DCモーターの回転数確認方法

質問

お世話になっております。
どうぞご教授願います。

この度、DC12Vの小型モーターの回転数(正転時と逆転時の差)を
確認して欲しいと言われて対策に困っております。
どなたかお知恵を拝借下さい。

条件
1.モーターは部品に組み込まれてしまい測定可能なものは電源のみ。
　シャフトを初めとする全てのものが一切見えません。
　電源だけは外部から供給する為にコネクタになってます。
2.モーターの正転数と逆転数を比較して設定以上の場合にNGとする。
3.このモーターは正転・逆転は印加電圧の極性を変える事で従来から使用済みの物です。
4.モーター製造メーカーに問い合わせた所
　「電源の間に抵抗とオシロを入れる事でローター3個×ブラシ2個の合計6個の波形が1回転で出るので
　それをオシロでカウントしたら良い」
　と言われましたが、オシロに詳しくない為にカウントできても、それをシーケンサがどう処理できるのか？
　それとも別の方法があるのか暗中模索中です。
5.測定はサンプリングではなく、全数検査を行いタクトタイム6秒です。
6.実際のモーター回転は正逆共に約10回転づつ行います。

エンドユーザーの都合上モーターの型式等は公表できません事をご了承下さい。

どうぞ宜しくお願いいたします。

皆様、多大なるアドバイスありがとうございました。
あの後、ある協力会社さんから正転のみ検出出来ました。と連絡を頂いたのですが
金額に折り合いが付かず受注出来ませんでした。
しかし今回の物は大変勉強になりました。
本当にありがとうございました。
またお聞きする事があると思いますがどうぞ宜しくお願いいたします。

回答No.13

noname#230359 · ベストアンサー

解決しましたか？
回路の説明に丁度良いWebサイトを見つけましたので報告します。（下記URL）

参考ページの一番上の信号増幅回路で説明しますと
Rxと書かれたスピーカの様な記号が超音波の受信センサですのでこれは不要
その右にある抵抗が今回測定に使った抵抗と同じ
更に右へ進むとコンデンサで直流成分をカットしOPAMPで２段に増幅しています。
今回は２段もいりません。（余談ですが１段で40dBはちょっと・・・）
よくわからんと言うのであれば、そのままの回路で1Mを10kに変え
100k→200kにすると全体では20倍増幅しますので0.5V→±5Vになります。
ここまでで、観測したモータ電流に含まれる波だけが取り出されていることを
オシロで確認します。（正転と反転時の差を良く確認してください）

ここできれいに波がでていたらもう安心
このスピードに対応できるシーケンサならそのまま入力するか（乱暴ですが）
シーケンサ側の条件に合わせて増幅率（出力電圧）を変えます。
マイナス側の信号が邪魔なら検波してください。

また、一回転ごとに信号を出したければ、上記回路の次段に
例えば74HC14を入れてその次にカウンタICを入れ
6パルス入力で１パルス出せばOKです。（ただし、回転誤差に注意）

と言った感じです。
思っているより簡単でしょ。

ただし、このままでは正転にしか使えませんので
（回路構成と波形を見てないので何とも言えませんが）
逆転（電源の極性切り替え？）用にもう１回路必要になるかもしれません。

その辺は実験しながら確かめても良いと思います。
ただし、自己責任でお願いします。

参考URL：

http://www.hobby-elec.org/pic6_63.htm

お礼

ありがとうございます。
実は知人から断られて商社とM社の担当者で現在も検討してくれています。
M社は「難しいな」と言ってますが・・・
そこで発注掲示板に掲載しようとしたのですが書き方が分からなくて断念しました。

「オペアンプ回路」実は今まで避けて来た世界です。。。
以前勉強しようと本を読んだのですが、本の中は理解できても、
それを自分で考えなさいと言われると出来ませんでした。
よっておっしゃってる意味は理解できた(と思ってるだけ？)のですが、
じゃあ実際にそれを作りなさい。と言われると何を買ってどうしたら良いかが分からないのです・・・

今度、工作キットを買って勉強しようと思いました。。。

とりあえずアドバイス頂いた回路を参考に商社と別の知人に聞いて見ます。
ありがとうございます。

結果が出るまでこのスレッドは続行させて頂きます。

補足

こんにちは。
波形は別の業者さんに依頼して電圧でも電流でも取れたのですが、
その波形を元にM社に断られました(泣)
しきい値が持てない為に判定が困難との事でした。
折角沢山のアドバイスを頂いたのですが、これ以上時間を費やす事も出来ない為
今回はこの案件を受注しない方向で進めたいと思います。
個人的には案件とは別に勉強する事を決めましたが。。。

