DC モーターのチュートリアル-1/3: 連続、H ブリッジ、ギア

DCモーターはどこにでもあります。
それらは、磁場中で電流を流すワイヤによって生成される電気/磁気エネルギーを運動に変換し、さまざまな電気器具や用途に使用されます。
それらは、小型ファン、シーリングファン、空気清浄機、溶接煙トラップ、四角い航空機、小型ヘリコプターやその他のドローン、手動の
手持ち回転工具、丸鋸、ドリルビット、旋盤、サンダー、自動車、ロボット（
タイヤを回転させたり、ロボットアームを動かしたりすることができます。など）
水族館の空気ポンプ、メーカーのプロジェクト、その他多くの分野に存在します。
最も一般的なモーターは、通常、円形のシャフト、または「d」型（つまり
、片面が平坦）、
両面が平坦、またはギア（つまり
、ギアをシャフトに直接切り込むか、シャフトに取り付けます）を備えています。
これらの一般的な軸スタイルの例については、写真を参照してください。
モーターは DC、AC で動作しますが、ゼネラル モーターを DC と AC で動作させる場合、このチュートリアルでは DC モーターについてのみ詳しく説明します。
電流と磁気は密接に関係しています
。なぜなら、それがなければ不可能だからです。
写真からわかるように、ワイヤを流れる電流がコンパスの針を動かします。これは、ワイヤを流れる電流がワイヤの周囲に磁場を生成するためです。
デンマークの物理学者ハンス・クリスチャン・オスターは、2000年代に電気と磁気のこの関係を発見しました。 [
いくつかの興味深いが重要ではない情報: ここに示されている名前の \'O\' はデンマーク語の大文字の O (つまり Ø) で使用できます
。時々、人々は彼の名前を ø rsted と考えることがあります。
電線に流れる電流によって発生する磁気特性は弱いものです。
このワイヤーをオンラインサークルに巻くと磁場が強くなります。
このコイルをフェライトボディコアに巻くと磁界が強くなります。
極磁石への吸引と同様の極の廃止を思い出せば、DC モーターの理論を理解するのはそれほど難しくありません。
DC モーターの動作原理は、ローターの極に電流を流して磁界を生成し、ローターの磁界を引き付ける別の磁界の影響を受けることです。
興味深いことに、その逆も真実です。
つまり、モーターが回転すると、磁場の相互作用によって電圧が発生します。
これは上のビデオで見ることができます。
ステッピング モーターの電圧を変えて LED を点灯します。
, モーターを発電機として使用する場合。
このチュートリアルでは、連続 DC モーター、ギア モーター、DC サーボ モーター、コアレス DC モーター、振動モーター、DC ステッピング モーターなど、いくつかの種類の DC モーターについて説明します。他にも多くの種類のモーターがありますが、これらはおそらく Arduino ユーザーにとって最も人気のあるものです。
モーターは動きを伝達する装置です。 e.
プロジェクトにアクションを起こす
以前の 2 つの手順をご覧ください。「パーソナル、ポータブル、軽量、エアコン: 安価で効果的な DIY プロジェクト」、「Arduino と小型 DC モーターを使用した催眠ディスクの作成」です。
これらは、Arduino プロジェクトで使用される DC モーターの例を提供します。
モーターを使用する他の A​​rduino プロジェクトには、BlackStar Vvek の「サーボ モーターを使用した Arduino ベースの人型ロボット」や、link2-thepast の「Arduino K'Nex Motors」などがあります。
実際、Arduino と 1 つ以上のモーターを使用するための説明書が数多く見つかります。
幸いなことに、メーカーが使用している DC モーターの場合、電圧 (
モーターが既存の電圧で動作することを確認する必要がありますが) や電流 (モーター
の電流を処理するスイッチがあることを確認する必要がありますが、モーターの電流は通常
、Arduino のデジタル ピンまたはアナログ ピンから得られる電流より大きいため) をあまり気にする必要はありません。
モーターに対する私たちの主な焦点は速度とトルクです。
モーターの速度が測定されます。その違いは、車の速度を時速マイルまたは時キロメートルで測定する場合、1 分あたりの回転速度 (RPM)
またはラジアン/秒であることです。
、3,000 RPM または 450 ラジアン/秒。
これはモーター速度の 2 つの例にすぎないことに注意してください。
3,000 RPM が 450 rad/秒に等しいという意味ではありません。そうではない。
幸いなことに、RPM からラジアン/秒、度/秒、またはその逆まで非表示にするのは簡単です。
速度はギリシャ文字のオメガで表されます。
ニュートン卿の運動の第 2 法則は、力は質量に加速度を掛けたものに等しく、質量はその方向になくても、力と加速度はその方向にあるというものです。
トルクは「ねじり/回転力」です。
ニュートンは力（N）によく使われます。
力に長さを掛けるとトルクが得られます。 g. 、ニュートン メートル (Nm)、ニュートン センチメートル (N-cm)、またはオンス インチ (oz-in)。
モーターでは、トルクは常にシャフトを中心とする円 I に接しています。 E.e.
