モータ動作の原理が見える「ブラシレス・モータ＆インバータ」教材を機能強化 ―― 回生機能と3相PWM制御モニタ用LED 9個を新たに搭載

　CQ出版社が販売している教材キット「CQブラシレス・モータ＆インバータ・キット」のインバータ基板の仕様がバージョンアップしました（写真1）．ここではその仕様変更個所について説明します．なお，ドライバ基板のMOSFET周辺部/V850搭載制御基板部の仕様は変更していません．

写真1　完成した「CQブラシレス・モータ＆インバータ・キット」

●インバータが生成する3相PWMのモニタLED搭載

　本キットでは，3相フルブリッジ回路を用いたPWM方式のインバータ制御を行っています．ドライバ・デバイスとしてU相/V相/W相のそれぞれにハイ・サイドとロー・サイド用のMOSFETを計6個搭載しています．バージョンアップ後のインバータ基板には，各MOSFETがON状態のときに点灯するモニタ用LEDを6個搭載しました．これによりPWM動作原理を理解しやすくなりました（図1）． また，ステータとロータの永久磁石の位置と同期させるために，ステータのU相/V相/W相の各コイルの上にホール・センサが付いていていますが，このホール・センサの磁石検出用のモニタLEDを3個搭載しました．

図1　3相120°通電パターンによるモータ回転の仕組み

 　これらのモニタLEDにより，現在，回転のどのステージにいるかをひと目で確認できるようになりました（写真2）．もちろん，高速回転時は人間の目では点滅が分からなくなりますが，本キットには，ボリュームにより回転数を変えられるソフトウェアが標準で付いてるので，低速回転にして確認することができます．オシロスコープがある場合は，信号線を観測することで理解がいっそう深まります（写真3）．

写真2　3個×3列に並んだ黄色のモニタLED

　上段はホールセンサ・モニタ(左からU/V/W相)，中段はハイ・サイドMOSFETモニタ(左からU/V/W相)，下段はロー・サイドMOSFETモニタ(左からU/V/W相)，さらに最下段には電源スイッチとそのモニタLED（この写真は図１のステージ１に相当）．

写真3　オシロスコープにつなげてPWM波形を観測

本キットを使用したCQエレクトロニクス・セミナの実習の様子．

●昇圧回生機能を搭載

　回生機能の実現にはいろいろな手法があります．本キットでは鉛蓄電池への昇圧回生を実行する回路とボタン・スイッチが新たに組み込まれており（写真4），それを実験する回生ソフトウェアが搭載されています．これにより基本的な回生機能の動作を確認できます．回生が実行されているかどうかは，ロー・サイドMOSFETがONになっていること（U/V/W相ロー・サイド用LED3個が点灯）で確認できます．

注：　旧キットでも，回生用回路/スイッチを配線すれば同様の実験は可能だった．

写真4　標準で用意された回生用スイッチ（中央部の押しボタン）


 

 　本キットは，CQ出版WebShopで販売しています．標準セット版（ソフトウェア開発環境minicube2付き）の価格は84,000円(税込)，簡易セット版（ソフトウェア開発環境なし）の価格は75,000円(税込)です．

●参考文献
(1) Tech Village編集部；「はんだ付けとコイル巻きでモータ技術の神髄を体感 ―― CQエレクトロニクス・セミナ「実習・モータ&インバータの原理と組み立て」，Tech Village，2012年8月14日．
(2) CQ出版社；CQエレクトロニクス・セミナ つくるEV技術シリーズのWebページ　（本キットを使用した実習セミナを随時開催）．
(3) Tech Village編集部；「手巻きモータ・キットを使った『EVミニカート・レース』の開催を計画 ―― コイルの巻き方と制御プログラムが勝負を左右」，Tech Village，2012年11月26日．