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DCC車両の動力に関するメモ [構造・仕組み]

この記事も加筆・修正の可能性あり。 (2016.06.23追記)

6月7日の記事で交流と直流制御の違いを動画にしたけど、俯瞰で見た違いでしかない。
今回はもう少し突っ込んで鉄道模型の世界を自分なりにおさらい。

注意:自分は美術系の大学出で電気の世界とは遠い存在でした。
電気に詳しい方には退屈な内容ですし、読まれる方は真に受けずに参考程度にお願いします。
(毎回書いてますが、間違いの指摘、ツッコミは大歓迎です)

前回の記事でも書いたけどFrog Juicerの動作を見ていて沸いてくる数々の疑問。
そもそも電流とは?電子とは?すべては粒であり波でもある。
シュレーディンガーの猫状態な自分を少しでもはっきりさせたい。
電気に関して「小学校からやり直せ!」と声が聞こえくるので最近基礎から勉強してる。
もちろん鉄道模型を楽しむのに関係はあるけど、知らなくてもまったく問題ない。

これも必要ないけど、モーターの原理からはじめる。

直流モーター(ブラシあり)
・磁石でコイルを挟み磁界から力を得る(フレミングの左手の法則)
・挟むだけではコイルのプラスとマイナスが逆転し行ったり来たりしてしまう
・整流子とブラシを使って電流を流し、同じ方向へ回るようにする
Electric_motor_150px.gif
引用元:Wikipedia 整流子電動機より

交流モーター(誘導モーター)
・磁石で回転磁界を作り、回転子がまわる(アラゴーの円板)
・交流の位相を利用し回転させる
以下の図は三相回転磁界
3phase-rmf-noadd-60f-airopt.gif3-phase_magnetic_field.jpg
引用元:Wikipedia 誘導電動機 回転磁界 より

直流モーター(ブラシあり)は制御がしやすい利点があるがブラシが
接触しているためメンテが必要。(鉄道模型のように小さければほとんど必要ない)
交流モーターはブラシもなく耐久性にすぐれるが逆に制御が難しい。

という事だけど、交流モーターってこういう物と知らなかった。
実際の鉄道のモーターの制御も色々勉強してて楽しいけど今回は無視。
他にDCブラシレスモーターもあるけどこれも無視。

鉄道模型のモーターの主流は直流モーター。
交流三線式のメルクリンも現在デジタル化に伴い直流モーターが主流。
メルクリンが交流モーターを使用していた時、進行方向を反転させるために逆転器というのを
用いていた、最初は模型の所まで行きスイッチを切り替えていたがその後電圧をあげて
スイッチが切り替える事ができるようになり遠隔で進行方向が変えられるようになったそうだ。
Reverse Relayで検索するとオールドメルクリン用にeBayで取引されているのが分かる。

現在メルクリンはデジタル化し交流にデータを乗せデコーダへ命令を送りつつ
直流に変換する。命令を受けたデコーダがパワーパックの役割もしてモーターを駆動する。
これについてはDCCもまったく同じ考え方で、言葉(プロトコル)が違うだけ。
ヨーロッパの製品ではメルクリンとDCCに両対応してる事が多い。
両対応という事からYaasan 様にコメントでHOならレールを安定のメルクリンにし
三線対応のシュー付きのACモデルを揃えた方が良いと教えて頂きました。
コマンドステーションからデコーダ別にDCCかメルクリン/モトローラか選ぶ事も出来て
同じレールで併存できるという事です。

確かに出来る事は同じでCV値を選択しオンオフの命令を送るという単純な命令なので
併存しても問題ない気がする。

そして自分が最大に疑問に思っていた所が、交流を直流にどのようにして変えるのか
と言う問題、前々から疑問に思っていたけどFrog Juicerの実験でより詳しく知る必要が
あると思い始めた。
リアル知り合いであるデキさんからこういう物があるよと手書きメモと解説を
6月5日に見せてもらった。
BridgeCircuit_Dechi.jpg
ブリッジ整流回路図 by デキさん

