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締切り済みの質問

タイマIC「555」でドリルを低速回転させたい

お世話になります。
ドリル(12V駆動)を低速で回転させるための回路を教えてください。

趣味の電子工作で基板の穴あけ用ドリル(12V駆動)の回転数をタイマIC「555」を使った簡単な回路(PWM)で制御しています。
ドリルは12Vのモーターにスイッチがついただけの単純な作りでした。
使いにくかったので回転数を制御できるように、ネットで見つけたタイマIC「555」を使ってモーターを回す回路を作りました。
回転数はボリュームで変更できるようにしています。

しかし回っている状態で回転数を落とす分には大丈夫なのですが回転数を落とした状態でスイッチを入れるとドリルが回りません。
恐らく回し始めのパワー不足のせいだと思います。
今でも実用には問題ないのですが、できればもっと低速でも使えるようにしたいと思っています。

そこで今の回路に、スイッチを入れた時、ドリルが回り始めるまでそれなりのパワーを与えるような改造をしたいのですがどのようにすれば良いのでしょうか?
今の回路はネットで探したよくある回路ですが元ネタを見つけられないのでご提示できず申し訳ありません。
簡単な回路であれば全とっかえでも構いませんので教えて頂けないでしょうか。

一番良いのはドリルが回っているのを検知してPWMに切り替えることですが、次善の策として、最初のわずかな時間(0.5秒位?)はPWM制御しないという方法でしょうか・・・
ボリュームの位置がある抵抗以下だったらこの機能を有効にするという制御ができると更に嬉しいです。
オンディレイというのがあるそうなので、これを上手く使えばできそうな気がするのですがやり方がわかりません。

よろしくお願いします。

投稿日時 - 2012-12-05 17:32:08

QNo.7831162

困ってます

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回答(27)

ANo.27

今晩は。回答が遅くなりました。

>1.回転速度は低速か高速かに分かれてしまうようです。
>2.回転中にR5,R4を回しても回転数は変化しませんが、スイッチを入れ直すと回転数が変わります。回転数が変化するポイントがあるようでコンパレータのような切り替わり方です。
>3.低速回転は前のような速度変化は見られなくなりました。ただ、もう少し低速だと嬉しいです。

>それで次のような変更をしてみました。

>・C3,R11を削除
>・R3を削除
>・R4を10KΩに変更

>上記の変更を加えた結果、次のような動きになりました。
>・R5はどちらに回しても変化なし。(つまり0Ωでも1KΩでも一緒)
>・R4を回すと微妙にキュイーンとなるポイントがあるものの、回転数は少しずつ変化

どうも動きがおかしいですね。C3、R11を削除してしまうと、回路の周波数特性の高い周波数側の感度が上がってしまいますので多分、オペアンプU2の出力はパルス状の動きになってしまってると思われます。オシロで確認されてますか?
この状態ですとR5の調整で回転数は調整できないかもしれませんね。
 回答NO.25の内容に従った回路変更がお勧めです。

【教えて頂きたいこと】
>Q1.R5を固定抵抗に変えるとしたらどれ位が適当でしょうか?
>Q2.C3,R11を入れると回転中にR4を回しても回転数は変化しません。また微妙な発振を止めるうえでも効果は無いようです。>配線ミスでしょうか?
>この回答への補足
>考えてみたら、回りまわって最初の頃に教えて頂いた回路に戻ってしまったような気がします。
>ただ初期の頃に比べ大分安定しています。
>発振もちょっとボリュームを変えてあげると収まりますので、最悪このままでも実用にはなるかなと考えています。

この回路定数ではまともな制御状態での動作は期待できそうもありませんのでR5の値は決まらないのではないかと思います。
NO.25で回答を差し上げた手でもうまくゆかない場合は残念ながら、これ以上の改善は申し訳ありませんが思いつきません。

投稿日時 - 2013-01-30 20:04:39

お礼

これまで懇切丁寧にご指導頂きありがとうございました。
ほぼ出尽くしたとのことですので一旦回答をクローズさせて頂き、これまで教えて頂いたことをもう一度検証してみたいと思います。
もし何か新しい情報があってもご連絡がつかなくなると困りますので、この質問自体は暫くこのままにしておきます。
どうもありがとうございました。

投稿日時 - 2013-02-01 14:56:06

ANo.26

今晩は。
回答遅くなりました。いろいろ検討しましたが、回路を少し変更すればお手持ちの部品で何とかなりそうです。(回路の応答を遅くする。)

 変更内容は:
  C4、R19を削除
  R11を削除してショート
  C2を0.01uFに変更
  4.7uFと470ΩをシリーズにしてR2とR3の接続点とGND間に追加
の4つです。回路とシミュレーション結果はこちらを参照ください。 → http://yahoo.jp/box/CmE8rV

投稿日時 - 2013-01-26 00:47:21

補足

考えてみたら、回りまわって最初の頃に教えて頂いた回路に戻ってしまったような気がします。
ただ初期の頃に比べ大分安定しています。
発振もちょっとボリュームを変えてあげると収まりますので、最悪このままでも実用にはなるかなと考えています。

投稿日時 - 2013-01-28 10:15:44

お礼

こんばんは。
結果報告が遅くなり申し訳ありません。

状況は以下の通りです。
ちょっと動きがおかしいのでもしかしたら配線を間違えているかも知れません。

1.回転速度は低速か高速かに分かれてしまうようです。
2.回転中にR5,R4を回しても回転数は変化しませんが、スイッチを入れ直すと回転数が変わります。回転数が変化するポイントがあるようでコンパレータのような切り替わり方です。
3.低速回転は前のような速度変化は見られなくなりました。ただ、もう少し低速だと嬉しいです。

それで次のような変更をしてみました。

・C3,R11を削除
・R3を削除
・R4を10KΩに変更

上記の変更を加えた結果、次のような動きになりました。
・R5はどちらに回しても変化なし。(つまり0Ωでも1KΩでも一緒)
・R4を回すと微妙にキュイーンとなるポイントがあるものの、回転数は少しずつ変化

【教えて頂きたいこと】
Q1.R5を固定抵抗に変えるとしたらどれ位が適当でしょうか?
Q2.C3,R11を入れると回転中にR4を回しても回転数は変化しません。また微妙な発振を止めるうえでも効果は無いようです。配線ミスでしょうか?

投稿日時 - 2013-01-28 02:33:03

ANo.25

今晩は。昨晩は遅くまで頑張られたようですね。お疲れさんです。

オシロで測定された波形、とても参考になります。
 どうも波形から、モータの回転数が低いとモータのブラシの接触抵抗が不安定な状態になってるようですね。接触抵抗自体は回路ではどうすることも出来ません。できることは回路の応答性のスピードを遅くすることぐらいです。
 あまり期待は出来ませんが、回路の応答スピードを遅くする検討をしてみました。

   C4=1000uF、R19=82Ω

   C2=0.0022uF、R11=11Ω

回路図とシミュレーション結果はこちらです。 → http://yahoo.jp/box/5b9cCV

このように変更すると、モータ電圧のあばれが緩和されると思いますが、回転の安定性については自信ありません。これでダメだとちょっと手が無いなという状況です。

投稿日時 - 2013-01-23 22:21:50

お礼

こんばんは。
試そうと思ったのですが手持ちに0.0022uFのコンデンサがないため試せませんでした。
金曜日なら秋葉原まで買い物に行けるのですが、もし他の容量で対応可能であれば教えて頂けませんでしょうか。
手持ちのコンデンサは以下の通りです。

【コンデンサ】
形状:リード
10uF 16V
1uF DC250V
1uF 50V
0.47uF 50V
0.33uF 50V
0.22uF 50V
0.1uF DC250V
0.1uF 50V
0.047uF 100V
0.033uF 100V
0.022uF 50V
0.01uF 50V
0.01uF 50V
0.0047uF 50V
2200pF 100V
1000pF 50V
330pF
220pF
33pF 50V
22pF 50V
20pF 50V
15pF 50V
10pF 50V

形状:チップ(3528)
22uF 10V タンタル

形状:チップ(3216)
0.01uF 50V
4.7uF 25V


形状:チップ(3020)
10uF 10V

形状:チップ(2012)
10uF 6.3V
0.1uF 50V
0.1uF 25V
1000pF
1500pF
2200pF
22pF

形状:チップ(1608)
0.1uF 50V
0.01uF 50V

投稿日時 - 2013-01-24 02:55:55

ANo.24

今晩は。

 モータの抵抗Raがうまく測定できないようでこちらでもいろいろ考えましたが、どうもそのモータはブラシがカーボン製ではないかと推定されます。カーボンだと表面に薄い酸化皮膜が出来やすいので無回転時には整流子との接触抵抗が不安定になる傾向があります。モータが回転しているか数十mA程度以上の電流が流れていれば接触抵抗は小さな値に安定します。
 そこで、miruhaさんに測定していただいた下記の2つの波形から

