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基礎知識

基礎編

ブラシ付きDCモータ

Hブリッジ回路によるブラシ付DCモータの駆動:原理

ここからは、Hブリッジ回路によるブラシ付きDCモータの駆動方法について説明していきます。今回は、具体的な駆動方法に入る前に、Hブリッジ回路の原理について説明します。

Hブリッジ回路とは

基本的にブラシ付きDCモータには2本の電源端子があり、この2本の端子に電圧を印加することによりモータを駆動します。端子2本の接続の組み合わせは以下の4つになります(これ以外にない)。

  ①2本の端子をそれぞれどこにも接続しない。(一方が接続し他方が接続していない場合も同じ)
  ②一方の端子にDC電源の(+)を、他方に(-)を接続する。
  ③DC電源を②と逆の極性でモータに接続する。
  ④2本の端子同士を接続する。

この4つの状態は、4つのスイッチを用いた以下の回路によって実現できます。この回路の形状がアルファベットの「H」に似ていることから、Hブリッジ回路と呼んでいます(フルブリッジ回路とも言う)。

①の電源端子がどこにも接続していない状態は、SW1~SW4のすべてがOFFで得られます。

②の一方の端子にDC電源の(+)を、他方に(-)を接続するためには、SW1、SW4をONにしてSW2、SW3をOFFにします。これでモータはある方向に回転します。

③は②とは逆の接続です。SW1、SW4をOFF、SW2、SW3をONにします。これで②とは逆方向へ回転します。

④は電源端子同士の接続です。SW1、SW3をOFF、SW2、SW4をONすると端子同士が接続状態になります。

ブラシ付きDCモータ接続変更回路

実際のHブリッジ回路例

上図は接続の組み合わせをわかりやすく説明するためにスイッチを使いましたが、実際の電子回路では4つのスイッチは半導体のパワートランジスタを使います。右に示した構成が実際のHブリッジ回路です。この回路では電源の(+)側のトランジスタ(Q1、Q3)にPチャネルMOSFET、(-)側のトランジスタ(Q2、Q4)にNチャネルMOSFETを使用しています。

ブラシ付きDCモータHブリッジ回路

実際の駆動回構成例

モータの回転数を変化させるためには、モータに印加する電圧を変化させる必要があります。そのために、電源とモータ間に電圧の制御回路を挿入し、直接または間接的にモータにかかる電圧を制御します。(-)側は直接モータにつなぐ方法と、制御回路を入れて(-)側も制御する方法があります。実際の駆動回路は、接続を変更するHブリッジ回路と電圧制御回路を組み合わせて構成します。

ブラシ付きDCモータ回転制御回路構成例

キーポイント

  • ・Hブリッジ回路はモータの接続状態を変更するための回路。
  • ・4つのスイッチ(トランジスタ)を使って4つの接続状態の切り替えを行う。
  • ・実際のブラシ付きDCモータの駆動回路はHブリッジ回路と電圧制御回路の組み合わせになる。