楽しく遊ぶための初心者にもわかる電子工作のヒント

DCモーターの回転数を変えてみる

  

前のページでブラシ付きDCモーターは、加える電圧で回転数が変わるということがわかりました。

そしてさらに、回転数と電流値はあまり関係なく、電流値を変えても回転数を変えることは難しそうなこともわかりました。

また、トランジスタのページで試したように、電流増幅用のモノポーラトランジスタを使って、エミッタ接地回路でベースに加える電流値をボリュームを使って変えることで、100mA程度の電流を制御できそうだということがわかりました。

このことから、100mA以下で回転するDCモータ(FA130)を使って、実際に簡単に速度制御ができるのかどうかを試してみたいと思います。



ただ、ここで残念な「ネタバラシ」をしておきますが、ボリュームを使って、徐々に電圧を加えるという方法では、最初の回転を起こすところで問題が出ましたので、ここでやっているやり方はおすすめできません。

問題は、低速から徐々に回転数を上げていきたかったのですが、回りだしてくれません。 この記事は失敗談でもっと検討しないといけませんが、ここでは、考え方ややった内容を紹介します。

失敗した内容を書いていますが、収穫は、ボリュームでトランジスタのベース電流を変化させると、モーターの回転数が変化することがわかりました。 これは、何かのヒントになるでしょう。

当初は、ボリュームを使って、モーターの正転と逆転に加えて、速度コントロールを行おう・・・ということを目論んでいたのですが、低速からの起動時に、電圧が足らないで十分なトルクがないために回転を始めてくれません。 そうなると、ボリュームでスムーズな動作はできませんので、この考え方はダメだということです。

ここでは、やってみたことを紹介します。

トランジスタを使った基本回路   

手持ちのDCモーター(FA130)は、どうも純正ではなさそうですが、100mA以下の消費電流で、1.5~3Vでうまく回ってくれることから、トランジスタを使った基本回路で速度変化をさせることができそうです。 これが基本回路です。

モーターを回す回路例

この回路は、LEDを使って明るさを変えたときと同じものです。

2SC1815は、150mA程度までのコレクタ電流が流せますので、LEDをDCモーターに変えて、トランジスタのベースに加えるための抵抗(LEDのときには33kΩを使用)を考え直せばボリュームで回転を変えられると考えました。

LEDではコレクタ電流が20mA程度でしたが、モーターではコレクタ電流を100mA以上を流したいので、抵抗値を変更して対応します。

この抵抗値を計算しますが、何回か出てきているのですが、忘れた方は、こちらのページを見て確認ください。

電流増幅率を100とすると、コレクタに流したい電流が100mAとするとベース電流を10mA程度流してやる必要があります。 そこで、可変抵抗の100kΩからアースに流れる電流は微小なので無視するとして、必要な抵抗値を求めると ・・・

R=E/I=(5-0.7)/0.001=4300Ω になります。 しかし、ここで使用しているモーターは、電流が50mA程度もあれば充分回ってくれたので、ここでは、10kΩの抵抗器を使うことにしました。

これでいいのかどうかを検算(逆算)をすると、I=E/R=(5-0.7)/10000=0.43mAですので、増幅率が100であれば、0~43mAの電流が制御できることになります。(ちょっと不安そうなので、余裕を見て5kΩ程度にしたほうがよかったと思いましたが・・・)

【参考】

最初は、いろいろな不安がありますので、テスターなどで電流を測定していますが、もしも、異常な過大コレクター電流が流れそうなら、モーターに直列に、電流制限抵抗を入れてやればいいでしょう。 ここでは計算だけをしておきます。

この場合は、電源は5Vで、モーターの適正電圧は1.5~3Vですので、抵抗器によって2Vを低下させて100mAを流してやればいいので、 R=E/I =2/0.1=20Ω の抵抗を使えばいいことになります。 

このときの消費電力はP=IE から、0.02Wなので、1/8W型の小さい抵抗器で問題ありません。

以上、今までのおさらいを兼ねての計算ですが、OKでしょうか?

ブレッドボードで回路を組んでみます

ブレッドボードに組んでみた

ベース電流とモーターにかかる電圧、モーターに流れる電流をテスターを利用して測ります。 テスターが2つしか無いので、別々に測りました。

測定中

テスターのマイナス表示は気にしないでください。デジタルメーターは便利なので、こんなズボラなことをよくやってしまうのですが、・・・。

結果1

この結果から、(単純計算ですが) 電流増幅率は1.5Vで254、3.5Vで195 となっています。

もちろん、安価なテスターの値ですので、正確ではありませんが、最初は100と仮定したのですが、その値以上になっているので、結果的にはこの回路でうまく行ったようです。

ただ、モーターが回転していると、このようなグラフが得られるのですが、モーターが止まっている状態でボリュームを徐々に回して回転させようとすると、ベース電流はどんどん上がるのですが、モーターが回ってくれません。

