DreamerDreamのブログ

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RapberryPiでステッピングモーターを制御する ②部品選択

前回、ステッピングモーターの制御にはユニポーラ制御とバイポーラ制御がありますという説明をしました。 

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ユニポーラの方が構成回路は簡単になりますが専用のドライバは少ないのでマイコンを用いて自前で組むことになるでしょう。

マイコンからモーターやリレーといった大電流の流れる可能性のあるコイルを使った部品の制御というのは実は厄介なもので、単純にFETを繋げば良いというものではありません。

起電流誘導電流ノイズという問題に対処しないといけませんし、適切な電流を流さないと発熱による部品の損傷も起こり得ます。

 

ましてやバイポーラ制御を目的に電流の方向が変わるフルブリッジ回路マイコンで制御するには切り換えのタイミングやプログラムや配線のミスでユニポーラ制御よりショートさせやすくなります。

停止時にコイルに流す電流も考慮しなければなりません。無駄無く正確に制御する為には「チョッピング電流」というPWM波を発生させて流しっぱなしにならないようにしないと低速時のモーターの発熱が凄いことになります。その他の熱や過負荷の保護機構も考えないといけません。

僕は実際にパイポーラ駆動用の回路をマイコンで組んだ事がありますがなかなかな苦労をした末に結局ノイズの問題に対応出来ず失敗しました。

 

しかし、現在そんな苦労をせずとも簡単にステッピングモータ制御するための専用の基盤が200円弱で手に入るのです。

代表的なステッピングモータードライバー「A4988」

www.switch-science.com

マイクロステップという細かい角度制御が可能、電流調整のボリューム付き、回転速度に応じたチョッピング制御、各種保護回路内蔵。

本物は1つ1000円を超えますが、これの模造品が格安で出ています。信じられないことに5個入りで1000円以下です。

これでも充分に機能します。

但し、こういった激安品は検査が甘く(無く?)たま〜に短絡している物があるらしいのでちゃんとチェックしてから使うようにしましょう!

※最初は正常に動作してるのに使っていると異常発熱や動作を起こす物もあるのでしばらくは様子を見る期間も必用です(経験あり)。

もしこの時点で「部品のチェック方法なんか解らん!無理無理!」という方はお値段は張っても正規のA4988チップを購入してください。ラズパイを燃やすより断然安いです。

商品ページから説明文を抜粋、本家A4988のデータシートも参考に日本語が変なところを含め解説します。

A4988特徴:
1.8V未満~35V2Aのステッピングモータを動かすのに適当である。
2.非常に簡単なステップ方向コントロールインタフェース。
3.5つの、種々の、段をつけているモード:全部、半分、1/4、1/8、および1/16。
4.調整可能な電位差計は最大の現在のアウトプットを調整できる よりよいステップレートを得ることができる。
5.自動的な現在の腐敗モード検出選択。
6.高い熱は結果として生じる 回路切断、不足電圧ロックアウト、クロスオーバー電流保護。
7.ショート保護とロードショート保護を接地しなさい。

 

①8V〜35V、2Aまでの幅広いステッピングモーターに対応しています。

②基本的に「STEP」(回転ステップ数)と「DIR」(回転方向)という端子に信号を与えるだけで機能します。

③「マイクロステップ」と呼ばれる機能で、5段階あります。1.8度角のステッピングモーターであれば最大1.8/16=0.1125度という細かいステップ角で制御が可能になります。

④本体に付いているボリュームで最大電力をコントロールすることが可能になります。

⑤チョッピング制御方法を自動で選択します。

⑥過熱時切断回路、低電圧ロッック回路、過電流保護回路があります。

⑦接地故障検出回路、ショート時保護回路があります。

 

う〜ん、これだけの機能のものをこのサイズで作るのは素人工作では無理!200円以下なんてとんでもないことです!

やはりモータードライバーは機能面からも激安なので買うべきです。

 

 

ステッピングモーターは用途に応じた物を選びましょう。

上で上げたモータードライバーを使うにはバイポーラ制御用を選びましょう(ユニポーラ制御用でも場合によっては使えます)

 

モーター本体は、基本的に1.8度のモノが多いです。

3Dプリンターでつかわれているのもこのタイプのもので、トルク等の特性もあり値段も様々です。

 

小型のステッピングモーターもあります。但し力は弱いです。

力を必用としない用途、車のタコメーターにも使われているタイプです。

 

小型のステッピングモーターの力を補う為にギアを内蔵した「ギヤードモータ」と呼ばれる種類のものもあります。

結構力は強く、水洗の電磁弁として使われていることもあります。

 

 次回は部品の接続です。

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