MOSFETを使用したスイッチと変圧器の作成

質問

電動スクーターの電気ユニットなんですが、このコーナーでMOSFETが使用されているというご指摘がありました。ネット上で検索してみますとMOSFETというのはスイッチの役目や電圧のコントロールなどに使われていることが解りました。それでは実際の制作はとなると素人には無理であるとの記載がございましたが、いずれにせよ壊れていますので、自作するしかございません。最終的に電圧６０ボルトの３段階程度の切り替えと電源の切断をしたいと思っています。勿論電圧を連続的に上下に制御できればそれがベストでは在るのですが。つまり運転の開始時には徐々にモータが回転して、走行時にはスピードを制御し、止まるときあるいは使用しないときは電気がモータに流れないようにしたいと思っています。電気は全くの素人です。スクーターは外国製で会社名や参考となるマニュアルはございません。

回答No.5

noname#12265 · ベストアンサー

クルマの設計屋で、過去に電気自動車や電動スクーターの研究・開発の経験がある者です。

　電界効果トランジスタ（＝FET）を使ったモータの制御としますと、チョッパー制御（この場合はPWM＝パルス・ワイズ・モジュレーションと言う制御です）をかけることになります。これは、最大電圧を維持しつつ、モータに印加する電圧の山を細かく縦割り（＝チョップ）にして電圧をコントロールするとゆぅモノです（オシロの波形で見て、６０Vのヤマがあるとしますと、このヤマを激しくON/OFFしてタテ割りの矩形波を入れます。矩形波を入れた分だけモータに電圧がかからなくなるワケで、この矩形波の周波数で実際にモータにかかる電圧を変化させます。モータには電気的な付加＝抵抗があるので、電圧制御は結果的に電流制御となり、それはモータのトルク制御となって、加速の緩急や走行抵抗に対する維持速度のコントロールとなります）。

　実際のハード（回路）は、この矩形波を発生させるコントローラと、その命令に従ってモータへの供給電圧を変化させるドライバに別れます。パワーMOS-FETはこのドライバに使われる事になります（この場合のFETの働きは、小電流で大電流をスイッチングするリレーと同じ様なモノ、とお考えになれば理解しやすいでしょう）。
　これは今日のモータ制御技術では至極当たり前の方法で、参考文献なども大量に出回っており、また、電子部品自体もそれほど高価ではありません。しかし基礎的なエレクトロニクス技術がなければ自力で製作するのは難しいのではないかと思います。（勿論、基礎的な・・・と申し上げた通り、正規の教育を受けないと身につけられないほど高度な知識でもありませんので、このさい勉強なさるのも一つの手ではあると思いますが・・・・ワタシ自身機械工学出身で、電子・電気工学はズブのシロートでした。）

　電源電圧は判っているので、後はモータの正体（構造や性能、回転角のフィードバック信号など）さえ判れば、汎用のドライバ（汎用のモータが売られている様に、汎用のモータードライバも売られています）を使って回すとゆぅ手もありそうです。（どちらのメーカのスクーターか判りませんが、この手の商品では汎用のドライバを使っている可能性もあります。）

　さて道交法の問題ですが・・・・対象とされているスクーターとは、ナンバーが付き公道走行が可能なモノでしょうか？もしそんなモノではなく、キックボードにモータが付いただけ、の様なモノでしたら認証もナニもありません。堂々と自作出来ます（この手の乗物には車両としての法規はかかりません。メーカは家電品などに相当するPL対策は打っているでしょうが、基本的には作り放題・売り放題です）が、走り放題、と言うワケにはいきません。モノによっては道交法上公道走行が出来ないので注意が必要です（これは車両自体の問題なので、ドライバを自作するかどぅかとは別の話です）。

　もしナンバーが付き、しかし本来原動機付き自転車登録となるのであればチャンスがあります。この場合は道交法ではなく純粋に車両法に属する問題です。
　原付なら届出にモータの制御方法に関する記載はありますが、そのハード的な構造には認定がありません。
　これは違反してもバレない、とゆぅ話ではなく、原付には細かい形式認定規則が無いので、部品を交換しても合法/違法の判断そのものをする規定がない、と言う事です。（逆に考えますと原動機付き自転車は認証がラク、とゆぅ事になり、故に原付相当の電動スクーターの製作・販売が、町工場レベルでも可能なのです。）

　一番確実なのは最寄の陸運局に問い合わせてみる事ですが（原付でも、車両法は陸運局管轄です）、経験的にはアイマイな回答しか得られないか、或いは灯火類や制動装置などの保安部分だけ見て『問題ナシ』と軽く言われてしまいます。

　但し、合法的に登録出来る事と乗物として安全に走行出来る事は別問題です。

　60Vとは本格的な電気自動車から見れば乾電池みたいなモノですが、しかし『死にボルト』と言って42V以上では電流値に関係なく感電で死ぬ可能性が出てきますし、また、出来上がったモノの作動確認用としてオシログラフぐらいは欲しいところ、更には一般路で使用するので耐久試験もやっておきたい、などとなりますと計測器や試験機の準備まで必要になり、ただ作るだけでは済まなくなってしまいます。
　この辺りをどぅお考えになるか、で自作するかどぅかが決まるのではないかと思います。

　ちなみに・・・・ワタシなら迷わずコントローラ＆ドライバを自作しますし、電動車両を個人で研究されている方も大勢おり、中にはスクータはおろかマトモなクルマの動力部さえ自作し、バッテリを満載して車検を通してしまっている方までいらっしゃいますが、勿論全て理系出身の技術者ばかりではありません。オシロなど持っていない方が殆どで、多くの方は日曜大工レベルで電動車両を製作しています。（このあたりの気軽さも、電動車両の魅了の一つと言えそうです）。

