モータ

2024年02月09日

gear ratio

 ギヤ比を通常のもの(1:15 程度)より下げて(1:8 程度 )いるが、特に苦情は無い。しかし、このギヤの現物を持っていない人が「1:15程度はないと・・・・」と 言っているという噂は聞いた。その思考は、無負荷回転数をもとに計算しているから、ということも伝えてくれた。

 マグネットモータは分巻特性を持つ。軽い一定負荷の場合、電圧に比例して回転数が決まる。無負荷回転数ではトルクは出て来ないわけだが、その数字をもとに速度を考えている人が居るのには驚く。

 模型列車の最高速度は、事実上最大出力時である。必要なトルクは大きい。これは当然のことなのだが、それを理解せずに最高速度が云々というのは無意味だ。

 どの程度の負荷になるかを想定し、動力伝達装置の効率を考えて生み出させる出力を策定する。あとは電流、回転数を調べてグラフ上で読み取るだけである。これは中学1年程度の数学であって難しいことではない。昔とれいん123号にそのグラフを載せたが、そのグラフを正しくなぞって結果を出したという報告があったのは、お一人だけであった。要するに実験をせず、ごく適当に模型を作っている人が大半であるということだ。

 模型とは言えども小さな機械であるから、伝達効率を考慮するのは当然である。模型蒸気機関車の機械的伝達効率は、通常型で最高 15 % 程度、高効率型でも 60 % 程度が限度である。ロッド駆動による損失は極めて大きい。良い潤滑剤が必要である。 

むらかみ様 
 コメント本文に連絡先を書いてください。
 

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2022年06月12日

ポイントマシン

 分岐の電動化で引っ掛かっていた。いわゆるslow-motion型ポイントマシンはたくさんあったが、どれも大きなものである。
 レイアウトの下側に付けると良いのだが、困ったことに裏に太い鉄骨の構造物がある。それを避けるためには面倒なリンクを付けねばならず、構造が複雑になる。長年の保守のことを考えると構造はできる限り、単純明快にしておきたい。

slow motion switch machine 自宅地下室の整理をしていると、様々なものが見つかる。ジャンク屋で買い込んだコアレスモータが数十台出てきた。そのうちの10台はこのEscapのギヤードモータである。意外に細いもので、ギヤ比は 1:30程度であろう。出力軸を廻すと、かろうじてモータが廻り始める。

  この写真で、下の緑の箱がトータスである。一つ20ドル弱であろう。上に載っているのが、エスキャップのギヤードモータである。長さは30 mm程度で、道床の中に収まる。

unnamed この出力軸にバネを付ければ、そのままポイントマシンになる。もちろん直列に1 KΩ程度の抵抗をつなぐ。行き着くところまで廻って、トングレイルを押し付けて止まる。弱い電流が流れているが、モータ部は単なる銅線で、発熱はしない。抵抗に殆どの電圧が掛かるから、安心だ。
 抵抗は微妙に発熱することになるが、触っても全く感じない。動作して、押し付けられて止まったあとの電流は 12 mAだ。もう少し抵抗を増やしても良いと感じる。2 kΩでもまだまだトルクを感じるからだ。

 この種のモータは、防衛産業からはたくさんジャンクとして出てくる。これらは10年ほど前、テキサスのバッタ屋で買ったものだ。しかし今回のウクライナ戦争で、ジャンクの量は激減するだろう。 

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2022年06月06日

モータの選定

 brass-solder氏のブログが興味深い。列車を牽かせると、「直線は速く、カーブでは減速する」とある。素晴らしい観察である。
 本物と同じように、走行抵抗が変化しているのだ。今までのゴリゴリ走る模型では気づかなかったことであろう。登り下りがあると、もっと楽しい結果が出るだろう。

 モータの出力が、もろに牽引力に表れる。伝達効率が良いからである。低回転では出力の小さなモータなのだろう。低回転でトルクの大きな特性を持つモータを手に入れれば、かなり楽な運転ができると思う。経験者に、どんなモータとの組合わせが良かったのか、お聞きしている。結果は発表したい。

 無負荷では速過ぎると感じるだろうが、実物でも単機でフルスロットルというのは全く意味がないことである。機関車は負荷を与えた状態での挙動が全てである。今までのHOの運転ではこのような状態を考慮することがなかったのだろう。

