マグネットアクチュエータトルク測定

自作アクチュエータと、市販のアクチュエータのトルクを測定しました。
自作アクチュエータ　　　重量：1.1g　　　トルク：1.44gcm
市販アクチュエータ　　　重量：1.2g　　　トルク：2.82gcm
市販のアクチュエータはDWEで購入したBSDDU-Bです。
2mmビスで組み付けできるように改造してあります。

リンケージ方式のマグネットアクチュエータなので、一般の量りで測定できます。
自作アクチュエータのアーム長は16mmで、BSDDU-B(市販のアクチュエータ）は6mmです。測定した力とアーム長を掛けて、トルクを計算します。
左の写真が自作アクチュエータ、右の写真はBSDDU-Bです。

リンケージタイプのマグネットアクチュエータ作成

リンケージタイプのマグネットアクチュエータを作成しました。
重量：1.1g

分解可能な方式にしたので、コイルの巻きなおしや、磁石交換が容易に行えます。
2mmビスで組み立てています。そのビスを飛行機に取り付けに兼用できます。接着剤で組み付けるのと違い、再利用可能となります。

Tailless03-02用のマグネットアクチュエータ完成

Tailless03-02用のマグネットアクチュエータが完成しました。

このアクチュエータは、Φ0.05コイルの２本巻きを行いました。
これを行なう為に、コイル巻き機のモーター正逆回転が可能なようにDCコネクターを追加しました。
まず、正回転で、３００回巻きます。接続配線用にコイルを数cm引き出します。
その後、逆回転で、同じ巻き数（300）巻きます。
この方法なら、予め、２本巻き用に別ボビンに巻き取る作業が省略できます。
結果
コイル抵抗：40Ω
コイル重量：0.5g
トルク
N-40のΦ6x3のマグネットを使って、３．４V、2.3gcm
でした。
このトルクは計算値とほぼ一致しています。

MagnetActuator04

飛行機に搭載する為のマグネットアクチュエータを作成していきます。

状況：進行中

コイル巻き数計算

今回、Teilless03がマグネット重量オーバーの為、テールヘビーになりました。
これを解消するため、アンプ、DC-DCを使った回路を作成するつもりです。
そこで、アンプ、DC-DCを色々変えて、マグネットアクチュエータのコイルと磁石のサイズを計算しました。

この計算結果は、マグネットアクチュエータの目標重量(0.6g)及び、回路に使うチップの最大電圧及び最大電流を固定し、マグネットサイズ、コイル直径、巻き数を求める式を立ててExcelで計算しました。
マグネットの直径とアクチュエータ目標重量が決まると、トルクが最大になるマグネットサイズは決定できることが分かりました。アンプは電流が出力できれば、大きなトルクが期待できます。アンプ(MAX4369)は小さくて魅力的ですが、今回はデジQ回路にあるアンプ(LB1836M)を使うことにします。DC-DCはアクチュエータ出力部分には使わないことにします。

344Ωコイル作成

コイル巻き数検討で検討したC8051の内部抵抗を加味したコイルを作成しました。

巻き数：1208回
重量：0.8g
抵抗：344Ω
前回と同じテスト環境で、トルクテストを行いました。
結果
電圧：2.48V
電流：7.4mA
トルク：0.75g
この結果は、前回の計算値とほぼ一致しました。これで、コイル径が9mmのコイルスペックは計算で予想できることが分かりました。

コイル巻き機完成

コイル巻きの運用タイプが完成しました。

ケースに収納できないと、使用していない時の、収納場所に苦慮します。しかも、ほこりがたまって好ましくありません。
そこで、サイズがあっているボックスを東急ハンズで購入し、ボックスの中にコイル巻き機を収納しました。
変更点は、偏りを無くす機構のスピードを遅くした事と、巻き取りのギヤー比を大きくし、モーターの負担減らしたことです。
コイルボビンはベアリングが付いているのですが、ボビンの重量（慣性）が大きくて、コイルが緩む時があるので、ダンパーをつける必要があります。しばらくは、手でアシストするつもりです。

コイル巻き数検討

自作マグネットアクチュエータドライバー（IR_Tx_Rx02-01）で使用しているC8051は出力電流が大きくなると内部抵抗が大きくなる傾向にあります。
そこで、ドライバーに可変抵抗を接続し、出力電圧を測定し、コイル巻き数（重量）とトルクの関係を調べました。

