2022年07月04日

高効率ギヤ

運転会にゆうえんさん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。
posted by よしひろ at 00:57| Comment(2) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作