2022年09月30日

ヘクスローブ

井門義博氏のblogを見ているとへクスロープの穴が付いたというロッドピンが発売されるそうです。
ロッドピン.jpg私が2014年に流線型のC5343を作った時に使用したロッドピンが左の写真のものです。
従来のマイナス穴は目立つし、六角ボルトも日本の制式機とは違うし、できるだけ小さな穴で、ねじ回しで回せるのはないかということで、トルクス(ヘクスローブ)T1を使うことにしました。
ロッドピンの頭にトルクス(ヘクスローブ)T1の凹みを付けて、トルクスT1ドライバーで回せるようにしてあります。
このロッドピンはステンレス(SUS303)製です。
ModelIMONのがどのような仕様になるのかは分かりませんが、真鍮にめっきを施したものらしいので、耐久性はどうなのでしょうか。
専用のねじ回しが販売されるとこのとなので、トルクスT1とはまた違った形状なのでしょうか。
さすがに、IMON製だけあって、私のと比べて星形の穴は綺麗ですね。
タグ:ねじ 動輪
posted by よしひろ at 14:22| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月28日

速度計

TRAINOのDCCチェッカーで走行中の速度を測定できるようにしました。
「DCCチェッカー」は本来はDCCコマンドを見るためのツールですが、リアルタイムの速度計測もできるため、アナログで使用しています。
但し、電源は走行電源では電圧が低い時に稼働しないため、牽引力測定車の電源から供給するようにしてあります。
将来的には、速度データを牽引力測定車に取り込んで、無線で送れるようにしたいと思っています。
 
映像がボケボケで申し訳ありません。
C53の次位に連結されているのが「DCCチェッカー」です。
LEDにスケール時速が表示されます。
これは、輪軸に取付けた磁石をセンサーで検出することで輪軸の回転数を求めています。
どうも私の磁石の取付け方が悪いのか時々回転を取りこぼしているようです。
台車はIMONのTR11を使用していますが、輪軸の車軸が鉄のため、磁石から発せられる磁束が車軸を通っているようです。
センサーにできるだけ多くの磁束を通せるように工夫しないといけないかもしれません。
posted by よしひろ at 22:01| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月25日

電気ブレーキ

C53に客車13輛を牽引して2.5%の勾配で走らせると、電源を切ると重力に負けて客車の重量で下ってしまいました。
この模型には機械的なブレーキは付いていません。
動きを止めるには電気ブレーキしか無いと思い、確認してみました。
 
C53をできるだけゆっくり走らせると動輪はスリップしていますのでこの辺が限界かもしれません。
前回の試験では、もう少し速度を上げていたので、スリップしなかったのかもしれません。
坂を上がったところで電源を切ると列車は下り始めます。
坂を下る方向に走るように電圧をかけると下る速度は遅くなります。
レール間を完全に短絡するとほぼ停止するようです。
列車が下ることにより動輪が回り、ギアを経由してモータが回り発電します。
その発電した電圧で電流が流れれば、モータの回転を止める力となります。つまり発電ブレーキとして機能します。
使用している電源では、ほぼ0Vにしても、短絡したのよりも内部抵抗が大きいのかもしれませんが、坂を下る時は、坂を下る方向に走るように、うまく電圧をかければ、ある程度、速度増加を抑止できることが分かりました。
posted by よしひろ at 15:26| Comment(2) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月19日

勾配での走行

試験用線路を2.5%の勾配に設定し、客車を牽いて機関車を走らせてみました。
2.5%勾配.jpg
試験用線路の下に板を積み重ねて2.5%の勾配を付けました。
使用している勾配計は、0.5°単位でしか測定できないため、2.5%丁度の表示はできません。
 