 重りを積むとどうなるのだろう。出力の小さなモータを搭載した場合は、軸受での摩擦で、出力がかなり減殺されてしまう。小さなモータなら、軽い機関車にせねばならない。本物と同じである。
 I田氏の動画では、軽い機関車で重い列車を牽き出している。こういう運転を楽しみたい。

 当ブログで最初から言っていることだが、牽かれる車輌の責任である。軽く動く車輌を用意し、高効率の機関車をつなぐとどうなるかということを実験せねばならない。「重く、効率の悪い機関車で、摩擦の大きな車輌をゴリゴリ牽く」という状態から脱すると、鉄道模型って、こんなに楽しかったのだろうかという気がするはずだ。


 当博物館では、いつもそれを考えて運転している。停止から、じわっと120輛編成を牽き出して、1.56%の坂を登らせるのだ。下手をするとスリップするから、スロットルは細心の注意で操作する。サウンドがついているから、スリップすると楽しいのではあるが。

 しばらく前、所属クラブで伊藤剛氏を偲んで、OゲージのOld Black Joe競作をした。その時、モータ、チェイン、スプロケット、ギヤボックス、車輪は全て筆者の提供である。その時の感想は、皆さん同じで、
「こんなによく走る機関車は初めてだ。吊掛け式の1段歯車駆動のような感じだ。モータの出力が、直接連結器に表れる。」
と言った。今回もそれと同じで、モータの出力が小さければ、それなりの出力である。牽かれるものを整備すると、実感的な運転ができるはずだ。しかし、個別駆動の吊掛け式より、牽引力がはるかに優ることまでは気付いた人は少ない。


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2021年12月06日

続々 伊藤 剛氏の瀬戸電を見る

11PM モータは目立ちにくいように汚く塗られている。このモータの名前は ”11PM” であった。当時の深夜番組のタイトルを取っている。11極のペッタンコ・モータなのだそうだ(TMSの記事にはペチャンコとある)。


Setoden bottom 裏はこんな具合だ。単純な動力機構だが、車体がピッチング(前後方向に揺れること)するので、車体との干渉が無いように作られている。台車枠には、側面にピンがある三点支持を採用している。 

 この模型で特筆すべきことはよろい戸である。ブラスのプレス品なのだが、何かのベンチレータの部品なのだろう。それを手際よくまとめ上げて、自由に上げ下げできるようにしてある。どこでも止まる固さにしてあるところが、素晴らしい。

 運転台のコントローラがヘッドライトのメインスウィッチになっているところは、剛さんらしい。こういうところは独特の感性で、カチンカチンと動き、非常に実感的である。 

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2021年03月03日

続 switch motor

Hankscraft この丸いものはアメリカ製で、もともとは商品ディスプレイ用の動く宣伝媒体の動力などに使われていた。
 バラすと歯車が5段に入っていて、減速比は1:200ほどだ。とても調子が良い。民生用として大量生産されているもので、消費電力は極めて少ない。

 Honeywellにはstall motor(止まってしまっても良いモータ)があり、それは特許であった。エアコンのバルブや、ダクトの開閉に用いているものだ。その特許が切れてから、上記の安くて電流の小さなモータはポイントマシン用に使われ始めた。トルクは強大である。

 ダブルスリップの連動装置に使える。観客から近いところにあるので、動くところが見える。故障せず、長持ちするリンク機構が必要である。それによって、この種の機構に興味を持つ人が増えれば嬉しい。

equalizer 一つのテコで、3組の尖端レイルがイコライズされて動く様子を見ることができる。それが2組あるのだ。
 これらは全てブロックから削り出している。長年の使用に耐えねばならないからだ。
 ポイントマシンでいくつかのスウィッチが駆動され、信号機の燈火が変化する。それだけでも面白い。

 この種のモータはたくさん入手してあるのだが、結局のところ、アメリカ製のものしか使えない。力と耐久性とを考えると、そうなってしまう。それ以外のものはすぐ壊れてしまうものが多いと感じる。


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2018年01月20日

回転計とトルク計

tachometer and torque indicator フライス盤の改良で、回転計を用いて回転数を測定した。これはレーザ光を発し、反射光を数えるタイプである。アマゾンで安価にて購入した。写真中央下のものである。この話を教えて下さったのは、時々登場する Dr.Y である。氏は様々なモータを測定して、一覧表にされたのだ。100機種弱を整理されたデータで、非常に興味深い。
 電圧電流が直読できる安定化電源と、トルク計を用いれば測定できるとは言え、大変な労力を投入したデータであり、貴重だ。

