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みんなの「電子工作」ブログ


ボールドウィンのキットで遊ぶ(その2)

2014/08/17 01:19
 模型の機関車のヘッドライトは、通常は進行方向に合わせて切替ります。運転の仕方によっては全く便利なものですが、進行方向が変わりがちな機関区や引込み線での運転ではせわしない感じです。実機の運転では何かルールがあると思いますが、少なくともちょっとバックするたびにいちいち切替りはしていないはず。
 このことは模型として割り切るという手もありますが、それだったら常時点灯もしくは消灯、という方が好みです。

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 そういうわけで今回は思い切って手動切替という構造を採りました。機回しをした時はちょっと手を添えてやらなければなりません。DCCなら手元で出来ますが、Nゲージの小型機では今のところハードルが高いです。

 我が家では低速往復チマチマ運転も多いので、これはこれで使いやすそうです。まあ、まだロコ自体完成していないので予測で言っていますが(笑)。ともあれこの辺、点灯関係中心に全体の構成も含めたイラストにしましたので、以下の解説と合わせて御覧ください。

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 スイッチ本体は針金(0.4mm洋白線)です。1本で曲げ、動きの安定用に円弧状の帯板をつけています。

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 操作する側の先端は、スコップの柄らしく整形しコールバンカーに出しています。石炭をつけたプラ板で塞げばなんとなくスコップが刺さっているように見えるはず。スナップスイッチならぬスコップスイッチ(笑)。スナップは利かず、カタカタ動きます。

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 車体には右(非公式側)レールの電気が通じていますから、それを屋根裏のプリント基板に導くだけの原始的なものです。前点灯、後点灯、消灯のほか、ちょっと微妙ですが前後両点灯も出来ます。
 スイッチは組立時にキャブ後妻板に挟むだけです。こんな風に狭いところで動きますから、ねじれたりグラグラしたりではショートの危険があります。前述した円弧状の部品はその防止用です。

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 何かハンドブレーキ関係のように見えれば、と思ってこんな形になりましたが、やっぱりちょっと不細工ですね・・・。

 で、スイッチ切替にすると、LEDを使う場合は一工夫必要です。極性がありますから、前後進両方で点灯させるためには普通ブリッジダーオードを挟みます。市販品のLED室内灯基板はそのタイプです。

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 作例では、イラスト中の回路図にも描いたように、簡単に2個組にして極性を背中合わせにしてあります。前進では右、後進では左が点くことになりますが導光材を通すと差はわかりません。
 1個余分に要りますが、LEDも小さく、安くなりましたし、ブリッジを挟むより省スペースです。この回路で逆電圧保護もされています。
 1608タイプという1.6mm×0.8mmのチップLEDと、750Ωの、これもチップの抵抗を御覧のようにプリント基板にまとめ、煙室に差し込んであります。基板は千石電商で見つけた0.4mmの極薄のものです。

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 煙室部は切り離したので接点式です。煙室前面は一応差し込み式で、万一の導光材交換時に備えました。リア側のLEDも基板にまとめて差し込み式にしました(下写真)。

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 屋根裏の基板はネジ止め式です。ネジ穴を間違えて開けています(泣)。屋根は前を引っ掛けて後からランプを差し込んで固定です。

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 屋根裏に引っ掛け用の金具をハンダ付けという形です。

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 ついでにコールバンカーの縁取り。大きなサイズの模型では線材をハンダ付け、となるのでしょうが、Nゲージでそれをやる自信はありません。0.2mmの洋白板から大雑把に整形したものをハンダ付け後ヤスリ仕上げです。写真のように持ち手をつけたままハンダ付けをし、最後に切りました。


 しかしまぁ、相変わらずのくどい分解式ですね(笑)。破損とか交換時の便宜を考えるにしても、これでは逆に壊れやすそうです。
 ただ、ここをこう作ると分解式になるな、と思うとついつい・・・コレが私のクセのようです。それなりに丈夫になるよう意識はしているのですが、もうちょっと一体にまとめる方が良いでしょうね。

 でもイラストにするときは楽しかったです。前回はばらした部品を並べてみましたが、それらがこういう風に組み合わさるのだ、と言うのは写真一発では撮りにくいです。自己満足の漫画絵でも、構造の概念が表せると面白いです。バカ分解ほど描きがいがある感じ。面倒くさいですけど。

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 あとはホワイトメタルのパーツを整えて塗装なのですが、汗の出る季節にこういうペーパーがけの作業がどうも嫌で・・・。ああ、地道はどこへやら。そんな調子ですから仕方なくイラストと手持ちの写真でお茶をにごした次第です。

 なんだか今回ピンボケ写真ばかりですみませんでした。

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机上運転用パワーパック

2013/01/25 04:00
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 秋葉原で古い丸型の電流計を手に入れました。我が家の机上運転に丁度良さそうな150mA、パワーパックに組み込むのにも手頃な大きさ(40Φ)です。
 こういうデザインは大好きです。最近は管球アンプ用にわざわざ昔風の丸型にデザインしたものを売っています。「やはりメーターは丸に限る」と思う方も多いのでしょうね。私もその類です。新品の1000円のにするか、その倍以上の骨董品にするか、電気機器としては新品が良いのだろうけど・・・と、実は店頭で二つ並べてもらってしばらく悩みました(笑)。
 結局動作に何の保証も無い骨董品をつれて帰りました。灯台の乗っている箱に入っていましたが、このデザインもシビレます。エレキです。ビリビリ来ます。

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 家に帰って調べると、まずまず機能するようです。パワーパックの電流計は、電流値を正確に計測する必要は無く、大まかにどのくらいの電流が流れているか判れば用は足りると思います。しかし私はその程度のものでも良いから電流計は付けたいのです。

 で、写真の箱を見ると、メーカー名らしき表記は箱が痛んでいて左上の「YEW」の文字以外読み取れません。多分「横河電機製作所」だと思います。ところがメーターの盤面には「日立製作所」と刻印されています。どうやら箱は本体とは別のものだったようです。

