DCモータについて

質問

現在、コンピュータでモータを制御する実験をしています。

20キロの重さのものを車輪で動かそうとしています。
動かしたい速さは人が小走りするくらいの速さです。

モータは、下の電動アクチュエータから取り出したものを使っています。
http://www.matoba.co.jp/jap/actuator/lam-7314.html

一応このアクチュエータのギアの機構（モータの回転する軸にギアのみぞが彫られていて、それと直交する感じで大きなギアに力を伝えている。）をそのまま使い動かすことはできました。

しかし満足のいく速さを満たすことができませんでした。

電源はDC24Vを使っているのですが、モータの回転の速さを上げたいのですが、どうしたらよいのでしょうか？？

電源は自作したものをもらったのですが、単純にボルト数をあげれば済むことでしたら、どのようなものを手にいれればよいのでしょうか？

モータを変える、という方法もあると思うのですが、その際どうのようなモータを選定すればよいのでしょうか？

回答No.4

cotto3 · ベストアンサー

♯2＠掃除をサボって現実逃避中（笑）

＞ウォームギアってこういうものの事ですよね？

はい、紹介してくれたページのようなギアの事です。
今回のは違うものだったでしょうか？

ラックアンドピニオンのリニアヘッドモーターにしては後部にラックが突出してないのでウォームかなって思ったのですが。（ウォームでネジを回転させてナット（パイプの後端？）をスライドするようなメカかなと想像しました）

下にも書きました通りウォームならばえらく効率が悪いのでチェーン駆動等にした方がスピードは稼げます（取り出すトルクが同じだとして）。

結局ウォームじゃないの？（♯3さんもウォームと想像してるようですね）

製作中の写真拝見しました、楽しそうですね（笑）
（真中に見えるのは。。ウーファー？(・_・？)ハテ）

ステアリングは切らない、まっすぐだけ走るもののようですね（レールの上を走るのかな）。

ステアリングを切るメカならば駆動輪の両輪直結だと困りますね（デフを作るか、又は両輪に個別にモーターつけて直列で駆動すると良いらしい）。

本格的に作る事になったら軸受けにはピローブロックを使うと良いと思います（今のままだと軸受けの穴が広がるかシャフトが削れて減ります）。

ではでは、がんばってね。

補足

どうもありがとうございます。

＞今回のは違うものだったでしょうか？ラックアンドピニオンのリニアヘッドモーターにしては後部にラックが突出してないのでウォームかなって思ったのですが。（ウォームでネジを回転させてナット（パイプの後端？）をスライドするようなメカかなと想像しました）

まったくそのようなものでした。

写真のリンクをはっておいたのですが、OKwebの規定で直リンクは禁止されていたのですね。消されてしまいました。うかつでした。

＞本格的に作る事になったら軸受けにはピローブロックを使うと良い

ピローブロックとはどういったものでしょうか？
いまは車軸につかっているユニクロの全ネジがすり減っているという状態です。

回答No.7

cotto3

♯2。

で、その後どうなっておりますでしょう、上手くいってますかね？

＞ピローブロックとはどういったものでしょうか？

もうご自分で調べたかもしれませんが以下のページのようなものです。

「FYHピローブロック」
http://www.takatsu.co.jp/pickup/fyh/fyh_normal.htm

2点でシャフトを支える場合、自動調心（つまり首を振ってくれる）してくれるので固定が楽です（精密な取り付け角度を必要としない）

ベアリングで受けてくれてますからスムーズな回転もしてくれます。

片輪5Kgでいいのですから小さなもので良いでしょう。

シャフトもちゃんとしたものを使うのが良いでしょうね、10mm～12mmの太さくらいが適当でしょう。

えっと、、それから既に減速されてるものを増速して使うのはお勧めしません（^_^;;）（ウォーム減速ならなおさらです）

もしこれが学生の課題だったとして、自分が担当教官だったらそうした使い方をした時点で減点します（笑）
（特別な理由があってそうせざるおえない場合以外、そういった使い方をしないのが機械設計の常識だと思っています）