この時、モーターは止まったままなので、モーターにかかる電圧が「0」のままです。

電圧がかからなければ、電流が流れないということですので、モーターが回らないことになります。 しかし、これはちょっと問題です。

そこで、手で少しモーターを回してやると、ベース電流に見合った電圧が加わって、通常のようにモーターは継続して回ります。

このようにボリュームによって徐々にコレクタ電流を高めるのではなく、いっきにモーターに1.5V加えれば確実に回ってくれるのですが、徐々に加える方法では、電圧が低いとトルクが不足して回り始めてくれません。これは困ります。

ここでの電気の流れは「水流」に例えられるのですが、電圧がかかっていなければ電流が流れない・・・という、まさにこの状態がこれです。ある電流を流そうとすると、電圧が必要・・・ということです。

余談ですが、低速から回す方法は?

アナログ的に、定速からモーターを回す方法の一つに、電流パルスを加えて制御する方法があります。

秋月電気さんから、「PWMスイッチングDCモーター速度可変セット」が販売されています。

これは、タイマーIC「555」を使って、発振波形のデューティ比を変えることで速度を変える仕組みですが、出力された波形の電圧をオシロスコープで測ると、最大値が10V以上あるのですが、周波数が10kHz以上なので、モーターがそれに追従しないで、見かけの電圧が3V程度以下になることで100RPM程度でもモーターが回ります。

また、マイコンを利用するデジタルを応用する、パルス幅を変えて、同様に速度調節することが一般的に行われています。

これはデジタルの領域ですので、ここでは取り上げませんが、これも上の555の場合と同様で、モーターに充分な電圧がかけられるので、電流だけで速度が変えられるということなのでしょう。


以上の結果、トランジスタだけで電流を変えても、電流が少ないと、それにつれて電圧が低下するので、この方法は失敗です。

当初は、ボリュームを回すと正転と逆転に加えて速度コントロールができる・・・という目論見があったのですが、結局うまくいきませんでした。

以下に、最初に考えていたイメージだけを示しておくことにして、このあとの回路の組み立てや実験は断念します。

考えていた回路 (ここでは、製作や動作確認はしていません)

この目論見は、電源を2つ用意して、さらに、コンプリメンタリ・ペアのトランジスタを用いることで電流の方向をボリュームによって変えようとして考えていた方法やNPNとPNPを2個づつ(計4個)を使ってHブリッジ回路を考えるというやり方が考えられます。

コンプリを使った回路例

コンプリメンタリ・ペアとは、特性のよく似たNPNとPNPトランジスタの組み合わせのことですが、今まで使っている2SC1815に対しては、(カタログにも書いていますが) 2SA1015が対応しています。

これを使って、ボリュームを回す位置で電流の流れ方と大きさを変えてやろう・・・という考え方ですが、この図は書きやすいように、コレクタ接地になってしまいましたが、エミッタ接地にしてもいいでしょう。

しかしともかく、回りはじめの不安やトランジスタ間のばらつき調整が面倒なことなども考えられるので、これを実際に組んでテストをしても、多分、いろいろな不安要素がありそうなので、ここでは、実際に組まないで、イメージだけを示しています。

その対策は、別の機会に考えようと思っていますが、例えば、ある電流で1.5V以上になるようにするとか、手動のスイッチと速度調整を分けて行い、スイッチで回転方向を切り替えるようにしておいて、起動時はモーターが回転する1.5Vが加わってすぐに回転をさげるようにするとか、・・・・などを考えないといけない感じがしています。 これらはゆっくりと考えるとして、ともかくここで、いったん中断します。

以上、ここでは、小型でたまたま消費電流が少ないDCモーターが手元にあったので、安価なバイポーラトランジスタを使って何かできないかを考えて記事を書いてきましたが、中途半端で終わり申し訳ありませんでした。

このように、電子工作では、自分で考えたことがうまく行かない・・・というような問題は通常的に起こります。それが楽しみと考えて、いろいろな方法を試すことも面白いことです。

今回使ったFA130が小電力で回ることから、このように常用のバイポーラトランジスタを思い浮かべたのですが、正規のモーターであれば、150mA以上の電流値が必要なので、使うトランジスタも2SC1815は使えませんし、ここで示した数字も、大幅に変わリます。 だから、この記事は、考え方の一つと受け取ってください。

このように、このHPでは、誰かが考えた設計図ややり方をそのまま真似るのではなく、いろいろやってみてヒントややり方を探ったり考えたりするのが目的ですので、その趣旨を理解して、オリジナルな電子工作を楽しめるようになっていただけたら・・・と考えています。

モータードライバー

ロボットなどをマイコンで動かす場合はモータードライバーが用いられます。 この記事はアナログ中心ですので、使用するには自由度も低いのですが、初歩的なところを次のページで取り上げましょう。

