9200走行性能改善(1)2018年07月01日 22:37

 実家に帰ったときにゴソゴソしていたら昔買ったモデルワーゲン社製の9237が出てきました。中古で買った完成品です。私がHOjを始めたきっかけをつくってくれた機関車です。
 ひさしぶりに走らせたところ、どうも動きがギクシャクします。ので、分解して走行性改善にチャレンジです。
 この製品、1992年の発売当初は画期的だったと思います(もう四半世紀たってます!)。古典機らしいシュッとした下回りのプロポーションを1/87 12mmで再現し、動力にはファウハーベルコアレスモータ+フライホイールを採用しています。しかし、外観はよいものの、走行性能はコアレスなのになぜか牽引力がなく、しかもこの個体ではギクシャクしています。
 ギクシャク感は、働輪の回転位置の特定箇所で発生しており、ロッドがひっかかっているようです。よくよく観察すると、左メインロッドのピストン棒が、なぜか奥まで入りすぎてシリンダ後部に当たってストレスを発生させています。
また、右サイドロッドのクランクピンがメインロッドに時々当たっています。

 それで、左右メインロッドをはずして比較したのですが、長さが違う!という驚きの事実が判明したのです。
左側は、33.07mm
右側は、33.49mm。約0.4mm長いため、シリンダ後部に干渉していたのです。まあ、ここの長さが違っても動くには動くところですが、びっくりです。ロッド長の調整は困難なので、苦肉の策でシリンダ位置を0.5mmほど前にずらして、突っかかりを解消することに。泥縄(まるいち)式ですがシリンダ取り付け穴をドレメルで長穴化しました。
こういった完成品加工のとき、回転工具はとても効率的に作業ができます。必需品です!手やすりだとこうはいきません。また、右サイドロッドの当たりは、ピンの頭をヤスリで削り、メインロッド裏も削りました。
 シリンダ全体を約0.5mm前方にずらして固定したところ。シリンダ取り付けビスの穴を貫通させて、上回りを固定しますが、これぐらいのズレは影響ありませんでした。

 ところで、このメインロッドはロストで製作してあり、左右で同じ型を使っているようです。ロストなので縮みが個体によって違うのでしょうか。別キットのロッドとも比べたのですが、これとも長さが違います。こういう精度が必要な動力部にはロストは向かないと思うのですが...これも当時のチャレンジだったのでしょうか。
 この改修でギクシャク感はだいぶん改善できました。まだ、全体に転がり感が重いので、スライドバーのエッジをナメルなどして、調整を追い込んでみます。

9200走行性能改善(2)2018年07月09日 23:23

 ロッドのつっかかりが改善できたので、つぎに牽引力のない謎のコアレスモータの対策です。
 ファウファーベルと言えば、コアレスモータの代名詞的な存在ですが、そこの1219N012G(12*12*18.7mm円筒型)が使われています。今回交換用に持ち込んだのが、謎の中華製でメーカ不詳のSS10J0TTBA(10*10*20mm角型)です。加入しているクラブで評判だったので試しに購入していたものです。コアレスではありません。軸を手で回すと結構コギングを感じますが、DCで駆動すると、このサイズからは驚きの低速時のトルクがあります。DCCで駆動すると、超低速回転でコギングがやや目立ちます。
 この中華モータを測定した方がクラブ内にいらっしゃって、起動トルクで比較すると、1219N012G:12.1gf・cm(カタログ値)に対して、SS10:30.0gf・cmと、約2.5倍の測定結果がでています(測定ありがとうございます!)。コアレスだから、必ずしもトルクがあるというわけではありません。また、maxonというメーカのDCX12Sシリーズだと、同じコアレス方式で32.8gf・cmでるものもあります(約12,000円もするのですが)。
 いずれにせよ、これらのトルク性能の結果から、この9200の牽引力がない原因のひとつは、モータによるものがわかりました。
  さっそく交換です。既存のモータをとりはずし、そのアダプタにΦ1.4の穴をあければできあがりです。精度の悪い工作なので、少し長穴にしてかみ合わせ調整ができるようにしました。にしても巨大なウォームです。フライホール効果なのか、アイドラギヤ数をミニマムにするためなのかはわかりません。ギアに詳しい方からは、ウォームはできるだけ小径にした方が効率がよいと教えていただきました。確かに半径が大きくなるほど、ホイールの歯を回そうとする力は二乗に比例して大きなものが必要となります。高校で習った物理の法則 F=m(r*r)です。
       交換用モータと、ブラケット加工状態
 モータ軸はΦ1.0mmなので、エコーパイプΦ1.5mmを瞬着で取り付け変換しました。
 実装して、DCC(TSUNAMIデコーダ)でテスト運転です。超低速が効きます。トルクもあり、かなりよい感じです。超低速時に若干コギングが出て、デジタルっぽい回転になります。デコーダにモータ関係の調整箇所(CV209,210,212,213,214)があるので、調整することで改善できました。これは、また別稿で整理したいと思います。

