へっぽこ、ミニマル、DIY
2018-08-25 footfoot (6)

モーター選びとドライブ回路 【自作テープ録音】

カセットテープを回すのに使用したPCの冷却ファン用DCブラシレスモーター

テープ録音に合ったモーター選びと速度調節やノイズ対策の回路なども。作り方にもよるのでレゴで作る場合の一例です。

テープルーパーは楽器用途なのでモーターがうるさいと困るし、複雑なドライバ回路は作るのが面倒なので、静かで簡単に動かせるモーターを探しました。テープを回すだけなのでパワーはそれほど必要ありません。

デモ動画などは自作カセットテープ録音(へぼ)のメモをご覧ください。

静音で簡単なDCブラシレスモーター

モーターはいくつか試したんですが一番よかったのがPCの冷却ファン用のDCブラシレスモーターでした。直流電源だけで動いて静かに回ってくれます。PC用なので静音設計されてて手に入れやすいところがナイス。

内部にブラシレスモーターの駆動回路が入っているので電源だけで回るようになってます。PC用冷却ファンは12V用が多いですね。選ぶ際は電流が多く流せるものがいいかな。トルクが高いみたいなので。

欠点としては一方向にしか回せないことと、羽を削ったり軸を付ける工作が必要なこと。ギアは入ってないのでプーリーかギアは必要になります。

 

▼左がデスクトップパソコン(12V用)と右がノートパソコン(5V用)から部品取りしたDCブラシレスモーター。(汚くてすいません)

パソコンの冷却ファン用のDCブラシレスモーター。3線12V,5V用

なんで3線?

冷却ファンは3本線のものが普通ですが、だいたい赤がプラスで黒がマイナス、白か黄色は回転数を検出するパルス信号用。BIOSとかで回転数を確認するために付いてるようです。ってことで白か黄色の線は使いません

回転方向に注意

3つジャンクPCから冷却ファンとたんですが、1つ回転方向が逆でした。回転方向は決まってるわけではないようです。DCブラシレスモーターは逆には回せないので購入する際は気をつけないと。

羽を削って軸を付ける

PCファン用なので多少工作を。枠と羽は邪魔なのでニッパなどで外して出っ張りはカッターで削ります。軸がないのでレゴのブッシュをモーター中心に瞬間接着剤でくっつけて軸にしました。背面はレゴブロックをグルーガン(ホットボンド)で接着。

羽を取り除いて軸を付けたPC用静音ファン(DCブラシレスモーター)

プーリーで回転数を下げてトルクを上げる

このままではトルクがなく低速にもできないので、レゴのテクニック系パーツのプーリー輪ゴムでつなげて回転数を下げてトルクを上げてました。プーリーとキャプスタン(テープを回す軸)は固定して動力を伝えてるという感じ。

このモーターは12V 0.46Aの割と大きいファンでトルク不足は感じなかったのでこれでいけそうです。もし安定しなければプーリー追加して回転数上げますかね。

DCブラシレスモーターとプーリーを繋げてトルクを上げ回転数を下げてキャプスタンに伝える

回転速度をコントロールする回路(不完全)

PCの冷却ファン用DCブラシレスモーターは電圧や電流で回転速度は制御できたので、簡単な回路の例を載せておきます。ただ内部の回路によるので製品によって挙動が違うかもしれません。モーターは12V 0.46Aです。

トランジスタを使ったドライブ回路なんですが改善の余地はありまくりで、回り始めが鈍いです。もっとレスポンスよくしないと・・

DCモーターの駆動回路。可変抵抗で回転速度を可変。ノイズ除去回路(ローパスフィルター)付き

ピンクのところはノイズ除去用のローパスフィルターで、この回路がないとテープの再生でノイズがひどいことになるので必須でした。5mHのマイクロインダクタと1000uFの電解コンデンサでローパスフィルターのカットオフ周波数を低くしてノイズを除去してます。

テープの走行速度は4.76cm/1秒なので大体その辺を中心に速度を可変できるようにするのが理想ですけど、まぁ適当です。磁気ヘッドが定格用に作られてるので近づけたほうがよさそうですが。

他に試したモーター

DCモーター

初めはよく見かけるDCモーター(ブラシ付きモーター)試しました。直流電源で動いて回転速度の調節も簡単ですけど、音がうるさかったので保留。ブラシモーターは接点があるのでスパイクノイズがあったり寿命が短めなのもよくないところ。

ブラシ付きの普通のDCモーター

ACモーター

ACモーターは電磁気の誘導作用によって回る接点がない静かなモーターですが、合うものが見つかりませんでした。

コンセントに繋ぐだけで動いて静かでいいのですが低電圧の正弦波では動きません。+-12V程度の電源で使いたいので残念。これはギヤ入で1分で5,6回転の超低速で回ります。