交流はプラスとマイナスが交互にやって来る波なのに、どのように直流に出来るのか?
と言う疑問がいとも簡単に解けてしまった。
ダイオードが一方にしか電流を流さないと言うのは知っていたので、4つのダイオードで
構成されたブリッジ整流回路が交流の波を整流し直流に出来るのだった。
清書したものがこちら
BridgeCircuit.jpg
これが前々から書きたかったブリッジ整流回路

ブリッジ回路自体様々な用途があるそうで、電気関連の仕事をしている方なら当然のもの
らしいのですが、自分にとっては新鮮かつ驚きの回路だった。
鉄道模型ではこれに様々な制御が組み合わされるため、単純なブリッジ整流回路ではなく
ブリッジドライバでモーターが駆動される。
(2016.06.23追記:正しくはHブリッジ / S.やくも様ありがとうございます!)
これについても教えてもらったけどMOSやFETと言う専門用語が出るので今回は無視。

ブリッジ整流回路から分かるのは、DCCで2本のレールどちらに交流のHOTを持ってくるか
自由な事。メルクリンならセンターとその他2本どちらか。
そしてリバースなどで反転しても直流には影響ないこと。
自分はここが頭のなかでしっくり来ていなかったのでブリッジ整流回路は良い勉強になった。

(2016.06.22追記)
S.やくも様にコメントで直流でも室内灯にブリッジダイオードを使用していると教えて
頂きました。ありがとうございます!
言われてみれば確かに、必要なシチュエーションは交直関係なくたくさんあるんですね。
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メルクリンについてのメモ [構造・仕組み]

予約している車両がなかなか出ないのは単純に欧州におけるNのマイノリティのせい。
だと思いたい・・・。その年発売の予定表に現れてから2,3年待つ必要があるとどこかに
書いてる人がいた。そして発売予定日からまだ1年しか経っていない。
(Modellbau-Messe 2016が10月にウィーンであるのでここで発表があるかもしれない。)

なかなか出ないあいつの実写
Railjet-Oesterreich.JPG
引用元:https://de.wikipedia.org/wiki/Railjet

ではHOだとどうなのかと調べると、自分の欲しい車両はほとんどどこでも常に買える状態。
おそらく人気があるから生産を続けるのだと思われる。

と言うわけでいつしかHOと思っているので少し調べる。
自分の使用するRocoのz21も普通にHOでDCCが出来るのだけど、調べれば調べるほど
HOならメルクリンと言う考えになってしまう。

Yes!! Märklin!!(ウムラウトって機種依存文字かな?)
Maerklin_Dampfmaschine_logo.jpg
引用元:https://de.wikipedia.org/wiki/Märklin

DCCのコマンドもメルクリンのモトローラ式のコマンドもレールを伝って指令が送られる。
HOほどの大きさになればNとは比べ物にならない程データを伝えやすいはず。
単純にレールの大きさや隙間を考えると電気的ロスは少ないのだと思う。
電気的ロスが少ない=データのパケットロスも少ない。
うちのN環境ではスターターセットの機関車とKATOの小形車両用動力ユニットだけ
カクカクなる時があり、KATOはコマンドを受け付けない時がある。
小さすぎるのが問題かもしれない。

メルクリンはセンターシューでセンターレールからも給電出来る三線式なので二線式に
比べてさらに安定度が増す。メルクリンならリバースやフログの反転を気にする必要もない。
(メルクリンは車輪が乗るレール二本がGNDだそう)
なによりアクセサリーの豊富さがやはり強い。

三線式のメルクリンのレール、現行は右の二本(K-GleisとC-Gleis)
Maerklin-Schientypen.jpg
引用元:https://de.wikipedia.org/wiki/Märklin

欠点をあげるとすればセットなどについてくるレールC-Gleisがとてもおもちゃっぽい。
そして複線間隔がとんでもなく広い。
アクセサリーなどが置きやすい、急カーブでも車体の長い車両が曲がりやすいなどの利点を
重視してるのかもしれない。

