モータドライバの選定方法とおよび注意事項

今回ロボコンに向けて回路を作る必要が出てきました。ところが自分は回路を作ったことがないのでわからないことが非常に多いです。
　
　使用するモーターの型番と仕様を下にあげます。質問内容は、
①　ＤＣモータを動かす際、データシートのどの部分を見て、どのように判断すればいいのか。
②　現在手元にＴ７２９１Ｐ（ＤＣモータドライバ）があるがこれでも動かすことは可能か。
③　Ｔ７２９１Ｐで動かせる場合どのように回路を組めばいいのか。
④　Ｔ７２９１Ｐで動かせない場合どのモータドライバを使えばいいのか。またその場合の回路の組み方
　です。よろしくお願いします。ドライバの出力電流が足りない場合はトランジスタを使うと聞きますがどう使えばいいのかよくわからないので、そのあたりもお願いしたいです。

ＤＣモーター　ＲＳ－３８５ＰＨ－４０４５　（MERCURY MOTOR)

特徴
　６ｖを加えるだけで回る手軽な高速・高トルクモーター
　巻線に大電流を供給できるカーボンブラシタイプ
　5溝(スロット）構造のローターによってトルクのムラ(変動)が少なく滑らかに回る

仕様
　電圧範囲：3.0～9.0ＶＤＣ（標準6.0ｖ）
　無負荷時電流：0.48Ａ（０．６２Ａｍａｘ）
　無負荷時回転数：12100回転/分（±１０％）
　負荷電流：２．７Ａ（３．５Ａmax)
　定格負荷時回転数：10300回転/分(±１０％）
　負荷：90ｇ.㎝
　負荷出力：9.5ｗ
　効率：６０％
　静止電流：１５Ａ
　静止トルク：610g.cm
　重量：約７７ｇ

No.1 ベストアンサー 回答者： xpopo 回答日時： 2016/05/01 16:09

＞①　ＤＣモータを動かす際、データシートのどの部分を見て、どのように判断すればいいのか。

回答＞＞そのモータでどの程度の負荷をどの程度の回転数で回す必要があるのか？が出発点ですがこの基本的な仕様がはっきりしてしていないとて適切なモータの選択ができません。モータに期待する基本的な仕様はどうなんでしょう？
　基本的な仕様が明確ならば、
　a）　モータを起動（ロボットを動かし始める）する時の必要な起動トルクTs（gr･cm）を満足するか？
　　　ＲＳ－３８５ＰＨ－４０４５の起動トルクTsは　静止トルク　に相当しますので　Ts=610(gr・cm)　と読み取れます。この値がロボットを起動するのに十分か？不足していないか？を判断します。十分な場合、必要なTsの何倍もある場合は過剰な起動トルクなのでもっと小さなモータでも使えることになります。
　ｂ）　起動電流Is（A)は大きすぎないか？
　　　　ＲＳ－３８５ＰＨ－４０４５の起動電流Is(A)は　静止電流　と記載されてます。この場合、起動電流Is(A)は　Is(A)＝15A　となってます。この電流を使用予定のドライバ回路で流すことができるか？を確認します。15Aは非常に大きいのでかなり高価なドライバが必要になるでしょうね。
　ｃ)　定格負荷TLr(ｇｒ・ｃｍ）と定格負荷時の回転数Nr（ｒｐｍ）と定格負荷時のモータ電圧Vmr（V)
　　　ロボットを定常状態で動かしてる時に必要なトルクと動作速度から定格負荷TLr(ｇｒ・ｃｍ）と定格負荷時の回転数Nr（ｒｐｍ）割り出します。ロボットでモータの回転軸をギアあるいはプーリなどで減速して使う場合がほとんどですからその減速比とロボットでそのモータを使って実際に動かす部分で必要な力から逆算して定格負荷TLr(ｇｒ・ｃｍ）と定格負荷時の回転数Nr（ｒｐｍ）を推定します。ＲＳ－３８５ＰＨ－４０４５の場合、定格負荷TLr(ｇｒ・ｃｍ）と定格負荷時の回転数Nr（ｒｐｍ）と定格負荷時のモータ電圧Vmr（V)はそれぞれ、
　　定格負荷TLr(ｇｒ・ｃｍ）⇒　負荷：90ｇ.㎝
　　定格負荷時の回転数Nr（ｒｐｍ）　⇒　定格負荷時回転数：10300回転/分(±１０％）
　　定格負荷時のモータ電圧Vmr（V)　⇒　電圧範囲：3.0～9.0ＶＤＣ（標準6.0ｖ）⇒　6.0V
ということが分かります。これらのモータ特性カーブ上での関係は添付図で示します。
　例えば、ここでロボットに必要な定常状態でモータの負荷トルク範囲を例えば図の横軸に平行な太い矢印でしまします。またその時に必要なモータの回転数範囲を左側の回転数軸に平行な太い青色の矢印で示します。
　モーターの回転数はモータへの印加電圧Vmに比例します。図のポイントBを駆動するにはモータの電圧を2.64Vまで下げると回転数が下がりB点の回転数、約4000(rpm)が実現できます。またA点はほぼ定格の電圧Vm=6Vを加えることで実現できます。この結果からこの例ではモータの電圧は2.64Vから６Vの範囲で動作することが分かります。またこの例の範囲でのモーターの電流は1.7A~5.8Aの範囲の電流になることが分かります。また、起動電流はVm=6Vの回転数－トルクカーブで回転数が０になる時の電流ですからIs=１５（A）
　これらを整理して
　　ドライバの　　最大ドライブ電流は１５（A)以上必要　だということが分かります。もしモータの電圧を６（V)以上必要な場合の起動電流Isx(A)は。そのモータ電圧をVmx（V)とすると、
　　　　　　　　　　　　　　　Isx(A)＝Vmx(V)×１５（A)／６（V)＝2.5×Vmx(V)
という計算で計算します。
　また、ドライバに必要な電圧は図のA点を駆動できる電圧が出力できる必要がありますので、この例の場合、６Vプラスアルファーの電圧で７V程度以上の電圧で動作できるドライバーを選択します。