 それより驚いたのは、この電流計、戦時中のものだったのでは?という表記があったことです。

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 刻印が不明瞭で、またガラスの裏にホコリが付いていてはっきりしませんが、どうも「昭和19年5月」と表記されているようです。製造年月だと思います。

 70年近く前のものが、ちゃんと動くのですね。驚きました。

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 と言う訳で、この電流計の似合うパワーパックを仕立てました。いや、それは順序が逆か。こういうのが欲しかったから古めかしい電流計を買いに行ったのでした。なんとなく机の上に置きっ放しでもサマになるようなデザインにしたかったのです。手元にあったベニヤの端材で組み、水性ニスで塗り分け、ギターっぽい印象に仕上げました。

 個人的な状況での偶然ですが、仕事で使っている小さなトレス台のアダプターが12V、1Aで、パワーパック用に秋月電子で仕入れた電源ジャックにピタリでした。ちょっと気分転換にプラグを差し替えて机上運転を・・・なんてことも出来ます。あまりしてはいけませんが(笑)。

 それでも机上に電源ラインが常駐しているのは便利です。コード類はなるべくゴチャゴチャさせたくありません。

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 と言う訳でフィーダ線はパック内に収納式です。ケースは小さな真鍮の兆番で開くようにしました。どうせ机上の範囲ですから、短いフィーダで大抵事は足ります。最低限の長さの物を端子裏のラグにネジ止めしてあります。

 で、フロントパネル側も同様に開きます。

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 おやおや?コード類をゴチャゴチャさせたくないと言ったのは一体誰!?と言われそう(笑)。

 一応100HzあたりのPWMの回路を組み込みましたが、まだ仮仕様といったところです。左側のボリウムに空中配線で組んであります。実はこのパワーパック、箱だけ先に出来ていて、しばらく外見だけ眺めてニヤニヤしていたのです。数日前にブレッドボードで実験していた回路が結構使えたのでチョコチョコまとめてつけてしまいました。

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 フィーダは裏蓋の切り欠き(両側にあり)から線を出します。ファイントラック用ですがなんだか怪しい外見です。実は以前品切れで手に入らなかった時自作したものです。ストックが無く、新品を買いに行くのも面倒なので応急措置で出番となりました。とは言えこのままずっと使う可能性も大です。

 しかしまあ、中身がやっつけ仕事丸出しですみません。いずれ整理しなくては。このままでは電流計さんがお怒りになりそうです。このお方、私より年上なんですよね。

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 ニス塗り仕上げはちょっとくどいかな?とも思ったのですが、しばらく目の前に晒していたせいか、落ち着いた印象になって来ました。机上運転では範囲が狭い分、パワーパックは視覚的に存在を主張して来ます。これまで自作してきたパワーパックは割合無造作なデザインだったのでちょっと違和感がありました。やはりそれなりのデザインを考えてやるといい感じになるものだ、と思いました。

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祝C56製品化と接触抵抗のこと

2012/06/05 05:53

 KATOがC56を9月に発売とのこと、いきなりでびっくりしましたが何はともあれめでたいです。C56はアリイ製を改造したもので遊んでいますが、コレが壊れたらどうしようと思っていました。この前作った机上運転用のターンテーブルにもピッタリでしたから、もう1台増備したいのはやまやまだったのです。しかし年々工作の気力は蒸発し、逆に仕掛り品は増えていくばかり・・・

 そんなところのニュースですから非常に嬉しい限りです。贅沢は言わない、あと1台増備出来れば、と思っていたのは昨日までのこと。実売で8000円位でしょうから、どーんと買うぞ!と意気込んで、「二つ買っていい?」と妻に伺いを立てました(笑)。

 そんな訳で、いつか記事に書くかな、と思っていた我が家の改造C56も、ご参考になるような立場ではなくなりました。ちょっと不憫なのでちらりと写真を。

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 モーター端子をちょっとだけ低くして、ややぽっちゃりながらプロポーションを直したものです。スローは効いていたのですが、次々に発売される高性能蒸機と並べるにはスタートに不満が出てきて最近ギアダウンの改造をしたばかり。そのためやや音が出るようになってしまいましたが低速中心の使い方ならまずまずです。
 新しいC56はきっと静かに走るでしょうから、コレはいずれ使わなくなってしまうかも知れません。しかしそれまではこのC56で遊んでやりましょう。走行調整のこと、ボディーの切り継ぎや仕上げの仕方など、多くのことを学んだ機関車です。

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・接触抵抗のこと

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 前回、走行速度が不安定になる原因はレールの酸化皮膜らしきものの電気抵抗だろう、という感じのことを言いました。すごくあいまいな言い方ですみません。「酸化皮膜」があったとしてもそれ自体の電気抵抗は大したことはないと思います。影響があるとしたら「酸化皮膜」の表面状態によるものと思います。

 問題は「接触抵抗」です。酸化皮膜等の「抵抗体」によるものではなく、導体同士の接点で発生する電気抵抗を「接触抵抗」と言うそうです。そしてコレは導体同士の接触圧や表面状態に影響を受けるといいます。接触圧が高いと抵抗値が低い、つまりギュッと押し付けると電気がよく流れるのです。これは直感的に解りやすいですが、表面状態の影響は複雑で、未だちゃんと解析されていないようです。「酸化皮膜」が影響するとしたらこちらでしょう。
 鉄道模型は接点だらけです。線路と車輪間だけではなく、車輪と集電ブラシ(フレーム)などの車体側の全ての接点間で、ある程度電気抵抗が発生しているはず。具体的にどのくらいか、とテスターで計ってみました。ちょっと信じられないです。

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 小型2軸で軽いバグナルタイプを使い、フィーダからモーター端子までの抵抗値を計ってみたら、ちょっと突付くだけで抵抗値がものすごくふらつきました。線路への置き方、押さえ方でも0近辺から数百Ω近くの開きがありました。もちろん車輪、レールとも磨きました。さらに軽い集電板つきの台車でも調べましたが似たような値です。テスターが壊れているのかも知れませんが、ある程度重い動力車ではこんなに差は出ません。