>【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
>RS: http://yahoo.jp/box/QjOpR2
>Vm: http://yahoo.jp/box/DN5ivd

モータの内部抵抗を計算することが出来そうです。モータに電源を印加しても瞬時には回転しないので電圧を印加した瞬間は逆起電圧はゼロです。モータが回転し始めるまではモータのインピーダンスはインダクタンス成分を無視すれば電機子抵抗Raだけになります。モータにシリーズにRaの値に近い抵抗Rsを接続して起動の瞬間のモータとRsそれぞれの電圧降下を測定すればその結果からRanoあたいは逆算できます。ちなみに、miruhaさんの測定結果から計算してみたら( こちらを参照ください。 → http://yahoo.jp/box/LsOLMT )Raは 約5Ω となりました。


 Raが計算できましたので、つぎはモータの逆起電圧定数Ke(V/rpm)を計算します。
 測定結果からモータの逆起電圧 Ea(V) の計算。
  
  Ea(V) = Vm(V) - Ia(A)*Ra(Ω)

 の式を使って計算します。ここで Vmは測定していただいた値より Vm=3.35V、また、Raは 5Ω、Iaは Ia=0.16A よりEaは

  Ea(V) = 3.35(V) - 0.16(A)*5(Ω) = 2.55(V)

 【モータ定数測定(1)の波形】 RS: http://yahoo.jp/box/Iqqplq から電流の脈流の山の数が6山で約12.5msecですので回転数Nmは Nm = 60/12.5E-3 = 4800rpm、
 
 モータ逆起電圧定数 Ke(V/rpm) = Ea/Nm = 2.55(V)/4800(rpm) = 0.53(mV/rpm)
と求まります。また、トルク定数 Kt(gr・cm/A) は
           Kt(gr・cm/A)= Ke(V/rpm)*60/(1E-5*9.80665*2*π)
                  = 0.53(mV/rpm)*60/(1E-5*9.80665*2*π)
                  = 51.6(gr・cm/A)
 次にモータの立ちがり時定数τですが、80mSecと実測結果から読み取れますが、測定時にモータにシリーズにRs(10Ω)が接続されてますので、このRsのために真の時定数より大きくなってます。詳細は割愛しますがこのRsの影響を補正しますとτは約28msecになります。
 これで、モータのパラメータが全て分かりましたので、モータの静特性をシミュレーションしてみました。結果はこちら →( http://yahoo.jp/box/R2Z2io )グラフの左側の縦軸は回転数を表していて単位の[KV]を[Krpm]に、横軸はモータの負荷トルクを表し単位の[V]は[gr・cm]に読み替えて見てください。
 モータの電圧が3.3Vの回転数のカーブで回転数が4800rpmのところのポイントから真っ直ぐ下に直線を引いて電流カーブとの交点の電流を見ると約160mAで実測と合ってるのが分かると思います。
 このパラメータを使って回路が安定に動作するようにシミュレーションにより回路定数を探してみました。
結果はこちら → http://yahoo.jp/box/wZkTFU  です。回路定数は回路図を確認ください。
 立ち上がりは大きなオーバーシュートも無くきれいに立ち上がってるのが分かります。この定数を使って実機確認をよろしくお願いします。

投稿日時 - 2013-01-22 23:25:08

お礼

こんばんは。
詳細な計算ありがとうございます。
結論から申し上げますと、かなり良くなりました。
ただ低速は少し不安定な感じがします。
うまく伝わると良いのですが、エンジンで言えば、ちょっと高めのアイドリングのような状態です。

オシロの存在をすっかり忘れていたのですが少しは参考になるかも知れないと思い、モーターのプラス側(M+のところ)の波形を色々撮ってみました。

・低速安定(といってもアイドリングのような状態)
http://yahoo.jp/box/voYi73
http://yahoo.jp/box/Zx3IK5
http://yahoo.jp/box/M-YVov
http://yahoo.jp/box/tEN8nS
http://yahoo.jp/box/XlVzCg

・低速立ち上がり
http://yahoo.jp/box/MxXn0v
http://yahoo.jp/box/4iopEo

・高速安定
http://yahoo.jp/box/S1lAZ9

・高速立ち上がり
http://yahoo.jp/box/m74lUN

※今日は力尽きたので画像だけアップさせて頂きました。
 よろしくお願いします。

投稿日時 - 2013-01-23 04:32:13

ANo.23

今日は。

 今度の測定はOKでした。測定していただいた結果について下記します。

1)【モータ定数測定(1)の波形】 
 測定していただいた波形から;
  モータ回転数: 4615rpm
  モータ電流Ia: 160mA
 と読み取れました。 こちらを参照ください。 → http://yahoo.jp/box/UmP5Jw

 測定結果からモータの逆起電圧 Ea(V) の計算。
  
  Ea(V) = Vm(V) - Ia(A)*Ra(Ω)

 の式を使って計算します。ここで Vmは測定していただいた値より Vm=3.35V、また、Raは前回までの補足で測定していただいた Ra=27.4Ω を使い、Iaは Ia=0.16A よりEaは

  Ea(V) = 3.35(V) - 0.16(A)*27.4(Ω) = -1.34(V)

となります。しかし、マイナスで値がおかしいです。どうもモータの内部抵抗Raがとても大きすぎます。Raの値は2.74(Ω)程度だとつじつまが合います。Raの値、本当に27.4(Ω)ですか?申し訳ありませんがもう一度Raの値を測定しなおしていただけませんか?小型のDCモータでRaが30Ω近い値のものはあまり見たことがありませんのでおそらく、測定のミスかと思います。

2)【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
 測定していただいた波形からモータの立ち上がり時定数τは

   τ = 80msec 
 
 と求まりました。 詳細はこちらを参照ください。 → http://yahoo.jp/box/-pG51s

以上の結果ですので Ra の再測定の結果を頂いてから、モータの定数を計算して再度回路の定数を検討しますのでよろしくお願いします。

投稿日時 - 2013-01-21 15:11:36

お礼

こんばんは。
Raがおかしいとのことですので測り直しました。
何度も測り直したのですが測る度に値が変わってしまいます。
抵抗値が5Ωだったり27Ωだったりしたのはこのせいだったようです。

以前お話しましたが、モーターから直接線が出ているのではなく、ドリル本体と電源は分離されており、ACアダプターからの線をジャックに差し込む形になっていますのでもしかしたらその影響があるのかも知れません。

何度か抜き差ししてみたり、ドリル本体についているスイッチをON/OFFしてみたり、テスター棒を抜き差ししてみたりしたのですが、その都度抵抗値がかわります。
テスター棒の抜き差しではあまり変わりませんでしたが、スイッチのON/OFFや、プラグの抜き差しでは大きく値が変わりました。

抵抗値は以下のようにして測りました。

・プラグから出ている線とテスター棒から出ている線を半田付け(各々切断し接続)
・テスター棒とテスターはバナナプラグで接続
・ドリル本体とプラグは差し込み
・テスターをショート(半田付け)した時の抵抗値は0.1Ω


【計測結果】
測るたびに違ったので羅列します。(単位:Ω)
18.7 9.6 14.5 6.9 15.3 7.8 7.6 9.1 18.5 14.5 25.5 22.4 23.0 28.0 32.1 37.5 23.6 19.1 16.7 16.2 16.1 20.5


※前回は抵抗等をブレッドボードで組んだ回路で測ったので、半田付けして計測し直してみました。

【モータ定数測定(1)の波形】
RS: http://yahoo.jp/box/Iqqplq
Vm: http://yahoo.jp/box/xsZncp

【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
RS: http://yahoo.jp/box/QjOpR2
Vm: http://yahoo.jp/box/DN5ivd


抵抗値がおかしいのですがどうしたら宜しいでしょうか?

投稿日時 - 2013-01-22 02:36:29

ANo.22

今晩は。測定ご苦労様でした。


まず、【モータ定数測定(1)の波形】ですが、波形があまりはっきりと分かりません。Y sensitivityが小さすぎるようです。また、Time Baseは少し小さすぎるようです。波形のうねりの山が最低6つ見えるようにTime Baseを選んでください。次のような条件で測りなおしていただけませんか。

  Y Sensitivity: Y sen1:0.1V、Ysen2:×5
  Time Base: 2msec あるいは 5msec

  同時にVmも測定してください。この値も重要です。


次に、【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】ですが、この測定では条件としては
 Time Baseを50msecが良さそうです。しかし、立ち上がりの最初のピークの値が小さくなってます。どうもTrigレベルが低すぎてノイズで誤Trigされてるような気がします。Trigレベルは1Vで測定時設定されてますがこれを3Vあたりに上げて、Time Baseは50msecにして再度測定していただけませんか?

