エアロアールシー部コミュのプラズマダッシュモータを回したい。

　どうも。コミュに入会したばかりのSudouです。
私の日記にも書きましたが、活用して貰おうと思って、このトピにまとめておきます。


　エアロRCは、田宮模型製のミニ四駆シリーズ、そしてダンガンレーサーシリーズのオプションパーツを流用する事ができます。
(一部のパーツですが)

　確認済みなのは、ダンガンレーサー用のボールベアリングと、ミニ四駆・ダンガンレーサー用の130タイプモータ各種です。



■ボールベアリング
　ダンガンレーサー用グレードアップパーツの
「HGボールベアリング2個セット\300」
というもので、ヨドバシカメラでは\220でした。

　内側が六角になっていますので、エアロRCのドライブシャフトを通すことができます。
他にも丸穴のベアリングもありますが、ボールベアリングの軸受けとしての効果を期待するなら六角穴がオススメです。



■グレードアップ・モーター
　私も最初にプラズマダッシュモータを購入しましたが、標準状態のエアロRCでは全く駆動できませんでした。
そこで、他のモータも試してみました。

以下は適正負荷時の特性(カタログスペック)です。
全てに共通なのは、駆動電圧で、2.4〜3.0Vです。
ただ、モーターへの印加電圧は目安であって、この限りではありません。これより高い電圧を掛けても問題ありませんが、巻線の発熱が許容量を超えると焼損します。(絶縁被膜が溶けてショート)
又、ブラシとコミュテータ(整流子)の寿命を縮めます。界磁マグネットへのダメージにもなるかもしれません。
冷却すればある程度は大丈夫かと。

I：消費電流[mA]
N：回転数[rpm]
T：トルク[g・cm]
W：重量[g]
#：コメント


・レブチューン・モータ
I：1,500mA
N：14,300rpm
T：10g・cm
W：17.0g
#：高回転型モータ。トルクチューン・モータの高トルク型と対をなす。これらの中間の特性を持つのはアトミックチューン・モータとなっている。標準のドライバ回路で駆動可能。
他のモデルより消費電流が低めなので、私はステアリングに使ってます。


・パワーダッシュ・モータ
I：2,500mA
N：19,900rpm
T：16g・cm
W：17.7g
#：高トルク型モータ。標準のドライバ回路で駆動可能。
加速は良好だが、トップスピードはスプリントダッシュ・モータの方が上回る。コーナーが多いコース、テクニカルコース向き。


・スプリントダッシュ・モータ
I：2,800mA
N：20,700rpm
T：14g・cm
W：17.5g
#：高回転型モータ。カーボンブラシ。標準のドライバ回路で駆動可能。
標準のアンプ(モータ・ドライバ)ではこのあたりが限界のようです。これ以上出力の高いモータはトルクが出ずに走行不可能かもしれません。


・プラズマダッシュ・モータ
I：4,100mA
N：25,00rpm
T：20g・cm
W：18.0g
#：高回転型モータ。カーボンブラシ。標準のドライバ回路では駆動不可能。
田宮製ミニ四駆パーツでは最高クラスのムチャなモータ(笑)。消費電流は4.0Aを超え、停動トルクでの電流(起動トルク時の電流)は実測9.0Aを超えるバッテリ・アンプ殺しモータ。。　そしてブラシの寿命は3時間(汗)。30分程走らせましたがブラシの磨耗が激しいです。放熱も重要。
パワーを引き出すのは難しく、バッテリ・端子の接触抵抗・配線の抵抗・そしてギア比を検討する必要がありそうです。
コンクリートの路上でこのモータを使うと、タイヤがすぐにダメになります(涙)。あとボディも・・・(トップスピードでクラッシュすると大破)


＃他にも色々ありますが、未だ買ってません。。エアロRCオプションのハイスピード・モータですが、お尻がオレンジなので、恐らく田宮のトルクチューンモータではないかと思います。(ハイパーダッシュ2かも)

