制御

2021年06月01日

Tenshodo のレオスタット

 しばらく前に扱った天賞堂製の最高級パワーパックの記事中、Marn-o-Statと書いたが、それは誤りであった。この記事はTMS105号(1957年3月)からコピィをさせて戴いている。この(F)という執筆者が誰なのかはわからないが、的確な記事を書いている。

Tenshodo 40 Ωの”テーパーワインディング”とある。若い方は意味がわからないだろうと思うので、簡単に説明しよう。モータの回転数が低いときに細かな速度制御ができるように、そのあたりの巻線が細い。中高速域では電流が増え、大まかな調整で良いので線は太い。大抵は、3段階になっている。もうすでに過去の遺物で、現在の低電流で動かす模型には使えない。
 40 Ω とあるので、初期短絡電流は 0.3 Aだ。当時としてはかなり優秀なモータ搭載した機関車を想定していたのだろう。実際には半分近く廻して、1 A弱でスタートしたものと思われる。

 可変抵抗による電流制御であり、本来は直巻電動機の制御に適する。現在使われているマグネットモータは分巻特性であるから、電圧制御でなければうまくコントロールできない。

 この記事によると日本製のようだ。アメリカでの特許が切れているのを承知して作ったのだろうが、それにしてもよく似ている。現代なら文句を付けられそうだ。

 日本では、この種のスロットルを縦に動かす電源は、殆ど見ることがなかった。固定されたレイアウトの存在があまりにも少なかったからだろう。ともかく、このスロットルは日本のどこかに眠っているものと思う。現物を拝見したいものだ。
 taper-wound の発音は、昔のTMSで議論されていたが、正しいものがなかったように思う。 ウーンドというのは意味が違う言葉だ。windの過去分詞だからワウンドである。この件についてTMS記事を調査中だが、見つからない。お教え願いたい。 

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2020年08月17日

半波整流による低速制御

 Marnoldのカタログは面白い。正直なところ、これがウェブ上で見つかるとは思わなかった。70年代のアメリカでも、既に過去のものであって、新品はWalthersのカタログには載っていたが、現物を見ると少々がっかりした。先にも書いたが、筐体の鉄板が薄くて剛性が小さく、出力のラグが小さいので結線しにくい。また、スロットルはガリガリして高級感が無かった。しかし今回、セレン整流器の性能向上について、知見が広がり、有難かった。

 今回このカタログを熟読して一番興味があったのは、半波整流による低速制御(いわゆるパルス電源)である。p.21(画面左下のペイジを表す数字は 16)の Super1 回路図には一箇所ミスがあるが、気が付かれるだろうか。右上のDPDT(いわゆる6Pスウィッチ)に行く線がない。2つのセレンからの出力と結ぶべきだ。

 トランスの上の巻線にはスライドする端子が2つあるから、それを別々に動かすことができれば、半波だけの24 V(実効値で12 V)も出せるし、半波は普通に出し、残りの半波は低電圧にすることもできる。要するにセンタータップを偏らせることができるのだ。実際には半波だけの24 Vは出さなかったようである。特許( US2859398)を見れば半波を微速用に出していて、残りの半波は電圧を0から可変のようだ。非常に簡単な方法である。これについてはTMSに詳しい解説がなかったように思う。気が付かなかったのか、理屈が分からなかったのかは分からない。

 伊藤剛氏が試作した回転式接点断続法では、誘導負荷を遮断するので火花が出て、すぐに消耗してしまったそうだ。その点、半波方式は自然に遮断されるので、寿命について考慮する必要は全くない。それとレオスタットとをさらに組合せれば、より細かい運転法が可能だ。今まで紹介されていた方法はパルス式だけの給電であったから、細かい制御が難しかった。このパルス方式は、実効値は小さいが瞬間の電圧が高いので、多少接触が悪い状況でも、動き出させることができる。

