電源のページ

概要

このページでは今までに、自作ロボットに使ったことがある電源について簡単に紹介します。 具体的な電池の性能や、取り扱いは、メーカーのサイトからダウンロードできるデータシート や、専門の書籍等に譲るとして、ここでは、実際に自分のロボットに使ってみた感想などを中心に 書いてみます。

電池、安定化電源、３端子レギュレータそして電源系統の 構成例に分けて書きます。

電池

	リチウム系充電池 リチウムイオンを利用することは共通で、電解質の物質が違うものが、いくつかの形態で購入できます。 カメラ用の電池 写真はSONYのインフォリチウムという商品名の電池です。7.2Vのタイプで過電流の保護回路等を 内蔵していて、比較的じょうぶな長方形の外装に入っていて、安心して使えるので、買ってから 時間のたつ電池ですが愛用しています。ラジコン用の機種と比べると、瞬間的に取り出せる電流が 小さいのですが、マイコン等の電子回路の駆動用に使いやすいです。 NP-F730　19.4Wh と NP-F570 15.8Whという機種を使っています。2003年頃に買ったものですが、 2017年現在、互換性がある？と主張するサードパーティー製でより大容量のタイプが売っていました。 ラジコン用の電池(通称？リチウムポリマー(Lipo)電池) 2017年現在、コストパフォーマンスが最も高い様です。ラジコン用は、電池パック自体に保護回路 が無いので、充電と、使用時に注意がいります。 過充電、過放電で簡単に壊れ、過充電やショートで過熱させてしまうと、電解物質が引火性のガスに なるので危険です。YouTubeなどで、火事になっているラジコン飛行機やスマートフォンなどを見かけます。 ただ、単位重量あたり内蔵しているエネルギーがニッケル系の電池よりずっと大きく、内部抵抗も 小さいく、おまけに電池と充電器のセットが安いので魅力的です。 写真はヨコモ　YB-L300という機種です。 ラジコン用の電池(通称リチウムフェライト(Li-fe)電池) Lipo電池と比べると、１セル当たりの電圧が若干低いので、ラジコンカーに使うとスピードが落ちる傾向が ありますが、過熱した時に引火性ガスが出ないところと、充電時の電流を多めに設定できるため、充電 時間を短く出来る様です。安全性を含めて扱いやすさが向上しています。 写真はタミヤの6.6V-1100mAhのタイプです。コレには書いてありませんが、以前はA123のロゴがプリント されていました。
	NiCd(ニッカド)電池 丈夫で扱いやすい電池です。特にラジコン用として売っているタイプは、急速充放電が出来るので、 サイズのわりに、沢山の電流を流せるます。ロボットのモーターを動かす時等に使っています。 いろいろなサイズと容量の物があります。 １本あたり1.2Vの電池で、バラのものと、複数本をパックしたものが売っています。
	NiMH(ニッケル水素)電池 これも丈夫で扱いやすい電池です。出始めの頃は、自己放電が大きくてメモリー効果で駄目になりやすいなど 保管が面倒でしたが、改善されたタイプも多く入手できます。扱いはニッカド電池とだいたい同じで、 こちらの方がより容量の大きなタイプがあります。 写真は2L5様に1.2V 650mAhの電池を９本パックしたものです。

リチウムイオン電池スナップホルダ

ここで紹介しているカメラ用のリチウムイオン電池の類を使おうと思ったときに、製作しなければならないものなので 、参考に私が作ったものを紹介します。自分でもこの接点はどうかと思っていますが、使えています。 （電池の性能を十分引き出せていないような気もしています・・・）

リチウムイオン電池スナップホルダ ２ｍｍ角のプラ棒と、１ｍｍ厚のプラ板から出来ています。接点はφ２．６×１０のボルトです。 図面のダウンロード（プラスチック製の部分、ｐｄｆ形式）

３端子レギュレータ

半導体で、電気の流れを制限することにより、安定させてながら電圧を変えるものです。 主にマイコンやセンサーユニットの電源系統に入れています。 例えば電池の７．２Vを５Vに安定化するときは、６Ｌ１、２Ｌ１等は７８０５を使っています。 それ以降は、より効率の高いNational Semiconductor製のLM2940CT-5.0を使っています。

部品選定は、これから作る回路の消費電力を良く考えて行うと良いでしょう。 可変抵抗で電圧を変えることに似て、 入力電圧と、出力電圧の差を熱にして出してきます。定格いっぱいまで使おうと 思う時はヒートシンク等の用意が必要になります。

私の場合、熱の処理（レギュレータ自体からの放熱と、ロボットのボディーからの放熱） が面倒なので、定格の半分くらいまでを目処に使っています。

スイッチング電源

回路を高速でスイッチングすることにより、安定させてながら電圧を変えるものです。 交流から直流、直流から直流（電圧を上げたり、下げたり）などいろいろあります。

ＤＣ−ＤＣコンバータ
本サイトの２足歩行ロボットでは、電圧を安定化させることにより、ロボットの動きを 一定にする目的で入れています。
（各関節の角度の定常偏差が電池の残量に影響されなくなり、歩行が安定します。）


Ｗ６では、主に電池を１つにまとめることを目的として使っています。ＲＣサーボの 出力を安定させると共に、関節がロックするなどして、異常に消費電力が大きい状態が 発生した時も、動力系統が電流を取りすぎて電池の出力電圧が下がり、マイコンがリセットする といったような事を防止する効果が期待できます。

	DC-DCコンバータ ムラタ製作所のＯＫＬ−Ｔ６−Ｗ１２Ｎ−Ｃを使用した秋月電子のキットです。Ｗ８に使いました。
	電源ユニット DC-DCコンバータと３端子レギュレータを１つの基板に載せて「電源ユニット」として 使っています。写真の手前から奥に向かって「DC-DCコンバータユニット（Traco Power TSI-5.0S4ROP）」（立っている基板）、 DC-DCコンバータ用の「コンデンサ」（ＯＳコン）、３端子レギュレータ用の「コンデンサ」 （アルミ電解コンデンサ）、「３端子レギュレータ」（LM2940CT-5.0）、7.2V 600mAhの NiMHバッテリーで写っています。

ＡＣ−ＤＣコンバータ
主にプログラムを開発している間、ロボットが動き回らない時と、２足歩行ロボットの歩行調整時に使っています。

	可変電圧型 ALINCOのDM-33OMVという無線機用の電源です。ROBO-ONE関係で評判がいいので買ってみました。 出力を５〜１５Ｖで変えられます。２Ｌ５で使いました。
	固定電圧型 写真の例は制御盤等に内蔵して使う１００Ｖ　ＡＣ入力、５Ｖ３０Ａ出力のタイプです。

電源系統の構成例

以下にＷ６の例を示します。 このロボットの電源系統は、主に制御系統、動力系統の２系統に分かれていますが １個のLi-ionバッテリーから２系統に分けています。


制御系等の中でも、無線ユニットと超音波センサユニットが、それぞれ3.3Vと12Vを必要とするので 、制御系等の5Vから分岐して作っています。