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モータと電流のお話~バチバチ

間違いがあるので編集中見ても鵜呑みにしないでね

友人と話していて気になったのでまとめてみました(友人よ見てね。)
今回は少し長いですし難しいかも(読みにくいし)、読むの面倒くさい方にまとめるとアンペア数計算してねって感じです。

380と言っても種類が沢山あるのは皆さん知ってるはずです(友達は知らんかった~w)
模型屋で普通に売ってるマブチ380PHやSH以外にも世の中には沢山の380が有るのです。
(以下これから云う普通モータとはマブチ380PHの事にしときます、模型屋で売ってるしね)
例えばタミヤのギヤードのモータはこれ見覚え有るだいぶつや消し感のあるモータ(今は違う奴みたいだけどメーカは同じみたい、あと外見が綺麗になった)
DSC05939.jpg



特注380
ある人から貰ったんだけど、普通のよりもトルクと回転数が高い物です、電流値もあまり変わらない感じです。
(単なる自慢ですじゃんか)
画像はなしでsry


もう一つぐらい例を上げときます
利根川サーボ(知らない人は調べてね)
ロボワンやかわロボでも使ってる人が数人居るちょっとお高いサーボ
の割には前Twitterで言ったけどサーボICがS3003とおんなじだったりするちょっとインチキくさいサーボですまあ動けばいいんじゃない~
組んであるHブリッジもFETじゃなくてただのパワートランジスタ(2sC45522sA1744)だからからな~、でもNEC製だよ:)(<普通に使えば問題ないんじゃないかな)

少し疑問ですFETじゃなくても380が動くのか、サーボとして動かすと回転停止を繰り返すから電流を食いそうだけど。
(これが利根川サーボを例に上げた理由です)

ただの利根川の380普通に模型屋とかじゃ買えない感じのモータなのです。
マブチ製だけどマブチのサイトには乗ってない型番でした。(型番忘れた:))

普通と違うのはトルクが強くて(実際測ってみると380PHの1.3倍ぐらいのストールトルク)消費電流が凄く少ないってこと(380PHの1/5ぐらいだった気がするストール時)だからこのトランジスタで良いのです、考えてあるのね。

今探したけど無いから基板の写真だけ。
DSC05941.jpg



次はお高いマクソンとかファールハーバーとかです、
まあこれは種類が沢山有るんだけどね。
今回380と比較するのは(比較?イジメ380かわいそうww)Faulhaber 3257G024CRBnAmtIkCAAAG82i.jpg

カノーネや300kgサーボで自分の中ではお馴染みのモータです。

モータ軸でセンチ5kgの黒いやつ。
まあ値段が高いですからね:)
24V使用なので8.4Vとか12.6Vとかで使っても数アンペアしか食わない感じです。
その代わり回転数とトルクが落ちますがそれでも凄い感じ。


まあこんな感じで世の中には色々種類が有るのだけど。
まず先に二足視点で云うと(大きい二足例えば1m級の二足とか作る人は380とか使うんじゃない勝手な偏見です)、どのモータがサーボに適してるかってことだけど。

普通のモータをサーボに買うと凄い電流を食ってしまって大変です、どう大変かと云うと...
例えば380PHをLipo2Sで使うサーボを作ったとします。
データシートから6Vの時ストール時18Aと書いてありますね。
Lipo2Sは7.4VですがMAX8.4Vですから計算して18A/6V*8.4V=25.2Aとなります。

一つのサーボが25.5A平行リンクの脚で4つ使うと約100Aになりますこれは凄く凄いですよね。

なので普通に380を買ってきても電流食い過ぎで使えないのですよ、そこで利根川のモータを使ったとします。
モータをベンチに掛けてみると8.4Vで900g・cm 4~5Aって所。(ちなみに380PHのトルクは700g・cmでした)
すごい差ですね4つ使っても20Aぐらいです。

