ステッピングモーターがマルチバイブレーター回路で動いた話

先日は、謎のステッピングモーターを動かしてみたというレポートをしました。
副産物として、オペアンプを使った新たなフローフラッシャー回路も考案できました。
今回は、なんと！マルチバイブレーター回路でステッピングモーターが動いたというお話です。

そんなアホなー(ｏ￣∀￣)ノ”

にわかには信じられないという感じですが、事実なのでレポートすることにしました。

というのも、先日の実験回路を見ていてこんなことを思いました。

もし、この図のコイルを L1 と L2+L3 と L4 の３つに分ける形にして、順番に通電して動いたとしたら、３系統の回路でも回転させることができるかも？

早速実験してみたところ、なんと動いたじゃあありませんか！

動いちゃったよ～ビックリ！∑（・ｏ・）！おおっ 

しか～し、実はそれだけでは終わらなかったのです！！

ま、まさかとは思うけど、L1+L2 と L3+L4 の２つに分けた形では、さすがに動いたりしないよねぇ

ところがなんと！これまたビックリ！動いたじゃあありませんかっ

どーいうこと！？　ｴｯ(ﾟДﾟ≡ﾟДﾟ)ﾏｼﾞ?

ステッピングモーターの動作原理を考えると、単に２つのコイルに交互に電流を流すだけでは回転子を回すことはできないと思うのですが、何回やってみても回転したのです。

そこで、こんなことをしてみました。

用意したのはよくあるトランジスタを使ったマルチバイブレーターの回路です。
比較的大きな電流を流すために、パワートランジスタを追加しました。

実際に回転するところを見てやってください。

youtu.be

電源を入れると回転しました。
一部の線(2と5)を入れかえて反転させることもできました。

今年一番のビックリポン！ですよこりゃ (;´д｀)ノ　 (・o・ ）ｵｰ

どうして回転するのかは不明です。
ネットを調べてもこんな形でステッピングモーターを動かしたというような記事は見つけられませんでした。

もしかしたら大発見！？(*ﾟ▽ﾟ)ﾉ

他のステッピングモーターでも動くことがあるのかどうかも今のところは不明です。

もし、教科書どおりに専用のドライバICやマイコンを使うことしか考えていなかったら、こんなことには気づかなかったでしょうねぇ。

なんか実験っぽくない？(。´ω`)ノ　ヽ(´o｀；)実験室でしょ？

たまたま何か条件が揃って動いているのかもしれませんが、そうだとしても、放置状態だった謎のステッピングモーターがお手軽に使えるかもしれないと思うと気分はアゲアゲです。

今回の実験結果とかけまして、蝶ボルトとときます
そのこころは・・・
ドライバー（IC）無しで回せます（-∀-）ヾ（＾_＾；）

～～～受け売りコラム～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
蝶ボルト（蝶ネジ）とは、頭部に蝶々の羽のような突起がついたネジです。
ドライバーなどの工具を使わずに、指でつまんで回して取り付け・取り外しができます。
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ミニバイスをリニューアルしてみました。

古い話ですが、100均でミニバイスを買ったことがあります（・_・）（・_・ ）ｳﾝｳﾝ

そのときは「これは良い！」とテンションが上がっていたのですが、”卓上万力固定台”を自作してからというもの、すっかり出番が無くなってしまい、物置スペースの肥やしに成り下がっていました。

何かに使えるかしらん(´・ω・`)？

久しぶりに出してみたところ、底のゴムが汚れとともに劣化してしまったようで、もはや吸盤の役目をしなくなっていました。

これじゃあテーブルに固定することができないねぇ・・・(-ω-;)ｳｰﾝ

そこで、リニューアルしてみることにしましたっ（｀o´）/

用意したのはこんなものです。

・フタ付きのプラケース
・鉄の粒
・防振ゴム
・ビニールマットの切れ端、ボルト、ナット

鉄の粒は、アンクルウェイトを買い替えた時に古いアンクルウェイトから取り出して保管しておいたものです。

・ミニバイスのレバーと底のゴムは外しました。
・プラケースのフタにボルトで固定しました。
・プラケースに鉄の粒を入れました。
・底面に防振ゴムを切って貼り付けました。
・挟む部分に滑り止めとしてビニールマットの切れ端を貼り付けました。

