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2010年1月 6日 (水)

モータのPWM駆動周波数

モータのPWM駆動周波数に関してはたまに議論になったりするテーマである。みなさんご存知の通りよく電気的時定数の10倍がいいとかなんとかという情報がよくころがっている。特にDCマウスやDCロボトレでよく使用されているコアレスモーターとかは電気的時定数が高いため、皆さんだいたいモータードライバが受け付ける範囲(約20 KHz~100 KHz)で設定している場合が多いのではないのだろうか。

そんなときたまに低速域でトルクでない(ブレーキの効きが悪い)とかいう話がでてきたりします。これは私も感じたことがあったのですが、いろいろ試したことはなかった(というかそれ以外のことに手一杯でそれどころではなかった・・・)

さらにKiatさんのMinシリーズが以外と低い周波数で駆動されているという話もある。(可聴域で10 KHz ~ 20 KHz らしい)

ところが最近この本(だったと思う・・・)をちらっと読んだときに衝撃的なことが書いてあった。曰く

”PWMの駆動周波数は電気的時定数より低く、機械的時定数より高い値に設定すると低速域でもスムーズな動作でトルクを得ることができる”

確かにその通りな気もする、ただしこの場合は電流不連続モードなのでモータ電源の電圧がフルにかかる時間があり、オーバードライブ手法はモーターが大変熱くなる危険がある。なるほどMinのシリーズは確かにリポ2セルで6V仕様だったような。寿命が~とか消費電力が~とかいう話は製品ではないので放っておいて、ようは熱くなって壊れない範囲で仕事をまっとうしてくれるなら問題ないわけで、次回からはその範囲を試してみようかと。

追記 

ここまで話が来ると、よく回転を使う範囲では熱くならない駆動周波数にしておいて、低速域だけ周波数を変更して駆動するとかいうようなことを考えたり・・・あと探索と最短で分けたりとか・・・

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コメント

> 低速域だけ周波数を変更して駆動
PFMというやつですか

アニキ先輩ですとご存知だとは思いますが、一応w
電流不連続モードと電流連続モードでは、
同じ回転数でも主に低速域でロスが異なりますよね。
ちなみに電流連続モードの方がロスが小さいです。(主に、コイルを流れる電流とコイルの抵抗による発熱の時間平均を考えると算出できる)

>”低速域でもスムーズな動作でトルクを得ることができる”
これに関しては私は次のように考えてます。

2つのモードで、
・不連続モードでは、モーターに電源電圧がフルに掛かりトルクが最大になる時間と、トルクが0になる時間がある
・連続モードではトルクは時間によらずほぼ一定
という点から、不連続モードで、生じるトルクが(瞬間的に)駆動系の静止摩擦トルクに打ち勝つため、スムーズに動作できる。(あってるかな?)

イメージですと、
木の板に釘を打ち込むときに、
・手で釘を押し続ける(=連続モード)
・ハンマーで釘を繰り返したたく(=不連続モード)
の違いです。
釘に与える力積(力の時間積分)は両者等しいとしても当然、前者では釘を打ち込むことが出来ません。


…ツッコミ待ってます

なるほど! 確かに書いてあるね。
マインドストームにも使われている技術なのか・・・。

非力なモータでも、使い方によってトルクが高くなるってのは興味深い。
そう考えると、ギヤの減速比が小さくできるのも分かるわ。

まったく二人して、こういうネタのときは反応が早いんだから・・・ぶちさんはちゃんと自分のブログ書いて欲しいですね。

まずぶちさんの話
私のイメージはPFMというより電車で有名なVVVFって感じなのだけど。PFMというのはあまりよく知らないけど、H時間固定で周波数だけ変える手法なのかな??
私のは駆動周波数とともにDutyも連動して変わるようなもの。ってこれはPFMと同じなのか??途中でモータの駆動モードが変わってしまうので、そこいらにMAXdutyを設定したPFMでもいけるのか。

既にRC用のスピードコントローラーにそういう製品があって、近藤科学やキーエンスとかが出している。スロットル開度でPWMの周波数が変わるらしい。

で問題のさとぅーさんの方ですが・・・相変わらず現象の説明はいいとして、結局議論したいポイントは何だったんだい??
私の理解力が足りないのだろうか・・・
でとりあえずはじめのは消費電力の話で、短期的な運転ならば問題ない設計をすれば私はいいと考えます。

それでこれは
>不連続モードで、生じるトルクが(瞬間的に)駆動系の静止摩擦
>トルクに打ち勝つため、スムーズに動作できる。(あってるかな?)
よくわからん、というより説明が足らん(兄 and 弟)
不連続モードではPWM周波数が電気時定数より低いため、コイルを流れる電流が印加電圧に追従し、モータが最大トルクを発生する時間が存在する。これによって低速域で発生する駆動系のヒステリシスを回避するだけでなく、高速域でも必要なときにモーターのトルクをうまく使った駆動を実現できるのではないか。
これでどうでしょうか??

まああまりこれをやると駆動制御がカチカチになってホイールスピンを助長する気もします。最終的にはトルク制御→電流制御なんですが、これに近いことを簡易的にできたらいいなと思いますな。

あとイメージの説明は良かった。あとは釘を木に打ち込む際の摩擦が、駆動系のロスであると説明があってこれを読むと

>木の板に釘を打ち込むときに、
>・手で釘を押し続ける(=連続モード)
>・ハンマーで釘を繰り返したたく(=不連続モード)
>の違いです。

摩擦を瞬間的にも超える打撃力があればいい。分かりやすいかな。でも油断してPWM周波数でハンマー振るイメージをしてしまい笑ったよ、んなわけないがな。

長かった・・・けっきょく一回分くらい書いたな。

前回の書き込みは寝ぼけてたみたいです…すいません。

>議論したいポイント
メインは
・電流不連続モードによるスムーズな動作
ですね。

>よくわからん、というより説明が足らん(兄 and 弟)
確かに読み返すと説明が足りませんでした。私が言いたかったことはまさに先輩の仰る通りです。

>PWM周波数でハンマー振る
イメージはそんな感じで良いかもしれません。
…というか私も想像して笑ってしまいました。ハンマーを振る腕が吹き飛びそうです。

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