なのでモータ選びは重要ですね~
(友達が言ってました利根川サーボ普通の380だから380買ってきてサーボ作ればいいやんってそこで上のことを説明したわけですよ~)

まあそれか凄い電源積むかギア比増やして余剰トルクで電流値を減らすかですね。
特にスピードがいらないならギア比で稼ぐのは有りかもです。

どの製品にどのモータが使われてるのが分かればそれを買うってのも有るけど聞いてみるとモータだけ売ってくれるところは結構あるもんです。聞かないのは損ですよ~

まあ知識のある人しかやらないから色々考えるでしょう二足は。


で次はかわロボ視点です。
かわロボだと380PHとか380SHとかタミヤの380とか最近はスポーツチューンモータも使う人居るみたいですね~
自分の場合アンプは自作なので問題無いですが、よく12セルとかやる人居ますよねそれでアンプ焼けたとか言ってる人とかいますしw

その前にまずアンプの説明から
かわロボでよく使うのが双葉のMC231CR(一番低いけど)のFETは2sK2737です、前身用に2個、後進用に1個づつFETが入っています
瞬間最大電流(前進):90A
連続最大電流(前進):45A

並列に2個あるから連続で45A流せますよっ、もしもの時に2つが頑張って90A流せますよって(なんかカワイイ)
書いてあります安全率を取ってある感じで双葉は親切ですね。

一方
SANWAのF2200とかは前進用IRL37132個ですが後進用7N03081個づつです
連続最大電流
520A(前進) 60A(後進)
瞬間最大電流
2080A(前進) 240A(後進)

FETを並列にしてるから260A*2で520Aは余裕だよ、瞬間、ホントに一瞬だったら2080A流せるぜ。
てっ感じにデータシート的な意味を書いてある何かプロ仕様っぽいかんじ。(SANWAがやっぱり好き、MT-4とかラジコンはSANWAばっかです:))

まあSANWAの話は置いといて双葉のデータシート見て次いきましょ~
先ほどアンプが焼けるって話が有りましたがnoobですね~
かわロボのアームとかだとモータ4連装とか普通にしてます、そうするとさっきの式の出番です。
NI-MH12セル7.2V*2個で14.4V(面倒くさいから7.2Vで計算っと)
18A/6V*14.4V=43.2A
43.2A*4連装で172A流せるFETが必要ですね。(まあ7.2V用に14.4Vかけるんだからそんぐらい知ってるんだよねw)
っとデータシートと見比べると全然足りませんね。

単純にFETの電流量が足りない上にまだ有ります

よくみると見ると許容チャネル損失30W(25度)って書いて有ります、25度の時30Wまで流せるよってことです(温度が低ければもっと流れるよ。)

30W/14.4Vは約2A
14.4Vの時2A以下なら温度が上昇しないって感じだと思って下さい。

で4連装だと170Aでしたっけ普通にFETの温度がどんどん上がって行くわけですで150度ぐらいを超えると焼けるわけです。(電子部品は温度が上がると抵抗値が上がり電流を流しにくくします、データシートの下の方にグラフが書いてあるよ~)

定格で電流は流れないからモータの性能出せないは、FETの温度が上がって最後アンプ焼けるはで良い事無いですね~

とここでかわロボ常連さんはMC402CRってのを使うわけです。以下省略これは多分持つんじゃない使ったことないからどうでもいい感じ自分は自作できるから要らないしね~XD

で最近タミヤのLifeが使えるようになりましたが、値段も高いし自分は使いませんが注意を一つ放電能力を考えて下さいね。
タミヤのLifeは放電能力書いてないんですね、なので同じA123のLifePo4を使ってるA123 Systems 1100mAhってのを見ると連続30Cバーストで60Cらしいです。(結構出るね~)

ってことは1100mA と2200mA、1600mA、2300mAで計算すればOKですね。
一番多い2300mA で計算してみます。
連続
2.3A*30C=69A
バースト(瞬間)
2.3A*60C=138A
らしいです。

