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ブラシレスモータドライバの設計事例

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詳細設計1 ~システム検証~

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ブラシレスモータドライバの設計事例

詳細設計1 ~システム検証~

構想設計で考案した回路システム、構成回路を ブレッドボード、MCUボードなどを組合せてバラック機を製作して実際に 機能動作や基本性能を評価検証します。

電気信号処理だけであれば、回路シミュレータなどのEDAツールで ある程度、机上でシミュレーション評価、確認は行えます。

しかし、モータの場合、電気エネルギー⇒機械エネルギーに変換し制御を行うため モータやメカの物理モデル化がとても難しいため シミュレータや計算での確認だけで検証完了とせず、 バラック機で良いので量産機に近い回路を製作し、 必ず実モータを動作させての評価を行い、 問題がないかを確認することが大切なポイントです。

※バラック機を製作する上でのポイント

●MCUは、市販品で機能コンパチの類似品のMCUボードを活用する。

バラック機に専用に基板を設計製作するなどの手間、時間、費用は勿体ない。 機能、性能を満足する市販品や代替え冶具などがあれば、できるだけ活用する。

今回は、採用MCU LPC11U35の上位製品LPC1178を搭載した 市販のMCUボードをバラック機に使用しました。

バラック機構成と製作

●MCUは、市販のmbedマイコンボード(LPC1768+orange board)を使用 ソフトウエアは、本番量産機に使用するMCU(LPC11U35)に 簡単に移植ができる様にコンパチ仕様で作成した。 (プログラムサイズ=25kB)

●MCD TB67B001FTGは単体評価ボードを使用

※電気ブレーキ機能は省略し非搭載

バラック機回路図
設定手順と動作確認
1. DC=+12VをTB67B001FTGボードに接続

⇒動作評価では、仕様Maxの24V以上印加しても不具合はないか確認しておく。

2. USBケーブル(USB-USB MINI-B)でPCと接続

⇒5VバスパワーでMCU周りの小信号回路に電源が供給される設計。

3. モータrpm目標速度の設定

⇒外部DC電源にてアナログDC電圧を指令値として0V~3Vの範囲で入力して モータ回転速度が指令値に従って制御動作するかを確認。

例)
0V入力=0 rpm
0.75V入力=7500rpm
3V入力=30000rpm
4. モータスタート、停止制御の確認

⇒トグルSWをStart側に倒すとMCUがリセット解除されモータが回り  stop側にするとモータ停止する。

5. モータ回転速度制御の性能検証

⇒LCDに入力目標速度rpmとモータ回転速度rpmが表示される

⇒目視と並行して、

 FG信号値(周波数)をPCへUSBを介してUART接続し
 PCターミナル側へtext出力しログ保存。

得られたtextデータを後にエクセルなどで数値解析し 目標回転指令値に対し実行制御値との偏差バラツキ、ジッタ特性などを確認する。

バラック機の詳細な設計回路図
評価に使用したモータ

●Nidec社製3.5インチHDD用スピンドルモータ(8極モータ) (型式:59-004060-850 T23N06.27)

バラックボードによるモータ駆動波形確認

●バラック機でモータ制御動作を仕様書に照らして一通りの 機能確認と目標性能に対しての実力を測定確認する。

●簡易的に、MCD回りをドライヤー等で加温、冷却スプレーなどで 低温~高温条件下での異常な動作などないかも確認する。

※ポイント;MCD IC表面の温度をサーモメータで測定しながら行う。

●数値評価だけでは無く、モータ駆動波形をオシロで観測し 想定外の異常がないかも確認する。