ズッシリと重くなり、また、テーブルに置いても滑り難くなったので、ちょっとした工作になら十分使えるようになりましたヽ( ´ー`)ノ （＾o＾ ）ｲｲｶﾓ
正直なところ、テーブルなどに固定する必要がある吸盤方式よりも、どこでも使えるこちらの方が使い勝手は良いと思っています。

コンパクトだし、ペーパーウェイトで使ってもいいかも（-∀-）（＾_＾；）ﾄﾞｰｶﾅ?

今回の製作のために新たに購入したのは防振ゴムのみでした。
放置していたプラケースと鉄の粒の一部が有効利用できて良かったと思います。

ミニバイスとかけまして、湖を探査する水中ドローンとときます
そのこころは・・・
こてい（固定、湖底）にかこう（加工、下降）します（-∀-）ヾ（＾_＾；）

新たなるフローフラッシャー回路の考案とステッピングモーターの駆動

なんだか硬い題名になってしまった（-∀-）ヾ（＾_＾；）

先日は、４つの電磁リレーを次々に連鎖してスイッチングをさせるリレーのリレー回路で、ステッピングモーターを動かしたという記事を書きました。
（・_・）b （・_・ ）ｿｰﾀﾞﾈ

実験では、リレーの動作が分かるようにと、なんとなくLEDを一緒に光らせていましたが、LEDを次々と光らせる回路のことを”フローフラッシャー回路”というそうな
(・_・）(・o・ ）ﾎｳ

てぇことは、フローフラッシャー回路を用意できれば、ステッピングモーターを駆動できるということかもね(・_・）b

リレーのリレー回路は、手前味噌ながら簡易で分かり易く便利だと思っているのですが、ステッピングモーターを早く回転させるには無理があるので、この度、オペアンプを使って同様の動作をする回路を考えてみました。

これです。

SWをONするとOP1の1番がHighとなりC1が充電される。このときTr1はOFFとなる。
SWをOFFするとOP1の1番がLowとなってTr1がONとなる。
C1の放電によりOP2の7番がHighとなりC2が充電される。このときTr2はOFFとなる。
やがて7番がLowとなるとTr2がONとなる。
C2の放電によりOP3の1番がHighとなりC3が充電される。このときTr3はOFFとなる。
やがて1番がLowとなるとTr3がONとなる。
C3の放電によりOP4の7番がHighとなりC4が充電される。このときTr4はOFFとなる。
やがて7番がLowとなるとTr4がONとなる。
という具合に順次動作していきます。
また、OUTとINを接続すれば、グルグルと動作を繰り返すことになります。

というわけでなんと！リレーのリレー回路と同様に動くオペアンプの回路が完成したのでした。

やったぜぃ！(*ﾟ▽ﾟ)ﾉ

オペアンプの出力がHighになったときにコンデンサが充電されますが、同時にトランジスタをOFFさせておく仕組みが、リレーの接点の切り替えと似ています。

フローフラッシャーにするためにLEDを接続して描き直したのが次の回路図です。

オペアンプの出力でLEDを光らせるだけです。

実際に動くところを見てやってください。

youtu.be

INに信号を入れるとLEDが順番に点滅しました。
また、INとOUTを接続すると、グルグルとLEDがループして点滅しました。

大成功！(*'ｰ')ノ

さて、まだまだ続きます(-_・）b （・_・　）？

新たなフローフラッシャー回路ができましたので、当初の目的のステッピングモーターを回すということをしてみました。
上記のフラッシャー回路にパワートランジスタのドライブ回路を追加しステッピングモーターを接続しました。

