2022.12.15 Coskx Lab　　

１　PWM周期 1msec での電流観察

PWM周期を1msecとし，2つの駆動方式でモータを駆動し，デューティ比を変化させて，電流観察します。
pwm周期1msecは測定対象の電気的時定数に対して10倍の大きさです。

２　通電・絶縁駆動方式での電流観察

通電・絶縁駆動方式では，正転通電と絶縁をPWM周期で繰り返します。

2.1 PWM周期 1msec デューティ比50% モータ軸を強制固定

モータ軸を強制固定しないと軸が回転し，逆起電力が発生します。出来るだけ純粋な状態を測定したいので，モータ軸を回転しないように強制固定しました。
PWM周期1msecデューティ比50%で0.5msecのパルスがあります。パルス高は1.3Vなので正転駆動区間では1.3Aの電流が流れていることがわかります。
パルスの立ち上がりでは，インダクタンスの作用で，電流の立ち上がりがなまっているのがわかります。
パルスの立下りでは，絶縁状態になるのでなまりはありません。

2.2 PWM周期 1msec デューティ比50% モータ軸は自由に回転

モータ軸が回転し，逆起電力が発生します。
PWM周期1msecデューティ比50%で0.5msecのパルスがあります。パルス高は0.5Vなので正転駆動区間では0.5Aの電流が流れていることがわかります。
発生している逆起電力は強制固定時の1.3Vとの差である0.8V程度となります。
（逆起電力による発生電圧は回転数に比例します。)
停止（フリー）区間では，当然ですが電流はOFFになっています。
なお，パルスのギザギザは，DCモータ回転中のブラシの切替の影響と思われます。

2.3 PWM周期 1msec デューティ比25% モータ軸を強制固定

PWM周期1msecデューティ比25%で0.25msecのパルスがあります。
パルスの立ち上がりでは，インダクタンスの作用で，電流の立ち上がりがなまっているのがわかります。

2.4 PWM周期 1msec デューティ比25% モータ軸は自由に回転 (ゆっくり回転)

PWM周期1msecデューティ比25%で0.25msecのパルスがあります。
逆起電力の影響でパルスのピークが強制固定時よりも低くなっているのがわかります。

2.5 PWM周期 1msec デューティ比10% モータ軸は非固定ですが回転できず

モータ軸は固定していませんが，回転を始めることができない状態です。
PWM周期1msecデューティ比10%で0.1msecのパルスがあります。
パルスのピークは立ち上がりきる前に立ち下がってしまっています。

３　通電・ショート駆動方式での電流観察

通電・ショート駆動方式では，正転通電とショートをPWM周期で繰り返します。

3.1 PWM周期 1msec デューティ比50% モータ軸を強制固定

PWM周期1msecデューティ比50%で0.5msecのパルスがあります。
パルス高は立ち上がり切る前に立ち下がってしまい，0Vまで落ちる前に再び立ち上がっています。
パルスの最大高さは1.4Vです。

3.2 PWM周期 1msec デューティ比50% モータ軸は自由に回転

モータ軸が回転し，逆起電力が発生します。
PWM周期1msecデューティ比50%で0.5msecのパルスがあります。
逆起電力の影響で，「3.1」の波形を1.1V下げた波形になっています。
（1.1Vの逆起電力が発生している。）

3.3 PWM周期 1msec デューティ比25% モータ軸を強制固定

PWM周期1msecデューティ比25%で0.25msecのパルスがあります。
パルス高は立ち上がりきる前に立ち下がってしまい，0Vまで落ちてから再び立ち上がっています。
「3.1」と異なり0Vまでたどり着いたのは，ショート駆動区間が長かったせいと考えられます。
パルスの最大高さは1.2Vです。

3.4 PWM周期 1msec デューティ比25% モータ軸は自由に回転

モータ軸が回転し，逆起電力が発生します。
PWM周期1msecデューティ比25%で0.25msecのパルスがあります。
逆起電力の影響で，「3.3」の波形を0.3V下げた波形になっています。
（0.3Vの逆起電力が発生している。）

3.5 PWM周期 1msec デューティ比10% モータ軸を強制固定

PWM周期1msecデューティ比10%で0.1msecのパルスがあります。
パルス高は立ち上がりきる前に立ち下がってしまい，0Vまで落ちてから再び立ち上がっています。
パルスの最大高さは0.8Vです。

3.6 PWM周期 1msec デューティ比10% モータ軸は自由に回転(ゆっくり回転)

モータ軸が回転し，逆起電力が発生します。
PWM周期1msecデューティ比10%で0.1msecのパルスがあります。
ゆっくり回転しているので逆起電力は0.1Vほどで「3.5」とほとんど同じ波形になっています。

3.7 PWM周期 1msec デューティ比5% モータ軸は非固定ですが回転できず

モータ軸は固定していませんが，回転を始めることができない状態です。
PWM周期1msecデューティ比5%で0.05msecのパルスがあります。

４　まとめ

2つのPWM駆動方式でDCモータを駆動したときの，モータを流れる電流の様子を観察しました。
PWM周期は1msecを使用しています。
このPWM周期は，ここで測定しているDCモータ回路の時定数 \(T = 100 \mu sec\) に対して\(10T\) になります。
通電・絶縁駆動方式での駆動において低デューティ比では平均電流が少なくなって，発生トルクが小さく，回転が始められない現象が顕著になりました。（10%で起動できない）