でかわロボだと直列に繋ぐのでLifeの充電終了電圧が7.2V*2=14.4VでNI-MHと同じですね。
なのでモータ4連装だと172Aでlifeには渦電流ですね危ないかもね、気をつけてね。

自分はNI-MH6セル4連装のアームで先端4kg出しても熱ダレしないように色々考えて自作アンプとバッテリー選んでるよ
6セルでも十分パワーが出せるはずなのです、アーム上がんないやって言って直列12セルとかやってる人を見ると少し引くわ~ww


何かた~っと書いたから誤字とか文が繋がってないとこ有るかも。
まあkokoに書いてあることで起きた事故は自己責任で:)
って書いたほうが良いのかな~

今回のは少しマニアック過ぎたかな、少し引くわ~(日常の神主さん)
サーボのICのこととかまた気が向いたら書くかも。
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名刺のe-mailが間違ってたみたいです。

名刺のe-mailが間違ってたみたいです、(いい加減な人だな。)

prot-typeをproto-typeにして下さい。
すいませんお願いします。

佐々木さんありがとうございます。

MP-01A2 Trudeの電圧変換システム

MP-01A2 Trudeは紹介していませんが。
MP-01 Frauを改良などしてできた2号機です。
サーボのテスト機体ですね。
時々動画などんに出てきます。
またロボワンの時はFrauの予備機として持っ行きました。(会場でのエーゲルの反応は良い感じ~?)

まあ姉妹機みたいなものです。

一応学祭の大会に出ています。

でこの機体は電圧がLipo2Sと3Sの混合機体なのです。
しかも電流をかなり食うサーボが2S側に有るので電源も大容量のものが要るので、DCDCや三端子レギュレーターなどでは重量や値段、大きさ的に難しいので、Lipoを2Sと1Sに分けて積んでいます。

こんな感じにしたいですね。
9_20131112214033312.jpg

こうすると2S分バッテリーが軽くなりますね。
でもスイッチを入れる場所が難しいです。

試しにバッテリのマイナス側にスイッチを入れるてみます。
2Sの方は電源が切れるのですが、1S分の回路ができてRCB-3とサーボの電源が入ります。

どうやってもスイッチが2個いるみたいですね。(多分)

ですので下のようにFETを組みます。
FETのゲート側にスイッチを付けてやれば両系統のFETのゲートが開いて電源が入ります。(やったね。)
123_20131114213551a32.jpg


今回は電圧が固定ですからマイコンで制御するまでもないのですが。
(マイコンで制御したらLipo-3S一個積めばいいと思うけど?<2Sのがいっぱい持ってるからね、1S買うほうが安いし。)

マイコンでFETのゲートを制御すればPWMなどで電圧を好きに設定出来るようになります。

またサーボのようにPWMをマイコンで読み取り、マイコンで好きに制御してFETを動かせばRCB-3などでサーボを動かすように電圧を好きに変えることができます。(センサーとかで変化させるのも良いかも。)

(これで中二心くすぐるシステムが出来ると思いませんか?普段は電圧を少し下げ気味とかで、トランザムとかオーバードライブとかリミッター解除とかetc)

簡単な説明でしたが、何かもっといい方法が有れば教えて下さい。
では。



サーボの動作電圧アップで性能アップ?

今回はサーボの電圧を上げて性能をあげようとゆう記事です。


サーボに使われてるDCモータは電圧を上げると回転数とトルクが上がります。
コレを使って性能を上げるわけです。
良い事ばっかりでは有りません、電圧を上げるため電流量が増え、発熱量も増えます寿命も下がるでしょう。
それでもハイパフォーマンスサーボを求める人は居るはずです、戦うロボットなどetc。(後スピードとか。)


