DCモーターの PWMコントロール

質問

DCモーターのコントロールこれでできますでしょうか？

整流子型モータ(ユニバーサルモータDC・定格90W)で速度調整をするために、秋月のスピコンを購入してつけたのですが、低速での調整がうまくできません。具体的には、ボリュームを絞ると動かず、ゆっくり上げていくと突然高速で回ります。そこで、PWMなら、低速から高速まである程度直線的に制御できるかと、考えているのですが、いかがでしょうか？

調べてみると低速ではトルクが落ちるのはDCモーターの宿命のようですが、少しでも回避できればと考えています。

また、手頃な、AC100Vを扱えるPWMが無いので、秋月で販売されている、｢PWM(スイッチング方式)DCモーター速度可変キット」を改造し、モーター側の電圧が50Vまでなので、パワーMOSFETを、TK10A60Dに変更し、耐圧を600Vまで上げドライブしようと思います。入力はAC100Vをブリッジダイオード(1000V10A)で整流したものを直接使用予定です。

ブレーキですが、付けるとすれば、どのようなものがあるのでしょうか、合わせてよろしくお願いします。

使用予定の部品リストです。
電気工作歴は長いのですが、大学も専門外の学部のため、ほぼ素人として、知恵を貸してください。よろしくお願いします。

負荷は職業用のミシンです。YDKの純正のフットコントローラーも、分解してみましたが、秋月のスピコンとほとんど同じものでした。

PWM(スイッチング方式)DCモーター速度可変キット
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-06244/

NchパワーMOSFET TK10A60D (600V10A)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-08418/

ブリッジダイオード 1000V10A GBJ1010
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07697/

皆様、どうもお世話になります。
結局のところ、元々のモーターが、55mm×70mmと小さいため、オリエンタルモーターで探すと、
15Wくらいのパワーになり、トルクは100mN･mと小さく、しかも回転数も1650rpmのため、
プーリーの大きさを小さくして減速すると遅くなりすぎるし、、、トルクも足りなさそう、、

次に、0.1Kのインバーターは16K円くらいで手に入るのですが、これにNFBを接続すると、、、
家庭用ミシンと同じくらいのサイズに成ります。
大きさと重さと、トルクと回転数が、、、元ついていたモーターの回転数は、カタログから計算すると、9600回転ですが、トルクが謎？？　付けて、もとよりパワーが落ちたら、何をしているのかわからない状況なので、、

今後のこともあり、プーリーを加工してくれる鉄工所を探しているのですが、なかなかありません。
「ミスミ」は個人では駄目だし、、代行業者を使うか、、、

一旦この計画は保留にして別の方法を考えて見るようにします。

皆様、どうもありがとうございました。

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

毎度ＪＯです。
ＤＣブラシモータでは低速のトルクが確保出来ません、この際安価な３相のモータ＋インバータにされては？

３相モータ　100W　ギヤヘッドオプション有り
http://www.orientalmotor.co.jp/products/standard_ac/ind/k2s/features/

AC100V入力　３相200V出力インバータ　FR-E710W-0.2K
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/inv_spec/inverterProductInfoServlet.do?menu=1&formNM=FR-E710W-0.2K

http://item.rakuten.co.jp/setubiprookoku/10003212/?scid=af_pc_etc&sc2id=67889001
価格 18,382円 (税込) 送料別

作るより買った方が遥かに安い

パラメータ設定にて、低回転トルクブーストすれば、定格の10％回転でも十分なトルクが確保出来ます
インバータ運転であれば100％のブレーキも可能

ミシンで有れば、スイッチにより逆転可能、
速度コントロールは足踏みペダル＋10kΩのポテンショメータ

参考URL：

http://www.orientalmotor.co.jp/products/standard_ac/ind/k2s/features/ http://item.rakuten.co.jp/setubiprookoku/10003212/

お礼

ＪＯ様

　的確なご回答有難うございます。
　このような低価格で都合がいい商品があることを知りませんでした。早速検討させて頂きます。
　素人なので、モーターを、どのようにして手に入れるか、まずは、検索してみます。
　ありがとうございます。

補足

ＪＯ様

　モーターもネットで買えるのですね。
　教えて頂き、ありがとうございます。

回答No.4

noname#230359

＞低速ではトルクが落ちるのはDCモーターの宿命
DCモーターは、負荷トルクによらずにほぼ一定速を保つことのできる定速
モーターであって、印加電圧に比例して速度制御ができる可変速モーター
に分類される筈です。
そうはいうものの、小形モーターの場合、巻線の抵抗による電圧降下が大
きいので、負荷がかかると回転数が低下する傾向が大きくなります。

巻線の抵抗による電圧降下を補償するために、
出力電流検出回路を設けて、出力電流が増加した場合に、出力電圧を増加さ
せる帰還回路を付加すれば負荷トルクがかかった場合の特性を改善できます。
この場合は、必ず過電流に対するリミットを設けて下さい。