 上の動画にも出ていますが、バグナルは結構安定していて、動画の速度で2時間でも3時間でもほぼ同じ速度で回っています。10V、20khzのパルス電源で、メーターが付いてないので正確にはわかりませんが電圧の平均値は3V位です。直流ではあまり安定して走りませんが並みの走行は可能です。モーターの消費電流はせいぜい30mA位までですが、単純なオームの法則では上で出た抵抗値ではパルスで10V出ていても不安定な走行になりそうに思います。

 安物のテスターでの雑な測定(普通の固定抵抗で目盛りは確かめましたが)で、私自身の間違いがある可能性も大です。しかし走行状態と抵抗値のギャップが激しいです。通電状態によって抵抗値が安定するなどの現象があるのでしょうが、私には解りません。お手上げです。

 動画の南海の電気機関車は鉄コレ12m級を両台車駆動に改造したもので、長いこと動きが不安定(カーブで速く直線でスピードが落ちる&尺取走行)でしたが、最近割りと調子が良いです。初期の鉄コレ動力の黒染め車輪は質が悪いという話もありましたが、集電部分が剥げてきてなじんだのでしょうか?メーカー様には言いがかりのような推測ですが、接触抵抗という観点から考えるともしかして、とも思います。

 低速走行が好きで、長いことモーター、ギア、フレームなどの機械的な面の工夫に手間(浅い思い付き程度ですが)をかけてきましたが、接触抵抗という電気的な面も観察と工夫が必要かもしれません。

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 ふと、集電ブラシにはベリリウム銅が良いという話を思い出し、使用しているチビロコを計ってみたらかなり安定して0Ωを指しました。車輪裏に当てていて、接触面積が大きいことも関係しそうですが、接点に有利な材料というのはあるはずです。モーターには貴金属ブラシ使用、なんてものがありますが、もし銀の動輪がいいなんてことになると、お値段が凄そうです(笑)。でもかっこいいですね。銀の動輪。

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※今回コメントのお返事があきれるほど遅くなるかも知れませんがご容赦願います。
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安上がりのパワーパック補足

2009/09/18 19:13
 以前「安上がりのパワーパック」の記事で、秋月電子の電池式モーターコントロールキットに付いて書きました。キット自体400円と安く、大きな基盤でハンダ付けもしやすいのが良いです。パワーパックとして使ってみてもスロー運転の性能が良く、鉄道模型の電子工作の入門用にピッタリのものだと思います。

 しかしキットのままではパワーパックとしては使えません。最低でも車両の前後進のための逆転スイッチ、脱線などでショートした時の回路の保護部品を取り付けなくてはなりません。非常に簡単な加工ですむのですが、初心者の方には戸惑うところがあるかも知れませんので補足しておきます。

*回路について

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 図のようにショート保護用のポリスイッチと前後進切り替えの逆転スイッチをつなぐだけです。逆転スイッチは「2回路2接点」を使います。2接点のスイッチが二つ(2回路)並んでいて、連動して切り替わります。この切り替えで、+の電気がNに行く時は−の方はSにつながるよう、+がSの時は−はNになるように配線されていますので、ヒマだったらたどって確かめてみてください(笑)。
 図には+−が描いてありますが極性は気にしなくても支障はないです。ちなみにエンドレス内側レールのNフィーダが+の時に右回りに進みます。

 ボリウムは、キットのままで取り付けるとツマミを右回りに回してスピードダウンとなり、通常とは逆の操作になってしまいます。コレでは具合が悪いので逆向きに付け直します。
 単に逆向きに付けたのではツマミが内側を向いてしまいます。足を折り曲げるとか、基盤の裏に付ける等の手もあるでしょうが、コードで延長して配線しておけば、ケースやパイクへの取付け位置を自由に決められます。
 電源スイッチやパイロットランプのLEDについても同じことが言えますので、必要に応じてコードを介して配線します。(図ではLEDは基盤につけたまま)

 キットの回路図で、出力に並列につながっている電解コンデンサ(C1)は、パルスを平滑にするためのコンデンサだと思います。
 パルスは平滑化しない方がスローが効くはずなので、私は取り付けずに使っています。それで全く問題なく、かなりのスロー運転の出来るパワーパックとして使えています。
 ただモーターから少しうなり音が出ていますので、ちゃんとC1を付けるべきかも知れません。C1の有る無しでスローの性能がどうなるかは比較の実験をしてないのでわかりませんが、ネット上では元々スローの効く電源としての評判が高いので、まずはきちんと付けて使うのが本当ですね。

*個々の部品について

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・ポリスイッチ

ポリスイッチ 250mA

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01354/

 秋月のwebページにはリセッタブル・ヒューズとも書かれています。うちで使っているのは電流が0.25A以上流れると制限され、0.5Aで切れるもので、Nゲージ小編成のスロー運転ならこれで間に合うと思います。

・逆転スイッチ

トグルスイッチ6P・中点OFF

http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=&cond8=and&dai=&chu=&syo=&cond9=&k3=2&list=2&pflg=n&multi=&code=7AZY-75DW

 トグルスイッチと呼ばれるものがよく使われています。先に書いたように「2回路2接点」のものを使い、出来れば「中立でOFF」になるものが「停止」のポジションをとれて便利です。

・その他

M7ナット

http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%258C%25C5%2592%25E8%2582%25CB%2582%25B6&cond8=and&dai=&chu=&syo=%2593d%258Eq%2595%2594%2595i%2597p&k3=0&pflg=n&list=2

 ケースやパネルにボリウムを固定する際、取り付け用のナットが必要です。キットのボリウムには付属していないのでパーツ屋で買っておきましょう。秋葉原ならキットを売っている秋月電子の隣にある千石電商においてあります(ネット通販もあり)。7mmのネジがはまるナットだからDIY店などで使えるものが手に入るのかも知れませんが、一般のナットよりかなり薄くないとツマミが浮き上がって不細工です。やはり専用の物が良いと思います。

