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17PM-K044-AKZを回す。

17PM-K044-AKZを回してみます。

条件は、
17PM-K044-AKZを8芯に改造、モーター外部にて、バイポーラパラレル接続。
PC インテルD2700MUD
パルス発生器 パラレル・ポートからの信号をロジックバッファICをかましてドライバへ
ドライバ 三洋半導体製LV8727 1/8マイクロステップおよびハーフステップ。
最大設定電流 秋月の参考資料にある定格?0.9Aに√2を掛けた1.27A
駆動電圧 24V
使用ソフト、LinuxCNCのStepConfigWizard

です。

はじめに、最大回転数を調べました。
ステップコンフィグウィザードの設定で1回転1mmとしてあるので、mmをrに読み替えることができます。
時間単位は秒なので、60倍すると、RPMになります。

1/8マイクロステップ設定にて約36mm/Sにて回転。
36x60で、2160RPM
パラレル・ポートでの最大パルス数に達したのか、設定内の上限スピードいっぱい。

なので、ハーフステップに変更しての計測。
こちらでも、約、36mm/Sが最大値で、それ以上は脱調してしまいます。

ちなみに加速度は1mm/S2とか、2mm/S2とかです。

ドライバICの駆動能力の問題かもしれませんが、無負荷(正確にはプーリー付き)での繰り返しで脱調しない最大回転数は2160rpmとします。

当たり前ですが、この回転数でプーリーを押さえると、簡単に脱調してしまいます。。

次にトルクを調べます。

正確なトルクを測る手段を持ち合わせていないので、カレントセンストランスにて、モーター出力電流を計測。

ステッピングモーターは高回転になるほど電流が流れにくくなりトルクが減少してしまうので、初期設定の1.27Aを維持できる最高回転数を調べました。
回転させているだけで電流量が減少してしまう高回転域では、それ以上、電流が流れない(流れにくい)とゆうことと判断しました。

モーター出力電流が初期設定を維持できるのは約16mm/S。
16x60で、960rpm

です。

この状態で、プーリーを指で押さえても脱調しません。
モーターのホールディングトルクが小さいので低回転時にプーリー外周を指でぎゅっと掴めば脱調してしまいます。大体、上記の回転数で同じくらいのトルクを維持していると判断しました。。



パイポーラシリアル配線とします。

無負荷最高回転数を試してみましたが、上記のパラレル接続と同じだけ回りました。
ドライバ内部のFETの具合なのかもしれません。。


パラレル接続と同じようにトルクをモーター出力電流値から、、と思い低回転時のと、見てみましたが、極低回転時は設定電流まで流れず、回転数を上げるに連れ電流量が増え、それを維持、その減少していきます。
ステッピングモーターのトルク、スピード曲線とほぼ同じような感じです。
ただ、モーターに流れる電流値が減少しても、それ以上電流が流れにくくなるわけではないようで、負荷を掛けると(指で抑えると)モーター電流値が増えます。

