ステッピングモーターとは何ですか？

自宅のシンプルなDVDプレーヤーやプリンターから、高度なCNCマシンやロボットアームまで、ステッピングモーターはほとんどどこにでもあります。電子制御の正確な動きを行う能力により、これらのモーターは、監視カメラ、ハードディスク、CNCマシン、3Dプリンター、ロボット工学、組立ロボット、レーザーカッターなどの多くの分野で使用されています。この記事では、これらのモーターが特別な理由とその背後にある理論について学びましょう。アプリケーションに使用する方法を学習します。

ステッピングモーター入門

すべてのモーターと同様に、ステッピングモーターにも固定子と回転子がありますが、通常のDCモーターとは異なり、固定子は個々のコイルのセットで構成されています。コイルの数はステッピングモーターの種類によって異なりますが、今のところ、ステッピングモーターでは、ローターは金属製の極で構成され、各極はステーター内のコイルのセットによって引き付けられることを理解してください。下の図は、8つの固定子極と6つの回転子極を持つステッピングモーターを示しています。

固定子のコイルを見ると、AとA 'がペアBを形成し、B'がペアを形成するなど、コイルペアの観点から配置されています。したがって、このコイルペアのそれぞれが電磁石を形成し、ドライバ回路を使用して個別に通電することができます。コイルに通電すると、コイルは磁石として機能し、回転子の極がそれに位置合わせされます。回転子が回転して固定子と位置合わせするように調整されると、1つのステップと呼ばれます。同様に、コイルに順番に通電することで、モーターを小さなステップで回転させて完全に回転させることができます。

ステッピングモーターの種類

構造に基づくステッピングモーターには、主に3つのタイプがあります。

• 可変リラクタンスステッピングモーター： 固定子極に引き付けられる鉄心ローターを備えており、固定子とローターの間の最小リラクタンスによる動きを提供します。
• 永久磁石ステッピングモーター： 永久磁石ローターを備えており、印加されたパルスに応じて固定子に向かって反発または引き付けられます。
• ハイブリッド同期ステッピングモーター： 可変リラクタンスと永久磁石ステッピングモーターの組み合わせです。

これとは別に、固定子巻線のタイプに基づいて、ステッピングモーターをユニポーラとバイポーラに分類することもできます。

• バイポーラステッピングモーター： このタイプのモーターの固定子コイルには、共通のワイヤーがありません。このタイプのステッピングモーターの駆動は異なり、複雑であり、また、駆動回路はマイクロコントローラーなしでは簡単に設計することはできません。
• ユニポーラ ステッピングモーター：このタイプのステッピングモーターでは、以下に示すように、共通のアースまたは共通の電力の両方の相巻線のセンタータップを使用できます。これにより、モーターの駆動が容易になります。ユニポーラステッピングモーターにも多くの種類があります。

さて、通常のDCモーターとは異なり、これにはすべての派手な色の5本のワイヤーが出ていますが、なぜそうなのですか？これを理解するには、最初に、すでに説明したステッパーの方法を知る必要があります。まず第一に、 ステッピングモーターは回転せず、ステップするため、ステップモーターとも呼ばれ ます。つまり、一度に1ステップだけ移動します。これらのモーターには一連のコイルがあり、モーターを回転させるには、これらのコイルに特定の方法で通電する必要があります。各コイルが通電されているとき、モーターはステップを取り、一連の通電によりモーターは連続したステップを踏むため、モーターが回転します。モーター内部にあるコイルを見て、これらのワイヤーがどこから来ているのかを正確に知ることができます。

ご覧のとおり、モーターにはユニポーラ5リードコイル配置があります。特定の順序で通電する必要がある4つのコイルがあります。赤いワイヤーには+ 5Vが供給され、残りの4本のワイヤーはそれぞれのコイルをトリガーするためにアースに接続されます。マイクロコントローラーを使用して、これらのコイルに特定の順序で通電し、モーターに必要なステップ数を実行させます。ここでも、使用できるシーケンスは多数あります。通常は 4ステップ が使用され、より正確な制御のために 8ステップ 制御も使用できます。4ステップ制御のシーケンス表を以下に示します。

