PWM制御とは？
- PWM制御は、DCモータの速度制御に使用される方法です。
- PWM制御では、モータの電源を高速でON/OFFすることにより、モータの速度を制御します。
- しかし、PWM制御を使用すると、モータのトルクは通常のON状態よりも小さくなります。
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PWM制御についてお聞きしたいのですが
ものすごいつまらない質問になるのかもしれませんがDCモータの速度制御をするときにPMWというモータの電源を高速で入れたりきったりするという方法があるとのことを今日知ったのですがそのときのトルクというのは普通にONにしているときと比べてやはり小さくなるのでしょうか
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回答（５）で気になる論調があったので一言 ”ＰＷＭ的に見れば高速で起動を繰り返しています。” ちょっと正確性に欠ける表現ですね。 回答（６）のほうがより正確でしょう。 あくまでPWM制御された電圧、（電流というほうがより適切でしょう）がモーターのインダクタンスにより平均化されてその実効値に相当すトルクを発生するというのが。 微小時間間隔で起動停止するというのは感覚的ではありますがDCモーターの電流、トルク特性がその回転による逆起電力によることを考えると微小時間に回転速度の立ち上がりすることを考慮しなければならづ電流、トルク特性に回転子イナーシャを考慮しなければならづ複雑困難になる。また起動停止をすると考えるとつねにいつの時点でも起動中が含まれDCモーターの最大トルクである起動トルクを発生することになりPWM制御で回転を落としても最大トルクを発生できることになる。
誤解されがちですが、PWM制御はモータの電流をON/OFFする制御ではありません。モータに印加する電圧をON/OFFする制御です。 モータのインダクタンスが十分大きく、またスイッチング周期が十分短ければ、モータには連続的な電流が流れます。 (1) トランジスタスイッチがONになっている期間は、電源→トランジスタ→モータ→電源の経路で電流が流れます。 (2) トランジスタスイッチがOFFになると、モータ(インダクタ)は電流を流し続けようとして逆方向起電力を発生します。 (3) PWM回路にはダイオードがついていて、モータ→ダイオード→モータという経路で、モータ電流を流し続けます。 こうした用途のダイオードを、フライホイールダイオードと呼びます。 という動作となり、一定電流(というか脈流)がモータに流れます。 このとき、モータのインダクタンスが小さすぎるか、スイッチング周期が広すぎた場合、OFFの期間で電流が すとんと落ちてしまい一定電流とならないので、注意が必要です。 またそこまでひどくなくても、脈流の変動幅が大きいと、それにより起きる周期的トルク変動によって 減速ギアからスイッチング周波数の音が聞こえてしまいます。 デューティ比が100%の時(＝ずっとON)、モータに直接電源をつないだのと同じ電流が流れます。 デューティ比を例えば60％に落とすと、モータに電源の60％電圧をつないだとの同じ電流が流れます。 PWM制御では、デューティ比を変えることで、モータの電流(＝トルク)を変えられる制御ということです。
面白そうなので参加させてください。 単純なＰＷＭ制御では、その周波数とデューティー比にトルクは影響されます。 ＤＣモーターは起動時のトルクが一番大きいですよね。 ＰＷＭ的に見れば高速で起動を繰り返しています。 この周波数が、モーターの特性とマッチしているときは結構トルクも出ますが 当然、デューティー比にも左右されます。 逆に、デューティー比が最適でも、周波数が高く 機械的に完全に起動する前にoffになったり 周波数が低く停止時間が長いとトルクが出なかったり 振動が出たり、或いは起動不能になったりと なかなか面白い動きをします。 以上、経験からでした。
トルクの観点からＤＣサーボモータのＰＷＭ制御を考えてみましょう。 ＰＷＭ制御はKUNISAKUさんの回答にあるように、高速で電流をON-OFFして制御しようというものですが、基本は普通の直流モータと同じと考えてください。 モータのトルクは、フレミングの左手の法則を思い出してください。磁界中（Ｂ＝磁束密度、単位：テスラ）に導体（長さＬ、単位：メートル）が置かれているとき、この導体に電流（Ｉ、単位：アンペア）を流したとき、その導体に働く力（Ｆ、単位：ニュートン）は、 Ｆ＝ＢＩＬ このとき、ＢとＬはモーターの構造で一義的に決まってしまうので、力は電流に比例します。 トルクは単位時間に流れる電流に比例することになりますので、ＰＷＭ制御であっても、電流の積分値がトルクとなります。 どのような制御方法を用いようとも、このようなモーターの原理から考えればよいと思います。
前の方がサーボについて説明されているので、通称「ブラシレスモータ」についてご説明します。（モータ関係者ではありません） ＤＣブラシレスモータの場合も一般にＰＷＭ制御しますが、特にトルクが落ちると言うことはありません。 制御は簡易的なサーボ（回転制御）ですが安価なのと回転数を制御出来るがメリットです。 但し、安価なモータはアウターローター構造が多いのでイナーシャも大きく位置決めや頻繁な起動／停止、逆転には不向きです。 （簡易）サーボをロックさせた状態でブレーキをかけると速度比例のブレーキがかかります。（ホールディングトルクは無し）
通常モータをPWM制御するときはサーボアンプを使います 昔はただ単純なPWMアンプという物も存在しましたが 現在では単体でのPWMアンプは市販されていないと思います 現在ではモーター制御にはサーボアンプを使います 現在ののサーボアンプはモータの回転数に関係なく トルクを１００％発生できるようになってます 極端な例では回転速度０でトルク１００％といったことも可能です どんな時に使うのか？ ロボットのアームにワークを掴んだ状態で静止している状態などです ブレーキで止めているわけでは有りません サーボロックと呼びます この状態の時は高速で正転と逆転を繰り返しています したがって質問の答えとしては必ずしもトルクが下がるわけでは有りません 但し，かなり高度な制御技術によります
ＰＷＭですね。（パルス・ウィズ・モジュレーション・パルス幅変調） 時間軸でスイッチングして積分の効果で電圧を見かけ上減圧したようになります。 結果トルクは落ちたはずです。
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