概要
前からステッピングモータはどんな構造になっていて、どうやって動かすのか実際に試してみたいと思っていた。差し当たって秋月のドライブキットと対応する小型のステッピングモータSPG20-332 （キット１２００円、モータ２５０円）を購入して組み立て回してみることにした。
キットを組立る
添付の説明書に基づいて基盤に部品をハンダ付けした。特に問題点はなかったが、以下の点に注意が必要であった。
a) 実際に付属されていたダーリントントランジスタが説明書のそれと違った。念のため付属のトランジスタのピン割付をネット上で確認した。
b) 2相励起 (2-phase Excitation)、ユニポーラ駆動 (Unipolar Drive) でモータを回転させるように出来ている。
c) 別途購入したステッピングモータSPG20-332から出ている６本の線を基盤のどこに接続するか迷った。両方の説明書をよく見て以下の様に接続した。
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モータ側コネクタのピン |
F1（白） |
F２（赤） |
F１Ｃ（黒） |
F２Ｃ（青） |
/F1（黄） |
/F2（緑） |
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ドライブキット回路図 |
Ｘ |
Ｙ |
＋Ｖ |
＋Ｖ |
/Ｘ |
/Ｙ |
組立るを終えて、電源を入れ、ＳＷ１やＳＷ２を押したら問題なく動作した。 以下のことが分かった。
a) なかなかよく出来ていて２個のスイッチで正転と逆転、さらに、ＶＲ１で連続的に速度も変えられる。ただ、ＶＲ１の全抵抗域でスムーズに速度は変化せす脱調（同期を失うこと）も起こる。特に高回転域で。
b) 指定された供給電圧は９−１２V、しかし指定の最低供給電圧８Ｖでもモータの発熱が大きく誤配線ではと思ったが当たり前らしい。ネット上でも同じようなことを経験した人が居た。
d) モータへの供給電圧５Ｖでも動作するので差し当たってこの電圧で動作させることにした。
e) キット説明書のトランジスタの容量は８A位で、かなり大きいステッピングモータも駆動出来そう。
組み上がったドライブ基板とステッピングモータ
上記と同じような動作をするドライブ回路を自作する
上記ドライブキットではＰＩＣ１６Ｆ５４にプログラムが入っていて動作をコントロールしている。回路図を参考にさせて貰って、ブレッドボード上に回路を組みいろいろ実験してみることにした。
回路図を以下に示す。このマイクロコントローラＰＩＣ１６Ｆ６８８を選んだ理由はピンの数が１４本と手頃だったことと、前の電子工作４７で使用した経験があるからである。また、モータのドライブにトランジスタアレーＦＴ５７５４Ｍ（１５０Ｖ３Ａ ４ｃｈ）を使った。ダンパーダイオードが既に組み込んであって外付けが必要なく回路がすっきりした。モータの速度を変えられるように抵抗１０Ｋと可変抵抗ＶＲ＝１０Ｋで抵抗分圧回路を構成し０−２．５Ｖの電圧をＲＡ０よりアナログ値として読み取れるようにしてある。ステッピングモータSPG20-332の場合、最大供給電圧は発熱の関係で８V位である。電源V （DC5-12V）は可変三端子レギュレータLM350T（３A）から供給した。この電源線に直列にテスタの端子を入れて電流を測ったところ１つのコイルに通電している時１００ｍA、２つのコイルに通電している時１６０ｍAであった。回転時には大体１００−１６０ｍAの電流が流れることになる。
部品を集めてつくったドライブ回路とスッテップモータを使って実験中
ステッピングモータが回る原理
今回実験に使ったステッピングモータSPG20-332は４相ユニポーラ（4-phase unipolar）型と言われるもので、ステータに巻いてある４つの独立したコイルにある順番に従って電流を流して励磁し、モータの中のロータ―を１ステップずつ回転させるものである。いろんなコイルの励磁方式があり今回は回転がなめらかであるとされる１−２相励磁方式を採用した。下表にコイルの励磁順を示す。つまり、Step0からStep7までの行程を繰り返すとモータが回転する。またStep７からStep０の順に繰り返すとモータは逆転する。さらに各Step間に遅れ時間を入れる必要があり、その値の大きさで回転速度が変わる。
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X (RC0) |
Y (RC1) |
/X (RC2) |
/Y (RC3) |
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Step0 |