トルクを測る物がないので、正確には計測出来ませんが、パラレル接続時に指で抑えても止まらなかった回転数で脱調してしまいます。

無負荷にての最大電流値は6mm/sでした。
単純な憶測でしかありませんが、ピークトルクは
6x60で、360rpm程度だと憶測します。

この回転数ではプーリー外周を掴めば脱調してしまいますが、指で押さえる程度では脱調しません。

バイポーラシリアル接続はパラレル接続時よりインダクタンスが高いのでよりコイルの特性が、モータ本来の特性が強く出ていると思います。

このモーターを素のままのバイポーラシリアル接続にて使用すると、この回転数を中心に使う駆動方法が適していると思われます。


指で押さえる
osaeru.jpg


指でつかむ
tukamu.jpg
指で付いているプーリーを掴むとレーバ比??によって、通常軸だけを掴むのより強い力が軸へ掛かります。


下記は妄想の羅列です。。

秋月電子とか、その他で取り扱っている中華なステッピングモーター、抵抗値が大きく、多分、インダクタンスも高いはず。
と、なると、コイルとしての特性が大きくなり、ピークトルクがあり、モーターとしては扱いづらい物なはず。
私が中華ステッピングモーターを上手く回せないのはこのような事なのかしらん?と。。。。
一定の回転数での位置決めであれば、一定回転数のところにピークトルクを持ってきたモーターが都合が良いけれども、CNC駆動用のモーターはどちらかといえばフラットな特性のほうが扱いやすいので、、、、。。
確かに、定電流制御していないドライバを使用すると、抵抗値が大きいほうが都合がよいのですが、私のようにドライバICのチョッピングによる定電流制御ができる駆動方法では、低い抵抗値のモーターでも、電流量を抑える事ができるので、今回の17PM-K044のようなモーターの方が扱いやすく、また、脱調しない安全に駆動できる回転数が広いので、都合がよいです。。
もちろん、モーターに合わせた使い方をすれば、高抵抗、高インダクタンスなモーターも有用だと思います。
逆に言えばArduinoにて、HブリッジICやトランジスタアレイを使用したステッピングモータードライブ回路だと、低抵抗のステッピングモーターを使用すると、電流流れすぎになってしまいます。。



開いて中を見る。
akistepperr.jpg

左が今回のもの、右が以前購入の中華ステッパー。

akistepper.jpg


画像ではよく解らないかも知れませんが明らかに電線の太さが違います。
太ければ良いわけでなないのですが、太いと流せる電流量が大きいはず。。
ステッピングモーターのトルクは電流ですので。。。

右のステッピングモーターでは、コイル直に配線が接続されていて、8芯への改造は困難です。
左側は日本製ではないにしろ、日本のメーカー製なので、、、、、、。。。


買いかどうかは用途によりけり、です。
上記のようなテストとか、ステッピングモーターを触ってみる、特性を感じてみるってゆう実験用用途用としては、8芯に改造できるとゆうユニポーラでも、バイポーラシリアルパラレル各種配線方法が可能と云う意味で買いだと思います。

小型CNCマシンの構築用には???です。あと10mm長さが長ければ、、って感じですが、ものは考えようで、各軸2つづつ使用したり、、、とか、よっぽど軽く動くようにとか、、、、、、妄想が尽きません。。。。。
とにかく、トルクが、、って感じです。

試作基板切削用にmakeyourbot!Mantis 9.1 CNC Millをもうちょっと小さくしたような100mmx100mm程度の加工寸法の加工範囲の機械でもしたててみようかな?って気になってます。。各軸モーター2つづつで^^;









ここまでしないと、ステッピングモーターの選択方法が解らない私は、、、。^^;












そーいえば、秋月の隣?だったっけ?千石電商さんって。
おんなじくらいのトルクのモーターの値段を考えると確実に、「買い!」






2013/4/27追記。

ステッピングモーターのコイルって、3A流せる電線で巻けるだけ巻いてみて、抵抗値を測り、電圧を計算し、特性を計測して、、、、、って開発方法じゃ、ないですよねぇ。。。

中のコイルの具合みてみると、、、、、、、、、そんな事を思ってしまう。
多少の微調整はあるにしろ、、、ねぇ。。

モーターメーカーさん?ホントのところ、どうなんですか???
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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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特注モーター

30歳頃
工業用のXYプロッターの調整をしましたが
高速で動作するのにコイルを市販より太い物で巻いて
抵抗値とインダクタンスを小さくした物を特注していました

ドライバーもトランジスタで結構破裂していました

動くと凄いスピードに成っていましたので
大切なファクターなんですね

Re: 特注モーター

なるほど、貴重な経験談ありがとうございます。

今回はカラ回しの、ですが、実際にCNCマシンに取り付けて回してみると、モータードライバにはもっと負荷がかかることは想像してます。

大きな電流の高速変動、この程のことなら今のモータードライバICは熱くもなりません。が、ヒートシンクは必要ですよね(^^)

