きぃたん＠大阪

バイポーラのステッピングモータで振動が出ないようにするには…

ステッピングモータというのは簡単に言うと円周上に電磁石が付いていて順に電気を流していけば順送りできるのでそれで回転するよというモータです。手抜きで手書きの図です。今回のモータはバイポーラの２相のモータを使います。上の図のbコイルに電気を流した状態ならbに磁石が向きます。この状態でaに電気を流しbの電源をオフにすると磁石はaに瞬時に移動します。この時に移動する振動が発生します。この図だと90度移動しますが実際はもっと細かいピッチで配置されています。説明用に荒く描いているだけです。16度とか9度とか…もちろん角度が小さい方が振動も小さくなります。その下のパルスの図が実際にステッピングモータのコイルに与える電圧で一般にはパルス波です。この振動を抑えるためには急に電圧を変化させずに少しづつ電圧を変化させることにより順送りをゆるやかに抑えることができます。手書きの下のサイン波がその図手書きだからサイン波に見えないって…そのあたりは考慮してね交流(AC)と同じ波形を生成します。実際にどうやるのか…また手書きです。段々汚くなってくる正弦波(サイン波)のつもりです。回路はHブリッジを使います。原理は検索するとたくさんヒットするので省略します。わざわざHブリッジを構成すると部品が増えて面倒なのでHブリッジが入ったドライバチップというのがあるのでそれを購入します。今回はTA7291入力信号で正転と逆転を切り替えることができます。電池を接続した場合、正転を選択するとプラス電圧逆転を選択するとマイナス電圧をモータに与えます。これも検索するとたくさんヒットするので省略このTA7291にはリファレンス電圧(Vref)という入力がありそれを変化させることにより電圧を変化させます。手書きの図のA点で正転を選択し、Vrefを正弦波で上昇させます。正弦波で降下させゼロボルトになった時点でB点です。B点で逆転を選択し、Vrefを正弦波で上昇させるとマイナス方向に電圧がふれます。正弦波でVrefを降下させます。その時点でC点です。ここで正転に選択して…この先は繰り返しですねTA7291では１相しか制御できないので２相目はもう１個TA7291を用意します。１枚目の手書きの下の正弦波のように２相目を90度位相するとスムーズにまわりますね実際に方形波(パルス波)でドライブした写真正弦波(サイン波)でドライブした写真このモータはどうやら22.5度ピッチのようです。１センチ程度の小型のモータなので製造時に細かいピッチにするのは難しいようです。パルス波でドライブするとすごい振動が起こります。実際に現物で比較するとよくわかるのですがネット上でそういうこともできないので…実際に作ってみて下さい。Arduinoはアナログ出力はPWM(Pulse Width Modulation)というパルス出力でアナログ風の値を得ようとするシステムなので直接PWMをVrefに入れるとさすがにサイン波を入れているので振動は軽減されているのですがPWMのパルスの影響を受けているので振動はしています。コンデンサを入れて平滑化をおこなうとかなり軽減されます。コンデンサ容量を大きくすると平滑化に時間がかかって動く速度に制限がつくんだよねこの時点でもわずかに振動は残っています。でも、パルス波と比べれば比較にならないほど振動がないということで結論振動はかなり改善されます。DACというアナログコンバータチップを入れると直接アナログ値を出してくれるものもあるのでDACを使うとかラダー抵抗を使うとアナログ値がでるのでより安定すると思われます。私は簡単なおもちゃでも作ろうと思って実験的にやってみただけなのでこれ以上コストがかかるようなことは考えていませんが電子工作的にはたのしめると思うのでやってみるのもよいかと思います。このブログではそこまではたぶんやりません。ここまで書いたらやり方はわかると思うので後は実際にやってみてねプログラムも回路も実際に実験しているのでわかっているけど…少しは考えた方がたのしいと思うので…たのしみまでは奪いたくないのでこのあたりにしておこうおまけ回転している動画(パルス波版です)http://www.youtube.com/watch?v=4lgt62HAwwA正転と逆転、ゆっくりとすばやくステッピングモータは位置決めがちゃんとできるのが特徴です。いつも同じ位置でぴたっと止まるでしょう速度も自由に決められるし…ただステッピングモータとステップという名前の通りステップして振動するのでそれが最大の短所だったので今回改善する方法を書いてみました。ステッピングモーター12V/32mAステッピングモータの使い方電子工作キット（ステッピングモーターカード）K8005