C11に客車12輛を牽引して走らせました。
客車は製作中のため、床下機器が未取り付けのものが多く、重量では10輛相当になると思います。
総重量は1990gです。
C11でがこの程度が限界のようです。
客車を牽引する力は62gfでしたので、62/1990≓0.031(3.1%)でした。
勾配は2.5%ですので、3.1-2.5=0.6%がそれ以外の客車の負荷ということになります。
 C53に客車13輛を牽引して走らせました。
客車は製作中のため、床下機器が未取り付けのものが多く、重量では11輛相当になると思います。
総重量は2170gです。
C53はもう少し牽くことができるようですが、映像の通り、勾配を上って、電源を切ると客車の重量で下ってしまいます。
機関車が電気で動いているのではく、重力で動いているのです。
この動きを止めるには上る方向に少し電圧をかけるしかありません。
高効率のギアではありませんが、動輪側から回るためにこのようなことが発生します。
実物はブレーキが付いているので止めることができますが、小さな模型にはブレーキは無いので、代替手段が必要になります。
下り勾配での走行のコントロールは難しいかもしれません。
DCCのBEMFによる速度制御を使うと、ちゃんとコントロールできるのでしょうかね?
タグ:勾配 測定 踏面
posted by よしひろ at 17:08| Comment(2) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月18日

効率測定5

効率測定の続きです。


  • C59(乗工社キット)
乗工社のキットを組立てたものです。
キットはテンダーモータですが、本品は機関車本体に動力を入れてあります。
使用しているギアは、スパイクモデル製の「コースティングギャー」(商品名)です。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
4      
60.0480.2880.09137.40.03311.6
80.0490.3920.15839.10.06115.5
100.0510.5080.22339.00.08516.8
120.0560.6660.28040.60.11216.7
ギアは異なりますが、C53と同程度の効率のようです。
4Vでは走りませんでした。

これまでは、1/87 12mmゲージの車輛の効率を測定していましたが、1/80 16.5mmの車輛の効率も測定してみました。
客車12輛を牽引しています。
効率測定.jpg

  • C62(天賞堂)
天賞堂の完成品ですが、ギアはスパイクモデル製の「コースティングギャー」(商品名)に取り替え、コアレスモータを入れてあります。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
4      
60.0420.2490.05424.00.0135.1
80.0430.3430.14825.60.03710.8
100.0460.4590.24124.50.05812.6
120.0500.5940.33324.20.07913.3
同じギアを使用した1/87の車輛よりも効率が悪いようです。
普段ほとんど走らせておらず、整備が悪いからもしれません。
4Vでは走りませんでした。

  • C51(珊瑚キット)
珊瑚のキットを組み立てたものです。
ギアの中にクラッチを入れてあります。
コアレスモータを入れてあります。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.1200.4800.06422.90.0143.0
60.1410.8430.13124.90.0323.8
80.1651.3170.19724.50.0473.6
100.1781.7800.26225.40.0653.7
120.1962.3500.33326.80.0873.7
クラッチの動作のため常に摩擦負荷があり、効率を低下させている要因となっていると思います。
4Vでの走りは不安定でした。

  • C10(天賞堂)
天賞堂の完成品ですが、ギアはスパイクモデル製の「コースティングギャー」(商品名)に取り替え、コアレスモータを入れてあります。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0530.2110.07322.50.0167.7
60.0620.7320.13723.00.0318.3
80.0710.5700.20123.70.0478.2
100.0810.8130.26424.80.0647.9
120.0881.0600.32125.60.0807.6
前照灯が電球で点灯するようになっています。
入力電流は前照灯分も含まれているため、効率は低くなってしまっています。

posted by よしひろ at 18:48| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

効率測定誤差

測定には誤差はつきものですが、どの程度の差が出るのか、測定日を変えて確認してみました。
  • 1回目
前回公開したデータです。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
2.50.0410.1030.02235.20.0087.5
40.0420.1700.06136.30.02212.7
60.0440.2650.11436.50.04115.4
80.0450.3630.16737.00.06016.7
100.0460.4630.21937.00.07917.2
120.0470.5650.25938.10.10117.9
炭水車の負荷は考慮していません。

