DCモータのブレーキ特性　装置の改良と較正作業

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鉄道模型実験室 No.262　DCモータのブレーキ特性　装置の改良と較正作業

　DCモータのブレーキ制御方法について、実験装置を使って確かめる事にしよう。予備実験にて判明した不具合点を改善しロードセルの較正を実施した。

■ 実験装置の改善

● 負荷回路の工作

　ブレーキ用として測定する場合、そのDCモータの電気回路としては、オープン状態、ショート状態、そして抵抗状態が必要でしたので、スイッチとボリュームを使って右のような回路を構成した。切替スイッチの中立位置ではオープン状態となり、一方に倒せばショート状態、他方に倒せば抵抗状態となり、抵抗値を変化させることが出来ます。ただ、可変抵抗として小さいものでも100Ωの物しかなかったのでこれを使用しました。もっと小さい仕様のものが欲しかった。

　また、先回報告したように逆起電力定数 Ke は、電圧計を使用することで簡単に測定できるとの事であった。そこで、ブレーキ特性測定には特に必要なかったのですが、今回電圧計を追加して実験することが出来るようにしました。とは、いってもオープン状態にして、テスターを使って測定しただけですけどね。

　まず、中点のあるスイッチと100Ωの可変抵抗をありあわせのベニヤ板に取り付けた回路を構成した。

　このユニットを測定台の端に取り付けただけの簡単な工作であるが、配線類が固定できるので、容易に移動できる装置としての配慮である。

● モータ軸のジョイント

　つぎに、２つのモータ軸を連結するジョイント部分であるが、予備実験で使用した中間ジョインを下左の写真に示す。中間ジョイントは両端が同じ形状であるが、一方の端末には、ゴムが溶けてこびりついている状態を見ることが出来る。これは、外径が 5mm 、内径が 1mm のゴムチューブを使って連結した時、トルクに負けて空回りし、その時の摩擦熱で溶けてしまったからである。

　そこで、このようなゴムチューブを使っての連結ではなく、カップリングを使用することにした。とは言っても適切な部品が無いので、ジャンク品を流用することにした。ジャンク箱の中からNゲージ模型用モータを見つけ、そのカップリングと中間ジョイントを拝借した。下右の写真。ブレーキ用モータ軸はφ2.0mm もあるので、カップリンガ使用できず、ゴムチューブをそのまま使用するが針金で縛っておいた。

　流用したカップリングを下左の写真にしめし、ジョイントとの連結状態を下右の写真に示す。軸が少し傾いていますが、まだ未調整の状態です。

　ブレーキ側のモータとの連結状態を下に示す。

● スイング部のレバー長

　負荷トルクを受けてロードセルに力を伝達するリンク機構は、今までの工作品をそのまま流用してきた。しかし、ブレーキ用として使用するDCモータのトルクが大きくなりそうなのでロードセルの許容値を越える恐れが生じた。そこで、レバー比について検討した。

　下左の写真に示すように、ロードセル用の拡大レバーは、ロードセル作用点のレバー長は 16mm である。そしてスイングボックスからの力は 80mm のレバー長で受けているので、力の拡大率は 5.0 倍である。また、ロードセルの荷重仕様は 100グラム用なので、レーバー先端で負荷出来る許容値は、 20グラムまでなのだ。

　今回使用した RE-260RA のモータ仕様は、１．５volt で巻線仕様が 2674と仮定すると、ストール時は480gf-mm 、定格時では 100gf-mm である。そこで、200gf-mm までは測定できるようにするためには、スイングボックス側のレバー長を 10mm 前後にする必要が出てきた。

　そこで、対応する部品を探して、溝外径がφ21.2mm のプーリーを使う事にした。これをスイングボックスに取り付けた状態を下右の写真に示す。

● 荷重計の破損

　長年愛用してきた荷重計が反応しなくなってしまった。乾電池不良かと思って新品に交換するも電源が入らないのである。そこで、分解して電圧チェックするも電源は正常であるが、回路はダンマリであった。分解状態の秤を下左に示す。荷重計の本体は、片持梁のロードセルであったのだ。このロードセルは再利用させていただこう！。

　そこで新しく荷重計を購入した。下右の写真。200グラムまで測定でき、精度は0.1グラムであった。