ステッピングモーターのインターフェース
ステッピングモーターの定義
ステッピングモーターは、電気信号の頻度に応じて回転速度が変わるステップごとに動く直流モーターです。
構成部品
このモーターにはロータ（永久磁石）とスタータ（巻線）があり、ロータが回転し、スタータは固定されています。
動作原理
スタータ巻線のセンタータップは接地することで電流方向を変えることができます。これによりスタータの磁気特性が変わり、ロータを選択的に引き寄せたり反発させたりしてステッピング動作を作り出します。
ステッピングシーケンス
モーターが正しい動きをするためには、ステッピングシーケンスに従う必要があります。このステッピングシーケンスは、スタータフェーズに適用するべき電圧を与えます。通常は4ステップのシーケンスが使用されます。
ステップ1から4まで順にシーケンスを進めるときには時計回りの回転が得られ、ステップ4から1まで逆に進めるときには反時計回りの回転が得られます。
インターフェース図
以下の図は、マイクロコントローラーへのステッピングモーターのインターフェースを示しています。これは一般的な図であり、PICマイクロコントローラー、AVR、または8051マイクロコントローラーなどのマイクロコントローラーファミリーに適用できます。
マイクロコントローラーは十分な電流を提供できないため、ULN2003のようなドライバーを使用してモーターを動作させます。個別のトランジスタや他のドライバICも使用できます。必要であれば外部プルアップ抵抗を接続してください。モーターを直接コントローラピンに接続しないでください。モーターボルトはそのサイズによって異なります。
典型的な4相単極性ステッピングモーターには5つの端子があります。4つの相端子とセンタータップの共通端子が接地に接続されます。時計回りの連続回転のプログラミングアルゴリズムは以下の通りです。
モーター用のポートピンを出力として初期化する
たとえば500msの共通遅延プログラムを記述する
最初のシーケンス-0×09をピンに出力する
遅延関数を呼び出す
2番目のシーケンス-0×0Cをピンに出力する
遅延関数を呼び出す
3番目のシーケンス-0×06をピンに出力する
遅延関数を呼び出す
4番目のシーケンス-0×03をピンに出力する
遅延関数を呼び出す
ステップ3に戻る
ステップ角
1回転を完了するのに必要なステップ数は、ステッピングモーターのステップ角によって異なります。ステップ角は1ステップあたり0.72度から15度まで変化します。それに応じて500ステップから24ステップが必要となる場合があります。位置制御アプリケーションでは、必要な最小の回転角度に基づいてモーターを選択する必要があります。
ハーフステッピング
ステッピングモーターは、実際のステップ角の半分、つまりハーフステッピングで動作することができます。例えば、1ステップあたり15度のモーターを特別なハーフステッピングシーケンスを使用して1ステップあたり7.5度で回転させることが可能です。
ステッピングモーター対サーボモーター
ステッピングモーターとサーボモーターはどちらも主に位置制御アプリケーションで使用されますが、その動作と構造には違いがあります。ステッピングモーターには多くの極または歯が付いており、これらの歯は磁気の北極と南極として機能し、スタータの電磁コイルに引き寄せられたり反発したりします。これによりステッピングモーター特有のステッピング動作が生成されます。
一方、サーボモーターでは専用の回路とフィードバックメカニズムにより位置が制御され、エラーシグナルが生成されてモーターシャフトを動かします。
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