直径に対して直角になります。
トルクを示す記号はギリシャ文字のタウ、小文字のτ、英語の大文字 T の周波数の方が低いです。
通常、DC モーターのデータシートには速度、ラジアン、または度/秒が記載されています。
トルクは通常、データシートに複数の形式で表示されます（例：
ピークトルクやギアトルクなど（
詳細は後ほど紹介します）
、定格トルクなど
。DCモーターのデータシートは通常非常に包括的で、他のモーターパラメーターも提供されます。
モーターの出力能力は同じですが、速度はトルクに変更できるため、速度とトルクが異なることに注意してください（
については、以下のギアモーターを参照）。
品質と重量は異なり
非公式な会話で
ます。
モーターは地球のもの
詳細
頻繁に交換されますが、たとえば、月では、質量が異なります）
と同じですが、その重量は異なります。 ローター(
回転部分) またはアーマチュア (工学的には、回転子は固定子と同じです) の 4 つの主要な部分であり
、ローターの周囲に磁場を形成します。
磁石で作られている場合、通常は 2 つの部分に分かれています)。その場合
ステータが永久
、磁場は一定のレベルに保たれるため、磁場磁石は信頼性があります
。
ただし、ステータが磁石で作られている場合、そのような磁場を生成するために使用される
コイルは、チェンジャーとフィールド コイルと呼ばれます。
数十年前、DC モーターはコイルに電流を伝えてモーターを回転させるために
、実際の銅製の「ブラシ」を使用してい
ましたが、実際のブラシは一般的ではありませんが、これらのデバイスは依然としてブラシ
付きモーターと呼ばれ、通常、内蔵されている機器
よりも寿命が長いです。前述した
ように、ブラシレス モーターは現在でも使用可能であり、
ブラシ/接点が摩耗するにつれて火花が発生する可能性があり、
モーターは増加傾向にあるようです。前述したように
、ブラシ モーターの製造コストは低く、通常はメーカーのプロジェクトで使用されます。
ただし、ブラシレス モーターについては、このチュートリアルで後ほど
詳しく説明します。電流が流れると磁界が発生します。ただし、巻線が固定子磁界に対して直角になるように移動すると、
通常、回転子の運動量によって回転が続け
られます。そのため、最初の動的円の一部が常に高い磁気トルクにさらされます。 E. e.