家庭用電源用AC同期モーター。AC220~240w,1分で5,6回転

3相のACモーター(4本線)も売ってましたが、ちょっと大きすぎるし高価だしドライバ回路が難しそうで手が出せず。情報も少なく難易度高いです。

製品ではどんなモーターが使われてるのか

安価なテープレコーダー・プレーヤーや古めのものは大体DCモーターで、やっぱり騒音とノイズが気になりました。汎用のDCモーターよりは静かですけど。

▼割と高価なポータブルカセットレコーダーで使われてるのはたぶんブラシレスモーターだと思うんですが、使い方がわかりません。4本線なので3相のACモーターかな?。直径2.5cm程度の小型です。使うにしても複雑なドライバ回路を作らなくてはいけません。テープ用なので使えればベストなのは間違いないのですが。

ポータブルカセットレコーダー・プレイヤーで使われていた4線の小型モーター

その他のモーター

  • ステッピングモーター : 購入はしたもののArduino等で制御しないといけないので試してません。デジタル苦手です・・得意な人にはいいかも。
  • コアレスモーター : 小型ドローン用の小さいやつ(ブラシ付きDCモーター)は回転が早くうるさかったのでダメ。
  • ギヤドモーター : 小さいDCモーターにギアが付いた安物はすぐ壊れました。orz

最後に

今のところ静音で簡単なDCブラシレスモーターがベストですが、またいいモーターを見つけたら追記しておきます。

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6 コメント

#1  - 大山 馨 💬 :

ブラシレスモーターは一部の高級機でしか使われなかったのです。
電子ガバナが使えないから、制御回路まで必要になって高価になっちゃうから。

DCモーターを使ったモデルでは、ほとんどがブラシ方式でした。
10万超の高級機を2台使いましたが、電源オンでモーターが回り出すという3モーター式のカセットデッキ、キャプスタンモーターが回らなくなって分解したらブラシ式。
軸受けに固着して回らなくなったんですが、高級機でさえそんなもんでした。

ACブラシレスを使っていたのは、2トラ38のオープンリール。当時の技術で制御するのは地獄だったでしょうね。😅

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#2  - footfoot 💬 :

ブラシレスモーターの制御回路は今でも難しそうです。モーターだけあっても回せません😅
Amazon等に売ってるHDD用のドライバーモジュールが使えるらしいですが一度壊してしまって試せずにいます。そんなに安くもありませんし。

DCモーター用の電子ガバナICはk-501カセットプレイヤーキットで使われてましたがシンプルでよくできてますね(aitendoでまだ少し売ってます)
ただリールを空回りさせるルーパーだと変な動作になるので向いてないようでした。

3モーター式の高級機お持ちだったんですね〜
すごく重そう😅

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#3  - 大山 馨 💬 :

ブラシレスモーターの原理は、三相交流にあります。
それぞれ3分の1づつ位相のずれたサイン波のおかげで回せるんです。
もちろんブラシはありません。

ということで、3相の駆動ができれば回せます。マイコンで制御したほうが安いから、あんなにドローンがいっぱい出てきたわけです。オモチャのはPWMだと思いますけど。😅

マイコンでプログラミングできるなら、難しいことはないでしょ?
タイマ割り込みでタイミング作れば、ぐるぐる回しのループ待ちなんかしなくてもいいし、他のことに気を回すことができる。

PICの16F84でも充分ですよ。😅
12F509でもやれないことはない。デルタシグマADコンバータを12F509で作れたからね。😅

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#4  - footfoot 💬 :

原理はなんとなくわかるのですが、マイコンあまり使ったことないです😅
以前Arduinoでやってみようと思って、端子を間違えてパソコンを一部壊したことがあります。トラウマになってます😅

プログラミングもかじる程度しかできませんし。

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#5  - 大山 馨 💬 :

電子ガバナはブリッジの均衡を保つ性質を利用してるだけで、電流値しか保証されません、回転数を保証しているワケではないとこが痛いところであります。

だからFGサーボなんていう制御があったわけですが、カセットデッキやプレーヤのFGサーボはアナログ的で、リファレンスと発電電圧の比較でした。
パルスのカウントはやっていません。
40年も前のことですから。😅

初期のCDプレーヤーのサーボもアナログでした。高域特性のいいオペアンプしか使えない制御でしたね。

直流モータが主流になる以前は、交流インダクションモータばっかりでしたが、交流の周波数を利用できて回転数は案外よかったのですよ。起動時のスタートアップコンデンサが必要でしたが。😅

古い電蓄でアイドラドライブ方式のは、みんなインダクションモータですよ。専門に作ってた会社があったんでしょうね、多分。

何れにしても、マイコンを使えるアナタには恐いものはないはずですよ~。😅

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#6  - footfoot 💬 :

>>電子ガバナは電流値しか保証されません、回転数を保証しているワケではないとこが痛いところであります。
そうなんですね〜。
ただ不安定なアナログ的コントローラーも楽器的にはおもしろいワウ・フラッターになったりするので、回転数をきっちり守るモーターより使いたかったりします。

マイコンやプログラミングが苦手というのも大きいですけど。😅

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