HOME >> 鉄道模型工学 目次

 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。 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。 なんで? と。
 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、これらの疑問を追及してきた。

鉄道模型工学 概論

 現象を理解するには、その状態を解析する必要がある。 その理解を深めるために工学的観点から追求してみる。

■ 動力特性の理論

■ 動力特性の理論 補足

■ 動力特性のモデル化

■ 重連特性 (2011.4.23)

 

鉄道模型工学 雑学 その2

抗力係数に注目して解析する (2018/8/21)
先に報告した「コアレスモータを搭載したKATO製のSLシリーズ」(2018/8/12) を検討中に、 この方法では摩擦損失の中の抗力項を簡単に求めることが困難であることに気が付いた。 そこで、昔の考え方に振り返って再検討した。
新解析法の修正 (2018/8/6)
先に報告した「速度項を見直した新解析法の検証」の後、幾つかの測定データを整理すぬ中で明らかとなった内容を修正する。抗力項の考え方を整理し、動輪軸側の摩擦トルクの式を1次式に近似する式に変更した。
速度項を見直した新解析法の検証 (2018/5/23)
先回の報告で述べたように、速度項に関する新たな知見を得る事が出来たので、この考えを取り入れて動力特性を表すモデルを修正するkとにした。 そして、そのモデルを使って、C59-123号機の測定データと比較し、モデルのマッチング具合を検証してみよう。
■ C59-123号機の空転特性の測定 (2018/5/22)
必要となった追加実験として、動力車を負荷をかけない空転状態にし、動輪やギヤなどを外して行き、その時のモータ電流を測定するものである。 これによって、速度項の様子がわかって来たので、その結果を報告する。
■ 新解析法によるC59号機のデータ解析 (2018/5/17)
今回はC59号機のデータを使って、新たな解析法で実施し、問題点を洗い出すことにした。 このため、先回報告した「C59号機のデータを使っての解析検討」で中断していた解析を、新たな方法を使用して再開した。
■ 新解析法の検討 (2018/5/16)
動力特性はウォームギヤの歯面のねじれ角が大きく寄与していることが予想されたので、今まで進めてきた車両モデルの構成を見直し、新たにウォームギヤの歯面に注目したモデル化試みた。
■ C59号機のデータを使っての解析検討 (2018/5/15)
先回はスリップ率データの整理と、KATO製コアレスモータのモデルの定数として活用するためにデータの整理と平均的特性値を求めた。 今回は、これらのデータを使用して、特性解析を実施することにした。 すると今まで配慮していなかった事実を発見し、モデル解析の再検討も必要となったのである。

鉄道模型工学 雑学 その1

■ KATOのコアレスモータのデーをタ整理 (2018/5/13)
今回は蒸気機関車用モータの本命と目されるKATO製コアレスモータについて整理し、このモータの平均的特性値を求めて、モデルの定数として活用することにする。
■ スリップ率を整理する (2018/5/11)
中断していた動力特性の解析を再開することにした。 新たに得られた測定項目を生かすべく、車両モデルや解析法も見直すことにした。 まず、手始めに最新測定データであるC59-123号機のデータを使ってその作業を開始し、今回は、まずモータ回転数を使ってのスリップ率データを整理する事にした。
■ トラクション・タイヤの有無を比較する (新) (2016/2/28)
スリップ率の測定にある程度の確信が持てるようになったので、以前からねらっていたトラクション・タイヤの効果を数値化することに挑戦した。1年前のデータと今回のデータを比べてみると、より詳しく測定できていたので、自信をもってここに報告しよう。
■ トラクション・タイヤの有無を比較する (解析) (2015/1/12)
新たに測定可能となったモータ回転数をもとに、動輪のスリップ率を計算し、トラクションタイヤの有無に依る特性の差異を検討してみることにした。 今回は測定されたデータをもとに、データやグラフを加工して、解析してみた。 そしてμカーブを求める事が出来たが、なんと右上がりのデータなのである・・・・・・!
■ トラクション・タイヤの有無を比較する (測定データ) (2015/1/10) 
新たに測定可能となったモータ回転数をもとに、動輪のスリップ率を計算し、トラクションタイヤの有無に依る特性の差異を検討してみることにした。
■ 電圧降下量について考察する (2014/12/30)
無線通信などを使用した測定方法の工夫により電圧降下量が測定出来るようになった。 この動力車における電圧降下は、動力車の速度低下やギクシャクとした動き、さらに前照灯のちらつきなどで経験されている現象であるが、レールや車輪の汚れなど以外の要因があるのではないかと疑っている。 そこで、この電圧降下量の実体を探ってみよう。
■ スリップ率について考察する (2014/12/25)
走行中の動力車のモータ端子電圧か、モータ回転数のどちらかでも計測出来れば、解析の精度が向上するのだがと考えていたが、無線通信と赤外線通信を使用した測定方法の工夫により測定出来るようになった。 そこで、新たに測定可能となったスリップ率について、“鉄道模型工学”の観点から考察してみることにしよう。

動力特性の測定の自動化 その1

自動測定システムを構築していく過程を報告しよう。 電子回路の素人が始めたホビー工作であるので、ゴールにたどり着けるかどうかは不明であるが、失敗談も積極的に記載しますので、参考になれば幸いです。

