###### tags: `講習会` # モータードライバ! 🍌 ## これまでの変遷 ### gen2 ![](https://i.imgur.com/nSZKiSt.jpg) - コンセプト - BLDCを直接水冷 - [プロト](http://www.hagitec.co.jp/z_sonota08.htm)したモタドラを水冷 - 基板間通信はCAN通信 - 欠点 - 時間が足りなかった - 基板をプロトしたことによる**メンテナンス性の低下**（極大） ![](https://i.imgur.com/R0uzguN.jpg) ### gen3 - コンセプト - モジュール化 - 円形基板による蓋 - モタドラ2つで基板1枚 - 基板にpwmを突っ込んでいた - プロトしたモタドラを水冷 - 裏面はすべて表面実装 ![](https://i.imgur.com/PvpDnGF.png) ![](https://i.imgur.com/Nm8zVc2.jpg) - 結果 : モータードライバが死んだ - 正転逆転の急な切替, 過電流検知などが考えられる -> 電流検知したい ### genzou - コンセプト - gen3よりも細かくモジュール化した - モタドラ1つで基板1枚 - nucleof303k8のicを乗っけてCAN通信で操作 - 例のごとくプロトしたモタドラを水冷 - 死因 - 水没 - 割とすぐに水没したため, 性能不明 - 電流計測用にシャント抵抗いれたりしてた ### gen4 - コンセプト - モタドラのモジュール化を諦めた - 水中のスイッチング遅いし, モータードライバ使わないでもいいじゃん(?) - リレーは発熱小さい(それでもあったかい) - 死因 - fetが発熱して養生テープ溶かした - fetが焼死 -> 冷却しないと厳しくない? ## 色々 ### 円形基板による蓋 - 領域を探せば多分ある - 水深3mまで行っても浸水しなかった - 十分にモータードライバを冷却できていた - セッティングがめんどくさい - gen3 ver.では基板に対してpwmを渡した ![](https://i.imgur.com/k1ACANZ.jpg) ![](https://i.imgur.com/vc7MVS1.png =x200) - genzou ver.ではCAN通信によりf303k8にpwmを出させていた. モーター1つにnucleo1つなので金がかかった（nucleoを使わなければ安く仕上がりそう） ![](https://i.imgur.com/G2leLBY.jpg) ![](https://i.imgur.com/5uDi4bW.png =x200) - 使用したモータードライバはtb6643kq(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07688/) ### リレー使用モータードライバ - リレーを使い始めた - 使用したリレーは接点容量5A, 2回路C接点([接点について](https://www.fa.omron.co.jp/guide/faq/detail/faq04785.html))のもの(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01214/) ![](https://i.imgur.com/UxUxHKj.jpg) ![](https://i.imgur.com/moxDRXf.png) - トランジスタでリレーを駆動している - 何も考えずにやってしまったので簡単な構成です(参考 : http://www.nteku.com/toransistor/toransistor-reray.aspx) - リレーの駆動方法は色々あるっぽい(https://www3.panasonic.biz/ac/j/control/relay/app_circuits/index.jsp) - トランジスタによるリレーの駆動でモーターの回転方向, FETによりON/OFFを切り替える - ターミナルブロックがモーターへの出力になっているので, 割と自由にモーターの付け替えができる - 電流検知できるようにした ### 過電流破損は何故起こるか 直流モーターの特性は，以下の形で表すことが出来る $$ V = RI + V_{EMF} + L\frac{dI}{dt} $$ただし，Vは電源電圧，Rはモーター巻線抵抗，Iは電流値，Lは巻線インダクタンスである． $V_{EMF}$はモータの逆起電圧であり，モーター定数$K_M$を用いて次のように書ける $$ V_{EMF} = \omega K_M$$ 一方，モータの生じるトルクTと電流の間も，モータ定数を用いて次のように書ける $$ T= K_MI $$ さて，電圧入力Vを加えるとどうなるか考えてみよう まず初め，巻線のインダクタンスによって起電力が生じる．この電圧は，時間の経過とともに減じていくが，回路構成によっては問題となるインパルス波形となることがある．モータ線間にキャパシタを入れることで軽減可能である． 次に電流が増加していくにつれてトルクが生まれる．このトルクが外部の特性を通じて回転数を増加させる．そして回転数が増えるにつれ，それに応じた逆起電圧が生じる． 逆起電圧が増加すると，今度は回路に流れる電流が減じることになり，やがて平衡状態に達する．これが，モータ回転時に回路で起こっていることである． さて，水中で急激に入力電圧を変化させるとどうなるか． 巻線インダクタンス分の電圧変化の終了後，電流増加によってトルクが増大する．本来それによって回転数が上昇して逆起電圧により電流は減少する．しかし，水中では粘性が大きいため，モータの回転数が直ちには上がらない． その為，空中時に比べて長時間大電流が流れると思われる． この現象は水中では特に影響が大きいと考えられる． 入力電圧を入れる際には，増加をなるべく滑らかにすることが重要と思われる． # 電源回路 🦀 ![](https://i.imgur.com/tntj4ds.png) ## 電源周りでやっておくこと 🥔 そんなに関わったことないけど任されたので知ってる限りのことで頑張ります 0. バッテリーは絶対に浸水しないように防水します 1. バッテリーの近くにヒューズを入れます 1. 緊急停止スイッチを入れます 1. モタドラ基板やマイコン基板の電源など, 要所要所に電源安定コンデンサを入れます 1. バッテリー電圧がすぐに見れるような状態を作っておくといいです（水中では赤色表示推奨）(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08468/ など) たぶんバッテリーはバッテリーケースを作って入れることになるのかなと思います. アクアではLiFeバッテリー(https://kondo-robot.com/product/life_f3_1450)を使っていて, 電流不足は起きたことなかったはずです. 