モーターをパワーアップ1.2倍(1.4倍かなー届かず)

最終レポート  20190625

モーターをパワーアップstg3-2ndに集約します。

追加のレポートを報告させていただきます。2019-0104 stg3-2ed に追記しました。
レポート内容を修正させていただきます。2018-08-22追記。
再度内容の修正します。 2018-08-31修正と追記。
※こちらもチェックしてね
1. モーターをパワーアップstg2         /motor-power-remake/motor-power-remake2/
2. モーターをパワーアップstg3ー2nd /motor-power-remake/motor-powor-remake3-2/

Φモーターをパワーアップしてみた。回転子と界磁の対峙する面積を増加するように改造した結果140%の出力が取り敢えず確認できたのでレポートする。08-22消去   08-31再掲載
性能確認用の電源を整備して、2.9V(使用限度電圧3V)で駆動出来るようにしてテストした結果、対260モーターで120% 140%。対TUNED2(高出力モーター)でほぼ同等の結果となった。質量を考慮して対260モーターで150%の仕上がり。
2018-08-22追記。 2018-08-31修正(改造Ⅱモーター製作・テスト結果)
              ・改造モーターの回転子の写真・

DCモーター、おもちゃに使う、乾電池で回すモーターである。

 Φ話が少しそれるが、近年、《プラレール》なる、モーターを使った、魅力的で優れた玩具が、リーズナブルな価格で販売されている。当然我が家にも保管され、6畳の部屋にレールが敷き詰められる日が、月に数回はやってきて、孫たちと一緒に楽しんでいる。

 ●取り扱いについても良く考慮されており、敷設も3歳くらいから出来るし発車ー停車の操作も大きなアクションで方向もはっきりしている、乾電池1個でモーターを回し、かつ、そこそこ長く遊べる、片付けにしても、相当乱暴(3歳児なら当然)にしまってもまず壊れない。感心しきり。

 ●歳がいって、電車の種類に興味を持ち始めて、電車の名前とか自分の乗ったことの有る電車が違いがあることに気づき始めた年齢向けに販売されているモーターで動くプラレール電車の種類の多さにおどろかされる、さらに近年、走行のシミュレーションだ出来るコントローラー・プラス・アプリなども販売されている、さらには、先頭車両に組み込まれたカメラで、モーターで動く車両の前景をリアルタイムでタブレットに映し出すメカニズムを組み込んだ、ずばりドクターイエローなども販売された、

 ●さすがにこのメカになると子供のお小遣いでは手が届かない、かつ、アプリのセッテイングなどが絡んできてハードルは高い。が、クリスマスやお年玉などでは購入できるであろう。     思えば、モーターやタイヤ、ギヤなどは超高級なおもちゃだった自分の時代、木片を少し削って乗用車だと言って砂場の道路を滑らせて遊んだ管理人の世代とは天地の差がある。

 ●モーターを組み込んだ路面電車やモノレール、新交通システムなども、さらに見聞が増えてくると見えてきてプラレールでは限界があることが理解出来てくる。その結果、モノレールを欲しい、作ってくれと要請が来た。

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 ●モーターで走るように試作をしてみたが、プラレールの駆動ユニットはレールの上を走るのを基本に製作されているので(当然である)ぶら下がり型の駆動は得意ではない。新規にモーターを使った駆動ユニットを設計製作し、レールも製作して1m四方ほどに敷設できるようにした。車両も1両のみ、何とか駆動できるようにした。要求は、レールをもっと長く、ポイントも設備して、モーター駆動の車両も、できたら4両編成にとエスカレート。方策を検討している途中で、モーターをパワーアップ、のヒントが浮かんだので、モノレールは現在中断中。