 宣伝文句には列車の慣性に打ち克ってゆっくりスタートできるとあるが、この文言だけは賛成できない。慣性ではなく、静止摩擦であろう。
 一般には、現在の模型でも摩擦が大きいものがいくらでもあるから、それを走らせるには工夫の余地がある。小さなスライダックを2つ繋げば、ほぼ同等のものができるだろう。片方は通常のトランスでも良いかも知れないが、その時はレオスタットを組み合わせた方が良いかも知れない。レオスタットはいくつか転がっているので、使いたい人には提供しても良いが、モータの特性に合わせて調節するのはかなり面倒であろうと思う。
 もはや過去の遺物であると云うべきで、これを再現する価値があるかどうかは疑わしい。やるなら、完全なソリッドステートである。決して難しくはない。既にそういうものは市販されていたように思う。しかし、既にDCCの時代である。低速運転は何も考えなくてもできるようになってしまった。 

 また低速での起動をしたいなら、牽かせるものの抵抗を極限まで小さくし、ギヤの伝達効率を高くすることが早道である。当博物館では、120輌を牽いて登り坂で微速前進ができるが、完全直流運転で、何の仕掛けもない。  


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2020年08月15日

模型とラジオ "鉄道模型部品ものしり帳"

Mokei to Radio (3) ”模型とラジオ”という雑誌があった。”模型と工作”誌には合葉氏が興味深い記事をたくさん書いていたが、”模型とラジオ”誌にはより実践的な工作記事が載っていた。1961年の4月号の別冊付録は珍しいことに、鉄道模型の部品価格の絵入りカタログであった。いったい何度これを読み返したであろう。既にОゲージは斜陽化が始まり、HOの時代が始まっていた。 

 近所の模型屋の店先の3線式Oゲージはトイトレインから脱却できず、子供の眼から見てもつまらないものに見えた。ごく一部の腕のある模型人は、2線式の重厚な模型を作り、座敷に敷いた線路上の運転を縁側から見せてくれた。それに対抗するHOも、さほど素晴らしいものではなかった。大きさ以外に何が違うかと言うと、直流運転で逆行が簡単であったことだ。

 Oでも椙山氏の率いるクラブではDC化が完了していたが、一般にはセレンがとても高価で、DC化は進まなかった。子供の小遣いではとても買えなかった。 1.3 Aで475円という札が掛かっていて、それを見つめてため息を漏らしていた。
 母方の祖母が来た時、何か欲しいものはないかと問うので、それを買って貰ったのは嬉しかった。直流がいくらでも取れるので、鉛蓄電池を充電して、それで機関車を走らせて遊んだ。鉛蓄電池は内部抵抗が小さいので、脱線してショートすると電線が発火した。畳に焼け跡が付いて、それを削り取るのには苦労した。その他、ここには書けないような事故を連発しつつ、DC運転を始めた。父は心配して、二重の安全装置を付けてくれた。楽しい小学生時代であった。

Mokei to RadioMokei to Radio (1)Mokei to Radio (2) この”ものしり帳”を見ると、例の Marn-o-Stat が付いた写真があり、価格は16,000円である。直流電源は高価である。日本製の機器は工業製品を並べたものであり、それなりの機能、正確さを持っていたように思う。アメリカでMarnoldの製品をいくつか見たが、電圧、電流計はひどい物であった。プレスしたブリキでできた箱に怪しい針がつけられていて、誤差は2割くらいあった。しばらく持っていたが、捨ててしまったので写真を見せられないのは残念だ。0 Vがセンターにあるのだけは良かった。
 スロットルの武骨さを見れば、それなりの出来を期待するが、板が薄く貧弱なものであった。

 Marnold の製品は、彼の合理主義の設計思想がよく見えるものばかりだ。安く、効率を高くするにはどうしたらよいかを考えて、実現した人ではある。センタータップ・トランスを使用していたのは知らなかった。セレンが1枚であるのも驚きだ。セレンの性能は、後期には製造所のノウハウによって、随分と差があったことも分かった。高性能なものが存在したらしい。アメリカで見た彼のパワーパックの筐体は薄い板でできていて、いくつかのコンポーネントを完全に組立てて結合しないと、強度が出ない物であった。天賞堂の筐体は、その点、剛性が高く素晴らしい。
 

 これらの写真は小栗彰夫氏の蔵書を撮影戴いた。実は筆者も持っているのだが、書き込みが多く、人に見せられたものではないので、程度の良いものを提供戴いた。

 この記事のレオスタットは日本製であることが判明したので、お詫びして訂正させて戴く。(6/1/2021)

