読む。

ステッピングモーターは安価なCNCマシンにとって、性能を大きく左右する部品です。
作動トルク、作動スピードによって、そのマシンの効率が決まってしまいます。


モーター単体では、電源を繋いだだけでは回転せず、駆動させるにはドライバと呼ばれる電子回路が必要です。

モーター自体の性能も大事ですが、ドライバ回路の具合で回転数やトルクが変わってきてしまいます。

の、で、ドライバICを色々触ってます。

ステッピングモーターの駆動に関しての記述はICメーカーのデータシートに詳しく書かれてますが、平たく解説している書籍等はなかなか見つけられません。

ステッピングモーターのコントローラー部分の記述が大半で、高速作動の根本となるパワー段(高速で、大電流をスイッチング)の記述は結局のところスイッチング電源とかのMOSFET回路と同じようになるようです。

今回は、パワーMOS FET活用の基礎と実際―実験で学ぶ高速パワー・スイッチングのノウハウ (パワー・エレクトロニクス・シリーズ)稲葉 保著CQ出版を読んでみました。

モーター駆動のパワー段は、入力する信号自体はデジタルなのですが、ただ単にフルHブリッジとかにデジタル信号を入力しても、綺麗な波形の電流がモーターに流れるわけで無いようです。
モーター、コイルの類にはインダクタンスや、逆起電力なるものがあり、一筋縄ではいかないようです。

モーターの大きさによりインダクタンスと逆起電力の具合で、設定駆動電圧以上(供給電圧以上)の電圧がモータードライバICに掛かってしまう場合もあるようです。



安価なステッピングモータードライバIC、TB6560AHQは、インターネット上を検索すると、結構な数の回路図が出てきます。
アプリケーションノートや、データシートに載っている回路図では、大きなモーターを回すと逆起電力、インダクタンスの影響により、モーター電源が乱れ、高速で回転しづらいです。

この高回転まで回らない、とゆう問題を何とかするために外部フライバックダイオードとして容量の大きなファストリカバリーダイオードを追加した回路も時々みます。

東芝さんの見解では、TB6560内部にフライバック対策用寄生ダイオードがあるので外部フライバックダイオードは不要なのだそうですが、ICの仕様規定値内であれば外部フライバックダイオードを使用しても問題ないとのこと。。
ただ、その時はモーター電源にリンギング等が発生することがあるので、電圧に注意するように、と。


明らかに、外部にフライバックダイオードを取り付けた時のほうが回るので、どう言う原理?と思ってましたが、今回この本の中の記述に「ボディダイオードは逆回復時間が遅い」とゆう記述があり多少理解?しました。

本の内容的にはFETのボディダイオード保護用のフライバックダイオードの追加とゆう形の記述で、ファストリカバリダイオードと、ショットキーバリアダイオードを追加してます。
ボディダイオードを使わない仕様での記載なので、ドライバICへの追加フライバックダイオードとはちょっと違いますけど。。


FETの寄生ダイオードの容量が小さいわけではなく、高速回復能力が足らないのでそれを補強する形での追加のようです。
高速で回る大きなステッピングモーターが発生させる逆起電力を逃すにはちょっとTB6560内の寄生フライバックダイオードでは、反応が遅いのかもしれません。。



また、この本のにはPWMに関する記述も。。

参考になります。。



結局のところ、モータードライバICを使ったステッピングモータードライバ回路を作るとなると、単体のパワーMOSFETを使って作る位の知識が必要で、デジタルで制御するといっても、結局はアナログ的な各種電圧、電流の計測、対策が必要なことがよくわかりました。。

ステッピングモータードライバICを使えば割りとお手軽にステッピングモーターを回す事はできますが、上手に回すとなると、、、、、、結構難しいです。。

モーターメーカーの高機能なステッピングモータードライバの場合、各種保護、保証回路があると思うのですが、自作系ステッピングモータードライバの場合、作動に関しては自己責任なので、使う側の知識も必要に。。



とうとう、こんな専門書を読むまでになってしまったorz....



でも、一応自作系なので、作るからにはそれなりの性能を確保したいと。。。

一応性能保証、作動保証の効いたモーターメーカー製のドライバを買えば済む事なのですが、故障等トラブルが起きた時に即座に対応出来るだけの技術も蓄積しておきたいので。。


自作系はどんなことが起きようとも自己責任なので自分自身の能力を高めておかないと、、、、、。。

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テーマ : 自作・改造
ジャンル : コンピュータ

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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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