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2022年07月31日

吊り掛けモータ6

吊り掛け動力の配線を行い、台車を床板に取付けました。
 台車配線.jpg
絶縁側車輪からの集電用にModelsIMONの集電シューセット0.1tWというものを使用しました。
集電シューが2つに分かれているのですが、かなり根元から分かれているため先で広がりやすいため、途中で半田でくっつけました。
集電シューの取付部を避けるため吊り掛け動力の金具を曲げてあります。
 台車配線2.jpg
 隣の台車と電気接続する配線のため、電線を床上に上げる必要があります。
電線が台車の回転の邪魔をしないようにボルスタねじの中心に穴を開け、電線を通しています。
 台車配線3.jpg
床の上から見たところです。
ボルスタねじの中心に穴を開けたつもりなのですが、少しずれてしまいました。
台車からボルスタを通って出てきた配線は、反対側のボルスタねじに繋がります。
 
短い直線を往復させてみました。
KATOの線路を使用しています。
タグ：モータ 歯車 車輪 輪軸
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2022年07月29日

吊り掛けモータ5

吊り掛けモータを台車に組み込んで走らせてみました。

電圧を変えて往復させています。
すぐに行き過ぎてしまうので、よく見えませんね。
タグ：モータ 軸受 歯車 車輪 輪軸
posted by よしひろ at 01:40| Comment(0) | TrackBack(0) | 電車

2022年07月25日

吊り掛けモータ4

吊り掛けモータを新京阪P6の台車に組み込んでみました。
台車組み込み.jpg吊り掛けモータは台車のボルスタに引っ掛けるようにしてあります。
集電ブラシ用のねじ穴が丁度吊り掛けモータの引っ掛けと重なってしまっています。
集電ブラシを取付ける際には、別途ねじ穴を開ける必要があります。
タグ：モータ 軸受 歯車 車輪 輪軸
posted by よしひろ at 21:54| Comment(0) | TrackBack(0) | 電車

2022年07月21日

吊り掛けモータ3

吊り掛けの動力を組み立てました。
(モータの取付はまだです)
吊り掛け.jpg
通電の向きの関係で2種類あります。
右は歯車側が絶縁、左は歯車側が通電の仕様です。
中央にある真鍮のものは、車軸を車輪に圧入する治具です。
輪軸.jpg
輪軸は右写真のようになっています。
車輪の横の歯車はロックタイト嫌気性接着剤で車軸に固定しています。
吊り掛けの金具に取付けるため、軸受を付けてあります。
この軸受はスパイクモデル製のプレーン軸用オイルレスメタルを使用しています。
寸法の都合上、右側の軸受のフランジは0.05mm薄くしてあります。
タグ：モータ 軸受 歯車 車輪 輪軸
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2022年07月16日

吊り掛けモータ2

新京阪P6用の吊り掛けモータを試作してみました。
歯車2.jpg
車輪はP6に合わせて10本スポークにしてあります。
1/87で車輪はΦ10.5、16.5mmゲージです。
歯車は以前と同じくM0.25の平歯車で2段減速です。
モータ端子.jpg
モータの端子側です。
モータの長さがぎりぎりのため、端子とフランジの隙間があまりありません。
 
12Vで回してみました。
電流は0.01Aほど流れています。
速すぎるようですので、2つを直列接続した方が良さそうです。
モータの端子がフランジに近いため、クリップを端子に接触させるのが難しいです。
タグ：モータ 歯車 車輪 輪軸
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2022年07月11日

吊り掛けモータ

FABから発売された新京阪P6のキットをずっと箱に入れたままになっていたのですが、そろそろ組み立てようかなと思っています。
キット.jpg
FABの新京阪P6(デイ100)のキットです。
一応部品は一式入っているのですが、動力はありません。
 
