HOME >> 鉄道模型工学 > 鉄道模型工学概論 動力特性の理論と測定

鉄道模型工学概論 動力特性の理論と測定

 はじめに

 Nゲージの鉄道模型を始めたころ、不思議な現象に出会った。 40パーミルの下り坂に入った所で、500系新幹線の車両が、“ギュー”と鳴くような音を出して通り過ぎるのである。 動きもやや不自然であった。 R280のカーブが原因なのかなとも思っていたが、S字カーブの後半ではその現象が見られなかった。

 また、さる鉄道模型のブログを閲覧しているとき、SLの重連時のギクシャク運転の話題が記載されていた。 鉄道模型では、機関車など2台以上で連結して運転する場合には、2台のスピードを合わせる必要があるとのことであった。

 ここで、疑問が湧いてきた。 実際の鉄道では、複数のモータを使用することは常識的に使われている。 500系新幹線では、16両全車両が動力車であり、各輪にモータが使用されているとすると、16×4=64個のモータが一斉に回っていることになる。 VVVFなる高度な制御が行われているためだろうか?  いや、制御技術が未熟であった昔から、複数のモータを使うことは行われているはずであり、制御に頼ることなく各モータはギクシャクせずに駆動しているはずである。

 それではなぜ、鉄道模型ではギクシャクするのだろうか?

 また、あるとき、鉄道模型のブレーキはどうなっているのかなと思う時があった。 ブレーキ付きの車両なんて聞いたことが無い。 しかし、動力車に於いては坂道では止まったままである。 構造を見ればすぐに納得である。 ウォームギヤを使っているからである。 そして、このウォームギヤがギクシャク運転の犯人ではないのかなと思うようになった。 実際の鉄道では使用されていないウォームギヤが鉄道模型では使用されているからである。

 なにか面白そうな現象が見つかりそうな気がして、資料を探しながら、また、自分で測定しながら、この “ なぜ、鉄道模型ではギクシャクするのだろうか? ” という疑問を追及してきた。

 あくまで、ホビーとしての範疇であるため、充分な調査はできないが、知恵と工夫を駆使しながら、工作と探究心を楽しんできた。

 **********  改訂版について ***********    

 測定データが蓄積されるにつれて、当初から気にしていた図12で示した電流・電圧特性について、やはり速度に比例する損失項が必要と判断するに至った。 このため、式全体を見直し、式(6)に示すように修正することにした。
                                                          ( 2011年2月21日)

 ***************************************  

 目  次

 §1    動力特性の基本式
   §1.1   上り坂
   §1.2   下り坂
   §1.3   減速機
   §1.4   モータ特性
   §1.5    車両特性
   §1.6    牽引力・車速特性について (平坦路走行)
   §1.7    牽引力・電流特性について (平坦路走行)
   §1.8    車速・電圧特性について (平坦路・単機走行)
   §1.9    電流・電圧特性について (平坦路・単機走行)
   §1.10   電流・電圧特性について (モータ単品状態)

 §2   動力特性の測定方法
   §2.1   鉄道における実車両の定置試験方法
   §2.2   模型における定置試験方法
   §2.3   定置実験装置の検討
   §2.4   定置実験装置の製作
   §2.5   定置実験装置の計測機器
   §2.6   定置実験装置での測定方法

 §3   動力特性の測定結果と考察
   §3.1   測定データ
   §3.2   考察

 §4  まとめ

 

  余談集 その1