ダイナモのお勉強 その1
ダイナモ関係の基礎的な話に関して、私が調べて理解できた範囲を取りあえず少しずつ書いてみようかと。
「その1」はブラシ式の直流モータと直流発電機は原理的に同じ物で有ることや、どんな風に軸を回したらどんな風に発電するかのお勉強。
「勉強」という言葉は子供の頃から今まで好きでは無いけど、森高千里チャンも勉強はしたほうが良いと言っているので、敢えて「勉強」としてみた。
準備する物はマブチモータ、電池、アナログテスタ、の3点。マブチモータの型番は何でもOK。電池も準備したモータを回せれば何でもOK。テスタはアナログが良い。ホームセンターの1,000円のヤツでも良いから出来るだけアナログを準備する。どうしても駄目ならデジタルでも仕方ないけど、表示がパラパラしたりバーグラフの反応が遅くて解りにくくても私は知らない。
で、勉強する気がある人は絶対に上記の品物を買ってきて自分で実験するべき。自分の手で試して見ないと記憶に残らないし、そもそも私が嘘を書いているかもしれないし、実験のやり方次第で別の結果が出るかもしれないから。
まず、モータと電池を繋いでみる。モータの赤線を電池のプラスに、青線をマイナスに繋ぐ。別にどっちでも良いけど決めておかないと実験の意味がなくなるので赤がプラスと決めておく。
で、モータが回ったらどちら方向に回るかを指で押さえて確認し、その回転方向をマジックで書いておく。画像では赤い矢印で回転方向と電流の方向を書いてみた。
次に電池を外して代わりにテスタを繋ぐ。モータの赤線にテスタの赤線を、モータの青線にテスタの黒線を繋ぐ。テスタのレンジは直流電圧の最も敏感なレンジか、直流電流の100mAとか500mA辺りのレンジが良いかも。
次にモータの軸を指で勢いよく回し、その時のテスタの針の振れ具合を観察する。モータが無改造で発電機に成る事や、先ほどまで付いていたバッテリーを充電するには、軸をどちらの方向に回したら良いかを確認する。
たったこれだけの実験をするだけで、モータが発電機に成ることを実感できるし、バッテリーを充電する方向の電圧を発生させるには、モータリングの時と同じ向きに回すべきか、逆向きに回すべきかが明確に解る。
全部をゼロから買っても1,500円もしません。今の時代にダイナモで悩む様な特殊な人達にとって、この1,500円はそれ以上の知識と経験を与えてくれる事でしょう。重ねて書きますが、このブログを読んだだけで理解した気分に成った人や、続けてネットで調べるだけで終わる人の知識や経験値が増えることは有りません。
尚、現実のダイナモは界磁が永久磁石じゃ無くて電磁石に成っています。その為に上記の実験は厳密に言うとダイナモが回り始めた瞬間の、残留磁気によって発電を始めた部分のシミュレーションでしか無いと言われるかもしれません(原理的にはその後も同じですが)。
その後のフィールドコイルを絡めた話ですが、実験するための教材の問題も有るので、良い教材が準備できたら「その2」として書きます。こうご期待・・・だれも期待してないか(笑)。
昼前はスイミング。今日も始まる前はキック練習を繰り返した。少しずつだけど進歩している気がする。推進力に成らなくても、姿勢をコントロールできる程度の力は得たいわけだ。
スクールは前半が平泳ぎで後半がクロール。後半は久し振りに25mを40秒サークルで20本と言うメニューが出た。出来ん事は無いけどどのくらいのタイムかな?と思いながらスタート。
最初は20秒くらいで良い調子と思ったけど、直ぐにペースが落ちてきて最後の方は25秒を少し超えるくらいまで成ってしまった。筋持久力なのか耐乳酸能力なのか泳ぎの効率なのか、良く解らんけど改善の余地有りだ。
スイム 1.3km
| 固定リンク
コメント
界磁が電磁石って事は電気がないと発電できないって事ですか。ローターが永久磁石で発電した電気は交流で整流しているのだと思っていました。
投稿: Nori-chan | 2014年8月31日 (日) 11時13分
整流・・・
ブラシが、整流してる件は中学校で習いました。今ではもっと別の方式になっているとは思いますが昭和30年代から変わらない教科書でならったので、現代の人は別の説明を受けてると思います・・・・。
投稿: そクラテす | 2014年8月31日 (日) 11時31分
今の4輪だと電磁石を回して固定側のコイルから交流を取り出す方式が多数派でしょう。2輪だと色々有りますが多数派は永久磁石を回して固定側のコイルから交流を取り出す方式かと思います。
4輪の場合は電気がないと電気を作ることが出来ません。そして整流子では有りませんがブラシが有ります。回転する電磁石に給電するための。
今回説明を試みているのはそれらとは違い、自動車業界で言う狭義の「ダイナモ」、一般的には整流子式の直流発電機で界磁が電磁石の物とでも言ったらよいのでしょうか。
絶滅危惧種でメグロとか古いハーレーとか空冷のワーゲンとか...etc.そんな車のユーザーが対象です。
これも界磁が電磁石なので本来なら電気が無いと電気が得られないのですが、巧妙な仕組みを使ってブートストラップ的に発電を開始します。その辺りまで実験を交えて説明できたら面白いのですが・・・無理かな?。
投稿: みつやす | 2014年8月31日 (日) 11時47分
モーターの回転方向は同じなのに、テスターに接続した場合、なぜ電流の流れる方向が反対になるのか? また、なぜ直流電気が発生するのか? オシロとマブチを用意して、次号を待ちたいと思います(o^-^o)
投稿: ラモ | 2014年8月31日 (日) 16時58分
>絶滅危惧種で・・・空冷のワーゲンとか...etc.
