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ステッピングモーターの配線と駆動方式とドライバ。

ステッピングモーターの中の配線を書いてみました^^;

uni.jpg

ユニポーラタイプの配線です。6芯出ている物です。
1つの相を真ん中に中間タップが出ており、A相→B相→/A相→/B相と順番にコイルを励磁して回転させます。

ユニポーラタイプはバイポーラタイプのドライバでも、使用できます。
配線方法は、中間タップとして出ている線を繋がず、両端の線のみを使用します。
使わない中間タップ線は配線用のビニールテープ等で絶縁しましょう。

また、この絵の中のA相側と中間タップ、B相側と中間タップを使用しバイポーラハーフコイルとしての使用も可能です。

ユニポーラタイプはモーターのコイルを一度に半分づつしか使用しませんが、トルクはバイポーラ接続時の半分しか無いわけではありません。
高回転向き。。

bai-siri.jpg

バイポーラシリアル接続です。4芯の物です。
このタイプは基本的にバイポーラ接続しかできません。
ユニポーラタイプに比べトルクがありますが、ユニポーラタイプに比べ高回転まで回りません。


bai-pala.jpg

バイポーラパラレル接続です。8芯の物です。
とはいえど、8芯のものなぞ最近は見当たりません。
ので、私は6芯ユニポーラタイプのステッピングモーターを分解し、改造して8芯にしてます。
改造出来るものと、できないものがあると思います。。

トルクはバイポーラ並、最高回転数はユニポーラに近いところまで、回ります。
抵抗値が低くなってしまうので、電流が流れやすく、結構簡単にモーターが暖かくなります。


ステッピングモーターのトルクはモーターに流れる電流値に比例します。
以前の記事、オシロスコープにて、モーターに掛かる電流量を計測したものを見ると、回転数が上がるとモーターに流れる電流量が少なくなり、波形も小さくなります。

高回転では電流が流れない事をいいことに、以前の記事にて、42角のモーターを結構な回転数で回してます。
電流が流れないのであれだけ速く回しても、モーター自体は余り発熱しません。。
もちろん、電流が流れないので、トルクは全然ありませんが。。

どのタイプのステッピングモーター、ドライバを使用しても、励磁停止時、極低速、低速時には結構な電流が流れるのでモーターは発熱しやすいです。
また、モーターが一旦熱くなると、なかなか温度が下がらないので極低速状態にての使用が多い場合はヒートシンクやファンをモーターにつけて、最初から冷却しておくことをおすすめします。

また、モーター駆動用のパルス信号を使用し、モーターが止まっている時のみ、モーターに掛かる電流量を下げる(カレントダウン)すると、モーターの発熱を抑えることができます。
SECさん2相ドライバと、CNCインターフェース基板を使用すると、カレントダウンが使えます。もちろん、モーター停止時に流れる電流量も、可変抵抗により、設定できます。。

Mach3でも、Enable信号を使用しモーター停止時にモーターに流れる電流を止める事ができますが、モーター自体のトルクはなくなります。また、3軸とも止まった状態でないと、電流が止まりません。

ステッピングモーターを使用したCNCマシンを運用していると、結構モーターが発熱します。
カレントダウンがあるのと無いのでは、かなりモーターの温度が違います。


私が作るステッピングモータードライバはステッピングモータードライバICを利用しています。
ステッピングモータードライバICは、最近のものであれば、定電流回路が組み込まれており、ドライバにて、電流量を下げる事ができます。
もちろんSECさんの2相ドライバも、電流量は下げる事ができます。

Reprapでよく使われるA4988バイポーラステッピングモータードライバICは割りと絶対定格電流量ギリギリのところで使われています。
モータードライバIC内のFETブリッジのFET自体、余り高温には強くないようなので、絶対定格の大きいドライバICを利用したモータードライバを使ったほうが良いように思います。。


基本的にはステッピングモーターはあまり高速回転には向きません。
用途にもよりますが、低速トルクが大きいので、大きいネジピッチ(10mmとか)のボールねじあたりがステッピングモーターの特性と、送り精度を両立するのには一番適しているのではないのかな?と思います。


ステッピングモーターと、ドライバの選定は結構難しいです。
正確な必要トルクが計れない状態だと、自分の基準となるステッピングモーターとドライバを持ち、スペックシートなり何なりで数値を確認、もっとトルクが欲しいとか、もっと高回転が欲しいとかで、選ぶしかなさそうです。。。。。

私が作ってみた寸切りボルトを利用したCNCルーターでは、0.6N・m程度のトルクを目安として必要な最高回転数がこのトルク以上になるように選定しました。
ねじのピッチと、ネジのフリクションロスにもよりますので、一概には言えない数値ですが、参考までに。。。









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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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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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