皆様方のアドバイスに感謝致します。
どうもありがとうございました。

回答No.12

noname#230359

理論としては可能です。時間を一定にして、その間の電流波形をみれば、良いのですから。但し、12000rpmという事は200rpsと言う事ですから、１０回転というのは、50msecから１００msecくらいの間に測定してしまわなければ、ならないという事でしょうか？
そうすると、高速のシーケンサもその測定用に１台用意した方が良いと思うのですが。
機構をもう少し具体的に説明して戴いた方が良いと思います。勿論精度要求等も。

お礼

回答ありがとうございます。
現在も検討中ですのでご回答頂いた内容を加味して頂きます。
本当にありがとうございます。

回答No.11

noname#230359

> モーターメーカーの営業さんにも「オシロ以外は無理でしょう」と言われましたが
> 皆さんから頂いてる回答で出来るのかな？と思っています。

観測するのはオシロでないと無理です。
ただし、オシロで見えると言うことは、その信号を捕まえられると言うことです。
方法は、＃４でたぶん大丈夫です。
発注掲示板に出せばいくつも返事があると思います。

> 火曜日に再度商社と相談しますが、もしM社やU社から無理と回答が来た場合はlumiheartさんかplusさんへ別途相談させて頂いて宜しいでしょうか？

ここでは営業できないと言うことですので、
残念ですが、私への連絡は取れません。（発注掲示板も同様）

お礼

度重なる回答ありがとうございます。

>ただし、オシロで見えると言うことは、その信号を捕まえられると言うことです。
先が明るくなるお言葉ありがとうございます。

発注の件は了解しました。
ありがとうございます。

回答No.10

noname#230359

Ｖ＝Ｃv＊Ｎ＋Ｒ＊Ｉ
Ｖ：電源電圧
Ｃv：誘起電圧常数
Ｎ：回転数
Ｒ：モータ抵抗値
Ｉ：電流値　
これは、極く一般的な式です。判定を単純化するために、モータ駆動電源を定電圧電源（１２Ｖ）にして下さい。そうすると上式は
Ｎ＝（１２－Ｒ＊Ｉ）/Ｃv　になります。
抵抗値、誘起電圧常数は常数ですから、Ｉ：電流値を読み取れれば判定はできます。
抵抗値はテスターでも測定できます。そうすれば、誘起電圧常数も計算で求められます。
設計が大変でしたら、応援は可能です。

お礼

度重なる回答ありがとうございました。
もしかしたら私の勘違いかも知れませんが「回転数」を求める式でしょうか？
そうだとしたら私の求めている「回転回数」と違うのですが・・・
何回転したか？を知りたいのですが、その時もこの式は有効なのでしょうか？

回答No.9

noname#230359

マブチモータ RS540SH　12V 5.93A 50W 15080rpm 15080/60=251rps F=251*6=1506Hz
日本サーボ DME60 12V 2.07A 13W 4300rpm 4300/60= 71rps F=71*6=426Hz

>1msの幅で0.5Vほどの差を持った山形の波形が取れました
これはON時間ですよね、OFF時間又は周波数の情報が必要なんですけれど
前記のモータで周波数を計算すると426Hzから1506Hz　パルス幅は1/426=2.35ms
パルスデューティ１と仮定するとON幅は2.35/2=1.17ms
実測値と近い値なので定格回転数はほぼ似たものだとは思います
ただパルスデューティ１はほとんどありえないとは思う

今更なんですがここでチョット疑問？
>この度、DC12Vの小型モーターの回転数(正転時と逆転時の差)を
測定するのは”回転数”と有りますが
>6.実際のモーター回転は正逆共に約10回転づつ行います。
これは何を測定するのでしょうか？
回転速度だとばかり思っていましたがもしかして回転回数ですか？
その回転回数ですがモーター軸単体が１０回転ですか？
それともギヤ減速後１０回転ですか？
モーター軸単体だと上記のモーターに近い定格ものだとすると
低速な方で71rps　これが１０回転する時間は1/17*10=0.14s
PLCではこんなに短い時間の正確な計測は難しいのですが

また、一般的なタコメータは表示周期を１２ｓ程度にしてます
これは数値がちらついて読めない事も有りますが０．１ｓ程度の時間内での周波数を
測定して測定値を１０個程度で平均処理しますそうしないとノイズ等によるの誤差が
かなり大きく影響されてしまいます