 写真中央上はトルク計である。三爪チャックでモータの出力軸を掴み、所定の電圧で廻してバネ秤で直読する形式になっている。表示単位は昔懐かしい ”gf cm” である。 

 Dr.YはHOを楽しんでいるので、モータのトルクはせいぜい 100 gf cm である。筆者に見せてくれた時、Oスケール用のものも測定してみよう、ということになった。しかし、たちまち振り切ってしまった。もっと大きなものが必要であった。

torque indicatorcalibration その後、ヤフオクで目を皿のようにして探し、ついに 600 gf cm のものを購入することに成功した。これらの写真をご覧になるとお分かりかと思うが、正逆回転に対応した目盛りになっている。
しかしこれでも振り切るものがいくつかあり、低電圧で測って高電圧のトルクを、外挿して求めることになった。筆者は商売柄 ”Nm” しか使わないので、980を掛けて何桁ずらすのだったか、再計算にやや手間取った。
 径が大きなものはモーメントが大きいので、概して高トルクである。マイティ800に付けてあるのは出力11.5 Wで、大人を載せた客車を牽いても、かなりの加速を示すはずである。もちろん客車にはボールベアリングを付けていることが条件だ。
 
 模型機関車用のモータとして適するのは、強力な界磁を持つ低回転モータで、負荷の掛かった時の回転数が落ちる率が小さい物である。吉岡精一氏が書かれた「モータ調書」のデータとよく一致する。昔から定評のあるEscapの低回転モータは、その点、抜群の性能を持つ。もちろん、伝達系は高効率であることは最低条件で、ろくに廻らないギヤトレインでは、話にならない。

 吉岡氏がデータを採られたのは25年前で、当時無かったモータもあるので、再度調べてみる。近々導入予定のパシフィックの強力機に搭載するモータを決める必要があるのだ。重量客車数輌を牽いて、15.6‰を駆け上がらねばならない。


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2015年12月01日

複捲表現の初出

先日、界磁コイルに中点タップを持つものを複捲と書いているものがあるとお伝えしたが、その初出がどこにあるのか、がなかなかわからなかった。
 先日来、伊藤 剛氏の蔵書の整理に掛かっている。その中に注目すべき本があった。
 西尾音吉氏の「模型電氣機關車と電車の作り方」 科學と模型社版 昭和十年十月二十八日発行 である。その中に複捲の話が出てくる。

”複捲キ即チフィルドヲ倍ニ捲イテ ソノ中間ヨリ口出シヲナシ 之ヲブラシュニ續グ 他端ヲ図ノ通リニスレバ・・・・・・”とある。

 西尾音吉氏には30年ほど前に椙山氏の紹介で会ったことがある。芸術家、いや宗教家といった感じの人で、観念論ばかりを話す人であった。
 その時、「機玄」という本をくれた。言わんとすることはわからぬでもないが、工学が抜けていると感じた。鉄道車輛は機械であって、芸術品ではない。

otokichi nishio この「・・・・の作り方」の中身を熟読すると不可思議なところが多い。ユニヴァーサル・ジョイントの位相は間違っているし、スパーギヤをウォーム・ホイールとして使う、空前絶後のアイデアも載っている。ウォーム軸をその進み角θだけ傾けて、ジグザグの駆動軸を持つ電車が紹介されている。

 以前、剛氏にそのことを聞いてみた。
「いやあれはすごいアイデアですが、走るかどうかは別問題ですね。みんなそういうものに飢えていたのです。すごいなーと言って喜んで見てましたがね。」
 その後の言葉は出てこなかった。 


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2015年11月29日

直捲電動機

 模型のモータは全てマグネット・モータになってしまったと言ってよい時代になった。筆者がボールベアリング、三条ウォームにのめり込み始めた頃、伊藤 剛氏とモータについて論議したことがあった。文中、dは筆者のことである。

剛 最近は直捲電動機の模型はなくなりましたね。
d  実は今一つ作っているのですよ。
剛 ほう、それは珍しい。どんなモータを手に入れたのだい。
d  Braunの髭剃りを分解して出てきた交流用のモータです。直流なら20Vくらいで回ります。それをさらに改良して12Vで動かないか、調べようと思っています。
剛 それは面白いね。直捲電動機はその中にオートマティック・トランスミッションが内蔵されているようなものだから、出来の悪い模型に搭載しても、よく走るんだね。直流モータの時代になったら、途端に走りが悪くなっちゃったんですよ。
d 今開発中の摩擦の少ない機関車に直捲モータを搭載すれば、グワーンと走ってぴゅーっと滑って行かないかと思っています。
剛 そりゃ面白い。重い列車を牽かせると実感的だろうね。

