つれづれデジカメ日記

バイポーラステッピングモータとユニポーラステッピングモータは、両方ともステッピングモータの一種であり、それぞれ異なる特性や利点を持っています。以下に両者の比較を示します：

バイポーラステッピングモータ:

1. 構造:
- バイポーラステッピングモータは内部に4つの磁極があり、二相（バイポーラ）制御が可能です。

2. トルク:
- バイポーラステッピングモータは、ユニポーラモータよりも高いトルクを発生させることができます。


「写真の由来：Nema 23 バイポーラステッピングモーター 1.26Nm (178.4oz.in) 2.8A 2.5V 57x57x56mm 4 ワイヤー」

3. 制御:
- バイポーラステッピングモータは、ユニポーラステッピングモータよりも制御が複雑ですが、高いトルクと精度を提供します。

4. 効率:
- バイポーラステッピングモータは、ユニポーラステッピングモータよりも効率が高く、高速での運転に適しています。

ユニポーラステッピングモータ:

1. 構造:
- ユニポーラステッピングモータは内部に2つの磁極があり、単相（ユニポーラ）制御が可能です。

2. 制御:
- ユニポーラステッピングモータは、バイポーラモータよりも制御が簡単で、回路が単純です。


「写真の由来：Nema 14 バイポーラステッピングモーター 1.8°14Ncm (20oz.in) 0.4A 12V 35x35x26mm 4 ワイヤー」

3. コスト:
- ユニポーラステッピングモータは、バイポーラステッピングモータよりも一般にコストが低く、初期投資が抑えられる利点があります。

4. 効率:
- ユニポーラステッピングモータは、バイポーラステッピングモータよりも効率が低い場合がありますが、制御が容易です。

結論:
- バイポーラステッピングモータは高いトルクと精度を提供するが、制御が複雑でコストが高い。
- ユニポーラステッピングモータは制御が簡単でコストが低いが、トルクや効率はやや低い場合がある。

選択するモーターは、具体的なアプリケーションの要件や予算、制御の複雑さなどに応じて決定されるべきです。
  

バイポーラステッピングモータのステップ角は、電流の方向を制御することで調整されます。バイポーラステッピングモータは、2つのコイルを持ち、それぞれに電流を流すことでステップ運動を実現します。これらのコイルは通常、クロスオーバー接続（cross-over connection）またはハイブリッド接続（hybrid connection）と呼ばれる方法で接続されます。

バイポーラステッピングモータのステップ角を調整するためには、次のような手順が一般的に行われます：


「写真の由来：Nema 17 バイポーラステッピングモーター 1.8°26Ncm (36.8oz.in) 0.4A 12V 42x42x34mm 4 ワイヤー」

1. 正しい電流の方向を流す:
- バイポーラステッピングモータは、コイルに電流を流すことで磁場を生成し、モータを回転させます。ステップ角を調整するためには、正しい順方向または逆方向に電流を流す必要があります。

2. 適切なタイミングで電流を切り替える:
- バイポーラステッピングモータは、正確なタイミングでコイルの電流を切り替えることでステップ運動を生成します。ステップ角を調整するには、電流の切り替えタイミングを制御することが重要です。


「写真の由来：Nema 17 バイポーラステッピングモータ 0.9°46Ncm (65.1oz.in) 2A 2.8V 42x42x48mm 4 ワイヤー」

3. マイクロステップ制御:
- バイポーラステッピングモータでは、マイクロステップ制御が使用されることがあります。マイクロステップ制御は、1つのステップを複数の微小ステップに分割することで、スムーズな運動や高分解能の位置制御を実現します。電流の方向を微調整することで、ステップ角を調整することができます。

バイポーラステッピングモータは、電流の方向とタイミングを制御することでステップ角を調整することができます。この制御は、精密な位置決めや運動制御が必要なアプリケーションで重要な役割を果たします。
  

