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連載◆キットで実験!モータのセンサレス制御技術


 トランジスタ技術2015年8月号スタートの連載「キットで実験! モータのセンサレス制御技術」のさまざまな実証に利用しているキットを紹介します.

記事を試せる実験キット

 トランジスタ技術編集部では,連載で紹介するさまざまなモータ制御の実験を試せる学習キット「トラ技3相インバータ実験キット INV-1TGKIT-A(CQ出版社)」を用意しました.
本キットには,太陽光パネルを電源とした電力制御の実験にも使える汎用インバータ制御ボードと開発用のソフトウェア,マニュアルが同梱されています.DCブラシレス・モータ1個とDCブラシ付きモータ1個,そしてACアダプタも同梱されていますが,これらはおまけです.

 本キットは,CQ出版WebShopにてご購入いただけます.

 

※購入を決める前に,下記の「トラ技3相インバータ実験キット(INV-1TGKIT-A)を購入する前に」を必ずお読みください.

 

●「トラ技3相インバータ実験キット INV-1TGKIT-A」に同梱されているもの
▲基板
・RX62Tインバータ基板(INV-1RX62T) 1枚
・RX62Nマイコン基板(INV-1RX62N) 1枚

 

▲付属品

・DCブラシレス・モータ 1個
・DCブラシ付きモータ 1個
・USBケーブル 1本
・ACアダプタ 1個

▲CD-R
ユーザーズ・マニュアル
・回路図/部品表
・RX62Tプログラム・ソース一式
(サンプル…DCブラシレス・モータ用 DCブラシ付きモータ用)
・開発環境CubeSuite
・フラッシュ書き込みツール RFP
・RX62T Users manual,ルネサス マニュアル類
・波形表示ソフトウェア(パソコンのソフトウェア)実行形式

 

マニュアルのイメージ

 

 

●回路図
(1)RX62Tインバータ基板(INV-1RX62T)」

RX62Tインバータ基板(INV-1RX62T)の回路図(クリックするとpdfが開きます)

 

(2)RX62Nマイコン基板(INV-1RX62N)

 

●仕様

CPU R5F562T7ADFM ルネサス エレクトロニクス
フラッシュROM 128Kバイト  
RAM 8Kバイト  
データ用フラッシュ 8Kバイト  
CPU動作電圧 5V±0.5V  
動作入力電圧範囲 DC 22V~26V  
最大出力電流 3A
スイッチング周波数 2k~20kHz 左記のデータは参考です.ソフトウェア,負荷に依存
デッドタイム 3μs 左記のデータは参考です.ソフトウェア,負荷に依存
電流検出方式 3シャント方式 1シャント方式に改造可能
シャント抵抗 50mΩ  
PWM論理 正論理  
パワーMOSFET N0600N-S17 ルネサス エレクトロニクス
制御電源 主回路電源から生成(非絶縁) M5291FP(ルネサス エレクトロニクス)
主回路―制御回路間絶縁 非絶縁  
DCバス電圧センサ 抵抗分割による検出  
3相出力電流検出 シャント抵抗による電圧検出  
3相出力電圧検出 抵抗分割による検出  
CANサポート あり  
CANドライバ R2A25416SP ルネサス エレクトロニクス
USB-主回路間絶縁 ADuM1201BRZにより絶縁 アナログ・デバイセズ
書き込み側USBブリッジIC FT230XS-R FTDI
ICS側USB IC RX62N ルネサス エレクトロニクス
使用温度範囲 0~35℃  
使用湿度範囲 90%以下(結露しないこと)  
外形寸法 145×110×35 mm 突起物を含まず
重量 130g  

キットの特徴

●RX62Tインバータ基板(INV-1RX62T)の特徴
 小数点以下の計算をサポートしてくれる浮動小数点信号処理回路を内蔵する32ビット・マイコン RX62T(ルネサス エレクトロニクス)や3相ブリッジ回路を構成する6個のパワーMOSFETを搭載しています.
 浮動小数点回路があると,本キットで扱う駆動電流(0~2A)を数mA精度できめ細かく制御することができます.