 その後、筆者の直捲モータの改良は頓挫し、コアレスモータを採用することになった。

d コアレスモータにしましたら、調子が良いのですよ。電源を電圧制御にしたのですが、それが良かったみたいです。以前は電流制御でしたから、このような低電流では速度調節がむずかしかったのですよ。
剛 おお、それは素晴らしい。マグネットモータは分捲特性だから、本来は模型には向かないものだと思っていたけどね。
d いや、本物と同じ動作をさせることが可能ですよ。『下手な工夫より電圧制御』かな。
剛 あなたは電気も強いから、あなたがそう言うならその言葉には重みがあるね。

 その後クラブの会報にはこの話が引用された記事が載った。剛氏の瀬戸電の記事が出たのは、その直前である。あれが日本の模型雑誌に直捲モータの記事が載った最後の号である。瀬戸電には自作の巨大な直捲電動機が装着され、ピヴォット軸受で慣性モーメントが損なわれないようになっていた。12 Vを印加して電流を止めても、「山口さんちのツトムくん」を歌い終わるまで廻っていた。剛氏は、「駆動系というものは慣性モーメントを最小にするように設計されるものです。これはとんでもない天の邪鬼(あまのじゃく)だね。」と言っていた。 

 ちなみに筆者はそれほど電気に強いわけではない。父親から聞いた話を覚えているだけである。

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2015年11月27日

自動逆転器

 最近の若い方は、自動逆転器という言葉を知らない方が多いと思う。界磁が電磁石だったころは、この自動逆転器は高嶺の花だった。モータよりも値段が高かった。ライオネルやメルクリンには標準装備だったが、日本製のものにはほとんどついていなかった。一時期、自動逆転器付きのモータも出ていたが、高価であった。

automatic reverser 界磁コイルに中点タップを付け、両端を切り替える方式だと、逆転器の構成は簡単になる。外国製の模型はそれが多かった。逆転器は電磁石とラチェットでできているものが多く、高電圧を掛けたりすると、車体が動く前に逆転リレィが作動し、小さな接点を付けたローラが回転する。

 この種の界磁はいわゆる複捲ではないのだが、これを複捲と言う人がいる。単なる勘違いである。複捲は直捲と分捲を合わせたもので、それを切り替えたり、同時に使用して抑速ブレーキを掛けたりすることもできる。模型には縁がない、使いにくいものである。

 最近伊藤剛氏や吉岡精一氏が遺された多量のモータを動かし、直捲モータの動きを見て楽しんでいる。それにしても昔のモータは騒々しいのが多い。
 子供のおもちゃとしてのOゲージの動力としては静かである必要はなかった。やかましいモータは、「元気がある」という時代だったのだ。


 

2015年11月25日

続々 スーパー20

114_4069 また、スーパー20かと思われた方も多いと思うが、これはLobaughのモータである。コア厚25.4 mm(1インチ)の強力型である。
 ブラシのホルダを三角の部材で留めているところなど、カツミが真似たことがすぐわかる。界磁は薄い珪素鋼板を積層して、リヴェットでかしめ、それに軸受をネジ留めしている。電機子との隙間は極めて小さく、磁路の障碍も少ない。

114_4071 電機子は旋削され、ダイナミック・バランスがとってある。隙間に見えるブラス片は錘代わりである。この旋削というのがミソで、こうすることによって磁路のギャップを狭くすることができる。もちろん界磁内側も研磨してある。そのためにはリヴェット留めが必要なのである。
 軸は3/16インチで4.76 mmである。カツミ製は 6 mmである。ずっと細い。


114_4072 このモータはpolarizedである。”ポラライズする”とは、整流器を用いて界磁に一定方向の電流を流して、永久磁石代わりにする方法である。こうすればマグネット・モータと同様、手元のスイッチで逆転できる。これがないと、車載の逆転器で方向を変えねばならず、面倒である。1950年代は大きなセレン整流器をテンダに入れていた。これはシリコン・ブリッジ整流素子を使っているから小さい。

polarized motor この図を見れば、どんな回路かはすぐお分かりいただけるであろう。線路の電圧が反転しても、界磁電流は一定方向に流れる。電機子に逆向きの電流が流れると、逆転できる。簡単にして、確実な方法である。これを使えば、直捲電動機の特性が生きるので、かなり手を抜いた電流制御の電源でも気持ちよく走るはずだ。
 現代のようにマグネット・モータが容易に手に入らなかった時代は、この方法を採っていた。マグネット・モータは分捲特性なので、電圧制御でなくてはならず、やや運転しにくい。現在、市販の電源は大半が電圧制御になっているから、どなたもその違いに気が付かない。 