動きましたので見てやってください。
（注：上記の回路図にはパワートランジスタの動作を確認するためのLEDは描いていません。）

youtu.be

リレーのリレー回路では実現できなかった早いスピードで回すことができました。

これまた大成功！(o^ｰ')v

スピードが速いので、LEDは点灯しているように見えちゃいますね。
ちなみに使用したステッピングモーターは、ギヤが組み込まれているギヤードモーターのような感じなので、最高速でもそれなりのスピードにしかならないようです。

今回考案したフローフラッシャーの回路は、パラメータの変更や多数の連結も容易で様々な動きを作れそうですし、比較的早く動かすこともできたりと汎用性が高く、これまで利用していたリレーのリレー回路に代わり今後もいろいろと応用ができそうです。

リレーみたいにカチャカチャと音も出さず静かだしね（・_・）（・_・ ）ｿｰﾀﾞﾈ

リレーを使わない新たな回路ができました
・・・とかけまして、充実した隠居生活とときます
そのこころは・・・
不労（フロー）ですが静かに輝いています(＾_＾) （＾o＾ ）ｲｲｶﾓ

＜おまけ＞
半固定抵抗を使ってオペアンプの基準電圧を変えることで、回転スピードの調整もできました。

youtu.be(*ﾟ▽ﾟ)ﾉ ﾔｯﾀｾﾞ!（＾o＾ ）ｲｲｶﾓ

謎のステッピングモーターをリレーのリレーで動かしてみました。

以前にクレーンゲームで”みまもりカメラ”をゲットしたことを書きましたが、使うアプリがイマイチな上、怪しい感じがしたので使うのはやめました(-o-)（・_・ ）ｿｰﾀﾞﾈ

そこで、部品をゲットしようと分解したところ、謎のステッピングモーターが２つ使われていました。

一般に売られているステッピングモーターに形状がそっくりなのでステッピングモーターだなと思ったわけですが、接続されている線の色が異なりますし、記載されていた型番みたいなもので検索しても仕様は何もわからずです。
一緒に使われていた基板上の記載や使用するアプリからして中国製だからなのかもしれません。

う～ん、なんとかこのステッピングモーターを動かせないかな(´-ω-`)う～む

動かすにはドライバIC等が必要なのですが、実験室ではデジタル回路をあまり扱わないので、そういうものは持っていないのです。

いつも模型用のモーターとタミヤのギヤボックスばっかだもんね
ほっとけーっ( `Д)=〇)д`)

とりあえず、どうやって動かすものなのか調べてみました。

５つの線がでているところからユニポーラ駆動という種類のようで、このような図で示されていました。

動かし方は、３番のセンタータップに電源のプラスを接続し、１⇒２⇒４⇒５と順番にマイナスに接続して電流を流せば良いということがわかりました。

さて、どの線が１～５に対応するんだろうねぇ?　c(ﾟ.ﾟ*)ｴｰﾄ...

テスターを当ててみたらこのとおりでした。

どうやら赤の線はどの線とも同じ抵抗値で他の半分の値なので、センタータップである可能性が高そうですが、その他の線と線の間はどこも同じ抵抗値なのでなんともわかりませんでした。

あとは動かしてみるしかないか・・・(-ω-;)

最初に書いたとおり、専用のドライバIC等は持っていません。
動かすには、コイルに順番に電流を流す４系統の回路が必要です。
手動で物理的なスイッチを順番に動かして電流を流すということでもできそうですが、たぶん１回のスイッチングでは判別がつかないくらいわずかしか動かない上、線を繋ぎ変えながらやることを考えると気が遠くなりそうです。

