コアレスモータ
2024年12月06日
低速で走らせるための条件
先回の一式陸攻氏のコメントには驚いた。筆者が考えていたことがすべて書いてあった。筆者が実践したことを順次書いてくれている。
ゆっくり走ることに執着を見せる人は案外いると思うのですが、相変わらずトルクアームもなければ継手はゴムチューブでギアも市販品の良いとはいえないものを使い、ギア比を大きくしたりモーターの回転数の低いものを使うなど小手先の怪しい工夫に終始している人が大半のように思います。
また、確かに低速はそれなりに効くけれど高速になるとやかましいというパターンも多いように思います。
�．�ヤボックスを支えないで走らせるということが、いかに無謀なことなのかを理解していない人が多過ぎる。しばらく前にHO用の高効率ギヤを頒布した時に六角ジョイントも同時に頒布した。
「バックさせた時にギヤボックスが前に抜けて驚いた。」と書いて来た人が居た。トルクアームの必要性をそれまで感じていなかった訳である。ギヤボックスを浮動させ、トルクだけを取り出すという考えが無かったわけだ。
��ゴムチューブという前世紀の遺物をいまだに使っている人が多い。どんな理論武装をしても良いわけがない。しかしやめようとしない人が多い。どの程度駄目なのかという客観的なデータが欲しい。
��「高効率ギヤを一度でも使えば、もう他の方法は使えなくなる。」というコメントを沢山戴いている。薄型もできたので、試されるとよい。
�ぅ�ヤ比を大きくして低速を利かせようというのは、昔からある発想だ。まともなギヤは少ないので、決して良い方法ではない。高速になるとひどい騒音を発する。高効率ギヤとコアレス・モータを使えば直ちに解決する。高効率ギヤについて、いまだにギヤ比が低いうんぬんを言う人が居るらしいが、いくらでも低速が利くことを体験していないからだろう。
一読者氏のコメントにも驚いた。筆者の頭の中を覗かれたような気がしたほどだ。蒸気機関車を作る人は、どうすべきかを考えて欲しい。機関車は無音で走行すべしという前提は、必要なことだと思う。
ゆっくり走ることに執着を見せる人は案外いると思うのですが、相変わらずトルクアームもなければ継手はゴムチューブでギアも市販品の良いとはいえないものを使い、ギア比を大きくしたりモーターの回転数の低いものを使うなど小手先の怪しい工夫に終始している人が大半のように思います。
また、確かに低速はそれなりに効くけれど高速になるとやかましいというパターンも多いように思います。
�．�ヤボックスを支えないで走らせるということが、いかに無謀なことなのかを理解していない人が多過ぎる。しばらく前にHO用の高効率ギヤを頒布した時に六角ジョイントも同時に頒布した。
「バックさせた時にギヤボックスが前に抜けて驚いた。」と書いて来た人が居た。トルクアームの必要性をそれまで感じていなかった訳である。ギヤボックスを浮動させ、トルクだけを取り出すという考えが無かったわけだ。
��ゴムチューブという前世紀の遺物をいまだに使っている人が多い。どんな理論武装をしても良いわけがない。しかしやめようとしない人が多い。どの程度駄目なのかという客観的なデータが欲しい。
��「高効率ギヤを一度でも使えば、もう他の方法は使えなくなる。」というコメントを沢山戴いている。薄型もできたので、試されるとよい。
�ぅ�ヤ比を大きくして低速を利かせようというのは、昔からある発想だ。まともなギヤは少ないので、決して良い方法ではない。高速になるとひどい騒音を発する。高効率ギヤとコアレス・モータを使えば直ちに解決する。高効率ギヤについて、いまだにギヤ比が低いうんぬんを言う人が居るらしいが、いくらでも低速が利くことを体験していないからだろう。
一読者氏のコメントにも驚いた。筆者の頭の中を覗かれたような気がしたほどだ。蒸気機関車を作る人は、どうすべきかを考えて欲しい。機関車は無音で走行すべしという前提は、必要なことだと思う。
2022年08月05日