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2015年11月23日

続 スーパー20

 このモータは海軍の技術将校だった人が設計したらしい。当時カツミに入り浸っていたY氏が紹介したという。その設計思想はある程度納得のいくものであるが、現在のモータの専門家の意見はなかなか手厳しい。
 友人のT氏からの手紙の一部を紹介する。

 

 界磁鉄心厚さが厚いだけでは、強力にはならない。巻き数と電流値の積AxT大きくないといけないのだ。とりえは他の形式の電動機より巻線太さが太いので、巻線の抵抗が小さく、ブラシにかかる電圧が高くなっていることぐらいか。多少巻数も多いと思う。

 電圧をかけていくと、じゃらじゃらと猫が騒ぐような音を出して回転が上昇する。KB3(安価なモータ)のほうがMax回転数は高いと思う。

 

 そのあと界磁を永久磁石に替えたものを、輸出用に使った。ヤフーではボールベアリング入りと説明があったが、知らない人は幸せですな。とんでもなく太い電機子軸なので摩擦損失は大きい。

 オイルレス・メタル付きなのだが、こんな太い軸にする必要は全くない。怪しいボールベアリングの時と同じ太さにしたのだろう。
 当時、模型店で1000円以上していたかと思う。KB3が180円位の時だ。手で廻してみると、固くて抵抗が大きいのにびっくりした。それが強力の証とはとても思えなかった。


 筆者もT氏も、ネオジム磁石を買って、界磁をパーマグ(permanent magnet)にした。
 低速でのトルクが大きく、減速比が小さくできる。すなわち旧型モータなのに、押して動くモデルができることになる。コアレスモータでなくても、押して動くようにできるのだ。もちろん、鉄心があるのでコアレスほど軽くは廻らないが、押せば動く。
 ヤフー・オークションに出ているモータの界磁磁石は三菱製のものだそうだが、弱い。工場で組み上げてから着磁したそうである。要するに電機子を外すと磁路が切れて弱くなりがちなのだ。



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2015年11月21日

スーパー20

 先日の記事スーパ−20のことを書いたら、「そのスーパー20とは何ですか?」という質問を戴いた。

114_4052114_4053 スーパ−20は1950年代にカツミから発売された直捲電動機で、9溝、ボールベアリング入りの高級モータであった。筆者が三線式Oゲージに夢中になっていたころの高嶺の花であった。電機子はskewed(捩じってあって、電機子の位相によるトルク変動を緩和するようになっている。)で、意欲的な製品ではあった。20は、コアの厚みで20mmを指す。”スーパー15”というものもあった。


 後でわかった話だが、外観の設計は祖父江氏で、Lobaughのモータをコピィしたものであった。ロボゥのモータと並べると、ブラシのあたりの処理が酷似している。今だったら、模倣で訴えられるような製品だ。

114_4056114_4055 ボールベアリングが付いているというのが売りであったが、廻すと何かおかしかった。どれを試してもおかしいと思ったので、買わなかった。というと聞こえが良いが、乏しい小遣いではなかなか難しい価格であったし、それほどのお金を出すなら、もっと素晴らしいものでなければならなかった。

 これも後でわかった話であるが、戦災で焼けたボールベアリングを大量に安く買って、それを嵌めたものであったそうだ。道理で、廻すと変な音がした。

 長老のH氏の談話である。戦後、米軍放出品の器械をばらすとボールベアリングが取り出せた。それをローラ・スケートにつけて楽しんだそうだ。実に滑らかであった。
 ところが模型屋でスーパー20を見せてもらうと、やはりどれも軸受から音がする。「この音は何ですか。と聞くと、『ボールベアリングの音だ。』と言うんだ。『ボ−ルベアリングは、みなこういう音がするんだ。』とごまかそうとするから、冗談じゃないと思ってそんなモータは買わなかったよ。」