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2020年08月13日

Tenshodo のカタログ

Tenshodo 1960 友人のN氏が天賞堂のカタログを送ってくれた。このパワーパックは1950年代の末から売られているようだが、当初の英文カタログでは同じ機番でもレオスタットが異なる。これはアメリカでは "Marn-o-Stat" と呼ばれた部品である。輸出用にはこれを用いたのだろうが、国内向けには回転式を採用している。1959年の価格は16,000円。15 V  6 Aとある。

 Marnold という人が作って売っていたことから、この名前がある。Marn-o-Statを触ったことがあるが、いかにもアメリカ製という武骨なもので、作動させるとニクロム線をシュウが擦るのを、ジョリジョリと感じた。ニクロム線の本数が数えられるような感じであった。日本製のレオスタットの回転は滑らかで素晴らしい。

Tenshodo 1969 これは1969年のカタログで、価格は19,500円だ。Tマークがあるかどうかはわからない。
 1964年の価格表では19,000円となっていて、価格は意外と安定している。


Tenshodo 1972 そしてこれが1972年のカタログである。価格は21,000円である。この後はPFM方式が載っている。この頃になると、Tマークが無いと売りにくい時代であろう。


Tenshodo 1964 トランジスタコントローラが発売されているのは1964年である。この実物は1回しか見たことがない。売れたのは何台だろう。その価格は15,500円であった。この価格は決して高くない。1967年に自分で作ったが、7,000円ほど掛かった。

 これらを見ると、電源の価格は総じて高い。自分で作れる人の数が少なかったのだろうか。

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2007年08月10日

続 ジャックマン・シャフト

EF62 DT124 Shibata氏よりのコメントでEF62DT124台車もこれに相当すると教えて戴いた。EF62は就役当初から知っている。最近は東海道本線にも走っていたように思う。

 この機関車は、ベルクランクを持ったボルスタレス台車である。すっかり忘れていた。ポイントを通るとき、台車が回転すると、大きなコイルばねが多少ねじれるのが見えたのを憶えている。この台車は3軸もあるので、引張力を掛けたときに軸重変化する量が少ない。

 このような軸重変化や、引張力に関する考察はウェブ上ではほとんど発表されていない。多分、書籍ではあるのだろうが、手の届きやすいウェブサイトでは、この理屈についての発表が見つからない。

 写真はこのサイトからお借りしている。

 最近の機関車はインヴァータ方式で駆動されているものが増えてきた。この方式だと、全てのモータが全く同じ回転速度で廻るように制御することも出来るはずだ。すなわち、蒸気機関車と同様に、あたかもロッドでつながっているような回転をさせることが出来るはずだ。

 すると、全ての車輪がスリップするまで、引張力を稼ぐことができることになる。交流電気機関車が採用され始めたときのスリップしにくさとは、異なる次元のスリップしにくさとなるだろう。また、制動時にも全く同じ回転数にすることが出来るはずだ。

 これは筆者の推理であり、実物はどうなっているのであろうか。

2006年11月27日

モータの能力を限界まで使う

出力策定 モータの特性図を描いて、この辺りなら大丈夫だろうと、見当だけで補重してしていた。その後、大事なモータを焼いたら大変だというのと、その持っている能力を、最大限に搾り取るにはどうしたらよいかということを考え始めた。

 保有する貨車が増えてきて、60輌編成の貨物列車を牽くようになったからだ。1.75%の勾配を登らせると、時々スリップする。定電流装置のせいもあり、スリップすると止まらない。実物通りではあるが、運転は大変だった。

 父にモータが焼けるのはどんなときか聞いてみた。答えは単純で「放熱が悪くて、電流が大きい時」であった。「モータの製造元にThermal Resistance(熱抵抗)という項目があるか聞いてみよ。」というので問い合わせたところ、(3.5+8.0)[degree/W]という返事があった。父は「なかなかまともな会社のようだな。」と言った。3.5はロータ・ボディ間、8.0はボディ・外界間の値であった。後者はヒートシンクと冷却ファンをつければ小さくなるだろう。

 そんな時、吉岡精一氏がモータの性能を最大限取り出すには、という大変細かく検討されたレポートを軌動楽会に提出されていることが分かった。直接連絡をとり、ご指導戴いた。大体のところは既に考えてあったものと一致した。ただし、ロータの温度上昇による電気抵抗上昇の項が抜けているという指摘を戴いた。しかし、電流が減る方向に働くのでそれでよしとした。

