ステッパーモーターの選び方

DIYハーモニック赤道儀

昨日コメントでステッパーモーターの選び方の質問がありましたので、記事にしたいと思います。因みにステッパーモーターと呼ばれたりステッピングモーターと呼ばれたりします。同じ意味です。

実は、先週末より海外出張で、この国の政府指定隔離ホテルで4日過ごし、一昨日隔離から開放され自由の身になりました。しかし、あと2日は経過観察でオフィスビルにもレストランにも入れないんです。毎日抗原検査と隔日でPCR検査してます。暇なので記事連投です!笑

ステッパーモーターについて自分も最初は動かすところから、失敗の連続でした。問題が、モーターなのか、ドライバなのか、配線なのか、それともプログラムなのか最初は本当に分からないんですよね。一度は諦めたこともありました。どうして必要だったか、どうして詳しくなったかと言うとこれを作っていたからです。最終的にはサーボモータを改造したものを採用しました。今でも2年越しで製作しています。赤道儀製作でほぼ休止してますが・・・。

これに興味がある方はコチラです

バイポーラとユニポーラ

ステッパーモーターには、バイポーラ(4極)とユニポーラ(5極)がありますが、一般的に使われているのはバイポーラだと思いますので、バイポーラで話を進めます。500円以下でドライバと合わせて購入できる28BYJ-48(ユニポーラ)というモーターがありますが、これはフォーカーサには使えますが赤道儀には不向きです。(パワー不足、バックラッシュが大)

NEMA

赤道儀で利用するステッパーモーターは、Nemaだと思います。Nemaは、米国の主要電気メーカー560社で構成される「全米電機工業会」が定めた規格の名前です。US National Electrical Manufacturers Associationの頭文字です。Uはどこいった?

サイズ

それに続く数字は、サイズを表します。Nema6〜Nema42くらいまであります。3Dプリンタで良く使われているのはNema17です。これの意味は、モーターのフレームサイズ(幅・奥行き)が1.7インチということです。1.7 x 25.4mm = 43.18mm となりNama17は42mm x 42mmサイズとなります。ズレてますね!

次に良く使われるのは、Nema14でしょうか? 1.4 x 25.4 = 35.56 でフレームサイズは35mm x 35mmとなります。誤差はありますが、そうなってるんです!

Nema23では、2.3 x 25.4 = 58.42 サイズは57mm x 57mm ズレ!笑

トルク

トルクは、このフレームサイズによって変化します。さらに本体の高さによってもトルクが変わります。高さは20mm〜98mmまで様々です。高さがある方がトルクがあります。ただトルクばかり考えて大きいサイズを選ぶとメチャメチャ重いです。重さも考慮する点です。

サイズによって軸径も変わります。Nema14〜17は軸径が5mmなので、プーリーなど入手しやすいと思います。

Amazon等で手に入りやすいものは、Nema17の20mm、40mm、48mm辺りでしょうか。

トルクは、高さによって下記のようになっています。単位変換サイト
H20mm = 26Ncm = 2.651kg-cm
H40mm = 45Ncm = 4.588kg-cm
H48mm = 59Ncm = 6.016kg-cm

意味は、モーター軸から1cmのところで持ち上げることができる重さです。専門家ではありませんので、表現が子どもっぽいかもしれません。お許しを。H40mmの場合は軸から1cm離れたところで4.588kgを持ち上げることができます。

でお勧めは?

さて、ここまで書いておいて、私は自作のサイクロイダルドライブ赤道儀とハーモニックドライブ赤道儀でしかステッパーモーターを使ったことがありません。市販の赤道儀をモータードライブ化するにあたり、どれくらいのトルクが必要なのか知らないのです。なのでどれが良いかは、実際使われている方に聞くのが一番だと思います。

想像するにNema17であれば、H38mm〜48mmもあれば十分のような気がします。(赤道儀のギア比にもよると思います)Nema14であればH52mmで4.078kg-cmのトルクがあるので使えそうです。

注意しなければいけないのは、適切なvref調整がされているかどうかです。電圧が低すぎるとモーターの性能を発揮させることができませんし、高すぎても脱調を起こしトルクが上がりません。トルクが足りないのは、モーターのサイズが小さいからだと早合点しないで徹底的にvref調整を追い込んでからトルク不足かどうか判断すべきです。