磁界の強い部分にある場合、受信電力は
ローターが
ステーター
互いに相殺されます。
一般に、コイルの巻き数が増えると、トルクが大きくなり、速度が遅くなります。
の
ローターは、必要に応じてローター コイルを連続的に回転させるためのコンポーネントであるコンバーターに接続されています。
ダイバータは通常、接点間に絶縁ギャップを備えた単純な円筒であり、「ブラシ」の導電性要素を DC 電源に接続できます (
添付の写真を参照)。
つまり、コンバータは、
チェンジャの接点「ブラシ」との接点を介して DC 電源に接続されます。
その例は、添付
の小型 DC に見られます。モーターや多くの大型 DC モーターでは、ステーターはローターと同じ電源によって磁化されます。
これは、並列 (
シャント モーターの製造)
または直列モーターの連続製造の
かで行われます。ローターとステーターの間には、ローターを回転しやすいように
いずれ
「エア ギャップ」と呼ばれる空間が存在します。モーターは
ていますが、回転運動が直線運動に変換されるモーターもあります
「リニア モーター」または「リニア アクチュエーター (
、アクチュエーターは DC 以外の電源からエネルギー
回転し
ただし
。これらのデバイスは
。メーカーのプロジェクトで使用されて
いるモーターのほとんどは、出力が 1 馬力未満であるため、分解された小型連続 DC モーターの写真を参照してください。ステーター、ローター/ステーター
を得る場合があります)」と呼ばれます
を使用して提供される最大 40ma、20ma よりも優れた電流を必要とすることがわかります。
、およびコイルは、通常、アナログまたはデジタルArduino ピン
2N2222 トランジスタが使用されています。
は 20 ドル未満のコスト
この制限を克服するために、ここで
で動作する
データ
2N2222 は必要なモーター電流を簡単にオン/オフできます。
シートには、エミッタとベース間の最大電圧が 6 を超えないよう注意してください。そう
この構成
しないとトランジスタが損傷する危険があります。
では、添付の写真は 2N2222-92 パッケージの低価格です。 2N2222/2N2222A は、
確認することが重要です。
エミッタ、コレクタからエミッタ
pn222222とも呼ばれます。ベースから
P2N2222 または
までの最大許容電圧と電流を確認するには、データシートを
また、Arduino から単純なスイッチを駆動する必要がない場合は、MOSFET を使用することもできます。
より多くの電力があれば、2N2222 は安全に放散でき、ダーリントンが補完する
TIP120 トランジスタは、適切に加熱されていれば最大 5A の温度に対応できます。N-RFP30N06LE チャネル (P30NO6LE、P30N06) MOSFET のドレイン フランジが金属ラジエーターに適切
に接続されている場合、MOSFET は 30A を超える電流を処理できます
。この N チャネル MOSFET は Arduino から駆動でき、
2n2222 のコレクタ ピンとトランスミッタ ピンの間に流れる電流が
大きくなり、このプロジェクトのようにベース ピンがトランジスタをオンにするように設定されている場合、トランジスタ スイッチによって 2N2222
のコレクタ ピンとエミッタ ピンの間に流れる電流が増加します。 1N4001 ダイオードはモーターの 2つのピン
通常の
に配置されており、ダイオードのラインは
電流とは逆の方向に配置されているため、電源がオフのときにモーターの衝突磁界によって生成されるエネルギーの経路を提供するための励起
防止ダイオード
として使用されます。これは数マイクロ秒以内に発生する可能性がありますが、
100 ボルトの電圧範囲にわたって
発生し、トランジスタが損傷する可能性があります
。そのため、Arduino
かなり高い電圧が
、トランジスタ、BJP
、Arduino の 5 V ピンは、
、MOSFET、リレーなどで使用する場合は、モーターに必要な追加電流を処理できるスイッチが必要になります。幸いなことに
約 cucma まで供給できます。次のスケッチで使用される連続モーターに電力を供給するために、5 v ピンとアースが使用
されます (ここで使用されるモーターは 5 秒です
USB から
)。
ただし、より大きなモーター電流を使用する場合は、Arduino で利用可能な電源とは別の電源が必要になります。
、パルス幅変調 (PWM) 信号を
5 秒間モーターが動作した後
下げます。
処理できる PWM 信号を使用して、モーターの速度を徐々に
PWM を使用すると、0 ～ 5 V の電圧をシミュレートできます。ある時点で、
モーターへのアナログ電圧が低すぎてモーターを回転できず、PWM デューティ サイクルが低すぎてモーターを起動できません。スケッチのこの時点では、モーターが回転していないため、LED がオフになります。非対称
の
ワイヤよりも優れたモータのバランスが得られるため
、モータの回転のバランスを簡単に確認できます。
ただし、シャフトの両側でワイヤが 1 本しかない場合は、モータの
