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2019年9月27日 (金)

無帰還力学 3相誘導電動機でダイレクト駆動ターンテーブルを作る8

092700x富士宮k工業のm氏がみえて現代ロボットの現況を伝授してくれた。こっちはロボットを引退してはや20年が経ち、すっかり浦島太郎になっている。東芝の垂直多関節ロボットが200万円以下(価格は企業秘密で言えないがともかく安い)で購入できるとは!早々に引退しておって良かった。価格競争も過剰域に達しているようで、原価低減に明け暮れるのではロボットエンジニアも受難の時代だ。3相誘導電動機ダイレクト駆動ターンテーブルでオーディオ界に風穴開けたろ!の一環がレコードの自動演奏なのだ。以前の計画ではロボットは作るとしていたがもうヤメだ、このロボットを使い繊細な指先のみを開発すればよい。レキシントン盤ストッカー(カーボンブラシでサンドイッチされてクリーニングと静電除去構造で50枚でも100枚でも入る)からレコードを取り出し、ターンテーブル面へ置く。フィボクリスタルレコードスタビライザを置く。回転スイッチを押しレコードを回す。アームをつまんで所定の位置へカートリッジをスムーズに降ろす。ロボットは待機位置に戻り電源を切りフリーズする。レコード演奏の終わり信号を受けたら逆シーケンスを行う。これならば標準に作ったターンテーブルで問題なくロボット化できる。操作はスマホのアプリケーションから全てできる。

092701こちらが新規設計の3相誘導電動機で、ロータのmax外周はΦ400mmとなる。ステータスロットの形状だけで生涯を費やす難問でやっちゃあいられず、フツーの形状で良しとする。Φ400mmにサイズダウンしたことでスロット数が72~108スロットと少なくなる。仮に1スロット1極とした場合スロット数/3となるから24極~36極となり、電気角は30度~20度となる。中空シャフトはそれでもΦ200mmを確保できて、前代未聞のフィボクリスタル防振シャフトは実現できる。さっさとこの新規3相誘導電動機の開発に移れば良いのだが、無尽蔵に埋蔵された3相誘導電動機を使ってダイレクト駆動ターンテーブルを実現するのも責務と思うから、先ずはそちらを完成させる。

09272こちらが名工ミルトさん担当の日立3Φ400v400w6pの誘導電動機で、400vと電圧が特殊なため売れず新品でも5,000円で買えた。400vの巻き線でも構わないのが超低周波駆動で、インダクは殆ど関係なく直流抵抗の依存度の方が大きい。たった5,000円でemt927のモータより強力だから面白い。重ね巻きの6極巻き線はツナギ替えで12極にはならないので、巻き線は全部撤去し新たなコイルを作り挿入する。

09271しくじったと思ったのがステータのスロット数で28しかなく、同じ日立の600wでは44スロットあった。要するに外形の小さいモータは選択してはいけないのだ。まあ、これも物理角の検討をすれば問題ないと分かるはず。前後のブラケットは鉄鋳物でok、所がステータハウジングはアルミ鋳物でここはイタダけない。小型で作業のし易さからこの6極モータを12極モータに巻きなおし、決定!

09273 方針が決まったところで3相誘導電動機の逆起電力を測定する。本来外部で回転させてモータの特性を採るのだが、そんな装置ありゃあしない。そこでモータのシャフトにロープを2回り掛けて一気に引き上げて回転させ、その逆起電力を見れば良い。

09274しっかりした3相交流でこれが3相誘導電動機の真骨頂なのだ。サーボモータ化する場合エクセルの3角関数を使ってサイン波テーブルを作るがあくまでも面当てで、本来はこのサイン波をad変換してテーブル化してサイン波駆動の原資にすべきなのだ。電磁鋼板は残留磁束も多く3相誘導電動機は逆起電力が容易に測定できる。

09275ミルトさんが突然「これを3相のサイン波発生器に使えば良いじゃあないですか?」と言う。確かにそうだが周波数安定の為外部でモータを定速回転させなくてはならない。画像はそれに似たような仕組みで綺麗なサイン波を発生させている。まあそれよりcdに33回転と45回転の120度位相差の2相サイン波を記録しておき、daコンバータで出力させw相はopampで作り、3相サイン波として3相誘導電動機を駆動すれば、cdのワウフラがコピーされてシンプル且つ高精度回転になる。しかしアイディアとしたら面白く、amp研究室のメンバーは全員が段々発明家みたいになってきた。

09237洗濯機のモータだから身分が低いのか?見た目が不細工だから身分が低いのか?そこらにゴロゴロ生えているから身分は低いのか?sのすべりがあるから身分は低いのか?しかし世の中sだらけで滑ったの転んだのをやっている。pll同期だのpid制御だのすべからくsの存在があり、完全同期などあり得ん。そこで積極的にsコントロールをしたのがエントリー済みの「無帰還力学ターンテーブルddモータの3相誘導電動機の考察」なのだ。例えばpid制御の比例項は設定-誤差で、誤差が無くなれば比例項はゼロで出力はゼロとなり、3相誘導電動機の同期速度と同じ運命を辿る。仕方がないのでオフセットをつけて積分項でジワジワ目標値に合わせると、ワウフラが大きくなって使いものにならない。この先は企業秘密だから教えられない。とゆう訳でsの存在の無いものは無い、だからs量を一定にすれば速度も一定となり、俄然3相誘導電動機が生きてくる。

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