 Φモーターをパワーアップに話を戻すと、DCモーターは3極の回転子と2極の界磁で構成され、3極の回転子にタイミングよく電流を流し、永久磁石の界磁と引き合い、反発し、回転するように作られている。
 ●モーターの回転子で作られた磁気は空気を介して界磁と作用しあう。回転子の材料は電磁鋼板で作られ電流を効率よく磁気に変換するが、対峙するモーターの界磁、との間に存在する大気は磁気を通す能力は鋼板の1万分の1程度である。モーターである以上は、界磁と回転子を接触させることは出来ない。限りなく近づけることと対峙する面積を大きくすることが作用する力すなわちモーターの回転力を大きく出来る方策である。
 ●モーターの回転子は一般には、円筒形に作られて、界磁と作用しあう面も円筒形である。どんなサイズに作り上げても磁気的に作用しあう面積は限定的になる。
 Φモーターをパワーアップする今回の方法は、回転子と界磁共に、対峙する面を櫛型の断面になるように加工して、作用しあう面の面積を概略2倍にする。加工は既製品を削り加工を施して、再組立てすることになる。
 ●モーターの回転子を削り加工して、さらに1サイズ小さいモータの界磁(マグネット)にスリットを加工して、小さい方のモーターケースに組み込むと、回転子の高い部分は界磁の低い部分にはまり、回転子の低い(径小)部分に界磁の高い部分がはまる、ので、完成したモーターは質量も小さくなる。

組上がったモーターの外観は140サイズであるが、ローターは260サイズのローターを組み込んでいる。どちらも電圧3V仕様となる。
モーター出力測定結果は、グロスで140%。質量(ハンデイキャップ)を考慮すると180%に仕上がった。2018-08-22訂正 2018-08-31再訂正(性能比較データ参照下さい)
出力測定方法。 
 ●改造モーター負荷用のDCモーターをカプラーで直結して、3Vの電流を流して回転させる。(実際の電圧は乾電池の性能から3Vより低くなる)
負荷用のDCモーターのリード線を2Ωの負荷(豆電球)に接続し豆電球を点灯させる、その時2Ωの負荷にかかる電圧と、流れる電流を計測して掛けた値(発電電力ワットW)を記録する。
 ●260モーターも同様に直結・回転させて電圧電流を計測して記録する。
改造モーターが0.84W、260モーターが0.59W。 0.84÷0.59=1.4 倍である
改造モーターが1.19W、260モーターが0.99W  1.19÷0.99=1.2倍となった。2018-08-22訂正
改造モーターが1.39W、260モーターが0.99W  1.39÷0.99=1.4倍 2018-08-31再訂正。
これ程の小さいモーターを日曜大工レベルの加工精度で、かつ、最初の改造ではこんなもんです、設計の70%。目標は2倍

モーターをパワーアップ計測数値  データがおかしいので訂正予定。2018-08-22訂正。
モーター改造計測数値1 2018-08-31再掲載。電源容量をアップモーターも改造Ⅱとした。
 ●改造Ⅱ要点は、ステータ磁石の磁路を広げた(市販モーターの磁路は、外周のケースとセグメント磁石の反整流子側のケース端面である。)改造Ⅱではセグメント磁石の、整流子側端面にも鉄リングを取り付けて、磁路を増加させた。 回転子と界磁の対峙面積を2倍に増加させるのならば、磁路も増加させるべき、との考えからである。この改造が出来ればパワーアップ200%も可能と思う。  しかし、界磁とモーターケースの改造(磁路の増加)は不可能なのでセグメント磁石の端面の空いている側に磁路を新設したにとどまった。
 ●部品代は、2個のモーターを使うので2倍。
このモーター、現状組み込む予定も無いので、しばらくながめていることにしている。
次は、さらにパワーアップ200%を図りたい。
 目標のモーターはTAMIYA製 TUNEDモーター 同じ3V仕様でより小さい。
 質量当りのパワーで67.7% 容積当りのパワーで59.1%完敗である
●TUNEDモーターに対抗出来た改造は、モーターをパワーアップstg2で報告。 /morter-power-remake2/ ‎
モーターのパワーアップの実績はほぼ同等であったことに安心するより、こんな程度なのかと少々残念な気分。さらに効率向上を追求して行く。 2018-08-22追記。
 ●モーターのパワーアップとは、電源も含めて検討の必要があると思ったのは、乾電池2個を電源にして試験を進めていくと、電圧が2Vレベルになると出力がどのモーターも同じになってきた 改造、260、TUNED2、の3種ともです。     2018-08-22追記。


モーター改造に当り、ご指導いただいた磁石メーカーの 株式会社 二六製作所 大澤様に感謝します。


ここまで読んでいただいたなら、クルマについてのブログも見て下さい。運転上手

食べ物の考察も書いてます。伝統の食事ヘルシーご飯でリフレッシュ

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