あれこれ思案しているうちに、リレーを連鎖させる回路を思い出し、こんな回路を構成しました。

SWをONするとC1が充電される。
SWをOFFするとC1の放電でTr2がONとなりRe2が動作し、同時にC2が充電される。
やがてTr2、Re2がOFFになるとC2の放電でTr3がONとなりRe3が動作し、同時にC3が充電される。
・・・というような具合にリレーが順番に動作するわけです。
今回は、４番目のリレーから再び１番目のリレー側に戻すことにより、グルグルと動作を繰り返す仕組みにしました。

～～～余談～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
このリレーのリレーで順次スイッチングさせる回路は、以前にＭＰ３プレーヤーを操作させるために考えたものです。
アナログ回路では複雑になりがちな複数のスイッチングを簡単な回路で実現できるので便利だと思います。
リレーを多数使うことになるので、製作というよりは実験用といったところです。
ちなみに過去にはマルチバイブレーターのように動かしたこともありました。
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～

2回路のリレーの片方を使ってL1～L4へ順番に電流を流すようにしました。

実際に動きましたので見てやってください。

youtu.be

ステッピングモーターがゆっくりと回転しました。
リレーがカチャカチャと忙しく音を立てますが、このスピード程度でもかなり無茶をさせている感じがしますねぇ（-∀-;）

ともあれ、簡単なリレーのリレーによるスイッチング回路でステッピングモーターの動作確認ができたのは大成功です（｀o´）/

さて、その動作確認なのですが、何色の線が１～５のどれに当たるのかは、実際に動かしながら調べたというわけです。
赤がセンタータップとして、他の４本の組み合わせは２４通りあり、結果はこのようになりました。

黒⇒黄⇒茶⇒青　なら左回転、その反対の 青⇒茶⇒黄⇒黒 なら右回転ということがわかりました。

ところで、モーターに付いていたコネクタがこれです。

なんだぁ、コネクタの結線のカラー順だったじゃん～　ヽ(´o｀；) ｵｲｵｲ

結果論ですが、そんな風に作られていたのかもしれませんねぇ。

まぁ今回はなんとか動かせたとはいうものの、こんなリレーのリレー回路で無理やり使うわけにもいかないので、またいつかパーツを買い足すときにでも適当なドライバICを手に入れようかしらん（-"_-）ゞ

実験時の全構成図はこんな感じです。

ステッピングモーターをより滑らかに回転させるための複雑な電流の流し方もあるようですが、ひとまず基本的な動かし方が習得でき、実際に自前の回路で動かすことができたので大満足です(＾o＾)b（＾_＾）ｿｰﾀﾞﾈ

勉強になったねぇ～ ヽ( ´ー`)ノ 　←もう中風

謎だらけでしたが、動かすためのステップを積み重ね、少しばかり頭も回転させることができたようです。
ステッピングモーターだけにね（-∀-）ヾ（＾_＾；）ﾑﾘﾔﾘﾀﾞﾈ

ＰＵＴもどきの発振回路による簡易なモーター速度コントローラーの製作

先日の実験がうまくいったので、早速基板ユニットを製作しましたっ（｀_´）/

ブレッドボード上の調整でうまくいっても、実際に製作してみたら再現しませんでした
なんてことでは使えませんからねぇ(´-ω-`)　←経験者は語る

できたのがこれです。

基板のサイズは約17×26mmで、以前のマルチバイブレータ回路を使った基板よりもコンパクトにできました。
これなら工作物への組み込みもさらにお手軽にできそうです。

ちゃんと動きましたので見てやってください。

youtu.be

半固定抵抗により回転速度をコントロールすることができました。
今回の実験に使ったギヤボックスも実験時と同様に、各々使用するモーターが異なる以下の３種類です。
・ユニバーサルギヤボックス（FA-130RA）
・ウォームギヤボックスHE（RE-260RA）
・ミニモーター標準ギヤボックス（タミヤ ミニモーター）

やはりユニバーサルギヤボックスがより滑らかにコントロールできる感じで、ミニモーター標準ギヤボックスは若干ぎこちないでしょうか。
ブレッドボードでの実験と同様に動きましたので回路的に安定感もありそうです。