 ずいぶんひどい話である。ボールは外から見えるタイプで、シールドがないから、埃は入り放題である。それのせいかとも思ったが、油紙で包んであった新品も同じだったそうだ。消費者の無知に付け込んだ極めて怪しい話である。

 モータの軸は太く、先端の歯車等を付ける部分だけ細いのはどうしてかと思っていたが、その焼け残りのサイズが、たまたまその程度の太さだったからだ。

 ヤフーオークションで出ているのは全くの勘違いで、パーマグモータである。あのモータの価値はすでに極端に低くなった。筆者は10台以上持っていたので、アメリカの模型ショウで売ってしまったが、相場は1台5〜10ドルである。

追記: 当時のカツミを知る関係者の証言によると、様々な人がボールベアリングの売込みに来たそうだ。焼けたのはもちろん、半端物のベアリングを持ち込むので、ロットによって軸の太さは違うそうだ。 

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2015年09月30日

英語の発音

 夕飯をご馳走になり、Bobの奥さんのZoe Annと話をした。彼女は言語学の博士号を持つ大学の先生だ。ちょうど良いチャンスなので、かねてより不思議に思っていた質問をいくつか出して、見解を聞いてみた。

 その中の一つに"teething"があった。普通の辞書に載っている意味は、「歯が生え始めること」を指している。それはよいのだが、問題はその発音である。
 tooth の複数形はteeth だから、ingが付けばそのままの発音だと思ってしまうが、実際にはこの”th”は濁る。動詞になると teethe だから、既に濁っている。brother のthと同様の濁った有声音である。これは英語を母国語としない我々にとっては、まず気が付かないことだ。辞書を丹念に読まないと、その音にたどり着けない。
 どうして動名詞は濁るのかと聞いたところ、後ろに”i”の音が来るときは、口の形がそれを準備するために、濁らせた方が楽なのだそうだ。
 いくつか例を出してもらったが、すぐピンと来るのはsheath(小刀の鞘)から派生したsheathing(鞘およびその用をなすもの)などの語である。前者は濁らないが、後者は濁る。もちろん動詞は sheathe である。

 このほかいくつか、ためになる話を聞いたが、鉄道とはあまり関係ない分野なので割愛する。言語学の先生の知識というものは極めて広汎であって、歴史、地理、哲学などすべてを含んでいる。
 久しぶりに知的好奇心をくすぐられた夜であった。彼女もまた、こちらに質問に丁寧に答えてくれ、「英語を母国語としない人の質問は面白い。」とのことであった。



2011年04月26日

モータの界磁磁石を交換する

 Chicagoの O Scale Meet で Low-D 車輪の講演をした。その時、古いOpen Frameモータの界磁をネオジム磁石にするアイデアを披露した。親しい友人がそれを雑誌に発表すべきだと勧めたが、誰でも思いつくことだし、実際にやっている人もいる、と同意しなかった。
 第一アメリカでそんな磁石もあまり売っていないし、日本から飛行機で送ることができないから難しいと考えていた。

 先日送られてきたMicromarkのE-mailによる広告によると、同社はいわゆるPittman型モータ(TMSでは棒形モータと呼んでいた)のアルニコ磁石を取り替える磁石セットを売り出している。どの程度の磁石なのかはよく分からないが、大きさと吸着力から推測するとネオジム磁石のようだ。

 先日の記事にも書いたように、HOサイズの模型には大きな磁束密度を与えるとあまり効果はない。果たしてどの程度の効果があるのか知りたいものだ。 この広告を見ると、飛行機には載せられないので陸続きの48州しか配達できないとある。そのようなことを情報として明示しておくことは大切である。磁石を飛行機に持ち込むことができないということは意外と知られていないからだ。

 やはり鉄心の大きなOサイズの模型モータに採用すべきものであるように思う。  アメリカの友人にはLobaughの古いモータの入手を依頼しておいた。いずれいくつか集まるから、それらを再生しようと思う。回転数がかなり低下するから、歯車の減速比が小さくなる。すると必然的に”Free-Rolling”になる。このアイデアには彼らはかなり驚いたようだ。

2011年01月21日

続々 磁気回路

 先日、高橋淑氏にお会いして聞きたかったのは、誰がOゲージ用モータの設計をしたかということであった。なんと祖父江氏であった。Lobaughのモータを元に彼が絵を描き、それを元に電気屋を何軒か回って作るところを探したのは高橋氏であった。道理で、ブラシ支え部分の作りが似ているわけだ。しかし、ほとんど完璧な真似であったのでかなり良いモータであった。
 当初5溝のロータを作ったのだが、プレス型がでたらめで、重ねると極の位置が違って、がたがたになる。巻線機で巻くとひっかってエナメル線が切れてしまう。しょうがないので、ひとつずつヤスリで削るなどということをしていたそうだ。
 より良い抜き型を作るまで苦労したそうである。仕方なく合印を作って、特定の位置で縦にそろえたのだ。

