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、溶接スモークトラップ、角型航空機、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）
水族館のエアポンプ、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 (すなわち、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も大きいため) 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 (
ピーク トルクやギア トルクなど (
詳細は後で紹介します)
、定格トルクなどです
。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されるため、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、下記のギア モーターを参照してください)
詳細
非公式な会話で
と重量は異なります。
。品質
(
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)
モーターは地球のものと同じですが、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、その名前が示すように、固定子は回転子の周囲に磁場を形成します。ステーターが永久磁石
。
作られている場合、ステーターは通常 2 つの部分に分かれています)
で
磁石は磁場が
その場合、ステーターの
一定のレベルに保たれるため、信頼性があります。ただし、ステーター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
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
が摩耗するにつれて火花が発生する
ただし、ブラシレス モーターについては、
低く、通常はメーカーのプロジェクトで使用されます。
の製造コストは
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、巻線が固定子に対して直角に移動すると、通常、回転子の運動量によって回転が継続され、
ステーターの磁界の強い部分にある場合、受信電力
最初の回転子に直角な 2 番目の回転子が追加され、その一部が常に高い磁気トルクにさらされます。
E. e. ローターが
は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。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コンポーネントに
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(
写真を参照)。つまり、コンバータは、チェンジャーの接点「ブラシ」との接点を介して DC 電源に接続されます。
添付の小型 DC に見られます。モーターや多くの
その例は、
添付の
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いずれかで行われ
。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
「エア ギャップ」と呼ばれる空間が存在します。モーターは
ように
回転していますが、回転
ます
運動が直線運動に変換されるモーターもあります。これらのデバイスは
「リニア モーター」または「リニア アクチュエーター (ただし、アクチュエーターは DC 以外の
ソースからエネルギーを得る場合があります)」と呼ばれます。メーカーのプロジェクト
で使用されるモーターのほとんどは出力が不足しています (
FHP)。分解された小型連続 DC モーター
提供される最大 40ma 、20ma よりも優れ
の写真をここで参照してください。ステーター、ローター/ステーター、およびコイルは、通常
、アナログまたはデジタル Arduino ピンを使用して
た電流を必要とすることがわかります。この制限を克服するために、ここでは
で動作する 2N2222トランジスタが使用されています。
20 ドル未満のコスト
/オフでき
ます。データシートには、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。
2N2222 は必要なモーター電流を簡単にオン
そうしないとトランジスタが損傷する危険があります。この構成
では、添付の写真は 2N2222-92 パッケージの低価格です。 2N2222/
とも呼ばれます。ベースから
、
2N2222A は
P2N2222 または pn222222
エミッタ、コレクタからエミッタまで
が重要です。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。
の最大許容電圧と電流を確認するには、データシートを確認すること
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。より多くのアンプの場合、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
30 A を超える電流を処理できます。この
に適切に接続されている場合、MOSFET は
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
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
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
はモーターの2 つのピン
に配置されており、
ダイオードのラインは通常の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
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
モーターの衝突磁界
マイクロ秒以内に発生する可能性
かなり高い電圧が発生し、
トランジスタが損傷する可能性があります。
がありますが、100 ボルトの電圧範囲にわたって
したがって、Arduino、トランジスタ、BJP、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
の 5 V ピンは、USB
供給できます。
から約 cucma まで
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
なことに、Arduino
)。ただし、より大きなモーター電流を使用する場合は
は 5 秒です
、Arduino で利用可能な電源とは別の電源が必要になります。 5 秒間モーターを
動作させた後、パルス幅変調 (PWM) 信号を処理できるデジタル ピン 6 を使用して、モーターの速度を徐々に
下げます。 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。
この
スケッチの
時点では、モーターが回転していないため
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
、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
ワイヤが
1 本しかない場合は
両側に
、モータのアンバランスな負荷によってモータが振動する可能性があるこのチュートリアルの 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
)。これは 30 行のコードで実行され
テキスト
ます
、
ファイル
モーターの速度を継続的に下げます。 setup(){pinMode(OutPUT); }voidloop(){
/遅延 2/1000 秒のデジタル書き込み (MotorInputPin, high); /
をダウンロードして、
連続減速モーター (int i = 255; i = i -2
ブリッジについて言及しないと、DC モーターの導入は完了しません。
); /モーター速度変化間の遅延 3/1000 秒 (遅延 3)
} /一時停止遅延 2/1000 秒(遅延 2) } H
モーター (S1 の場合は上を
参照) の構成から得られます。
ブリッジ H の名前は、4 つのスイッチング要素と DC
S2と S3 がオンになっている間、電流はモーターからグランドに
一方向に流れます。S1
と S4 がオンになって
いるときに、電流はモーターからグランドに逆方向に流れます (添付の写真を参照)。たとえば、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。
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ありません。したがって、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
介してオフにならない場合、S3 と S4 がオンになり、
バイポーラ接合トランジスタ
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
必要な電流が少量であることですが、実際
(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 デバイスであることもあります。ヘクセットの利点は、電流をオンにするのに
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
BJT、MOSFET、H ブリッジ ボードは
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。
集積回路 (IC) を使用します
L298 IC をベースにしたボードです。独自
。たとえば、上に示した
場合は、一時的であっても短絡が発生し
の Arduinoスケッチで H ブリッジ モジュールを使用する
ないように、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
。その名前が示すように
未満の速度のギア モーターを見つけるのは簡単です
1 RPM で
、ギア モーターの速度、形状、サイズは、その名前が示すように、減速するほど遅くなります。 DC ギア モーターの必要性の好例
のみ回転
としては、時計のモーターは
する必要がありますが、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
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
、速度が低下すると大きなトルク
、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. ロボットやロボットカーによく見られます。
モーターが回転しない場合は電圧が低すぎる可能性があり、接触
警告:
これは通常、ギアモーターの回転軸が
可能性があります。
すると電圧が高すぎる
ギアのためのスペースと一致していないためです (写真
いるビデオの 1 つは、2 ～ 17 ボルトの電圧範囲であり、電圧が高くなると、
を参照)。ここに示されて
最初は低電圧から高電圧に戻り、その後低電圧に戻ります。
最後
のビデオは、12 V 未満で動作するため、完全な 12 V の場合よりもわずかに遅くなります。これで、このセクションで説明する DC モーターの主要な要素のいくつかについて基本的な
理解が得られるはずです
。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。チュートリアルのこの部分についてコメント、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。