どうしてもお手持ちのアクチュエータのモーターを使いたいならウォームの部分を取っ払って平ギアやチェーンスプロケット、あるいはタイミングベルトで減速して使うのを推奨（※一段の減速じゃ速すぎて難しいかもね）。

アクチュエータを諦めてもいいならギヤヘッド付きモーターにするのが一番ベストだと思いますけどね。

一番お手軽なのは駆動輪1輪のみをギヤヘッド付きモーターでダイレクトドライブする事。
この場合欠点は車輪4点支持なので駆動輪が浮くと走らないこと（笑）

モーター代が2倍かかっていいなら駆動輪2輪をおのおのダイレクトドライブするのも良いですね。

あとはギヤヘッドモーター1個で、ピローブロック＆シャフト1軸で2輪を駆動することにして平ギア・チェーンスプロケット・タイミングベルトのいずれかで駆動伝達してやるのが正当なやり方だとは思います。

ほな。

回答No.6

ikkyu3

No.5です。
＞やはり電圧ではスピードアップは難しいのでしょうか？？
ＤＣモーターは原理的には電圧で速度を制御できます。
今お持ちのアクチェータの定格電圧に余裕があり、その余裕の範囲内で電圧を上げることで、必要な増速を満足できるか、程度の問題です。
現在の速度の測定値、目標の速度、定格電圧の余裕などを数値にして検討します。

＞ギアードモータなどはギアで減速しているようですが、その逆でギアで増速ということもできるのですか！？
出来ます。
増減速は比ですから、歯数の比（出力/入力）が1より大きければ減速、１より小さければ増速です。

＞そうした場合トルクなどはどのように変化するのでしょうか？
逆比例します。
減速すれば、その比でトルクアップ、増速すればトルクはダウンします。
これは歯車とは限らず、プーリーとベルトでもテコの応用でも同様です。
つまりは、効率が変わらなければ仕事率は一定です。
減速の機構には、それなりの摩擦によるロスがあることに注意が必要です。

サーボなどは、起動や停止のさせ方や精度や安定性なども考慮が必要で、マイコン制御が最も得意で、かつ難しい分野ですね。
がんばってください。

回答No.5

ikkyu3

このアクチェータのバリエーションの範囲をよく読むと200kgfから50kgfの負荷（これ推力でしょう）に対して、速度5から15mm/secとなっております。
負荷が20ｋｇの車輪つきで軽いのに速度があまりあがらないことと、かなり減速機の効率が低そうで、やはりウォームギアなのでしょう。
現物が、この範囲のどれかは分かりませんが、いずれにしても、人が小走りですと毎秒数メートルとなるので、このまま電圧を上げても不可能です。

ただ「20キロの重さのものを車輪で」動かそうとしていますので、負荷は、このアクチェータの仕様の範囲よりもずっと小さいと思われますから、出力（仕事率）は足りると思います。
したがって、このアクチェータの出力の動きの速さを機械的に（電圧や電流でなく）増速する機構（歯車、リンク、プーリーなど）を構成する工夫が出来れば使用可能になります。

別途にモーターを選定するのならば、負荷と速度から仕事率（動力）を計算し、使用する減速機の損失を考慮して2,3倍程度のモータを選びます。

補足

ご回答ありがとうございます。

＞現物が、この範囲のどれかは分かりませんが、いずれにしても、人が小走りですと毎秒数メートルとなるので、このまま電圧を上げても不可能です。

やはり電圧ではスピードアップは難しいのでしょうか？？

＞このアクチェータの出力の動きの速さを機械的に（電圧や電流でなく）増速する機構（歯車、リンク、プーリーなど）を構成する工夫が出来れば使用可能になります。

ギアードモータなどはギアで減速しているようですが、その逆でギアで増速ということもできるのですか！？

その場合、ギア比を小から大にすればよいのでしょうか？

そうした場合トルクなどはどのように変化するのでしょうか？

自力で調べてもまだまだ質問がでてきてしまって、長くなりそうですが、ご回答いただければうれしいです。

回答No.3

tnt

このアクチュエーターは標準仕様だとＤＣ１００Ｖ
特注で、１２Ｖ，２４Ｖを選べ
更に回転数重視型かトルク重視型を選べるような
製品のようですね。

どれを使われたのかによって、電圧を
上げられるかどうかが変わりますが、
ＤＣ１００Ｖタイプならまだ大丈夫でしょう。

さて、電圧を上げる前に、
その自作電源は誘導負荷に耐えられる物に
なっているかどうか、
アクチュエーターの連続動作時間は
充分かどうか、検証して下さい。
図面を見た限りでは、
放熱に難があります。
（アクチュエーターなら断続動作なので
　問題ありません）

