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 | D51蒸機機関車に取り付けていたモータです。 全然回らなくなりました。 |
 | モータの後面です。 FAULHABER 1524T012Sと書かれています。 現在販売されているものは、1524T012SR となっていて、何らかの改良等があると思われます。 |
 | ロータを抜いたところです。 磁石のめっきにひび割れが見えます。 ロータを入れて回すと引っかかりがあるのですが、この状態ではどこで引っかかっているのか分かりません。 |
 | 外からでは分からないので、外ヨークを切断し、磁石を取り出してみました。 磁石の側面のめっきが割れていました。 このめっきの割れがロータに当たって回転を妨げていたようです。 以前にも使用していないモータの磁石が錆びて回らなくなっていましたが、同様の現象が機関車に組み込んだものでも発生していました。 |
 | ブラシも見ておきました。 特に異常は無いですが、油が少し固まっているようにも見えました。 |
 | Φ15の鉄の棒にモータに合うように丸穴を開けて外ヨークにしました。 |
 | 万力で磁気回路を補填したよりも特性が良くなりました。 このことから、KATOのスロットレスモータの外側の鉄板は薄すぎるのではないかということが結論づけられると思います。 |
 |  | 左がモータの磁気回路に影響が出ないようにするための固定方法。右が万力の鉄部分でも磁気回路を形成するようにした固定方法。 |
 | モータの特性を測定すると、万力で磁気回路を形成した方は、GM-3モータよりもトルクによる回転数の変化が少なくなります。 一般的にトルクによる回転数の変化が少ないほど性能が優れていると考えられます。 回転数は、巻き線仕様で変えることができます。 | |
 | 従来のGM-3モータとの比較です。 右がスロットレスモータです。 磁石はかなり厚いものが使用されていて、強力です。 近くに鉄等の磁性体はあると、強くくっついてしまいます。 ただ、モータ外側の鉄板がかなり薄く、物理的な強度が弱いです。 また、外側の鉄板はモータとしての磁気回路の一部のはずで、より強力な磁石を使用して、薄い磁性体にしたために磁気飽和を起こさないのか気になります。 磁石の側面を鉄板が被っているのも気になります。 コギングは全くありません。 |
 | 外側の鉄板が弱いので、簡単に分解できてしまいます。 また、何故かGM-3と比べてフライホイールの圧入が弱く、途中までは手で力を加えただけで動き、プーリ抜きを使用せずに抜けてしまいました。 このモータは、GM-3と同様、3極モータです。 |
 | 電圧ｰ回転数特性を測定しました。 GM-3モータとさほど変わらないようです。 |
 | 回転数ｰトルク特性を測定しました。 期待に反して、スロットレスモータはモータとしての特性が一番悪いという結果でした。 測定結果が良くなかったので、もう一個測定しましたが、左グラフの通り、同じような結果でした。 |
 | KATOのGM-3モータです。 電車用と新幹線用があります。 見た目は同じですが、おそらく巻き線仕様が違うと思われます。 回転子は3極で、スキューが付いています。 コギングはほとんど感じられず、手で回すと比較的スムーズでした。 ロータを外部から回すのに必要な力は、0.3〜2gfcmでばらつきはありました。 磁石は、その色からネオジム磁石ではないかと推定します。 モータ自体の外形は実測で、長さ21.5mm、幅11.5mm、高さ7.6mmでした。 |
 | 電圧を2V〜12Vに変化させた時の無負荷回転数の変化のグラフです。 無負荷回転時の電流も描いています。 電車用GM-3の片軸と両軸で若干測定値に差がありますが、測定誤差と固体毎のばらつきの双方が考えられます。 新幹線用は12V時に30000rpm程度の高速仕様になっているようです。 無負荷回転数のグラフを直線補完し回転数0とクロスするあたりを確認すると約1Vとなります。 無回転状態から、回転し始める電圧を測定すると約1.5Vでした。 |