それから、周波数測定機能はこのオシロの場合は意味がありません。時間を測るカーソルがあってそのカーソルで時間が読み取れるような機能が必要なんですが、このオシロにはそういう機能が無いので。

では以上、よろしくお願いいたします。

投稿日時 - 2013-01-20 22:59:20

補足

Vmをオシロで見てみました。

【モータ定数測定(1)の波形】
http://yahoo.jp/box/SpkB-n

Y Sensitivity: Y sen1:1V、Ysen2:×1
Time Base: 2msec

※Ysen1、Ysen2はこれで無いと波形が見れませんでした。


【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
http://yahoo.jp/box/ECdJF1

Y Sensitivity: Y sen1:1V、Ysen2:×1
Time Base: 50msec

投稿日時 - 2013-01-21 00:56:21

お礼

申し訳ありません。
オシロは殆ど使ったことがないので使い方が良く分かりませんでした。
ご指示の通り測り直した画像をアップしました。

【モータ定数測定(1)の波形】
http://yahoo.jp/box/F9GWKD

Y Sensitivity: Y sen1:0.1V、Ysen2:×5
Time Base: 2msec

Vm
1回目 3.34V~3.37V
2回目 3.33V~3.36V
3回目 3.34V~3.37V
※テスターで読み取りました。

【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
http://yahoo.jp/box/_Rb_xt

Y Sensitivity: Y sen1:1V、Ysen2:×1
Time Base: 50msec

投稿日時 - 2013-01-21 00:43:19

ANo.21

追加で測定をお願いします。


添付URLに示したようにしてモータの立ち上がり時定数 τ を測定してください。

τ は電流のピークから電流が下がってきて最終的に落ち着く電流までの63%まで下がった値になるまでの時間です。

こちらを参照ください →   http://yahoo.jp/box/X9_L3c

投稿日時 - 2013-01-19 23:29:28

補足

参考になるかわかりませんが、同じ条件で電流を測ってみました。
テスターは+電源とモーターの間に入れました。
一瞬ピークを示した後、ちょっと下がって微妙に変化(±1mA程度)するものの安定してます。
数字の見方は ピーク 安定時 です。
mA以下は目まぐるしく変わるため書き留められませんでした。

1回目:165mA 150mA
2回目:168mA 150mA
3回目:165mA 150mA
4回目:161mA 148mA
5回目:165mA 148mA

投稿日時 - 2013-01-20 17:06:50

お礼

お待たせしました。
USBケーブルが見つからず携帯で撮り直しましたので見にくいかも知れませんが画像をアップしました。
オシロスコープの使い方を良く分かっていませんので撮ったものをそのままアップします。
お手数をお掛けしますがよろしくお願いします。

【条件】

・使用したオシロスコープキット
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-04279/

・電源:5V2A(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-01801/
・RS:1/4W 10Ω(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-25100/


【参考(1):500Hzの波形】
http://yahoo.jp/box/-9-Fs0
※メモリの確認用に撮りました。


【参考(2):500Hzの確認】
http://yahoo.jp/box/eqhfNM
※表示は501Hzとなっています。精度が良くないのか2,3秒おきに変わってしまいます。


【5V電源の波形】
http://yahoo.jp/box/SkjMMU

【モータ定数測定(1)の波形】
http://yahoo.jp/box/Hi22yW

【モータ立ち上がり時定数τの測定の波形】
時間メモリ:20ms 1回目
http://yahoo.jp/box/UtRuE6
※これが一番見やすいかと思います。以下は比較用にメモリの時間を変えたりして何回か撮り直しました。
※時間を変更すると開始時の電圧が変わってしまいますが何故かはわかりません。単位時間の平均値だからでしょうか?撮り方が間違っていたらやり直しますのでご指摘下さい。

時間メモリ:20ms 2回目
http://yahoo.jp/box/QeL1je

時間メモリ:1ms
http://yahoo.jp/box/KRz1xU

時間メモリ:10ms 1回目
http://yahoo.jp/box/w07BZQ

時間メモリ:10ms 2回目
http://yahoo.jp/box/ITIxMX


時間メモリ:50ms
http://yahoo.jp/box/lD_Syk

投稿日時 - 2013-01-20 16:47:10

ANo.20

今晩は。

 どうも調子が上がってきませんね。やはりモータのパラメータが不明なのがつらいです。

miruha2011さん、オシロスコープをお持ちだと分かりましたので簡単な測定でパラメータ測定が出来そうです。こちらに方法をまとめておきましたので、同じやり方でお持ちのドリルモータのパラメータを測定していただけますか。抵抗Rsは10Ωまたは20ΩあたりでOKです。一応こちらでも手持ちのモータで測定してみました。


 こちらを参照ください →  http://yahoo.jp/box/64aQds

投稿日時 - 2013-01-19 21:51:50

お礼

こんばんは。
測定してデジカメで写したのですがUSBケーブルが見つからず写真をアップできません。
明日もう一度探してみますのでもう少しお待ちください。

投稿日時 - 2013-01-20 02:55:02

ANo.19

今晩は。しばらく外出してましたので回答が遅くなってしまいました。

うまくいってないようですね。以下に回答します。


>・C2の2.2uFは手持ちが無かったので1uFを2本にしました。0.2uF足りませんが影響ありますでしょうか?

回答> その程度の値の違いなら全く問題ありません。


>1.モーターの抵抗値を測り直したら約27.4Ωでした。約とつけたのは測る度に数字が変わってしまうからです。抵抗棒をショートさせた時に0.6から0.8Ωで変わってしまうのと、モータの抵抗値も27から29Ωで変化してしまいます。最も落ち着いた数字から27.4としました。

回答> モータの抵抗、5Ωでは無かったんですね。この違いは大きいです。制御の安定性に大きく関係してしまいます。27.4Ωが正しいモータの抵抗値という事になります。

>2.ボリュームを回すと回転が不安定になります。
うまく表現できないのですが、ギューンと回った後、止まるような感じになりまたギューンと回るのを繰り返します。ボリュームを絞る(逆かも知れませんが)と全開で回ります。
これまではボリュームを回すと回転数が少しずつ変わりましたが、今回は全開で回るか、回ったり止まったりするかのどちらかの状態です。何となくですが、ボリュームをつける位置が違うような気がします。

回答>実際はモータの抵抗値がとても大きいという事が分かりましたので、不安定になるのも理解できます。
 モータの抵抗を27.4Ωとして回路を見直してみました。出来ればお使いのモータのパラメータがもう少しわかると非常に助かるのですが...。例えばモータにある電圧Vxを加えた時の回転数N(rpm)のようなものがあればということですが。
 多分、それは無いだろうということで、モータのパラメータをこちらで勝手に推定してみました。
  モータ抵抗 Ra = 27.4Ω これはmiruha2011さんからの情報による。
  モータトルク定数 Kt = 245[gr・cm/A]
 このパラメータでモータのモデルを設定しなおしました。
まず、モータの静特性、回転数、電流-負荷トルク特性 → http://yahoo.jp/box/_yRBM4
無負荷で回転数が約19krpmとなる特性になってます。
 次にモータの立ち上がり時定数を約20msecに設定しました。確認のシミュレーション結果はこちらを確認ください。 → http://yahoo.jp/box/SGG6K5

 次にこの推定した特性のモータを使って回路定数を追い込みました。
まず、モータの抵抗が4倍近く増加しましたので、結果的にQ1の負荷抵抗も4倍近く増加しましたのでトータルのゲインも4倍近く増加してますので、抵抗R10を 2kΩ にしてゲインを落とします。

 抵抗R19とC4を 

      R19=240Ω
      C4=1000uF

に変更します。C4は1000uFでも少し足りないくらいですが、これがギリギリの値です。
この変更によるモータの立ち上がりの応答をシミュレーションで確認しました。1回の大きなオーバーシュートが発生しますが安定に立ち上がっています。 こちらを参照ください。 → http://yahoo.jp/box/YuQQSi


以上ですが、モータのパラメータがこの検討に使用したものと大きく違っているとうまく行かない可能性があります。とりあえずこの変更で確認していただけますか?よろしくお願いします。

投稿日時 - 2013-01-17 18:31:03

お礼

こんにちは。
モーターのパラメータが想定して頂いたものと違うのかまだ動きがおかしいです。
モーターの特性がかなり影響するようですので、何とかして特性を知る必要がありそうですね。
パラメータを測定する方法があれば確認しますのでご指示下さい。
回路をご指示頂ければ作成して確認します。
(もしかしたらモーターに何か書いてあるのかも知れませんが可能性は低いと思いまだドリルをバラしていません。無理にこじ開けようとして壊してしまうかも知れないので、できれば触りたくありません)
測定器の類は次のものしか持っていませんので計測についてはこれらで測れるものをお願いします。
・デジタルマルチテスター
・LCDオシロスコープキット(秋月)