 以前に作成した近鉄2200用の吊り掛けモータと同じものを使用することを考えています。
久しぶりに回してみました。
映像では最大で12.8V印加しています。無負荷ですが、約0.02A流れます。
モータはアルモーターのものとマブチモーターのものがあるのですが、前者の方がモータが大きい分安定して走るようです。
アルモーターは台車内でモータを直列接続、マブチモーターは車輛内で4個のモータを直列接続しています。
 歯車.jpg
 アルモーターを使用する場合、16.5mmゲージの内側一杯の長さがありますので、歯車はできる限り薄くしてあります。
元々はマブチモータを入れるサイズで歯車を設計したので少々厚く、その歯車を薄く削って使用しています。
2段減速で約1/13.7の減速です。
コアレスモータを使用したかったのですが、入手できたコアレスで短いのがΦ8×12.6mmです。
アルモーターRS-0811Sよりも0.5mm長く、僅かの差ですが入れる事ができませんでした。
レイジージャックのツリカケ動力φ11.5用にはΦ10×12.5のコアレスモータが入っているので頑張ればコアレスが入ったのかもしれません。
歯車にカバーが付けられないので細かな埃が歯車に付いてしまうことが問題です。
タグ：モータ 歯車 車輪 輪軸
posted by よしひろ at 15:27| Comment(0) | TrackBack(0) | 電車

2022年07月07日

高効率ギヤ2

dda40x氏のblogで高効率ギヤを小さなモータで使う事に関して、「犬に馬車を牽かせるようなもので云々」の記載があります。
私の考えと異なるところがありますので、ここで述べたいと思います。(自分の考えを纏めるためでもあります)
なお、あくまでも模型における負荷と速度低下についての比較の話で、どちらが良い悪いとか、実物と似ているか否かについては考慮していません。

今回の高効率ギヤはその名の通り、効率が高いことをうたっています。
効率とは本来は入力エネルギーと出力エネルギーの比です。
この場合、モータを含めた全体系での入出力になるでしょうから、回転数や負荷によって大きく変化し、かなりややこしくなります。
ここでは、歯車のトルクの伝達効率として考えます。
1のトルクを入力し、どれだけのトルク(減速比考慮)を出力できるかです。
伝達効率は負荷や速度に関係なく一定という前提です。
また、機関車の動輪回転負荷やカプリングの負荷等は無視します。

・電子制御による回転数の安定化
話が長くなりますので、始めに結論めいたものから書いておきます。
図は歯車の効率と減速比以外は全く同じものを使用した機関車の動輪から見た回転数と負荷の関係を描いたものです。
単なる一例ですので、数値は単なる目安です。(以下同様)
電子制御.png
歯車の伝達効率が高く減速比が小さい場合、高い負荷には耐えられますが、回転数が速くなります。
回転数-負荷のグラフの傾きが大きいほど、負荷に対して回転数の変動が大きい事を示します。
減速比の小さい高効率ギヤを使用した場合は、同じモータを使用しても従来の高減速比低効率の歯車よりも負荷に対する回転数変動は大きくなります。
ここで、電子制御により回転数を調整した場合、高くなる回転数を抑えるだけですので、モータの出力エネルギーは減少します。
従来の高減速比低効率の歯車で使用しているのと同じモータを使用するなら、効率向上分のロスが減っているので、モータにかかる負担は同等か軽減されていると言えます。
ということで「犬に馬車を牽かせるようなもので云々」の比喩はいかがなものかと思います。
むしろ効率向上により犬の力でも牽ける馬車になったと言えるのではないでしょうか。
大きめのモータを使う事が望ましいのですが、物理的制約で小さいモータしか使えない場合は、電子制御による回転数の安定化も手段の一つであると思います。
ただ、電子制御による回転数の安定化は(設計や設定によりますが)負荷に対する速度変化が極めて少ない事が多く、人によっては実物との乖離を嫌われるかもしれません。

以下は、歯車やモータの挙動はいくつもの要素が絡み合って分からなくなるので、特定の要素に限定して考えてみます。

・歯車の伝達効率
伝達効率のみに着目して考えます。
伝達効率違い.png図は歯車の効率以外は全く同じもの(無論歯車の減速比も同じ)を使用した機関車の動輪から見た回転数と負荷の関係を描いたものです。
これから分かるのは、伝達効率が上がると負荷に対して回転数が変動しにくくなります。
実際には動輪やカプリング等の歯車に関係の無い負荷がありますので、無負荷時の回転数は効率が悪いほど低くなると推定されます。