3Dプリンターにおいて、ステッピングモーターは主要な駆動要素として広く使用されています。以下に、ステッピングモーターのいくつかの応用例を挙げます。

プリンターヘッドの位置制御:
3Dプリンターでは、プリンターヘッドを正確に位置制御する必要があります。ステッピングモーターは、ステップモーションによって微細な位置変化を実現するため、プリンターヘッドのXYZ軸の移動に使用されます。ステッピングモーターの高い位置制御精度と再現性により、正確なモデルの作成が可能となります。

「写真の由来：Nema 14 ユニポーラステッピングモーター 1.8°10Ncm (14.16oz.in) 0.4A 10V 35x35x34mm 6 ワイヤー」

フィラメント供給の制御:
3Dプリンターでは、フィラメント（材料）の供給を正確に制御する必要があります。ステッピングモーターは、フィラメントの押し出し機構や供給ローラーの駆動に使用されます。ステッピングモーターは一定の角度ごとに回転する特性を持ち、正確なフィラメントの供給量を制御するのに適しています。

ビルドプレートの移動:
3Dプリンターでは、ビルドプレート（印刷台）を上下に移動させる必要があります。ステッピングモーターは、ビルドプレートのZ軸の移動に使用されます。ステッピングモーターの微細なステップ運動により、ビルドプレートの高さを正確に制御できます。

「写真の由来：Nema 16 バイポーラステッピングモーター 1.8°18Ncm (25.5oz.in) 0.65A 4.55V 39x39x34mm 4 ワイヤー」

プリンターヘッドのエクストルーダー制御:
3Dプリンターでは、プリンターヘッドからフィラメントを押し出すエクストルーダーを制御する必要があります。ステッピングモーターは、エクストルーダーの押し出し機構を駆動するために使用されます。ステッピングモーターの精密なステップ制御により、一定のフィラメントの押し出し量を確保することができます。

これらは一般的な応用例ですが、3Dプリンターの設計や機種によって異なる場合があります。ステッピングモーターは、その位置制御の精度と確実な停止能力により、3Dプリンターの動作の正確性と品質向上に貢献しています。







  

PM型ステッピングモータは、ステップモータの一種であり、永久磁石を使用していることが特徴です。以下にPM型ステッピングモータのメリットとデメリットを説明します。

メリット:

高トルクと高精度: PM型ステッピングモータは、永久磁石を使用しているため、高いトルクを発生させることができます。また、ステップ角（回転角）が小さく、ステップの位置制御が高精度に行えます。これにより、正確な位置決めや制御が可能となります。

「写真の由来：Φ35x22mm PM型リニアステッピングモータ エクスターナル 0.2A ねじリード0.5mm/0.0197" 長さ21.5mm」

動作が安定している: PM型ステッピングモータは、ステップ角が固定されており、ステップ信号を与えることで確実に一定の角度だけ回転します。この性質により、安定した動作が期待できます。また、ステップ信号の変化に応じて即座に応答するため、応答性も高いです。

高効率: PM型ステッピングモータは、永久磁石を使用することで、高い効率を実現しています。磁界のエネルギーを効率的に変換し、回転力に変えることができます。そのため、エネルギーの消費が少なく、省エネルギーです。

デメリット:

高価: PM型ステッピングモータは、永久磁石を使用しているため、他のステッピングモータに比べて製造コストが高くなる場合があります。特に、高性能や高精度なモータの場合、価格が上昇する傾向があります。

「写真の由来：Φ35x36.2mm PM型ステッピングモーター ギヤ比10.8:1 平行軸ギアボックス付」

低速時の振動や共振: PM型ステッピングモータは、低速回転時に振動や共振現象が発生することがあります。特に、低負荷の状態やモータ自体の構造によっては、振動や騒音が生じることがあります。このため、低速回転時の制御や振動対策が必要となることがあります。

高速回転の制約: PM型ステッピングモータは、高速回転時にはトルクが低下する場合があります。これは、モータ内の永久磁石の特性や回転速度による誘導電流の影響が関与しています。そのため、高速回転が必要な場合は、適切な制御や冷却対策が必要となることがあります。

以上が、PM型ステッピングモータの一般的なメリットとデメリットです。適切な用途や要件に応じて、ステッピングモータの種類や特性を検討することが重要です。
  

モータは、電気エネルギーを機械的な動力に変換する装置であり、さまざまな種類があります。各種類のモータは、異なる用途に適しています。以下に一部の主要なモータの種類とその用途をいくつか挙げます：

