STMicroさんのステッピングモーターの基本

以前の記事STMicroのステッピングモーターの基本とゆう動画。にて英語でのステッピングモーター駆動の基本的な作動の動画を紹介させていただきましたが、コレとはまた違った切り口?で、更に日本語でのステッピングモーターの作動を解説されています。












3本あるうちの下の2本はL647x,8x系の作動に踏み込んでの解説となってますが、基本コマンドインターフェースなステッピングモータードライバが、STEP/DIRなパルス列制御のホビーNCコントローラーでは非常に使いづらいのが動画内の解説にて判ると思います。
もちろん、NCコントローラーのモーションプランなから、作動司令までを作成するのならば、、、、とは思いますがソコまではなかなか。。

逆に一定シーケンスにて作動させるような用途だととても便利なのかな、と思います。
また、説明しづらいのであまり他では説明されてないDecayモードに関しても解説されていて、とても良いと思います。

上記動画からも解るように、マイクロステップ自体がステッピングモータードライバ上に設定された分割比によって作り出されているとゆうことがよく解ります。
マイクロステップ自体、駆動分割数を増やすため、よりも、よりトルク変動の少ない滑らかな回転と、静音性を高めるための為のもので、分割数から来る高分解能化とゆう意味合いもありますが、正確にマイクロステップの1ステップが刻めているか?はまた別問題だとゆうことがよく解ります。

もちろん、ステッピングモーターの2相励磁時の正確さは、ステッピングモーター自体の磁極位置の正確さで、国産ステッピングモーターなら、かなりの正確度で作られているはずです。
マイクロステップとなると、2つの磁極でローターが吊られている状態で、相ごとの抵抗値インダクタンスの差で想定している位置との多少のズレが出ることは想像に難しくないと思います。

以前の中華2相ステッピングモーターなどはコイルの抵抗値、インダクタンス値共かなりの差がありました。。

特に小型、自作系のNCマシン、特に位置フィードバックの機構も無く、ステッピングモーター直結の直動機構なものが多いので駆動方式の選定やベルトに依るギヤダウン、駆動速度のかせぎ方とかNCマシンを運用、自作する場合は動力源であるものの具合と特性を理解しておくことは大事です。

定電流制御なステッピングモータードライバICは定電流制御をするために、電流フィードバック制御をしていますが、位置フィードバック制御はされていません。


もちろん、用途によって適したものはあるので、高マイクロステップが良いとか、リッチな制御が必ずしも良い選択であるとは思いません。
どのように制御されているかの理解が、適した物の選択への近道でもあるのでは??


一番上の動画内で解説されていますが、トルクは電流で、回転数は電圧って感じです。ユニポーラでもバイポーラでも、より高い電圧で電流を押し込む形で回すと、回転数は上がります(実用トルクが有るかどうかは別)

この事はステッピングモーターに限らず、DCモーターでもBLDCモーターでも同じです。


追記。

この記事本文中にも書きましたが、マイクロステップの分解能、基本位置決め精度を上げるためのものでは無いと思います。
電気的な分割比によって作り出されているとゆうことは、2相ステッピングモーターの場合、2つの電磁石の引っ張り合う力の強さの釣り合い位置にあるともいえます。釣り合い位置に有る、とゆうことは、2つのバネ見たいな物での位置の釣り合いと同じで、位置自体微妙にビョヨヨン、と。

また、位置を決める為の力はスムーズでは無いのですが、電気的な釣り合いで位置が作られていない2相励磁が一番強いと思われます。
それは、次のステップに移る電流の差が大きいからです。電流の差が大きいとゆうことは、力の差が大きいとゆうことなので、必然的に駆動時の音も大きくなります。また、差が大きいので、ひとつ前、ひとつ先のステップ位置へのズレる、とゆうことが、、。。

これを逆に考えてみると、電流の分割数の高いマイクロステップの場合、1ステップ動く時の現在の位置と、次のステップの電流差が少なくなり、1ステップ動く角度も小さいですが、動こうとする力も小さくなります。また、電磁石で吊られた位置なので、、、。

ある程度、モーターに対して比較的低負荷をしっかり電流を掛けたモーターでのマイクロステップでの駆動は、オープンループでの駆動でお手軽に位置制御できますが、ある一定以上の停止精度の正確さと、負荷が掛かる条件だと、ロータリエンコーダー等を使用した位置フィードバック制御が必要だと思います。

小型/自作系NCでステッピングモーターを使用する場合、軸駆動に必要な力を極力減らし、1回り2回り程度大きなモーターで動かし、モーター設定電流をしっかりと掛けることが、大事なのかもしれません。

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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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