1. はじめに

私を含め、Raspberry piを買ったはいいものの、何をやったらいいかわからず、持て余している方は多いのではないでしょうか。
特に私の間隔では、「ハードウェアを動かすこと」に困っている方が多いように思います。
それに加え、私は仕事でBLモータを使ってはいるものの、BLモータが回転するメカニズムがわかっていなかったので、Raspberry piでBLモータを回転させる実験機を作ることにしました。

実験機を作りにあたり、ESCではなくインバータ（本記事ではIHM07M1）を使うことで、
より正確にBLモータが回転するメカニズムを理解できるように努めました。

2. 本記事で参考にしたサイト

本記事は以下サイトを参考にしております。作成者の方にはこの場を借りて、お礼を申し上げます。

3. 本記事のゴールと注意点

BLモータの回転に最もよく使われる方法は「ベクトル制御」だと思われ、私も当初はベクトル制御実装を目指していましたが、
Raspberry piはPWMチャンネルが2つしかなく、BLモータの3相を独立で制御することができません。
よって本記事では「センサード120°制御+電流計測」までを解説します。

4. 本記事の構成

前述の「センサード120°制御+電流計測」を全て解説するとなると本文が膨大となるため、タスクとに、下記のように記事を分けます。

BLモータの絶対角計測
インバータ（IHM07M1）からのPWM出力（本記事の範囲）
BLモータの3相電流のAD変換と読み取り（執筆中）
実験機製作（執筆中）
プログラム作成（執筆中）

前半1章～3章で必要な機能の実装方法を述べ、後半4章と5章ではどのように実験機とプログラムを作ったかを述べます。

5. インバータ（IHM07M1）からのPWM出力

5.1. 使用する機器と配線図

本記事で紹介する機器を以下に示します。

機器名	型番
BLモータ	A2212 KV1000
インバータ	IHM07M1
DCDCコンバータ	AE-LTC3111
DCジャック	AE-DC-POWER-JACK-DIP
ACアダプタ	M050200-A010JP
コンピュータ	Raspberry pi 4 Model B

上表で示した機器を下図のように接続します。

接続図にある、

IHM07M1の印加電圧
UVW各相へのPWM
UVW各相へのEnable

についての補足を下記に示します。

IHM07M1の印加電圧

IHM07M1のデータシートより、J1には8V～48Vの間の電圧を印加することができます。
今回「15V」と決めたのは、手元にあったDCDCコンバータの最大出力電圧が「15V」だったからです。

UVW各相へのPWM

IHM07M1のJ2からPWMを出すには、Raspberry piからIHM07M1へPWMを加える必要があります。
Rapsberry piでPWM出力のできる端子は下記です。

PWM Channel 0：GPIO12（32Pin）、GPIO18（12Pin）
PWM Channel 1：GPIO13（33Pin）、GPIO19（35Pin）

※ Raspberry piのデータシートから引用

上表が示すようにRaspberry piにはPWMチャンネルが2つしかないため、独立で出力できるPWMは2つまでです。
本記事で紹介する「センサード120°制御」は1チャンネルずつPWMを指定するので問題はありませんが、「ベクトル制御」は3チャンネル独立にPWMを指定する必要があるため、Raspberry piの機能ではベクトル制御を実装することはできません。

IHM07M1の回路図より、C10_23、C10_21、C10_33にUWVのPWMを入力する必要があります。

※ 上図はIHM07M1のデータシートからの抜粋です

UVW各相へのEnable

詳しくは後述しますが、「センサード120°制御」のためにはUVW相の「どの相からどの相へ電流を流すか」を指定しなければいけません。それをするために、Enableを使います。

IHM07M1の回路図より、C7_1～V7_3とRaspberry piのGPIOを接続します。GPIOはON/OFFができればいいので、どれを選んでも問題ありません。

※ 上図はIHM07M1のデータシートからの抜粋です

5.2. IHM07M1からのPWM発生確認

IHM07M1にて、

Enableが正常に動作するか
J2からPWMが出力されるか

の動作確認をするために、下図の1～6を繰り返すプログラムを作成します。

※ 図はこちらのサイトから利用させていただきました。

下表のようにPWMとEnableを変化させます。

No	U相 PWM	V相 PWM	W相 PWM	U相 Enable	V相 Enable	W相 Enable
1	Output	0	0	ON	OFF	ON
2	Output	0	0	ON	ON	OFF
3	0	0	Output	OFF	ON	ON
4	0	0	Output	ON	OFF	ON
5	0	Output	0	ON	ON	OFF
6	0	Output	0	OFF	ON	ON

今回は「Enterキー」を順番に押すとNo1～No6の順に変化するプログラムを作成し、J2から意図したPWMが出力されるかを確認します。

5.3. インバータPWM発生プログラム

著者の作成したインバータPWM発生プログラムは以下Githubリンクにて公開しております。
https://github.com/hiyo-control/02_BL_motor/tree/main/Chapter2_IHM07M1_program

プログラム作成では下記Githubで公開されているコードを参考しました。
https://github.com/RR-Inyo/bldc6p

5.4. 動作の様子

J2とオシロスコープを繋ぎ、プログラムを実行するとPWMが確認できます。

また、J2とBLモータを接続し、Enterキーを押し続けるとBLモータを回転させることができます。
その様子は下記のyoutubeリンクからご覧ください。