H |
L |
L |
L |
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Step1 |
H |
H |
L |
L |
|
Step2 |
L |
H |
L |
L |
|
Step3 |
L |
H |
H |
L |
|
Step4 |
L |
L |
H |
L |
|
Step5 |
L |
L |
H |
H |
|
Step6 |
L |
L |
L |
H |
|
Step7 |
H |
L |
L |
H |
H: Coil ON, L: Coil OFF
＜＜ギヤードステッピングモータSPG20-332の仕様＞＞
相数： ４
極数： １０
励磁方式： ４相ユニポーラ
ギヤ比： １/２４
基本ステップ角度： ０．７５°
１回転ステップ数： ４８０
コイル抵抗： ６８/１８０W
定格入力： ２W 以内
プログラム
（１） モータを１回転させ、そして逆転させて元にもどる
１回転ステップ数が４８０なので、１−２相励磁方式では各ステップ毎の回転数が半分になるのでStep0−Step7の８ステップも他の方式（１相や２相励磁方式）の４ステップと等しくなる。 ４８０/４＝１２０となり、Step0−Step7の行程を１２０回繰り返せばモータは１回転する。したがってStep0−Step7の１行程で３°回転する。１−２相励磁方式なのでStep0−Step7は実質４ステップとなり、実質の１ステップは３°/４＝０．７５°（基本ステップ角度）となる。１回転ステップ数４８０は３６０°/０．７５°（基本ステップ角度）で求められる。
＜プログラムの説明＞
# 以下のプログラムでは、電源スイッチONで最初時計回り（CW）に１回転し、そして逆転（反時計回りCCW）して元に戻る。
# PORTC レジスタに上記表の値を次々に入れていく。
# For n=1 to 120 ．．． Next n で１回転する
# Pauseus ２５００ は２５００ms (=2.5ms) の間待てという意味。
# この動作にかかる時間は ２．５ｍｓｘ８ｘ１２０＝２４００ｍｓ、 ２４００ｘ２＝４８００ｍｓ＝４．８秒、実際にストップウオッチで測ってみると５秒位。プログラム各行の実行時間と手押し遅れ加算されるためだろう。
＜実験結果＞
# 予想通り正確に動作した。Pauseus ２５００（mｓ） （２５００はS値＝遅れ時間）では５．５V位で大変スムーズに回転する。
# モータ供給電圧８Ｖでは待機中を含めモータは手で触れていられなくなるくらい発熱する。４．９Ｖ以下では回転しない。１６Ｆ６８８のＶｄｄが２．０Ｖ以下になって動作しなくなるからである。したがって、５、５Ｖ位の電圧を加えると良い。十分スムーズに回転し発熱も小さく、さらに動作にかかる時間も５秒と変わらない。{発熱の問題解決： PORTC=%00000000をプログラムの終わりに加えた ２０１０．１１．５}
‘*********************************
'StepMotor1rev.bas - 2010.11.1
'16F688 with internal clock 4MHz (default)
'Controling a step motor (SPG20-332)
'2 switches added: SW1 and SW2
'1 rev-return demo-program
'********Pin connections************
'Pin 1: Vdd (5V)
'Pin 14: Vss (GND)
'Pin 2: PORTA.5: NC
'Pin 3: Not used
'Pin 4: PORTA.3: NC
'Pin 5: PORTC.5: NC
'Pin 6: PORTC.4: NC
'Pin 7: PORTC.3: output - connected to TrArrayP12
'Pin 8: PORTC.2: output - connected to TrArrayP8
'Pin 9: PORTC.1: output - connected to TrArrayP5
'Pin 10: PORTC.0: output - connected to TrArrayP1
'Pin 11: PORTA.2: NC
'Pin 12: PORTA.1: NC
'Pin 13: PORTA.0: NC
'For stepping motor, a voltage of 5-8V is separately supplied.