お礼

1.モーターのカタログには周波数は書いてません。
2.測定したいのは回転数です。
3.測定理由は「もしも組み込まれた部品に異常が有った場合はモーターは回転しなかったり、
　行きと帰りの回転数に差が出る為にそれを確認したいが先に書いたように
　モーターを組み込んでしまうと中は一切見えず、見えるのは電源端子だけの為に実回転数を測定したいのです。
4.回転数はモーターそのものの回転数です。
　確かにウォームが付いてますがそちらは部品を動かす為で測定対象では有りません。
5.モーター単体の仕様ですが無負荷時12000rpm-0.11A/最大10260rpm-0.65A/4.5Wとなっています。
　直接PLCで計測が困難な場合は別途製作機器にて判定を行える物を探しています。

モーターメーカーの営業さんにも「オシロ以外は無理でしょう」と言われましたが
皆さんから頂いてる回答で出来るのかな？と思っています。

火曜日に再度商社と相談しますが、もしM社やU社から無理と回答が来た場合はlumiheartさんかplusさんへ別途相談させて頂いて宜しいでしょうか？
どうぞ宜しくお願いいたします。

回答No.8

noname#230359

> 1msの幅で0.5Vほどの差を持った山形の波形が取れました。
> plusさんが参考に見せてくれた「貴金属ブラシの整流波形」とほぼ同じ波形です。

きれいな波形の方ですね。
だったら楽に検出できると思われます。
方法は下の方に書いていますが、１回転で山がいくつ出るか分かっていれば
カウンタに読ませて１回転単位で出力も出来ますが、それでは荒すぎるかも知れませんね。

> しかしこの先どうしたら良いか？・・・

超音波とか赤外線リモコンなどの受信回路の基本が分かる方がいれば出来ると思います。

私も出来ますが、ここでは受注を控えてますのであしからず・・・

お礼

度重なる回答ありがとうございます。
1回転で6山出る事はメーカーに確認済みです。

>超音波とか赤外線リモコンなどの受信回路の基本が分かる方がいれば出来ると思います。
いつも私の勉強不足を思い知らされますが・・・
全く未知の世界です。
商社を含めて探していますが、基本的にメーカーの人間しか知らない為に
技術者とのコンタクトの場を持っていません。
どうしたら良いか？・・・

回答No.7

noname#230359

電源電圧＝モータ誘起電圧（回転数に比例）＋モータ抵抗値＊電流値　です。
誘起電圧常数、モータ抵抗値とも多少バラツキはありますが、ほぼ一定値です。モータメーカーにこの値を確認し、シーケンサにＡＤ変換ユニットを使用したら出来ると思います。
以上の常数のバラツキ範囲と要求されている精度との兼ね合いは気をつけて戴く必要はあります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
しかし私にはちょっと難しいので参考にさせて頂きます。
もし可能ならもう少し詳しく教えて頂けますか？
どうぞ宜しくお願いいたします。

回答No.6

noname#230359

こんばんは
>1msの幅で0.5Vほどの差を持った山形の波形が取れました。
これは何処を測定したのでしょうか？モーターの端子間電圧でしょうか？

モーターの定格電流は分りますか？

M-System　　高速直流変換器　SVF　高速ロードセルアンプLCF
http://www.m-system.co.jp/Japanese/index.html

URD　高速電流センサ　CTL-12
http://www.u-rd.com/products/ctl12s30.html

[Motor]----[CTL-12]-----[SVF]-------[PP]------[PLC]

と言う回路で可能と思います
モーター電流を高速電流センサ[CTL-12]で検出
高速直流変換器[SVF]で増幅
パルスアイソレータ[PP]でパルス波形整形して[PLC]へ入力
SVFの応答速度はSVFは500μsですので1msのパルス検出は難しいかも知れません
本来の用途ではありませんが高速ロードセルアンプLCFなら３００μｓで充分可能
ロードセルアンプは内部回路的にはSVFとたいして変りは無く流用可能と思います
今回の目的は電流波形を正確に増幅する事ではなくパルス化が目的なので
もし仮に波形歪が出たところで実用には影響が無いと思う

ユニパルス　直流増幅器AM30　100kHz　
ロードセルアンプですが速度的に問題なし　ただ高価
http://www.unipulse.com/jp/products/standard/pd-converter.html

安価なアンプは　秋月電子
K-385オーディオアンプ\500円
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%83A%83%93%83v&s=score&p=1&r=1&page=#K-00385
K-90ミニパワーアンプ／オシレータキット\500円
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?p=1&q=*%83p%83%8F%81%5B%83A%83%93%83v*
でも詳細不明　＜これはplusさんの得意分野

お礼

度重なるご回答ありがとうございます。
1.測定はモーターの端子間で電圧測定を行いました。
　説明不足で申し訳ありません。
2.モーターの定格は12V/12000rpm-0.11A(無負荷)/10260rpm-0.65A(最大)/4.5Wです。