ラージ・エンジン・ポリシー
表題の言葉を使おうと、何回か思ったことがあるが、今まで控えてきた。
この言葉が英語であるのか、和製英語であるのかが今だにわからないからだ。I田氏が使っているのを見て、それほど違和感を感じないので、今回は使ってみることにする。
この言葉は高木宏之氏の著作にたくさん出てくる。大きなボイラを持つ機関車を使うと、運転も保守も楽であるということを、繰り返し述べている。車も、アメリカの大排気量の車の運転は、実に楽である。
井上 豊氏も同様のことを言った。
「C62になって楽になった。C59ではギリギリだった。ほんの少しの余裕があるだけで、こんなに違うものか。」
と思ったそうである。
筆者が最初に作った4-8-4は当時最大級のコアレスモータを用い、低ギヤ比にして効率を稼いだ。ギヤ比は低いほど伝達効率が大きいというのは常識である。同じギヤを使っても小動輪の貨物機関車の効率は低い。同速度でもモータの回転が多いからだ。
そういう意味では大動輪の4-8-4のエネルギィ伝達効率はすこぶる高い。今でも50％以上をマークする。
もう一つの秘密は、主動輪のクランクピンには複列のボールベアリングが入っていることだ。これだけでも10％弱の差が生じる。寒いときに高速で重負荷を掛けて走らせると、貨物機のこの部分が温かくなるのが分かるのだ。
筆者は犬に馬車を牽かせるのには反対である。なるべく大きなモータを入れたい。むしろそんなことより、牽かれる物の責任を追求するほうが、生産的である。
この言葉が英語であるのか、和製英語であるのかが今だにわからないからだ。I田氏が使っているのを見て、それほど違和感を感じないので、今回は使ってみることにする。
この言葉は高木宏之氏の著作にたくさん出てくる。大きなボイラを持つ機関車を使うと、運転も保守も楽であるということを、繰り返し述べている。車も、アメリカの大排気量の車の運転は、実に楽である。
井上 豊氏も同様のことを言った。
「C62になって楽になった。C59ではギリギリだった。ほんの少しの余裕があるだけで、こんなに違うものか。」
と思ったそうである。
筆者が最初に作った4-8-4は当時最大級のコアレスモータを用い、低ギヤ比にして効率を稼いだ。ギヤ比は低いほど伝達効率が大きいというのは常識である。同じギヤを使っても小動輪の貨物機関車の効率は低い。同速度でもモータの回転が多いからだ。
そういう意味では大動輪の4-8-4のエネルギィ伝達効率はすこぶる高い。今でも50％以上をマークする。
もう一つの秘密は、主動輪のクランクピンには複列のボールベアリングが入っていることだ。これだけでも10％弱の差が生じる。寒いときに高速で重負荷を掛けて走らせると、貨物機のこの部分が温かくなるのが分かるのだ。
筆者は犬に馬車を牽かせるのには反対である。なるべく大きなモータを入れたい。むしろそんなことより、牽かれる物の責任を追求するほうが、生産的である。
2021年06月25日
M10000の駆動方式
駆動台車の車軸には、新設計の3条ウォームギヤを装着した。新規発注のホブによる進み角21度の高性能ギヤである。これは希望者が多くなってきたので、いずれ頒布するつもりだ。HO用もある。現在ギヤボックスの試作中である。上の角はトルクアーム取付用である。必要がなければ切り落とす。 2つのドライヴ・シャフトを共通にして一本にすれば、反トルクはお互いに乗り掛かって、一挙に解決だ。普通の模型はそうなっている。先に述べた折れるドライヴ・シャフトは実に愚かな発想で、何が言いたいのかわからない。試作時に駄目だということがわからなかったのだろうか。そういう人たちが設計していたのでは性能の向上は全く見込めない。
自分で設計した台車なら、ウォームギヤの位置を決めて固定すればできあがりだが、この台車は怪しいロストワックス鋳物で軸距離が正確とは言えない。こういう場合はドライブシャフトを分割して、パイプで結び、ロックタイトで留める。台車にはめて、固まるまで、ごろごろと転がしていると間違いが無い。ほんの1分ほどの間である。