  • 2回目
改めて測定したしたデータです。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0420.1700.05537.70.02012.2
60.0440.2650.10938.00.04015.2
80.0460.3670.16338.90.06216.9
100.0460.4630.22239.40.08618.5
120.0470.5650.27540.90.11019.6
入力値はほとんど同じですが、牽引負荷が少し異なっています。
牽引力測定車の測定値がずれていないかと考え、分銅をぶら下げて確認しましたが、正確な値を示していました。
温度、湿度、車輪やレールの汚れ等の影響で客車の車輪を回す負荷が変わるのでしょうか。


posted by よしひろ at 00:16| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月17日

効率測定4

さらにいくつかの機関車で効率を測定してみました。
客車20輛を牽引しています。

  • 2120(乗工社キット)
乗工社のキットを組立てたものですが、モータはコアレスモータ(maxon RE13)を取付けてあります。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
80.1351.0790.06137.50.0222.0
100.1381.3840.10536.80.0382.8
120.1411.6970.14437.10.0533.1
2120で客車20輛を牽引できたのは、なかなかと思いますが、さすがに低い電圧では牽引できませんでした。
歯車の効率は想定通り良くないです。


  • C11(ModelsIMONキット)
ModelsIMONのキットを組立てたもので動力回りはキットのままです。
サイドロッドのみ取り付けてあり、メインロッドやバルブギアといった負荷になるものは付けてありません。
給電は、モータから電線で直接給電しています。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0720.2890.07037.10.0268.9
60.0790.4760.11738.00.0449.1
80.0860.6890.16339.50.0639.2
100.0910.9100.20239.20.0788.5
120.0961.1570.24440.30.0968.3
効率は期待していませんでしたが、余計なロスを省いて測定したせいか思いの外良いです。
それでも効率は10%に達しませんでした。


  • C11(ModelsIMONキット)
ModelsIMONのキットを組立てたものですが、歯車やモータは交換しています。
前回、客車22輛で試験を行いましたが、条件を合わせて客車20輛牽引で測定しました。
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0350.1400.06437.00.02316.5
60.0360.2130.11937.40.04420.5
80.0360.2910.17638.20.06622.7
100.0360.3600.23139.40.08924.8
120.0360.4450.28040.50.11125.0
前回の22輛牽引時よりも少し効率が低くなっていますが、測定誤差程度ではないかと思います。

posted by よしひろ at 19:50| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

効率測定結果の疑問

C53の効率測定結果でモータの効率分を差し引いて、その他の駆動部分の効率を計算してみると。
電圧
(V)
 モータ回転数
(rpm)
 モータ効率
(%)
 効率補正値
(%)
 4 1332 5127.2
 6 25116326.6
 83661 6926.4
 104811 72 26.1
 1259477326.5
電圧や回転数によらず、ほぼ同じ効率になっています。

上記の表はモータの回転数からモータの効率を求めていますが、モータの特性表にて実際に流れている電流からモータモータの回転数を見るとかなり値が違っています
電圧
(V)
モータ回転数
測定値
(rpm)
電流測定値
(A)
電流から
求められる
モータ回転数
(rpm)
電流・回転数から
想定される
モータ電圧
(V)
印加電圧と
モータ電圧の比
4 1332 0.04216603.450.86
6 2511 0.04429005.40.9
8 3661 0.04541707.20.9
104811 0.046 54609.050.905
125947 0.047
 6700
10.85
0.904
上表から印加電圧の約90%しかモータにかかっていないと推定されます。
C11の場合は動輪や従輪のタイヤに集電ブラシが取付けられていますが、C53の場合は、動輪や炭水車台車の軸受を経由して集電しているため、接触抵抗が大きいのではないかと推測されます。
posted by よしひろ at 00:02| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月15日

炭水車の負荷

今回測定したC53の炭水車は127gあり、そこそこ負荷がかかっていると思われます。
炭水車の牽引負荷を測定したところ約3.35gfありました。
そこで、炭水車分を加味して表を修正してみました。