※センサーの類は持っていません。

【現象】
1.スイッチON直後は全開までではありませんがかなり高速で回ります。

2.ONのまま暫く(数秒以上)すると回転数が落ち始め、かなり低速になります。一番遅い時の回転数は期待以上に低速で回るので嬉しくなりました。

3.ただ、回転数は安定しないようで、数秒かけながらゆっくりと回転数が落ち続け、ある程度まで落ちると一瞬回転数が上がります(1秒程度)

4.その後、徐々に回転数が落ち始め、かなり低速になります。

5.あとは3と4の繰り返しになります。最初にスイッチをONにした時はかなり長い間回転数が高いままですが、何度かON/OFFを繰り返すと徐々に回転数が長い時間が短くなっていきます。かなり長い間スイッチをONにした後でスイッチを入れ直すと、最初から低速で回ります。但し、この場合でも一瞬だけは気持ち早く回ります。

6.前回の指示ではC2は2.2uFでしたが、今回の回路図は4.7uFに戻っていました。両方試してみましたがあまり違いは見られませんでした。

7.C4は1000uFと2200uFを試してみました。1000uFの時は低速で回る時間が短いのですが2200uFの時はかなり長い時間低速で回っていました。


8.やはりボリュームの有効範囲は小さい様で、ある時急激に回転数が変わってしまいます。途中までは徐々に回転数が変わるように思いますが、突然急激に速度が変わります。今回の回路では低速時の回転数が不安定ですので、回転数の変化がボリュームを回したせいなのか不安定な為なのかは確認できませんでした。

投稿日時 - 2013-01-19 16:45:22

ANo.18

今晩は。


 今日、シミュレーションでもう少し検討して見ました。その結果、昨日の回答ではあまりうまく行きそうもないということが分かりました。

 今まで、回転数の調整を5kΩのボリュームで行ってましたが、ここの抵抗値を変化させると制御安定性に影響を与えてしまうのでまずいということが判明しました。すみませんが、下記URLに載せた回路に変更してください。

 こちら → http://yahoo.jp/X7jGRe

変更内容は、抵抗R4(5kΩのVR)を外してショートする。
      抵抗R18(47Ω)を330Ωに変更。
      コンデンサC2(4.7uF)を2.2uFに変更する。
      抵抗R5を500ΩVR(1kΩVRでも可)に変更する。
     ※100kΩのVRをR3に並列に接続は多分必要ないと思います。

この変更で、回転数を変化させても安定性は変化せず常に安定になります。
尚、シミュレーションではモータのパラメータをmiruha2011さんのモータのDC抵抗値5Ωに合わせて行ってます。ただDC抵抗値以外のパラメータは不明ですので適当です。

シミュレーションは電源をONした時のモータの起動の様子をシミュレーションしてあります。
結果は電源立ち上がりから180ms手前で殆どオーバーシュートもなくスムーズにモータが低速回転に移行しているのが分かります。

投稿日時 - 2013-01-10 22:44:25

お礼

こんばんは。
ご連絡が遅くなり申し訳ありません。

教えて頂いたように直したつもりですが状況が芳しくありません。

変更後の回路図
http://yahoo.jp/-K_9oU

※手持ちの部品が無かったので実際の回路は多少違いが有ります。
・R1,R13に20Ω2本で10Ωにするように記載していますが手持ちになかったので1/4W10Ω1本にしています。(10Ω、47Ωは持っているのですが20Ωは持っていません。後で1/4W20Ω2本にするつもりです)
・C2の2.2uFは手持ちが無かったので1uFを2本にしました。0.2uF足りませんが影響ありますでしょうか?


1.モーターの抵抗値を測り直したら約27.4Ωでした。約とつけたのは測る度に数字が変わってしまうからです。
抵抗棒をショートさせた時に0.6から0.8Ωで変わってしまうのと、モータの抵抗値も27から29Ωで変化してしまいます。
最も落ち着いた数字から27.4としました。

2.ボリュームを回すと回転が不安定になります。
うまく表現できないのですが、ギューンと回った後、止まるような感じになりまたギューンと回るのを繰り返します。ボリュームを絞る(逆かも知れませんが)と全開で回ります。
これまではボリュームを回すと回転数が少しずつ変わりましたが、今回は全開で回るか、回ったり止まったりするかのどちらかの状態です。何となくですが、ボリュームをつける位置が違うような気がします。

投稿日時 - 2013-01-14 03:11:41

ANo.17

今晩は。

Q1.回転数を安定させるにはどうしたら良いでしょうか?
※値を変えて試すとしてもどの辺を弄るのが有効なのかわかりません。

回答>> モーターの抵抗値が確か5Ωだったと思いますが、測定時にテスタの校正はされましたか?
テスタのリードの抵抗値をテスタ・リードの先端をショートしてその値re(Ω)を覚えておいてモータの抵抗値Ra(Ω)を測定し、その測定値Ra(Ω)からre(Ω)を引き算して正確なモータの抵抗値を求めます。モーターの抵抗値5Ωはこのような測定で求めたものでしょうか?
 いずれにしても回転数が不安定ということですので、対策としては

 1) 抵抗R3(4.7kΩ)の値を小さくする。R3に並列に100kΩのボリュームを接続して、ボリュームの値を最大の値からモータの回転が安定になるまで少しずつ小さくしてゆきます。安定になった時点でボリュームを外してその抵抗値をテスターで測定し、その値に近い固定抵抗をR3に並列に取り付けます。

 2) それでもうまくゆかない場合はQ2のベースとGNDの間に560Ωか680Ωを接続してゲインを落としてみてください。これで安定になると思います。

Q2.積層セラコンと電解コンデンサで挙動が違うのですが電解コンデンサの接続が間違っているのでしょうか?

回答>> 電解コンデンサの接続の極性が反対です。Q1のベースは電源Vccより0.6V程度低いだけですがQ1のコレクタは制御状態では数Vになってますのでコレクタ側の方が電圧は低くなります。したがって電解コンデンサは電圧の高い方を+に低い方を-に接続します。


Q3.ボリュームはどちらも1/3程度回すと全開になってしまいます。もう少し有効範囲を広げることはできないでしょうか?
※逆にもっと小さいボリュームに変える?

回答>> モータの回転が安定になってからもう一度確認してみてください。もし、それでも同じように「1/3程度回すと全開になってしまう」ならば1kΩのボリュームを500Ωのボリュームに変更すれば有効範囲は広げられると思います。

投稿日時 - 2013-01-09 23:08:02

お礼

ご回答ありがとうございます。
今日は遅くなってしまったので明晩試してみます。
若干疑問点がありますので再質問させてください。

> A1 測定時にテスタの校正はされましたか?

再度計測してみます。

> 2)Q2のベースとGNDの間に560Ωか680Ωを接続してゲインを落としてみてください。

Q2のベースはQ4のコレクタとR12に接続されています。
接続するのはR12とU2のoutの間でしょうか?

> A2 電解コンデンサの接続の極性が反対です

逆でしたか!
ありがとうございます。

> A3 モータの回転が安定になってからもう一度確認してみてください

了解しました。

投稿日時 - 2013-01-10 01:15:30

ANo.16

回答NO.15の補足です。

1)回路図の訂正:Q1のベース-コレクタ間のコンデンサC4(33uF)に直列の抵抗R18をR19に訂正します。基準電圧発生用抵抗R18とダブってしまってましたので。


2)シミュレーションの説明。

シミュレーション結果のグラフの横軸は単位が[V]で表示されてますがトルク[gr/cm]に読み替えてください。このシミュレーションはモータの負荷、この場合はDC MOTOR Modelの負荷(電圧源V3)をゼロから100gr/cmまで変化させた時のモータの逆起電圧(V(ea))、モータの電圧(V(m+))、モータの電流(I(Ra1))、ブリッジの電圧(V(br))を確認したものです。結果から、モータの逆起電圧V(ea)は負荷の増大に対して減少しないで、少し増加するぐらいになっているのが分かると思います。
 これは、モータの負荷が増えても回転数が落ちないでほぼ一定に保たれることを示してることになります。負荷の増加に対して回転数が増加傾向になっているのはブリッジのバランスが崩れて、R2の値が本来のバランス条件より小さめの値に設定されているためです。

投稿日時 - 2013-01-04 21:09:55

お礼

こんばんは。
わかりやすい説明ありがとうございます。
今度こそ期待通りの結果になりそうなので修正が楽しみです。
修正したらNo15のお礼でお知らせします。

投稿日時 - 2013-01-05 22:57:26

ANo.15

miruha2011さん、お返事大変遅くなってしまいました(汗)

