Ｎゲージ鉄道模型工作 －動力台車（2軸）のモーターを回してみた ー

２０２４年１２月１６日（月曜日）　晴れ

　Ｎゲージ鉄道模型工作を始めてから半年が過ぎようとしています。
　鉄道模型マニア（もう４０年ぐらい続けている？）の友人から「自動運転装置」の
制作依頼を受けたのがきっかけでした。
　私はずーっと昔（７０年ぐらい前の）子供のころ親が買ってくれたＯゲージの電気機関車
セットで遊んだことがありましたが、それ以来今まで鉄道模型とは無縁でした。
　ただ、サーボモーターやステッピングモーターなどをマイコンで制御して回してみたり
するのは面白いので実験を繰り返していました。
　鉄道模型の自動運転もマイコン工作の延長線ととらえて友人の話に乗って安請け合いして
しまいました。
　悪戦苦闘しながら自動運転システム（手動運転に毛が生えたようなもの）は何とか出来上り
ましたが、全く電子回路やマイコンに縁のない（例えば友人のような）人が使用するのは
ちょっと無理なようなものでした。
　例えば列車の走行位置を検出するのにレールの各所に光センサー（ＣｄＳ）を取り付けて
あり、その出力信号マイコンが感知して列車の動作を制御するようになっていますが、
レイアウトを置いた部屋の環境（照明の明るさや窓の外からの太陽光の強さなど）で誤動作が
生じてしまうことがあるのです。
　これはＣｄＳなどを使用せず、機械的な（接点スイッチなどの）センサーを使えば解決する
ことですが素人工作では安直にはいきません。
　その他、配線などもメーカー製のような便利な「接続器具（プラグやコンセント）」ではなく
安直なピンソケット、接続ピンなどで代用しているので接続が面倒です。
　ケースも含めてそれなりの部品を使って工作すればできないわけではありませんが、
それならメーカー製の一式を購入した方が使いやすく、安上がりでしょう。
　というわけで、この話はご破算としました。
　
　しかし、私はこの工作は「おもしろい」と思っています。
　この工作の中で、今まで工作してきた自動運転システムの中の「走行制御（ＰＷＭ）」に
問題があるのではないか？と思うところを見つけました。

　それは現在の自動運転システム（のようなもの）のＰＷＭ制御には「ＴＢ６６４３Ｋ」という
ＩＣを「ストップモード」で動作させています。
　ストップモードはパルスを出力しモーターをパルス回転させた直後、出力をショート状態にして
モーターの回転にブレーキをかけるものなので、モーターは「回ってはブレーキ、回っては
ブレーキ」を繰り返しているのです。
　このストップモードを「ハイインピーダンス・モード」にすればモーターは「回っては惰力回転、
回っては惰力回転」となり、ブレーキは無くなるはずです。

　この実験をしてみたいのですがその前に基本的なアナログ制御でモーターはどんな回転をするの
かを調べてみようと思っています。
　今まで手持ちのジャンクモーターを回してみましたが思ったような結果はでませんでした。
　
　やっぱりＮゲージ模型で使われているモーターを回さなくてはダメなんでしょう。
　あれこれいじくり回して壊してしまったＮゲージ動力台車（ＴＯＭＩＸ　ＴＲ０７）の
モーターを取り出してみました。
　とても小さなモーターで軸の両端にウオームギヤが取り付けられています。
　モーターの電極はとても小さくてワイヤーをハンダ付けするのにボディを
熔かしてしまいそうで恐る恐る作業をしました。

　

　試験台に取り付けたモーター。
　回転円盤に取り付けた磁石と磁気を検出するセンサーとで回転数を測れるように
してあります。

 

　ＭＯＳ－ＦＥＴの内部抵抗を変化させてモーターの回転数を調節できるように
しました。

 

　　回路はブレッドボードに組立ました。

 

　実験の様子です。

 

　モーター端子に加える電圧を０Ｖから変化させられる「電圧調節回路」のボリューム（ＶＲ）を
調節して低速から高速へ変化させながら実験してみました。
　最初はスムーズに回転が変化していましたが、途中から急にものすごい回転数になって異音が
出てきました。

 

　オシロスコープに表示される波形も０Ｖ→１０Ｖ（最大電圧）をパルス状に変化させています。
　電圧調節用のボリューム（ＶＲ）の摺動接点が不良（ガリオーム）になってしまったのかも
知れません。
　回路を組み立てたブレッドボードを突いてショックを与えると同じように異常状態になります。
　ショックで配線が震えてノイズが乗るのかもしれません。
　

 

　回路をプリント基板に組み立てて実験をやり直します。
                                                                                              （続く）