直流モータ（DCモータ）:

ファンやポンプ、コンベヤーなどの工業用機械
自動車のウインドウレギュレーターやウィンドシールドワイパーなどの自動車アプリケーション
ロボットやドローンなどの自律移動装置

（写真の由来：NEMA23一体型イージーサーボモータブラシレスDCサーボモーター 90w 3000rpm 0.3Nm（42.49oz.in）20-50VDC）

交流モータ（ACモータ）:

家庭用電化製品（冷蔵庫、洗濯機、エアコンなど）
工業用機械（ポンプ、ファン、コンプレッサーなど）
交通機関（電車、電車、電気自動車など）

ステッピングモータ:

プリンターやスキャナーなどのオフィス機器
CNCマシンや3Dプリンターなどの精密な制御が必要な機械
テレスコープや天体望遠鏡などの天文学的装置

サーボモータ:

ロボットアームや産業用ロボットなどの自動化装置
航空機の制御面や自動操縦装置
CNCマシンやロボット工作機械などの精密な位置制御が必要な機械

（写真の由来：Nema 17 バイポーラステッピングモーター 1.8°13Ncm (18.4oz.in) 1A 3.5V 42x42x20mm 4 ワイヤー）

ブラシレスモータ:

電動自転車や電動スクーターなどの交通機関
ドローンやRCモデルなどの航空機
ハードディスクドライブや冷蔵庫の圧縮機などの家電製品

これらは一部のモータの種類とそれぞれの主な用途の例です。モータの種類と用途は幅広く、さまざまな産業や分野で使用されています。各モータの特性や特長に基づいて、特定のアプリケーションに最適なモータを選択することが重要です。
  

ステッピングモーターが振動する原因はいくつかあります。以下に主な要因を説明します：

ステップ角度: ステッピングモーターは、一定のステップ角度ごとに回転します。通常、ステップ角度は90度、45度、またはより小さな角度となります。この特性により、ステッピングモーターは連続的な回転ではなく、ステップごとに回転するため、微小な振動が発生します。

（写真の由来：ステッピングモーター 3Dプリンター DIY CNCロボットに適用 , 0.4A ,黒 17HS13-0404S1）

構造的な不均衡: ステッピングモーターの構造には、ロータやステータの磁性材料、コイルの配置などが含まれます。これらの要素には、完全に均衡した構造ではない場合があります。そのため、回転中に微小な不均衡が生じ、振動が発生することがあります。

振動モード: ステッピングモーターには、1相、2相、および多相の駆動モードがあります。特に1相や2相の駆動モードでは、磁場の切り替えが頻繁に行われるため、モーターが振動する可能性が高くなります。これは、ステッピングモーターが正確な位置制御を行うために必要な性質ですが、同時に微小な振動も引き起こします。

（写真の由来：Eシリーズ Nema 23バイポーラステッピングモーター 23HE30-2804S 1.8°1.9Nm 3.2V 57x57x76mm）

駆動信号の応答: ステッピングモーターは、駆動信号に基づいて動作します。駆動信号の応答に遅れや不確定性がある場合、モーターが正確にステップすることができず、振動が生じる可能性があります。

これらの要因により、ステッピングモーターは通常、微小な振動を伴って動作します。ただし、振動を最小限に抑えるためには、適切な駆動回路や制御アルゴリズムの使用、構造的な改良などが必要となる場合があります。

  

長所
１．モータの回転角度は、入力パルスに比例する。
２．静止状態でトルクが最大になる（巻線に通電している場合）。
３．良いステッピングモータは、ステップ角毎の誤差は±３～５％の精度を持ち、この誤差はステップ間で
　　累積しないため、高精度な位置決めと動作の反復性を持つ。
４．始動／停止／逆転に対する優れたレスポンスを有する。
５．モータ内に接触ブラシがないため、非常に信頼性が高い。このため、モータの寿命は軸受けの寿命にのみ
　　依存する。
６．モータはオープンループ制御が可能なデジタル入力パルスに応答することから、モータ制御がより容易
　　かつ低コストになる。
７．軸と直接連結された負荷とは、超低速な同期運転が可能になる。
８．回転速度は入力パルスの周波数に比例するため、広範囲の回転速度を実現できる。