'****** Program ********
CMCON0=7 'turns off comparator function
TRISC=%11110000 'RC0-3 are outputs
n var word 'counter
n=0
PORTC=%00000000 'Clear PORTC 先ずPORTC レジスタを空にしておく
‘CW 時計回り
For n=1 to 120 ‘120 for 1 revolution 以下の８ステップを１２０回繰り返す
PORTC=%00001001 'Step7 コイルＸとコイル/Ｙを励磁する
Pauseus 2500 '２．5 ms 次のステップの間に遅れ時間２．５ｍｓを入れる。これが回転速度を決める
PORTC=%00001000 'Step6 /Ｙだけを励磁する
Pauseus 2500
PORTC=%00001100 'Step5
Pauseus 2500
PORTC=%00000100 'Step4
Pauseus 2500
PORTC=%00000110 'Step3
Pauseus 2500
PORTC=%00000010 'Step2
Pauseus 2500
PORTC=%00000011 'Step1
Pauseus 2500
PORTC=%00000001 'Step0
Pauseus 2500
Next n
‘CCW 反時計回り
For n=1 to 120
PORTC=%00000001 'Step0
Pauseus 2500
PORTC=%00000011 'Step1
Pauseus 2500
PORTC=%00000010 'Step2
Pauseus 2500
PORTC=%00000110 'Step3
Pauseus 2500
PORTC=%00000100 'Step4
Pauseus 2500
PORTC=%00001100 'Step5
Pauseus 2500
PORTC=%00001000 'Step6
Pauseus 2500
PORTC=%00001001 'Step7
Pauseus 2500
Next n
PORTC=%00000000 ‘Newly added これで終了時にどのコイルにも電流が流れなくなるので停止時のモータの発熱が防げる（２０１０．１１．５に発見）
Ｅnd
'****** End of Program ********
'Note:
'melabs U2 Programmer's
configurations １6F688
'FOSC – INTOSCIO; WDTE - Enable; Power-up Timer - Disable
'MCLRpin – InputPin ; BODEN - Enable; Internal External Switｃh Over – Enable, Fail-Safe Clock Monitor – Enable, CD - Disable;Dtata EPPROM - Disable
（２）
モータを１０回転させる
例えば上記のプログラムで時計回りの部分を次のように変える（太字で表示）。勿論実際のプログラムでは*****Program****と’CWの間の省略部分を加えないといけない。
‘*********************************
‘CW 時計回り
For m=1 to 10 ‘m needｓ to be ｐredefined like “m var WORD” １０回転せよを意味し ｍは予め定義されないといけない
For n=1 to 120 ‘120 for 1 revolution １回転させるため以下の８ステップを１２０回繰り返す
PORTC=%00001001 'Step7 コイルＸとコイル/Ｙを励磁する
Pauseus 2500 '２．5 ms 次のステップの間に遅れ時間２．５ｍｓを入れる。これが回転速度を決める
PORTC=%00001000 'Step6 /Ｙだけを励磁する
Pauseus 2500
PORTC=%00001100 'Step5
Pauseus 2500
PORTC=%00000100 'Step4
Pauseus 2500
PORTC=%00000110 'Step3
Pauseus 2500
PORTC=%00000010 'Step2
Pauseus 2500
PORTC=%00000011 'Step1
Pauseus 2500
PORTC=%00000001 'Step0
Pauseus 2500
Next n
PORTC=%00000000 ‘Newly added これで終了時にどのコイルにも電流が流れなくなるので停止時のモータの発熱が防げる（２０１０．１１．５に発見）
Next m
（３）
２個のスイッチＳＷ１、ＳＷ２とＶＲを追加してモータを正転、逆転、さらに速度を変える
上記の回路図に従って、キットで購入したものと同じような動作をさせようとしたものである。
＜プログラムの説明＞