モーター速度コントローラーとかけまして、寿司屋とときます
そのこころは・・・
制御（生魚）とともに回転（開店）させます（-∀-）ヾ（＾_＾；）

ＰＵＴもどきの発振回路による簡易なモーター速度コントローラーの実験

何か動くものを製作する際にはタミヤのギヤボックスをよく利用するのですが、回転速度やトルクなどは、シリーズの中から選ぶことしかできません。
そして、事前に回転速度などの数値はわかっていても、なかなか実際の動きまでをイメージするのは難しいところです（・_・） （・_・ ）ｿｰﾀﾞﾈ

製作するものに合うかどうか難しいよね～(´-ω-`)
そもそも回転速度を調整できたらいいんだけどなぁ（-∀-）

というわけで、実験室では安価で簡易なモーター速度コントローラーが作れないかと、これまでもいくつか検討してきました。

・いんちきモーター速度コントローラー　（弛張発振回路を利用）
・簡易モーター速度コントローラー　　　（マルチバイブレーター回路を利用）
・”贅沢な”モーター速度コントローラー　（IC555のタイマー回路を利用）

そして今回、再び新たな回路に挑戦！というわけですっ（｀_´）/　(・o・ ）ﾎｳ

～～～余談～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
上記のコントローラーの中で、”いんちきモーター速度コントローラー”は、
大変簡易な弛張発振回路をベースに検討し、それなりに動いたのですが、
実際に基板を作成したりすると挙動が変わってしまったりして不安定な印象でした。
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今回利用することにしたのはＰＵＴ（プログラマブル・ユニジャンクション・トランジスタ）を汎用的なトランジスタ２石に置き換えた”ＰＵＴもどき”を使った発振回路です（・_・）b　（・_・　）？

うまくいきましたので、早速動きを見てやってください。

youtu.be

３種類のギヤボックスで回転速度をコントロールできました。

回路はこんなものです。

緑の枠内がＰＵＴをトランジスタに置き換えた”ＰＵＴもどき”の部分です。
そして青枠内が発振回路を構成したものになります。
電源電圧は一般的な模型用モーターの仕様に合わせて３Ｖとしました。
発振回路の出力でパワートランジスタをドライブするだけの仕組みです。
ＰＵＴの発振回路では出力はパルス波形になるようですが、動画のように模型用モーターを動かすことができました。

可変抵抗に合わせて滑らかにスピードも変化している・・・とは言い難いところもありますが、簡単な工作であれば、使用用途に合わせて幅広くスピードの調整ができそうです。

今回の実験に使ったギヤボックスは、各々モーターの種類が異なる以下の3つです。
・ユニバーサルギヤボックス（FA-130RA）
・ウォームギヤボックスHE（RE-260RA）
・ミニモーター標準ギヤボックス（タミヤ ミニモーター）

今回の中ではユニバーサルギヤボックスが一番うまくコントロールできた感がありますが、使われているモーターとの相性が良いのかもしれません。
また、以前の弛張発振回路のものとは異なり負荷の影響を受け難いので安定感がありそうです。

部品数は弛張発振回路のものより若干増えましたが、それでもマルチバイブレーター回路を使ったものよりは少なくて済みました。
（訂正：よくみると以前のマルチバイブレーター回路を使ったものと部品数は同等でした）
マルチバイブレーター方式よりパラメータ決めが簡単で手軽に使えそうな気がします。

モーターの速度をコントロールできるとなれば、製作物の動作速度をより適切に合わせることができますし、これまで回転速度が速すぎて諦めていたギヤボックスも使えるようになるのでギヤボックスの選択肢も増えるだろうと思います。