ツマミ

http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%25A4%25C4%25A4%25DE%25A4%25DF&cond8=and&dai=6&chu=&syo=&k3=0&pflg=n&list=2

 うちで使っているツマミは秋葉原の千石電商で買っていますが、通販もあるようです。軸にはいもネジをしめて固定しますが、締め付け用の工具がマイナスドライバーだったり六角レンチだったりします。
 模型をやる人なら小さなドライバー位持っているでしょうが、六角レンチは無い人も多いと思います。私は百円ショップで手に入れました。DIY店にもあるはずです。何本かのセットで売っていると思いますが、写真に写っている1.5mm位のものをよく使います。


・ロータリースイッチ

 私の好みでは、操作感や見た目の点でトグルスイッチよりこのロータリースイッチに古臭いツマミをつけて切り替えるのが好きです。同じような感覚の方もいらっしゃると思いますので、オマケでロータリースイッチの使い方も書いておきます。

 軸を回転させて接点を切り替えるもので接点の数や回路の数でさまざまな種類があり、トグルスイッチの代わりにパワーパックの逆転用として使えるものがあります(手持ちが無かったので写真のものではダメですが、形はどれも似たようなものです)。昔からあるKATOのパワーパックも前後進切り替えはロータリースイッチでした。


 ただしご注意が一つ。

 通販等で手に入りやすいアルプスのスイッチは定格が0.15A(150mA)と小さいので、これを守る限りは最近のモーターでおとなしく運転する程度にしか使えません。アルプスのホームページでもう少し容量の大きいものもありましたがそれでも0.25Aと通常のパワーパックとしては微妙な値です。

 うちのパワーパックで使っているのは上記の定格150mAのものです。経験的にはこの倍以上と思われる電流を流して使っても特にトラブルは発生していませんが、定格外での使用する場合は各自自己責任でお願いします。スイッチが焼きついてショート等が起きないとも限りません。トグルスイッチの図で示したのと同じように、手前にポリスイッチを付ける等、必ず保護回路をつけておきましょう。

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ロータリースイッチ(4回路3接点)アルプス SRN1043S

http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%25B3%25AB%25CA%25C4%25B4%25EF%2520%25BB%25B0&cond8=and&dai=&chu=&syo=&k3=2&pflg=n&list=2

 逆転スイッチとして使えるのは4回路3接点というものです。電気的には2回路3接点で間に合いますが、そういう規格のものは売っていないので2回路分は余らせて使います。図でスイッチの左下の※から時計回りに接点を並べたのが右側の絵です。3接点を持つ回路が四つあります。軸を回すと入力する端子(コモン端子と呼ばれます)とa,b,cの接点がどの回路も連動してつなぎ替わります。

 極性切り替えをするには、トグルスイッチの時と同じように+を入力する回路がNフィーダにつながる時は−の入る回路はSに、+がSにつながる時は−はNにつながるように配線します。回路はスイッチのどの部分を使っても良いのですが、一つあけて使用したほうがハンダ付けも楽でゴチャゴチャしません。

 トグルスイッチは2回路「2」接点でしたが、ロータリースイッチでa,b,cの「3接点」あるものを使えば、bの接点はどこにも繋がず「停止」のポジションとして使えます。トグルスイッチでは中立OFFのものでないと停止が出来なかったのでこの点優利です。
 ちょっと面倒なのは、軸が長めなのでツマミによっては少し切り落とさないといけないこと。割とやわらかいので糸ノコで充分切れます。

 あと、細かいことですがロータリースイッチの規格には接点数などのほかに「ショーティング」と「ノンショート」の二種類があります。切り替え時に隣り合った接点同士が触れながら(ショート)切り替わるのか、どちらからも一旦離れて(ノンショート)から切り替わるのかの違いです。どちらを使うのか購入時に聞かれるかも知れません。
 しかしここではどこにも繋がっていないb(停止)を経由して切り替えますので、どちらの規格でも構いません。


*うちでの定格外での使用状況について

 実は定格については、最近まで全く意識していませんでした(笑)。KATOのパワーパックに入っていたものとそっくりだったので普通に使えるものだと思っていたのです。以前の記事で「ザク」、「俺専用ザク」としてご紹介したものに組み込んで、もう3年以上使っています。

 私の使い方はせいぜい数両の編成で、低速での運転が基本ではありますが、子供が使う時はその限りではありません。また常点灯用電源で室内灯をつけることが多く、停車中もそれなりに電流が流れています。電流を喰う古い動力車の運転、慣らし運転での乱暴な切り替えにも使ってます。

 こんな感じの運転ですが、今のところトラブルは出ていません。今後事故が発生した場合も、手前に保護回路(0.5Aポリスイッチ)が入っているので、まさか火を吹くまでには至らないと思っています。接点の痛みが早い可能性は大と思いますので、消耗品と考えて故障時には交換で対処します。

秋月電子通商

http://akizukidenshi.com/catalog/default.aspx

千石電商オンラインショップ

http://www.sengoku.co.jp/index.htm

 図解中心でサラッと解説しようと思ったのですがついついダラダラ書いてしまいました。すっかり涼しくなりましたね。秋の夜長にハンダゴテを出してきて電子工作もいいものです。

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スーパーキャパシタ使用報告

2009/06/10 21:48
 う〜ん、また一ヶ月のご無沙汰・・・ちょうど一月前の浜松町のイベントでスーパーキャパシタを手に入れたので効果やら使い勝手を調べるためにいじくってました。集電不良を起こしがちな小型車には有用な素子と感じましたので報告します。

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 使用したキャパシタはトーマモデルワークスさんで買ったもの(5.5V、0.1Fと0.047Fの二種)。電源は主に純直流の安定化電源、常点灯用のN-1000-CLに近い20kHz位のPWM電源、20kHzと200Hzが混ざったPWM電源の三つを使いました。通過させるポイントはTOMYのミニカーブのものです。

 ところで最初にご注意を。ここでは乱暴な扱いをしている記述がありますが、同じようなことをする場合、裸眼のまま顔を近づけて観察などはしないでください。万が一破裂などの事故が無いとも限りません。


 モーター、動力との相性は?

