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PlasmaDash考 ★

    

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まだ検証の途中ですが、一部を公開します

電気系改造の最終目標に掲げた「PlasmaDash」※ですが、Tr換装後のデータ取りにて、好結果が得られず、実用化は諦めていました。
しかし後日、リレー基板を用いて走行させたところ、PowerDash並みの加速と、僅かながらTopSpeedの伸びを確認できたため、もう少し突き詰めてみようと思います。

 ※ PlasmaDash:プラズマダッシュ タミヤ・ミニ四駆用に開発された最強モータ。



【 不調原因探索 その1 】
先の検証では、充電電池(Ni-MH2400mAh)を、ある程度使い込んだ状態であったため、十分な給電ができなかった模様。
そのため、モータ単体では元気良く回転するものの、車体を動かすほどのパワーが無かったものと思われます。
 >>>充電直後の電池を用いて走行させてみたところ、加速性こそPowerDash並みでしたが、TopSpeedはPowerDashを凌駕することを確認できました。しかし、データシートの適正負荷回転数項を比較すると、PowerDashとPlasmaDashの回転数の差は25%強にもなるはずなのに、ミニ四駆スピードチェッカによる実測値では、
PowerDash:18km/h PlasmaDash:21km/h と、3km/h(17%)の差でしかありません。  ?? 何故 ??

★本来の性能差を削る、大きなロスがどこかにあるはず…



【 不調原因探索 その2 】
・電池の内部抵抗による電圧低下の考察

PlasmaDashが欲するままに大電流を流そうとすると、電池自身の内部抵抗により出力電圧が低下してしまい、その結果、モータ回転数が所定の回転数まで上昇できていないということが分かりました。(下表)

出力デバイス
モータ名称
電圧値
(V)

(負荷開放電圧)
5.43
リレー基板   
PowerDash
5.05
リレー基板
PlasmaDash
4.46
Tr換装基板
PowerDash
5.04
Tr換装基板
PlasmaDash
4.36
※Turbo:ON   電流計内部抵抗: >15mΩ

Ni-MHは、通常、電池容量の2倍程度(2400mAhであれば4.8A)までの、放電電流に対応出来るとのことですが、実際には負荷電流(放電電流)によって出力電圧は変化してしまいます。
文献によると、0.2C時の電圧を100%とした時、1Cで94%・2Cで87%・3Cでは80%程度まで低下してしまうとのこと。
(参考資料:Panasonicメタハイ1600mAhの場合)

現在私が使用している電池は、メタハイ2400mAhですが、ある資料には、「容量が大きい電池ほど、内部抵抗値が高い=電圧降下の幅が大きい」との記述が見られたため、先の資料に有る比率よりも、悪化している可能性が高いものと思われます。

それにしても、0.5-0.6Vも電圧が低いのに、PowerDash並みの走りをすると言うことは、電池の性能如何では、Plasmaが本来持っている爆発的なパワーを見せてくれそうです。
※リレー基板の時の電圧と、Tr換装基板の時の電圧に差があるのは、TrのVceによるロスと思われます



【 不調原因探索 その3 】
・モータ種別の電圧降下度合を比較してみる。

測定条件
出力デバイス : Tr換装基板  Turbo ON
電池 : メタハイ2400(単三型) 4セル
駆動:シャシ内モータ組み込み ※タイヤは車体を浮かせて空転させる

モータ名称   
開放
電圧
(V)
ON
電圧
(V)
電圧
降下
(V)

モータ
電流
(A)
タイヤ
回転数
(rpm)
速度
換算値
(km/h)
2セル
電流
(A)
純正Onload SP  
5.41
5.24
0.17
0.29
1080
9.8
0.20
TorqueTune
5.41
5.20
0.21
0.64
1205
11.0
0.43
HyperDash2
5.38
5.06
0.32
1.02
1520
13.8
0.70
PowerDash
5.47
5.10
0.37
1.04
1890
17.1
0.60
爆チューンEng
5.41
5.16
0.25
0.65
1350
12.2
0.40
爆ダッシュEng
5.41
5.08
0.33
0.94
1720
15.6
0.50
JetDash
5.35
4.92
0.43
1.45
1905
17.2
0.83
PlasmaDash
5.37
4.50
0.87
2.70
1990
18.0
1.40
※ ON電圧:モータONの時の電池両端電圧

モータの端子電圧を直接比較すると、電池容量(開放電圧)の変化により、正確さを欠くため、開放電圧と回転中の電圧値の差(電圧降下分)を、比較してみることにしました。

ここでもPlasmaDashは、他のモータと一線を引く値が確認されました。

一方、性能的に近い仕様の「JetDash」に目をやると、電圧降下の値が、PlasmaDashの1/2程度に収まっています。
似通ったパワーを捻り出す「Jet」と「Plasma」にて、何故消費電流が2倍も差がつくのでしょうか?

(参考資料) 【タミヤ・ミニ四駆用モータSpecList】  定格電圧:3V
モータ名称  
消費電流
(A)
適正負荷
回転数 
(rpm)
無負荷
回転数
(rpm)
適正負荷
(g-cm)
最大トルク
(g-cm)
ブラシ
タイプ
JetDash
4.0
23000
28000
22
22
カーボン
PlasmaDash
4.2
25000
29000
20
25
カーボン


DCモータの場合、トルクと回転数は相反する関係にありますが、「JetDash」に対して、両項目ともアップさせるためには、「界磁強化」「コア太さ」「巻数減」「線番」などを弄っているはずです。
界磁を強めロータのコアを太くすることによりトルクをアップさせ、一方で巻数を減らすことによって回転数を上げることが出来ます。

このモータが発売された当時、メーカーが電源として想定していたのは「ニッカド(NiCd1000mAh)2セル・2.4V」でした。NiCdは、Ni-MHに比べて、●内部抵抗が低く ●放電能力が高い(∴電圧降下が少ない)という特徴を持っているということなので、こんなモータでも良かったのかもしれませんね…。おまけに連続動作時間は1分!という条件も付いていましたから…。



【 不調原因探索 その4 】

そんなわけで、取り敢えずNiCdを買ってきました。
前々から「NiCdの放電能力(瞬発力)の方が、Ni-MHよりも上だ!」と言うような話を聞いていたのですが、「今更NiCdを買うのもなぁ」と思っていたので、中々確かめることが出来ないでいました。。。

モータ名称   
開放
電圧
(V)
ON
電圧
(V)
電圧
降下
(V)

モータ
電流
(A)
タイヤ
回転数
(rpm)
速度
換算値
(km/h)
PowerDash
5.42
5.17
0.25
1.00
1865

JetDash
5.33
4.98
0.35
1.38
1820

PlasmaDash
5.28
4.63
0.65
2.50
2020


噂どおり、電圧降下が小さく、内部抵抗の低さが伺えます。
Ni-MHの実験時に比べ、開放電圧が0.1V低かったにも拘らず、ON電圧は逆に0.1V以上高く、回転数は僅かながら上昇しています。
しかし、連続で1分ほど回転させたままにしておくと、徐々に回転数が低下してきました。
電池の電圧低下と同時に、モータの発熱による「熱ダレ」の影響です。(熱による磁力低下を起こしている)。
この時のモータ表面は、触れないほど(60-70℃位)になっており、やはり実用的とは言えない状況に陥っていました。



※編集途上に付き、文脈がおかしな所があったりします。後々校正しますので御勘弁を… ^^;



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