モーターの保護用に入れるヒューズの容量

質問

入社２年目のハード屋さんです。
モーター及びヒューズに詳しい方教えてください。
モーターでソフビ製のキャラクターを前後させるようなメカのモーターの保護用に入れているヒューズがなぜか特定のメカの所だけたまに切れてしまい困っています。そこだけ１Ａでも切れる。（３台メカがあるうちのなぜか特定の１台だけ。多分変なロックがかかって切れているのだと思うのですが、そもそもヒューズの容量はどのように決めるのが正解なのでしょうか？容量の決め方を教えてください。
ちなみに、通常動作（無負荷時）では１００ｍＡ程度しか流れていません。電源の本によると７０％が定常電流になるようにするとあったので
計算上は０．３Ａ程度になると思っています。なので、０．５Ａのヒューズで最初は０．５Ａを入れていました。使用しているモーターはＤＣモーター（ＴＧ－０５Ｌ－ＳＭ－１５０：ツカサ電工）です。
ヒューズは完全ロックしたときに切れるようにするのが正解なのでしょうか？でもヒューズが切れなかったらモーターが燃えてしまうのではないかと不安です。回答よろしくお願いいたします。

回答No.2

fujiyama32 · ベストアンサー

>使用しているモータはDCモーター(TG-05L-SM-150:ツカサ電工)です。
>ヒューズは完全ロックしたときに切れるようにするのが正解なのでしょうか？
この商品を量産して販売されるのでしょうか? であれば一般論でお話するより
モータ特性が判っている[モータメーカ]に相談されることをお勧めします。

1)完全にロックした状態で放置した場合、モータが焼損するかどうかはこのモータ
の特性によります。
2)産業用などで使用しているモータですと焼損し、火災等に進展する恐れがあります
ので、モータ保護装置を設けることになっています。
3)ロック状態で小型DCモータがどのような状態になるのかはモータの特性次第だと
思います。この点はモータメーカが一番良く知っている事項だと思います。
4)ヒューズも、過電流が流れたら即遮断するタイプのヒューズの他、多少大きな電流
が流れても即遮断せず、ある程度時間が継続した時、遮断するタイプのヒューズも
あります。
これについてもモータメーカの推奨するヒューズ特性や品番があると思いますので、
相談してください。
5)ヒューズの特性が決まれば、これに見合う電源特性を持つ電源装置を用意します。

問題点
>多分変なロックがかかって
変なロックが掛かってヒューズが遮断しますと、ヒューズを交換する必要があります。
これが購入した直後に直ぐ発生しますと、「安全のためヒューズが遮断します。」と
説明しても、購入者より多くの苦情が寄せられると思います。

場合により機構が必要としているトルクに対してモータのトルクが少ないため、ロック
していることも考えられます。この場合はモータの容量の大きくする必要があります。

また、変なロックの原因を探し、このような状態にならない方式(*)を考案するとか
電気的に検出して、電源ブレーカが遮断する。リセットすれば、再度動作するような
仕組みを検討されることをお勧めします。

(*)一例として、バネなどの力を利用して、変な力が加わったら、これが外れ止まる。
再度動作させたら機構が基に戻り、運転ができるような機構を考案してください。

その他
こんな時、頼りになるのが上司です。上司に相談しましょう。
単に[どうしましょう]と言うのでは無く、
[こんな状況です。]
[対応策としてこのような事項を考えました。]
[解決の相談に乗ってください。]
と言うことで開発を進めてください。

補足

詳しい説明ありがとうございます。残念ながら、私より詳しい人がいないため、投稿しました。上司に電気がわかる人は一人もいないのです。モーターメーカーには本日問い合わせましたが、データを見てくださいと言われました。定格で使用したときに、何Ａのヒューズを入れるのがいいのか参考データでもいいのでくださいと問い合わせたのですが、上記の回答です。定格で使用したときに入れるヒューズの容量とかって？モーター屋さんではわからないのでしょうか？不思議です。ちなみに、動作時の１００ｍＡはツカサ電工さんに測定してもらった値ですので信頼性？のあるデータです。モーターの特性やヒューズ特性については再度問い合わせして見ます。ヒューズの容量の決め方とかを詳しく書いてる本とかサイトとか参考になる物がありましたら教えていただけると嬉しいです。

回答No.6

POWERVAULT

モーター系保護にヒューズを使った事はないので参考程度。

問い合わせるのなら
モーター最大トルク時の電流は何Ａ？
モーター拘束時の電流は何Ａ？

例えば最大トルク時が１Ａで拘束時は５Ａなら２Ａか３Ａのヒューズでも突っ込んでおけば良い気はします。
実際にはヒューズの遮断特性見ながら種類と容量を決める事になります。
頻繁に動作を繰り返す様な場合には熱が蓄積されるのでDutyを考慮して遮断特性の時間軸をシフトする様な見方が必要です。

現物と測定器があるのならDC-CT入れてレコーダーなりに電流値を取って実際の動作時のピーク値と平均値から遮断特性表に照らし合わせればマトモな選定はできると思います。
が、使用上頻繁にロックする事が前提ならその時の電流値も考慮に入れます。
ロック時はポリスイッチの様な物で別途保護（ヒューズとは別に）する方が実用的かもしれない。