問題となるのはやはり電源周りのコンデンサ。
バイポーラパラレルの為に、容量と質を選ばなければなりませんね。。

No title

>1/8マイクロステップ設定にて約36mm/Sにて回転。
>36x60で、2160RPM

1/1マイクロステップ設定で2160RPMになるかテストしてみてください。

最大回転数は、270RPMに近い値になると思います。

1/16マイクロステップ設定なら、4320RPMになります。

最大回転数で誤解しやすことは書かないでください。



Re: No title

> >1/8マイクロステップ設定にて約36mm/Sにて回転。
> >36x60で、2160RPM
>
> 1/1マイクロステップ設定で2160RPMになるかテストしてみてください。
>
> 最大回転数は、270RPMに近い値になると思います。
>
> 1/16マイクロステップ設定なら、4320RPMになります。
>
> 最大回転数で誤解しやすことは書かないでください。


ご指摘有り難うございます。


データシート
http://akizukidenshi.com/download/ds/akizuki/17pm_k044_akz_a.pdf
http://www.eminebea.com/jp/product/rotary/steppingmotor/hybrid/standard/17pm-k.shtml

モーターのデータシートはご確認されましたでしょうか?

また、記事中の上半分の記述は、8芯に改造、コイルをバイポーラパラレル接続としてドライバに入力
ステッピングモータードライバは、定電流制御のLV8727を使用致しました。
ので、上半分は、データシートとは少々トルクの出方が違います。



データシートによると、通常の定電流制御にて、このモーターで高トルクが維持出来る周波数が1000Hzと有ります。
1回転200パルスのモーターですので、

1000Hz ÷ 200パルス = 5回転毎秒となります。
RPS(回転毎秒)で、RPM(回転毎分)に直すと、
5回転毎秒 × 60秒 = 300RPM(回転毎分)となります。

データシート上、300RPM(回転毎分)位まではこのモーターの最大トルク近辺を維持しながら回す事が可能なはずです。

それ以上は、だんだんとトルクが落ちていき、10000Hz近辺

10000Hz ÷ 200パルス = 50回転毎秒

→ RPMに変換 50RPS(回転毎秒)× 60秒 = 3000RPM(回転毎分)

程度までの回転となるようです。

記事上、ステッピングモータードライバICのマイクロステップ設定のみの設定変更のように受け取られたかもしれませんが、きちんと使ったNCコントローラー側のマイクロステップ分割数も合わせての実験です。

私は通常、NCコントロール用として、滑らかにステッピングモーターを回したいので、NCコントローラー側の出力可能な周波数上限値を加味して、割と高マイクロステップを使用しています。

上記のようにマイクロステップを使用すると2相励磁時よりも回転が滑らかに回るようになるので、経験上の事ですが、高い回転数まであげることが出来るように思います。

また、この記事内では、ステッピングモータードライバICに印加した電圧は24Vです。

ステッピングモーターに限りませんが、モーターに掛かる電流はトルクで、高回転に成ればなるほどモーターに掛かる電流は下がっていきます。ここで、モーターに印加する電圧で、モーターに掛かる電流を押し込むイメージで、高い電圧を印加すれば(ドライバICの耐圧等限度はある)高回転まで回すことができます。

また、定電圧制御では、印加する電流量を制御できないので、24Vもの電圧を掛けることができません。


実際に実験をされたご様子なので、後学の為にその実験の印加電圧と、設定電流、パルス発生器等々、実験の条件をお教えいただけるととても有り難いです。

また、返信時にメールアドレス等を記載いただければなお有り難く思います。


記述の仕方が悪く、誤解を招いてしまい申し訳ありません。
マイクロステップの設定は、パルスジェネレーター側とステッピングモータードライバ側はきちんと合わせてあるので、
約36mm/Sは、そのまま約36mm/Sです。

コレは1/16マイクロステップでも約36mm/Sです。


お申し出があれば、この記事は間違いとして削除させていただきます。


宜しくお願い致します。




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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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