ユニヴァーサル・ジョイントはやや高級なものを使った。どこで求めたのかは忘れたが、ラジコン用である。片方がΦ2、他方がΦ2.5であった。位相は正しく、その位相でしか組めないようになっているのは素晴らしい。ラジコン屋で売っているユニヴァーサル・ジョイントは9割方、位相が間違っている。
モータはEscapの18M61である。もう購入してから30年近く経つ。これは、このサイズで当時世界最大のトルクを持つものであった。希土類磁石を使っている。
Old Black Joeに使った。40ft の標準貨車12輌（4.2 kg）を牽いて1.56％の坂をらくらく登る。
2006年11月27日
モータの能力を限界まで使う
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から、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った。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。想像以上だったようで、家中飛び回って喜びを示された。
「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。工学部に行ったこともなく、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。
2006年11月18日
海外での反響
日本ではあまり反響がなかった。しかし、合葉博治氏が直接電話して来られ、歯車とモータの諸元を知らせよとおっしゃったので、Faxで送った。ご自宅に伺い、走行を見せたところ、驚嘆された。その後すぐ京王プラザホテルで会うことになった。氏は工学者としての観点からの感想を述べられ、「将来は、世界中の鉄道模型のスタンダードとなるであろう。」という予言を戴いた。発表した歯車について効率を計算したデータを持って来られた。「ギヤは効率の高い部分を選んである。しかもモータの特性がこの機関車の要求に合っている」とお褒めの言葉を戴いた。「あなたは工学部出身か？」と聞かれた。「いや、門前の小僧です。」と言うと、ずいぶん驚かれた。「この歯車とモータの組み合わせを、世界中に広めるお手伝いをさせて戴く。」と約束されたが、その直後に病魔に斃れられた。海外での評判は熱狂的であった。世界中から、称賛の手紙を戴いた。フランスからは、英仏ごちゃ混ぜの凄まじい手紙が来た。ドイツからはまともな英語の手紙が来た。もちろんアメリカ、イギリスからもたくさん来た。
雑誌の発表と相前後して、祖父江氏を案内してミルウォーキのNMRAのコンヴェンションに参加した。２台の4-8-4を同一のレイル上に置いて、片方を押せばもう一方がその発電した電力で走り出す。このデモンストレイションで、人気を博し、地元のテレビも取材に来た。
その様子をじっと見ていた人がいた。AJINの趙南達(チョーナンダル)氏であった。「すばらしいデモンストレイションだ。これは世界中に広めるべきアイデアである。」と話し掛けてきた。
趙氏はその後、技術指導を仰ぎに来た。何回か韓国に出向き３条ウォームの製作指導をした。しかしその結果は思わしいものではなかった。
不思議なことに、私が手取り足取りして教えた社員はその次に行くと姿が見えないのである。そんなことが3回ぐらいあって、ようやく気がついた。彼らは筆者から得たノウハウを持って、ライヴァルのサムホンサなどに就職したのだった。
しばらくすると押して動く機関車がサムホンサから出てきた。
アメリカ人の友達が電話を掛けてきて「お前のアイデアは高く売れたのか？」と聞く。「盗まれたんだよ」と言うと「やっぱりな。うまく動かないよ。」と言った。筆者はその時点で100％のノウハウは伝えてなかったのであった。
AJINはヨーロッパ市場向けの製品に搭載したようだ。これは確実に作動したという。