呼ばれたようなので、35年ぶりくらいにマブチモーター買ってきます。
アナログテスターは持っていますが、機能を使いきれていません(汗)
投稿: あつし | 2014年8月31日 (日) 19時03分
オシロの輝線の質量はゼロなので、高級アナログテスタの針よりもさらに敏感に反応してくれるでしょう。良いのを入手してくださいね。
機械工学科なので(笑)「なぜ」の部分は説明できないと思います、フレミングさんにでも聞いてください。なぜ「カットアウトリレー」が必要か、辺りからスタートに成ると思います。
投稿: みつやす | 2014年8月31日 (日) 19時07分
あっ、入れ替わりに成ってしまいました。はい、あなたのことを呼びましたよ(笑)。
投稿: みつやす | 2014年8月31日 (日) 19時08分
その2は無くても良いじゃろ!!
説明してもどうせ解らんだろうし、、
でっ 血圧上がるハメに。。(笑)
投稿: MASA | 2014年9月 1日 (月) 13時20分
1日に500から800くらいアクセスが有るけど、この分野に興味が有るのが200名で、その中の5名くらいは解ってくれるんじゃ無いかと期待。
界磁が電磁石の教材モータが欲しいなあ。簡単に買える店で。
投稿: みつやす | 2014年9月 1日 (月) 13時41分
なぜ,界磁を永久磁石ではなくわざわざ電磁石で作るのでしょうね。
整流子は要らないけどブラシの摩耗より永久磁石の減磁の方が問題になるのでしょうか。
子供の頃,2極モータを自作して遊んびましたが,そのときは,永久磁石が入手できなかったので,電磁石で界磁を作ったような気がします。
投稿: Nori-chan | 2014年9月 1日 (月) 18時55分
モータはモータとして回っているときも発電しています。フレミングの右手の法則より,逆起電力(電圧)は回転速度に比例します。
負荷が軽いときは回転速度が速いので,逆起電力も高くなり,加えた電圧と発電した電圧の差が小さいので,電流は少ないです。
逆に負荷が重くなると回転速度が遅くなるので,逆起電力が低くなるので,電流が増えます。
フレミングの左手の法則から電流と力(トルク)は比例関係にありますので,負荷が重くなれば,それと釣り合うトルクが必要ですので,電流は増えます。
投稿: Nori-chan | 2014年9月 1日 (月) 19時12分
界磁の件、全て私の想像ですが、回転数が数倍、場合によっては10倍位変動すること、必要な電力量も数倍から10倍以上も変化すること、等から磁力が固定ではピーク値に合わせて設計するしか無く余剰電力の処理が難しい。電磁石の界磁ならその都度電流値を制御すれば必要な電力量が得られるから楽。。。かな?と。
2輪の場合は最大がヘッドライトくらいで、しかも最近は常時点灯なので必要電力量の変動がほとんどありません。その為に電磁石でピークに合わせて設計し、少しの余剰分は短絡制御で封じ込めば良い。。。かな?と。
ヘッドライト消灯スイッチ付けると設計値以上にレギュレータの仕事が増え、トラブルの率が上がりますね。
ふるーいダイナモの時代には、耐熱性があって強力な永久磁石が安価に得られ無かったとか、そう言う事情もあるかもしれませんね。
全て想像ですが、たぶん複数有る選定理由の一つには入っている様な気がします。
投稿: みつやす | 2014年9月 1日 (月) 20時13分
説明をありがとうございます。まさにその通りでモータを半波整流した電源か、パルス波形の電源で駆動し、その時の両端電圧をオシロで観察したら全てが把握出来るはずです。
でもそれって高専か大学の実験向きで、ここに書いてもやってくれる人が居るかどうか。。。2名くらい?
投稿: みつやす | 2014年9月 1日 (月) 20時22分
なるほどー。バッテリーがフル充電の時,界磁の電気を切れば良いんですね。
PWMと同期整流して逆起電力を検出し,タコジェネ代わりに使用するサーボモータがありますね。
投稿: Nori-chan | 2014年9月 1日 (月) 20時59分
最近のはもっと賢くて、加速中は界磁弱めで発電ロスを減らし、減速中に界磁強めで減速エネルギを発電に使うとか、そんな事まで行われてます。
投稿: みつやす | 2014年9月 1日 (月) 21時16分