回答No.5

noname#230359

書き忘れがありました。

部品は
ICが１，２個でトランジスタ１個、ダイオード少々とコンデンサと抵抗沢山です。
5cm角に収まるぐらい簡単なものです。（見た目は）
電源にはちょっと良い物（ノイズの少ない）を使って、同軸ケーブルで信号を拾いましょう。

設計から製作までは、僅かな費用と期間で出来ますが
調整には手間取る可能性があります。（波形次第）
アナログ回路の経験豊富なところを選べば安心です。

お礼

度重なる回答本当にありがとうございます。
現在までにK社、M社からは「出来ない(難しい)」と回答がありました。
よって実際の波形を見る為にデータ収集ソフトを手配した次第です。
今日入荷予定ですので今日確認できるかどうか？

どちらにしても私はアナログ回路の経験が無いので市販品で無ければ諦めざるを得ません。
どこかで作って頂けるのなら良いのですが・・・

と言う事で、とりあえず波形が見れるようになったら再度書き込みたいと思いますので
その時はlumiheartさんも良ければアドバイス頂けますようお願い申し上げます。
どうぞ宜しくお願いいたします。

補足

早速見れました。
レンジが合わなかったので最後に停止する所を見た所・・・
1msの幅で0.5Vほどの差を持った山形の波形が取れました。
plusさんが参考に見せてくれた「貴金属ブラシの整流波形」とほぼ同じ波形です。
http://www.maxonjapan.co.jp/technical_docs/pdf/024-025_technology.pdf

しかしこの先どうしたら良いか？・・・
どうぞ宜しくお願いいたします。

回答No.4

noname#230359

> 一体どうやったら(どんな方法で)取り出せるのでしょうか？

モータによって違いますので、基本的なところだけ
波形の参考は下記URLにあります。

まず、モータに直列に入れた抵抗の両端から電圧を取り出します。
そこからコンデンサで直流成分をカットします。
取り出した波形は、たぶん小さな信号ですから、オペアンプで増幅して
（状態によってはフィルターをかけて）
ロジック回路で矩形波に変換し
シーケンサの入力に合わせてトランジスタなどで出力します。

回路図で説明できたら簡単なのですが・・・

出てくる波形次第でその難易度は変化しますので
まずは、波形を確認することが先決です。

参考URL：

http://www.maxonjapan.co.jp/technical_docs/pdf/024-025_technology.pdf

回答No.3

noname#230359

こんにちは
このサイトの以下の回答が参考になるでしょう

6292 電流検出回路
5859 電流チェッカーの端子の自動切換え方法
2708 断線警報機に使う交流電流センサ

原理的にはどの方法でも基本的には同じです
電流で見るか電圧で見るかの違いはありますが
大差はありません（人によっては大差と言うけれど）

自分で電子回路を作る自信が無ければ市販品があります

M-system
http://www.m-system.co.jp/Japanese/index.html
の
パルスアナログ変換器　JPA

又は
パルスアイソレータ　　PP

を使います
JPAはモータから出るパルス波形を内部で整形して
F/V変換して周波数をアナログ出力します（４２０ｍＡ）
その信号をシーケンサのADユニットで入力します

PPはJPAと波形整形部は同じですが整形した波形を
オープンコレクタで出力します
一般的なDCモータは２０，０００ｒｐｍくらい回ります
２００００／６０＊３＝１０００Hz
一般的な小型シーケンサ（MelsecFX等)は１ｋHz程度なら汎用IOで
５ｋＨｚ程度の高速カウンタ入力機能がありますので，そこに入力します
後はシーケンサ内部ラダーで検出可能です

但し，JPA,PPどちらもモータの端子電圧を直接測定するようには
設計されていません，場合によってはユニットの前段にアンプが必要です
のでメーカに直接たずねて下さい
端子電圧検出回路はどんな方法をとってもこのユニットの
回路ブロックと似た物になるはずですので内部回路図は参考になるはずです

因みに，オシロの高級機には計測した結果（周波数）をアナログや通信等で出力する
機能が付いているものがあります，オシロメーカに聞いて下さい

お礼

こんにちは。
早速のご回答ありがとうございました。
自分ではとても手に負えないと判断し
現在K社、U社、M社などに打診をかけてみました。

今の内にテスト環境は作ったので、後は実機が入ればテスト出来る状態です。
どちらにしても現在の波形がはっきりしないと駄目のようですね。

最新のオシロも当たってみようと思ってます。
ありがとうございました。