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鉄道模型実験室 No.261 DCモータのブレーキ特性の予備実験
DCモータのブレーキ制御方法について、実際の実験装置を使って確かめる事にしよう。そして、装置の工作も完了したので予備実験を実施した。
■ 実験装置と操作方法
実験装置は先回報告したように、以前に工作したモータの性能測定装置を改造し、テスト用モータとして製造元不明のRE-260タイプのモータをセットした。そして、実験に必要な周辺機器も揃えた。 その様子を下に示す。
そして実験を開始したが、何時ものようには、すんなりとは機能しなかった。今回も不具合内容を見ながらあれこれ検討し、やっとのことでロードセル処理回路の配線に断線がることを見つけ出したのです。まあ、これもホビーにおける楽しみですかね・・・・・・・・・・。
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対応処理を実施して無事に作動を確認したので、実験を始めることにした。装置の各部の状態を下に示す。
発電用モータの回路は、下左に示すように、小型のブレッドボードを使ってショート状態や抵抗回路を構成した。
駆動用のモータ回路は安定化電源（下左の写真）を使用して供給電圧を調整し、モータの回転数を設定する。そして、回転センサとロードセルから送られてきたデータをArduino で処理し、シリアル通信によってパソコンに送信してくるのだ。送信されて来たデータは、シリアルモニタに表示させてデータの収集具合をチェックする。下右の写真。
なお、Arduino に取り付けているシールドは、「バイナリカウンタの動作解析と対策」（2016/6/29）にて工作したシールドであり、Arduino に書き込んだスケッチは、「モータ特性を測定しよう その６ 機能テスト」（2016/10/8）のスケッチを少し手直して書き込んでいる。ロードセルの読み込み回数を10個から5個に減らしただけですが。
■ 実験結果
発電モータの負荷回路は、最初に 51Ω、25Ω（51Ωの抵抗を並列）、およびショート状態にして、駆動モータの電圧を変化させながら実施した。そして、シリアルモニタに示されたデータ列をコピーし、 Excel のシートに取り込んでデータ処理を実施した。その様子を下に示す。
予備実験という事で、センサ類の較正は実施していません。データの取り込み状態と、傾向が判断できれば良しとしている。電圧と電流の値は駆動モータの値であるので、今回は関係のないデータとなっています。
測定結果を下のグラフに示す。
左のグラフが整理した後のデータを示しています。
先回、検討した通りのデータを得ることが出来ました。 満足、満足なり。
また、負荷抵抗値は、数Ωから十数Ω程度の範囲にて調整できる必要があることも分かりました。・・・・・・・・・これは課題のひとつですね。
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また、今回の予備実験中にアクシデントが発生した。その痕跡が上右のグラフに現れている。このグラフは、左のグラフに示したデータを測定順に線で結んでいるのだが、ご覧のように、0Ω測定中、駆動モータの電圧を上げていくと、突然回転数が跳ね上がってしまっている。その時は何が起こったのか分からなかったので、実験を続けたが、よく見るとブレーキ側のモータが停止していた。
なんと、カップリングがバカになっており、モータが空転していたのです。二つのモータの軸は、KATOの中間ジョイントをゴムチューブを使って連結せていたのだが、60gf-mm 近くの高トルクに負けてしまい、ゴムが溶けてしまって空転していたのです。 ここも改善が必要ですね。
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参考資料を探している時、トランジスタ技術 SPECIAL 2024 Winter No.165 「 モータ大図鑑 メカニズムの研究」号の記事（P53）の中に、トルク定数と逆起電力定数の記事があった。そして、逆起電力定数Ke を測定する簡単な方法が紹介されていた。なんと、自分が実施した実験方法で、ブレーキ側モータに発生する電圧を測定しておれば簡単にその定数が計測出来たのでした。知らなかったですね。 そして、自分の蔵書管理が甘いこともわかりました。
なお、今回は駆動モータ側を固定し、負荷側モータを回転可能に保持して測定しました。でも、モータの立場（駆動側か負荷側か）を逆にすると、今度は負荷側のモータについてもそのモータ特性を測定できるのです。このことは、この装置改良の楽しみのひとつとして期待しているのです。
■ まとめ
今回の予備実験の結果として、
- 先に報告したDCモータのブレーキ制御方法を実際の実験で確認することが出来た。
- 測定部の較正を実施して、正規の方法で実験することにする。
- カップリング部等の改善も実施すること。
- 数Ω程度の抵抗を調整できる工夫も必要です。
次回は、上記の改善と較正を実施し、正規の測定を行ってみたいと思います。
2025/11/25