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２０００ＷＥＭコントローラ 今回、大先輩竹本さん、その他皆さんの協力を得ながら回路図からパターンレイアウ トまでを担当いたしましたやなぎと申します。チームに入ってまだ１年の未熟者です が、回路屋から見たWEMについて少々、書かせていただきます。 今年のコントローラ関係の主な変更は、
専用プリント基板 回路図の作成からパターンレイアウトまでは、 プロテルのソフトを利用しました。出来あがったパターンのガーバーデータを Eメールで新和プリント工業様に送ると 数日でぴかぴかの基板が完成します。1日がかりで電子部品を実装しアルミケースに 収めます。 USO800は12V仕様なので、比較的電流が大きく、更に回生制動時には30A以上が流れる のでモータを駆動するFETはTO-3P(Ron=4.5mΩ)を2個並列で用いるので、3相ブリッジは 合計12個のFETで構成され、それぞれをバスバーで接続しパターンを強化してあります。 回生制動 USO800は、菅生や鈴鹿MMで既に回生制動を実施していますが、それらはすべて 下り坂で加速しすぎることを抑える役目でした。今回は定常走行の40km/h => 25km/h への減速です。USO800は何度も言うように12V駆動なので発電電圧は12V以下となります。 必要な制動力を得るためには更に電圧は低くなり、せいぜい4〜5V程度しか発電できません。 FETの寄生ダイオードを介して電気2重層コンデンサに充電すると、寄生ダイオードでの 電圧降下が無視できないので、同期整流も考えましたが電流センサの消費電流が 馬鹿に出来ないので、順方向電圧の低いショットキーバリアダイオード(SBD)を FETと並列に入れることにしました。 こうして充電されたコンデンサを加速時にバッテリーと直列に接続してエネルギーを 回収しようとした訳ですが、実際の効果は？でした。 何がまずかったのでしょう? ・コンデンサの充電を0Vから始めるので、発電機としての効率が悪い 極端な話、発電機(電動機もだが)は開放電圧の時と短絡電流の時は効率が０です。 コンデンサの電圧が0Vの時は短絡電流が流れるので、非常に効率の悪い領域で コンデンサを充電していることになります。 ・加速の大電流時に直列に入れても節約にならない。 上で書いたように電動機はロック電流付近では効率が悪い。言いかえると最高 効率回転数以下の時、同じ電動機で同じ回転数なら、電源電圧が高いほうが効率が 悪いとも言えます。今回の使い方は加速時はPWM全開なので、電源電圧が上がった分 効率が下がっていたことになります。 今回は最初からあまり効果は期待せず、WSBRに先駆けてのテストと、捨てるより まし、という考えから効率をある程度無視して使ったわけですが、その効率の 悪さがそのまま結果に出るという、非常に勉強になる結果となりました。WSBRでは ちゃんと効率も考慮に入れて、効果的な回生制動をやります。 通電角制御 USO800はペースアップする方法として進角を進めています。これは、専用設計の DDモータが非常に広い範囲にわたって高効率を発生するので、進角を進めて出力を 上げてもほとんど効率が落ちないからこそ出来る手段ですが、さらに選択の幅を広げ 120度通電を150度、170度と変更できるようにしました。結果的には今回は使用し 無かったようですが、今後、最適な使い方を検討して行きたいと思います。 ダウンコンバータ これは、3端子レギュレータで作っていた5V電源を、ダウンコンバータで作り 少しでも効率を上げようと言う物ですが、もともと5V電源の消費電流が少ないので あまり効果が出ませんでした。今後、正弦波PWMなどCPUパワーがアップしたとき に効果が出るかもしれません。 まだまだ、改善の余地だらけのコントローラですがWSBRでは、できればまた、 新しい基板でもっと、完成度をあげたいと思います。 おまけ 今回の機能追加で、ボリューム３個、スイッチ４個という運転しながら２本の腕で 操作するには酷な操作系となりました。これらをすべて理解し、走りながら状況に 合わせて使い分けることが出来るのは、斎藤さんしかいないでしょう。 (by やなぎ) |
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