・歯車の減速比
減速比違い.png減速比のみに着目します。
減速比以外は全く同じとしています。
減速比が小さいと対負荷変動率は大きくなります。




・歯車の効率と減速比の組み合わせ
効率の違いと減速比の違いを組み合わせるとこのようになります。
効率・減速比違い.png
効率の良い歯車は大きな負荷に耐えられますが、回転数が高いという状況になります。
そのため、減速比が小さく効率の良い歯車は、減速比が大きく効率の悪い歯車と比べ、負荷に対する回転数の変動が大きくなります。




・電圧による回転数の調整
無負荷近辺の回転数をスケールに近い回転数にする方法としては、駆動電圧を下げる方法があります。
電圧を下げると下図のようになります。
電圧違い.png
印加電圧を変えても負荷に対する回転数の変動の絶対値は変わりません。
ある負荷がかかった時の無負荷時の回転数に対する変動比は印加電圧が低いほど顕著になります。
見た目の減速の体感は、変動比が影響しているのではないかと思います。



・電子回路による回転数調整
それでは、逆起電圧等でモータの回転数を測定し、電子的に回転数を調整した場合はどうなるのでしょうか。
これが最初に述べた結論で、有効に使えば良い結果が得られると期待されます。

なお、私はこの高効率ギヤ使用して実証実験等を行ったわけではなく、理屈だけですので、もしかしたら考え方に間違いがあるかもしれません。
コメント等でご指摘いただければと思います。

この意見はdda40x氏のblogへコメントを送れば良いと思われる方もいらっしゃるかもしれませんが、私のPCからのコメントはブロックされていてエラーになります。他の手段で無理矢理送りつけても公開される事はないように思われます。

元々この高効率ギヤは1/48 32mmゲージ用に開発され、16.5mmゲージ用に転用されたもののようですので、小さいモータでの使用は想定されていなかったと思われます。
それゆえ、16.5mmゲージ用としては大きなモジュール(M0.6のはずM0.5らしい 2022/8/3修正)が使われています。
M0.4であれば、わずかですが減速比が大きくなり、もう少し小さなモータでも負荷による減速があまり問題にならなかったと思います。
1/80 や 1/87 16.5mmゲージでこの高効率ギヤを使用する場合は、できるだけ無負荷回転数が小さく、起動トルクの大きなモータを使用した方が負荷変動の点で扱いやすいと思います。
どうしても物理的に無理な場合は、電子制御による回転数安定化が選択肢の一つになるのかなと思います。
タグ：モータ 歯車
posted by よしひろ at 22:44| Comment(1) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年07月04日

高効率ギヤ

運転会にゆうえんさんが高効率ギヤを組み込んだ6200蒸気機関車を持ってこられましたので、走らせていただきました。
 
汽車を作るのblogに書かれているとおり、直線走行時と曲線走行時とではかなり速度が変わります。
この機関車は割と小型のため、大きなモータを入れることはできません。
なので、モータの負荷変動に対する回転数の変動が大きく、どうしても負荷が大きくなった時に速度が大きく落ちるのは仕方が無いと思います。
直線、曲線で速度は違いますがかなり安定して走っていると思います。
電流計が3Aのアナログのものだったので正確なところは分かりませんが、ほとんど振れておらず、曲線で僅かに増えるかなという程度でした。
ちょっと気になったのは最小起動電圧が約3Vと少し大きめだったことです。

高効率ギヤは通常のギアと比べて同じ負荷がかかっても、モータに必要なトルクは少なくて済むはずです。
例えば、通常のギアがギア比1:30でトルク伝達効率10%と仮定し、高効率ギヤがギア比3:23でトルク伝達効率50%とした場合、同じ負荷がかかった場合のモータに必要なトルクは後者(高効率ギヤ)は前者の約78％で済みます。
((3/23/0.5)/(1/30/0.1))
高効率ギヤはギア比が小さいにも関わらず、同じ出力トルクを得るのにモータのトルクは小さくて済むのです。