FETを高耐圧大容量の品種に置き換えたのであれば、D1も同程度の耐圧・電流
容量のものに交換する必要があります。また、スイッチングに伴う高周波電
流成分をバイパスするために、電源端子間には十分なコンデンサを接続する
ことが必要と思います。雑音を抑制するためにも必須でしょう。
なお、モーターの端子間には、コンデンサを接続してはいけません。スイッ
チング素子にパルス状の異常電流が流れる状態となります。

＞入力はAC100Vをブリッジダイオード(1000V10A)で整流したものを直接使用予定

平滑コンデンサなしの脈流をお使いでしょうか？ 電源電圧が平滑直流では
なく脈流だとすると、可変速特性を劣化させる可能性がありそうに思います。
整流回路に平滑コンデンサを付加して、平滑直流をお試しになることを
お勧めします。

＞モーターが筐体の中に収まるかなど・・・
一般的な比較として、直流モーターは回転数が高く、汎用の交流モーターに
比べ、体積あたりの出力パワーが高いことが特徴です。
この特徴から推測すると、同じ体積に収まる交流モーターを探した場合、
直流モーターよりも回転数が低く、それに従って出力パワーが低い品種しか
選定できない可能性があると思います。

他の回答者さんお勧めのインバータによる可変速を選択なさるのであれば、
商用周波ではなく、120Hz程度の駆動周波数で所要の回転数と出力パワーを
得られることを基準に選定なさることをお勧めします。

ところで、現在お使いのモータは、交流を直接供給する交流整流子電動機
でしょうか？ 或いは、商用交流を整流して駆動する永久磁石励磁の
直流整流子電動機でしょうか？　現状のモーターを可変速駆動するので
あれば、モーターの素性に従って判断することが必須です。

お礼

DCモーターがどのような物かもわからず、ネットで拾ってきた知識だけのため、
教えていただいた知識を元に、調べていこうと思います。

他に回答を頂いた先生から、インバーターを勧めて頂いているので、
まずは、モーターが手に入るか、筐体の中に収まるかなどを
まず先に調べたいと思います。

インバーターがどうしても困難であれば、最初に質問で書いた内容の物を
試作するかもしれませんが、元のモーターを壊してしまうと、
元も子もないので、再度考え直そうと思います。

どうしても私の頭のなかに、モーターや電子回路の理論がないので、
再度、検索してみます。

ありがとうございます。

ご教授いただき、ありがとうございます。

予定では、オリエンタルモーターの100Wのものを使用する予定です。
もともと内蔵されているモーターは、90Wと書かれているので、ほぼ遜色ないかと考えています。

もともと内蔵されているモーターよりもおそらく回転数が低くなると思うので、
プーリーのサイズを大きくして、速度を稼ごうと思います。

モーターは、冷却などもの問題もあるかもしれませんが、サイズを測ってみたところ、
丁度の大きさで、収まりそうです。

タイミングベルトは、XLを使用しているのですが、プーリーの加工をどうしようか、悩んでいます。

モーターも、もう少し選択肢があればと思い、他のメーカーも探しているのですが、
日本製のものは、定価が高くて、手が出ません。

もともと付いているモーターは、整流子モーター(ユニバーサルモーター)で、DCのみと書かれているため、再使用は諦めています。

ありがとうございます。

回答No.3

noname#230359

＞負荷は職業用のミシンです。
目的がこれならインバータ以外の選択肢は無い

オモチャのロボットとか趣味の電子工作ならＤＣモータもアリでしょうが
現代の日本国内で産業用ＤＣブラシ付きモータは無い

タコジェネフィードバックすればＤＣモータでも低速から安定して使えますが　
非常に高価です　＜インバータの数倍以上掛かります

インバータは高価と言う迷信は根強いが
http://www.monotaro.com/g/00213504/
￥12,900を高価と見るか？安価と見るか？

単相１００Ｖ入力、三相２００Ｖ出力
http://www.monotaro.com/p/0848/9467/
ちょっと高くて￥18,150

お礼

ありがとうございます。
皆さんがおっしゃるように、インバーターを検討しようと思います。

次は、モーターはどうするかが問題です。
ブラシ付きDCモーターは最初から付いているのですが、、それは使えませんし、、
探してみます。ありがとうございます。

回答No.1

noname#230359

モーター回転数を検出していないスピコンでは
停止状態からのスムーズなコントロールは無理ですね。
大体フルスピードの半分とか1/3くらいまでが実用範囲です。

ブレーキも同様です。
こちらはドライブをハーフブリッジタイプにすればかなり改善されます。

本当にレスポンスを上げたいなら、モーター回転数を検出して
フルブリッジ回路で駆動するとかが必要です。

お礼

ご回答頂きありがとうございます。

厳密には、クローズドループ制御が大正義だと私も思いますが、どうしても大掛かりになります。(私の能力をはるかに超えています。)
出来れば、かなりシンプルで、しかも、厳密ではなくとも、そこそこ低速から高速まで、リニアに駆動できる回路があればと思い、都合いいことを考えていたのですが、、
駆動する機械はミシンですから、それほど厳密でなくても良いのですが、カーブから縫い始める時など、ゆっくりのまま縫いたい時でも、「ぅぅぅぅダダダダダ」みたいになるので、相談されたのですが、、
自分でも調べたのですが、他の先生方の回答も待ってみます。
ありがとうございました。