# 以下のプログラムでは、ＳＷ１を押すとモータは時計回り（ＣＷ）に回り、ＳＷ２を押すと反時計回り（ＣＣＷ）に回る。さらにＶＲを回せば回転速度が１０段階に変えられる。
# ＶＲによる速度を変える機能には外付けの抵抗分圧回路からの電圧をＡＤ変換して読込んでいるので設定が結構複雑になった。
# ADCサブルーチンの中の１０個のS値は出来るだけ回転速度の変j化がスムーズになるように実験的に決めた。
# ADCサブルーチンの中で例えばIf (150=<Vin) And (Vin<200) Then S=2000 をIf (150=<Vin<200) Then S=2000とすると動作しない。括弧で分けないといけない。発見まで３日間もかかった。
# CWまたはCCWルーチンの８ステップを終了するのにIfで始まるKey-EntryのルーチンとADCサブルーチンを通過しなければならない。この間多分数十mｓ(?)の演算時間がかかると思われる。例えばＡＤＣのsampling時間だけでも５０msが必要である。つまり８ステップ毎に数十mｓの回転が停止する現象が起きるはずである。各ステップ間の遅れ時間S、例えば２５００mｓに比べれば比較的小さい。しかしS=1000mｓでは１/２０位に達しかなりの割合になり気になる。割り込みを使ってこの問題を除けるという情報もあるがプログラム作成は難しそう。
＜実験結果＞
# VRの全抵抗域（０−１０K）でモータが脱調なく動作させるには供給電圧８Ｖが必要であった。ただ待機中を含めモータは５０°C位まで発熱する（発熱の問題解決： PORTC=%00000000をキールーチンの中に加え停止時どのコイルにも電流を流れなくした ２０１０．１１．５）。
# VRで変えられる最大回転速度は約６０回転/分（S=1000）で、最小回転速度は約８回転/分（S=８000）であった。低速域で一部ビーというノイズが発生した。
# 供給電圧を変えると上記のノイズが消えるが、他の抵抗域で発生したりする。回転速度と供給電圧の関係は微妙である。
‘*********************************
'StepMotor3.bas - 2010.10.27 Activation Exp. by SW1 and SW2 Worked! good
'16F688 with internal clock 4MHz (default)
'Controling a step motor (SPG20-332)
'2 switches added: SW1 and SW2
'SW1 is being pressed, the motor rotates clockwise while SW2 pressed, it rotates counter clockwise
'ADC is added to control the motor speed.
'********Pin connections************
'Pin 1: Vdd (5V)
'Pin 14: Vss (GND)
'Pin 2: PORTA.5: NC
'Pin 3: Not used
'Pin 4: PORTA.3: NC
'Pin 5: PORTC.5: input - connected to SW1
'Pin 6: PORTC.4: input - connected to SW2
'Pin 7: PORTC.3: output - connected to TrArrayP12
'Pin 8: PORTC.2: output - connected to TrArrayP8
'Pin 9: PORTC.1: output - connected to TrArrayP5
'Pin 10: PORTC.0: output - connected to TrArrayP1
'Pin 11: PORTA.2: NC
'Pin 12: PORTA.1: NC
'Pin 13: PORTA.0: input - analogue input of 0-2.50V from divider(10kR/10kVR)
'For stepping motor, a voltage of 5-8V is separately supplied.
'****** Program ********
Define ADC_BITS 10 '10-bit ADC used
Define ADC_CLOCK 3 'Internal clock used ?
Define ADC_SAMPLEUS 50 'Sample timing =50ms
ADCON0=%10000011
'=131 (decimal) 'bit7=1(right justified),bit6=0(volt refer-Vdd),
'bit5-4=0(unimplemented),bit3-2=00(channel0-An0),
'bit1=1(starts right away),bit0=1(on operation)
ANSEL=%00000001 'AN0 of A/D used
CMCON0=7 'turns off comparator function