もう一方の要素である回転数については、一般的な日本の蒸気機関車の動輪の最高回転数＋α程度には抑えておきたいところです。
300〜400rpmが目安となります。
モータの回転数で言うと、従来の1:30のギアなら、30×400=12000rpm程度、高効率ギヤなら3:23なので23/3×300=3000rpm程度のモータが望ましいという計算になります。
トルクは前記の通り、高効率ギヤでは従来と同じか若干小さくても良いことになります。
この仕様に該当するモータは、現在の技術ではΦ20 長さ30mm程度以上の大きさが必要と思われます。(数年後は磁石や巻き線等の改良でもっと小さくてもこの仕様を満たせるものが出ている可能性は否定しません)
この大きさのモータはC62やD52ならば入るかもしれませんが、6200蒸気機関車には入りませんので、何らかの対応が必要と思われます。
機関車の速度を目で見てスロットルを調整するというのも一つの手段だと思います。
そういった運転大好きな人にはそれで良いのかもしれませんが、ちょっと怠けたい場合は、電子的にそれをシミュレーションするのが適当と思います。
具体的にはBackEM(逆起電圧)でモータの回転数を検知し、目標の回転数になるようにモータへの印加電圧を変化させる手法で、DCCでよく使われる方法です。
負荷がかかると速度が落ちるのは自然ですので、過度な制御は行わず、低めのゲインで回転数制御を行うのが望ましいような気がします。
尤も、高効率ギヤの製作者の方はこのような制御を好意的に見られていないような気はします。
タグ：モータ 歯車 車輪 摩擦 輪軸
posted by よしひろ at 00:57| Comment(2) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年07月03日

牽引負荷測定

クラブの運転会で新しく作成した牽引力測定車を使用して列車の牽引負荷を測定しました。
 
12mmゲージはレイアウトのモジュールの下をかさ上げして約2%の勾配を作りました。
16.5mmゲージは平坦地のエンドレスです。
 ２%勾配.png
レイアウトを約2周分測定しました。
元データのばらつきが大きいため、移動平均を表示してあります。
牽引力測定車は機関車の次位に連結しているため、牽引負荷は傾きの増減より遅れて増減しています。
牽引負荷はほぼ傾きに比例して変化している事が分かります。
下り勾配では、少し列車が機関車を押しているため、負荷の値がマイナスになっています。
グラフから勾配0%での負荷は約10gfと推定されます。
勾配2.2%程度で約20gf、勾配ｰ2%程度で自然落下していますので、この列車は自重の2%弱で輪軸が回っていると推定されます。
 アメリカ型.png
 エンドレスを約6周分測定しています。
同じく元データのばらつきが大きいため、移動平均を表示してあります。
故意に勾配を付けてはいませんが、机の高さの不揃いのため、1%程度の勾配が付いているようです。
こちらも、勾配にほぼ比例した牽引負荷の変化となっています。
勾配0%で約15gfの負荷、勾配1%で約28gfの負荷ですので、この列車は自重の1%強の負荷で輪軸が回っていると推定されます。
タグ：測定 客車 モータ 軸受 輪軸
posted by よしひろ at 22:28| Comment(0) | TrackBack(0) | 運転会

運転会

2022年7月2，3日に私の所属するクラブの運転会がありました。
私は2日午前中は合同運転会の打ち合わせで午後から参加しました。
日中の移動は非常に熱かったです。
運転会.jpg
私の12mmゲージのレイアウトを広げ、その内側に16.5mmの線路を展開しています。
横には10.5mm、16.5mm、12mm、9mm、6.5mmのマルチゲージのエンドレスが展開されています。
塗装はまだですが最近作製したC11蒸気機関車を列車の補機として走らせるつもりでした。
このC11は直線上は1.2V位から快調に走ってくれるのですが、曲線に入った途端ショートして動きませんでした。
他の方に完成品を持ってきていただいたのですが、さすがにこちらは全くショートせず、問題なく走りました。
12mmのレイアウトはこの前作製した新しいモジュールは問題なく動いたのですが、古いモジュールはポイントのゲージが狭いのではないかとか、接触が悪いとか、いくつか問題が発覚しました。
ポイントはハンドスパイクで作ってあるのですが、トングレール近辺の基本レールはスペースがないのでスパイクは片側だけしか打っていないので、レールが内側にずれてきたようです。
また、ポイントの切り替え時の電気接点はポイントマシンの保持接点を使っていると思っていたのですが、一部のモジュールで、トングレールの接触に頼っている事が発覚してしまいました。
過去26年間大きな問題になっていなかったので気づいていませんでした。
このレイアウトは8月のJAMに持って行く予定なのですが、メンテナンスできるか微妙なところです。
タグ：ポイント レイアウト パワーパック 分岐器
posted by よしひろ at 20:50| Comment(0) | TrackBack(0) | 運転会