電源ラインの波形をオシロスコープで見るとコンデンサの容量が足りているかがわかると思う. gen4は4700uFの電源用電解コンデンサ(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-14096/)を使ってる. ## バッテリーについて 👓 上に出てきたバッテリー(https://kondo-robot.com/product/life_f3_1450)を例にちょろっと書きます. このバッテリーの性能は3セル/9.9V/1450mAh/C-Rate:20Cです.1450mAhというのは容量です. 1450mAを要求すれば1h持続, 2900mAを要求すれば0.5h持続するというようになります. またC-Rateは充電, および放電のスピードのことです. 定電流充放電測定の場合, 電池の理論容量を１時間で完全充電（または放電）させる電流の大きさを1Cと定義しています(https://www.toyo.co.jp/material/faq/detail/id=14893). このバッテリーの容量は1450mAhより, 20Cは29Aに相当するので完全放電するまでの時間は3分になるそうです.(つまりバッテリーの最大出力電流は29Aと考えることもある) ## 緊急停止スイッチ てんさんが防水スイッチを作ってくれたので, 12Vリレー(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-06095/)を代用しました ## 定電圧を作る 定電圧レギュレータ, DCDCコンバーターを使いましょう. 放熱が不安なところはパターンの工夫を面倒臭がらずにDCDCコンバーターを使うと安全かな - アクアで使ったことのある定電圧レギュレータ - 部室に落ちてるやつ - 大きい - [三端子レギュレーター　３．３Ｖ２５０ｍＡ](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-13612/) - STM32F303K8だけならこれでも十分 - アクアで使ったことのある5VDCDCコンバータ - [三端子ＤＣ／ＤＣレギュレータ　５Ｖ　ＢＰ５２９３－５０](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-11188/) - Max1Aで制御回路用(CAN通信含む)に使った - [降圧コンバータ - DC-DC 12V / 24V〜5V 5A、DC電力コンバータ、高電圧降圧コンバータ](https://www.amazon.co.jp/gp/product/B07L98VPQ9/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o07_s00?ie=UTF8&psc=1) - Max5Aでラズパイのために使った - でかい # 競技会向けのお話🦒 ## 構成 現状はお弁当箱に防水グランドが各々の好きな数だけ付いている状態だと思います. 1. モータードライバをお弁当箱に入れるか, モジュール化するかを決める. 他の選択肢を思いついたら是非チャレンジして欲しいです. 1. お弁当箱に入れる場合, 発熱が問題ないか考えましょう. モータードライバの発熱が原因で死ぬことが多いらしいので. 1. モジュール化する場合, プロトして水冷するか否か, モータードライバ基板にどうやって指令を出すか(CANなどの通信, **光通信**,PWM,etc..), 電源をどうやって供給するか. 1. 動かしたいモーターの性能, 制御にあうようにモタドラ基板の設計(動作電圧, 出力電流など) 基板の裏は絶縁保護のためにテープを貼っておくといいです. gen4の事件のように養生テープは簡単に溶けて臭いので, アクアで買ってある[耐熱絶縁テープ](https://www.amazon.co.jp/MIRAI-%E3%83%86%E3%83%95%E3%83%AD%E3%83%B3-300%C2%B0%E9%AB%98%E6%B8%A9%E3%83%86%E3%83%BC%E3%83%97-%E3%83%86%E3%83%95%E3%83%AD%E3%83%B3%E3%83%86%E3%83%BC%E3%83%97-19mmx10m/dp/B07X847H9N/ref=sr_1_1_sspa?adgrpid=61561843909&gclid=EAIaIQobChMIvorwioaM5QIVA3ZgCh1W5gwVEAMYASAAEgJe8_D_BwE&hvadid=312376941806&hvdev=c&hvlocphy=20636&hvnetw=g&hvpos=1o1&hvqmt=e&hvrand=8092337600667074187&hvtargid=kwd-320752714014&hydadcr=4164_9985748&jp-ad-ap=0&keywords=%E8%80%90%E7%86%B1%2B%E3%83%86%E3%83%BC%E3%83%97%2B%E7%B5%B6%E7%B8%81&qid=1570516584&sr=8-1-spons&spLa=ZW5jcnlwdGVkUXVhbGlmaWVyPUFBQ0tYS1JTOUYxU0UmZW5jcnlwdGVkSWQ9QTA1MTI0MDAyR0hNSUUzN1I4QjVTJmVuY3J5cHRlZEFkSWQ9QTI5SVRIRk1ZRTgzS0cmd2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGYmYWN0aW9uPWNsaWNrUmVkaXJlY3QmZG9Ob3RMb2dDbGljaz10cnVl&th=1)を使うと無難. ## 市販モタドラの選定 gen3,genzouで使ったモタドラを選んだ時の話です - gen3から使っているモーター: ＤＣモーター　ＲＳ-３８５ＰＨ-４０４５(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-06439/). - このモーターは電圧範囲:3.0-9.0VＤＣ（標準６．０Ｖ）, 負荷電流：２．７Ａ（３．５Ａｍａｘ） - バッテリーは9.9V - 使うモタドラに要求する条件としては9.9Vを電源として投入できて, 最大出力電流が3.5Aよりも大きい - TB6643KQ(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07688/)は電源電圧：５０Ｖ（最大）,出力電圧:50V(最大),出力電流:4.5A(最大)であり, 上述のモーターの条件を満たしていたため選ばれた. ### 小さいモータ用のモタドラめも 小さいモータを動かすために使ったモタドラのめも - NJM2670D2 - 基板切削を使う時間すらなかったときに手はんだのために利用 - TB6612FNG ## 基板を作る テスト用のユーザーLED, Serialピンを生やすと便利.(忘れたらJlinkを使おう!) 小型化を目指そうな... i see..