モータ
対象に「動き」を与えるもの,日本語では特に電動機(電気エネルギーを運動エネルギーに変換する)を指す事が多い.
電源電流とモータ電流
モータに流れる電流と巻線に流れる電流の差に注意.
モータドライバはチョッパ回路である。
いかに効率よく電力を伝える(導通損失やスイッチング損失はあるけど)がポイント。
モータに供給される電力は,電源から与えられる電力からモータドライバの電力損失を差し引いた分の電力.
電圧、電流の変換なので、モータに流れる電流と電源に流れる電流は異なることに注意する。
Motor controllers: Input current versus Motor current, Power Conversion
Understanding why the motor phase current is different to the power supply currents
Understanding Why Motor Phase Current is Different than Power Supply Current
回生
モータが発電機として動作し,電源に向かって電流が流れる.
電源がこれらの電流を吸収してくれない場合,配線に含まれるインダクタンス成分の影響により電源電圧が跳ね上がる.これによりパワー素子の耐圧を超えてしまい最悪破壊に至るので対策が必要.
まだ理解が足りてない.
モータの持つ運動エネルギーが電気エネルギーに変換される.
ロータの運動エネルギー→インダクタに貯まる電気エネルギーという変換
また,回生した電力が吸収されない場合,電圧が上昇する.
この電圧が使用している素子の耐圧を超えないようにする必要がある.
電源ライン(DCLinkとかDCバスとか呼ぶ)に大容量のコンデンサを並列に接続するとある程度電圧の上昇を抑えられる.
この時の電圧変化はコンデンサに貯まる電気エネルギーで計算が可能.
$$\frac{1}{2}J\omega^2 \to \frac{1}{2}LI^2 \to \frac{1}{2}CV^2$$
定格電圧から上昇分の電気エネルギーを蓄える必要があるので注意.
電源ラインの定格電圧を$V_{min}$,許容可能な最大電圧を$V_{max}$とすれば,静電容量$C$のコンデンサが蓄えられる電気エネルギー$E_{cap}$は
$$E_{cap} = \frac{1}{2}C(V_{max}^2 - V_{min}^2)$$
静岡理工科大学の高橋久先生という人が有名らしい.セミナーとか講演を結構やってる
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Motor Drive forum の上位 FAQ(よくある質問)パート 2: モーターからの回生と VM 上昇を推定する方法 (Motor Drive forum Top FAQs Part 2: How to estimate motor regeneration and VM pumping )
図のキャプションの位置に注意
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電流減衰(Decay)
モータに流れる電流を減衰させる方式.
Fast Decay
電流を電源に戻す.モータの運動エネルギーを電気エネルギーへと変換して電源に返すため,システム全体としてみたときの効率は高い.しかし上記のように電源が回生したエネルギーを吸収しきれない場合, 電圧が上昇するので注意.
Slow Decay
モータ及び配線の内部抵抗から熱によってエネルギーを消費して運動エネルギーを減らす.
Fast Decayに比べて電流の減衰速度が遅い.
モータの電流を電源に戻さないので,回生は生じない.Fast Decayのように回生由来による電圧の上昇については検討しなくても良い.
ステッピング・モーターの制御で重要な“Decay(電流減衰)”って知っていますか?~第一部:Decayとは~
パラメータ
モータ定数
トルクを発熱の平方根で割った値。
熱制限がある中でモータを選定するのに重要なパラメータとなる。日本のモータメーカではモータ定数について説明しているものを見つけられなかった。というかモータ定数という名前が検索性悪すぎる。
Motor constants
Why Motor Constant Matters in Thermally Limited Applications
$$K_{m} = \frac{Torque}{\sqrt{Power}}(\frac{Nm}{\sqrt(W)}) = \frac{K_{t}}{\sqrt{R}}$$
ここで、$K_{t}$はトルク定数、$R$は巻線抵抗