 | GM-3モータの12V印加時における回転数・トルク特性を測定しました。 永久磁石付の直流モータは、理論上は回転数・トルクは直線状に変化することになっています。 実際のところは高速回転時には回転子のコアに渦電流が流れる等のロスが発生し、回転数が低めになることはよくあります。 モータの特性自体は、この大きさのモータとしてはそれほど優秀というわけでもなさそうです。 |
 | 写真のようにして回転数・トルク特性を測定しています。 フォースゲージをつり下げ、糸を付けて、モータに付いたプーリに巻きます。 糸の下には錘をぶら下げます。 糸が上に上がる方向にモータを回転させ、その時のフォースゲージの値を読み取り、同時に非接触式回転数計で回転数を、電流計で電流を測定します。 ぶら下げた錘の重量(質量×重力)ｰフォースゲージの値が実際にプーリにかかった力となります。 今回の場合は、プーリの直径が8mmでしたので、直径20mmに換算したものがトルクとなります。 錘を変えて何点か測定して、グラフを作成します。 モータはバイスで固定していますが、モータの磁束がバイスに流れないように木製の治具を作って押えるようにしています。 |
 | GM-3モータにはフライホイールが付いているので、それをトルク測定用のプーリとして使用することを考えましたが、糸が滑って前後に外れてしまうため、測定用の溝を付けました。 この溝の直径を8mmとしています。 |
 | ・従来のコア付モータと同じところ
・従来のコア付モータと違うところ
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久しぶりにモータを出して回してみました。
ロータの写真です。
UNOの巻き線は非常に特殊で、磁石の前後も巻かれていて、ロータだけ取り出すことはできません。綺麗に整列巻きされています。
特開２００４−２０１３８７の特許をベースに作られています。
ロータ外径は、約13.0mmです。
maxonのは同社独自(maxonから技術導入したキヤノンも同じ)の巻き方です。
巻き線が「く」の字状に巻かれています。
ロータ外径は、約12.5mmです。
ロータのカップの深さは約10.7mmあります。
中国製のは、maxonの巻き方に似ていますが、中央部が真っ直ぐになっています。
ロータ外径は、約13.5mmです。
ロータのカップの深さは約16mmあります。
中国製のは、maxonのよりも外寸で5mm長いので、maxonと同じ長さにしたら、ロータのカップの深さは約11mmでmaxon製と似たような寸法になります。
単純計算すれば、maxonのと同寸にすると、無負荷回転数は、13000rpm位、起動トルクは90gfcm位になると思われます。
巻き線仕様を変えて無負荷回転数をmaxonに合わせて8100rpmにすると、起動トルクは55gfcm位になり、ほぼ同等かちょっと上の性能になると思われます。
シャフトは、UNO製だけ非磁性で磁石にくっつきません。
ブラシの写真です。
UNOのは直角に付いています。
maxonのブラシの材質は金でしょうか。
UNOとmaxonのブラシは「く」状に曲げてあるのに対し、中国製のは真っ直ぐで短いためかブラシが固く、ブラシ圧が強いようです。そのせいか、3個のモータの中で回転音が一番うるさいです。
ステータです。コアレスモータの場合、外側の円筒はモータのケースとしての機能のみではなく、磁気回路を形成するヨークとしての機能も持っています。
UNO製は、厚さ約1.15mmです。
maxon製は、厚さ約1.4mmです。
中国製のは、厚さ約1.0mmです。
中国製のは外ヨークが薄すぎるため、磁束が漏れてしまっているようです。
UNO製も中国製のに比べてそれほど厚くありませんが、周辺の鉄材を引きつけるほどの磁束の漏れはありませんから、磁気性能の良い材質を使用しているのかもしれません。
今回の中国製のは磁束漏れが大きいですが、鉄道模型の場合は特に大きな問題はありません。
中国の政策で磁石の材料であるネオジウムの価格が高騰していますが、中国国内で生産されるモータに使う場合は従来の価格で入手できるようで、このモータもかなり安価に入手できるようです。
