【回転計測】RPMとHzの関係?KVとVの関係??ブラシレスモータの回転数はセンサ無しで測れそうな。。【BLDC】

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今更ながら。。ブラシレスモータの計測(笑)

ちょっと趣味で(笑)モータテストベンチを作ろうかな?と。。

こんなのを作って、トルクと、スラストを測れる機構をESP32で作ってて。。ESCもPWMで操作できるようなプログラムと、Windows側で読み取れるPythonとTkinterでGUIも作ってみてて。。


それで。。 反射型のフォトインタラプタも持ってるので、こんなのを作って計測してみたんですが。。。どうもうまく計測できない(笑)

ふと、回転数をセンサレスで測れないかな?って思って。。そういえば、前に発売されていたKV/RPMメータって。。ブラシレスモータの線の1線の電圧で測っていたなと。。 それで、ちょっとどんな制御で、どんな波形だったか?調べてみた。

ブラシレスモータのコントロールの基礎は、これ読むと良さそう。

BLDC モーター制御
ブラシレス DC モーター制御アルゴリズムを設計し実装する方法を学習します。リソースには、モーターのモデル化、コントローラー設計、および自動コード生成に関するビデオ、例、ドキュメンテーションが含まれています。

どんな波形かというと。。Matlabのシミュレーションの波形がわかりやすいかな?

PWMの周波数の断続になる。 Digikeyの資料もわかりやすい。。

ちなみに。。BLDCのESCの設計などは、TIの資料とか、STMの資料が参考になります。ただこのあたりの制御は、いろいろと進んでいるので、ESCによっては少し変わってくるかもしれませんが。。基本は、こんな波形がでるはず。

PWMの周波数は、数十kHz~ くらいを使っているみたいですが。。

PWM周波数を無視して、大きなうねりだけを計測すると。。(BLDC-ESC間の1線と、BATTマイナス間の電圧測定)

こんな感じで、矩形波が観測できる。

実際に測っている映像でみてみると。。

BLDCの一線の電圧波形1
BLDCの一線の電圧波形2

回転と周期が同期しているように見えますね。

関係を測定してみる。

440kVモータ 6セルLipo(最高25V)くらいなので、満充電で、最高では440✕25=11000rpmくらい回るモータとバッテリーの関係です。

手持ちの光学式タコメータ(持ってるんかぃ!)とオシロで測った周波数(繰り返し周期)を比べてみました。

1Hzは1秒間のサイクル数なので、1分のrpm(rotation per minuets)に変換すると、1Hz は60rpmになりますね。

タコメータ オシロ 変換 60° 120°
rpm Hz 1Hz 60rpm 6で割る 3で割る
中速 8267 757 45420 7570 15140
低速 5608 568 34080 5680 11360
高速 11401 1130 67800 11300 22600

120°だと思ってたけど。。どうもこれだと60°ごとの繰り返しなのかな??

1.5kHzくらいでカットオフのローパスRCフィルタを入れると、まぁまぁ計測できそうですね。

ここで計算してみると。。

(サンプル)CRローパス・フィルタ計算ツール

R = 1.1kΩ
C = 0.1uF

くらいで、こんな特性になりそうなので、近い値のを入れてみる。

そして計測。

BLDC ESC波形 RCフィルタ入り

少しきれいな波形になりましたね。。

これくらいだと。。 ESP32でも直接読めそうな感じ

RCフィルタ 1k 100nF で、25Vmaxだとすると、8:1くらいの分圧で測れば良さそうかな?

今はここまで。。

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