 シミュレーションだけだとちょっと回答が難しそうだと感じてましたので手持ちのDCモーターを使ってブレッドボードを組んで検討してみました。

 使ったモータはCDプレーヤのメカのローディング用に使用されていたモータです。電機子抵抗Raが13Ωで無負荷の回転数が電圧5Vで4300rpmという素性のモータとなってます。

 検討した結果は;

1)抵抗R1はモータの電機子抵抗Raの1/3程度に大きくしないと低速での制御は難しい。
  最初に御提示したR1は電機子抵抗Ra=5Ωの約1/5の1.1Ωでしたが、検討した結果はモータの回転数は3000rpm程度までしか下げられませんでした。
 R1の抵抗値を上げることでブリッジで検出できるモータの逆起電圧の値が大きくなるのが効果的なようでした。

2)制御安定性の確認
  安定性が悪く、低速度で一定の回転数で制御がうまく行われない状態であるのが確認できました。
 対策としてQ1のベース-コレクタ間のC4を33uFと240Ωの直列回路に変更することで位相余裕を増やして安定に制御できるように変更しました。33uFの電解コンデンサはサイズとしては大きくなってしまいますが必要です。ただ、miruha2011さんのモータの場合ではモーター定数が不明ですので何ともいえませんが、240Ωは変えないで、33uFを小さくしてどこまで安定に回転するかは申し訳ありませんが実験して追い込んでください。

3)基準電圧回路の抵抗R18の値
  低速で安定して回転できるようになってからですが100Ωでは1500rpm程度までしか落とせなかったので47Ωに変更してみました。これで800rpm程度まで落とせるようになりました。


実験回路:こちら→ http://yahoo.jp/B6hnUP

miruha2011さんのモータの電機子抵抗は5ΩですのでR1、R2とR3はそれぞれ、
 R1=1.5Ω
 R2=1.3kΩ
 R3=4.7kΩ
に変更が必要です。

また、回路図でモータの回路には等価モデルを作って使用してます。(点線の四角の中)
以上ですが、これでもうまくゆかない場合はまた質問してください。


 

投稿日時 - 2013-01-04 00:13:36

補足

明けましておめでとうございます。
今年もよろしくお願いします。
教えて頂いたように回路を変更して試してみます。
6日まで帰省しますので試すのはそのあとになります。
ご連絡が遅くなると思いますがご了承ください。

投稿日時 - 2013-01-04 20:16:23

お礼

こんばんは。
試してみましたので結果をご報告します。

・教えて頂いた回路(※1)で低速回転するようになりましたが低速は不安定で回転数がしょっちゅう増減しました。一秒間に目まぐるしく増減する感じです。積層セラコンを束ねて50uFまで増やしてみましたがあまり改善は見られませんでした。

※1:ボリュームは5KΩではなく1KΩにしていますので少し違います。


・次にコンデンサーを積層セラコンから電解コンデンサーに変えてみました。(Q1に接続する方を+、R18と接続する方を-にしました。)電解コンデンサーにすると4.7uFでも低速は安定しましたが、ボリュームを少し回して回転数を上げると途中で回転数が不安定になりました。

【教えて頂きたいこと】
Q1.回転数を安定させるにはどうしたら良いでしょうか?
※値を変えて試すとしてもどの辺を弄るのが有効なのかわかりません。


Q2.積層セラコンと電解コンデンサで挙動が違うのですが電解コンデンサの接続が間違っているのでしょうか?


Q3.ボリュームはどちらも1/3程度回すと全開になってしまいます。もう少し有効範囲を広げることはできないでしょうか?
※逆にもっと小さいボリュームに変える?

よろしくお願いします。

投稿日時 - 2013-01-09 01:00:09

ANo.14

今晩は。

すみません、OKWAVEに最初は戸惑ってあたらしいIDを登録したりして混乱してしまいましたが、結局同じもんだったんですね。

新しく立てていただいた質問の回路の回答をアップしようとしたら閉じられてしまったので回路をこちら(http://yahoo.jp/b7KBRv)に載せておきます。

文章での回答にツェナーダイオードが抜けていたのと、スイッチング周波数を100kHzまで上げなくて22kHzでできるように定数を調整しました。

投稿日時 - 2012-12-19 18:57:57

お礼

ご回答ありがとうございます。
同じものだということがハッキリしましたので安心しました。
私の方はgooのアカウントを持っていませんので今後もこちらで質問させて頂きます。
また、いつも回路まで作成して頂きありがとうございます。
やりたいことが色々溜まってきたので直ぐには試せませんが順番に作成していきたいと思います。
その際不明点が出た時は改めて質問させて頂きます。
いつも質問をウォッチしている訳ではないと思いますので目に止まると良いのですが・・・

投稿日時 - 2012-12-19 23:16:46

ANo.13

今晩は。

>こちら(http://okwave.jp/qa/q7851184.html)に新しい質問をしましたのでご回答をお願いします。
>ドリルの方は進捗がありましたらご報告します。

すみません、質問を載せられたOKWAVEには登録してませんでしたのでできればこちらの 教えてgoo のほうに質問を上げていただきたかったですね。

投稿日時 - 2012-12-18 22:13:03

お礼

失礼しました。
最初の質問をしたのも、いつも回答を頂いていたのもOKWAVEの方でしたのでgooだとは全く気付きませんでした。
gooとは完全にリンクしているのではないでしょうか。

投稿日時 - 2012-12-18 23:25:56

ANo.12

今晩は。

 回答NO.11への補足についてですが、このトピの最初のテーマ「タイマIC「555」でドリルを低速回転させたい」から大分ずれてしまいますので、できましたら新しく 質問 を立てていただけませんか?
よろしくお願いします。

投稿日時 - 2012-12-18 18:32:21

補足

お待たせしました。
やっと基板を作成し実装しました。
※私の技量では、真中に直径1センチの穴が開いている3センチ角の基板に収めるのは大変でした。
結果としてはやはり低速が出ませんでした。
モーターからのキュイーンという音は出なくなりましたが、ボリュームを絞ってもほとんどスピードが落ちません。
こちら(http://yahoo.jp/PArGiD)に私の作成した回路図を載せましたので宜しければご確認ください。
基板はeagleで作成しましたので結線ミスはないと思います。
回路も間違っていないと思いますが多少変更している部分もあるのでちょっと自信がありません。
また、手元に部品がなかったので実装上は次の抵抗を変更しています。
R1,R13の1.1Ω→1Ω
R5の56Ω→51Ω
この変更がスピードが落ちない原因でしょうか?



※帰省しましたのでアドバイスを頂いても試せるのは7日以降になりますのでご承知ください

投稿日時 - 2012-12-29 01:11:33

お礼

失礼しました。
こちら(http://okwave.jp/qa/q7851184.html)に新しい質問をしましたのでご回答をお願いします。
ドリルの方は進捗がありましたらご報告します。

投稿日時 - 2012-12-18 21:41:06

ANo.11

今晩は。回答が遅くなってしまいましたが、以下に回答します。

>【確認したいこと】
>Q1.R13 11Kがサーミスタで宜しいでしょうか?サーミスタはQ1にボンドとかで張り付ければ良いのでしょうか?ホットボンドならあるのですが・・・

回答>R13(11k)がサーミスタです。値11kは温度が80℃になった時の抵抗値です。
 トタンジスタへの取り付けはホットボンドで大丈夫でしょう。

>Q2.チップ部品に出来るものは代替品にしたいと思います。
>2SC1815→2PD601A、1N4148→CRG03、LM358→LM358MX

回答>代替品に問題はありません。

>Q3.これまで私が持っていない抵抗値も出てきましたが、参考までに今後使いそうな抵抗値を教えて頂けないでしょうか?
>※「もしかしたらこれ」というのを幾つかで結構です。私も手元に結構持ってますが、10K,12K,15Kみたいな感じで全てを持っている訳ではありません。無茶な質問だと思ってますので答えにくければ結構です。

回答>すみません。回答した回路図でE24系列も使ってしまいました。手持ちの抵抗は種類を増やしたくないものですよね。回路の抵抗値を見直して、全てE12系列に変更しました。

回路図はこちら。 → http://yahoo.jp/OlvmH4

>1)スイッチオン時にキュィーンという音
>補足を書いた後で説明不足に気付いたのですが、音はドリルからしています。
>C6(サーミスタの回路のC2。以降は全てサーミスタの回路の番号で記載します)を大きくすると音は止まりますが低速が下がらなくなってしまいます。
>サーミスタの回路のR11を47、C2を0.22u、R7を220、R5を4.7、位が低速の速度が丁度良いようですがドリルからは音が鳴ってしまいます。
>R4は5Kだとちょっとしか使わないみたいなので1Kに変更してみました。それで気付いたのですが、低速側に回していくと速度は落ちるのですが、目一杯回す直前ぐらいが一番遅く、途中から逆に速度が少し上がってしまいます。

