岡田 康介
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モータードライバとは何か
モータードライバとは、モーターを動かすための「電気の出し方」を調整する部品です。電流の大きさや向きをコントロールして、モーターが滑らかに回転したり、逆回転したり、停止したりするようにします。日常のリモコン式おもちゃや自作ロボットに必須の役割を果たします。
私たちが日常で使うリモコンの車やロボットの動作も、モータードライバがあるおかげで実現されています。モータードライバは「駆動回路」とも呼ばれ、モーターの内部構造や電源の仕様に応じて選ぶことが大切です。
モーターとモータードライバの違い
モーターは回転する機械そのものです。一方でモータードライバは、モーターに適した電流と電圧を出す機械です。ドライバを使う理由は、直接マイコンに大きな電流を流すと壊れてしまうからです。モータードライバはマイコンの信号を受け取り、パワー部と制御部に分かれてモーターへ適切な電力を送ります。
仕組みのポイント
モータードライバには大きく分けて以下の2タイプがあります。
Hブリッジ型: 4つのスイッチを使って回転方向を切り替えます。正転・逆転を簡単に実現します。
モータードライバIC型: 1つのICに制御部とパワー部が統合され、扱いやすいです。
使い方の基本
基本的な使い方は次のとおりです。
- 1) 適切な電源を用意する
- 2) マイコンからの信号でモータードライバを制御する
- 3) モーターの動作を観察して設定を調整する
よくある注意点
・電源の容量が足りないとモーターがうまく回らないことがあります。過電流を防ぐための保護回路やヒートシンクの使用も大切です。
実例と選び方
ロボットカー用には、最大電流と定格電圧を確認して適切なモデルを選ぶことが重要です。PWM制御ができるかどうか、保護機能の有無、接続の容易さなども判断材料になります。
例えば、軽量な小型モーターには低い出力のドライバを、電源をしっかり確保できる場合は大出力のモータードライバを選ぶと良いです。複数のモーターを同時に動かす場合は、出力を分配できる機能があるかも確認しましょう。
特徴の比較表
まとめ
モータードライバは、モーターを安全に、効率よく動かすための必須部品です。用途に合ったタイプを選ぶことと、適切な電源・信号・保護機能を組み合わせることがポイントです。
よくある質問
Q: 何Wのモーターまで対応しますか？ A: 仕様により異なります。選定時には「最大電流」と「定格電圧」を確認してください。
実用例の補足
複数のモーターを同時に動かす場合、複数チャネルの出力容量と、電源の安定性が鍵になります。もし出力を分担できない場合は、モータードライバを分けるか、電源を分配する設計を検討しましょう。
モータードライバの同意語
- モータードライバ
- DCモータやステッピングモータを駆動する役割を持つ集積回路(IC)やモジュール。電流の制御、転向・速度制御、保護機能を提供します。
- モーター駆動IC
- モーターを駆動する機能を集約したICの総称。モータードライバと同義に使われることが多い表現です。
- モータードライバIC
- モータードライバを搭載したICのこと。外部部品と組み合わせてモータを制御します。
- モーターコントローラ
- モーターの動作を計画・制御するデバイス。場合によっては内部にドライバ機能を含むこともあり、同義語として使われます。
- モーター駆動回路
- モーターを駆動するための電気回路全般のこと。ICだけでなく、周辺回路を含む場合もあります。
- Hブリッジ
- モーターの正転・逆転を制御する回路構成。モータードライバの内部構成として使われることが多い要素です。
- DCモータードライバ
- 直流モータを駆動する専用のドライバ。定格電流・電圧・保護機能を備えます。
- ステッピングモータードライバ
- ステッピングモーターを細かい角度制御で駆動する専用ドライバ。位置決めに強いです。
- ブラシレスDCモータードライバ
- BLDCモーターを駆動するドライバ。センサ付き/センサレスなどの方式があり、効率的な制御が可能です。
- モータードライバモジュール
- モータードライバ機能を搭載したモジュール型の製品。基板とコネクタ、時には温度保護機能を含みます。
- モーター制御IC
- モーターの制御を行うIC全般を指す表現。ドライバ機能を含むことが多いです。
モータードライバの対義語・反対語
- モータ
- ドライバが駆動対象として扱う機械部品。モータドライバの反対概念として、駆動される側の部品を指す語です。
- 電源回路
- モータを動かす信号を出さず、電力を供給するだけの回路。駆動機能を持たない対義の役割。
- 直接駆動
- ドライバを介さず、直接マイコンなどからモータへ信号・電力を供給して駆動する方式。
- 受動素子回路
- 抵抗・コンデンサ・インダクタなどの受動素子のみで構成され、駆動用のアクティブ制御がない回路。
- 信号発生のみのシステム
- モータを動かす信号を発生させるだけで、モータ自体への電力供給を行わない装置。
- 駆動制御なしの装置
- モータの駆動を行う制御機能を備えず、単純な回路や素子のみの構成。
- アクチュエータ側
- モータドライバが動かす対象であるアクチュエータ側の立場を指す語。駆動の受け手側を示します。
- モータ以外の負荷
- ドライバの役割がモータを駆動することに対し、別の負荷を示す語。
- 直接結線のみ
- ドライバを介さず直接モータへ結線して動かす状態を指す語。
モータードライバの共起語
- DCモータ
- 直流を回転させるモーター。電圧を変えることで回転速度を制御します。モータードライバは主にPWMで速度制御を実現します。
- ステッピングモータ
- 角度単位で正確に位置決めできるモータ。モータードライバと組み合わせて精密な動作を行います。
- サーボモータ
- フィードバック付きのモータ。所定の角度・位置へ回す制御を行います。
