ステッピングモーターが止まる原因について

質問

こんにちは。電子工作を初めて数ヶ月と経験が乏しく、お恥ずかしながら、ステッピングモーターの制御方法についてどなたかご教授頂けませんでしょうか？

具体的には、動作確認（同じ回転方向に一定回転数で回り続ける動作）をしたのですが、回り始めてから10～30秒後に止まる現象が起きています。止まっている間もシャフトが振動しているような状態で、全く動いていない訳ではないです。この現象がなぜ起きるのか、そして解決方法があれば教えて頂けませんでしょうか？

おそらく不足情報などあるかと思います。追加でほしい情報があれば別途お聞きいただければと思います。

回答No.8

lumiheart

回答３です
>止まっている間もシャフトが振動しているような状態で、

この現象は典型的な脱調です

>まず、今回は無負荷で回しています。
無負荷とは軸に何も接続してない状態ですか？
動作を分かりやすくするために
軸に円板或いは、プーリを取り付けてトルクを実測してください
ラジコンカーの車輪とかサーボホーンとかを付けても良い
https://www.super-rc.co.jp/rc/category/?pcm_cd=01-15-03-15-03&sort=rc&offset=2

実測とは言ってもトルクを計測できる測定器なんて持ってないでしょうけれど
単純に回転してる円板を指で掴んで発生トルクを感覚で理解してください

正常にトルクが発生してるとトルクを実感できます
回転してる円板を挟む指の力をもっと上げると
いとも簡単に「脱調」します
脱調するとトルクが抜けます
ヘタすると逆方向に回転したりします

定速回転でなく、所謂台形加速させて順々に速度を上げていく
そうすると脱調と言う現象がよく分かるでしょう
https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1305/07/news005.html

定電圧ドライバと定電流ドライバ
https://www.pulsemotor.com/feature/steppingmotordrive1.html
初心者の多くは簡単で安価な定電圧ドライバを使うけど
定電圧ドライバはすぐに脱調する
しかもモータはすごく発熱する　＜手では触れないくらいに熱くなる

パルス波形の問題
= ON
_ OFF
____=____=____=____=____=____=____=____=

____====____====____====____====____====

所謂、デューティ比（ＯＮ／ＯＦＦ比）正確に５０％にすると脱調しにくい
初心者が作ると１：１０くらいになってりする　＜　脱調しやすい
マイコンからの出力波形でなくてステッピングモータへの駆動電圧波形

オシロで波形観測する以外の選択肢は無い
昔はオシロは高価でしたが最近は手が届くレベルまで下がった
http://akizukidenshi.com/catalog/c/cpcscope/
https://toragi.cqpub.co.jp/tabid/843/Default.aspx

回答No.7

hahaha8635

どういう電気回路使ってるのか明記した方がいいと思います

回答No.6

ohkawa3

無負荷で回して、10～30秒後に止まるのでしょうか？
そこそこ負荷が掛った状態で、10～30秒後に止まるのでしょうか？
無負荷でモーターに全く通電しない状態で、手で回したときに滑らかに回るでしょうか？

補足

無負荷で回しています。また、無通電の状態ではシャフトは滑らかに回ります。回転数も５秒間に360°（一回り）ほどとそんなに早くはないのですが。止まるタイミングもバラバラなので、単純にプログラムの問題でもない気がしています。

回答No.5

TIGANS

あと、回り始めてから10～30秒後に止まる理由はたぶん温度上昇によるトルク低下です。放熱器やファンを検討ください。
確認方法は停まったとこで再始動、まわらなきゃ冷却して試す。
https://okwave.jp/qa/q9469828.html

補足

ご回答ありがとうございます。助かります。

そうか、温度上昇は思いつかなかったです。
お手数ですが、温度が上がってしまう要因にはどんなことが挙げられるでしょうか？

今回は無負荷で回していて、回転数も５秒間に360°（一回り）ほどとそんなに早くはないです。制御環境に関しては、マイコンとドライバICで以ってマイコンのGPIOをオンオフさせることで制御しています。

回答No.4

fujiyama32

「ステッピングモーター」は「ステッピングモーター用アンプ」に外部
からの制御装置から発信される1つのパルス信号を与えますと決められた
角度(°)回転します。
同時に複数のパルス数(ｎパルス)の信号を加えますと「決められた角度(°)
×ｎ」回転します。
なお、それ以上のパルス信号が無ければ、その場で停止します。
連続で回転させたいのであれば、発信器から連続してパルス信号を
「ステッピングモーター用アンプ」に加えれば良いことになります。
逆転したい場合は逆転用入力端子がありますので、逆転用パルス信号を
与えます。

実際には、どのような制御装置(回路)になっているのかを良く調べる必要
があります。
このためには、ステッピングモーターの回転原理の知識を習得し、また、
ステッピングモーターにも定格仕様がありますので、回転速度の限界や
負荷トルクの大きさなどについても調べる必要もあります。
合わせて制御回路についても勉強する必要もあるでしょう。

ステッピングモーターの用途は、指定された角度を回転することから
位置決めに装置に多く使用されてます。
また、連続して回転させたい場合は、連続運転に相応しいモーターが
数多くありますので、これらのモーターを検討することをお勧めします。

回答No.3

lumiheart

脱調
https://www.orientalmotor.co.jp/tech/glossary/ta01/

よーするに過負荷、もしくは過速度

ステッピングモータは低速、軽負荷でしか回らない
https://www.orientalmotor.co.jp/tech/reference/stepping_motor03/
高速回転で回すのは初心者ではまずムリ
せいぜい早くて１００ｒｐｍくらい（1秒間に2回転）
多くの場合、１０００ｒｐｍくらい普通に回るだろ？って思い込んでる
ステッピングモータで１０００ｒｐｍはかなりの高速の部類に入る
ステッピングモータのカタログを見ると最高回転数２０００ｒｐｍとか書いてるけど
かなりのベテランでもその性能を引き出すのは困難

なのでステッピングモータを高速で回すにはクローズドループにする
https://www.orientalmotor.co.jp/tech/reference/stepping_motor06/
ステッピングモータの利点はオープンループなのだがそれを捨ててでも早く回さねばならない場合に有効

補足

ご回答ありがとうございます。助かります。

まず、今回は無負荷で回しています。無通電の状態ではシャフトは滑らかに回ります。回転数も５秒間に360°（一回り）ほどとそんなに早くはないです。従って、過負荷、過速度が原因ではないように思います。状況をしっかり説明できていなくてすみません。

制御環境に関しては、マイコンとドライバICで以ってマイコンのGPIOをオンオフさせることで制御しているのですが、止まるタイミングもバラバラなので、単純にプログラムの問題でもない気がしています。

回答No.2

TIGANS

たぶんパルス波形の設定が間違っているのでは？
まずは駆動波形と駆動タイミングの確認からでしょうね。

あとは元の仕様と違うステッピングモーターに勝手に変えて
プログラムの変更や最適化してないとかも初心者にありがち。

ドライバICのデータシートくらいはちゃんと読めるんですよね？
でなければ、ちゃんとデキる人に泣きついたほうがいいかと。

回答No.1

hahaha8635

回転し続ける指示ではなく
何回転かして止まる指示になってる

補足

キー入力をするまではオンオフを繰り返すように設定しています。止まるタイミングもバラバラなので、おそらくパルス入力のタイミングがずれているのか、モーター 温度が上がってしまい、トルク不足に陥ったか（無負荷、低回転で回しているので、後者は当てはまらないかと思いますが）。