DCモーターのテストとその後

DCモーターをPWMで動かして、無負荷時とスピンドルを負荷にしたときをそれぞれテストしてみた。

PWMは、30%、55%、80%の３パターンにした。
ここでPWM100%にしなかったのは、DCモーターの定格が7.2Vで、電源電圧が12V。だから計算するとPWM量が80%程度がほぼ定格だろうということだから。


そして、無負荷のときは、各パーツの温度上昇もそれほど大きくなく、上昇も30分以内で安定するような感じだった。

モーターの回転数は、PWM30%で7,000RPM前後、55%で15,000RPM、80%で21,000RPMだった。このマブチモーターはデータシートから23,000RPMまで回るようなので、PWM80%では多少余裕があるが上限近くまで回転しているようなので、先にPWM80%までと決めたのは、正解だったと思われる。
画像は、PWM80%時のゲート電圧とソース電流の様子。









しかし、この後の負荷テスト、プーリーのゴムベルトをつないで同様なテストを行ったのだが、いろいろと問題が出てきた。

まず、PWM30%でテストした際は、フライホイールダイオードの温度上昇がすごくて、10分も経たないうちに80℃まで到達してしまった。

予想外に電流が流れているようだったので、ダイオードを3個から計8個に増やした。これで電流容量は、15Aから40Aになる。






ダイオードを増やしてテスト再開。今度は60℃手前で安定した。

次に、負荷を増やすため、PWM５５％でテストを実施。モーターの回転数が10,000RPMを超えたあたりから、騒音と振動が酷くなってきた。これは、機械的な要素の問題で、おそらくプーリーの芯が出ていないためと、モーターの台の剛性が足りないのだろうと思った。
とりあえず、30分間運転してみて、電気系統の温度上昇などのデータを取った。今度はMOS-FET保護のために入れたショットキーバリアダイオードの温度上昇が目立ってきた。しかし、全体的には60℃内に収まっているようなので、もう少し様子を見てみることにした。

スピンドル部分も温度上昇が見られ、PWM55%、30分後に42℃まで上昇していた。振動の影響だろうか。いったんスピンドルもオーバーホールしたほうがよさそうだ。

画像は、PWM55%時のゲート電圧とソース電流。
MOS-FETがON時の電流が8Aで、無負荷時と比べ約２倍になっている。





さて、あまりにも振動がすごいので、このあとのPWM80%のテストは実施しなかった。

もう少し、振動をすくなくするため、モーター台の剛性UPなどを検討することにした。
ベルト駆動だと、プーリーから作り直しになりそう。それなら、モーターをスピンドルに直結したほうが良さそうだと思う。