ステップ	コイルが通電
ステップ1	AとB
ステップ2	BとC
ステップ3	CとD
ステップ4	DとA

では、なぜこのモーターは28-BYJ48と呼ばれるの ですか？真剣に!!!知りません。このモーターにそのように名前が付けられた技術的な理由はありません。多分私達はそれをもっと深く掘り下げるべきではありません。下の写真のこのモーターのデータシートから得られた重要な技術データのいくつかを見てみましょう。

それは情報でいっぱいの頭ですが、効率的にプログラムできるように、使用しているステッパーのタイプを知るためにいくつかの重要なものを調べる必要があります。最初に、5Vで赤いワイヤーに通電するので、それが5Vステッピングモーターであることがわかります。そして、4つのコイルが入っているので、4相ステッピングモーターであることがわかります。これで、ギア比は1:64になります。つまり、外側に見えるシャフトは、内側のモーターが64回回転した場合にのみ、完全に1回転します。これは、モーターと出力シャフトの間に接続されているギアのため、これらのギアはトルクを増加させるのに役立ちます。

注意すべきもう1つの重要なデータは、 ストライド角度：5.625°/ 64です。 これは、8ステップシーケンスで動作する場合、モーターが各ステップで5.625度移動し、1回転を完了するのに64ステップ（5.625 * 64 = 360）かかることを意味します。

ステッピングモーターの1回転あたりのステップ数の計算

ステッピングモーターを効果的にプログラム/駆動できるのは、ステッピングモーターの1回転あたりのステップ数を計算する方法を知っておくことが重要です。

モーターを4ステップシーケンスで動作させると仮定すると、8ステップシーケンスでは5.625°（データシートに記載）であるため、ストライド角度は11.25°になり、11.25°（5.625 * 2 = 11.25）になります。

1回転あたりのステップ= 360 /ステップ角度 ここで、360 / 11.25 = 1回転あたり32ステップ。

ステッピングモーター用のドライバーモジュールが必要なのはなぜですか？

ほとんどの ステッピングモーター は、ドライバーモジュールの助けを借りてのみ動作します。これは、コントローラーモジュール（マイクロコントローラー/デジタル回路）が、モーターが動作するのに十分な電流をI / Oピンから供給できないためです。そのため、ULN2003 モジュールなどの外部モジュールをステッピングモータードライバーとして 使用します 。ドライバーモジュールには多くの種類があり、使用するモーターの種類によって定格が異なります。すべてのドライバモジュールの主な原理は、モーターが動作するのに十分な電流をソース/シンクすることです。それとは別に、ロジックが事前にプログラムされているドライバーモジュールもありますが、ここでは説明しません。

いくつかのマイクロコントローラーとドライバーICを使用してステッピングモーターを回転させる方法を知りたい場合は、さまざまなマイクロコントローラーでの操作に関する多くの記事を取り上げました。

• ステッピングモーターとArduinoUnoのインターフェース
• ステッピングモーターとSTM32F103C8のインターフェース
• ステッピングモーターとPICマイクロコントローラーのインターフェース
• ステッピングモーターとMSP430G2のインターフェース
• 8051マイクロコントローラーとインターフェースするステッピングモーター
• RaspberryPiによるステッピングモーター制御

これで、プロジェクトに必要なステッピングモーターを制御するのに十分な情報があると思います。ステッピングモーターの長所と短所を見てみましょう。

ステッピングモーターの利点

ステッピングモーターの大きな利点の1つは、優れた位置制御を備えているため、正確な制御アプリケーションに使用できることです。また、非常に優れた保持トルクを備えているため、ロボットアプリケーションに最適です。ステッピングモーターは、通常のDCモーターやサーボモーターよりも寿命が長いと考えられています。

ステッピングモーターのデメリット

すべてのモーターと同様に、ステッピングモーターにも、小さなステップで回転するため、高速を実現できないという欠点があります。また、理想的な場合でもトルクを保持するための電力を消費するため、消費電力が増加します。