まず、コイル（巻き数：408)をマグネットアクチュエータドライバーに接続し、入力電圧を（3.3V)でトルクを測定する。入力電圧は、モーターリップル電圧対策のため、バッテリ直ではなくDC-DCコンバータ（3.3v)を使うことになった為です。
入力はC8051の試験回路のソース電源として3.3vがあったので、それを流用しました。
その結果から、コイル巻き数、コイル重量、トルクの計算式を作成して、ドライバーに可変抵抗を接続し、出力電圧を測定しました。
その結果から、コイル重量とトルクのグラフを作成しました。
結果
考察
C8051の内部抵抗を考えると、巻き数2000回（600Ω）ぐらいにしたいところですが、コイル重量が１ｇを超えてしまいます。マグネットも合わせてアクチュエータ重量が2g近くなってしまいます。
妥協として、巻き数1000回（300Ω）ぐらいで作成しようかと考えています。
これだと、アクチュエータ２つで3gぐらいで、トルクは0.7gになります。これは、LivingRoomFly04-01で使用したMini-Magのコイルを使ったアクチュエータの約2倍になります。

C8051回路搭載機完成

C8051回路（IR_Tx_Rx02-02）を搭載した飛行機（LivingRoomFly04-02）が完成しました。

全備重量は26gでLivingRoomFly04-01よりすこし重量が増したが、パワー的には問題ないと考えている。マグネットアクチュエータも自作のものを搭載している。LivingRoomFly04-01に搭載していたものの2倍のトルクが出ているので、操縦性も問題ないと考えている。
アクチュエータ動作のムービー（6.2M）をアップします。

IR_Tx_Rx02-01 アクチュエータテスト2

エルロン（P0.1,P0.2)にオシロスコープを繋げてチェックしました。

結果を見ると、ニュートラルにも電流が流れています。ニュートラルのパルス時間設定値を調節する必要があります。
フルに舵をきった場合でも１００％出力されてないので、ロジック調整が必要です。
次に、無負荷での出力電圧が３V近く出ているが108Ωコイルを繋いだ場合は２．６Vぐらいになっている。しかも、１００％出力されてないので、出力電圧は１．２Vまで低下しているようです。
ロジック調整の後、再テストが必要です。

IR_Tx_Rx02-01 アクチュエータテスト１

アクチュエータ制御方法を変更し、エルロン（P0.1,P0.2)にマグネットアクチュエータを接続しトルクテストを行った。

とばさんオリジナルソフト（mc1ad3.c）のアクチュエータ制御は、ニュートラルを維持するロジックがはいってるようです。従って、ニュートラル時にも電流が流れている。今回は、その部分のロジックを変更し、ニュートラル時には電流が流れない方式に変更した。
結果を見ると、アクチュエータドライバを繋げないケース（備考：直結）では、電圧が2.95Vあるが、コイルを繋ぐと電圧低下している。
巻き数の大きいコイルを繋げないと電圧降下が激しく大きなトルクが得られない状態です。
巻き数が６００回の場合、LivingRoomFly04-01に搭載しているメカ（Mini-Mug)と同じトルクとなる。

LivingRoomFly05-01作成

新しく作成したマグネットアクチュエータを搭載する為に、作成しました。

LivingRoomFly04-01の主翼を使いカナードを作成しました。重量はLivingRoomFly04-01と同じです。モーターユニットも同じですが、プロペラは１サイズ小さい（GWS EP-3020）にしました。

マグネットアクチュエータ試作品完成

飛行機搭載用のマグネットアクチュエータ試作１号が完成しました。

マグネットを２つのコイルで挟み込む方式のマグネットアクチュエータです。重量は1.6gで、２つのコイルを並列にも直列にも配線できます。
直列に配線すると、抵抗は160Ωでトルクはマイクロマグ受信機で作動させると0.3から0.4gcmです。このトルクは、前回の横田スローフライヤークラブ飛行会で飛行させたLivingRoomFly04-01に搭載したマグネットアクチュエータと同じトルクです。
並列に配線した場合は、抵抗は40Ωでトルクは直列に配線した場合の２倍になります。

