ステッピングモータードライバ概要

ステッピングモーターを駆動させるには2つあるコイルに順番に電流を流さなければなりません。
ステッピングモータードライバの内部は主に

  • コントローラー部
  • パワー部

があります。

コントローラー部では、CNCコントローラーから送られてきた信号(若しくは命令)をパワー部を駆動させる信号に変換します。
また、パワー部の電流をフィードバックし、電流量を制限したりします。

パワー部では、コントローラー部から送られた信号をFET等で電流増強し、モーター駆動電流とします。


ステッピングモータードライバが受けることが出来る信号は幾つかあります。  

  • Step/Direction信号
  • 各相の励磁タイミングを送る信号
  • シリアル信号


Step/Direction信号はStep信号(ロジックのパルス信号)とDirecton(ロジックオンオフ)の2つの信号線にてモーターの回転角と回転方向を指定します。
ステッピングモーターは、1パルス当たりの回転角が決まっています。これがステッピングモーターがパルスモーターと言われる所以だと思います。

小型/自作系CNCコントローラーはこのStep/Dir信号を出力するので、多くの小型/自作系のCNCマシンはこの信号で駆動します。


パラレルインターフェースにて各相の励磁タイミングを送る信号の場合、Step/Directionの信号をロジック回路orマイコンを使い変換しなければ使えません。

シリアル信号は、文字通りシリアル通信にて、ステップ数、回転方向を指定します。

基本的にはStep/Dir信号を受けることはできません。
ステッピングモータードライバIC L6470等、STマイクロのdSpinシリーズはシリアル信号以外にStep信号を受けるピンがあるのでマイコン等でDirection信号をシリアル信号に変換すればStep/Dir信号での駆動が可能ですが、NC用途用としての使用は未知数です。

ステッピングモーターに急峻な作動(急激な停止や急激な反転)をさせると、モータードライバから送る電力と逆方向に大きな電圧が掛かる事が多々あります。

モータードライバICはこのモーターからの電力を電源へ戻してます。すると、モーター電源が揺れます。
この電源の揺れは、同じ電源に接続したモータードライバへも影響が出る事があるので、なんらかの対策が必要かと思われます。


ステッピングモータードライバの構造的な種類

ステッピングモータードライバの構造的な種類には

  • ステッピングモーターコントローラーとモータードライバ
  • オールインワンタイプのステッピングモータ-ドライバIC

の方法があります。
オールインワンタイプのステッピングモータードライバを使わない場合、コントローラー部はステッピングモーターコントローラーICか、組み込み系マイコンやCPLDなどを使用します。

また、モータードライバ部も、専用モータードライバICを使用したり、MOSFETにより構築可能です。


  • ステッピングモータードライバIC
  • ステッピングモーターコントロールIC-モータードライバIC
  • ステッピングモーターコントローラー(自作)-モータードライバIC
  • ステッピングモーターコントローラーIC-モータードライバ(自作)
  • ステッピングモーターコントローラ(自作)-モータードライバ(自作)

上記のような手段があります。

最も簡単に確実にモーターを回すにはモーターメーカーのドライバを使うことです。多機能で信頼性も高いですが、価格もそれなりです。
物によってはロータリーエンコーダーによるフィードバック制御の付いているものも、100Vもの高電圧にてステッピングモーターらしからぬ高回転まで回るものまであります。。


モーターメーカー製のドライバの次に簡単にドライバを構築できるのは専用ICを使ったものですが、より精密に制御したい場合は難易度は格段に上がりますがコントローラー、ドライバ双方自作するのが良いと思われます。


ステッピングモーターは駆動方式、制御方式によりかなりモーターの出力の具合が変わります。

NCマシンの各軸の駆動方式により、高回転型がよいか、低回転トルク型が良いかいろいろです。

理想的にはステッピングモーター一つに対してきちんと調整されたコントローラー、ドライバ、電源を使用するのがベストだと考えます。



理屈と作動



一応、その機構上、割と正確にステップを刻むはずのステッピングモーターですが、2相励磁、1-2相励磁以上のマイクロステップ状態での制御は、コイルに流れている電流を電流検出抵抗で拾い、その電流の電気的な分割比のみで作り出している擬似的な位置でしかなく、マイクロステップの分割比は、正確な角度の分割比ではありません。


マイクロステップの技術は本来正確な位置決めの為に使われる訳ではなく、いかに滑らかに回転させるかとゆうこ事で開発されたものだと思われます。


電気的の分割比なマイクロステップの分割比を正確な位置の分割比に近づけるには、ステッピングモーターには2相以上の相が有るので、各相に巻かれているコイルのインダクタンスと抵抗値がなるべく揃っている物を使う、電流検出抵抗が外付けの物で、各相で電流検出抵抗の分かれているものは細かく正確に抵抗値を測り、出来る限り同じ抵抗値に揃えると良いと思われます。

また、マイクロステップが細かくなれば細かくなるほど、ひとつ前のステップとの電流値の差が小さくなり、滑らかに回るように1ステップ当たりのトルク変動は少なくなりますが、コイルに流れる電流の落差が小さくなるので、1ステップ移動させるだけの力は弱くなります。

負荷のない状態では、正確にステップを刻むかもしれませんが、負荷の大きさにより、多少の位置のズレが出来てもおかしくはありません。
負荷に対するモーター自体のトルク(設定電流量)を多めにしておくと良いでしょう。





  • 最終更新:2016-05-24 03:12:40

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