ここから説明です。
今回はKRS-4024を使用しました。
まずはどこをどうしたらいいのかわからないと思いますが。
4024なら電源周りの交換で出来ます。

基板の外し方は省略しますね。

U1のチップが三端子レギュレーターです。
コレがPIC、ポテンションメータの基準電圧、トランジスタのスイッチの電源を作っています。(結構重要)
ノーマルの三端子レギュレータの上限電圧は15Vみたいです。
KIMG0238.jpg
この三端子レギュレータと左右にあるコンデンサを取り外します。(取り付ける三端子レギュレータが大きいので)

まれに左上のC7コンデンサが耐圧16Vの物があります。(多分初期型だと思う)
その場合は耐圧の高いものに取り替えましょう。(コンデンサは何でも良いかも)
取り替える場合は耐圧が使用電圧の2倍今回の場合だとlipo4S 16.8Vなので大体30Vぐらいのものが良いかも。
コンデンサは何か使用電圧の2倍ぐらいのものを使うのが普通らしい。


取り替える三端子レギュレータはNJM78L05UA
入手場所は秋月です。(他にもRSやデジキーなどがありますが説明が面倒くさいので。)

三端子レギュレーター 5V100mA SOT-89 NJM78L05UA 10個入 ¥200
取り付ける。(三端子を取付たとに左右のコンデンサをつけると楽です。)
KIMG0239.jpg

コレをサーボに戻して動かしてみます。

動画
KRS-4024HV動作電圧アップ

分かりにくいですが左のサーボのほうが少し早く動いいます。(ホント分かりにくいな~)

コレで電圧アップは終わりです。
KRS-4014などでやって使ってみた感じはトルクはKRS-4014+αでスピードはKRS-4013ってかんじでした


ここからはある意味失敗例です。
ロボワン22回に使用したMP-01 Frauがlipo-4Sで動いてました。(過去形?)
大会当日にサーボ一つ不調になり仕方なく3Sで大会に出たんですが、そうしたら一回戦で後ろに転けた時に起き上がりモーションが上手く行かずに負けました。後ろは4Sで作っていたため上手く行かなかったみたいです。
会場で前の起き上がりは作ったのですが。電圧変えたことすっかり忘れてました。トホホ…

セル数を変えたときはモーションのチェックも忘れずに。(コレ大事。)

モジュール1のギアを1.5mmのエンドミルで切削する。

今回もですがモジュールの小さいギアを切削すると、経の小さいエンドミルが必要になりますよね。
そうすると気を使ったり、早く切削が遅かったりして困りますよね。
そこで1.5mmのエンドミルでモジュール1のギアの作り方を紹介します。(一部完璧なインボリュート曲線にはなりませんので宜しくです。)

まずは以前紹介したKHKの歯車計算ソフトGCSW for Webを使います。
使い方は前回の記事で多分分かると思うので省きます。


平歯車のソフトの初期設定のモジュール1歯数20のDFXで説明します。
1.jpg

半径0.75mmで円を書きます。
(0.75はエンドミルの半径です。)
2.jpg

円を書く所はここです。(拡大)
3.jpg

円を0.75mmずらして線を書きます。
4.jpg

トリミングして外形のラインを作ります。
5.jpg

0.75mmオフセットしてエンドミルの通るラインを書きます。
後、円の中心から歯先の延長線を書きます。
6.jpg

拡大すると線の先が延長線に接触していないので。
このままでは配列複写した時に線が結合できないので。
延長します。
7.jpg


延長したら、鏡像します。
8.jpg

配列複写して、ポリラインで結合します。
9.jpg

結合できたらそのまま切削するだけです。
10.jpg

分かりにくいかもですが、画像があるから大丈夫だと思います。

歯元がインボリュート曲線でなくなる部分が有るのですがほとんど歯と接触しない部分なので大丈夫だと思います。作ってみて確認してみて下さい。
加工費節約?になるかもですよ。

ではまた~
プロフィール

matsuno hiroyuki 

Author:matsuno hiroyuki 
PROTO-TYPE

中部でものづくりをしている者です。
かわロボ、ROBO-ONE、BRAVEなど出場しています。
サイクロ減速機、自作サーボなども作っています。

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