9200走行性能改善(3)モータ調整2018年07月14日 23:30

 今週はなんだかんだと夜の会が多くはかどりませんでしたが、DCCデコーダのモータ調整を追い込みました。結果、かなりのスローが効くようになりました。

 モータ調整は、TSUNAMI(soundtraxx)の場合、CV209=Kp、CV210=Ki、CV212=BEMF feedback、CV213=sample period=Kd、CV214=sample apertureを使います。
DCCのデコーダは、モータをPID制御という方法でコントロールしており、上のパラメータの組み合わせで最適な状態を追い込みます。(PID制御はネットで探せばいろいろ説明が見つかります)
 調整の方法は、海外サイトにも例が載っています。これらを参考につぎのように行いました。
(1)CV=2、CV3=0、CV4=0 (デフォルト値にする)
(2)CV209=0、CV210=0 (モータは動作しないので注意)
(3)スピードステップを2~3/128にしたとき、動き出すようCV209を増加。だいたい40~60にすると動く
(4)動き出しがスムースになるようにCV210を設定。だいたい5~10くらい。
(5)CV212=140くらいにして、BEMF量を減らす。
(6)CV213,214=7くらいにしておく。
(7)(3)~(6)の調整を値を小さくする方向で調整する。場合によっては、増やすこともトライしてみる。
(8)いい感じになったら、CV3,4を調整。
(9)ドラフトタイミングを調整。CV212を調整するとこのタイミングも再調整が必要。


デフォルトでのモータ設定 3/128ステップでの走行


モータ調整後 2/128ステップでの走行

結果、このモータの場合 CV209=10-20、CV210=3-7、CV212=135-140、CV213,214=5で、スピード1~2で動きだし、コギングも低下してスローもかなり効くようになりました。

 私は、小さなpoint to pointのスペースで動かすことが多いのと、模型との視距離も短いので、スローが効いたほうが実感的に楽しめます。エンドレスでの高速走行が中心だったり、もともとスローにこだわらないのであれば、デコーダのデフォルト設定のままでもよいと思います。

9200ライトをいじる(1)2018年07月19日 23:21

 DCCでドライブさせるので、ライト回りもいじってみます。まずは、ダミーのヘッドライトとバックアップライトの点灯化です。
 ライトに入っているプラ製のレンズをはずします。レンズ面の外縁に2箇所対称位置にΦ0.5の穴を開けます。そこに先細のピンセットの先を入れて、ドライバで回すような感じで、左右にこじってレンズの接着をはがして取り出します。このレンズは使いません。
 続いて、ヘッドライト下面からΦ0.4の穴をライト内に貫通させます。フロントの場合は、煙室側にも同じように穴を開けます。

 ライトは、ウォームホワイト色のチップLEDを使い、極細のポリウレタン巻線を半田付けしておきます。今回使ったのは、2色の線が最初から巻いてあり、とても使いやすかったです(写真の上側2種)。ちなみに皮膜をはがすのは、半田ゴテの先にハンダ玉をのせて、その中に線を通して皮膜を溶かします。
       チップLED用の極細ポリウレタン線各種

 開けた穴に、この線を通していきます。2本の先端を半田で1本にまとめておくと作業しやすいです。
           ライト側の穴を通した段階

 煙室内に配線を引き込んだ状態。配線は目立ちません。

 穴を通した後、電流制御用CRD(2.5mA)と明るさ調整のチップ抵抗(510Ω)をプリント基板にまとめたものに接続します。

 ライトレンズは、Φ3.1だったのですが、Φ3.0のプラレンズ(wave製 H-EYES1:フィギュア用の目)があったので、アクリア(木工ボンドっぽい接着剤:乾くと透明)で固定します。
 チップLEDには、クリアオレンジを薄く塗って、白熱燈っぽくしましたが、非点灯のときはオレンジが目立ってしまい、今後の課題です。
            消費電流は、約3mA

 案の定、Φ0.4の穴をテンダーライトに開けているとき、まるいち式にドリル刃を0.5mmくらい折り込んでしまいました。塗装済みテンダーですが、ヘッドライト部を中心に塩水に浸けて、約1日かけて溶解させ、事なきを得ました。

9200ライトをいじる(2)2018年07月22日 23:50

 9200のライトをさらに加工していきます。ライトと言っても、実際は焚口のチラチラ見える明かりを点けようというわけです。DCCデコーダには、Firebox Flickerなるライトモードが用意されているものが多く、この機能を使ってみたいと思っていたのです。
 焚口の開閉扉を開けた状態にできるとよいのですが、完成品に加工するため、開閉扉にある丸い穴を貫通させて、その裏にLEDをセットすることにしました。火室後部はホワイトメタル製で、火室の真鍮板のステイに接着されています。Φ0.5の穴をピンバイスで6個貫通させました。
 プリント基板にPカッターで溝をほった回路板に、大きめ(3mm角)の赤(左)とウォームホワイト(右)のLEDを直列に接続し、20mAのCRDをつなぎ、スーパーXで固めています。ホワイトの方は、クリアオレンジで少し赤みを増しています。

 焚口の裏に両面テープで仮止めした様子をみているところです。実物がこのような見え方をしていたのかは、はなはだ怪しいです。まあ、雰囲気ということで。2色使ったので、少しは火っぽく見えるでしょうか?