では固定レイアウト向きなK-Gleisはどうかと言うと、こっちはなかなかよさげ。
ただぱっと見センターレール同士の電気的接続はどうなっているのかわからない。
どうやらC-Gleisもそうだけど片側のジョイナーと一緒に接続するようになっている模様。
と言う事は二線式のように途中で切ってすぐ接続とはいかず、センターレール用の加工が
発生する事になる。たぶん。

K-Gleisで固定レイアウト作成してる方が少ないので良く調べないと色々不明すぎる。
ジョイント部分に頼らず普通に裏で配線しちゃうのかもしれない。
枕木を追加するのもどうするんだろうか・・・。
いやきっと枕木だけ取る事はできないのだな。

そろそろ発売されるCentral Station3もかなり魅力的。
タッチパネルのレスポンスが気になる所。

Central Station3c24823d7bea6f6dce0557ccfdc647fe91452769867.jpg
引用元:http://www.maerklin.de/en/products/details/article/60226/

そしてメルクリン純正以外のHO車両でもほとんどの会社がメルクリン用も出している。
ショップ側でセンターシューを取り付ける加工をしてるケースもあるのかもしれない。
先日書いたミニHOレイアウトはPecoにしたけど、メルクリンで考えてみよう。

と妄想だけは尽きない。
コメント(4) 
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鉄道模型のACとDCメモ [構造・仕組み]

この記事も更新予定(16.06.15更新)

メジャーな鉄道模型で使用する電流には直流と交流がある。
その性質が見える「こんなの当たり前だろう!」な動画を作ってみた。

ここ違うよ!っていう突っ込み大歓迎です。

直流交流について親爺ぃ様がブログで面白おかしく解説をしているので必見です。
ちなみに私がオーストリア人女性として紹介されておりますが
実際はその女性がかぶっている帽子が私ですので注意。

帰ってきた・鉄道萌え系親爺ぃのレイアウト製作記
文系人間のための電子工学 その1
文系人間のための電子工学 その2
文系人間のための電子工学 その2の補足
文系人間のための電子工学 その3
文系人間のための電子工学 その4

GND(マイナス)はグラウンドとグランドと書き方が色々あるのでGNDで統一して行こうと思う。
コメント(11) 
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Hex Frog Juicerの働きとDCCリバースについて [構造・仕組み]

こちらの記事は随時アップデート予定。 2016.06.15更新

親爺ぃ様に「テスターでレールの電圧を測ってもらいたい」とコメントを頂き
Frog Juicerの働きの謎にせまって頂けると言う事でさっそくやってみました。



やり方間違ってるかもしれないので親爺ぃ様ご指摘ください。
前コメントで車両はいらないとの事でしたが一応走らせてみました。
やはり親爺ぃ様の仰るとおりで入る時と出る時、極性が違う場合どちらでも
反転しているようです。
DCVにしたテスターでもマイナスがついたりはずれたりしています。
これであっているでしょうか。

Frog Juicer区間で逆方向に2両走らせたらどうなるか?とコメント頂きましたので追加。


テスターをACVにしたテスト。


Frog Juicer区間で逆方向に2両走らせたらどうなるか?の2回目。


うーん、奥が深い!

追記:簡単なリバース解説図
親爺ぃ様ありがとうございます!
ブリッジ回路とレールのグラウンドの関係がわかったので 画像アップデート。
とりあえずのAC対応版。2016.06.06更新
DCC_Polarity_Study160606.jpg
アナログDCのリバースと違いギャップをまたぐ時に変換するだけでいいので同時走行が
そのまま可能という交流の素晴らしさ!
同時にギャップをまたがないように注意するだけでいい。

追記:16.06.15
鉄道模型の動力に関するメモに交流の利点がわかる解説を書きました。

ACとDCを小学校中学校時代からやりなおす感じで勉強中。
とかやってたらエジソンとテスラの戦いのドキュメンタリーが面白くて見てしまった。
ドイツのミラーがとか、そこは重要じゃない。

そしてZ21-Maintenanceの最新版V1.11が公開された模様。
http://www.z21.eu/en/Downloads
起動するとファームウェアは1.28になっていた。バグフィックスかも。
LH01対応したかな?
そしてアップデートログがないおそろしさ。

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