200/03/17 【電子回路編ＴＯＰに戻る】
小学校の理科の実験などで、乾電池を使ってマブチモーターを動かしたりしませんでしたか？今回は、ロボットの関節を動かすための動力をマブチモーター（ＤＣモーター）で得ようと思うので、先ずはモーターを動かすことから始めてみることにします。
４−１．乾電池でＤＣモーター（マブチモーター）を回す
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単一、単二、単三などの１．５Ｖの乾電池をＤＣモーターにつないで見ると、モーターは簡単に回り出します。手持ちのもので実験してみたら、赤線を＋（プラス）、青線を−（マイナス）に繋ぐと、右回転（時計回り）を始めました。 |
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今度は、乾電池の向きを逆にして、赤線を−（マイナス）、青線を＋（プラス）に繋ぐと、左回転（反時計回り）を始めました。どうやらＤＣモーターは、電池の向き（極性）を逆にすると、逆に回転するようです。（え？そんなこと誰でも知ってる？） |
モーターの回転方向を変えるのに、いちいち乾電池をつなぎ直しているのでは大変なので、スイッチ操作でワンタッチで変えられるようにしたのが、下の回路です。
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スイッチ１と４をＯＮにして、スイッチ２と３をＯＦＦにすると、モーターの赤線が乾電池の＋（プラス）につながり、青線が−（マイナス）につながるのが分かりますか？つまり、モーターは右回転します。 |
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今度は、スイッチ１と４をＯＦＦにして、スイッチ２と３をＯＮにします。すると、モーターの赤線が＋（プラス）、青線が−（マイナス）につながります。なので、モーターは左回転します。乾電池の赤線/青線と、モーターの赤線/青線が、互いに色違いにつながる様子が分かりますか？ |
この回路では、スイッチ１と３、またはスイッチ２と４を同時にＯＮにすると、乾電池の＋（プラス）と−（マイナス）がショートするので、してはいけない操作です。
全てのスイッチをＯＦＦにすると、乾電池もモーターも、何にもつながっていない状態（オープン状態）になります。回転中のモーターに対して全てＯＦＦにすると、惰性で少し回転を続けて、すぐに勝手に止まります。
スイッチ１と２、またはスイッチ３と４をＯＮにすると、モーターの赤線と青線がショートします。回転中のモーターに対してこの接続を行なうと、モーターにブレーキが掛かります。モーターは電気を与えると自力で回転しますが、逆に無理やり外からの力で回転させると発電します。ママチャリ自転車のライトのダイナモが良い例です。回転中のモーターの両端子をショートさせると、その場で発電機として働き、ショートさせた回路には大きな電流が流れます。この電流によって、今度は回転を止める方向に回転力が発生し、ブレーキとして働きます。
４−２．ＤＣモーター駆動用ＩＣ
前項でご紹介したスイッチを４個使う回路でも、いちいち手動でスイッチ操作していたのでは大変です。各スイッチをトランジスタスイッチに置き換えて、外からの制御で操作できれば簡単です。で、そうした回路をブリッジドライバ回路と言います。更に、そうした回路をパッケージ化したＩＣがいくつも存在します。下のＩＣは、数年前に買ってあったドライバＩＣ T7279APで、ひとつのパッケージに、モーター２個分の駆動回路が入っています。最近も秋葉原で見かけたので、追加でいくつか買っておきました。確か数百円。
下のＩＣの中身を示す回路図も、ちょっと難しそうに見えますが何の事はありません。上で紹介した、スイッチが４個付いた回路と全く同じです。
5-8(10-7)端子間にモーター用の電圧を加え、4-6(11-9)端子間にモーターをつなぎます。14-1端子間に制御ロジック用の+5Vを加え、3,2(13,12)端子間が動作を決める制御端子です。
TA7279AP VCC 制御用+5V VSA,VSBモーター用 最大+25V 1.0A |
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制御動作
| VIN1 | VIN2 | OUT1 | OUT2 | モード |
| 1 | 1 | L | L | ブレーキ |
| 0 | 1 | L | H | 正転 |
| 1 | 0 | H | L | 逆転 |
| 0 | 0 | ハイインピーダンス | ストップ | |
ひとつのモーター駆動部に対して、２個の制御入力(VIN1,VIN2)があり、この２bitでモーターの動作を制御します。制御入力はＴＴＬレベルの+5Vで、実際にモーターを駆動する部分の最大値は+25V、1.0Aまでです。
通常はVSA,VSB(5-8,10-7端子)に+3V〜+5V程度を加えて、モーターを動かすことになると思いますが、+1.5V（乾電池１個分）だけを加えても、モーターはウンともスンとも言いません。これは、トランジスタ２個分の電圧降下があり、モーターに加えられる電圧が減少するためです。
４−３．ＤＣモーター駆動基板
TA7279APを使って、ＤＣモーターを駆動させるための基板を、ユニバーサル基板で作ってみました。
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TA7279APを4個付けて、合計で８個のモーターを駆動できます。TA7279APの両脇についているヒートシンク板は邪魔なので、上向きに折り曲げています。ＩＣの説明でも触れましたが、１個のモーターを制御するのに2bit必要なため、8個分制御するのに16bit分のポートが必要になります。
部品面に付いてる2pinのコネクタ８個が、モーターに接続するコネクタで、左上横向きに付いてる2pinのコネクタがモーター用電源コネクタです。下についてる10pinコネクタ２個が、8bitずつの制御用コネクタで、左下横向きについてる2pinのコネクタが制御用電源コネクタです。
はんだ面では、モーター駆動部分の配線に太めの線を使い、制御用配線には細い線を使っています。
回路図は以下の通りです。スペースの関係でＩＣ２個分しか載せてませんが、あとの半分も同じ回路です。
AKI-H8/3048F CPU基板のPIOポートに接続して、2bitずつの制御を与えてあげると、モーターの回転/停止と回転方向を制御することができます。でも、この回路と単なるPIO制御だけでは、回転速度まで制御することはできません。回転速度を制御するには、PWM（Pulse Width Modulasion パルス幅変調）制御と呼ばれる手法が必要となります。これについては、別の機会にご紹介します。