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RapberryPiでステッピングモーターを制御する ①原理

ここ最近、ブログがソフトウェア的な内容ばかりで飽きてきたので今回は気分を変えてハードウェアのお話です。

 

ステッピングモーター」はご存知でしょうか?

ここ近年3Dプリンターブームもあって自作や廉価商品用にステッピングモーターとその制御用モータードライバーが安く量産されているようです。

ステッピングモーターと混同されがちなのがサーボモーターですが、サーボモーターは回転角をモーター内部でフィードバックされて正確な角度制御するのに対し、ステッピングモーターはフィードバック機構が無いので動作は投げっぱなしです。その分コストを抑えられるという大きなメリットがあります。

ステッピングモーターの種類は大きく分けて2種類あります。

 

まず、理解しやすい1つめのステッピングモーターの基本的な原理です。 


基本的な構造と動作原理_ステッピングモーターの基礎

このような制御方法を「ユニポーラ制御」といい、ごく単純な回路で動作させることができます。このようなステッピングモーターを「バイファイラ巻きのモーター」と呼び、一般的にステッピングモーターから5本や6本の線が出ているタイプになります。

5本のタイプはGNDが1つ共有で使われており、他4本に+直流電流を流すことでムービーのように制御が出来ます。

<↑小型ユニポーラ制御用モーター>

順番に直流電流を流すだけなのでFETとい部品で順番に制御してあげれば制御可能です。

 <↑FET>

 

2つめのモーター。

前述の基本構造を踏まえ、次の動画をご覧ください。


ST ステッピング・モータの基本 (ePresentation - asian language)

こちらは、4つではなく2つの電磁石で制御していますね。

電磁石の極性が変わる、このような制御を「バイポーラ制御」と呼び、モーターは「モノファイラ巻きのモーター」と呼ばれており、一般的にステッピングモーターから4本の線が出ているタイプの物が多いです。

本来の制御は+-が入れ替わる「フルブリッジ回路」と呼ばれる回路を2つ構成する必用があるのでユニポーラ制御より遥かに難しいのですが、そんな制御回路を考えて組まずとも安価な「モータードライバー」が多数出ています(1つ200円以下)ので3Dプリンターで普及しているものはこちらになります。

<↑バイポーラ制御用モーター>

<↑モータードライバー> 

 

参考

ユニポーラ駆動とバイポーラ駆動

 

モーターの内部構造は精密ですが単純ですので6線式のバイファイラ巻きのモーターから出ているGND線を使わずにモノファイラ巻きのモーターとして使用することも可能です。

その逆はモーター線をバラさないといけないので難しいです。

 

原理を押さえた上で、次回は部品の選択です。 

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