【第6回】メルマガ4月号 今月の検索Hit Wordモータ

モータと聞くと、私は直流モータしか思い出せませんでした。そこで、モータにはどのような種類があるか調べてみました。

モータは駆動電源によって、直流モータ、交流モータに分類することができ、さらに用途や構造の違いによって、直流電動機，誘導電動機，同期電動機または、DCモータ，ブラシレスDCモータ，ステッピングモータ，ACサーボモータなどと呼ばれている様です。
その他にも、超音波モータ、リニアモータなどのモータがありました。
DCモータが使用されるのは、電気髭剃り，ミキサー，掃除機などに使用されているようで、ACモータは、冷蔵庫や洗濯機など身近な製品に幅広く使用されているようです。

今回モータの種類を調べるうちに、従来は制御法が比較的簡単で精度が出るDCモータが主流だったのが、最近はACモータが主流になりつつあると感じました。この制御部分が、インバータ回路やドライバICで構成されており、モータ制御技術の向上とモータの性能が上がったためであることが分かりました。
そのインバータ回路にも、ロイヤー回路，ジェンセン回路，コレクタ共振回路などがあり、ドライバICにも様々な種類があるようです。これら全てを理解するのは難しそうに感じました。

色々調べてみると、モータは我々の生活の身近にあるもので、製造メーカの製品開発において、モータを用いた商品に携わっている設計者が多いのだということが分りました。このHit Wordであるモータで、設計者の方々がどういった解析を望んでいるか分からないので、先輩に聞いてみました。

すると、モータの解析を必要とする設計者は2通りで、モータの制御回路の設計者と、モータの設計者だそうです。制御回路の設計者が解析したいのはモータを含んだ制御システムで、システム全体の安定性などを評価するためにMATLABなどを使用して解析を行なっているんだよ。一方、モータの設計者が解析したいのは、モータの構造，磁場の解析で、ANSYSなどを使用してモータの構造や性能について解析しているんだよ。と、教えて頂きました。

MATLABなら、SLPSというツールでPSpiceと連携させて解析ができそうですし、ANSYSでもMATLAB，PSpiceと連携させて解析している事例を見つけることができました。

スイッチトリラクタンスモータSRM（Matlab，ANSYS，PSpiceの複合解析事例）

PSpiceでも、インバータ回路の部品やドライバICの選定の際に、モータを含んだ解析を行なえば有効に使えそうですが、新人である私にはハードルが高すぎるし、PSpiceのライブラリには、ドライバICなどのモデルが標準では入っていませんでした。ICのスパイスモデルがあると良いのになと思いましたが、デバイスモデルの作成会社ビー・テクノロジーでは、ドライバICのモデル（例：東芝セミコンダクター社TB62206FG）が用意されているようです。

CYBERNET EDA FORUM 2008

モータが注目されているのが分かっていながら、PSpiceでモータの解析ができないのはもったいないので、自分で直流モータの解析を試みました。
Captureを用いて直流モータの等価回路を作成するために、まず入力電圧，コイルのインダクタンス，コイルの巻線抵抗，逆起電力から成るモータの電気部分を作成しました。次に、モータの回転子の慣性モーメントJ，摩擦係数Bの機械系を電気系で定義するために、下記2式を参照し、等価的にインダクタと抵抗に置き替えてみました。

そして等価回路のF1で発生する電流と比例した電圧源を負荷に接続しました。
PSpiceを用いて、F1の電流が角速度と等価となり、負荷にかかる電圧が等価的に速度となるので、各ノードの電圧，電流を、マーカを配置して観測してみると、時間経過と共に直流モータの動作と同様の特性を示しているのを確認することが出来ました。

※図をクリックで拡大表示します

簡単な直流モータなら、等価回路を作成することによって、その動作をシミュレーションすることができました。しかし複雑なモータの場合、自分で等価回路を作成することは大変であることから、やはりドライバIC，モータ等のモデルを準備することが、今後の課題と言えそうです。

私は入社して1年になり、現在、設計者の方々からのご質問の対応や、Capture，PSpiceのトレーニングセミナーの講師を行なっております。昨年末からは、このHitWordの記事を執筆させていただいております。設計者の方々に向けて記事を書けるか不安でしたが、先輩方の手助けもあり何とか最後まで執筆することができました。

HitWordの記事を執筆するために、関連するキーワードやOrCAD等で解析できることを調べていくうちに、サイバネットシステムとして取組むべきことや、私が勉強すべきことが分かってきた気がします。
まだまだ学ぶべきことは尽きませんが、弊社の製品が皆様のお力になるよう努力して参りますので、今後ともよろしくお願い申し上げます。

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