Nゲージレイアウト国鉄露太本線建設記

運転よりシナリー重視コンセプトで、昭和40年代後半の風景再現を目指しレイアウトを製作中です。映像・画像を交えながら、製作記に加え、随想や旅行記も発信します。2016年9月より延伸線建設に着手しました。

ポイント切替電気講座⑧KATOその2

前回の続きです。 今回はストレージオシロ波形は出ませんのでご安心を(笑)


1.KATOソレノイド実効電流の測定

KATOハイパーD出力電圧を可変し、ソレノイド電流を変化させて実効電流下限値を測定します。 TOMIX試験用には新品スイッチ調達しましたが、デジタルストレージオシロで散財したので、経年劣化がない中山平駅連動ポイントスイッチを流用しました。

試験結果は以上で、345mAで全く動かなかったのが、わずか2.9%多い360mAで完全動作するデジタル的結果になりました、TOMIXとは随分様子が違います。

TOMIXは0.9Aで全く動かず、完全動作の1.1Aまで22%電流を増やす必要がありました、その間は動作したりしなかったりの不安定領域です。 何でそんなに違うのか?、例え話で説明しますので両社ポイントスイッチON時間を思い出してください。

トラックに綱を結んで引っ張り動かすには1,000の力が必要です。 KATOチームは力が揃っており63-70(msec)なので14人では無理ですが16人なら確実に動きます。 一方TOMIXチームは力がバラバラ30-100(msec)です。 9人では無理、10-33人で動いたり動かなかったり、100%確実に動かすには理論上34人必要です。


2.確実動作ON時間の考察
2-1.露太本線使用実績について

実効電流測定結果と露太本線使用実績を電流グラフ上に表しました。 ON時間は中間値66msecを使いました。 ポイント切替動作時電圧10Vの露太本線は、パワーパック切替出力13.95Vに比較し40%の実効パワーで動作させていた事が解ります。


露太本線ではこれまで3ヶ所の4番ポイントを交換しています、故障モードはソレノイドが動作してもトングレールが完全に切り替わらない状態でした、つまり電気的故障でなく機械的故障です。 塗料侵入による切替抵抗増が原因と判断しましたが、駆動電圧を高くして切替パワーを上げれば改善した可能性があったと現在は考えています。

車の発進加速に例えれば、40%トルクで大幅に出遅れ、KATOポイント切替スイッチON時間設計マージンに助けられ、これまで切替不良を免れてきた事になります。 それでも動作してきた使用実績は、確実動作ON時間を考察する際の有用なヒントになります。

①たった1回の両渡り線43msec/9.6V切替実績を13.95V換算すると14.6msecです。
 ・・・これは実力余裕で動いたに過ぎず信頼性に欠け使えません。
②66msec/10Vの安定動作実績を13.95V換算すると26.5msecです。
 ・・・筆者ミスの使用実績で、KATOが100%保証できる条件かどうか疑問です。


このままでは先に進まないので、動作マージン設計手法から推察します。


2-2.設計者が考える動作マージン設計手法
筆者がKATO設計者だったら
設計前提条件は以下3点です。
①ポイントソレノイド確実動作ON時間Xmsec。
②ポイントスイッチ基本機構はON時間初期値が10%バラつく。
③耐久試験結果によると、経年劣化でON時間は長短双方に拡大し2倍バラつく。


ポイントスイッチON時間を短く設計すると、ソレノイド寿命は伸びるが経年劣化で確実に切り替わらないリスクが高くなる。 逆に長く設計すると動作確実性は高いが、ソレノイド寿命=ポイント寿命⇒ポイント交換になり、それは何としても避けたい。

中間にある最適解を求める公式はなく、良く言えば設計センス、有体はKKD(経験と勘と度胸)で決めます。 筆者ならエイヤッと2X、経年劣化しても1.3X~2.6X、実力余裕で0.5Xまで動くし、露太本線の様な電源電圧勘違いユーザーが居てもクレーム頻発や悪い評判が立つ事はあるまい、それよりポイント寿命を優先する、ってな具合です。