磁気回路短絡 その後、どの位置でも合う抜き型を作るところがあったので、それ以降は合い印はないということだ。昔筆者の持っていた三線式のOゲージの機関車のモータは軸受部の支え板が鉄板製であった。父は「こんな馬鹿な設計はない。」と憤慨して、ブラスの板で作り直してくれた。要するに磁気回路が短絡されて、トルクが減るのである。

 これについて、高橋氏に聞くと驚くべき答が返って来た。「あれはコストを下げるためにやったのです。無論私は反対しましたよ。でも、『安くせよ』と言うもので仕方なくなるべく薄い鉄板で作ったのを付けたんです。多分動かないだろうと思っていたんですよ。でもトランスをつないだら一応廻りました。社長の『廻るじゃねえか』の一言でおしまいだったんですよ。」

 このあたりに、日本のOゲージがおもちゃで終わってしまった大きな原因が隠されているように思う。「より良いものを作ろう」という気迫が全く感じられないのである。
 ところが輸出用の模型のモータはどれも例外なく、軸受部の支え板がブラス製である。磁気回路は短絡していない。
 インポータの指示があったのである。当時のインポータは「金はいくらでも払うから良い物を作れ。」と言ったそうだ。

 当初のEB電関の台枠は、ブラスの1mm板であった。それを安くするために0.9 mmにし、さらに0.8 mmまで薄くしたら、強度がなくなった。ところが、蔵前にあったある問屋の下請けが0.7 mmの鉄板で作ってきた。これは安く、丈夫であったのでそれが標準となった。
 台枠を固定するリベットも最初は銅であったのがアルミになった。
 我が家のEB電関はこの鉄板製台枠であった。軸穴の中でブラス製の軸が回転する。当然軸は磨り減って細くなり踊るようになる。またまた父の怒りは炸裂した。
「軸は硬い材料で、軸孔は軟らかい材料でというのは鉄則だ。何を考えているんだ、こいつらは!」とブラスの軸受を作ってくれた。軸は鉄製のを手に入れたから、改造は簡単であった。

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2011年01月19日

続 磁気回路

KTM 30mm Core Motor Magnet Removed 次に1970年ころ製造のKTM製モータ②の磁石を外した。これはアルニコ系の磁石で、高橋氏によると三菱系の会社の製品だそうだ。もうすでに磁力は落ち、吸着力はたったの300gf(3 N)しかない。これを外した空間に30x15x5 mmのネオジム磁石(吸着力8.2 kgf、83 N )を入れ、残りの部分は軟鋼板のつもりであった。しかし、20 mmもの厚さを板で埋めるのは大変である。

KTM 30mm Core Motor Modified そこで外した磁石を90度ひねって吸着させたところ磁極に関係なく着いてしまった。いかにネオジム磁石が強いかがよく分かる。しかしアルニコの磁極が生き残っていると面白くない。何かの本に、衝撃を与えると、容易に磁極の変更ができると書いてあった話を思い出した。ネオジム磁石に吸着させたまま大きなクランプで磁気回路を形成するように挟んで金床の上に置き、割れない程度に金槌で百回ほど叩いた。すると本当に磁極が90度転換してしまった。それを押し込んだら改造は完了である。これなら早いと思ったが、実のところ思わぬ障碍があった。磁力が強すぎてフレームがたわみ、電機子に接触した。少し修正して廻るようになった。

 電流を通じると、起動電圧が1/4以下になり(7 V⇒ 1.5 V)、12 Vでの無負荷電流も1/3(1.2 A⇒0.4 A)になった。このデータは以前の状態がいかに駄目であったかを物語っていて、ネオジム磁石がどの程度機能しているのかはわからない。
 しかしトルクはかなり大きくなっていて、測定はしていないが、数倍になっているような気がする。7溝であるのでさしたるコッギングもなく、調子よく回った。

torque meter 今トルク計を設計している。トーション・バー(ねじり棒)にパイプをかぶせ、それに付けた針が、ねじり棒上の文字盤のどこを指すかを見ればよい。回転しているからストロボで短時間の発光をさせて見る必要があるが、最近はデジカメの時代だから撮影、検証は容易だ。定常状態で行うのでブレーキを掛けつつ、電流電圧を表示させ、写真を撮らねばならぬ。このような実験装置を作るのは楽しい。何かの発見があるかも知れぬ。
「ノーベル物理学賞を取ろうと思えば、まず実験装置を自作せよ。」とは、よく聞く話ではある。

