簡易ステッピングモーター

自作のページで紹介している「ポータブル簡易自動架台」のモーターコントローラー電子回路について問い合わせが時々あります。その内容のほとんどは電子回路が苦手なので原理がよく分からない、あるいは電子回路の作成に自身がないというものです。そこで電子回路を使わないで小学校の時に習った電気の実験程度の知識でできる１ＲＰＭ簡易ステッピングモーターをご紹介します。（ここで紹介することは簡易赤道儀架台の自動化を前提に補足するものですのでこちらの方もあわせてお読みください））

正確に1分間に1回転するステッピングモーターといえば時計の秒針が思い浮かびますが、簡易赤道儀といえどもこれではトルク不足で駆動できません。時計の正確さを保ったまま（注）別のモーターで駆動する、というか間欠的に１０秒ごとに６０度だけ回転し６０秒で３６０度回るモーターを考えることにします。原理はまったく違いますがステッピングモーターの動きと同じです。
下の図でその仕組みを説明します。

Ａは時計ユニット（パネル時計などに使われているクオーツ時計ユニット）の秒針軸に付けた６０度ごと（１０秒間隔）に凸部の付いた円盤です。Ｂはモーターの出力軸に付けた同じく６０度ごとに凹部のある円盤です。Ｍはギヤーを内臓もしくは何らかの手段で減速してあるモーター（およそ20〜2RPM）とします。
図の状態ではマイクロスイッチSWA、SWBとも現在OFFでモーターは回転していません。時計が進んでＡ盤が回ると凸部がＳＷＡをＯＮにします。するとモーターが回転してＳＷＢをＯＮにします。SWAはすぐにOFFになりますがＳＷＢがモーターへの通電を保持しています。Ａ盤の次の凸部がくる前にＢ盤の次の凹部がくるとモーターは停止します。その後はこれを繰り返しながらモーターは正確に（注）1分間１回転することになります。
実際はこのように動作するようモータースピードと凸部（ＳＷＢがＯＮするまでの時間）、凹部（モーターが完全に停止できる時間）の形状を与える必要があります。またＳＷＡは軽く動作することが必要で極力Ａ盤に負担をかけないことが大切です。（自作ページの作例でわざわざフォトカプラを使ったのはそのためです）
このあたりはＡ盤の直径をなるべく小さなものにするとか,軽いスイッチを工夫するとかでなんとかなると思います。

凸凹部の数を増やすとか数の比率を変えるとかでさまざまな回転数（およそ1/4RPM〜4RPM位）に対応できるはずです。（凸：凹＝１：１なら１RPM）
さらにこの場合のモーター出力を１０対１に減速すると歯数１４４のウォームホイールをもつ赤道儀を駆動することができます。
自作や市販の赤道儀をこれで自動化したらいかがでしょうか？

（注）時計が正確だとして、この例でいうと１０秒あたりの誤差は最小０以上、最大１０秒未満です。０にするのは無理にしてもうまく作れば2秒程度の誤差にできますが、誤差は蓄積されないので１分でも1時間でも２４時間でも誤差は2秒です。　たとえ誤差１０秒でも５０mm以下のレンズをガイドするのに十分な精度です。
また間欠間隔（ステッピング）を短くするほど精度は向上し、1秒ごとに回るようにすると300〜400mmのレンズをガイドできる精度になります。ただしメカ的に1秒ごとを検出するのは難しく時計ユニットの電子回路から直接電気的に取り出すしかないようです。