■ 目次

1) システム構想と回路図 (2013.3.4)
自動測定システムのイメージ、 必要となる知識、 システムの構成、
回路図の作製、 部品の発注

2) Arduino を使う (2013.3.5)
ノートパソコンが使えない、  Arduinoを使ってみる、
オペアンプを使って見る、 ユニバーサル基板の工作

3) 電圧・電流測定ユニットの製作 (2013.3.6)
電圧・電流測定ユニットの製作、メインユニットの製作、シールドのテスト
電圧・電流ユニットの機能テスト、Excel へのデータの取り込み、
Excel のデータ処理、作動状態

4) 電圧・電流測定ユニットの不思議な振動 (2013.3.8)
電圧・電流測定ユニットの問題、原因の推定、回路の検討、
電圧値と電流値の校正

5) 車速測定ユニットの製作 (2013.3.12)
車速測定ユニットの構想、 車速測定ユニットの製作、電気工作、

6) 測定台への組付け (2013.3.13) 
測定台への組付け、プログラムの修正、試験走行

7) 傾斜角測定ユニットの製作 (2013.3.18)
傾斜角測定ユニットの製作、測定台への取付、 回路部の作成、
傾斜角測定の較正作業

8) 牽引力特性の測定 (2013.3.20)
牽引力特性の測定準備、試験走行、暖機運転への対応、
動力特性の測定、おわりに   (完)

 動力特性の測定の自動化 その2

その後の改良や区切りがついた内容毎に報告していきます。

■ 安定化電源の使用 (2013.6.8)
動力特性の測定の自動化システムにおいて、改善を要する点の一つとして、電源電圧の不安定性があった。 そこでアマチュア無線などで使用している「直流安定化電源」なるものを入手することが出来たので、この装置を使ってみる事にした。
■ 回路の修正 (2013.5.24)
「トランジスタ技術 2013年4月号」には電子回路の見方・読み方・作り方の特集が記載されている。 そこでここに記載されているOPアンプの使い方のチェックリストをもとに、今回製作した電子回路を手直しした。
■ 牽引力特性の測定 (2013.3.20)
自動測定システムが完成したので、その仕上げ作業とテスト状況を報告する。そして、なんと、たどり着いて結論は、鉄道模型は精密機器ではないと言うことである?
■ 傾斜角測定ユニットの製作 (2013.3.18)
傾斜台式牽引力測定装置の要となる傾斜角検出ユニットを作成し、較正作業を実施した。 角度検出の精度と直進性には充分満足している。

 

 

 

動力特性の測定の自動化 その3

内容毎の報告の続きです。

 
■ 測定台への組付け (2013.3.13) 
各測定ユニットが完成したので、測定台にそれぞれを組付け、機能テストを兼ねて模型車両を走らせた。 みごと自動計測は作動した。 ヤッタゼベービ!
 
■ 車速測定ユニットの製作 (2013.3.12) 
自動化の重要な要素となる車速測定ユニットを、フォトICダイオードを使用して製作した。
■ 電圧・電流測定ユニットの不思議な振動 (2013.3.8) 
Excel が受信したデータには、テスターで計測した値とかけ離れた値を表示する場合が多くあり、その原因と対策を検討しました。
■ 電圧・電流測定ユニットの製作 (2013.3.6) 
電圧・電流測定ユニットとメインユニットを製作。 パソコンとの通信により、電圧と電流の測定データをExcel に取り込むが、しかし・・・・・・・・・・・。
■ Arduino を使う (2013.3.5) 
発注していた部品が届いたので、まずは使ってみる事にした。 しかし、作動させるまでが、モタモタしてしまった。ブレッドボードを使ってオペアンプを始めて使う。
■ システム構想と回路図 (2013.3.4) 
イメージから始めた自動化システムの構想の煮詰めと、回路図にまで落とした構成内容を紹介する。  参考にした書籍等も述べる。 そして部品の発注まで実施。

 

 

 鉄道模型工学 実験装置

 実際の現象を観察・把握するために鉄道模型車両の動力特性を測定する定置実験装置を製作する。

■ 傾斜台のさらなる改良 (2013.2.16)
鉄道模型工学の要となる性能測定装置について、改善と工夫を積み重ねて来ましたが、なんとか安定的に計測出来る装置となってきました。 しかし改善点もいくつかあり、さらなる改良を実施した。
■ 傾斜台の改良 (2011.9.15)
傾斜台のリフト装置の改良によって、傾斜設定が連続的に操作できるようになり、最大牽引側から最大制動側まで、連続して測定することが出来ると共に、測定作業の能率アップも可能となった。
■ 傾斜台式測定法 (2011.8.13)
悩んでいた速度計測の問題がいっぺんに解決してしまった。理化学ショップの簡易速度計測器である。この速度計を用いて傾斜台による測定法をトライした。 
■ 円盤式傾斜台を使用した測定方法 (2011.8.2)
円盤を強制的に回転する方法の見直しとして、傾斜を利用して車両の負荷を掛ける方法を考えられる。車両に掛る負荷に応じて、車両自身が速度を決めるので走行上の不安定性が解消されるのではないかと考えた。
■ 定置実験装置の製作 (2010.12.15)
装置は、772×912 mm の大きさで、回転円盤はベニヤ板を円形に切り抜き、KATO製のユニトラック曲線線路構成させた。円盤はギヤードモータで強制回転させ、回転数を計測すると共に、牽引力は自作の牽引力計で測定する。