電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
2.50.0410.1030.02238.50.0088.2
40.0420.1700.06139.60.02213.9
60.0440.2650.11439.80.04116.8
80.0450.3630.16740.30.06018.2
100.0460.4630.21940.40.07918.7
120.0470.5650.25941.40.10119.5
炭水車の牽引負荷は客車の牽引負荷の1割もありませんので、ほとんど誤差程度なのかもしれません。


posted by よしひろ at 16:50| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

効率測定3

いくつかの機関車で効率を測定してみました。
今回は測定の都合で客車20輛を牽引しています。
測定はそれぞれ5回実施し、平均値を使用しています。

  • C12(珊瑚キット)
珊瑚製のキットを組立てたものですが、モータはコアレスモータ(maxon RE13)を取付けてあります。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0820.3270.02733.60.0092.8
60.0880.5280.06534.50.0224.2
80.0980.7860.10735.00.0374.7
100.1051.0530.14236.10.0504.8
120.1111.3360.17835.80.0634.7
C12で客車20輛を牽引できたのは良かったのですが、珊瑚の歯車の効率は想定通り良くないです。

  • D51(乗工社キット)
乗工社製キットを組み立てたものです。
キットはテンダーモータで機関車本体の動輪を回すようになっていますが、これは機関車本体にコアレスモータ(maxon RE15)を組み込んでいます。
使用しているギアは、スパイクモデル製の「コースティングギャー」(商品名)です。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0280.1120.04834.80.01614.6
60.0300.1790.09635.80.03418.9
80.0310.2460.14936.20.05321.5
100.0320.3230.20536.50.07322.7
120.0350.4190.25437.60.09422.4
色々と問題点が指摘されているギアですが、効率はそこそこのようです。
炭水車を負荷として扱っていませんので、機関車単体の効率はもう少し良いと思われます。

  • C53
前に測定したC11と同じ歯車を使用しています。
モータはコアレスモータ(maxon RE16)です。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
2.50.0410.1030.02235.20.0087.5
40.0420.1700.06136.30.02212.7
60.0440.2650.11436.50.04115.4
80.0450.3630.16737.00.06016.7
100.0460.4630.21937.00.07917.2
120.0470.5650.25938.10.10117.9
炭水車を負荷として扱っていませんが、炭水車をかなり重くしてあるので効率が悪くなった可能性があります。

posted by よしひろ at 00:06| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月14日

効率測定2(誤り修正)

昨日の効率測定で誤りがあるのが発覚しました。
牽引した客車の内、1輛に尾灯が付いており、その電流を差し引くのを忘れていました。

修正した結果は以下の通りです。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
動輪回転数
(rpm)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0380.1510.05764430.02416.0
6
0.034
0.2060.114126430.04823.2
80.0350.2770.172191430.07326.3
100.0360.3620.229253430.09626.6
120.0410.4920.277307470.12826.0

修正した結果では、同じ牽引負荷で電流がほぼ同じとなりましたので、こちらの方が確からしいと思います。

モータの効率分を差し引いて、その他の駆動部分の効率を計算してみると。
電圧
(V)
 モータ回転数
(rpm)
 モータ効率
(%)
 効率補正値
(%)
 4 1463 4734.1
 6 2894 5939.4
 8 4390 6639.8
 10 5821 68 39.2
 12 7057 6937.6

以前に牽引力とモータ電流から求めたモータトルクの比で計算した効率に近い値となっています。
posted by よしひろ at 09:44| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

2022年09月13日

効率測定2

C11の効率を測定した結果は以下の通りです。
電圧
(V)
電流
(A)
入力電力
(W)
速度
(m/s)
動輪回転数
(rpm)
牽引負荷
(gf)
出力
(W)
効率
(%)
40.0430.1710.05764430.02414.2
60.0470.2840.114126430.04815.0
80.0550.4730.172191430.07316.6
100.0640.6420.229253430.09616.9
120.0760.9120.277307470.12814.2
dda40x氏の作製された高効率ギヤを1/80の蒸気機関車に換装されて効率を測定された結果がI田氏のblogに掲載されています。
それによると、効率は30%前後とのことですので、私のC11の効率は約半分ということになります。
無論、高効率ギヤを使用していませんので、この結果は良いのか悪いのか分かりません。
通常、直流モータは回転数や電圧に関係なく、トルクにほぼ比例した電流が流れます。
今回の結果では、同じ牽引負荷であるにも関わらず、電圧が高い(回転数が高い)ほど電流が増えています。
このことは、モータ以外の部分で、回転数が高くなると回転負荷が増えるということなのかもしれません。