回答>まず、抵抗R12とトランジスタQ4のコレクタと抵抗R11の接続が間違ってました。上のURLの回路図を参照してください。

 それから、ドリルからの音はモータの回転が不安定のため鳴っていると推定されます。追加の対策としてブリッジのバランスを少し崩すことによりより安定になります。回路図でR2を560Ωと27kΩのパラ接続にします。
 それから、VRを1kΩに変更する件はOKです。それに加えて、ボリュームとC点の間に100Ωを挿入してください。これはボリュームを絞っていった時に回転数が上がってしまう現象の対策です。これでボリュームを絞りきった時の回転数がまだ高いようでしたらこの100Ωをもっと小さい値に変更してみてください。
 次に、回路の「R11を47、C2を0.22u、R7を220、R5を4.7」の変更ですが、これは変更前の値に戻してみてください。

>2)Q1の発熱について
>サーミスタの回路を作っていただいたので12vのままでいきます。
>Q1は2SA1358にしますがスペースの都合で放熱板はつけません。

 ドリル使用時の負荷の大きさや作業時間にもよると思いますのでそれで試されるのも良いかと思います。

投稿日時 - 2012-12-12 20:56:48

補足

この回路をFANコントローラーに応用したいと考えています。
ネットで良く見つかるのはPWMがほとんどですがPWMの音とノイズが気になっていたのですがこの回路なら気にしなくて良さそうです。
同じようにできないかと2ピンタイプのFANの抵抗値を測ってみましたがなぜか測れませんでした。電源につなぐと回りますので断線はしていないようです。

Q1.仕組み的にモーター部分の抵抗値がわからない場合はこの回路は使えないと思いますが、FANのコントロールに適した回路を教えて頂けないでしょうか。
※回転数をPICから制御しやすい方法でお願いします。


・PICで温度・回転数を元に自動制御したい
・2ピンのFANは対象物の温度、周辺温度を元に回転数を電圧で制御(サーミスタで計測)
・3ピンのFANは対象物の温度、周辺温度、FANの回転数を元に制御

お時間のある時にお願いします。

投稿日時 - 2012-12-18 00:38:23

お礼

何度も回路の変更、各定数の再計算など本当にありがとうございます。
今日サーミスタを買って来ましたので早速試してみます。
※前回のご報告で勘違いさせてしまったようですが、まだサーミスタ版は作成していませんでした。これから試してみますがまだ基板を起こしていないのでユニバーサル基板でやってみようと思います。
多分今晩はやりきれないと思いますのでご報告は早くても明晩深夜以降になると思います。

投稿日時 - 2012-12-12 22:49:50

ANo.10

サーミスタによる温度検出→シャットダウン の回路図をここ(http://yahoo.jp/Bt_Xaq )にアップしました。

それから、サーミスタとツェナーダイオードはこちらを参考にしてください。

→  NTCサーミスタ(温度検知・温度補償用)100kΩ
   http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05295/

   ツェナーDi
   http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06000/

投稿日時 - 2012-12-11 00:24:19

お礼

サーミスタの回路を作成して頂きありがとうございます。
サーミスタを購入して試してみます。
これまでブレッドボードでやってましたが動作がおかしいのはどこか配線が間違っているためだと思いますので、基板を起こすことにしました。
ご報告が遅くなってしまうと思いますので予めご了承ください。

【確認したいこと】
Q1.R13 11Kがサーミスタで宜しいでしょうか?サーミスタはQ1にボンドとかで張り付ければ良いのでしょうか?ホットボンドならあるのですが・・・

Q2.チップ部品に出来るものは代替品にしたいと思います。
2SC1815→2PD601A、1N4148→CRG03、LM358→LM358MX

Q3.これまで私が持っていない抵抗値も出てきましたが、参考までに今後使いそうな抵抗値を教えて頂けないでしょうか?
※「もしかしたらこれ」というのを幾つかで結構です。私も手元に結構持ってますが、10K,12K,15Kみたいな感じで全てを持っている訳ではありません。無茶な質問だと思ってますので答えにくければ結構です。

投稿日時 - 2012-12-11 03:39:00

ANo.9

今晩は。回答へのお礼ありがとうございます。

早速ですが、ご質問について下記に回答いたします。


1)
>【気になる点】
>1.スイッチオン時にキュィーンという音がする。
>※ブレッドボードで組んでいるせいでしょうか?(発振?)

 これは多分、発振でしょう。発振対策の位相補償が足りないようですね。位相補償用のコンデンサC6を0.1uFから4.7uF(こちら→http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05104/ )の積層セラミックコンデンサに変更してみてください。シミュレーションで見てみましたが1kHから2kHzの間辺りの周波数で発振する可能性がありそうです。C6の変更で対応可能だと思います。

2.低速が出ない。
※555で組んだ時に比べ低速があまり落ちません。もう少しゆっくり回って欲しいのですが、もしかすると(2)のご指摘にあるR2、R3の抵抗値が小さ過ぎるせいでしょうか?

 低速が出ないのは定電流回路の抵抗R5の電圧降下が邪魔してるようです。対策は定電流回路のR5の電圧降下の値を小さくします。そのためにR7を1kΩから510Ωに、R5を330Ωから51Ωに変更してください。これでかなりな低速まで調整できるようになると思います。

2)Q1の発熱について。
 負荷をかけないでフリーで回転させている場合には電力損失はそれ程大きくなりませんが、負荷をかけてゆくとかなり大きな電力損失になります。今日、詳しく検討して見ましたら最大6W程度にもなることが分かりました。これを減らすには
 (1) 素直に大きな放熱板を取り付ける
かあるいは
 (2) 電源の電圧を7V程度以下にする。もし、5Vでもモータトルクに余裕があれば6VのスイッチングACアダプター(こちらのような http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-01802/ )に変更されれば発熱は2W以下に抑えられます。この場合は同時にR6を13kΩに変更する必要があります。

 発熱を極端に抑えられるのはスイッチングですが、この制御回路をスイッチングタイプにするにはかなり大掛かりな変更と回路規模になってしまいますので現実的には難しいと思います。

3)R11について
>昨日動かした時には低速側はあまり遅くなりませんでしたが高速側はフルパワーで回っているように感じました。それでもR11の変更は必要でしょうか?

負荷を掛けない場合は問題ないんですが、負荷が大きくなってゆくとモータ電流が増加してゆきます。実際の使用でトルク的に問題が無ければ変更しなくてもよいかもしれません。

4)その他

 ACアダプターの電圧について:負荷電流でかなり電圧が変動するようですね。電圧が変動すると基準電流を作成している定電流回路の電流が変動してしまいます。具体的には負荷が大きくなるにしたがって電源電圧は下がってゆきますのでその結果、R6に加わる電圧も下がって定電流回路の出力電流が下がり速度制御の基準電圧が下がってしまい回転数が負荷が大きくなるにしたがって下がってしまいます。この速度低下が許容できない場合はR6を分割して分割点とGND間に5V程度のツェナーダイオードを追加して定電流回路を安定化する必要が出てきます。

投稿日時 - 2012-12-10 22:50:53

お礼

ご回答ありがとうございます。

1)スイッチオン時にキュィーンという音
補足を書いた後で説明不足に気付いたのですが、音はドリルからしています。
C6(サーミスタの回路のC2。以降は全てサーミスタの回路の番号で記載します)を大きくすると音は止まりますが低速が下がらなくなってしまいます。
サーミスタの回路のR11を47、C2を0.22u、R7を220、R5を4.7、位が低速の速度が丁度良いようですがドリルからは音が鳴ってしまいます。
R4は5Kだとちょっとしか使わないみたいなので1Kに変更してみました。それで気付いたのですが、低速側に回していくと速度は落ちるのですが、目一杯回す直前ぐらいが一番遅く、途中から逆に速度が少し上がってしまいます。

2)Q1の発熱について
サーミスタの回路を作っていただいたので12vのままでいきます。
Q1は2SA1358にしますがスペースの都合で放熱板はつけません。


3)R10
ご指示通り220に変更します。

投稿日時 - 2012-12-11 03:18:57

ANo.8

今晩は。回答NO.7です。土曜日から出かけてましたので回答が遅くなってしまいました。

早速に回路を組まれたようですね。

状況は思わしくないようですので、下記に気がついた点や修正点を書きます。

1)
>【状況】
>常に全開でドリルが回ります。
>D2からモーターにつなぐ線を外しても状況は変わりません。

まず、ダイオードD2のカソードの接続先はモータではなく、抵抗R2とR3の接続点です。

それから、抵抗R4ですが、これは5kΩのヴォリュームにします。このボリュームでモータの回転速度を調整します。

2)
>【変更した点】
>1.モーターの抵抗値を測り直したら5Ωだったので抵抗値を変えました。
>R1:3-->0.5 (1Ωを2本並列で接続)
>R2:300-->47
>R3:2.7K-->470