ここでは筆者の勘2X、33msecとして設計を進めます。 TOMIXは10msec、何でKATOは33msecなの?、筆者には答えられません。 最終的に確実動作を決めるのは磁力で、「電流」「巻線数」「巻線密度」「透磁率」で決まりますがデータ不足です。


またKATOとTOMIXはソレノイド構造が異なり、必要磁力も異なります。 ここは単純化して、技術的には正確ではありませんが、TOMIXの半分弱の電流で動かすKATOは長いON時間が必要と考えていただいて結構です。(突っ込まないでください)


3.KATO推奨回路の設計
3-1.使用電源選定
本講座⑤で解説した様に、コンデンサポイント切替を純正マシン電圧で行うと必ずパワー不足になります。 TOMIX推奨回路では13.3%高い13.6V電源を使いました、KATOでは14.7%高い16V電源を使います。

商品名: ACアダプター 16V/3.75A
商品コード: M-10664
価格: ¥1,700
秋月電子通商扱い16V仕様ACアダプターは選択肢が少なく推奨品はこれです、両渡り線ソレノイド4個入りでも余裕で切替可能です。 両渡り線を使用されない方は他の市販16V/1.6A以上が使えます、詳細は次項をご確認ください。


3-2.動作電流波形

16V/2200μFコンデンサ切替の電流波形はこの様になります。 純正ポイントスイッチとの関係はTOMIXとほぼ同じ、スタートダッシュターボで後半のトルク低下を補い、結果的に純正ポイント切替と同等の切替性能を発揮します。


KATOコンデンサポイント切替で注意すべき点があります、ポイントから出ている制御線が2本でもソレノイドが1個とは限りません。 両渡り線4個、片渡り線とダブルスリップは多分2個と推定されます、必ず制御線間の抵抗値をテスターで計測してください。
★20.4Ω・・・ソレノイド1個
★10.2Ω・・・ソレノイド2個
★5.1Ω・・・ソレノイド4個

ソレノイド4個入り両渡り線を16V/2200μF切替時の電流波形はこの様になり、例え切り替わったとしてもパワー不足で確実性が低くなります。 2200μF4本並列に接続すれば、上図と同じ波形になります。 ソレノイド1個につき2200μFとお考えください。


Pecoは『親爺ぃさん』『がおう☆さん』から提供を受けた実績データが揃ってますが、大電流可変電源が実験に必要でON時間計測が難しくどう進めるか思案中です。


★那珂湊おさかな市場:9月4日(月)

9月3日は法事で茨城へ、日帰り600kmドライブはしんどいので水戸で宿泊、翌4日那珂湊『おさかな市場』へ寄って帰る事にしました。 信州の山中に住んでいると年数回新鮮な海の幸が恋しくなります。 夏休み後の平日朝9時過ぎにしてはそこそこの人出です。

贈答用干物セットのクール便手配をしてからブラブラ、年2回の旬を迎えたアサリが目に止まりました。 上底なしの中盥に1杯、酒蒸しにして2人で4回分はあります、アサリは冷凍すると美味しくなる、という事でお買い上げ。


信州発買い出しツアー目的地、新潟寺泊、富山氷見、静岡焼津は新鮮だけどお値段高め、でもここ安い、浜でしかお目にかかれない魚や、珍しい干物に何度も引っ掛かる。

で結局今回目玉は、岩ガキに替わりシーズンインの生カキ、形の良いのが5-6個¥800、それが2パック¥1,000にクラっときました。 そろそろ11時、せっかくだから早お昼に海鮮丼食べて帰ろうと思ったが、8時半に朝食したばかりです。 ボリューム満点海鮮丼¥1,500は納得価格だけど半分食べられるかどうか・・・。

と、目に止まったのが「ランチ丼」の看板、浜の味ならそれも良かろうと注文し出てきたのがコレ、わたり蟹の味噌汁と丁度良いサイズの海鮮丼で¥800、十分海の幸を堪能できました。 北関東道、常磐道、中央道で4時間少々、陽のある内に帰着しました。


ではまた。

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