製作物とスピードの”歯車が噛み合う”ことになるでしょう。
ギヤボックスだけに（-∀-）ﾁｬﾝﾁｬﾝ ヾ（＾_＾；）

導通チェッカーを作ってみました。その２

導通チェッカーは、電子工作には欠かせないツールだと思います
（・_・） （・_・ ）ｿｰﾀﾞﾈ

実験室でも以前にオリジナルの導通チェッカーを製作しましたが、その後もずっと活躍しています。

そして先日、缶ケースにも収まるような、コンパクトでフラットな導通チェッカーを製作したという記事を書きましたが、それは、導通したらLEDが点灯するというだけの大変簡易なものでした。

う～ん、やっぱりLEDが暗く光っているだけじゃ、導通しているのか抵抗値が低いだけなのかわからないよねぇ（-"_-）ゞ
ダイオードやトランジスタもチェックする方向によっては導通になっちゃうしなぁ～(。-`ω-)ンー 

スイッチやコネクタの極性を調べるくらいならいいのですが、電子回路をチェックするとなると、やはり半導体をＯＮしないことや導通とみなす抵抗値の基準が決まっていないと不都合に思います。

あとさぁ、やっぱり導通時に音が鳴るというのは必要だね(´･ω･`)ゞ

プローブを動かさないようにしながらLEDに目を移して光っているかどうかを確認するというのは（特に暗く光る場合は）何とも曖昧な感じになるので、プローブを当てた瞬間に音で知らせる方式の方が明確で良いのです。

というわけで、それなりの導通チェッカーを改めて製作してみることにしました。
回路は若干見直してこんな感じにしましたが、今回も2回路のコンパレータの1つでブザー回路を構成しています。

自励式ブザーを持っていたらもっと簡単だったかもね（．_．）ヾ（＾_＾；）

今回は、導通を判定する回路とブザーの回路を電子スイッチで明確に分けました。
半導体をＯＮさせない低い電圧を使い10Ω以下で導通とみなす形です。
実測値としては、開放電圧は0.53Vで、約10.5Ω以下でブザーが鳴りました。
電源は3Vで設計しましたが、1.5Vでも（音程が少し高くなり音量は小さくなりますが）ブザーを鳴らすことができましたので、電池は長持ちすると思います。

製作した基板ユニットです。

以前に製作した導通チェッカーよりも基板はコンパクトにしました。
パーツの高さも揃えました。

というわけで、出来上がった導通チェッカーがコレです（｀_´）/　(・o・ ）ﾎｳ

先日のフラットなチェッカーに似た形状ですが、ひと回り大きい感じです。
製作した基板ユニットは、耳栓のケースを利用してカバーしました。
電源にはボタン電池(CR2032)を使い、裏側にある自作のホルダーに収める形です。

実際に動作する様子を見てやってください。

youtu.be

電源スイッチと電源ランプも設けました。
電源を入れるとケース内の電源ランプ（緑のLED)が点灯しますが、電力消費を抑えたために若干暗めです。
プローブを銅板に当てるとブザーが鳴りました。
音は小さいですが、静かな部屋で使うには十分だと思います。

以前に書いた工具の缶ケースにもなんとか収納することができましたが、やはりひと回り大きくなったので、ケース内を整理しながらじゃないと収めるのが厳しい感じになってしまいました。

しかしまぁ、プローブと一体型のこのチェッカーは、コードが邪魔にならずにサッとお手軽に使えそうです(＾_＾) （＾o＾ ）ｲｲｶﾓ
回路も見直して個人的にはスッキリした感があり、今後はメインで使うことになると思います。

導通チェッカーとかけまして、鉄道マニアとときます
そのこころは・・・
どちらも配線（廃線）を辿り接続点（他線との交点）を確認します
（-∀-）ヾ（＾_＾；）

～～～受け売りコラム～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
鉄道マニアには、乗り鉄、撮り鉄、模型鉄、音鉄・・・と様々ありますが、
廃止された鉄道路線や廃線跡を訪れて、その歴史や遺構を楽しむ”廃線鉄”
というのもあるそうです。
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おまけ
＜基板ユニットの実態配線図＞