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概要

研究室に転がっていた古い扇風機を分解したよという日記.全体的にほこりっぽいのでご注意ください.

分解

いらすとや
扇風機

もともとの写真は撮り忘れました.

土台

回路
台の中には回路.予想どおり.

中からは回路.ブザー.スイッチ,コントローラ. トランジスタはインバータ?3つで出来るんだっけ?何用なのかよく分かりませんでした.

回路のアップ
回路.

モータ

モータの部分はくまとりだと思ってたら三相誘導式ぽくて感動.ボロボロのわりにちゃんとしてる.

ステータ正面
ステータ正面. 厳つくてテンション上がりました.
ステータ横から
ステータ横から.
ロータ
ロータ.

太い円柱になっている部分がちょうどステータにはまるブラシレスモータだったらしい.周りのコイルが三相磁界を発生させる.

首振り機構

首振り上から
上からの首振り機構.水平に伸びるギアはシャフトに繋がっている.

首振り機構の動力もモータから取っていました.モーターシャフトに繋がったギアが回転し,

首振り後ろから
後ろから見た首振り機構.

裏側のギアが回転し,

首振り横から
横から見た首振り機構

台に固定された金具によって首が振れます.電子制御されていないのに巧く出来ている物をみると感動しますね.

誘導モータって?

誘導モータとは回転磁界を作ってモータを回すタイプのモータです.

例としてアゴラの円盤がわかりやすいです.

誘導電動機の基本原理,アラゴの円盤,等価回路,主な構造 -公益社団法人 日本電気技術者協会

磁束は鉛直下向き,回転は反時計回り,渦電流は進行方向側が反時計,進行方向と逆側は時計回り.
アラゴの円盤 (青矢印: 磁石移動方向,
赤矢印: 磁束方向, 黄色矢印: 電流方向)

地面に水平な円盤と、円盤の中心を通る垂直な軸があるとします.磁石を軸の周りに(時計回りに)動かしていくと,磁束が円盤を切ることになります.

電流は円盤中心から外側へ向く向きに流れる.
電流方向

このとき,磁石の進行方向(青矢印)側は磁束が近づいてくるので,右ねじの法則からそれを打ち消す向き,すなわち反時計回りに渦電流が流れます.逆側は逆に磁束が遠ざかっていくので,時計回りの渦電流が流れます.結果,図のように電流が流れます.

フレミング左手の法則
緑矢印: 力方向,黄色矢印: 電流方向,
赤矢印: 磁束方向

この状態でもやはり磁束は上から下へ向かうので,円盤はフレミング左手の法則に従って磁石の移動方向と同じ方向に力を受けます.

実際には磁石を回すのではなく磁界だけを回せば(回転磁界)円盤を回転させられます.誘導モータは同じように動きます.

交流電流による回転次回発生の仕組み -公益社団法人 日本電気技術者協会

三相誘導モータとくまとりコイル型単層誘導モータとは?

回転磁界を発生させるためには,磁束方向が3方向あるといい順番に磁束を発生させればいいだけだから,というのが三相です.

でも写真のようにコイルを複雑に取り付ける必要がありますし,回転磁界を作るために多少複雑なインバータが必要になります.

三相モータのコイル

もっと単純にしたい,そんなとき,「単相の正弦波でも回転に見えなくもないじゃん」ということで使われるのが単相誘導モータです.これでも問題無く回転しますが,単体ではスタート回転(始動)ができません.そこで様々な方法がありますが,その一つがくまとりコイルを取り付ける方法です.

くまとりコイルがある部分はスタート時に短絡電流が流れて,磁界に遅れが生じ,始動トルクを発生できます.

誘導電動機の単相誘導電動機、誘導発電機 -公益社団法人 日本電気技術者協会

日記なのでまとめとか特にありませんが

厳つくてかっこいいですね.一回ちゃんとしたモータを設計してみたいんですけど,がっつりしたコイルとか磁心鉄心を個人で発注するのは厳しいものがありますね.アラゴの円盤,授業でやったのは1年半位前,本で読んだの半年前なんですけど,2回やったのにあんまり覚えてませんでした.無念.

あと図がパワポというのも負けた気分です.もっと格好いいイラストを用意したかったんですが,楽に素早く書くなら結局慣れてるツールを選んでしまいますね.

「[図解入門よくわかる最新モータ技術の基本とメカニズム] 秀和システム 井出 萬盛(著)」の感想です

タイトルそのまま、様々なモータの構造や基本原理が分かりやすく紹介されている本。

図解入門よくわかる最新モータ技術の基本とメカニズム 秀和システム 井出 萬盛(著)

期間: 9月2週目~3週目程度

特徴

トルクとは何か~モータの種類、実生活のモーターの用途まで、幅広くわかりやすく紹介しています。ただし、数式を扱う本ではありません。

内容

私の基準で大雑把にまとめ直しているのであしからず。

  1. 基本事項(トルク、ファラデーの法則、磁束、リラクタンストルク、電気子反作用、ギア)
  2. DCモータ(スロット、直巻き、分巻き、制御など)
  3. ACモータ: 誘導機(アラゴの円盤、すべり、制御、回転磁界、三相誘導モータ、単相誘導モータ、分相始動、コンデンサ始動)
  4. ACモータ: 同期機
  5. その他モータ(コアレスモータ、ヒステリシスモータ、超音波モータ、リニアモータ、ブラシレスモータ、ステッピングモータ、サーボ)
  6. 用途など(ミニ四駆、扇風機、エアコンなど)