モータの抵抗は27Ωではなく5Ωだったのですね。これだとモータの流せる電流は電圧が12Vの時に27Ωの場合は444mAだったのが2.4Aにもなってしまいます。
 まず、その対策として抵抗R11を1kΩから220Ωに変更してドライブ能力を上げます。
次にQ1のPNPトランジスタ2SA1358ですが、モータ電流が大きくなることで電力損失も大きくなります。最大2W程度の発熱が予想されますので2SA950への変更はNGです。2SA1359に変更して2Wを放熱できる放熱板を必ず追加して置いてください。
 次に抵抗の変更ですが、R1を0.5Ωに変更はOKです。R2とR3は比率はOKですが値が小さすぎます。同じ比率でR2=470Ω、R3=4.7kΩにすべきです。

3)
>2.持ってない部品を置き換えました
>D1,D2:1S1588-->1N4148
>Q1:Q2SA1358-->2SA950
>※回路図にはQ2SA1358と書いてありますがデータシートを見つけることが出来なかったので記号からPNPかと>思い2SA1358と解釈し手持ちの2SA950にしました。

 ダイオードの変更はOKです。トランジスタQ1については上で説明しました。

4)
>【気になっていること】
>1.R7,R5,R11,R3は直接GNDに落しました。
>※プリント基板を起こすつもりなのでその時には分けようと思いますが、ブレッドボードではごちゃごちゃし>てしまったので・・・(汗;)
> わざわざ別線にしているので、これがいけないのでしょうか?

この配線で「常に全開でドリルが回ります。」という状態にはならないので大丈夫です。


5)
>2.R4の接続方法を私が間違えていないか気になっています。
>最初は3番ピンをGNDに落したのですが回路には書かれていなかったので3番ピンには何も接続していませ
>ん。
>これで回路図通りでしょうか?

ご質問の意味がよく分かりません。3番ピンとはどの部品の足の番号でしょうか?
もしボリュームの結線のことでしたら、添付図のように配線してください。

6)
>3.R6の抵抗値は何か意味があるのでしょうか?
>39Kの抵抗は手持ちになかったので30K+18K2本で39Kにしているつもりですが、47Kとか30kではだめ
>なのでしょうか?

 R6はダイオードD1とR7に流す電流を設定するための抵抗です。変更は可能ですが30kΩにしてください。

7)
>4.R5の抵抗値は何か意味があるのでしょうか?
>R6と同様ですが300の抵抗は手持ちになかったので150+150で300にしています。330とかでも
>良いでしょうか?

 R5にはは抵抗R7の電圧降下とほぼ同じ電圧が掛かるように回路が動作します。結果として一定の電流がQ2のコレクタに流れます。R5の値を330Ωにし、R6を30kΩにした場合、Q2のコレクタ電流は約0.6mAになります。この程度の電流の変更ならば動作には支障ありません。


以上ですが、これで動作すると思いますので確認してみてください。

大変申し訳ございませんが、この投稿に添付された画像や動画などは、「BIGLOBEなんでも相談室」ではご覧いただくことができません。 OKWAVEよりご覧ください。

マルチメディア機能とは?

投稿日時 - 2012-12-09 22:33:28

補足

> モータの抵抗は27Ωではなく5Ωだったのですね。これだとモータの流せる電流は電圧が12Vの時に27Ωの場合は444mAだったのが2.4Aにもなってしまいます。
> まず、その対策として抵抗R11を1kΩから220Ωに変更してドライブ能力を上げます。

昨日動かした時には低速側はあまり遅くなりませんでしたが高速側はフルパワーで回っているように感じました。それでもR11の変更は必要でしょうか?

2SA950も特に熱くなっているようには感じませんでした。
発熱については10秒程度しか回していませんでしたのであまり参考にはならないかも知れませんが・・・

投稿日時 - 2012-12-10 11:48:03

お礼

ご回答ありがとうございます。
ご回答頂いた内容はつい今しがた拝見したばかりですのでまだ試していません。
明晩試してみます。

前回のお礼を書いた後、Eagleで回路図を起こしながら配線ミスに気付きブレッドボードで再チャレンジしました。
一応ボリュームで回転数の調整はできるようになりましたが、今回ご指摘頂いた件はまだ反映していないせいか、動作上気になる点がありました。
抵抗値等は前回お知らせしたままです。

ボリュームの接続方法は理解しましたのでご指摘通りに変更します。
R6も30Kに変更します。
R11も220に変更します。


【気になる点】
1.スイッチオン時にキュィーンという音がする。
※ブレッドボードで組んでいるせいでしょうか?(発振?)

2.低速が出ない。
※555で組んだ時に比べ低速があまり落ちません。もう少しゆっくり回って欲しいのですが、もしかすると(2)のご指摘にあるR2、R3の抵抗値が小さ過ぎるせいでしょうか?




Q1についてはご相談があります。
ちょっと長くなってしまいますがご相談させて下さい。
今回のドリルは「DS012D」というホビー用の卓上ミニドリルなのですが、ピラー部分がプラスチックの塔になっていてその中に組み込みたいと思っています。組み込める基板の大きさとしてはおよそ3センチ角位で真ん中に直径1センチ程度の穴をあける必要があります。
(DS012Dは発売していないのかURLが見つかりません)

最初は秋月で売っているボリュームで分圧しスピード調整していたのですが、先日焼き切れてしまい、こんな使い方はダメなんだと気付き555の回路に変更したのが今回質問するきっかけになりました。
(秋月のボリュームは定格電力が0.125Wでしたが動くから良いかと思ってました。無理させていたんですね。かなり長い間快調に動いていましたが先日アルミの穴開けをして長く回した時、突然ボリュームが焼き切れました。)

放熱板が必要と言うことはかなり熱を持つということだと思いますが、熱を持たなくする方法はないでしょうか?
このドリルの使い道は自作基板の穴あけにしか使わないので使用方法としては、ちょっと回してちょっと休憩し、またちょっと回す、ということの繰り返しになります。
一回の回す時間はせいぜい10秒程度だと思います。
余裕をみて1分回すとしてそれでも放熱板は必要でしょうか?
私としてはピラーに収めることを優先したいので、できればQ1が熱くなったら冷めるまで動かなくなる方が嬉しいです。
サーミスタとか使って制御できないでしょうか?

投稿日時 - 2012-12-10 03:50:33

ANo.7

今晩は。

回答NO.6です。モータの回転数を安定に制御する方法(回路)を下記URLにアップしました。

こちら → http://yahoo.jp/lVeNqK です。

簡単に回路の説明をします。
 
 基本は抵抗R1、R2、R3とモータでブリッジを構成します。モーターのDC抵抗をRaとします。
ブリッジの条件は R1×R3=R2×Ra の関係が成り立つように設定します。
一方、モータの等価回路は図のまるで囲んだ部分のようになってます。等価回路でV_Eaで示したのがモータ内部に発生する逆起電力でモータの回転数に比例します。
 今、モーターが回転して無い場合はV_Ea=0でブリッジが平衡状態にあるとA点とB点の間の電位差はゼロになります。また、モータが回転してある回転数nで回転していると逆起電圧はある電圧V_Eaxになります。
 ここで抵抗R4に抵抗R6、D1、R7R5とQ2からなる定電流回路により一定の電流(この回路では約1mA)を流し点A-C間に一定の電圧Vrefを発生させます。逆起電圧がV_Eax発生している時にはブリッジの点A-B間に現れる電圧差 Va-bは
   Va-b=R1×(V_Eax)/(R1+Ra)
A点の電圧がB点よりこの電圧だけ高くなります。一方C点の電圧はA点よりVref分低い電圧になってます。
 このB点の電圧とC点の電圧はオペアンプLM358のそれぞれ非反転入力と反転入力に接続され、B点電圧とC点電圧の差がLM358で増幅されトランジスタQ3、Q1と増幅されブリッジに電圧を供給します。
 この回路は結局モータの逆起電圧V_Eaxを基準となる電圧Vrefと比較し、ブリッジの電圧を制御して逆起電圧V_Eaが基準電圧に等しくなるように制御します。結果としてモータの逆起電圧V_Eaが一定に保たれますので回転数が一定に保たれることになります。
 その他の回路の説明。C3、R9とD2は電源ON時の起動回路です。電源がONした瞬間にC3からD2を経由してB点に電流を強制的に流し込みオペアンプの出力をHighにして回路を起動させます。
 抵抗R2とC4およびC5は制御回路の位相補償用で発振を防止するために働きます。
   