 

 

●制御目標値と実際の回転数を波形でチェック! モニタ用マイコン基板とアプリケーション・ソフトウェア
 3相インバータ制御ボードの出力が思いどおりでも,モータの回り方が期待と違ったり,3相インバータから期待した信号が出ていないなどのトラブルにしばしば見舞われます.これはプログラムの単純なミスや制御の理解不足によるものです.
 従来,このトラブルの原因がプログラムのミスにあるのか,それともモータの挙動の理解不足にあるのかを特定するために,制御マイコン内部のジレスタを専用デバッガを使ってのぞいたり,オシロスコープを使って電流を観測したりしていました.しかしこの作業はとても大変です.
 本キットには,制御マイコンRX62Tの内部レジスタの状態やモータの駆動電流値を取り込んで,パソコンにUSB転送するモニタ用マイコン基板(RX62N搭載)とそのアプリケーション・ソフトウェア In Circuit Scope(ルネサス エレクトロニクス)の評価版が収録されています.
 In Circuit Scope機能(ICS)を利用すれば,オシロスコープを使ったこれまでの方法より短時間に,そして確実にプログラムの修正や性能をチューニングできます.回路上の電圧を波形として表示するオシロスコープのマイコン版と考えることができます.
 電子回路のデバッグ時に,オシロスコープを使わない人は非常に少なくなっています.しかしながら,同じ制御を行うのにもかかわらずマイコン上の制御プログラムを使う際に,オシロスコープに相当する良いツールがないのが現実です.この分野においては,企業での仕事や大学での研究をする際,どのようにしてデバッグしているかというと,今でも,マイコンにD-Aコンバータをつけて電気信号に変換し,オシロスコープで観測している方が多いのが実情です.しかし,この方法だと折角デジタル信号を扱っているにもかかわらす,アナログ信号に変換してしまうため,内部の正確なデータを見ることができなかったり,長時間の内部情報を観測したり,多チャンネルのデータを見るのが難しいのです.

 

●とりあえず回るサンプル・プログラムから始める
 インバータはソフトウェアを作れるようになるまで,部品を破壊する危険性をつねにはらんでいます.
 モータの制御プログラムを作るには,保護ソフトウェア,PWM生成手法,電流検出手法などさまざまな知識が必要です.知識が少しあっても,保護や電流検出の方法が間違っていたり,ちょっとしたミスをしただけで,パワー・デバイスに大電流が流れて止めることができなり,部品を壊してしまいます.本キットには,出来合いのサンプル制御ソフトウェアがCD-Rに入っています.

 

●三つのおまけ

▲DCブラシレス・モータ
 高効率で可変速の駆動が得意なモータで,幅広く利用されています.
 モータは,固定しないで回すと飛び跳ねたりして怪我をしたり,周辺の大切な機器を壊すことがあります.必ず机などの重い物にしっかりと固定して実験してください.
 付属のモータは,木とねじや釘を使って木製の台などにしっかり固定してください.セロファン・テープでは固定できません.最低でも布テープなどでしっかりと固定してください.

定格DC電圧 15V
定格回転数 8000rpm
定格出力 25W
重量 265g

 

▲DCブラシ付きモータ
 DCブラシレス・モータは,回すまでがたいへんです.最初は,電池などの直流電圧を加えるだけで回り出すDCブラシ付きモータから実験を始めるのがよいでしょう.連載記事でも,最初はDCブラシ付きモータを使って,モータの基本的な性質の理解から始めます.
 DCブラシ付きモータは,子供のおもちゃのようから,自動車のパワー・ウィンドウまで広い範囲で使われています.
 同様に,机などの重い物にしっかりと固定して実験してください.

使用電圧範囲 1.5~3.0V
適正電圧 1.5V
適正負荷 0.49mNm
無負荷回転数 7200rpm
適正負荷時の回転数 4900rpm
シャフト径 2.0mm

 

▲ACアダプタ
 AC100Vから直流の24Vに変換する電源です.
 ACアダプタは実験用の電源と異なり,一定の電流で制限をかけるような機能がありません.制御プログラムが間違っていたり,配線を誤るとインバータを破壊したり,火災の危険があります.
 モータ制御の知識が十分に身に付き,実験に慣れるまでは,電流制限機能や電流制限レベルを超えると自動的に電源の供給を停止する実験用電源を利用してください. 

電源入力範囲 AC100~240V
出力電圧 24V
最大電流 1A

トラ技3相インバータ実験キット(INV-1TGKIT-A)を購入する前に

 下記条件をご理解,ご了承のうえご購入ください.

