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2016年7月16日 (土曜日)

Nゲージ用小型動力台車の製作No.4(7/18改良あり)

 

 

 ※最新情報(2019年12月15日:TOMIX M-13モーター分解記事→こちらImg_32403

 随分途絶えてしましました、Nゲージ用の小型動力台車を自作したシリーズ第4弾が動作実験完了です。貨物列車で超スロースピードが可能な動力台車を組む場合、低速トルクを稼ぐためにギヤ比を上げたりPWMパワーパックを使ったりしてきましたが、DCモーターを使う以上どうしても限界があります。
 そこで1秒で1回転するような超低速でもトルクが落ちないステッピングモーターを使うことにしました。ただ駆動方法はDCモーターと比べて簡単ではなく、専用のドライバー基板とそれを制御するためのマイコンボードとを必要とします。今回、Nゲージ車両にそれらをなんとか押し込めるぐらいの大きさに出来たので、プログラミングを施して駆動実験を行い、まずまず良好な結果を得たので記載します。

 

Img_07341 上記の動力台車は、KATO製小型車両用動力ユニットから取り出した台車に少々手を加えたものです。元々のウォーム軸はφ1mmなので、ステッピングモーター軸φ1.5mmが入る様にドリルで広げてから圧入し瞬間接着。モーター取付けは、フランジ部分をウォームの噛み合いを考慮して予め曲げておき、台車の平らな所に瞬間接着してあります。現状ではちょっと不安定ですけど、もう少しモーター軸にウォームギヤを押し込めばモーターが台車の上にシッカリ固定できそうな気もします(後日改良しました)。

 

Img_07361  台車を撮るならちゃんと線路に乗っけてみたいですよね、そう思ってもう一台動力台車を作って4軸駆動なBo-Bo配置に。バンダイ製BトレED75の側壁部分を並べてみましたけどギリギリ入りそうな閊えそうな・・・・・ってこの形だと、2M1C(一つの制御器で二つのモーターを回す)方式になるの?

 

 

 

Img_07311 上図はステッピングモーターを駆動するためのドライバー基板とその制御用マイコンボードです。どちらも大きさはほぼ切手サイズ位に収まってます。本来はカクカクと段階的に回るステッピングモーターを滑らかに駆動するにはマイクロステッピングドライブという方法があり専用のドライバー基板があるので使っています。このドライバー基板は、回転方向(時計回り-反時計回り)と回転数パルスを入力すればそれに応じてモーターを擬似アナログ的に駆動してくれる優れものです。
 マイコンボードは何をしているかといえば、回転方向を指示する信号と回転速度を決める数Hz~数KHzのパルスをPWMで作っています。プログラムでPWMパルス出力の周期を増減して、停止状態から超低速、加速、定速運転、減速、超低速、停止、を順次行い、次に方向転換信号を送ったあと、再び同じ加速減速を繰り返して停止、を繰り返す様にしてあります。この動作検証で上手く駆動出来そうな印象を掴めましたので、あとは実際に車両へ組み込んでレールを走らせてみなければなりません。

 

 

 

 この今回の試みは、Nゲージ車両に積めそうな小型ステッピングモーターとそのドライバー基板とを上手く見つけていたものの、それを制御するための小型マイコンボードの製作とプログラミングの段階で二の足を踏んでいました。最近になってichigojamというBASICが動くマイコンボードで何とかなりそうと判り、元々はボード寸法が名刺サイズなものを切手サイズにまで小型化する計画が完了、やっと両者を合わせて念願のアイデアが実現出来たのでした。
 制御プログラムはマイコンボードに繋いでいるシリアルUSB変換ボードを経てパソコン側のターミナル画面から随時開発可能、BASICなのでパラメーターをいじってリターンすれば即実行でき、結果が即座に判るから全然苦痛じゃないです。これがもしワンチップマイコンでの開発になっていたら、アセンブラでコーディングし直してコンパイルしてHEXファイルを転送して×××、なんてやっていたらこんな簡単には出来なかったでしょうねぇ。

 

 

 

 実際にNゲージ車両に組み込めたとして操作環境はどうなるかというと、レールへの通電は12V常時印可、車両のコントロールは315MHz帯の無線式リモコン経由でマイコンボードへ信号を送る方式になります。