- Hブリッジ
- モータの回転方向を切り替える4つのスイッチ状の回路。モータードライバの基本構成要素です。
- L298N
- デュアルHブリッジを搭載した古典的なモータードライバボード。複数モータの駆動に用いられます。
- L293D
- デュアルHブリッジを持つ古いモータードライバIC。低コストで入門用に人気。
- A4988
- ステッピングモータ用ドライバIC。微少ステップと過電流制限機能を備えます。
- DRV8825
- ステッピングモータ用ドライバIC。高電流対応と微細ステップ調整が特徴。
- TB6612FNG
- デュアルHブリッジ型のモータードライバIC。低電力・小型デザインが魅力。
- モータードライバIC
- モーターを直接駆動し、制御信号と保護機能を一体化した集積回路。
- PWM
- パルス幅変調。信号のデューティ比を変えてモータの速度を調整します。
- マイコン
- モータードライバへ指令を出す制御側の装置。Arduinoなどが代表例。
- Arduino
- 初心者に人気のマイコンボード。モータードライバと組み合わせて学習・実践に使われます。
- Raspberry Pi
- 小型の計算機。GPIO経由でモータードライバを制御する場合に用います。
- 電源
- モータとモータドライバの動作に必要な電源。電圧・電流を適切に選ぶことが重要です。
- 電流制御
- モータのトルクや過熱を安定させるため、流す電流を制限・管理します。
- 過電流保護
- 異常電流が流れないように回路を守る機能。
- 過電圧保護
- 供給電圧が上限を超えないようにする安全機構。
- 温度保護
- モータやドライバが過熱しないように温度を監視して動作を抑制します。
- フリーホイールダイオード
- コイルの逆起電力を吸収して回路を保護します。
- ブレーキ
- モータを素早く停止させる機能。ドライバによって実装されることがあります。
- IN1/IN2/IN3/IN4
- モータードライバへ指示を送る入力ピン。方向・ステップ・有効化等を決定します。
- ENA/ENB
- 出力を有効/無効にするための有効化信号。高速制御に利用されます。
モータードライバの関連用語
- モータードライバ
- モータの回転を制御するための電子回路。電源からモータへ適切な電流を供給し、方向・速度をマイコンなどの制御信号で操作します。
- DCモータ
- 直流を印加して回転させるモータ。速度は印加電圧や電流で調整します。ドライバは電流を適切に制御します。
- ステッピングモータ
- 角度が一定のステップで回るモータ。正確な位置決めに向き、ドライバによるステップパターンを使って動かします。
- ブラシレスDCモータ(BLDC)
- ブラシとコミュテータを使わない高効率モータ。高速・長寿命ですが専用ドライバが必要です。
- Hブリッジ
- 直流モータを正転・逆転させる基本回路。4つのスイッチ（通常はMOSFET）で電流の流れを切り替えます。
- PWM
- パルス幅変調の信号で平均電圧を調整。モータの速度制御に広く使われます。
- マイクロステッピング
- ステッピングモータの角度を細かく分割して滑らかに回転させる制御方法。
- ドライバIC
- モータを駆動する集積回路。A4988やDRV8825など、1つで駆動機能を持つ部品です。
- A4988モジュール
- A4988を搭載したモジュール型ドライバ。マイクロステップ機能を備え、試作に便利です。
- DRV8825モジュール
- DRV8825を搭載したモジュール型ドライバ。比較的高い分解能でステッピングが可能です。
- DIRピン
- モータの回転方向を指示する入力ピン。HIGH/LOWで正転・逆転を切り替えます。
- STEPピン
- 1ステップごとにドライバへ信号を送る入力ピン。これでモータを1ステップずつ動かします。
- ENABLEピン
- ドライバを有効にするか無効にするピン。無効にするとモータ駆動を停止します。
- Sleepピン
- ドライバを省電力モードに切り替えるピン。必要に応じて停止時の省エネ化ができます。
- Resetピン
- ドライバのリセットを実行するピン。初期化時に使います。
- 電流制限/チョッパ制御
- 過電流を防ぐため、設定した電流値を超えないよう制御します。多くはPWM＋検出抵抗で実現します。
- Rsense（電流検出抵抗）
- ドライバ内で流れる電流を測る抵抗。電流制限値を決定する基準になります。
- フライバックダイオード
- モータのコイルがオフになるときの逆起電力を吸収して回路を保護します。
- バックEMF（逆起電力）
- モータが回転する際に発生する逆向きの電圧。ドライバはこれを制御・保護に利用します。
- 電源要件
- モータとドライバが安定動作するための電圧・電流・容量の組み合わせを選定します。
- 保護機能
- 過電流・過熱・過電圧・短絡などを自動で検知・遮断する機能。安全性と信頼性を高めます。
- センサレスステッピング
- 位置検出センサーなしで駆動するステッピング制御。駆動条件の安定化が課題となる場面もあります。
- センサ付きステッピング
- エンコーダなどのセンサーを使って位置を検出する方式。高精度な位置決めが可能です。
- マイコン(MCU)
- 外部制御用の小型コンピュータ。Arduino等でDIR/STEP/ENを出力してドライバを操ります。
- モータードライバモジュール
- 配線済みで手軽に試せるモジュールドライバの組み立てキット。初心者向けに人気です。
モータードライバのおすすめ参考サイト
- モータードライバーとは？ - Orbray
- モータドライバとは？ - サンケン電気 半導体デバイス
- ドライバとは｜初心者のためのパソコン講座
- 初心者こそ押さえておくべき！モータードライバーを使うべき理由
- モータドライバとは？ - サンケン電気 半導体デバイス
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