2017/01/06

カーボンブラシの慣らし具合

今日はカーボンブラシモーターの慣らし具合について


モーターの慣らしについては以前に書きましたが
今回はモーターの中身、ブラシの話です。


ミニ四駆で使用されるモーターのブラシの種類には
銅ブラシと呼ばれている金属板ブラシとカーボンブラシの2種類があります。
そのなかでもカーボンブラシの話。

※いつものように個人的な感想、考察が多く含まれているので参考程度に。

まずは画像で。


これがカーボンブラシです。
正確には下のほうにあるブロックみたいなやつがカーボンブラシです。
ちなみにこれはほぼ新品の状態です。
(回転数計測にちょっとだけ回してすぐにバラしました)

で、次に慣らしたカーボンブラシです。


こんな状態です。カーボンのブロックが大分削れてますよね?
さらに追い込むとこんな感じになります。


めちゃくちゃ減ってますね。
もうそろそろ無くなってしまいそうですね。
で、使い込むとブラシが減るのはわかりましたが、これがどう影響するかです。

実際はモーターの中ではこんな感じになってます。


モーターの軸についている通電する板、コミュテーターを挟んでます。
挟む力は板バネの力(板が戻ろうとする力)です。
板が戻ろうとする力でブロックをコミュに押し付けてます。
ここで電気を伝えてるわけですね。

で、じゃあ慣らしたブラシだとどうなるかというと


こうなります。
画像だと非常にわかりにくいのですが、ブラシとコミュの接触面積が増えます。
面積が増えると通電しやすくなるのでコイルの磁力はより強くなって
モーターがより力を発揮できるようになる(はず)です。

さらに追い込むとどうなるか


ブラシの板はさらに閉じました。
といっても先程の②でブロックの全面がコミュに接しているので
接触面積は先程から増えません。(はず)
ただブラシが閉じただけ、という感じですね。

このブラシが閉じるという現象をどう解釈するか。
※ここからは持論妄想が多々含まれます。

そもそも元々のブラシ単独では


減ったブラシでもここまで閉じています。
ということはこの板はこのぐらいの角度まで閉じるのが本来の姿です。
これをブラシのブロックで広げコミュで広げ、と強引に広げているので
板は戻ろうとして閉じようとします。

その結果としてモーターの軸についてるコミュテーターを押さえて
通電性を確保しているわけです。


縦線がブラシの板で矢印が力の向き。
あまり意味のない図ですがこんな感じで。
こうやってみると強引に開かれているのはよくわかりますね

で、このブラシが減るということは板を広げる邪魔な存在が減るということで
それだけ自然に閉じた状態に近づきますし、戻ろうとする板バネの力は弱ります。


左右の板が平行に近くなりましたね。
それだけブラシが自然に閉じている状態に近づいているので
戻ろうとする力は弱まっているということになります。

つまりブラシのブロックが減るほど(モーターを使うほど)
板の戻ろうとする力が弱まります。
この板の閉じようとする力が何に影響するかというと
ブラシとコミュの通電性を確保の部分に関わると思います。

理屈でいうとこの板を押し付ける力が弱まりすぎて足りなくなると
ちょっとした衝撃でブラシとコミュが離れてしまい
通電性が悪くなりモーターが力を発揮できなくなるんじゃないかなぁと。
いわゆるトルクが無い、という症状が起きてそうな気がします。

その反面このブラシの圧が弱くなると、
回転している軸を押さえる力が弱まるため
回転数が高くなりそうな気がします。

となるとブラシが減りすぎたモーターは高回転なのに
いざ実走してみるとイマイチ速くない?ってことも起こり得ますよね。
使い込んだモーターが回るわりに遅かったりするのはこういうことなのかなぁと。

実際どのくらいの圧(ブラシの開き)が良いのか、
というのは自分にはまだわかりませんが
モーターの回転数以外にもブラシの板の開きでも
手持ちモーターのコンディションを知ると言うのは大事になりそうです。

ーーー

じゃあ分解せずにどうやってコンディションを知るのか、という話になりますが
幸いなことにカーボンブラシ仕様のSMC製モーターには
都合が良く穴が空いています。


覗く角度を変えると


こんな感じです。
ブラシが開いているのがしっかり見えますね。
これが使い古しのモーターだと


これはまだ残ってるほうですが、新品と比べるとだいぶ閉じてますね。
こんな感じでブラシ残量とブラシの開き具合を目視することができます。
モーターの管理をする上で回転数だけでなく、このブラシ残量も気にすると
より手持ちモーターの質が把握しやすくなるかもしれません。

ちなみに自分の場合は慣らしをする際はあまり時間をかけすぎずに
上記の例で言うと②のぐらいを目指します。
「ブラシが全面に当たるけどブラシはしっかり開いてる」という状態ですね。
この状態が一番モーター本来の性能を発揮できているような気がします。

ーーー

とまぁ文字でいろいろ書いてみたりしましたが
言うのは簡単なのですがその状態にどういう慣らしで持っていくかは、、、
全然掴めてません!w

とりあえずこの辺りのことを考えながら慣らして思ったことは
ある程度回して回らんやつは回しこんで回るようになっても
あんまり意味がないよなぁってことくらいです。
すごく身も蓋もない話ですけどねw

※冒頭にも書きましたが、あくまで自分の考えですので
参考程度に読んでください。

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