電源が誘導負荷に耐えられるというのは、
出力端子から出力よりも大きな電圧が掛かっても
壊れないという意味で、
モーターを負荷にする場合、絶対に必要な
機能です。

また、このアクチュエーターは、９割方、
ウォームギアを使っています。
というのは、ウォームギアを使わないと
ブレーキが必要になるからです。
このような形をしていて、
ブレーキトルクが明示されていない場合はなおさらです。

というわけで、
まず、標準動作電圧を調べ、
（型番を確認してメーカーに訊いてみましょう）
電圧を上げてみるのが良いのですが、
場合によっては物を変えた方が早いかもしれません。

同じメーカーの同じシリーズでも
スピードは３倍違います。

補足

ありがとうございます。

そうですね。電圧をあげるか、機構をかえるか、というところでしょうか。

回答No.2

cotto3

DC12,24V・・・100Vってなってますねぇ。。

でもそれは型番によって定格12V・24V・100Vって違うモーターのものがあるんじゃないですか？
（てかDC100Vなんておっかないけど（^_^;;））

ところでのこギアはウォームじゃないの？？（中身が見えないので解りませんが）

ウォームは1段で大きな減速出来るけど損失が大きいですよ。

もしウォームならば、個人的には平ギアで減速するか、チェーン・スプロケットで適正な減速にして使うのを推奨します。

力を落さずに速く出来るんじゃないかなと思います。
指はさみ事故に充分注意すればチェーン・スプロケットが一番簡単に作れますよ（RS25か35チェーンあたりが妥当かな）

モーターの選定も改めてみる必要あるかもね。
12Vか24Vで制御出来るようにしておくのが無難ですよ。

チョッパーで速度制御するならノイズ対策も気をつけよう。

ロボットでも作りますの？（笑）
がんばってね。

追伸、急な坂を登らすような使い方じゃないなら充電式のドライバー・ドリルを改造するのも手かもしれません、速度制御の回路が既に出来てますしね（楽）

あるいは電動キックボードなんかを改造するのもいいかもね。

ではでは。

補足

アドヴァイスありがとうございます。

>>ところでのこギアはウォームじゃないの

ウォームギアってこういうものの事ですよね？

http://catalog.khkgears.co.jp/khkweb/search/series.asp?10

もしこの機構でさらに速くすることができれば、それにこしたことはないのですが、、

>>ロボットでも作りますの？

ロボット制御のような事をやってます。
奥が深いですね！

あと始めにドリルを組み込んだりしましたが、それの回転数と回転方向を制御させるためのpicをつくるために色々と知識が不足していまして、このようなものを現在使用しています。

http://www.makingthings.com/products/documentation/teleo_motor_controller_10a_user_guide/index.html

回答No.1

fitto

>>電源はDC24Vを使っているのですが、モータの回転の速さを上げたい

DC100V定格のモータのようですので、電圧を上げるだけで速度も上がります。
今の24V電源に直列に電源を入れるといいです。

>>モータを変える、という方法もあると思う
24V定格のDCモータがありますので、それにすると最大定格の出力が得られます。
http://www.kyoei-tsushin.co.jp/mec.html

参考URL：

http://www.kyoei-tsushin.co.jp/mec.html

補足

ご回答ありがとうございます。

>DC100V定格のモータのようですので、電圧を上げるだけで速度も上がります。
今の24V電源に直列に電源を入れるといいです。

制御回路の説明書には50Vまで入れられると書いてありましたが、実際50Vの電源をどのように用意したらよいのでしょうか？今の24V電源回路を改造して50V出力にすることは可能でしょうか？

また、直列に電源を入れる、というと具体的にどういうことなのでしょうか？

質問だらけですいません。