 では、まずは簡単な使い方をしてどんなモーターが使えるか、程々のスローで走らせた時にどの位惰走できるのかみてみました。

 手持ちの動力を使いシンプルにモーターに並列にキャパシタをつないで走らせます。電源は安定化電源で、1〜3Vあたりでの様子を見ました。小さなモーターのものはおおむね惰走し、ポイント通過もよくなります。面白がってしばらく遊んでしまいました。

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 使ってみてまず感じるのはやはりキャパシタは集電不良をフォローはするが予防はしない、ということです。当たり前ですが蓄電されていなければ働きません。車両自体の集電性能やレールのコンディションが悪ければキャパシタに電気は溜まりにくく、スローでのスタート、ポイント通過はやはり厳しいのです。写真の動力はまだ危なっかしく、補重やイコライザーで集電性能を上げてやる必要があります。

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 Bトレインの動力は快調に惰走します。エンドレスのぐるぐる回しをぼんやり眺めるという楽しみ方なら、この組み合わせはおすすめでしょう。ポイント通過も快適です。電源のオンオフだけで運転してもそれなりに発進停止の加減速の感じが出せるので、路面電車などに使って何か面白いことが出来そうです。この動力はものによってはラビットスタートになりがちでスローでのコントロールが効きにくいですが、そのあたりはキャパシタで改善はされません。

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 同じBトレインのモーターを使ったCタンクの動力は、簡易なイコライザーがついているのでポイント通過はほぼ間違いがなくなりました。惰走はBトレイン動力程はいかず、ガクッと速度が落ちる感じになり勝ちです。ギア比が高いとか、自作動力の精度だからロッドの抵抗が大きいなどが原因でしょうね。

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 欲張ってフライホイールと組み合わせ。前回出たようにBトレの動力台車を低速ギアにはめ換えて、ワールドのモーターで駆動のもの。フライホイールのみ、キャパシタのみの時に比べ格段に滑らかな走りです(後でわかったのですが「フライホイールはキャパシタの性能を引き出す」ことがあるようなのです)。うちとしては今後はこの組み合わせを基本にしていきます。

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 このサイズでこの性能はうれしいです。キャパシタの積み方次第ではチビロコをさらにショーティーにしても入る大きさ。ポイント通過もかなりスローでいけるので、少々の補重と片側三点のイコライザーをつけるくらいで悪魔の走行性能が手に入るのでは!?と、大げさな期待をしてしまうほど(笑)。

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 そうなると写真右のフライホイール付の二軸単車の動力。以前出したようにすでに集電関係はほぼ完全ですのでキャパシタをつけたらどれだけすごいか!?なのですが、意外に惰走、滑らかさ共にあまり増加しません。集電用のコンタクトシューの摩擦抵抗とか一軸駆動でトルクが足りない等も関係するとは思いますが、多分一番の原因はモーターの消費電流でしょう。

 このモーターはビットチャージというレーシングカーのおもちゃに使う3V仕様のもので、適度な速度で消費電流が6〜70mA位あります。モーターの使用電流がキャパシタが放出できる電流を超えてしまうのでしょうね。すでに出た左のお手軽パワトラはやはり3V仕様のジャンクモーターですが、二個直列だから同じような速度で20mA程度でちゃんと惰走します。ちなみに同じモーター一個だけで使った前回のBトレ用に繋ぐとやっぱり惰走が少なかったです。こちらは4〜50mA。

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 直感的にはモーターが小さければキャパシタの効果も大きいように思ってしまいますが、低電圧のものには意外な落とし穴があったわけです。同じスローで走っても、他に比して低い電圧で走行の蓄電となり、キャパシタに溜められる電気の量も少ないのでしょう。その状態で電流を食うのだから惰走も少ないのだろうと思います。もちろん惰走が少ないからといって使えないわけではなく、ポイント通過等にはちゃんと効果はあります。

 逆にこんなのにもつけて見ましたが・・・

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 集電性能の悪いC12、キャパシタをつけてもほとんど惰走しません。しかし多少は集電不良を緩和するようで、ちょっとだけ走りが滑らかになりました。ポケットラインや鉄コレの動力は、速度を上げれば惰走が見られる程度でした。元々集電の思わしくないポケットライン動力は、ポイント通過時の集電不良が少しはフォローされたようですが心もとないです。調整すればうまくいくのかなぁ?・・・でも基本的にこのあたりより大きなモーターは使用したキャパシタにはオーバースペックでしょう。(低速時でも50〜100mA前後食ってます)

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 手持ちの動力の範囲で言えばこのキャパシタと相性がいいのはBトレとワールドのモーターです。素人考えですが一般にはスロー走行の時の電流が2〜30mA位までのモーターにするのが無難かなと考えています。低電圧のモーターも使えなくはないですが、低速時に電気を切るとガクッと速度が落ちる感じの惰走になります。Cタンクと同じ様な現象ですからもっとシンプルで軽い動力ならうまくいくのかも知れません。当然のようですが、きれいな惰走には動力の抵抗は軽いほうが良いのだなぁ、と感じています。

 ところでキャパシタに頼りたいのはむしろポイント通過の多い入換機であることも多いはず。惰走しすぎて入換運転に使えないのは逆に困ります。この辺はうちではメカ的にスローの効くものなら大丈夫でした。入換速度程度のスローで走っていればちゃんとコントロール可能。惰走しすぎて困るほどの電気は溜まらないと思います。いきなり電気を切ればそれなりに惰走してしまうけれど、ゆっくりスロットルを絞ればちゃんと止まりました。


 次に電源との相性を調べました。パルス電源ではどうなるか?です。

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 まずは破損覚悟で電源を常点灯用のPWM(N-1000-CL相当の20kHz位のパルス電源)に換えて運転して見ましたが、少し発熱の見られるものがありました。Bトレ用、ワールドではほんのり暖かくなる程度でしたが12Vのパルスですから倍以上の定格オーバー。上で使ったシンプルな繋ぎ方での運転はもちろんおすすめしません。心配だったスピードのコントロールは出来ますが、Bトレ動力とCタンクではボリウムを絞っても走ってしまう場合もありました。