＞②　現在手元にＴ７２９１Ｐ（ＤＣモータドライバ）があるがこれでも動かすことは可能か。

回答＞＞Ｔ７２９１Ｐという型番のICは見つかりませんがTA７２９１Ｐ（http://akizukidenshi.com/download/ta7291p.pdf）ではないかと思います。
ICがTA７２９１Ｐだとした場合、結論はこのICではドライバとして役不足で使えません。上で説明したようにドライバーは最大で（上の例の場合ですが）15A必要（モータの起動時）です。定常時でも数A必要です。このTA７２９１Ｐの出力のドライブ能力はピークで1.2A、連続では0.4Aしかありません。
　また、このICはモータをPWMドライブする機能がなさそうです。数A以上のモータドライブにはPWMドライブは必須です。

＞③　Ｔ７２９１Ｐで動かせる場合どのように回路を組めばいいのか。

回答＞＞ICがTA７２９１Ｐだとした場合、回路の工夫でも使うのは難しいです。

＞④　Ｔ７２９１Ｐで動かせない場合どのモータドライバを使えばいいのか。またその場合の回路の組み方
　です。よろしくお願いします。ドライバの出力電流が足りない場合はトランジスタを使うと聞きますがどう使えばいいのかよくわからないので、そのあたりもお願いしたいです。

回答＞＞ST社のドライバIC　VNH3SP30-E（http://www.st-japan.co.jp/st-web-ui/static/activ …）がお勧めです。
　このICなら、起動電流は30Aまで可能ですし、PWMドライブが標準になってます。また回路はこのリンク先のデータシートに載ってますのでそれを参考に組めばいいでしょう。もしわからない場合は追加で質問してください。
尚、このICはこちら（http://jp.rs-online.com/web/p/motor-driver-ics/8 …）から購入可能です。単価は￥１，１００のようですね。

この回答へのお礼

非常にわかりやすく回答してくださりありがとうございます。
ご指摘の通り、ＴＡ７２９１Ｐです(打ち間違えました）。
データシートのどの部分を見て判断すればいいかが理解できました

お礼日時：2016/05/14 11:01

No.2 回答者： yamap0n 回答日時： 2016/05/01 16:49

Ｔ７２９１Ｐはピークでは2Aですが平均は1Aとなっています。

常にピーク状態で使えませんので指定のモータでは無理です。

>自分は回路を作ったことがないのでわからないことが非常に多いです。
自分は車を整備したことはないけどタイヤが安いから買いたいんだ…と聞こえます。

出来ないなら無理をせず出来合いのものを買ったほうが時間も節約できていいと思います。
どういう用途で使うのかそういう設計や仕様作りは出来ているのですか。例えば何かを持ち上げるクレーン用ならば半導体スイッチでなくリレーでいい。Hブリッジ回路で検索すれば色々出てきますし分かりやすいでしょ？

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