＃これらのモータは内部抵抗の低いNi-CdかNi-Mh電池を使ってください。大電流駆動に乾電池を使うのはオススメできません。
オキシライド電池は初期の起電力が1.7Vありますし、内部抵抗もアルカリ電池より低いのですが、あえて送信機に使うことをオススメします。送信機は単純なAM変調回路ですので、電源電圧が高いと電波の出力も上がります。
送信機は回路の消費電流も少ないので、2次電池を使うと自己放電の方が大きくなります。起電力も低いので感度もショボーン。



■内蔵の受信機とモータドライバ
　車体内蔵の受信機兼モータドライバ回路ですが、黒い樹脂でドーム状にモールドされているICは、どうやらデジタルICのようです。
なので、電源電圧を3.6V以上印加するのは危険かもしれません。これを超えてもプッツリ逝くことはないですが、ダメージを与える可能性がありますので、多セル化で無茶をしないように。。

　ドライバの構成ですが、ステアリング用はバイポーラトランジスタのPNPとNPN１つずつでした。つまりハーフブリッジ構成です。なので、モーターに加わる電圧は1セル分の1.2〜1.5Vとなり、弱々しく回ってます。トランジスタのパッケージは表面実装で、特に容量の大きなものではないようです。
従って、このトランジスタを大容量のものに交換しても、大きな効果は得られないと思います。　フルブリッジ構成にして2セル分の2.4〜3Vを印加できるようにした方が効果があるでしょう。


　後輪駆動用のドライバですが、TO-92パッケージのPNPとNPNトランジスタが2ペアある、フルブリッジ構成でした。
型番をそのまま書きますと、

・K MPS8050D 510　(基板上シルク印刷はQ5)
・K MPS8050D 513　(基板上シルク印刷はQ6)
・K MPS8550D 440　(基板上シルク印刷はQ7)
・K MPS8050D 440　(基板上シルク印刷はQ8)

でした。国産ではありません。中国でしょうか？韓国でしょうか？
Q5とQ6がローサイドのNPNトランジスタで、Q7とQ8がハイサイドのPNPトランジスタです。
スイッチングのロジックは、前進ではQ8とQ5がONになり、後退ではQ7とQ6がONになります。
ニュートラルではQ5〜Q8全てのトランジスタがOFFとなり、ブレーキ動作はありません。

　ICからは2つのデジタル出力が接続されていまして、それぞれ1kオームのR11とR10(?)を通してNPNトランジスタのQ3とQ4を駆動していました。
Q3とQ4は出力段のQ5〜Q8トランジスタを駆動すると共に、スイッチングのロジックも制御していました。
全てバイポーラトランジスタなので、消費電流が大きいです。
モータを外して測定した結果は以下の通り。

・アイドリング時：　0.3mA　(受信回路とICのみ)
・前進：　　　　　　30.2mA
・後退：　　　　　　30.0mA
・ステアリング左：　8.9mA
・ステアリング右：　8.3mA

　後輪駆動用のドライバですが、トランジスタがTO-92パッケージということで、これは恐らく800mW程度しか許容できないと思います。
ヒートシンクを取り付ける形状でもありませんから、高出力なモータを駆動するとダメージを与える可能性大です。
私もプラズマダッシュ・モータを初めて交換した時から、調子が悪くなっていました。(レスポンスが低下した感じです)



■そしてモータドライバ増設へ
　モーターは電流で動かすものですので、電池を直列にするよりも、モーターまでの配線や接点の抵抗を下げた方が効果があります。もちろん内部抵抗の低い電池を使うのが一番効果があります。また、直列にすると電圧は増えますが、内部抵抗も増加するので効率が悪くなってしまいます。(重量も増えるので更に大変)