トルクだけで考えるとギアードステッパーモーターがあります。遊星ギア付きのNema8(20mm x 20mm)で減速比1:90というのがあります。この小ささで9.177kg-cmのトルクがあります。しかし若干バックラッシュがあります。減速比が高いので、GOTOのときに目的の星座に到達するまでかなり時間が掛かりそうです。減速比は色々あります。

入手方法

一番早く手に入れるにはAmazonで売っているもの、さらにPrimeであるものを選べば、2〜3日で入手可能です。ただ、なかなか種類がありません。2週間ほどかかるものは中国発送のものです。それであれば最初からAliexpress等で注文したほうが圧倒的に安いですし、最近は2週間程度で配達されます。

Aliexpress – HANPOSE このメーカーからは良く購入しています。端子がついているタイプのメーカーです。

Aliexpress – STEPPERONLINE このメーカーは、コードが直接出ているタイプが多いです。

以上、暇にまかせて書きました。もし間違っている点がありましたらご指摘いただけると幸いです。

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コメント

    • カメラde遊ing
    • 2022.09.09 5:16am

    なるほどです…..〆(・ω・)メモメモ
    サイズはそれを決めた方がコンピューター上での小数点以下の扱い方が分からなかったのかも知れないですね(そんなことはないか(^^;))
    25.4mmではなく25を掛けて端数を切ればそんな表記になりそうな・・・。
    しかし、Uはどこへ行ったのでしょう?

    • KEN
      • KEN
      • 2022.09.09 12:15pm

      記事にするにあたり計算してみると全部ピッタリいかないので、自分でも困惑しました・・・

      UNEMAでも格好良かっと思うんですがね。アメリカの規格だからUSはあたり前で削除したのでは・・・

      それより、ATOMカム面白いですね〜

    • カメラde遊ing
    • 2022.09.09 12:34pm

    まだ海外出張中なんですか?
    それともまた出張なのかな?
    うちの兄貴は海外工場の工場長なんで、入出国がコロナに感染しちゃった関係で大変みたいですよ。
    お気をつけください。

    ATOMは安いのにもう2回も火球をキャッチしてくれてなかなか優秀です。
    うちの窓からだと空が狭いのだけが残念ですよorz…

    • KEN
      • KEN
      • 2022.09.09 3:06pm

      12日に帰国予定です。入国者全員義務の経過観察で明日までレストランにも入れません。
      まさかお兄さんベトナムとかじゃないですよね?

      うちはマンション低層で、前に別の棟のマンションが建っているので、南西しか見えません。
      ただ電柱がない地区なので意外と視界は広いです。

      今日の夜にポチる予定!

    • nekomeshi312
    • 2022.09.09 9:40pm

    自分もAliexpressで何個かNEMA17のステッピングモータ買いましたが、正直長けりゃトルク強いだろう、くらいしかかんがえずに、長さ60mmのを使っていますf^^; めちゃ重いです。使っている赤道儀がNJPなので重さは問題ないんですけど、これでもトルクが足らないんですよね。せいぜい120倍速くらいしか出せないです。使っているモータドライバが定電流制御機能がないL6470なので、最適トルクが出せていないっぽいです。

    • KEN
      • KEN
      • 2022.09.09 10:43pm

      こんにちは!たぶんトルクが足りないからスピードが出ない訳ではないと思います。
      L6470は、1/128マイクロステップまで使えます。Tracking時は良いですが、そのままSlewするとCPUの負担が増えます。例えばフルステップなら1.8度を1回のパルスを発生すればいいですが、1/128なら1.8度に128回もパルスを発生させる必要があります。スピードを上げると更にCPUに負担がかかります。もしかしたら、トルクよりもこっちの問題の可能性が高い気がします。OnStepだとTracking時とSlew時とにマイクロステップ・フルステップを切り替える機能があります。

    • nekomeshi312
    • 2022.09.10 4:11pm

    ありがとうございます。自分もGoToなどでSlew時にはフルステップにしています。ただ、ソースを見直してみると、手動で高速で動かすところでマイクロステップを切るのを忘れていました・・・orz… なんで気づかなかったんだろう。ありがとうございます。直さなきゃ・・

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