TRISA=%00000001 '0-2.5V input from divider
TRISC=%11110000 'RC0-3 are outputs
Vin var word 'AD value
S var word 'Rotation speed Ｓは回転速度を決める遅れ時間 抵抗分圧回路から読込んだアナログ値がデジタル値に変換されてこの値に入る
SW2 var PORTC.4 'SW2 - Counter Clockwise
SW1 var PORTC.5 'SW1 - Clockwise
Vin=0
Steploop: ‘Wait key-entry ＳＷ１またはＳＷ２のキー入力待ちループ
S=0
PORTC=%00000000 ‘Newly added これで終了時にどのコイルにも電流が流れなくなるので停止時のモータの発熱が防げる（２０１０．１１．５に発見）
If SW1=0 then CW ‘Jump to CW ＣＷへ飛べ
If SW2=0 then CCW ‘Jump to CCW ＣＣＷへ飛べ
Goto Steploop
'Steploop: '1-2 phase control Wait for key entry
PORTC=%00000000 'Clear PORTC
CW: ‘時計回りルーチン
Gosub ADC ‘Jump to Subroutine ADC サブルーチンADCへ飛べ
PORTC=%00001001 'Step7
Pauseus S ‘ADCで取ってきた値がこのSに入る
If SW1=1 then Steploop
PORTC=%00001000 'Step6
Pauseus S
If SW1=1 then Steploop
PORTC=%00001100 'Step5
Pauseus S
If SW1=1 then Steploop
PORTC=%00000100 'Step4
Pauseus S
If SW1=1 then Steploop
PORTC=%00000110 'Step3
Pauseus S
If SW1=1 then Steploop
PORTC=%00000010 'Step2
Pauseus S
If SW1=1 then Steploop
PORTC=%00000011 'Step1
Pauseus S
If SW1=1 then Steploop
PORTC=%00000001 'Step0
Pauseus S
If SW1=1 then Steploop
Goto Steploop
CCW: ‘時計回りルーチン
Gosub ADC ‘Jump to Subroutine ADC サブルーチンADCへ飛べ
PORTC=%00000001 'Step0
Pauseus S ‘ADCで取ってきた値がこのSに入る
If SW2=1 then Steploop
PORTC=%00000011 'Step1
Pauseus S
If SW2=1 then Steploop
PORTC=%00000010 'Step2
Pauseus S
If SW2=1 then Steploop
PORTC=%00000110 'Step3
Pauseus S
If SW2=1 then Steploop
PORTC=%00000100 'Step4
Pauseus S
If SW2=1 then Steploop
PORTC=%00001100 'Step5
Pauseus S
If SW2=1 then Steploop
PORTC=%00001000 'Step6
Pauseus S
If SW2=1 then Steploop
PORTC=%00001001 'Step7
Pauseus S
If SW2=1 then Steploop
Goto Steploop
ADC: Subroutine ADC サブルーチンADC
S=0
Vin=0
Adcin 0, Vin 'Read ADC ch-0 and save in Vin (range (0-2.50V/0-512): 5V-1024 抵抗分圧回路からアナログ値を読込む
‘Pauseus 50 ‘Wait 50ms 既にＡＤＣ初期設定で定義されているのでこの行は必要ない
If (Vin<50) then S=1000 ‘得られたVin値の大きさによって以下の１０段階に分け、対応するS値が上のPauseus Sで使われる
If (50=<Vin) and (Vin<100) then S=1250 ‘これらのS値はＶＲを変えた時回転速度変化が出来るだけスムーズになるように実験的に決めた
If (100=<Vin) and (Vin<150) then S=1500
If (150=<Vin) and (Vin<200) then S=2000 'This description using 'AND' was very important! この様に括弧で二つに分けないと動作しない。発見まで３日間もかかった！！！
If (200=<Vin) and (Vin<250) then S=3000
