ステッピングモータについて教えて下さい

2019年12月24日

インダクションモータは、もっともオーソドックスな交流モータです。
インダクションモータは、巻き線の相数に応じて、電源周波数に同期して回転し、基本的に回転速度が変えられません。

ちなみに、電源周波数を電子的に変化させて速度が変えられるようにした物が、いわゆるインバータモータと言われるものです。
モータ自体の構造はインダクションモータと変りませんが、50/60Hzの電源に同期して回転している時に最高の高率になるように設定されている普通のインダクションモータとは違い、ある程度の幅で効率が保てるように工夫されています。

他に、電流を加減してやる事で回転速度を変化させる事ができるスピードコントロールモータや、発生トルクを変化させる事ができるトルクモータなんて言うモータもあります。

サーボモータとは、モータの軸角度を検出する機構を内蔵し、ベースとなるスピードコントロールモータ(AC)やブラシモータ(DC)に与える電流/電圧を電子回路で微妙に制御する事で、モータ軸1回転あたり数百から数万ステップの微小角度制御ができるモータです。
ブラシレスDCモータ(BLDC)
現在、工作機械や工業ロボットの位置決め制御には、ACサーボモータがもっとも汎用されています。

ステッピングモータは、普通の回転動力を得るためのモータでは無く、位置決め制御専用のモータです。
巻き線の巻き方によって2相、5相・・・等の種類があります。

ステッピングモータは、巻き線への電流の流し方(流す/流さないと流す方向)の組み合わせで、常に一定の位置(1回転あたり200~500ステップ程度)に留まろうとする特性があります。

このため、位置決め制御用モータとしては非常に都合が良いのですが、モータ本体と、モータによって駆動されるメカの重量や慣性をきちんと計算しないで使うと、異常振動を発生しメカニズムを損なう事があります。

ちなみに、ステッピングモータを回転させるには、停止状態から隣のステップに止まる状態に電流を変化、それにつれて回転し始めたら、次のステップ、次のステップ・・・と停止位置を回転に合わせて変化させる事で行います。
このことから、ステッピングモータは回り続けるモータでは無く、止まり続けるモータである・・・と言う人もいます。  
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ステッピングモータドライバの原理と作用

2019年12月24日

ステッピングモーターはエレクトロニクスや紡織設備や医療設備や広告設備などのような分野に広く応用される。ステッピングモーターとステッピングモータドライバはステッピングモータ駆動システムを組み立てる。ステッピングモータ駆動システムの性能はステッピングモーターの自身の性能によるばかりでなく、ステッピングモータドライバの優劣にもよる。ステッピングモータドライバの研究とステッピングモーターの研究には進行している。

ステッピングモーターは電気パルスが角変位を転換するアクチュエーターだ。ステッピングモータドライバはバルス信号を受けると、ステッピングモーターに設定しておく方向に沿って固定な角度(「ステップ角」と呼ばれる)を回転させる。ステッピングモーターの回転は一歩一歩に運行していく。バルスの個数を制御することによって、角変位量を控えて、的確に定位できる目的を達する。同時にバルスの周波数を利用して、モータの回転する速度と加速度を制御して、調速と定位という目的達する。彫刻機、水晶研磨機、ディジタル制御工作機械、パソコン刺繍機、包装機械、噴泉、接着機などのような解像度が高い大型・中型のデジタル機器に広く応用される。

ステッピングモーターの相数はモータの内部のコイル数量を指して、二相、三相、四相、五相ステッピングモーターに常用される。異なる相数のモータのステップ角も違う。一般的な二相モータのステップ角は1.8度、三相は1.2度、五相は0.72度である。細分化なドライバがない時に、客様は異なる相数のステッピングモーターを通して色々なステップ角を満足している。細分化なドライバを使えば、相数は必要がない。客様はドライバに細分数を改変したら、ステップ角も改変される。

ドライバを細分化した後で、モータの運行性能に飛躍的に向上する。しかし、ドライバの自身から発生して、モータと制御システムに関係がない。使用中で、客様はステッピングモーターの改変されるステップ角だけに気をつけて、その点が制御システムからステッピング信号の周波数に影響する。細分化したステッピングモーターのステップ角が小さくなるので、ステッピング信号の周波数も高める。1.8度のステッピングモーターを例として、ドライバは半歩でステップ角が0.9度、細分化でステップ角が0.18度である。だから、同様な回転速度の場合で、モータに制御システムからステッピング信号の周波数は細分化されるのが半歩で行う5倍であるという要求する。

普通なステッピングモーターの精度はステップ角の3~5%である。ステッピングモーターの単歩の偏差は次の歩の精度に影響しないので、ステッピングモーターの精度が累積できない。



出典:  ステッピングモータドライバの原理と作用  
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バイポーラ型ステッピングモーターを回した話

2019年12月09日

このバイポーラ型ステッピングモーターを回したいと思います。

人間だれしも、うわぁ、バイポーラ型ステッピングモーター回してぇ。って、無性に思うことがあるじゃないですか。

しかし、このステッピングモーターは、ミニ四駆のモーターと違い、プラマイの切り替えを自動でやってくれないので、自分でやらないといけません。回すのがめっちゃくちゃ面倒くさいのです。

その代わりに、このステッピングモーターは、「1回転半させる」みたいに回転を細かくコントロール出来ます。

だから、僕がよく使っているCNCフライス盤の



これらも、ステッピングモーターです。

そして、ステッピングモーターには、「バイポーラ型」と「ユニポーラ型」という二種類があるらしくて、「ユニポーラ型」はまだ多少は簡単ですが、「バイポーラ型」は回すのが更に難しいらしいんです。

あと更にややこしいのは、「バイポーラ型」は「ユニファイラ巻き」で「ユニポーラー型」は「バイファイラ巻き」なんですって。なんのこっちゃ。

だから分かり易い様に以下にまとめました。もし詳しい人がいて間違えてたら教えてください。


簡単な方の「ユニポーラ型」の回し方は、ネットにも結構情報がありましたが「バイポーラ型」はあまりなくて、  
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ステッピングモーターの速度制御とトルク制御の区別

2019年12月03日

制御の角度から見えば、速度速度制御とトルク制御という両者は独立な制御機能である。


速度制御の目標物理量はステッピングモーターの回転速度であれ、トルク制御の目標物理量はステッピングモーターのトルクである。


制御の原理から見えば、速度制御は速度を実際値としてクローズドループ制御をしている。速度レギュレータはグローズドループにあって、輸出を通して電流レギュレータを誘導して、電流レギュレータがステッピングモーターの電流を制御して、適切にステッピングモーターのトルクをレギュレータするので、ステッピングモーターがいつもステッピングモーターの設定を追跡させてて回転する。


速度模式はインバーターがステピイングモーターの回転速度を制御することを目標とする。このステッピングモーターのトルクはその速度を保持したり調整したりする。だから、制御センターの内外環は速度環だ、内環が電流環とも呼ばれる。速度環の輸出は電流環の設定だが(トルク設定)、この電流環がとトルク環ともいう。


トルクの模式はインバーターがステッピングモーターの輸出トレクを目標として、速度の大小と外部の負荷大小に関係がある。その時のインバーターは速度環がなくて、電流環がだけで、外部設定が直接に電流環をトルク設定とする。超速を防ぐため、多くの高級インバーターは速度外環制限超速が付んて、エンハンス型なトルク模式だ。その速度環はしか最大速度を制限する作用を起しなくて、電流環はやはり主導な作用を起こす。



出典:ステッピングモーターの速度制御とトルク制御の区別  
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