 この辺りのことを纏めて、とれいん123号に発表した。合葉博治氏がまた電話をかけてきて、現物を見せてくれとおっしゃる。車輌と線路をお宅まで持っていって走らせた。その性能には驚嘆されたようだ。「今度、京王百貨店でこれをディスプレィするよう、案を作る。60輌の貨物列車がジワリと動いて、惰力を効かせて止まる様子を見たら誰もがびっくりするよ。」

 この記事は合葉氏にはかなりの衝撃を与えたようだ。「模型界、最初にしておそらく最後の工学博士論文だ。」とまでおっしゃった。「あなたはいったいこのような知識をどこから得ているのか。」と何度も問われたが「門前の小僧です。」としか答えられなかった。物理の教科書と何冊かの専門書以外、勉強した覚えはない。ただ、父にいろんな機会に話を聞いただけである。あとは暇な時に演繹の練習をしたぐらいのものだ。「社内の論文講読の材料に使える。」とまでおっしゃったのには参った。

 十数年後、関西合運で会った稲葉清高氏が「ああやって限界値を求めるとは初めて知りました。」と言った。多分稲葉氏が作っている民生機器では別の考えがあるのだと思うが、そこまでは明かさなかった。筆者の設計手法は兵器の設計思想に基づいている。父に聞いたことが元になっていることは事実だ。  

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2006年11月26日

定電流制御装置

Fuel and Water-level simulator 効率が高いとどのような挙動を示すであろうか。これは高校生のとき友人と議論したことの延長にある。

電車通学だったので、毎日運転台の後ろにかじりついていた。起動電流は580 Aで、減流継電器が働いている様子がよく分かった。加速が終われば電流がなくなる。減速は電気ブレーキで、停車すると床下の抵抗器から発する熱気が立ち昇った。冷房のない時代の、窓が開放されていた懐かしい思い出である。


 モータは電流で廻る。当たり前のことであるが、意外と抜け落ちていることである。電圧は分捲特性があるマグネット・モータだからこそ多少は意味があることであり、本来は電流制御でなければならないと考えていた。電流がトルクを決める。ここまでは高校生でも分かった。  
 
 1983年に定電流電源装置を作った。ゼロから任意に指定した電流値までは出る。電圧は24Vまで掛け放題という恐ろしい電源だ。これでFEF-2を制御すると、まるで本物の蒸気機関車を運転しているような錯覚に陥った。
 単機では消費電流が少ないのでうんと絞って起動させねばならない。勾配で長い列車を牽き出すときスリップする限界電流値で起動すると、本物が出発するようなスリップぎりぎりの加速をする。巡航運転に入ったら電流を絞るとその速度を保つ。急停車をさせるときは数オームの抵抗器を用いて短絡する。するとグググッと減速する。同時に抵抗器がわずかに熱くなる。 

 これはちょうど弁装置をフルギヤにして起動し、巡航に近づくと絞るのに似ている。違うのは、ボイラの能力が実物と異なり、無限大であるということだけだ。
 これを定電圧電源と組み合わせると面白いことになると思った。電圧を制御することはスロットルを絞ることに対応する。

 二つを直列につなぎ、最初は電流を流し放題にしておいて、電圧を上げていく。ある程度の速度になったら電流を絞りながら電圧を上げる。このようにすると、あたかも自分が機関士になったような気がした。今ある「電車でGO」とは全く次元の異なる『実感』であった。

 これもミルウォーキィ に持っていった。Model Railroaderの電子工作の記事を書いていたDon W.Hansen氏に見せた。運転させてみるとすごく感動していたが、この機関車を持っている人以外、誰もその意味を理解できないよ。」というので、「それでは10年後に発表しよう。」ということになった。
 
 そのとき蒸気機関車の運転台型のパワーパックのスケッチも持っていった。スロットルが上からぶら下がっていて、あまりにも大掛かりな雰囲気であった。その後、MR誌は、ウォーク・アラウンドの方に興味が向いてしまい、DCCの台頭で筆者自身の気持ちもやや離れてしまった。しかし、DCCでもう一度この形でできないか、と考えている。
 次に実現する時はボイラの容量、水位、テンダの水量もパラメータとして入れる。このアイデアはDonのものである。'85年5月号に発表されている。

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