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 そういうわけで電圧をカットする回路を試作しました。結構熱の出たポケットラインの動力に繋いで試して発熱を抑えられたのでこれでいいかな〜?と思うのですが、あまり信用しないでください。
 低電圧モーターを使っていた頃のBトレの基盤が、ツェナダイオードを使って電圧をカットするものだったので、キャパシタを足しただけです。抵抗は交換しないとダメだったのですが、適当な手持ちがなかったので電球で代用。素人丸出しのつぎはぎ構成です。テスターでキャパシタの端子間を計ったら最大で6Vでした。定格をちょっとオーバーしていますのでちゃんと部品を買ってきて作りなおします。

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 ツェナ電圧なんかをちゃんと見直せば多分コレで良いんじゃないかと思うのですが・・・鉄道模型に使えそうなキャパシタの保護回路はネット上を探しても見つからず、確認が取れずにちょっと不安です。間違えていたら教えてください。ワールドのモーターの動力につけて長時間、前後進させて使ってみましたがとりあえず発熱、妙な挙動共に見られませんでした。(20kHzと200Hzが混ざったPWM電源でも同様の結果でした)

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 発進時には蓄電の分も電流が流れ込むので時々目玉が光ってカワイイですよ(笑)。



 以上、あくまでも個人での実験です。思い込みや間違い、生半可な知識での記述満載と疑ってかかって下さい。

 あと、前後進切り替えの時は逆の極性で蓄電が始まるわけですが、キャパシタ内に電荷が残っていると良くないという話を聞きます。モーターが止まらないうちから逆転させるようなことは避けるべきですが、それで万全なのかどうかは解りません。全般に逆転時には再び走り始めるまで時間がかかるように感じますが、これは中に残った電荷をクリアしているのかも知れません。本来は禁止されている逆極性での使用です。破損や劣化は覚悟して、ダメになったらすぐ交換できるような構造にするつもりです。

 いろいろ不安は残りますが、小型車の集電不良対策としてこのスーパーキャパシタはなかなか有効です。ワールドのモーターにフライホイール併用の動力での効果を見て、小型車でも大型車に負けない快調な動力が可能と感じました。
 もちろんキャパシタもフライホイールも集電不良が起きた時のフォローをするもので、集電不良を予防するものではありません。むしろ基本はこっちが重要で、車両の集電性能(補重や車輪の接地等)とレールの整備やクリーニングをきちんとしてから使うべきものです。病気になっても良い薬があるからといって健康管理や体力づくりをおろそかにしては本末転倒ですね。

・・・でもやっぱり小型の二軸車は病気にかかりやすいのです(笑)。レールを磨いてもイコライザーをつけても何かの拍子ですぐに止まってしまいますね〜。
 彼らにとってはやはりスーパーキャパシタは期待の持てる新薬です。電気的な制約からの保護回路などが、ちゃんと専門知識をもった方の設計で出てきてくれると非常に助かります。


んで、ここから先はオマケ。

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 とりあえず極性を切り替えて使っても今のところ問題ない?ので心配はいらないのかも知れませんが、前後進で極性を切り替えてもキャパシタの極性を保てるような回路も作って見ました。といいながら少し逆電圧がかかっていますので不完全です。一応ボリウム半分くらいでかっ飛ばし、放電前に前後進を切り替えるという荒っぽい試験を10回ほど繰り返して見ましたが、特に発熱等は見られません。

 放電時には反対側のキャパシタがモーターに直列で入ることもあり、特にスローでは惰走してるのかどうかわからない位です。集電不良をフォローはしてるようなので使えなくは無いですが、最初からフライホイールの併用を考えないと充分に効果が出にくい感じです。そうなるともうゴチャゴチャしすぎ・・・しかしフライホイールをつけたり外したりしてみると、フライホイールをつけて惰走が増える分がどうも慣性力だけでは無い感じです。慣性力だけだと低速運転では電気を切った時にフライホイールは一回転もせず、惰走にまでは至りません。

 そこでちょっと実験。手で持って通電し、蓄電したところで電気を切ります。程々のところでまだ回っているフライホイールを触ると回転が止まりますが、今度はフライホイールを指ではじくと再び回りだすのです。

 キャパシタに止まっているモーターを回すほどの力がなくなっても、その弱った力で回っているモーターを回し続けることは出来る・・・もしかするとフライホイールで止まりにくくしてやれば、弱いキャパシタでも使えるのかも知れないぞ・・・と考えて、回路の方はほっといてこんなことをしてみました。

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 前に失敗した超小型キャパシタ四つ並列にして繋いでみます。ツェナの保護回路につけてますがコレは耐圧3.3Vなので本当はツェナを換えてやらなくてはなりません。早く試したかったので手抜きでそのままつけちゃいました。

で、早速走らせると・・・

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 ふははは!なんだよ程よく惰走するじゃないか。

 まるでフライホイールでキャパシタの性能が引き出されている、逆に言えばフライホイールの回転を非力なキャパシタが支え続ける感じでしょうか。とにかく結構いけますね〜。見かけはひどいけど(笑)。キャパシタ二つでもそこそこ惰走します。
 まだいろいろ工夫が必要かも知れませんが貨車二両繋いで秒速2cmのスローで渡り線もスルスル通過です。フライホイールだけではこうはいきませんし、滑らかさもぜんぜん違います。


 一度はあきらめた超小型キャパシタでもフライホイールの回転補助という感じで役に立ちそう。分散して積めるメリットは大きいです。保護回路の整備をした上でもう少し様子を見てみましょう。