If (250=<Vin) and (Vin<300) then S=4000
If (300=<Vin) and (Vin<350) then S=5000
If (350=<Vin) and (Vin<400) then S=6000
If (400=<Vin) and (Vin<450) then S=7000
If (450=<Vin) then S=8000
Return
End
'****** End of Program ********
'Note:
'melabs U2 Programmer's
configurations １6F688
'FOSC – INTOSCIO; WDTE - Enable; Power-up Timer - Disable
'MCLRpin – InputPin ; BODEN - Enable; Internal External Switｃh Over – Enable, Fail-Safe Clock Monitor – Enable, CD - Disable;Dtata EPPROM - Disable
＜＜性能テスト： １０００回モータを回した後で元の位置に戻るか？＞＞
上記の（２）モータを１０回転させると（３）２個のスイッチＳＷ１、ＳＷ２とＶＲを追加してモータを正転、逆転、さらに速度を変えるのプログラムの一部を使って、モータを１０００回回転させた後で元の位置に戻るかどうかテストした（モータ軸に時計の分針状の針金を接着して位置をチェック）。特に（３）の場合プログラムの中でADCサブルーチンを使っていて８ステップ毎にsampling時間に５０mｓが要求されるので１０００回も回した後ではズレが生じ回転開始位置に正確に戻らないのではと懸念された。結果は予想に反して極めて正確に元の位置に戻ることが分かった。ただ、ＡＤＣなど使わない場合にくらべ多少時間（多分５０mｓｘ１２０ｘ１０００＝６ ｓｅｃ＋a）が余計にかかっていると思う。（実験に使ったプログラム：（２）ではStepMotor1rev2.bas、また（３）ではStepMotor3a.bas）
結論など
１） モータへの供給電圧Vとステップ間に入れる遅れ時間Ｓの間の関係はデリケートである。Ｓ＝１０００mｓ（最速）ではＶ＝８．０V以上でないとスムーズに動作しない（以下だと脱調が起こる）。しかし、Ｓ＝２５００mｓ（中間速）ではＶ＝５．５Ｖ以上でスムーズに動作する。この場合回転速度はＶ＝５．５ＶでもＶ＝８.0Vでも変わらない。
２） ステッピングモータの特性から予想された通り、プログラムで設定したステップ数だけ正確に回転して停止することがを確認出来た。ただし、プログラムの内容によって所要時間が変わるようだ。つまり、今回の（３）２個のスイッチＳＷ１、ＳＷ２とＶＲを追加してモータを正転、逆転、さらに速度を変えるのようなプログラムでは、時間は多少かかるかもしれないが正確なステップ数を刻むということである。
３） 何に使うか？ 今までDCモータを使いマイクロスイッチとソフトで停止位置に止めていたが、ステッピングモータで代替できるかも知れない。ボリュームを回す。ただ回路が結線の多さなどでちょっと複雑になるのが問題。
（追加情報 ２０１０．１１．５）
４） モータの発熱防止のためPORTC=%00000000 をプログラムの終わりやキールーチンの中に加え停止時どのコイルにも電流を流れなくした。偶然思いついた！
５） ＬＥＤを４個加え４つのコイルへの電流の供給を大雑把にモニタ出来るようにした。大変便利！
追加プログラム （２０１０．１１．６） - 配列（Array）を使って簡潔化した
以下How many turns required?で回したい回転数をRevolution=50などと入力し実行すると50回転して停止する。Pulses=480/４、Pulses= Pulses*Revolutionは４８０が１回転当たりのステップ数、それをSteps0-Step7までが１−２相励磁方式では実質４ステップなので４で割り、答えに希望する回転数をかけて必要なステップ数（＝Pulses数）を計算している。Pulses=（480*Revolution）/４と１行でも良さそうだが、この場合Revolution=１００または５００を入れても１３０秒位で回転が止まった。誤動作である。WORD型は１６ビットで最大数が６５，５３５という制限があるためのようだ。Revolution数の最大値は５４６（＝６５，５３５/１２０）となる。実際以下のプログラムでモータを５００回転させると大体７３５秒かかる。
'StepMotorArray.bas - 2010.11.6 Works!
'****** Program ********
CMCON0=7 'Turns off comparator function
TRISC=%11110000 'RC0-3 are outputs
ANSEL=%00000000 ‘No ADC used
Steps var ｂyte[8] ‘配列（Array）を宣言する