短所
１．制御が不適切な場合、共振が発生することがある。
２．超高速での運転は容易でない。

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金属3Dプリンターの技術はまだまだ発展途上であるため、デメリットも目立ちやすいの事実です。

（1）造形方式に合わせた知識が必要となる
一口に金属3Dプリンターといっても、強みが異なるため、出来上がるものにも違いが出てきます。
造形方式に合わせたデザインや設定の仕方を認識しておかないと導入後に造形の失敗の連続ということも少なくはありません。

（2）実用的なアプリケーションが少ない
導入されている業界や企業数は少ないのが現状で、どの用途も限定的です。
試作といったところの域を大きく逸脱できず、現場に近い用途はまだまだ少ないので、「機械は良くても、何につかったら良いのだろう」と思う方も多くいるかもしれません。

（3）費用対効果が見出しづらい
上記（2）に関連することでもありますが、何に使ったら良いかわからないため、何をもって投資回収ができているのか予測が立てづらいといったことがあります。

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ステッピングモータを持っていますが、モータのピン配列図がありません。 どのようにステッピングモータを配線すれば良いですか？
一般的に、2相ステッピングモータには、エンコーダ線を除く4、6 または8本のワイヤがあります（追加のエンコーダラインは含みません）。
一部のステッピングモータには、システムグランドに接続できるモータケースのグランドがあります。これは通常黒いワイヤであり、合計数に1本の追加線が追加されています（4本のコイル線 + 1本のケースグランド = 合計5本の線）。

最善策は、モータの製造元からピン配置の情報を入手することです。以下の手順を参照して2相ステッピングモータを配線します。

4コイルワイヤのステッピングモータの場合:

アプローチ1 (マルチメータを使用)
マルチメータで各2相の抵抗を測定した際、それぞれの抵抗値は同じである必要があります。同相のワイヤ間の抵抗を測定した場合、開回路であるため抵抗値は無限となります。この方法で2組のワイヤを確認します。ワイヤペアは、同じくらいの内部抵抗があります。
まずは極性（+/-）を無視してアンプにそれぞれのペアを接続します。正しい確率は50％です。
モータを移動するコマンドを送信します。モータが間違った方向に回転した場合は、位相AとA-またはBとB-のいずれかを切り替えます（実際には方向を逆転させます）。

アプローチ2 (マルチメータを不使用)
任意のパターンで4つのコイルのワイヤをアンプに接続します。モータを動作させるコマンドを送信します。
もしモータの動作が不安定あるいはまったく動作しない場合は、A相の1本とB相の1本の配線を交換してみます。
モータが間違った方向に回転する場合には、A相とA-相またはB相とB-相のいずれか（方向を反転させる方）を切り替える必要があります。

各相にセンタータップがある6コイルワイヤのステッピングモータの場合:

センタータップの内部抵抗は全位相の半分である必要があります。最も簡単な方法は、マルチメータを使用して最大抵抗値を持つ2組のワイヤを見つけることです。
まずは極性（+/-）を無視してアンプに各位相を接続します。正しい確率は50％です。モータが反対方向に回転した場合、A相とA-相またはB相とB-相のいずれか（方向を反転させる方）を切り替える必要があります。

8コイルワイヤのステッピングモータの場合（モータの正確なピン配列を見つけることを強く推奨します）:
8本のワイヤは4つのペアで構成され、それぞれのペアの抵抗値は同じです。モータを分解せずにどの2つのペアがA相でどの2つのペアがB相であるのかを知るのは容易ではありません。
Additional Information
ステッピングモータの配線がわかっている場合は、モータコントローラにステッピングモータを接続する方法については、モーションコントローラのユーザマニュアルを参照してください。

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警告：ステッピングモーターはドライバに連接する時に、モータの電源が閉めたことを確認してください。ドライバが通電してい、モータが切れない。

四線モータは一つの方式でしか連接できない。