モータートルクがメカ拘束時にメカを破壊する方向にいく様な選定になっちゃってる場合にはもっと慎重に考えますが、メカを壊すだけのトルクは出ないというのであれば遮断特性とにらめっこでサクっと選ぶ程度で良さそうには思えます。

モーターが燃えるかどうかは使用環境にもよりますし（温度上昇と熱拡散［放熱］の計算は大変そうだけど）、実際には燃えても巻線焼損（断線）程度でモーター周りが不燃性なら熱いだけで実害は無いんじゃないかという気もしますね。
気になるのなら小型のサーマルスイッチをモーターに貼り付けてスイッチ（B接点）でスイッチを切っちゃうとかで対応するのも手かと思います。
ドライバ側が自分の保護は出来ているのであれば、いっその事モーター保護はサーマルスイッチだけに頼るというのも一つの手かもしれませんね。

回答No.5

mako2_u

質問者様は定常時については考慮されておられるようですが、
過渡時についての考慮も必要ではないでしょうか。
モータ回路で言えば、
定常時：一定速で回転中
過渡時：加減速時，特に起動～加速中(突入電流などという)
過渡時は短時間ですが定常時の数倍～数十倍の電流が流れます。
(正確ではないですが、起動の瞬間は止まっているのでロックと同じ状態のイメージ？)
"キャラクターを前後させる"というのがモータ回転方向で制御されているのなら
かなり頻繁に過渡状態が発生してヒューズには厳しいです。
(モータ回転一定でメカ機構で前後させるならいいのですが)

以下、一般論です。質問者様のケースにそのままあてはまるかはわかりませんが参考までに。

ヒューズは定格電流を超えた瞬間に切れる物ではありません。(過電流ブレーカも同様)
仕組み的には"電流でわずかな抵抗値をもつヒューズ線が発熱して溶けて切れる"って感じです。
定格電流を超えた時に、超え度合いが大きいほど速く切れ小さいほど切れるまで時間がかかります。
これは、ヒューズのカタログとかに"(縦軸)電流：(横軸)切れるまでの時間"のグラフが載ってたりします。
同じ定格電流でもいろいろなタイプがあります。
スローブローとか遅延とかいうのが過渡電流(短時間大電流)に強い物です。

選定のイメージをざっくり説明すると、
定常時：０．８Ａ
過渡時：１０Ａ（１秒以内）
としたら、１０Ａで１秒以上もって１Ａで１０秒以内に切れるヒューズを選ぶみたいな感じです。

以上はあくまでもわかりやすく説明したイメージです。
定常時と過渡時はそれぞれ考え方が違うので別々に考える必要があります。
正確には過渡時にはジュール積分やらなんたらの理屈がでてきて難しいです。
プロとして必要ならヒューズ屋さんの下記サイトなど見てみてください。
難しすぎて私も全部は理解してません。
http://www.koaproducts.com/brushup/bu2_01.htm

"過電流保護　ヒューズ　選定"などで検索するといろいろでてきます。

回答No.4

P0O9I

そんなに大きなモータでは無さそうですので、実験してみても良いのでは。モータ単独でロックして、電流と温度上昇を見ます。それ以上の電流は流れることはないので、ヒューズの最大値が分かります。温度上昇は中のコイルから表面に来るまで時間がかかることも考慮に入れて、温度上昇までの許容時間を考え、ヒューズ容量を決めれば良いのです。全てはあなたの責任にはなりますが。

回答No.3

ji-tyan

動作時の電流値が３００ｍＡなのに１Ａのフューズが切れる。
これは機械的に異常な過負荷が掛かり２Ａ以上の電流が流れてしまう為に起こったことです。
フューズの容量を変える等と言う安直な変更では事故がおきますよ。
先ずは機械構成を確認してどの位置でもその様な負荷が掛からないようにしなければ
次はフューズでは済みませんよ。
設計の再確認を要します。
尚モーター起動時には定格電流の５倍程度の突入電流が流れますので回路設計にはこれを加味した上で
その容量以下のフューズを入れることが最低限の仕様です。
追伸
この様な小規模の機械設計と電気設計は同じ人が行うべきで分業にするならば常に声が届く範囲で仕事を行って下さい。
またモーターには回転以外の負荷が掛からないことも重要です。

回答No.1

URD

ヒューズで回路を組むこと自体が手抜き設計です
使用勝手を考えるなら、過電流時にモーターを停止させるよう保護回路を組み、それが効かなかった時のために多重保護としてヒューズを使うようにしましょう。
最初からヒューズでは　止まるたびに交換になります。

補足

ヒューズで回路を組むこと自体が手抜き設計ですと言う指摘はその通りですが、汎用の基板を使いまわして物を作っているためこのようになってます。その関係で基板にあるパワートランジスタでモーターを駆動するしかないため、ヒューズで対処する事しか出来ないのです。新規で製作する場合はアドバイスいただいたように過電流検出して保護回路組むのはわかっています。今回はヒューズの容量の算出方法が知りたいので詳しい方教えてください。