DCモータのトルク制御とは？

質問

DCモータの回転数を制御する場合、モータに印加する電圧の大きさを調整しますよね。

DCモータのトルクを制御する場合は、何を調整しているのでしょうか？
もちろん、トルクの大きさを変えるということは電流の大きさを変えるということだと思いますが、電流の大きさはどうやって変えるのでしょうか？電流の大きさというのは、モータに掛かる負荷によって決定されてしまうのではないのでしょうか？

一定の負荷が掛かる負荷器にDCモータを繋いでトルク（電流値）を制御する場合、その電流の大きさはどのようにして調整されるのでしょうか？

回答No.6

fxq11011 · ベストアンサー

電圧を上げる＝電流を増やすです。
直流モーターは停止時最大の電流が流れ、トルクも最大です、（余ったトルクは回転数に変換され回転数上昇とともに電流も減少します、少々荒っぽい説明）。
同じ電圧なら、負荷が大きければ、回転数が上がらず、その分多くの電流が流れます。
一定の負荷なら、電圧下げれば、電流も下がります、電圧そのままでなら、抵抗で電流制限できます（抵抗による電力の損失があります）、最近は抵抗ではなくチョッパ回路で電力そのものをコントロールするものが大半？。
無負荷で低回転、大トルクという動きはしません、低回転で大トルクは大負荷の時です。
ガソリンエンジン等を車に使う時は変速機が必要ですが、電気モーターを使用すれば、トルクコンバーターのオートマ以上に広い範囲をモーターのみでカバー可能です。
電圧＝抵抗×電流
なので、抵抗も電流もそのままで電圧だけ変える（変わる）ことはありません、抵抗（負荷）は一定の場合が多いかと・・、なら電圧変えれば、勝手に電流が変わります。

お礼

丁寧にご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.8

fxq11011

チョッパ回路、スイッチをオン・オフ繰り返す回路。
オン・オフする時点では電圧は変わりませんが、実際に負荷に流れるときは平均化？されて電圧が下がります。
１V・１A・１秒、（電気量、１W秒＝１クーロン）オン、１秒オフの繰り返しを例にすれば、出力側は２秒で、電気量１W秒＝１クーロンで、時間は倍ですが電気量は同じため平均化すれば１秒あたりの電気量は半分になる。
電気量はW×時間、W＝電圧×電流、電流は負荷抵抗により変わるため、供給電力（W）が一定なら電圧が変動する。
直流の可変電圧降下にチョッパが利用されます、回路の後に平滑回路を入れます。
パルスの幅が狭くなるほど電圧は下がります。

お礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.7

sailor

DCモーターと言うのが、いわゆるコンミテーターモーター（模型などに使われるブラシを使うタイプ）であるならば、方法は二つに大別できるでしょう。１つはもっとも単純な方法で、抵抗を使うなどしてモーターに流れる電流を制限してやる方法です。

もう１つは最近ではこちらの方が主流でしょうけれど、半導体を用いて細かくオン/オフを繰り返してやる方法です。毎秒数百回から数千回という速さでオン/オフを繰り返すのですが、このオンの時間とオフの時間の割合を変えることで、実質的に出力を変化させているのです。ある程度以上はやい速度でスイッチングしてやれば、モーター自体の慣性による効果もあり振動なども問題なありませんし、トルクを抑えてる間はスイッチオフになっている時間が有るため電力の節約にもなります。このような方法をチョッパ制御と言いますが、チョッパとは切り刻むと言うような意味で、通電時間を細かく切り刻んでいるためこう呼ばれます。抵抗方式とは異なり電圧は変化させていないことに注目です。

先の方も述べられていますが、コンミテーターモーターでは電圧が一定の場合はほぼトルクの値と電流の値は比例関係になります。コンミテーターモーターでは出力軸を拘束（とめた）状態でトルクが最大になり電流値も最大になります。回転数が上がるにつれて電流・トルクともに小さくなる傾向があります。従って、負荷が一定であればモーターに掛かるトルクも変化が無いので、電流値にも変化が無いことになりますが、このような状況では調整自体が不要では無いでしょうか？

お礼

詳しくご回答ありがとうございました。参考にさせて頂きます。

回答No.5

xpopo

＞DCモータのトルクを制御する場合は、何を調整しているのでしょうか？
もちろん、トルクの大きさを変えるということは電流の大きさを変えるということだと思いますが、電流の大きさはどうやって変えるのでしょうか？電流の大きさというのは、モータに掛かる負荷によって決定されてしまうのではないのでしょうか？

回答＞＞
　DCモーターのトルクT（Ｎｍ）はトルク定数をKt（Nｍ／A)、電流をＩａ（A)とすれば、

　　　Ｔ（Ｎｍ）＝Kt（Ｎｍ／Ａ）×Ｉａ（Ａ）

で与えられます。したがって、モータ電流Ｉａを制御すればモーターの発生トルクＴ（Ｎｍ）は制御できます。
モータを定電圧で駆動した場合はモータ電流はモータの負荷によって決まりますがモータを定電流駆動すれば定トルク駆動が可能になるということです。
　モータを定トルク駆動、すなわち定電流駆動した場合、負荷トルクとモータの発生トルクが釣り合わないとモータの回転数は大きく変動してしまいます。もし、負荷トルクよりも発生トルクが大きければ回転数はどんどん上昇してしまいます。逆に発生トルクが小さければ回転数はどんどん下降し、ついには停止してしまいます。
　モーターを定トルク駆動する場合、回転数を検出する回転数検出器をモータ軸に取り付け、その回転数検出信号をフィードバックに利用して回転数のフィードバック制御を行わなければなりません。
　尚、モータの定電流駆動の一例の回路図を添付しておきますので参考にしてください。

お礼

わかりやすくご解説頂きありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.4

tadys

DCモータと言っても色々種類が有るんですが、もっとも良く使われる固定子が永久磁石の場合では
電圧が一定の場合、トルクと回転数、トルクと電流は一次関数の形になります。
http://motorlab.seesaa.net/category/2084199-2.html
電圧と回転数をモニタしておけば、その時のトルクが分かるので、必要に応じて投入する電圧を制御すれば良い。

トルク一定で回転数を上げるには電圧を上げれば良い。
回転数一定でトルクを上げるには電圧を上げれば良い。
どちらの場合もモータの出力が上がるので投入する電力が増加します。

昔の電車のモータは直巻モータを使っていたのでトルクと回転数は反比例の関係になるので、無負荷（トルクゼロ）の状態で運転すると回転数が上がりすぎて危険な状態になります。
自動車のセルモータには直流直巻モータまたは直流複巻モータが使われます。

お礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.3

tetsumyi

昔は電車でも抵抗を入れて電流制御していましたが、最近では無駄なエネルギー消費を無くすために、
DCモータのトルク制御は短時間でのON、OFFを繰り返し、ONとOFFの時間を変えることで平均電流が一定値になるように制御しています。
電流検出はシャント抵抗を使わないでホール素子を使って磁気的に検出していますから、全ての面で非常に効率が良くなっています。
全てはコンピュータ制御ができるようになったおかげです。

お礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.2

fjnobu

一定電圧で回転させていると、負荷が大きくなると電流が増えます。
直列に抵抗が有ると、負荷が大きくなると電流が増えると電圧が下がり、速度が落ちます。
トルクを制御するのは、電流が増えたときには電圧を増やすように制御します。

お礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.1

noname#215107

通常はモーターの回転数を測定し、フィードバックして制御となると思います。
（いわゆるサーボモーター。）

お礼

ご回答ありがとうございました。参考にさせて頂きます。