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スーパーキャパシタの失敗報告

2009/04/21 23:47

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 車輪が少なく軽量な小型車両は、車輪の汚れやポイント上の無電区間等が原因ですぐに集電不良を起こして止まってしまいます。そうなった時の対策に使われるのが一つはフライホイール、もう一つがスーパーキャパシタ(電気二重層コンデンサ)です。集電不良で通電が切れた時に、走行中キャパシタに溜めておいた電気がモーターを回し、停止するのを防ぐわけです。収入がなくなっても貯金があればしばらくは生活できる、といった感じですか(笑)。電気的フライホィールとも呼ばれ、ネット上やRMM誌の記事でも紹介されて、フライホィール的な効果は実証されています。おまけに惰走距離はフライホイールよりはるかに長そうです。うちのPECOの中型ポイントの無電区間は、いくらフライホイールを使っても小型の二軸車がスローで通過するには絶望的な寸法。まぁ無理に走らせようとは思いませんが、しかしキャパシタを使えばもしかして、とも思います。そんなところまでスローで走ればやはり痛快ですし。

・・・というわけで私もやってみようと秋葉原で部品を仕入れ、実験を始めるというのは前回書いた通りですが、Nの小型機に収めるべく寸法だけで選んだのが間違いでした。どうも使えないものを買ってしまったようで車両に積むまでには至らずです。パルス電源ではどうなるのかも調べたかったのですがやってません〜(汗)。

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 出来ればニチユ10tクラスの小型の入換機に使えるといいな、こいつがスローでポイント渡ったら・・・なんて思っていたので、売っているものの中で一番小型のものを買いました。前回の最後の写真でも紹介したもので直径7oほどの超小型。コレが失敗のもと。しかし一段上のはいきなり直径20mmの大きさのものしか無かったのでNの小型機にはスペース的に無理。付属のデーターシートには「模型飛行機を飛ばす」という回路の例も載っているので安心しきっていましたが、本来は主にデーターのバックアップ用などに使われるもので、集電不良の改善には適さないものです。小型のモーターを回すくらいは出来るのですが、その分の電気がなかなか溜まらない、また溜めた電気を一気に放出しないタイプです。スローでスタートさせた場合、電気はほんのわずかしか溜まらないので集電不良が起こればとたんに止まってしまう。1分ほど通電してみても低電圧だとほとんど蓄電されない(蓄電していても放出の電流が小さい?)ようで、一番肝心の「スロー運転時(電圧の低い時)の集電不良」には効果が無いです。

 だいたいこのサイズで使えるならば他の人がとっくに使っているはずです。使いにくさの原因はいろいろ調べてみると「内部抵抗」というものが問題のようです。実はこのキーワードも買う前からちょくちょく見かけていたもの。きちんと勉強してから買わなきゃいけませんね〜 まぁ、身をもって知るという意味では勉強になりましたが、内部抵抗というものの意味、未だによくわかっていません(笑)。とりあえずスーパーキャパシタといってもいろいろあるようで注意が必要ということです。

 もちろんすでに作例として発表されているものなら使えるわけで、それらの中にはかなり小型(10.5×11.5×6.5)のものもあります。RMM誌の記事で使われていたのはコレ。ネット上で見かける作例の多くもこのタイプです。今回私は手に入れられなかったのですが、またちょっと秋葉原で探してみてトライします。(今度トーマモデルワークスさんでも通販が可能になるようです)

 んで、キャパシタでつまずいたので気分直しに本来のフライホィールの方などをいじってました。

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 一つは以前の記事でもご紹介した、Bトレイン動力の台車利用のもの。動力も自作となると気が重いですが心臓部に市販品を使えば割と楽です。モーターやフライホィールを交換しやすいので時々姿が変わります。
 もう一つは二年近く前、小型動力の検討用にいろんな機能を盛り込んだもの。雑な工作がたたって不調をきたし長らく放置されていたのですが、今回調整してやったら機嫌を直して復活しました。今のところ未完成の路面電車の上回りを乗っけてます。後は仕上げだけなのに・・・早く手を入れてやらなくっちゃね〜

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 いろいろいじっているうちに小型の二軸車の走行も何とかなりそうな予感が・・・本当は今回この辺のことをちゃんとまとめてのっけようと思ったのですが、工作不足でデーターは揃ってないし異様に長くなるし・・・なので次回に。どうもすみません!
 とりあえず良く走る(本当はまだ問題があるんだけど)ようになった二軸単車の動画をコソっと貼っておきますね。



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安上がりのパワーパック

2009/02/25 17:08
 う〜ん、だいぶ間をあけてしまいました。一月末にギックリ腰をやってしまいました。今世紀初のギックリ腰です。フロを洗っている最中に立てなくなりました。実は三十代の時は結構やっていたのですが、妻と一緒にウォーキングを始めてからは、このギックリ腰とは長らくご無沙汰でした。最近サボリ気味だったのでまたやってしまったのでしょうね。運動不足はいけません。模型も運動不足にならないように時々動かしてやらないと・・・ってこじつけみたいですが、事実長く動かしていない車両はやはり調子が悪くなります。

 ってわけで今回はパワーパックについて。調子よくスロー運転できるパックがあれば運転頻度も上がろうというもの。車両の健康維持にいかがでしょう?ウォーキング同様、安上がりにすむ手軽なパックです。・・・ただしキットなのでハンダ付けが必要ですが。

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 Bトレインサイズの低速動力・実践編のコメント欄でふれた秋月電子のモーターコントローラーキット(2PK2400)。フィードバック式?の発振回路とコンパレータで低めの周波数でPWMコントロールするものらしいですが、まぁ簡単に言えば鉄コレやBトレの動力にかなりのスローを効かせることの出来る性能のものです。低めのパルスだからちょっとウィーンとうなりますが。

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 単三電池四本の6Vだから機動性抜群。とりあえずそのへんで試運転、という時に手近のコンセントを探さなくてもいいのは私のようなズボラには大助かり(笑)。空いてるコンセント探して繋ぐというのがけっこう面倒なんですよね〜。車両と共にショルダーに忍ばせてカラオケボックスでゲリラ運転、なんてこともやりました。

