TOMIX腕木式信号機の切替制御　その4

2020/10/27 06:00

前回腕木式信号機コンデンサ切替制御開発実験で信号機破損事故を起こし意気消沈気味です、9V電源が手元にあったので実験を開始します。

【月夜の中山平】
新たに設置した従来線南基台のテープLED部分照明は、ストラクチャ照明と同電源別SWでオンオフ可能です。　夜景にしてこの部分照明点灯すると、レイアウト北部が薄っすら明るくなり月夜の雰囲気になりました。

５．切替必要パワー下限値の計測コンデンサ切替編（cont.）
16番用ポイントマシンダミー負荷をTOMIX腕木式信号機に繋ぎ替えます、単動／連動双方あるので単動信号機で試験します。

SW切り替えても腕木式信号機は全く反応しません、また破損？とドキッとしましたが、オシロスコープ切替波形出力見てホッとしました。　ダミー負荷よりソレノイド抵抗が高いので電圧低下がゆっくりになってます。　ピーク9.4Vで切替可能下限電圧の倍近くあっても4.8V以上4.2msecでは切替必要パワーが不足し無反応になってます。

そこで1000μFにもう1個1000μFを並列に付け2000μFにすると、パチパチと百発百中で切り替わりました。　容量2倍で充放電時間2倍が理論値ですが、4.8V以上は4.2msec倍の8.4msecでなく7.8msecでした。　また1000μFでのピーク9.4Vは9.2Vに低下してます。

1000μFと2000μFの間に切替必要パワー下限値容量があると解りました、手持ちコンデンサ組合せで以下容量を計測します。　右下3300μFは今回出番がなさそうです。
◆1800μF：1000μF＋470μF＋330μF　3個並列
◆1660μF：1000μF＋330μF＋330μF　3個並列
◆1470μF：1000μF＋470μF　2個並列
◆1330μF：1000μF＋330μF　2個並列

実験結果は以上の通り、コンデンサ切替式は切替パワーが一定、かつ腕木式信号機はポイントと異なり切替必要パワーが一定で非常に再現性が高く、10回試験全て同じ結果でした。

Peco/KATOポイント切替試験より再現性が高いのには驚かされました。　これはトング等を動かすポイントより負荷が軽く、ソレノイド特性がそのまま出るからと考えられます。

TOMIX腕木式信号機切替時には、可動部永久磁石がソレノイドに引き寄せられて当たる「カチッ」と、リンク／矢羽根動作「チッ」の2種類の音が重なって聞こえます。　上表の様に10/10切替可能でも容量で動作は異なり、切替必要パワー下限値容量1470μFと解りました。

切替必要パワー下限値1470μFの切替波形はピーク9.2V、4.8V以上6msecでした。　偶然の一致かもしれませんが、サイドコネクターポイント切替波形8.58V以上も6msecでした、TOMIX製品ソレノイドは切替可能電圧を6msec以上超えないと応答しない様に見えます。

６．TOMIX推奨条件は適正か？
延伸線仕様決定の前にTOMIX推奨条件を検証します。　本シリーズその1ではTOMIXサイドコネクター切替特性にポイント切替波形を代用しました、実は腕木式信号機切替一度もやってません。　それでは比較評価できないのでTOMIX推奨条件波形観察を実施しました。

固定したTOMIXポイントSW取り外しに手間が掛かり後回しになりました、先に実施してれば破損事故を防げたと思います。

ピーク10.7Vでポイント切替と変わらず、4.8V以上時間は切替必要パワー下限値9V/1470μF時6msecの5倍近い29msecでした。　4.8V以上の切替波形面積（＝有効パワー）は下限値9V/4700μFの6-7倍に達し、かなりオーバーパワー状態と波形からも解ります。

コンデンサ充電エネルギーは高校物理で学習し、以下の式で表されます。　直流駆動で4.8Vだった下限値がコンデンサ切替式は9V/1470μFと解りましたので、この式で比較します。

【コンデンサ充電エネルギー比較】･･･容量はmFで計算してます。
コンデンサ充電エネルギー計算結果は切替必要下限値の4.32倍でした、ソレノイド非作動領域（無効電力）を除いたオーバーパワー度は更に拡大し波形推計で6-7倍です。　ソレノイド巻線仕様等が不明なので推奨条件の信頼性影響は不明です。

4.32倍の数字見て連想したのはギリギリ切替しかできないポイントを力技4倍パワー24Vで捩じ伏せるハイパーポイント電源です、で、筆者結論。

何と言ってもトップメーカー推奨条件なので数百回切替で壊れる事はありません。　ただしハイパーポイント電源自体が応急絆創膏的後出しジャンケン製品で、常に同等か以上のストレスに晒される腕木式信号機が通常工業製品保証並みの寿命5万回以上とは思えません。

当社従来線では6.25倍使用条件で2/8基（ストレスの軽い連動4基除く）破損しました、推定切替回数千回前後です。　TOMIX推奨条件寿命は不明ですが、切替必要パワー下限値の2倍前後（通常設計条件）で使用すれば最低1万回以上の寿命があると筆者は考えてます。

★参考：破損事故時のコンデンサエネルギー
ピーク電流2Aでの断線事故でしたが、1回だけ切り替った動作の検証です、計算すると、1/2ｘ1ｘ12.8ｘ12.8＝81.9で、切替必要パワー下限値62.2を越えてました。

７．延伸線腕木式信号機コンデンサ切替仕様の決定
実験結果とTOMIX推奨条件検証結果に基づき、延伸線腕木式信号機コンデンサ切替仕様を9V/3300μFに決定しました。

9V/3300μF仕様は切替必要パワー下限値の2.25倍です、2700μF/1.84倍の選択もありますが、入手容易なアルミ電解コンデンサはE6シリーズ（10/15/22/33/47/68）で、手持ちがある3300μFを選択しました。　TOMIX推奨条件約半分の充電エネルギー、1/3のストレスでピーク電流も少なく、切替確実性と信頼性バランスを両立する駆動条件だと思います。