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モーターを回す電圧の事で・・・

ラジコン用のモーターなのですが(最高回転数14900回転、最大12Vまで可能?)の物です。 現在、あるマシンを作っているのですがマシンの回転部分を秒速2回転程度にしたいのでスピードコントロールを付けてモーターの回転速度を抑えています。(現在2,4Vの電池でモーターを回しています。) このモーター部分は秒速2回転をキープしたまま、多少の負荷がかかっても安定して回ってほしいのですが、電池を8,4V等に変えてモーターの回転速度を秒速2回転にしてもモーターのパワー(トルク)は変わらないのでしょうか?

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こんにちは。 モーターの低速回転は実はとても大変で、私もいろいろチャレンジしてみましたが、未だに良い方法はありません。特に、電圧をある程度下げると、トルク(抵抗がかかっても回転速度を維持しようとする安定力)が極端に低下して、抵抗に打ち勝つどころか空転さえできなくなってしまいます。 次のような説明は役に立つでしょうか。 ○ モーターは所詮磁石の引力で動いています。おもちゃの電磁石で試してみるとわかりますが、けっこう大きなコイルに結構大きな電力を食わせても持ち上げられる重さは知れています。この、「持ち上げられる重さ」こそトルクのもとです。他方で、小さなテニスボールでも2気圧も入れたら、かなり固く、人間の体重を支えることもできます。これが、圧力で動くエンジンの強さですね。 ○ 一方、モーターは、電気の切替が容易なことから、次々と電磁石を切り替えて高速で位置を移動することができます。その結果、モータは、トルクが低くても回転でパワー全体を稼ぐことができます。でも逆に言えば、一瞬だけみればどの瞬間をとっても、所詮は手のひらの上の電磁石1個分のコイルの磁力・・・ ○ ということで、基本的にはモーターは低速高トルクが苦手。何とか高トルクを出そうと、外径を大きくしたり(テコの原理でトルクが少しでも出やすい)、電磁石の極数を増やしたり、磁性体を改良したりしていますが、万能ではなく・・・。で、トルクを稼ごうと電圧を上げると軽負荷のときにはどんどん回転が上がってしまいます・・(さらに、今回はモータは決まってしまっているのですよね) さて、その中でも次のようなアイディアはいかがでしょう。 ○ プラモデルのタミヤ社から、工作用の「遊星ギヤ」セットが発売されています。極めてギア比が大きく、ギアを多段接続することを想定した構造にもなっているので、低速回転のために多段減速をしてもコンパクトにまとまります。工作用ギヤセットのシリーズの中では高価なほうですが、もし、適用が可能ならいかがでしょう。 ○ ある程度腕に自信があれば「サーボ回路」ができると良いのですが。スピードコントローラにモータの回転速度センサを組み合わせたサーボ回路は、回転が下がったのを検出すると瞬間的に電圧を上げてモータをがんばらせることもできるため、見かけ上比較的高いトルクで安定して運転しているように見えます。 (特に、電流が流れるときは常に最大電流が流れ、回転が上がりすぎた際には、電流を流す時間をパルス状に短くするPWM制御のサーボ回路は、エネルギー効率も良く比較的トルクが安定しやすいとも言われています。もっとも、腕に自信がなければ高価な専用ユニットを買うハメになりそうで。) ○ さらに、ステッピングモータはいかがでしょう。こちらはモータも用意する必要があり必ず専用の制御ユニットが必要ですが、モータ自体は極端に極数を増やしてあり、低速で相当なトルクが出ます。 だんだんきりがなくなってきました。 良いアイディアがなくて恐縮ですが、多少なりともお役に立てば幸いです。

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質問者からのお礼

モーターの回転速度を落とすのは相当に大変なのですね! 遊星ギヤセット・サーボ回路・ステッピングモーター どれも聞いた事無いので私には無理そうですが調べて勉強して見たいと思います。 とても勉強になりました。 ありがとうございました。

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若干コメント ・モータが実際に出しているパワー、トルク と ・モータが出せる最大パワー、トルク を、区別する必要があるかと。 モータが実際に出しているパワー、トルクは駆動している負荷で決まることが多いです。 同じ負荷を、同じ回転数でまわす場合には、負荷がとるトルク、パワーが同じですので、モータが供給するパワー、トルクは同じになります。 また、同じモータで同じ回転数(同じパワー)で回っているときには、モータに供給されている電圧は同じになっています。(同じ電圧になるように、コントローラが調節しているはず) モータが決まっていて、低速で駆動したいときには、先の回答にあるように、減速比の大きな歯車などで減速するのが楽です。(モータの供給トルクも下がるし)。 以下余談 低速大トルクのモータは先の回答にあるように、直径が大きく(長さが短めに)なります。理由は、 ・モータの最大トルクは、ほぼ、ロータの表面積*ロータの直径に比例する  (ロータ表面での単位面積あたりの最大駆動力は大体一定なので) ・ロータ直径を大きくすると表面積も増えるので、トルクを出すのに有利 ・高速のモータだと遠心力の問題があって直径を大きくしにくいけど、低速のモータだと遠心力の問題が小さいので直径を大きくしやすい。

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質問者からのお礼

たかがモーターでも色々あるのですね! モーターの種類ももう一度検討し直してみた方が無難ですかね・・・ モーター自体が大きくなっても多少は大丈夫なので・・・(ただ単に安かったから・・・) 思ったのですが、電動ドライバーなどのモーターも回転速度はあまり無いけどかなりのパワーが在りますよね?あのサイズなら使えるかもしれません。 色々と勉強になりました。 あがとうございました。

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直流モータの発生トルクは、おおむね流れる電流に比例します。 駆動電圧を下げると、流れる最大電流(≒(電源電圧-ブラシ降下)/巻線抵抗)が下がるので、最大トルクは減ります。 また、トルクをかけたときの(無負荷速度、回転速度が低い分)速度変化率も大きくなります パワーはトルク*回転数ですので、回転数が下がれば(トルクが同じでも)パワーは下がります。 低速で、安定した回転数にするには、何らかの速度制御を考えるほうが良いように思います。

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質問者からのお礼

流れる電流によって変わるのですね。 と言うことは2,4ボルトでも8,4ボルトでも回転速度を同じにすればパワーも一緒ですね? 現在はプーリーを使ってモーターの動力を伝えているのですが、その比率はモーター側が7mmで反対は20cmです。それでも速度を落とすのは大変・・・・ ありがとうございました。

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