　パワースイッチングに使われるバルブデバイスで良く使われるのがPowerMOS-FETです。インバータ技術や高密度LSIの超微細加工技術と共にMOSFETも発展してきました。
バイポーラトランジスタは飽和電圧が残るのと、大きな電流を流せるものは、それなりに大きなベース電流が流れるので制御回路も大掛かりになりがちです。
　MOS-FETはスイッチONになっても、ON抵抗が幾らか残るだけです。制御もゲート電圧を印加すれば良く、今回の用途ではゲートへの電流も殆ど流れません。オススメです。

　私はゲート電圧が2.5V前後から使える2SK2493と、2SJ439のコンプリメンタリ・ペアを使いました。それぞれ\147でした。
16Vの5A,20Wまで使えるFETで、ピークなら20Aまで許容します。パッケージも小型でON抵抗も0.08Ω、0.18Ω程度です。


　私は内蔵の基板の、後輪駆動に関する部品を殆ど全て取り除きました。　ICから前進・後退の信号線2bitのみ取り出し、それを74HC04のゲートでトランジスタONの為のロジックを構成し、そのままMOSFETのゲートを駆動しています。
内蔵基板のQ3とQ4を流用すれば、74HC04ゲートは必要ないかもしれません。受信ICを壊したくなかったので使ってみました。
後輪駆動部分を全てMOSトランジスタにしたので、回路の消費電流も激減し、

・前進：　　　　　　0.2mA
・後退：　　　　　　0.2mA

となりました。ステアリングの方は手を加えていないので変わってません。



　日産TIIDAは車高が高く、スペースに余裕がありますので、大容量の低ESRコンデンサ(OS-CON)を付けてみました。
2200μFで\462。高いです(涙)。
これはバッテリと並列に接続していますが、MOS-FETのすぐ側に取り付けてあるので、モータに瞬発力が出るようになりました。(そんな気がするだけ(笑))
　これはアレですね。漫画(アニメ)のダッシュ四駆郎シリーズの、キャノンボールが使っていた"コンデンサ回路"っぽいヤツです。あんなにスタートダッシュしませんが(汗)。

　これでプラズマダッシュモータもラクに駆動できました。「トランジスタチューン」をされていた方のサイトにあるように、ステアリングモータが弱くなってステアリングが切れなくなることもありません。
ただ、広いところで走らせると、トップスピードが凄く出るので、そのままコーナーを曲がると大変なことに・・・　あと、巡航速度が高くなるのでステアリングがシビアになりますね。



■発熱とヒートシンク
　パワーダッシュモータやスプリントダッシュモータ、プラズマダッシュモータを使うと、MOS-FETやモータが結構発熱します。
前進・後退、ドリフトやブレーキングのテクを使うとドライバのFETが発熱し、広いところでギュンギュン走らせるとモータが発熱します。
モーターもFETも寿命に関わってくるので、やっぱりヒートシンクは必要です。(小さくても無いよりはマシ)

　エアロRCオプションにも、モータのヒートシンクはあります。\500で2つ入っています。赤と青のアルマイト仕上げでカッコイイですが、内側なので見た目より効果にチカラを入れるべきかな、と思いました。

そこで、3枚目の写真のようなヒートシンクを、厚さt=1.0mmの銅板から加工しました。
切り出して曲げただけです。　表面積を稼ごうと穴も開けてみましたが、大きくなってしまい効果は？？？。
重いですから軽量化は大切かと。。

他にも、t=0.5mmの銅板でMOS-FETのヒートシンクも作ってみました。　車体の下側に伸ばして、走行時の気流に触れるようにしたつもりです。。
銅は柔らかくて加工しやすく、熱伝導もアルミより良いですし、熱容量も大きいみたいです。


　プラズマダッシュモータを使うときは、モータの放熱が大事だと思いました。ヒートシンクがかなり熱くなります。
又、バッテリからドライバ回路、ドライバ回路からモータへの配線を太いものにしないとパワーが出ないみたいです。
かと言って無茶なスケアーのケーブルを使うと、収まらなくなって取り回しに苦労します。。




＃長文失礼しました。
解析した元のドライバと、増設したドライバ、回路図清書しましょうか？
その前にWebページ作れって(爆)。