鉄道模型工学　μ特性を測定しよう　ウォームギヤーボックスの細工

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鉄道模型工学　μ特性を測定しよう　ウォームギヤーボックスの細工

　 μ特性を測定するための装置を作っています。その要となるウォームギヤー式の減速装置に、モータの回転数を計測するセンサを取り付けました。

■ ウォームギヤー式の減速装置

　ウォームギヤー式の減速装置としては、以前にも購入し減速機として使用したことがあります。今回もそれと同じ物を入手しました。下左の写真に示すタミヤのテクニクラフトシリーズNo.４ ウォームギヤーボックスHE です。

　まず、このキットを組付け、本当に負け組の制御用に使用できるのか、先回と同じテストを実施しました。「μ特性を測定しよう　測定装置の検討」（2025/8/30）を参照ください。実験層の様子を下右に示します。

　なかなか上手くいきますね！　問題ないようです。

　100グラムの錘を付けて回転数を変化させていますが、そのスピードは制御出来ています。負け組の制御が問題なく実施することが出来ますね。

■ モータの回転部を作る

　モータの回転を検出するために、白黒のマーキングを実施する部分を工作しました。減速部の中を覗いてそのスペースを探しましたが、ウォームギヤの根本部分にしかスペースが無いことを確認しました。でも、どうやってマーキングを実施する円筒部を作るか、・・・これがなかなかの工作です。

　そこで、工作ストック品の中から、小型の歯車で幅の広い部品を探した。すると右の写真の様な特殊歯車を見つけた。何時、どの様な目的で入手したかは、記憶にも記録にも無かった。いくつかの歯車のうち、サイズ的に適合する外径がφ13mm の部品を選定したが、内径がウォームギヤのハブ部の径に合わなかったので、広げる工作を実施した。ボス部の長さも削った。

　そして、ウォームギアのボス部にはめ込み、そのウォームギヤをモータ軸に圧入した。外径部の幅がせまかったので、白いMTテープを巻き付け、最後にアクリル絵具で白黒のマーキングを実施した。１回転当たり２回の白黒が出るように描いた。

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　ここで、パルス数の計算をしておこう。

　動力車モデルとして一般的な KATO製の EF65-1124号機を例にする。EF65-1000 24系ブルートレイン４両セット（セット品番：10-015）の2000年製の機関車である。

　駆動系ギヤ比：19.0　　動輪直径：7.4mm である。この車両は、2014年12月28日と2020年10月9日に動力特性を測定している。すべり率を測定するためのモータ回転数検出は、１回転当たり２回の白黒マーキングを実施していた。　このモデルをスケールスピード50Km/h にて走行させると、モータの回転数は　Nm＝50×1000×1000×19／（150×60×60×7.4×π）＝75.7rps　となる。即ち、1秒間に76回転していることになり、パルスはその2倍の151回／秒 出ることになる。

　一方で、巻き取り装置側の場合も計算しよう。巻き取り装置のドラム径は、φ48ｍｍ、減速機のギヤ比は 216 なのでモータの回転数は Nm'＝50×1000×1000×216／（150×60×60×48×π）＝132.7rps　となる。即ち、1秒間に 133 回転していることになる。モデルの機関車のパルスと同程度であるが、1回転当たり２パルスの設定にしておくこととする。即ち 265回／秒のパルスが出ることになる。

■ モータ回転数を検出するセンサの工作

　このギヤーボックスにはエンコーダが付いていませんので、工作する必要があります。回転部の工作は上記で実施済ですが、センサ部を新たに工作しました。

　センサ本体は工作実績のある「フォトリフレクタ（反射タイプ） TPR-105F 」を使用します。工作例は、「小型のターンテーブル式実験装置を作ろう　電子機器類の工作」（2023/9/23）などを参照してください。センサを取り付ける基盤は、16ホールユニバーサル基盤（2.54ｍｍ）を使用しました。スルーホール両面基盤で、10mm×10mmの大きさです。