2006年11月16日
試作
左から順に、1条、2条、3条のウォーム
しばらくして祖父江氏の工房を訪ねたとき、「こんなものがある。」と言って小さなギヤボックスを見せてくれた。「モリコーといってね、昭和20年代の終わり頃、こんなギヤを出していたんだよ。」
それは、まさに頭の中で考えていたものであった。ただ、スラストベアリングがなく、ちゃちな板金のギヤボックス内に、小さなベアリングの玉がむき出しで入っていて、カラカラと音を立てて廻る玩具っぽいギヤであった。ウォームは２条で細く作られ、進み角は15度くらいであった。
これを厚板または鋳物で作ったギヤボックスに入れ、もっと進み角を大きくして、スラストベアリングを装備すれば完成する。
祖父江氏もまた同じことを考えていたのだ。「ディーゼル機関車用の13：2というギヤに、よく油を注せば動くんじゃないか？」という。そこで３条ウォームの話を持ち出した。
「ギヤ比は互いに素にして、細いウォームを作り、潤滑剤は二硫化モリブデン、スラスト・ベアリング装備にすれば完璧ですよ。」
祖父江氏は大満足であった。もやもやとした考えがはっきりとした形になったのだ。早速、歯車屋に注文した。「歯車屋は動くもんか。」と言った。「動いたらタダにしてやらあ。」とまで言った（実際タダになった）。
その２ヵ月後、祖父江氏から電話があり、ギヤボックスの試作品ができたという。「動くけど動きが思ったより渋い。どうしたらよいだろう。」と言う。
見ると、普通のグリースを使っていた。よく溶剤で洗ってから、持って行った軟らかい二硫化モリブデンを塗った。すばらしい動きであった。祖父江氏は感動していた。「何であんたこんな潤滑法を知ってんだ？」
2006年11月15日
コアレスモータとの出会い
そうこうしているうちに、祖父江欣平氏の工房を訪ねることがあった。祖父江氏は滑らかな運転が可能な駆動装置を長年追求されていて、双方向クラッチも試作されていたのだ。のちに、このクラッチは井上豊氏の記事で紹介された。そこで、コアレスモータを見せてくれた。氏は「模型クラブの会合で見せてもらったから、買った」と嬉しそうに見せてくれたのだ。これぞ探していたモータだ。鉄心がないから、マグネットの吸着もない。要するにコッギングがない。今思えば、内野日出男氏に見せてもらったのだろうと思われる。内野氏は1971年にLongnecker氏からコアレスモータを貰ったそうだ。
逆駆動が簡単にできる。筆者も小さいものを二つ買ってみて、そのリード線を直列につないで片方の軸を廻してみた。なんともう一つのモータの軸も回転するではないか。効率が90％近いとこういうことが起こるのかと、感心した。
仕様書を読み解き、自分の機関車に適合するかどうかを調べた。ギヤ比は何とかなるが、出力が足らない。当時の手持ちの貨車40輌を引き出すのに必要な力を測定すると、起動できることは分かったが、3％の勾配はとても登れないことが分かった。
仕様書を見ていくと、かなり大きいのが見つかった。捲線の多い低回転モータで、12 Vでの無負荷回転数が5400rpm、トルクが106 mNmと大きいものである。負荷を掛けたときの回転の落ち方も少ないものであった。価格は目の玉が飛び出るほど高かったが、満足のいくものであった。これを使えば、いつか逆駆動ができるギヤができたとき、押して動く機関車ができることになる。
コアレスモータを扱う商社で、いったいどんな顧客がいるのか聞いてみた。最大のお得意様は防衛関係だという。ミサイルの制御システムは応答が速くなければならないので、慣性モーメントの小さいコアレスモータが求められるというのだ。
二番目のお得意様はと聞くと「それは貴方だ。」という。今まで何人か来たけど、10台以上買った客は貴方しかいないという。
しばらくはその地位を守っていたそうだ。
余談だが、ロールスロイスのエアコンの風向きを変えるフィンを左右に首を振らせるモータが、その会社のコアレスモータだったと教えてくれた人がある。
