北熊本製作所 北九州支店

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リニアモーター計画進行中

最初に書いておきますが、浮きません。
いわゆる鉄輪式リニアと同じで、車輪で車体を支えながら、リニアモーターで走行するタイプです。
(ここで使うのはゴムタイヤですが、車輪という意味では同じ)

とりあえず、かなり限定的なレベルで「手持ちの素材で可能かどうか」の実験を行いました。
さて、実験のために製作した「リニアモーターカー0号機」をご覧頂きましょう。












全体
ででーん
どう見てもレゴブロックです。本当にありがとうございました。
だが、動きゃいいんだよ動きゃ!
↑こんな適当なテンションで作っているので、全体が何もかも適当です。それを踏まえてご覧ください。

黒い四角いヤツはチョコレートではなくゴム磁石を切って作ったリニアモーターの地上子です。
こちらが素材となったゴム磁石↓
ゴム磁石
ダイソーで買いました。工具を貼り付けて保管できるとかなんとか書いてありましたが、それほどの力はありません。
なお、このゴム磁石は
─────
N N N N
S S S S  ←長手方向→
S S S S
N N N N
─────

という磁極の構成になっています。真ん中にSが2つ並んでいますが、S極が2列あるわけではなく、S極の幅が広いという意味です。また、裏面はSとNが逆になっています。地上子の作り方としては、これを長手方向と直角に切って、これを並べて、
┌──┐
│N N│
│S S│
│S S│
│N N│
├──┤
│N N│
│S S│
│S S│
│N N│
└──┘

というように並べてやる方法と、長手方向で真ん中を切って、さらに長手方向と直角に切って、
┌──┐
│N N│
│S S│
├──┤
│N N│
│S S│
├──┤
│N N│
│S S│
├──┤
│N N│
│S S│
└──┘

とする方法が考えられます。
前者の方法だと、切った磁石同士が反発して並べにくいのと、SとNの間隔が狭いほうが良かったので、後者の方法を採用しました。しかし、切るのがかなり面倒でした…。

ゴム磁石の切り方ですが、一旦切れ目を入れて、その切れ目を広げるように山折りしながら、さらにカッターで少しずつ切ると、上手く切れます。

出来上がった地上子はこんな感じです。鉄板(菓子箱)にくっつけて並べています。
地上子
なお、磁石同士を離して置いていますが、車上子のコイルの間隔の問題からこのようにしました。
具体的には、下図のようにあわせます。
今回のあわせ方

本来なら、下図のようにあわせるべきですが、コイルの固定位置の関係上、上図のようにしました。

正しいあわせ方
また、この図ではコイルを2つ使って二相で駆動する場合で説明していますが、コイル3つで三相で駆動する場合は異なります。三相のほうが滑らかに動かせますし、インバータ部分の素子数が少なくなります。しかし、駆動パルスを作るのが面倒になります。それに、二相駆動の場合は一般的なモータードライバを使うことが出来、回路を簡単にできます。

で、そのコイルのほうですが、手持ちにちょうど良い物がありませんでした。
手持ちのコイルは0.25mm径のポリエステル線を巻いたもの。0.25mm径のポリエステル線だと耐電流は300mA程度のようですが、1A流さないとと十分な力が出ません。しかも、コイルになっているのでもう少し電流を減らさなければならない…。

油冷するか?とも考えましたが、以下のようにコイルをヒートシンクに貼り付けて冷却することにしました。効果は微妙ですが、確かに少し冷えてはいます。
空冷コイル
なお、ヒートシンクに渦電流が流れますが、どうせちょっと動かしてみたいだけですし、低速(低周波)でしか動かさないので渦電流は問題になりません。
しかしながら、コイルの発熱はかなり大きく(7Wぐらいだが体積が小さいので温度が上がりやすい)、風を当ててさらに冷やしています。一番上の写真の左上の黒いものが、冷却用のファンです。CPUクーラーとして使われていたものです。
なお、このファンの消費電力は15W、リニアモーターのコイルは7W……何やってんですかね私は…。


さて、リニアモーターの制御の要、インバーターはこのようになっています。











インバータ(笑)
これがインバーター(笑)です。スライドスイッチじゃありません。DCをACに変換するインバーターです。
なお、このインバーターは、半導体によるインバーターに比べ過負荷に対して非常に強いという特徴があります。今回用いたインバーターでは、短時間の実験ということで、常に定格の3倍で運転しています。

ちなみに、制御装置は人間です。なにやってるんだろう私は…。

なお、こんな適当に作ったものでも動きました。ガクガクしていますが、手動なんで仕方ない。それから、すぐに地上子にタイヤが引っかかって動けなくなる…。これはどうにかせねば…。
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