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 キット自体は四百円と安く、ボリウムのつまみ、逆転スイッチからショート時の保護用ポリスイッチ、電池まで買っても千円以内。ケースも100均の石鹸箱を加工して使いましたので隅から隅まで安上がり!作例はちょっと無理して詰め込んだので基盤の端をカットしなくてはなりませんでしたが。
 一応スイッチング電源のACアダプターも挿せるようにはしてあります。この辺を含めたらトータル二千円弱。それでも安いですね。

 ちなみに12Vのスイッチング電源でも試してみましたが、発振音が大きくなりボリウム操作の感覚が変わります。電気的には特に支障は無いようでした。ただしこれはキットの仕様とは異なる使い方なので自己責任で。ミニカーブに小型動力なら6Vで充分です。目的がスロー運転ならなおさらでしょう。

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 白いケースの小型の方は息子用に作ってやったもの。最初からアダプター専用にしました。キットの基盤も使わずに、空中配線で回路を組んで収めています。隣の鉄コレ用のコントローラーに楽勝で組み込めそうですね。
 鉄コレ用のコントローラーは、鉄コレ動力は滑らかにスロースタートするので専用に使うならおすすめですが、うちのBトレモーターを使った動力では制御しにくいのものがありました。ハンドルを回してスイッチが入ったとたんに結構なスピードになってしまう感じ。抵抗制御のようなので動力と相性があるはずです。
 この辺の事はネットなどの写真でなんとなく判ったので当初は手を出していませんでしたが、秋月のキットを組み込むケースに使えばすごくかっこいいですね。先週秋葉原に行ったとき、割安で売っていたのでつい買ってしまいました。

 そういう訳でこれに組み込むモーターコントロールキットもう一個入手したいのですが、現在品切れ中でした。よく確かめずにコメント欄でおすすめしてしまってごめんなさい。三月上旬に入荷とのことです。

 通販ページのリンクをこちらに。

 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00908/

 欠点を一つ。電池の電圧が下がってくると発振しにくくなるのでしょうか。少し電力が残っている状態で模型を走らせにくくなるのがちょっともったいない。私は交換した電池はラジオで使い切っています。充電式の電池を使えば良いのでしょうが、いざ走らせようという時に電池切れで充電、というのもじれったいです。こういうものは手軽さが命なので基本乾電池で使用したいですね。手回し式の発電機と組み合わせることが出来れば最強!?

 あと、キットのままだとボリウムの回転方向が逆(右回りでスピードダウン)になってしまうのでご注意を。

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 安上がりつながりでついでにこちらも。いや、あまり安くないかな?部品代はトータル三千円以内ですが、あれこれ試したりして部品を買い足しに出かけると、いつの間にか出費がかさんでいる場合もありますね。まぁ少なくとも見かけは安っぽい!ケースはやはり100均の石鹸箱加工です。秋月のもそうですが発熱の少ない回路だったらこういうケースでも大丈夫と思います。スイッチング電源も内蔵しました。

 最初に作った緑の方は、その色合いから息子に「ザク」と呼ばれたので二番目の水色の方は「俺専用ザク」です。通常の三倍の「遅さ」を出せる位の性能を目指し(!?)、回路をちょっと工夫したもの。

 実は鉄コレが出てくるまでは我が家のパックはKatoのスタンダードに高周波電源を繋いで使っていました。常点灯やDCCが出てくる前の、停車中でもライトの点く装置として製品や製作法などがありました。夜中にライトを点けて運転するのが大好きなので私も作ったのです。
 参考にしたのはすでに絶版ですが日本放送出版協会から出ていた長真弓氏の「鉄道模型のエレクトロニクス工作」という本。同年代ならご存知の方も多いと思います。

 この装置、長らく我が家の夜間運転に役立ってきましたが、新たに現れた鉄コレ、Bトレの動力車と相性が悪く、モーターの焼損事故が相次いだので新たに常点灯出来るパワーパックが欲しくなりました。

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 そういう訳でTOMIXの常点灯コントローラーN1000CLを買うかな、とチラッと思ったのですが、ドケチなら無いものは自作が基本です。ネットを調べて回路図を見つけて作りました。

 基本の回路図はこちらのホームページの「ベンチテスト用モータースピコン」の回路です。

 この回路のR1,R2を2kΩに変えると20kHz位のPWM制御となり、TOMIXの常点灯コントローラーN1000CLと性能的に同じになるというのがわかりましたので、それを基に逆転スイッチやショート保護用のポリスイッチを付けてまとめました。

 ところで「ザク」の方は上記のようにストレートに組んだもの。停車中からライトが点きます。ただスロー性能はKatoのスタンダードと変わらずです(普通のパワーパックとしては充分な性能です)。
 私はパルス制御と聞くと何でも低速が効くような印象がありましたが、実はパルスは周波数によって効果が違うそうです。簡単に言えばモーターの回りださないうちからライトが点くようにするには20khz位の高い周波数が良く、モーターを低速で回すには200Hz程度の低めの周波数が良いということです。だからこれらを2つ混ぜてスローも点灯もと欲張ってみたのが「俺専用ザク」です。ちなみにKatoのKC-1はこのタイプらしいです。2種類のパルスを混ぜる回路はなんとか我流で作ってみました。

 結果は確かに「ザク」より格段にスローが効きました。周波数の低いパルスが入ってますから「ウヮ〜ン」とうなりが出ますが、旧式の電車や電気機関車などにはむしろお似合いです。

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 大成功のように見えますが「俺専用ザク」は時々かんしゃくを起こし不調になります。長時間走らせているといきなりパルスの周期が通常の数百倍?つまり最高速で暴走しては数秒止まり、また最高速で暴走・・・を繰り返す、まるでギャグのような走りになります。手動パルスをやった方がまだましです。突然暴走を始めるので心臓にも悪いです。電気を切ってしばらく放っておくと直るのですが・・・やはり我流の設計はいけませんね。そういう訳でこちらの回路図はまだ内緒にしときます。我流過ぎて恥ずかしいというのもあります。

 安上がりを狙って無いものは自作なんてやってると、こういう失敗がけっこうありますね(笑)。
記事へなるほど(納得、参考になった、ヘー) ブログ気持玉 17 / トラックバック 0 / コメント 11


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