モータが振動する可能性があるこのチュートリアル
バランスな負荷により
アン
の2 番目の部分を読む必要があります
(
ビデオに表示されています)。これは
30 行のコードで実行され、テキスト ファイルをダウンロードして、モーターの速度
(OutPUT); }voidloop(){ /遅延
を継続的に下げます。 setup(){ pinMode
、
DC
モーター
導入
の
2/1000 秒のデジタル書き込み (MotorInputPin, high); /連続減速モーター (int i = 255; i = i -2); /モーター速度変更間の遅延 3/1000 秒 (遅延 3) } /一時停止遅延 2/1000 秒 (遅延 2) } H ブリッジについて言及しないと
の
構成
は完了しません。ブリッジ H の名前は、4 つのスイッチング要素と DC モーター (S1 の場合は上を参照)
から得られます。
と S3 がオンの場合、電流はモーターからグランドへ一方向に流れます。S1 と S4がオンのときに、電流はモーターからグランド
添付の写真を参照)。
S2
たとえば
に逆方向に流れます(
、スイッチ e をオンにする場合、これらのスイッチをオフにする必要があることに注意してください。
ありません。したがって
S1 と S3 または S2 と S4 を同時にオフにすると、S3 と S4 がオンのままの場合、S1 と S2 をオフにしても効果は
、S1 と S2 をオープンにしたまま S3 と S4 をオフにすると、状況は同様になります。この場合、S3 と S4
は両方ともグランドに接続されます。スイッチ S1 と S2 などのモーターを
ほとんど
の
介してオフにならない場合、S3 と S4 がオンになり、その逆も同様です。スイッチング素子は、リレー、別の機械素子、またはバイポーラ接合トランジスタ (BJT) や金属酸化物半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) などのソリッドステート デバイスである場合もあります。
最新の H ブリッジでは、スイッチング素子はソリッド ステート デバイス (BJT と比較すると
、
。ヘクセットの利点は、電流をオンにするのに必要な
電流が少量であることですが、
通常は MOSFET)です
実際には、
ダイオードが各スイッチング素子に配置され、ダイオードのラインが正の電圧に面している場合に行われます。ただし、スイッチやリレーのメーカーでは、ディスクリート部品は使用されていません。
BJT、MOSFET、H ブリッジ ボードは
集積回路 (IC) を使用します。たとえば、上に示した
L298 IC をベースにしたボードです。独自の Arduino
モジュールを使用する場合
で Hブリッジ
は、一時的であっても短絡が
スケッチ
発生しないようにするため、方向を変更する前にすべてのスイッチング要素をオンにすることをお勧めします。
パワー インバーター、ロボット、モーター コントローラーなどに H ブリッジが
使用されます。
ほとんどの連続DC モーターは、
通常 1,000 rpm (RPM)未満の
速度で動作します。1,000 未満の速度のギア モーターは、その名前が示す
ように、ギアの組み合わせを使用して速度を低下させます。
DC ギア モーターの必要性の好例としては、時計のモーターは 1 RPM でのみ
回転する必要
一般に、速度、形状、サイズは遅くなります。
がありますが、ギア モーター
、
のメイン モーターは 1,000 RPM を超える速度で回転する必要があります。実際
ギア
モーターは、速度が低下すると大きなトルク
を発生します。自動車、時計、電気ドリル、キッチン
ミキサー、クレーン、ジャッキ、ウインチ、ベルトコンベアなどの産業用機器には、さまざまな速度で回転し、素早く停止することができます。 g. ロボット、
ロボットカーによく見られます。 警告:
モーターが回転しない場合、電圧が低すぎる可能性があり、
接触した
これは、通常
、ギアモーターの回転軸がギアのためのスペースと一致していないためです (写真を参照)。ここに示されている
ときに電圧が高すぎる可能性があります。
電圧が
ビデオの 1 つは、2 ～ 17 ボルトの電圧範囲であり、
フル12 V の場合よりもわずかに遅くなります。この時点で、このセクション
高くなるほど、ギア モーターの回転が速くなり、入力電圧に多少の変化があった場合でも、ギア モーターが 12 V 未満で動作するため、
重要な要素のいくつかについて基本を理解できたと
DC モーターの
で説明する
思います。チュートリアル
のこの部分が気に入ったら、続きを読んでみてください。この
チュートリアルは 3 つの部分に分かれていますが、ここで説明する各モーターには、チュートリアルの独自の部分が含まれている可能性があります。このチュートリアルのこの部分に関してコメント、提案、質問がある場合、
またはこのチュートリアルまたはチュートリアル
の他の部分を改善する方法についての提案がある場合は、transiintbox @ gmail までご連絡ください。よろしくお願いします。