●怪我や火傷など,いっさいのトラブルに対して責任を負いません
 本キットを使用中に生じたいかなる怪我や損害においても,CQ出版社,および製造元,開発者,ルネサス エレクトロニクスはいっさいの責任を負いません.
 同梱の2個のモータとACアダプタはオプション部品(おまけ)です.高速に回転する危険な部品ですので,利用する場合は怪我をしないように取り扱いに十分気をつけてください.モータを使うときは,必ずしっかり固定し回転しているモータには絶対に手を触れないでください.
 実験中や実験後はキットが高温になっていることがあります.火傷や怪我をしないように基板を手で直接触れないでください.また実験キットにはカバーをしてください.

 

●キットが届いたらまず正常判定用テスト・プログラムを動かすこと
 キットがお手元に届いたら,まず同梱の実験キットの正常判定用テスト・プログラムを書き込んでテスト運転してください.テスト・プログラムが正常に動作した場合は,お手元にとどいた実験キットは正常です.テストの方法はキットに同梱されています.
 テスト・プログラムを動かさずに生じたいかなる故障やトラブルについて,CQ出版,ルネサス エレクトロニクス,開発者,製造者はいっさいの責任を負いません.

 

●電流制限機能付きの実験用電源を使うこと
 本キットに同梱のACアダプタはオプション(おまけ)です.キットを使うときは,必ず電流制御機能付きの実験用電源装置を利用してください.マイコンにプログラムを書き込むと,パワーMOSFETを駆動する制御信号が出力されます.制御やプログラミングの知識がなく,誤ったプログラムを書き込むと,異常な制御信号が出力されてパワーMOSFETが壊れます.

 

●そのほか
▲製品には使わないこと
 トラ技3相インバータ実験キット(INV-1TGKIT-A)は,トランジスタ技術の連載記事「モータ・コントロール実験室」のより深い理解を促すために開発した学習用のキットです.製品への利用は絶対にしないでください.
・本キットは,日本国内用としてのみ開発・販売しています.
・本キットの仕様や内容は予告なく変更される可能性があります.

 

▲組み立て中に起きた損傷や破壊しても交換には応じません
 組み立ての過程において,キットに同梱されている基板や部品を損傷/破壊したとしても,CQ出版社はいっさいの責任を負いません.

▲為替レートの影響で定価が変わります
 本キットの定価は為替レートの影響で変動します.

▲著作権
・本説明書に記載された情報および本製品の仕様に起因する損害または特許権そのほか権利の侵害については,当社はいっさいの責任を負いません.
・本説明書によって第三者または弊社の特許権そのほか権利の実施権を許諾するものではありません.
・当社の書面許諾なく,本製品・本資料の一部または全部を無断で複製することを固くお断りします.
・本製品のソフトウェア,ハードウェアを改造して起きた損害について,そのいっさいの責任を負いません.
・記載されている会社名,商品名,各社の商標または登録商標です.

 

●その他の注意事項
 ルネサス エレクトロニクス社製のICに関するマニュアルは,ルネサス エレクトロニクス社のホームページ上で,最新版のマニュアルをご確認ください.
 ルネサス エレクトロニクス社製RX62Tの周辺機能の使用方法については,ルネサス エレクトロニクス社のホームページ上に掲載れているアプリケーション・ノートを参照してください.使用にあたっては,各ドキュメントの免責事項をご確認ください.

サポート・コーナ

●実験キットINV-1TGKIT-Aで動作するホールセンサ付きPMSMベクトル制御プログラム ZIPファイル

githubにあるzipファイルへのリンク

●トランジスタ技術,Interface掲載記事の参考データ

▲トランジスタ技術2013年10月号 pp.111-119

README(日本語)

LTspice制御ライブラリ トップページ(英語)

LTspice制御ライブラリ ZIPファイル (トップページ右の"Download ZIP"からもダウンロードできます)

LTspice制御ライブラリ ライセンス文書(英語)

▲Interface 2014年4月号 pp.61-80

README(日本語)

お問い合わせについて

●記事に関する質問はお手紙で

 本キットは,トランジスタ技術の連載記事「モータ・コントロール実験室」の理解を深めるために用意したものです.記事に関する質問は,お手数ですが,返信用封筒とともにお手紙を下記までご郵送ください.
 疑問点を整理し,図解するなどレポート形式でまとめてください.できるだけ,状況をわかりやすくご説明いただければ,迅速に回答することができます.なにとぞご協力を御願いいたします.

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CQ出版株式会社 実験キット企画室
〒170ー8461 東京都豊島区巣鴨1-14-2 CQビル5F

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