モーターをパワーアップ1.2倍(1.4倍かなー届かず)

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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が出来る
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
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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