Revolution var word ‘Note: WORD's max 16-bit number = 65,535
Pulses var word ‘Number of pulses to be sent
n var byte ‘Counter
m var word
'How many turns required?
Revolution=500 'Rotate 500 times This number must be less than 546 (=65535/120) ここに希望する回転数を入れる。最大５４６
Steps[0]=%00000001
Steps[1]=%00000011
Steps[2]=%00000010
Steps[3]=%00000110
Steps[4]=%00000100
Steps[5]=%00001100
Steps[6]=%00001000
Steps[7]=%00001001
Pulses=480/4 ‘=120 steps ＷＯＲＤタイプの１６ｂｉｔ ６５、５３５制限のためこの様に２行に分ける必要あり
Pulses= Pulses*Revolution ‘Pulses must be less than 546 (=65535/120). because of WORD type
For m=1 to Pulses
For n=0 to 7
PORTC=Steps[n]
Pauseus 1500 '1.5ms
Next n
Next m
PORTC=%00000000 'Cut current supplies to coils コイルへの電流を切る（発熱防止）
Stop
End
‘****** End of Program ********
追加プログラム （２０１０．１１．７） - 大型ステッピングモータを回してみる
この大型のステッピングモータ（下の写真左を参照）は１０年以上も前に入手し、いつか動かすことがあるかも知れないと思って保存していたものである。モータの筺体に小生が昔貼り付けた手書きラベルには 「ＧＰＦ ４９１５ １．８°/step」 と「F１−赤/白、F２−青/白、F３−赤、F４−青、＋５V−黒、白」 とだけ書いてあり、それ以上の詳細な仕様は不明である。Ｗｅｂ上でも見つからなかった。６本の線が出ているので４相のユニポーラ型で構造は上述の小型ステッピングモータSPG20-332と原則同じではと考えた。そして内蔵のコイルの抵抗を測ったら４個のコイルとも抵抗が４．８Wであった。電源が５Ｖの場合５/４．８＝１A位の電流が流れるので１ー２相励磁方式の場合１ー２Ａの電流（平均１．５A）が流れる計算になる。一方、１ステップ毎に１．８°回転するので２００ステップ（＝３６０°／１．８°）で１回転する。SPG20-332は１回転４８０ステップなので、同じ駆動回路につなげると前者は後者の４８０／２００＝２．４倍速く回転することになる。SPG20-332で使った回路に結線したらすぐ動作した。上記の配列を使ったプログラムStepMotorArray.basでRevolution（回転数）に５００を入れて回転させたら１２min13sec後に停止した。その間前者SPG20-332は５００回、後者は１２００回それぞれ回転して停止した（下の写真右を参照）。実験では遅れ時間１．５ｍｓ、電源５V強（ちょうど５Vでは回転を始めないことがある）から１０V位まで試したところ６V以上でスムーズに回転した。６Vで大型と小型の２つのステッピングモータを回転させている時のシステム全体の電流を測定したところ０．６９A位で予想した値１．５Aよりずっと低かった。理由は不明である。回転速度を決めるステップ間の遅れ時間をこれまでの１．５ｍｓから４．０ｍｓに変えると電源の供給電圧を上げることが出来なくなりほぼ６．４０Vで固定。そして電流も０．９５Aに上昇した。モータも軽いゴツゴツ音と振動を出して回転した。そして設定した回転数５００ｘ２．４＝１２００回に達しても停止せず正常に動作しなかった。以上から遅れ時間は１．５ｍｓ−２．０ｍｓ位がスムーズに回転させるに良いと思われる。
まとめ
１） この大型のステッピングモータも１−２相励磁方式でスムーズに回転させることが出来ることが分かった。２相励磁方式も試したがちょっとゴツゴツした回転であった、
２） 供給電圧や遅れ時間の設定が結構厳しい。一応、５−１０V、遅れ時間１．５ｍｓ−２．０ｍｓが良いようだ。
３） 条件にもよるが電流は最大で１A位消費する。モータに負荷をかけると大きくなる。
４） ステッピングモータを使うときは予め実験して動作を確認することが絶対に必要。
、
直径５５ｍｍｘ高さ５０ｍｍｘ軸長１５ｍｍ、重さ４５０ｇ 大小２つのステッピングモータが回転中
追加情報 （２０１０．１１．１３）― 中型ステッピングモータを回してみる
秋葉原詣で実験するのに手頃な大きさの中古ステッピングモータを見つけ購入した（日米無線電機 \400）。６本の線が出ていたのでユニポーラ型と判断した。重量は１２０−１３０ｇほど。
仕様（本体に貼ってあるラベル）：
1.
Type KP39FM2-020
2.
1.8DEG/STEP
3.