Tachometer and Optical pick-up 
 回転計は旋盤の主軸回転数を測る光学式のものがあるので、それを外して一時的に使用する。旋盤用は40枚の羽根がついているので、それを4枚にすれば回転数測定時には、単に読みを10倍すればよいことである。


 トルク × 回転数で出力が計算される。電流 × 電圧で電力が算出されるので、それらを元に効率も知ることができる。ネオジム磁石によってどの程度改善されたかが分かり、コスト・パーフォーマンスが客観的に示されることになる。
この客観的というところが大切で、このようなデータは模型雑誌ではついぞ見かけることがないものである。
 どんなに良いといっても信じがたい話が多い。特に機関車の性能についての記事は、怪しいものばかりだ。

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2011年01月17日

磁気回路

 磁気回路という言葉をご存じない方が多いと思う。モータ、変圧器などの中を通っている磁力線の通り道が一周しているその通り道である。筆者は幼少のころより、父から散々聞かされて育った。

 最近話題のネオジム磁石を模型用DCモータに使うとどうなるだろうか、という話を土橋和雄氏とした。土橋氏は本物の電車の電路屋さんだ。
 既製品のモータはアルニコかフェライトの磁石を使用している。直巻モータよりは省電力(界磁を励磁する必要がない)だが、界磁の磁束密度が高いとも思えない。これをネオジム磁石にすれば単純計算で10倍くらいにはなる。すると逆起電力は10倍になるから回転速度は落ち、トルクは増大するはずである。いろいろなファクターがあって一概には言えないが、全て良い方向に行くはずである。

 改造すべきモータをジャンク箱から探し出した。

①Lobaughの直卷モータ コア厚み38.0mm(1.5インチ)電機子径31.75mm(1.25インチ)7溝
②KTMのマグネット・モータ コア厚み32mm 電機子径32mm 7溝
③All-Nationのマグネット・モータ コア厚み25.4mm(1インチ)電機子径25.4mm(1インチ)7溝
④中村精密のマグネットモータコア厚み20mm 電機子径12.5mm 5溝

 磁石はNeoMag社から購入した。注文すれば即日送ってくる。ぴったりの寸法がなければ軟鋼板を削って隙間に入れれば改造完了である。

 久しぶりに糸鋸で鉄板を切った。バローべの2番でがしがしと切り、ニコルソンのヤスリですり落とした。普段のブラス工作とは違い、刃物の切れ味がもろに分かる。ニコルソンのヤスリは鉄工には不可欠だ。
 よくブラス工作にもニコルソンでなければ…と言う人がいるが、筆者にはどれでも良いと感じる。ブラスは軟鋼に比べればはるかに快削であって、どんなヤスリでも大差なく削れるはずだ。

Modified Nakamura Seimitsu MotorOne magnet is removed to ensure bertter performance 最初に④のモータをばらして磁石を捨て、25x5x10というサイズの磁石を嵌めた。吸引力は5.1 kg重(52 N)もある。もちろん軟鋼板を隙間に入れた。
もともと二つの磁石があったが、磁気回路を考えると無い方が良いということになって、ひとつだけ嵌めた。

 これは失敗であった。磁力が強すぎて、電機子の鉄心が吸い付けられ、コッギング(英語ではTeething)が起き、電流を通じてもそれを引き離すだけの磁力が生まれなかった。もっと弱い界磁にしなければ動かない。これは5溝しかないことも大きなファクタである。完全に磁極にはさまれる瞬間があるからだ。多少電機子をねじった(Skewed)状態にしても追っつかない。
 5 A も流せば吸引力から逃れることが出来るだろう思ったが、とても無理で焼け始めた。この種のモータにはもうすこし弱い磁石が適する。しかし現況のは弱すぎて全く力がない。電機子の巻き数も多くすると良いだろうが、磁気飽和を考えると無駄かもしれない。薄くて安いものを買ってみよう。

 後述のOゲージ用モータに比べると、当時のHO用のモータの設計は見るからに駄目そうである。  

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