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鉄道模型実験室 No.272 小型DCモータの調査 テスト測定の実施
手持ちの小型DCモータについて、以前実施したようにモータ特性を測定することにした。やっと運転準備が整ったのでテスト測定を実施したが、まだまだ問題がありました。
■ テスト測定用のモータ
テスト測定用のモータを準備しました。このモータは、タミヤの工作キットであるシングルギヤボックス (クリヤー)、商品コードが 89917 or 69911 に用いられていたモータである。小型モータの代表として選択しましたが、モータには 130モータ としか明記されていないので仕様は不明であった。ただし、乾電池を動力源とするので、1.5〜3.0ボルト用と思われる。
測定装置やそのセット状態は先回、準備状況を報告したので説明を省略します。また、使用したArduino UNO のプログラムとデータ処理を実施したEXCELなどのファイルは次のファイルを使用した。
- 測定用マイコン： スケッチ Motor-Measure-7-2.uno （テキスト形式ファイル）
- 自動処理プログラム： Python motor.py （テキスト形式ファイル）
- データ処理： EXCEL Arduino-Motor-Measure-2.xlsx
である。
測定手順は、安定化電源の電圧を設定した状態で、負荷回路の抵抗設定ダイヤルを選択し測定スタートボタンを押して測定を開始します。
測定は自動的に実施され、電圧、電流、回転数およびトルクを計測して、その結果をシリアル通信によってパソコンに送信します。データを受けたパソコンは、Python の処理によって、開いているEXCELのシートの指定欄に自動的に書き込んで行き、終了すると待機状態となります。測定結果はリアルタイムモニタのように、EXCELのグラフ上にプロット点を表示する。このため測定データをすぐさま見ることができるのです。さらに、欄外に抵抗設定ダイヤルの位置を記入しておきます。
結果を素早く判断でき、次の設定をを考えながら負荷回路の抵抗設定ダイヤルを変えて測定を繰していきます。こうして供給電圧をパラメータとした一連のデータが収集できると、電圧パラメータの設定を変えて測定を繰り返します。このような操作によって何時ものような特性が測定できるはずでした・・・・・・・・・。
■ 測定結果
EXCELにて処理されたグラフデータを次にしめす。
何時もは、設定電圧に従って、プロットされた点は綺麗に並んで行くのですが、今回はうまく行かなかったのです。よくよく観察してみると、供給側の電圧が大きく変動していており、電圧パラメータの値が、目標とする±0.1ボルト以内に収まっていなかったのである。
原因はすぐに判りました。シャント抵抗が大き過ぎるので、この部分での電圧降下の影響が大きかったのです。そこで、測定結果を見ながら安定化電源の電圧を微調整しながら測定を進めました。面倒くさい！
そして、測定を完了後に、データを並べなおして±0.1ボルト以内に収まるデータだけを取り出して表示したものを下に示します。
上下のグラフを見ての通り、電圧パラメータを揃えるために、何度も微調整したのがよくわかると思います。EXCEL上に表示されて始めたモータ端子間の電圧が判明するのです。
■ 考察
測定自体は問題なく実施出来る事を確認できましたが、やはりシャント抵抗の影響が大きく改善が必要と判断します。改善案として、
- モータ端子の電圧を直接テスターにて測定し、それを見ながら安定化電源の電圧を微調整する。
- シャント抵抗をモータの内部抵抗の二桁近く小さい値に変更して、その影響を小さくする。
などが考えられます。でもうまく行きそうにもなさそうです・・・・・・・・・・・・。
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改善工作の前に、シャント抵抗の影響が少なくなる巻線抵抗の大きなモータを使って、もう一度測定を実施してみることにしました。
2026/1/12