ステッピングモーターとは


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【ステッピングモーター】
すてっぴんぐもーたー、英語ではStepper Motorsのためステッパーモーターとも
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ブラシレスのDC電動モータの一種。
モーターの一回転が等間隔で細かなステップに分割されており、回転量をステップ単位で制御することができます。
回転量を数値で正確に制御することができるため、任意の位置にものを移動させる制御に適していいます。

■ステッピングモーターの選定
ステッピングモーターにも多くの種類があります。一般に大きなモーターほど強力です。
速度が増すにつれてトルクを維持するのが難しくなるため、同じ規格でも最大速度、トルク、容量が異なるものがあります。
バイポーラ駆動とユニポーラ駆動のものがあり、前者は低速時のトルクが非常に大きく、後者は高速時でもある程度トルクが維持できるという特性があります。

用途に応じたモーターを選定することが重要です。よくある間違いとして、高インダクタンスのモーター(10mH以上)を選択することが挙げられます。高インダクタンスのステッピングモーターは位置を保持し、極稀に動く用途に使われます(望遠鏡など)。
また、高インダクタンスモーターは手で回転させた際に高い電圧が生じるため、制御板が破壊される可能性があります。
3DプリンタやCNCでは低インダクタンスのステッピングモーターが適しています。(インダクタンス10mH以下、もしくは定格転圧5V以下)

reprap のコミュニティでは3Dプリンタ、CNCには以下のようなモーターが良いとされています

理想的なステッパーは、NEMA17サイズ、定格1.5A〜1.8A以下、1〜4Ωの巻線抵抗、3〜8mH、62oz.in(0.44Nm、 4.5kg.cm)以上のトルク、ステップ当たり1.8または0.9度(それぞれ200/400ステップ/回転 (例)kysan 1124090/42BYGH4803 、 rattm 17HS8401 or Wantai

■配線
バイポーラーステッピングモータは2つの極を持っています。各極に2本の電線が接続されています。モーターからは4つの線が出ているはずです。この4つの線を直接制御板に接続、あるいは外部モータードライバに接続します。

接続自体は端子の形さえ合えば簡単ですが、難しいのはどの線がどちらの極に繋がっているかを把握することです。運任せに繋いでもうまくいく可能性はありますが、以下の方法で極を調べることができます。

  • ググる
    モーターに製品番号等が記載されている場合、偉大なるGoogle先生がデータシートを用意してくれる場合があります。

  • 手を使って確認する
    同じ極の2つの電線が接触すると、その極の閉回路が作成されます。閉回路が作成されると、モーターの回転が重くなります。この仕組を使って極を調べることができます。
    電線が一切接触していないときの回転と、線を2つ接触させたときの回転の重さを比較します。接触していないときよりも回転が重いとき、接触している2つの線は同じ極です。

  • マルチメーターを使用する
    手を使って確認する方法をより科学的にした版です。2つの電線の間の抵抗を測定し、抵抗が高い組み合わせが同じ極です。

2つの極をそれぞれA,Bとした場合、制御板に接続する並びはボードによって異なります。AABB順のものもあれば、ABBAの場合もあります。AABBのものにABBAと接続した場合はモーターは回転しませんが、AABBをBBAAと繋いだ場合はモーターが逆回転します。回転方向は多くの場合制御板の設定で修正することができるのでABが逆なことは問題ではありません。


stepper motorの配線