マグネットアクチュエータ性能測定

マグネットアクチュエータの性能を測定しました。

計測結果
まとめ
最初の３行は、５／３に測定したものです。これは、市販のコイルなので、不明なデータがあります。
注目点
��．同じマグネットアクチュエータ（コイルと磁石が同じ）ならトルクはほぼ電圧（電流）に比例して大きくなる
��．平均径と線直径が同じならトルクが等しい
��．磁石を倍にするとトルクも倍になる
��．長さは小さいほうが良いが、短すぎると平均直径が大きくなるので配慮が必要になる
��．磁石をコイルの前に置くと、トルクが小さくなるだけでなく、ニュートラル付近以外はトルクが無くなる

MagnetActuator03

マグネットアクチュエータの性能を測定していきます。

状況：進行中

コイル巻き試作１号機完成

コイル巻き試作１号機が完成しました。
画像をクリックすると、動画（5Mbyte)がアップします。
今後は、このマシーンでコイルを巻き、このマシーンの完成度を上げていきます。

初めてコイル巻きました

コイルを始めて巻きました。巻き数：５５０回、１４２Ωです。
しかし、コイル巻き機は問題が何点か見つかりました。


上の写真がコイル巻き試作機です。急激な巻き取りが起こらないように、ワームギヤーで減速しています。モーターの回転は巻きの偏りを無くす機構、巻き数カウンタ、コイル巻き用のボビンに伝わります。エナメル線はテンションの制御機構にセットされています。その機構は、タイヤ付の台にエナメル線ボビンを乗せ、巻き取り中にエナメル線のテンションが大きくなると台が引っ張られマイクロスイッチが切れてモーターがストップする機構になっています。
まだ、テンションの制御がうまくいっていません。今回の巻きテストでは、偏りを無くす機構をはずして、手でアシストしながら巻きました。
エナメル線ボビンは重いので、これを小分けして使えば、現在の試作機でも動作しそうです。しかし、小分けする手間などを考えると、このままで使えるようにテンションの制御を調整していくつもりです。
東急ハンズでパーツを購入しました。
1.5mm ドリルビット：280円
2.5mm ドリルビット：290円
4.3x10 ジュラコンスペーサー：200円
MK-6 ネオジウムマグネット 4x2 ：700円
D6-D8 シリコンチューブ :34円
D1-D2 シリコンチューブ :12円

コイル巻き機の試作開始

コイル巻き機の試作を開始しました。
まだ、未完成ですが写真をアップします。

部品が不足したので、東急ハンズで購入しました。
皿ビス M3-8 x1 : 80円
M3-10 x2 : 160円
木製パイプ Φ15 : 190円
3M Scotch PP Tape 369 : 590円
Scotchテープは品番を確認してなかったので、後で梶山さんの使用しているテープと同じか確認する必要があります。

MagnetActuator02

コイル巻き機の製作を行います。コイル巻き用の市販品は存在しないので、コイルを巻くにはこのマシンの製作が必要になります。機能は巻き数カウンタ、巻きの偏りを無くす機構、テンション調節機能を装備します。現在、試作１号機が完成し、運用を開始しました。

状況：進行中

マグネットアクチュエータ測定

マグネットアクチュエータのトルク測定装置を作成した。
アクチュエータの作動点から1cmの所に分銅を乗せる皿をぶら下げ、バランスを取ったものです。
まず、LivingRoomFly04-01に搭載したマグネットアクチュエータの測定をした。

RCユニットはMicroMagです。２つのアクチュエータドライバ毎、マグネットアクチュエータを接続し、トルクを測定した。電圧、電流はドライバーとアクチュエータの間で測定した。
アクチュエータの接続
Connection1 Connection2
測定
Connection1
Connection2
まとめ

Receiver:MicroMag Magnet actuator:Mini-Mag

memo	Voltage(V)	Current(mA)	Torque(gcm)
Connection1	0.70	7.00	0.13
Connection2	1.08	10.80	0.20
Direct connection	3.70	37.00	0.65

<![if !supportEmptyParas]> <![endif]>

考察
トルクが小さいのにはびっくりしました。ドライバーの出力が同じでないのも意外でした。
ただし、マグネットアクチュエータは、コイル以外は純正を使っていないので、メーカースペックとは違ってきます。
ドライバー部分での電圧が１Vぐらいなので、回路の内部抵抗がかなり大きいようです。
今後はコイルを作成して、実験していくつもりですが、アクチュエータドライバーも全体の性能に大きく影響するので、ドライバーも含めて考えていかないと意味が無いことを感じました。
どのようにまとめていくか考えなければなりません。