使用しているモータは、Φ12の1.6Wのものですので、能力的には問題は無いと思いますが、本試験ではこのモータの最大効率の点よりも大きな負荷で動かしています。
機関車の効率は、モータの効率とも関係しているので、モータの効率分を差し引いて、その他の駆動部分の効率を計算してみました。
電圧
(V)
 モータ回転数
(rpm)
 モータ効率
(%)
 効率補正値
(%)
 4 1463 47 30.1
 6 2894 59 28.6
 8 4390 66 25.2
 10 5821 68 22.1
 12 7057 69 20.3

この効率補正値は、機関車の効率をモータの効率で割っただけの値です。
また、モータの効率は、メーカの特性データから割り出した計算値です。
この計算が理屈に合わないとか、こんなことは意味が無いとかご意見もあるかと思います。
コメントにてご指摘いただければと思います。
posted by よしひろ at 19:46| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作

効率測定

ようやく、機関車の入出力効率を測定できる環境が整いました。
測定用路盤.jpg走行試験用路盤を作ってみました。
なるべく曲がらないようにしたかったので、15mmのベニア合板を900mm×109mmに切断した板を使用し、その下に4mm厚、40mm×80mm×40mmのアルミチャンネルを接着と木ねじで固定してあります。
ベニア板ですのである程度曲がっているため、上記アルミチャンネルで矯正しています。
路盤同士の固定は、3mm厚の20mm×40mmのアルミアングルで上記アルミチャンネルにねじ止めするようにしてあります。
路盤を8本作成し、全長7200mmで、家の廊下に置いてみました。
まず、傾き0%になるように設置してみたのですが、築50年以上経過し、震度5の地震を2度経験した家で、襖も開かない状態ですので、廊下も結構歪んでおり、調整が大変でした。
当初は、路盤にレールをスパイクするつもりだったのですが、面倒で時間もかかるので、とりあえず、組線路を乗せて使用します。
C11_22輛_低速試験.jpg
効率測定の前に客車22輛を牽引して低速走行の試験を行ってみました。
速度測定器を付けましたが、スケール換算で1km/h単位でしか表示できないため、手動でストップウォッチで測定しました。
20cmのセンサ間を走行するのに要した時間は10回測定の平均で14.4秒でした。
スケール時速換算で4.35km/hとなります。
2002年国際鉄道模型コンベンションの低速コンテストで、このC11は3cmを約1.8秒で走りましたが、今回の負荷を付けた走行の方が良い結果(より低速)になっています。
ただ、走行時の速度のむらが気になります。
  実際の低速走行映像です
 牽引負荷.png
この環境で、C11の効率を測定してみました。
客車22輛(+牽引力測定車)の牽引負荷の測定結果は左のようになりました。
12Vだけ走行距離が充分でないのか定常状態に至っていないのかもしれませんが、少し負荷が大きく出ています。
その他の電圧では、走行速度に関わらずほぼ同じ負荷となっています。
所定の電圧に設定してから、電流を流していますので急発進しています。
起動直後は客車の加速のため大きな負荷がかかっていますが、速度が安定するとほぼ均一な負荷になっています。
負荷測定はそれぞれの電圧で5回行い、データを平均化しています。
同時に速度測定器にて走行速度を、速度測定器のセンサの間を走っている時の電流値をテスタで測定しました。
結果は纏め中ですが、dda40x氏の作られた高効率ギヤと比べて半分以下の効率しかなさそうです。
posted by よしひろ at 00:22| Comment(0) | TrackBack(0) | 蒸気機関車製作