投稿日時 - 2012-12-07 20:14:51

お礼

ご丁寧な説明までして頂きありがとうございます。
また、回路図は今度はハッキリと読み取ることができました。
サクッと動作確認してお礼をと思っていたのですがそんなに甘くなかったです。(泣)
手持ちの部品でブレッドボードに組んだのですが未だにまともに動かせません。

これを書きながらあれも試してみれば良かったなということも書きますので、よろしければ添削をお願いします。

【状況】
常に全開でドリルが回ります。
D2からモーターにつなぐ線を外しても状況は変わりません。

【変更した点】
1.モーターの抵抗値を測り直したら5Ωだったので抵抗値を変えました。
R1:3-->0.5 (1Ωを2本並列で接続)
R2:300-->47
R3:2.7K-->470
最初、指定の値で組んだのですが常にフルパワーで回ってしまうのでモーターの抵抗値を測り直しました。


2.持ってない部品を置き換えました
D1,D2:1S1588-->1N4148
Q1:Q2SA1358-->2SA950
※回路図にはQ2SA1358と書いてありますがデータシートを見つけることが出来なかったので記号からPNPかと思い2SA1358と解釈し手持ちの2SA950にしました。


【気になっていること】
1.R7,R5,R11,R3は直接GNDに落しました。
※プリント基板を起こすつもりなのでその時には分けようと思いますが、ブレッドボードではごちゃごちゃしてしまったので・・・(汗;)
 わざわざ別線にしているので、これがいけないのでしょうか?

2.R4の接続方法を私が間違えていないか気になっています。
最初は3番ピンをGNDに落したのですが回路には書かれていなかったので3番ピンには何も接続していません。
これで回路図通りでしょうか?

3.R6の抵抗値は何か意味があるのでしょうか?
39Kの抵抗は手持ちになかったので30K+18K2本で39Kにしているつもりですが、47Kとか30kではだめなのでしょうか?

4.R5の抵抗値は何か意味があるのでしょうか?
R6と同様ですが300の抵抗は手持ちになかったので150+150で300にしています。330とかでも良いでしょうか?


センスがないのか回路図をブレッドボードで配線する時に良く間違えてしまいます。
上記で致命的なミスがなければ配線ミスだと思いますので直接基板を起こそうかなと思っています。

投稿日時 - 2012-12-09 03:43:44

ANo.6

回答NO.5です。

ACアダプターの出力電圧は負荷をつながない状態で17.85Vですね。NE555の電源電圧の絶対最大定格が18VですのでぎりぎりですがOKです。

それから、ドリルの抵抗は27Ωということで、これがモータのDC抵抗という事になります。これを元に制御回路を別途回答いたします。

それからボリュームを10kΩでどうかということですので検討してみました。
 まず、C1を0.047uFに、R1とR2を510Ωに変更します。この変更によりDutyの可変幅は9%~95.5%になります。Duty9%の時にモータ電圧は1V程度になります。モータ電圧はこれより低く出来ないことになりますが、これでも問題が無ければOKということになります。

投稿日時 - 2012-12-06 22:30:19

お礼

お手数ですがよろしくお願いします。

投稿日時 - 2012-12-06 22:34:13

ANo.5

回答NO.4です。以下のご質問に回答いたします。

Q1.回路左下のR7,C3,OUT ??(読めませんでした)は何をしているのでしょうか?

回答>
 R7,C3,OUT_filteredはモータをスイッチングでドライブしているMOSFETのドレインの電圧を平滑化してモータの端子電圧をシミュレーションで読むために使いました。シミュレーション結果の真ん中の波形です。ですから、実際の回路では不要です。すみません、削除してください。
 

Q2.手持ちに1Mのボリュームが無いのですが50Kまたは100Kで代用できないでしょうか?

 50kΩのボリュームで確認しました。コンデンサーC1の容量を0.01uFに変更して出力のDutyの可変幅を調べました。
 結果はDuty可変幅は4%~98%で、PWM周波数f=2.4kHzとなりましたので50kΩのボリュームはOKです。

投稿日時 - 2012-12-06 17:44:01

お礼

実測しましたのでご報告します。

ACアダプター
入力:100VAC 50/60Hz 13VA
出力:12VDC 500mA
実測値:17.85V

ドリル:27Ω

でした。

Q2の件ですが、回路が複雑になるとスペースの都合で10Kのボリュームになるかも知れません。お手数でなければ10Kのボリュームでも大丈夫か調べて頂けないでしょうか

投稿日時 - 2012-12-06 21:43:55

ANo.4

回答NO.3です。


回路図が読みづらいということですので画像のリンク先をお知らせします。下記

→  http://yahoo.jp/oiYdZc

です。

それから、ご質問の

>ちなみにモータを止めた状態でのモータのDC抵抗値って、ACアダプターの差し込み部分(本体側)の抵抗をテスターで測れば良いのでしょうか?


 ですが、そのとおりで、本体側の抵抗をテスターで測ってください。それから、ACアダプターの出力電圧もお願いします。

投稿日時 - 2012-12-06 16:29:32

お礼

見れました。
ありがとうございます。
ACアダプターの出力電圧と本体側の抵抗は今晩お知らせします。

2点質問があります。

Q1.回路左下のR7,C3,OUT ??(読めませんでした)は何をしているのでしょうか?

Q2.手持ちに1Mのボリュームが無いのですが50Kまたは100Kで代用できないでしょうか?

投稿日時 - 2012-12-06 16:51:38

ANo.3

今日は。

回路図が掲載されてませんでしたので回路図を添付しました。

電源投入時に一定時間txだけモータにフルパワーを与える回路です。一定時間経過後は1MΩのボリュームで設定したPWMのDuty比でモーターをドライブします。

時間txは図の50kΩのボリュームで調整できます。

モータを低い駆動電圧で回転数を一定に保つのは結構難しいです。モータの負荷がちょっと増えただけで回転が大きく低下しやすく負荷が大きすぎれば停止してしまいます。モータの回転数を安定に制御する方法(回路)もありますが、少し回路が複雑になります。もし、希望されるなら、回路図を提供いたします。その場合、モータを止めた状態でのモータのDC抵抗値が必要になります。

大変申し訳ございませんが、この投稿に添付された画像や動画などは、「BIGLOBEなんでも相談室」ではご覧いただくことができません。 OKWAVEよりご覧ください。

マルチメディア機能とは?

投稿日時 - 2012-12-06 14:58:46

お礼

回路まで作成して頂いてありがとうございます!!

ただ、残念なことに字がつぶれてしまって読めません。
せっかく作成して頂いたので画像のリンクを貼って頂けないでしょうか。

>モータの負荷がちょっと増えただけで回転が大きく低下

実はこれで悩んでます。
低速の時はドリルをちょっと強く押し付けるとすぐに止まってしまうんです。

モータの回転数を安定に制御できるなら是非組み込みたいのですがせっかく教えて頂いても無駄になってしまうかも・・・

今はドリル本体には手を付けずに、ACアダプターの接続部分しか改造していません。
なのでモーターの構造はわかりません。(モーター本体をばらせるかわからないので今晩見てみます)

もしこんな状態でも大丈夫だったら是非教えてください。

ちなみにモータを止めた状態でのモータのDC抵抗値って、ACアダプターの差し込み部分(本体側)の抵抗をテスターで測れば良いのでしょうか?

投稿日時 - 2012-12-06 15:40:07

訂正です
>最初の0.5秒だけHが出る回路



最初の0.5秒だけLとなり、その後Hとなる回路です。(パワーONリセット回路のような)

投稿日時 - 2012-12-06 06:21:21

お礼

ありがとうございます。

投稿日時 - 2012-12-06 10:52:45

マイコン等は使わずということですね?

現在のトランジスタ(or FET)手前回路構成は、555からの出力、またはコンパレータの出力となっているはずですよね?
もう一つ555を追加するのもなんですので、NANDゲート等を使った立ち上がりエッジ検出回路を作って、スイッチONから最初の0.5秒だけHが出る回路を追加します。
追加した回路の出力と既存のPWM出力を、さらにANDゲート(NANDゲート2つ)に入力して、その出力でドライブしてはいかがでしょうか。

投稿日時 - 2012-12-06 06:17:20

お礼

ご回答ありがとうございます。
今は555からの出力をFETのゲートに入れています。
PWMの開始を何とかできないかと思っていましたが、別回路でタイマーを作ってFETに繋げれば良かったのですね。

タイマー部分はコンデンサーの充電時間を利用する方法があったような気がするのですが、立ち上がりエッジ検出回路で0.5秒を作るのは簡単でしょうか?
立ち上がりエッジ検出回路はこれから勉強するので(汗;)

投稿日時 - 2012-12-06 10:51:09

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