No.0829 Japan Servo Co.,Lted., Made in
Singapore, AE28973
Web上でKP39FM2-020などで検索してもデータ見つからず。一番知りたかったことは６本線を上述のPICを使ったステッピングモータ制御回路への結線法である。同じメーカのKH39FM2-801のデータが見つかった。結線法も載っていたのでこのモータで試してみたら首尾よく動作した（プログラムStepMotorArray.bas）。原則KP39FM2-020と同じと考えられるKH39FM2-80の結線図と線色などの関係を下表に示す。
|
Pin No. |
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
11 |
|
Phase |
A |
Acom |
/A |
B |
Bcom |
/B |
|
Wire color |
Black |
Red |
Brown |
Yellow |
Blue |
Orange |
SPG20-332の結線図との関係： A=X, Acom=電源（＞＋５V）、/A＝/X、B=Y、Bcom＝電源（＞＋５V）、/B＝/Y
まとめ
1)
４相のユニポーラ型で、結線図はKH39FM2-80のそれと同じだった。PICを使ったステッピングモータ制御回路へ既に試験した他の２個のモータ同様に接続してそのまま動作した。
2)
６V位から安定して動作する。しかし、指で軸を抑えると比較的簡単に空転を起こす。電圧を上げて１２V位にすると力強さが増し指で押さえてもなかなか空転しない。したがってこのモータの実用供給電圧は１２V位と思われる。
3) 各コイルの抵抗は７７Wで、したがって駆動時消費される電流は１つのコイルで０．１５６A（１２V/７７W）、２つのコイルではその２倍の３００ｍAになる。平均して２００ｍA強消費される。
追加情報 （２０１０．１１．１８）― 小型ステッピングモータを回してみる
部品箱を漁っていたら６本線の小型のステッピングモータが見つかった。
仕様（本体に貼ってあるラベルを含め）：
１． ＳＰ２−４１８
２． Ｃｏｐａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
３． ０１８８２７１
４． 大きさ： F２０ＸＨ２５ｍｍ、重さ： １６−１７ｇ
これしか分からない。何しろ古いものなのでＷｅｂ上で検索してもＤａｔａｓｈｅｅｔのようなものは見つからなかった。したがって、トライアル＆エラーで上述のPICを使ったステッピングモータ制御回路への結線法を見出すために６本の線間の抵抗を測定して以下のような結果を見出した。
PICを使ったステッピングモータ制御回路への結線
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Phase |
X |
Vdd |
/X |
Y |
Vdd |
/Y |
|
Wire color |
Yellow |
Green |
White |
Blue |
Green |
Red |
以下の様なプログラムでこのステッピングモータを回転させてみると、正確に１回転して停止する。Ｓｔｅｐ０−Ｓｔｅｐ７の８ステップは１−２励磁法では４ステップと同じなので、これを１０回繰り返すと（For n=1 to 10）４Ｘ１０＝４０ステップになる。つまりこのモータを１回転させるのに４０ステップ必要になる。したがって１ステップ毎に回転する角度は３６０°/４０＝９°と計算される。
'****** Program StepMotor2rev.bas ********
CMCON0=7 'turns off comparator function
TRISC=%11110000 'RC0-3 are outputs
n var word 'counter
n=0
PORTC=%00000000 'Clear PORTC
For n=1 to 10 ‘Repeat 10 times これでモータはちょうど１回転する
PORTC=%00001001 'Step7
Pauseus 5000 '5 ms
PORTC=%00001000 'Step6
Pauseus 5000
PORTC=%00001100 'Step5
Pauseus 5000
PORTC=%00000100 'Step4
Pauseus 5000
PORTC=%00000110 'Step3
Pauseus 5000
PORTC=%00000010 'Step2
Pauseus 5000
PORTC=%00000011 'Step1
Pauseus 5000
PORTC=%00000001 'Step0
Pauseus 5000
next n
C=%00000000 'Clear PORTC Stop newly added - overheating (found 2010.11.5)
End
まとめ
１) ４相のユニポーラ型で、ステップ角は９°であった。つまり随分と荒っぽいステップで回転することが分かった。このモータの内部結線図は上述のＳＰＧ２０−３３２、大型、中型モータのそれと原則同じであった。PICを使ったステッピングモータ制御回路へ接続したら特に問題もなく動作した。
２) 高速で回転する。しかし、小さいのであまりトルクはない。遅れ時間 Ｐａｕseus＝９００から５０００mｓまで試した。
３) 上記のプログラムの場合５Ｖでは起動せず、６V位から安定して動作する。一応、１２V位まで試した。高速回転する遅れ時間 Ｐａｕseus＝９００の場合、電圧を１０Ｖ以上にしないと回転しない。
すなわち、遅れ時間で決まる回転速度と電源電圧の関係はかなり微妙である。一般に、回転速度が上がるにつれ、スムーズに回転するために要求される電圧も高くなる。
４) ４つのコイルの抵抗は６１−６４Wで、したがって駆動時消費される電流は１つのコイルで約１００ｍＡ、２つのコイルではその２倍の２００ｍAになる。平均して１５０ｍAほど消費される。
５） 既述の２個のスイッチＳＷ１、ＳＷ２とＶＲを追加してモータを正転、逆転、さらに速度を変えるプログラム'StepMotor3.basが見事にこのステッピングモータでも動いた。ただ、ＶＲを低速域を選んだ場合は電源電圧が低めで（ただし、＞６Ｖ）、高速域の場合８−１２Ｖ位でスムーズに回転する。