モーターにかかる電圧を効率よく調整するには？

質問

お世話になります。

14.4VのDC電源にマブチ130くらいの小型モーターを取り付けて
回転制御したいと考えております。

おおよそ、2～4Vくらいの幅で調整できればいいのですが、
一般的に可変抵抗を入れただけの回路ですと、抵抗部分で損失？が
発生するのではないかと素人ながらに思いまして、なるべく回路全体で、
消費電流が少なくなるような回路はないものかと考えています。

必要最低限の知識と技術（半田付け）はあるものとして、
簡単で消費電流のすくない回路をご教授下さい。

よろしくお願いいたします。

回答No.5

sailor · ベストアンサー

もっとも効率がよいのは＃１の方が書かれているPWM（パルス・ワイズ・モデュレーション）という方法です。lこの方法はモーターに流す電流を早い周期でオン／オフを繰り返して行うことにより通電時間によりコントロールする方法です。通電している時間と切っている時間の比率を変えることで制御します。実は＃２の方が書かれているスイッチングレギュレーターというのはPWMの応用回路のひとつで、レギュレーター回路内部に内蔵されたコイルやトランスに対してPWM制御を行うことによって必要な電圧を取り出す仕組みです。

もっとも効率の悪いのがシリーズレギュレーターや可変抵抗を使う方式です。この方式ではモーターに流れる電流×レギュレーターや可変抵抗で下がった分の電圧で求められる電力が熱になってしまいます。

それから、使用する電圧に対して供給される電圧が高すぎる気がしますが、この点も制御を効率よく行う点では不利になりますし、モーターなどの誘導負荷に対して制御を行うときは、モーターの起動電流（モーターが定常回転数に達するまでは、非常に多くの電流が流れます）をまかなえるだけの電流が必要であることも考慮する必要がありまますし、コンミテーターモーター（模型用などのブラシのあるモーター）では、ブラシによるスイッチングが行われる際に非常に大きなスパイク電圧が発生しますので、それに対する保護も必要です。まぁ、これはモーターにかける電流と逆方向になるようにダイオードを入れることで解決できますけどね、逆転も必要なのであれば、ZD（ゼナーダイオード）かZNRという素子を使えば回避できます。

まぁ、電圧が２V～４Vと低いので市販のスイッチングレギュレーターモジュールやコンバーターICがなかなか見つからないでしょうから（通常５以上のものがほとんど）、シリーズ型のレギュレーターを使うのが手っ取り早いですね。まぁ、初心者にスイッチングレギュレーターの回路を設計することはまず無理ですから、どうにかなる範囲というとシリーズレギュレーターを選ばざるを得ないでしょう。しかし、ここで問題になるのが電源電圧の高さです。このままではものすごく効率が悪く発熱量の多い回路になってしまいます。あまりスマートとはいえませんが、まずスイッチングレギュレーターモジュールで７V程度に下げた後にシリーズ型レギュレーターで調整するという方法が、初心者でもできる可能性のある方法かと思います。

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-02038/に出ているモジュールを使い７V程度の電圧を作り（ここまではスイッチング式）ます。説明書に電圧の設定の仕方が出ていますし、１００KΩのVRで可変出力にする回路も出ています。

次にhttp://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00095/を使い電圧を使用す対電圧まで落としてやればよいでしょう。このキットは１．２Vまで電圧が絞れます。また、最初の方のスイッチングレギュレータで７Vを指定するのは、この回路では出力電圧＋３Vの入力電圧が必要なため、４Vの出力を得るには７Vの入力が必要になるからです。

ほかにもモータードライバーというモーターの回転を制御する専用のICもあるのですが、それなりのスキルがないと使いこなせるものではないので、今回はパスします。

お礼

早々のご回答ありがとうございます。
電源がもともと14.4Vのバッテリーなのですが、少しでも長く使えるように、
単純に抵抗で発生する熱を節約?できる回路はないものかと思った次第です。
残念ながら、仕様の関係で14.4Vのバッテリーを電源にするしかないのです。

書いていただいたことを参考にがんばってみます。ありがとうございます。

ご教授に感謝いたします。

回答No.4

koujikuu

秋月電子のＤＣ－ＤＣコンバーター［５Ｖ３Ａ］ＨＲＤ０５００３Ｅにて外付けVRにて電圧可変できるようです、14.4V -> 5V
出力２－４Ｖに収まるよう抵抗を設定、出力電圧が下がらないときは、整流用ダイオードにて電圧降下させればよいと思います

お礼

早々のご回答ありがとうございます。
DC-DCコンバータのキットがあるのですね！情報ありがとうございます！
参考にさせていただきます！

電源がもともと14.4Vのバッテリーなのですが、少しでも長く使えるように、
単純に抵抗で発生する熱を節約?できる回路はないものかと思った次第です。

ご教授に感謝いたします。

回答No.3

FT56F001

基本的には，PWM制御付の降圧形チョッパがお勧め。

簡単にというなら，
まず14.4Vから5VまでDC-DCコンバータで変換する。
5Vから2～4Vへは可変抵抗で絞る。

お礼

早々のご回答ありがとうございます。
PWM制御ですか・・・複雑すぎて残念ながら私には手に負えそうにないです(^^;
具体的な方法まで書いていただきありがとうございます。
DC-DCコンバータのキットなどがあるといいのですが・・・

電源がもともと14.4Vのバッテリーなのですが、少しでも長く使えるように、
単純に抵抗で発生する熱を節約?できる回路はないものかと思った次第です。

ご教授に感謝いたします。

回答No.2

P0O9I

フィールドバックをかけないのなら、スイッチングレギュレータICで電圧制御をすればよいだけです。
質問の様子から見て、あまり知識がないようですので、消費電力は増えますが、電圧可変のシリーズレギュレータの使用をお勧めしますけど。

http://www.google.co.jp/search?q=lm317&ie=utf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:ja:official&hl=ja&client=firefox

お礼

早々のご回答ありがとうございます。
参考にさせていただきます。

電源がもともと14.4Vのバッテリーなのですが、少しでも長く使えるように、
単純に抵抗で発生する熱を節約?できる回路はないものかと思った次第です。

ご教授に感謝いたします。

回答No.1

RTO

やる気があるなら　PWM制御
これだけで一冊本が書けてしまいますし、その基礎まで解説してられないので一例を挙げて退散
http://www.eleclabo.com/denshi/seisaku/rwcnt01/rwcnt01.html

お礼

早々のご回答ありがとうございます。
PWM制御ですか・・・複雑すぎて残念ながら私には手に負えそうにないです(^^;

電源がもともと14.4Vのバッテリーなのですが、少しでも長く使えるように、
単純に抵抗で発生する熱を節約?できる回路はないものかと思った次第です。

ご教授に感謝いたします。