ステッピングモータの脱調解消方法について

質問

電子工作まったくの素人ですよろしくお願いします。
昔の雑誌にラジコンヘリのロータ回転数を離れたところからモータの回転するシヤッターより見て、止まって見える位置の回転数でロータの回転数が確認できる測定器の記事を見つけ作成してみました。回路はうまく動作しているようですが周波数を上げると脱調の症状が出ます。
(脱調の意味は理解しているつもりです)
回路の説明をするとNE555による発振で約160Hzから320Hzと記載されております、回路は間違いないようで簡易測定で確かに出力しています。その後段に7474(ic)でX、バーX、Y、バーYの出力を各3.3kの抵抗を通して2SC458(Tr)のベースに接続し各コレクタに1S2076と+を接続、ユニポーラのステッピングモータ(SPG-20-332)です。
NE555の周波数をあげるためのボリュームで周波数を180Hzぐらいにあげていくと脱調の症状が出ます。ちなみに電源はニッカド4.8vしており、あいにく7474が入手できなかったので74HC74APを使用しました。
周波数をあげていったときに脱調しないようにするにはどのような工夫が必要でしょうか?モータでしょうか?ICでしょうか?
詳しい回路はGoogleで"ラジコン技術 1991年10月号"で検索すると2番目に出てきます。(リンクの了承をえていないのですいません)
以上、アドバイスよろしくお願いします。

回答No.3

poyo3 · ベストアンサー

せっかくですので色々何点か。とりあえずモーターと回路図もざっくりと確認しました。
そこで気になる点ですがまず発振周波数はモーターの動作上とくに問題はないのではないかと思います。回路も配線間違いなければいいかと思います。ＩＣの７４ＨＣ７４はＣ－ＭＯＳですのでもし使用していない入力側があればＧｎｄ（－側）にプルダウンしておきましょう。
で問題はモーターですが確認したところギアヘッドつきのモーターのようですね。記載されている特性は多分モーター自体の特性でギアヘッド分を考慮していないのではないかと思います。つまりは実際にはギアの分の負荷がかかっていると考える事も出来ますが。あと減速１/２４ですから回転数も影響するかと思いますのでその辺も考慮したほうがいいかと思います。元の回路の写真（映り悪いですけど）みるとモーターだけ使用したタイプかと思いますのでその辺も調整する必要あるかもしれません。で脱調の主な原因は多分電流不足ではないかと。
モーターの特性は最大２Ｗまで可です。またグラフを見る感じでは120～200ｍＡくらい流すのがよさそうですが現在の4.8Ｖでは100ｍＡも流れないのではないかと思います。そうなると周波数が高くなると通電時間が短くなり余計にトルクが弱くなる。（ギアが付いてるので余計？）
と考える事もできます。なのでモーターの最大定格を考えると９Ｖ位でいけるのではないかと思います。（電源は集合電池９Ｖ）
その場合はＩＣなどの制御側は直につなぐ事はできませんので必ず三端子レギュレーターで5Ｖにして接続しましょう。
もうひとつの電流を流せない問題として考えられるのがトランジスタ。
規格表で2SC458を確認したところ最大定格がコレクタ損失（流せる限界電力）は何とかですがコレクタ電流（引き込める電流）が0.1Ａになっています。つまりこのトランジスタは100ｍＡしか流せないと考えていいと思います。（用途がオーディオ、増幅用となっていましたが）
個人的にはステッピングモーターは大電流用のダーリントン接合のタイプ（2SD1509とか）使います。この場合は高周波用でＣタイプで無いと問題があるのかもしれませんから何かＣタイプの大電流用（またはもう少し流せるタイプ）の方がいいと思います。（どちらかといえば458より1815の方がよさそうですけど）周波数の特性で458なのかもしれませんが。変わりは結構廃盤になってたりしますので購入可能なところで適当なのを探してみましょう。そんなところで電流量を増やせば多少は解決しそうな感じはします。とりあえず参考までに。

お礼

poyo3さん
重ね重ねありがとうございます、PotatoBeerさんへのお礼で記載しましたがなぜか74HC74を74LS74へ変更したら脱調症状が治りました。理由はよくわかりませんTTLとC-MOSの特性の違いですかね。もしかしたらあるし周期で波形が出ないのかも....
トランジスタの件ありがとうございます。今日、若松通商でダーリントンの2SD2162を4つ購入しました(秋月電子のキットのトランジスタと同じ)に交換しておきます。色々アドバイスありがとうございました。
これでやっと完成できそうです。

回答No.2

PotatoBeer

あまり詳しくない者ですいません。
なんとなくお話のかんじですと、
『電流量の不足により、モータに十分な回転トルクが発生せず、
　高回転の際にモータ自身の振動に負けて、脱調・停止した。』
という現象のようなカンがします。カンです。

電流量はどのくらいでしょうか？
この場合モータの何本かある線の１本（とりあえずコモン線）を測定してみてください。

説明書のトルクカーブに、測定時の電流値が記載されてるかと思います。
だいたいそれと同じくらいの電流が流れてないと、うまく回転してくれないでしょう。
当然、0.1Aでも少ないと、発生トルクは下がります。
多い方がたくましく回ってくれますが、やりすぎると発火しちゃったりするかもしれません。

無負荷で回転とのコメントがありましたが、
モータは机に置いただけですか？何かに固定していますか？
振動の状態によっては、機器に取り付けるか、何か治具を作成し固定するをお勧めします。

説明書の測定データは、測定条件に特に注記で記載して無い場合は大抵は測定治具固定です。
ちなみに、もし「ダンパー使用」とか書いてある場合は、
振動を抑える（樹脂又は金属の）ダンパーが使われています。
その場合はメーカに推奨するダンパーを問い合わせる必要等があるかと。

がんばってください。
ご参考まで♪

お礼

PotatoBeerさん
ご回答ありがとうございます、結果から説明します。
74HC74APを74LS74APに交換したところ脱調症状が出なくなりました。
ここにたどり着くまで以下のことをしてみました。
1.秋月電子でPICステッピングモータドライブキットを購入し同じモータで試しました→結果_脱調なし
2.自作回路でモータ電圧のみ12Vへ変更→結果_脱調症状発生
3.自作回路でモータを別な種類に変更→結果_脱調症状発生
4.自作回路で74HC74APを74LS74APに交換→結果_脱調なし
TTLとC-MOSの違いですかね?とりあえず直りました。
もしかしたら脱調でないかも、詳しい原因はわかりません。
素人なのでこれ以上はわかりません、ダンパーの事取り付けの際の参考になりました、色々アドバイスありがとうございました。

回答No.1

poyo3

脱調するのはモーターの特性上でしょう。（モーターの反応性というか）またモーターに乗っている負荷にも多少寄るかもしれませんが。
ステッピングモーターの脱調はパルス信号の方がステーター（軸）の回転より早くなってから周りの状態ですから周波数を上げて脱調するならそこが限界ということではないでしょうか？

お礼

poyo3さん
ご回答ありがとうございます、説明不足がありました、モータは無負荷で動いております。
周波数と言われてモータの説明書見直しました。縦軸にトルク、横軸に周波数（PPS)と書いてあるグラフがありました、単位がわかりませんが周波数0付近では75mN-mぐらいで周波数約600にかけて右下がりで0mN-mとなっております。使用周波数では160から320なのでいい感じと思いますが、電圧が低いのでしょうか?ちなみに温度特性のグラフに12V-2phases-EXと記載があり素人目に見ると12Vの電圧をかけた場合のように見えます。説明書をアップすればよかったですね、アドバイスよろしくお願いします。