 

 

 

【こちらもご参考に】

 片軸モーターを鉄道模型用に両軸化する改造No.2(2019年1月21日公開)
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 第116呟【TOMIX M-13モーターを分解する】(2019年12月14日:公開) Img_32403

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Nゲージ用小型動力台車の製作No.4Img_07341

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第74呟【コアレスモーターM716PA-10は動力台車に使えるか】

 

フリスク鉄道模型用PWMパワーパックの製作No.1

 

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コメント

ご無沙汰してます。

これまでいくつかの記事素材になっていたichigojamと無線リモコンがこのように組み合わさるのですね。合体して初めて、クロヤマネ子さんがやろうとしていることの形がようやく私にも見えてきました。鉄道模型関連記事を楽しみにしている読者が沢山いるようですからアクセス数が増えるのでは?
制御数値の幅が未定の場合には自由に変更できての即時実行するBASIC言語は確かに便利ですね。

私の方は
このところ「キッチンタイマー」に少し時間をかけています。
20年以上前から毎日使っているシンプルなキッチンタイマーで足りてはいるのですが、ボタンの種類が異なるものを幾つか購入して試してみました。「10キー式」、「10分-(5分)-1分-10秒式」、「赤LED表示付き」など数機種。
しかし、どれも操作性や音階、音量など中途半端で満足できず、百均品などを改造してみようと考えました。

最初は、ダイソー「画面が見やすいキッチンタイマー」(薄型、俗称スタイリッシュ2)、LR1130x1個。白色を購入。
これは最悪でした。
作動音は蚊の鳴くような小ささで、LCDの文字コントラストが薄くて間接光だけでは文字を読み取れません。スイッチは強くおさないと反応せず本体がカタカタ動き、使い心地は最低です。マグネットシート追加で安定しようやく使えるレベル。分解するとスイッチは皿バネだったのでLEDライトの調光切替部品に使えます。コイルは16mHでした。

二つ目は、キャンドゥ「キッチンタイマー、オン・オフスイッチ付き」、LR1130x1個。アイボリーを購入。
http://100s.siso-lab.net/cando-ktchn-timer-onoff-sw-blk/
これはなかなか良い。
LCDのコントラストが比較的高く間接光でも十分読み取れます。音量も音階も手頃で十分使えます。早速台所の予備機として実用開始しました。電池蓋の中央部と周辺の出っ張りを削ればLR44が楽に入りそうです。
音階はもう少し中音域寄りが好きなので変更できないかと調査中です。圧電素子(実測0.02μF)とコイル(27mH)の組み合わせなのでLC共振の原理で周波数を下げることができる?でも、圧電素子のサイズで最大共振周波数は決まってしまうか。

「防犯ブザー付きLEDライト」の昇圧コイル(4mH+64mH)と交換すれば爆音になりそう。圧電素子へ抵抗直列に入れて音量調節可能にも出来る。
又、「赤LED表示付き」に改造するともっと楽しめそうです。コイルに並列にするだけで光りますがピーク電圧は数十ボルトらしいので電流制限抵抗も付けると安心できそうです。

(!_!)LEDライト改造を棚に上げてまでやっていたことというのが実はこれでした。ずーっと頭の中で燻っていたアイデアをなんとか形に残せそうな感じに仕上がりつつあるところです。ボトルネックだった超小型マイコンボードの開発がウルトラスモールichigojamで解決したことは大きな躍進でした。

 キッチンタイマーに関してはアイデアがあります。味気ないブザー音やメロディの代わりに超小型音声録音モジュールを繋いで喋らせるものです。予め各種メディアからお好きな音声をサンプリングしておきます。「時間よ!」とか「時間だ!時間だぞ!!」、「時間ですよ、先輩。」、「じかんだよぉ~」など、ネットで流れている時報アナウンスソフトから引っ張ってくるのが良いでしょう。またはデスクトップアクセサリーで時計機能の中に時報やアラーム設定があってキャラ別ボイスを選べることができればなおさら面白いのが作れるでしょう。
 モジュール自体は数百円程度でボタン電池駆動のものがaitendoでも手に入るので、100均タイマーとの相性も良いはずなんですけど。

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