感想

(参考)読む前まで:電気科で、交流電流の特性やDCモータ、三相誘導電動機などの基本原理や等価回路の知識がありました。 ただし、直巻き、分巻きなどの言葉は知っていましたが、実際にどんなものか分かっていませんでした。

全体

先日(2019年夏、学部4年で研究室歴半年程度)車メーカでEV用モータ関係のインターンをさせていただいた際、同期が研究対象にしているモータの話が全く分かりませんでした。磁石を使わないモータって何?というような、モータの種類を大まかに一通り知ることを目的に読みました。 図が適切でわかりやすい印象で満足です。

ただし、数式を扱う本ではないので、正確な関係式や制御に使うのは厳しいと思います。

1. 基本事項(トルク、ファラデーの法則、磁束、リラクタンストルク、電気子反作用、ギア)

基本事項です。ほぼ知ってる内容でしたが、リラクタンストルクやギアの種類などの知らなかった情報もありました。 こういう基本だけど調べないと分からない情報が、ちゃんとわかりやすく一定の文脈で説明されているのは書籍の利点ですね。

2. DCモータ(スロット、直巻き、分巻き、制御など)

DCモータの基本原理はわかっていましたが、製品の構造がわかりました。

3. ACモータ: 誘導機(アラゴの円盤、すべり、制御、回転磁界、三相誘導モータ、単相誘導モータ、分相始動、コンデンサ始動)

アラゴの円盤からスタートして誘導電動機の原理、動作、すべり、制御まで幅広く紹介しています。

三相誘導電動機の動作原理はわかっていましたが、配線がどうなっているのか疑問でした。この本でかなり解決しました。

同期モータと誘導モータ、名前は知っていたしなんとなく分かったつもりでいましたが、違いが明確になりました。ちゃんと読んでよかったです。

4. ACモータ: 同期機

同上。3,4が特にためになりました。

5. その他モータ(コアレスモータ、ヒステリシスモータ、超音波モータ、リニアモータ、ブラシレスモータ、ステッピングモータ、サーボ)

さらさらっと読めます。

6. 用途など(ミニ四駆、扇風機、エアコンなど)

ここもさらさらっと読めます。

次に読みたい

関連

この本と合わせて動画を見ると、電気の知識がなくても大丈夫ではないでしょうか。と思うのでわかりやすかった動画を紹介します。

※ 私とは何の関係もありません

マイクロマウス大会へ向けて動いていきたいと思います!今回はハードを作成しました。

マイクロマウス大会へ向けて動いていきたいと思います!

今回はハードを作成しました。special thanks for Furuta!!!

目次

  • マイクロマウスとは
  • 機能
  • 回路 
  • PCB
  • 部品
  • 基板注文
  • 完成
  • 雑記

マイクロマウスとは

迷路を自律走行ロボットが探索してゴールを目指す大会です。ゴールできたら、経過時間を競います。

公式:マイクロマウス2019 -公共財団ニューテクノロジー振興財団

機能

機能は以下のようになっています。EEPROMとは 不揮発性メモリの一種で 、マイコンに書き込んだデータを記憶してくれる物です。

  • 電源 12V-5V-3.3V
  • EEPROM
  • LED
  • スイッチ入力
  • 距離センサ 発光/ 受光
  • モータドライブ

回路

回路図はこちらです。お好きなマイコンをお使いください。

PCB

上の回路をKiCADでPCBデータにしました。

部品

多くは秋月電子へのリンクになっています。部品数は確認しましたが正確ではないかも知れませんのでご了承ください。

機能部品名個数備考
ICソケット28pin1
ICソケット8pin1
マイコンLPC1
モータードライバーa498821
XH3pinベース12
タクトスイッチ4
コンデンサ0.1uF6
EEPROM 24LC64-I/P1
LED3
RLED用3305
3端子レギュレータ12V-5V78051
3端子レギュレータ5V-3.3VLP29501
C100uF5
赤外線LED33
npnトランジスタ8050SL-C-T92-K3
R1k8
R10k14
R474
赤外線受光NJL7302L44
C0.01uF4
ステッピングモーター21
PH6pinハウジング 2
C220uF2
XH6pinハウジング2
XH6pinベース2
XH4pinハウジング2
XH4pinベース2
ピンヘッダ2pin6
VHベース2pin1
バッテリ3S12V 1000mA1+予備
鉄板底板15
スペーサー30mm2
スペーサー20mm2
スペーサー25mm4
スペーサー10mm 4
プラねじ とナットM34
熱収縮チューブ Φ5センサ用カバー1
R3.3k2
トグルスイッチ16
PHハウジング6pinモータ接続用2
PH圧着端子8
XH圧着端子32

チップ抵抗の読み方

  1. 解説動画です。https://www.youtube.com/watch?v=5CmjB4WF5XA
  2. ピンヘッドでも可
  3. 貰った物なのでわからないですが、 これとか。受光素子が反応する周波数を確認してください。
  4. これも貰った物なので、たぶんこれであろうと思うものを記載しました
  5. 貰ったものです。ミスミなどで買ったと思われます。
  6. カバーを取り外しました。

基板注文

注文したのはelecrowさんです。

注文方法に関しては過去のこちらの記事や他の方のブログなどをご覧ください。=>KiCADでプリント基板を作ってElecrowさんに注文

完成品

完成!電圧も大丈夫そうです。マウスのサイズになりました。

雑記

次からは動作確認をしています。