お礼

有り難うございました。大いに参考になりましたが、結構お金が掛かりそうですね。今後も相談するかもしれませんので、よろしくお願い申し上げます。

補足

お時間を頂きまして、有り難うございます。時間がございましたら、で結構ですが、

１）汎用のモータードライバーは秋葉原などで見つかるのでしょうか。
２）モータの正体を知るには、分解するとどこかに通常は記載があるのでしょうか。
３）確か電気自動車を制作している方々がおられるというのは聞きましたが、連絡先などはおもちではございませんか。

修理が完了してもどうも乗り回すという訳にはいかないと言うことが解ってきました。しかし原付認定の可能性も在ると言うことが一方で解りましたので、希望が少しもてるのかなと言う気もします。子供となにか作って遊びたいなと思っていましたが、かなり危険でもあると言うことも教えていただき、どうしようかなといったところです。

回答No.4

marimo_cx

元が道路交通法上の道路を走行できる電動スクーターであろうと、形式認定を受けた状態と全く違う制御回路をつけたとなれば、それはただの不法改造車です。
もしもそれを合法に乗るのであれば、自作車両として形式認定の無い車両と同様の車検を受ければ良いですが、電動機の形式も出力も判らずにそんなことが出来るわけがありません。
テスターの針が振り切って電流が測れなかったと書いていますが、針ということはアナログテスターですね？アナログテスターの相場はMax500mA程度なのに、2桁アンペアオーダーの電流が予測されるところにそんなことするなんて、ちょっとお話になりません。誘導負荷の尖頭電流をなめてませんか？

お礼

ご存じの方には本当に危なっかしいことをしているなと思われるでしょう。車庫にバッテリーをおいてあるので、今日帰ったら子供の手の届かないところに置くつもりです。1.5ボルトの電池とはちょっと訳が違うというのが分かってきました。ご助言有り難うございました。

回答No.3

Auravictrix

公道の走行可否についてはクロです。電動機のついた乗り物で一定以上のパワーが出るものなら厳密にはバイクでしょう。いったん事故ったらきわめて不利です。

日本電動スクーター普及協会　のＨＰがあるので参考にしてください。

公道を走ることが許可されているといって売ったら詐欺ですが、売るだけなら罪にはなりません。

参考URL：

http://www.hoh.co.jp/BatteryScooterAssociation/menu.htm

お礼

ご指摘のページを見ました。たとえ修理が完了しても乗れそうにも無いと言うことが解りまして、いまかなり気落ちしています。ご助言有り難うございました。

回答No.2

Auravictrix

工学書のある本屋で、こんなムックをぱらぱらとめくってみてください
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/32531.htm
もし、これならやったろうじゃんというのであれば、こんなところで質問している場合じゃないです。
こりゃアカンというのであれば、あきらめるかお金で解決した方がよいでしょう。ON/OFF だけするというのがありますが、運転がシビアで危険ですし、スイッチの入手が難しいでしょう。そもそも、それで怪我したら責任を問われます。（公道も私道も関係なし）
お金をどの程度かけられるかによりますが、電動スクーターの値段からして１万円も出せないですよね。それと、現状のcincinnatiさんのスキルと協力者の状況でおのずと最適解が出ると思います。おそらく、ほとんど一発で動く自信のあるものを作らなければならないと思います。作業にかかる人件費は持ち出しになるので趣味でないとやってられませんが。

電圧も高いですし、パワーも大きい（モーターに何Wか書いてありませんか）ので、それなりの保護や安全性を考えないと最悪燃えます。本気でかからないといろんな意味で火傷します。ネットではなく実地に手弁当で手伝ってくれる回路の組める協力者が必要です。

蛇足ですが、６０Vは電圧が高いですね。鉛電池を５個も積んでいるんですね。
ピーク１０A,　定常３Aというところでしょうか。

お礼

ご解答有り難うございました。お金で解決すると言うことは、経験のある技術者を捜して設計してもらうと言うことですね。どうも日曜大工のまねごとの領域を越えていると言うことが解りました。本の紹介をしていただきましたので、取り寄せて読んでみます。電流はテスターの針が振り切れていましたので、解りませんが、電圧は６０Ｖでした。ネットオークションで手に入れたので一度は載って走ってみたいと思っています。

回答No.1

marimo_cx

制御方式はなんですか？
そもそも電動機の方式とか仕様とかはどうなっているのでしょう？
今回も『全くの素人には無理』というアドバイスしか付かないと思います。
これを機に勉強して素人でなくなるという前提ならともかく、その気が無いなら無理です。

例えば参考に一つ言っておきますが、モーターの制御は世の中電圧制御だけではないのですが。

# ところでそれは公道を走るものですか？
# 自作制御回路じゃ公道走れません。

お礼

入手した時点で壊れていたので、無謀にも分解してみたところです。モータにもその他の部品にもなにも記されておりません。ただし、充電器にはいくつか数値が記されていました。この分野に全く知識が無いのであくまでも想像が先行しておりまして、見たところでは（電機部品は形が余り意味をもっていないようですが、）アクセルを回すとモータへの電圧、あるいは電力が変化するような仕組みになっているようです。通勤に使うつもりでしたが、その前に通学しないといけないようです。いずれにせよ有り難うございました。最後に、道路を走るように作られて売られている物が公道をはしれないとしたら、売っていることは犯罪になるのでしょうか。この分野でも通学が必要な気がしてきました。