→ INDEX(目次)のページへ

次のページ DCモータ用にモータードライバーを使ってみる


PR
アクティビティーJAPAN  そとあそび

その他の記事紹介

ナイフ作りと熱処理を実践 ナイフを作りながら熱処理の基本を学ぼう
鋼の熱処理・焼入れは、専門的で難しそうですが、鋼種や基本のポイントを押さえれば家庭のガスコンロで焼入れができます。金のこをナイフに加工して、それを熱処理しながら方法や熱処理理論などを説明しています。

大阪市営渡船 大阪市営渡船を歩きました
大阪市には8か所渡船が運行しています。全工程の地図と渡船の時刻表をつけています。歩く距離は15kmほどで、乗船は無料。自転車も乗船OKですので、季節のいい時にトライしてはどうでしょう。

焼入れして硬化するステンレス鋼 焼入れするステンレスのウンチク
焼入れして硬くできるマルテンサイト系ステンレス鋼は、カスタムナイフの材料として人気があるのですが、熱処理の仕方や熱処理による性質がわかりにくいという声を聞きます。それらについて説明しています。

淀川河畔に建つ距離標 淀川の基点 淀川を全部歩く
宇治川から淀川になった京都府八幡市付近から流域約38kmを3回に分けて河口までを歩きました。

大阪のことば 私の大阪言葉
わたしの話し言葉は生粋ではありませんが大阪弁です。あるいは長年住み着いた「河内弁」が強いのですが、年々消えゆく「大阪ことば」をいくつか集めて録音しています。
  
Hanako's Papa のインデックスのページ INDEXのページへ
私のすべての記事のINDEXページです。
Page Top▲
(来歴)R2.2記事作成  R2.4見直し  R2.8様式変更2カラムに   R2.9見直し

電子工作記事の目次

最小限必要なことのおさらい(1-1)

最小限必要なことのおさらい(1-2)

最小限 必要な準備をしましょう

LEDで遊んでみよう

Arduino用センサキットのLEDで遊べそうですか

モーターを使って遊んでみよう

DCモーターの回転数を変えてみる

DCモーター用のドライバー

電子工作に使えそうなバイポーラトランジスタ

バイポーラトランジスタの互換性を見てみよう

バイポーラトランジスタのダーリントン接続

電界効果トランジスタFETの基礎

発振によってBEEP音を出してみよう

マルチバイブレータでLED点滅

その他の発振回路:少部品で確実に発振する回路

CdSセルを使ってみよう

電子工作に使うスイッチ類

メカニカルリレーを使った自己保持回路

磁気に反応するホールICを使ってみる

磁気センサの「磁気抵抗素子」

メロディーICを使ってみましょう

サーミスタと温度センサICを紹介します

光を利用する発光受光素子

オペアンプの使い方(1)オペアンプと電源

オペアンプの使い方(2)コンパレータ

オペアンプの使い方(3)非反転増幅

オペアンプの使い方(4)反転増幅回路

オペアンプを使った発振回路

タイマーIC NE555を使って見よう

コンデンサマイクのためにミニアンプ試作

テスターとオームの法則から始まる電子工作

応用のページのINDEX(目次)

関連記事のINDEX(目次)


その他の記事

大阪モノレール 18駅を紹介
大阪モノレール
大阪の北部を走る4両のかわいいモノレールで、全部で18の駅があります。途中にガンバ大阪のホームグラウンド最寄り駅の万博記念公園駅などがありますが、他線への乗り継ぎのための利用者が多いようです。一つ一つの駅に乗り降りして各駅を紹介しています

フィリピンへ英語の勉強に行こう!
フィリピン英語留学
英会話を学ぼうと1ヶ月間セブ空港のあるマクタン島に短期留学したときの内容です。会社に在職中のシニアが単身1ヶ月留学でしたが、行ってよかったと思っています。今、新型コロナの影響で渡航は難しいのですが、何かの参考になれば・・・。

大阪城のトイレを全部紹介
大阪城の公衆トイレ
大阪の観光名所で外人さんを含めてたくさん訪れる大阪城ですが、トイレがいま一つという感じがします。約20ヶ所の公衆トイレがありますが、全部の男子用トイレの外観を紹介していますが、皆さんは、どのように感じられるでしょうか?

大阪国際空港
大阪国際空港
大阪の人は伊丹空港と呼んでいますが、国際線は関西空港に移ったあとでも国際空港の名前が残っています。運営会社が変わって施設の更新も進んでいます。レストランや駐車場情報も随時更新。

おすすめのスポンサーサイト







レアジョブは満足度No1、hanasoはNo2と自社でPRしているところからおすすめです。私はhanasoで5年以上学んでいます。しっかりしたオンライン英会話サイトは長続きできます。
ネイティブと話すにはNOVAが安くて便利です。他の教室も利用できるしマンツーマンの授業料も安くなっています。
















趣味の世界はよくわかりませんが、最近息子がフィギュアや船のプラモデルを作っているのを見て、非常に奥深いのを感心しながら見ています。結構高価なものも多く、完全に大人の趣味の世界ですね。








   

私の利用しているWEB関連の会社です。HPがわかりやすいので長い間利用しています。ストレスがないので長く使えているのでしょう。