DCブラシモータの制御

ある案件でDCブラシモータの制御を行った。その時に試したことをメモする。

なお、基本的なことだけ書いてあるので、保護素子や過電流、短絡保護などは省いてあるので注意願いたい。

種類

ここで言うDCブラシモータとは、固定子に永久磁石、電機子に整流板を持ったものである。ちょうど模型用モータのようなイメージである。

もっと正確に言うと、永久磁石界磁形整流子電動機ということになるが、長ったらしいので以下DCモータと略す。

様々な形状、出力が存在するが、今回試したのは20Wクラスである。

駆動回路基礎

単純に回そうとすれば以下の様になる。

さっきと逆回転するには電源を逆に接続しなければならない。

これでは不便なので以下のように電源極性を入れ替えできるように組む。スイッチの位置や構成は何通りかある。

ここでSW1,4をONすると順方向(以下CWとする)、また、SW2,3をONすると逆方向(以下CCWとする)となる。

なお、SW1,2が同時、またはSW,3,4にONすると電源ショートとなる事故が発生する。

全部のSWがOFFだとモータはフリーとなる。モーターが持っている回転抵抗だけで軽く回る。

SW2,4がONだとモーターブレーキとなる。電源供給されず、モータ自身が発電機となり、それをショートすることでブレーキがかかる。

以下のような構成をHブリッジという。

駆動方式あれこれ

結局はCW,CCWを行うとしたらHブリッジ回路になるが、この回路を何で構成するかが考え所である。

数Wから10W程度であれば電圧にもよるが市販の専用ドライバICが使いやすい。しかし、20Wを超え出すとドライバの放熱に悩むことになる。

どの程度の負荷による駆動電流かにもよるが、定格連続か、負荷が大きい場合には電流は数倍になる。

試したのは25Wクラスのモータ。DC24V駆動で定格電流1A、ロック時電流は6A~8Aにもなる物である。

今回、専用ICを使ってみたが、大きな放熱器を取り付けても短時間に耐熱量オーバーしてしまい、煙を噴く次第。部分的に熱が発生するためです。

駆動方式もON-OFFからPWMへと考えてもみたが、やはりトルクが必要なのであきらめる。

それならとHブリッジをMOSFET構成するかと思ったが、放熱器を置く場所もないし大袈裟かと。それにゲートドライバとかで価格がアップしそう。

ということで、ショートブレーキもいらないし、そんなに頻繁に動作させるわけではないので10A前後のリレーを使用した。熱は出ないし、これはいいと言うことで現在はリレー。

当然機械的な寿命もあろうが、10万回くらいはいけるだろう。

上の図が基本構成、SW1は2C構成とし、SW2がOFFのときに切り替える。SW2のON-OFFで制御です。

SW1の構成により、電源ショートの心配もないはず。

試すと熱は出ないしいい。まずはこれでやろうと決めた。単純です。

現在のところ、うまく動作している様子。マイコンシステムなのでノイズも心配であるが、更にノイズ強化させてGO、である。

 

 

 

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