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鉄道模型実験室 モータのトルク特性を測定 その１
先回、モータの速度特性の測定方法について報告したが、引き続きトルク特性も測定したので報告する。 前回の報告のとおり、非接触による回転速度の計測が可能となったので、モータ単品での負荷の付与方法と、発生しているモータトルクを測定する方法を紹介して、その有用性を検証する。
測定方法については、ネット等で色々な方が紹介されているので、幾つかの方法を参考にさせて頂き、自分でも実施出来そうな方法をトライしましたが、第１回目は見事に失敗した。 また、供試品としてのモータは、前回の報告に使用した 「カニ24補助動力車」 のモータを使用して測定したので、その内容を報告する。
● 実験装置の説明
実験装置の全体を左の写真に、装置部分を右の写真に示す。 モータの回転数は、前回報告した非接触による計測装置を使用して測定した。 計測中は窓からの光が邪魔してセンシング出来なかったので、左の写真の様にボール箱を被せて測定した。 さらに、模型用モータと言えども毎分１万回転以上の高速回転物が目の前にあるので、危険予知訓練で習ったように、安全対策を実施した。 それは、たまたま厚さが ４mm のコの字をしたアクリル台があったので、これを装置部分に被せて、回転中に発生するかもしれない飛散物が、こちらに飛んでくるのを防止することにしたのである。 アクリル製なので中の様子も観察出来るし、安心して実験を実施する事もできるので一石二鳥である。 ホビーと言えども失明等の怪我をしては、取り返しがつかなくなる恐れがある。
次に、装置の構成を説明する。 供試品のモータは、適当な板で固定し、フライホィールに細工した反射部分に近接して、回転センサーを固定しました。 モータの端子をクリップで挟み、先回と同様にパワーユニットに接続し、その間にテスターをつなげて電圧と電流を測定します。 負荷発生装置として、鉄コレ用の動力から借用したモータを、0.3mm のアルミ板で作った軸受で両側を支えます。 供試モータとの間は、丁度よい具合に鉄コレ動力のジョイントが使用出来たので、活用させてもらいました。 これで、二つのモータの芯ズレはさほど気にする必要が無くなりました。
つぎに、負荷モータの端子からは銅線をコイル状にしてモータの回転を阻害しないよう様にし、木ねじで作った簡易ターミナルに結び付け、さらにその先には、手持ちの B10K のボリュームに接続して負荷回路としました。 負荷モータの外形部には直径が 12mm の円筒部分があったので、ここに糸を巻き付けてトルクを測定することにしました。 糸の端には重りとしてナットを括り付け、秤の上にのせて重さを計測可能にしました。 モータは、負荷モータで受け止めたトルクが重りを持ち上げる方向になるように回転させ、さらに、軽くなった重さと、モータ外形部の半径からトルクを算出します。
測定は、モータの供給電圧を設定した状態で、負荷側のボリュームを回して負荷を変化させていきます。 この時の回転数、重さ、電流を記録していきます。 データはパソコン上で計算し、グラフ化しました。
● 測定結果
測定結果をグラフ化したものを下に示します。 紫色のポイントは負荷を一番軽くした状態にして、電圧を1.5Volt から0.5Volt 刻みで測定したもので、電圧に比例して回転数が比例的に増えている事がわかりますが、一番の問題は、これ以下のトルクが測定出来ないと言う事をわかった事です。
電流とトルクのグラフを見ると、電圧に関係なくトルクと電流は比例している事が判りますが、10gf-mm 以下のトルクが測定出来ていない事も分かります。 このモータの使用域は、車両での牽引力・電流特性から 150mA 以下であることより、もっと小さいトルクの領域を測定する必要がある事を教えてくれています。
すなわち、この測定方法では、Ｎゲージの鉄道模型用のモータを測定するには適していないと言う事です。 原因はマグネットモータの磁力によるものなのか、装置の精度なのかは分かりませんが、原因追求をうやむやにしたままで、あっさりと放棄致しました。
