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2010.12.02

コアレスモーター雑感(その2)

10d11161_800sコアレスモーターの話題では弊ブログ始まって以来の盛り上がりでした。
コメント・情報頂いた方々、ありがとうございました。大変勉強になりました。

さて、先日リパワリングの元祖ともいえる、松謙氏から、一般に流布している誤解や先入観に関する注意点などのコメントや、それにまつわる話題を頂きました。元々は私信ですが、ブログでの公開を承諾頂いていますので、私信の部分を割愛して公開することにしました。数字に関しては、技術的な裏付けは無く、経験則に基づくものがほとんどなので、計算したわけではないのでその点ご容赦願いたいとのことです。また、松謙氏のコメントの部分の著作権は松謙氏に有りますので、転載は特にご容赦下さい。

編集した結果に、「誤解」しやすい表現や、間違いが有った場合は、当方の至らない部分かと思いますので、ご容赦の上ご指摘下さい。もちろん、内容は吟味しておりますが、この記事により、なんらかの損害が生じても、一切弊サイトでは責任を持てませんので、自己責任で工作願います。もっとも、何か問題が生じた場合は情報を頂ければ、きっと参考になるので、うれしいですがね!

なお、分かる範囲で当方(管理人=廣瀬)のコメントを追記してあります。

画像は、本文とはあまり関係有りませんが、管理人手持ちのLN-18(15年ぐらい前に購入したキット付属)と2年ほど前に仕入れた、エムテックスブランドの1219S(MINIMOTOR社製)です。

松謙氏から頂いたコメントとその項目に関しての管理人のコメントです。

<焼損したことは無い>
松謙氏→ コアレス・モーターは発熱にもロックにも「ほとんど無縁」といってよいでしょう。むしろ従来の通常の罐モーターや棒型モーターより丈夫です。私のところではコアレス・モーター搭載機はすでに大小400輌を超えていると思いますが、1台も壊れたことはありません。「壊した」という例はいままでたった1例のみ。軸受け部に誤って大量の瞬着を垂らしてしまい、修復不能に固まってしまった事例だけです。逆に棒型モーターはいままでに20例以上、焼損で廃棄しています。コアレスはとにかく、他のタイプのモーターに比して丈夫です。
廣瀬コメント→コアレスモーターは「壊れやすい」という先入観に関するコメントです。「機械的ショックに弱い」「スラスト方向に弱い」など、弱点が有るため用心する必要が有ります。片軸形態のモーターに、ウォームをたたき込むというのは、回転子にダメージを与える可能性も大きいので厳禁です。しかし、通常時の消費電流は少ないので電気的なダメージは発生しにくいようです。特に、N用パックのような必要最小限の電流供給源(1A程度以下)で運転している限り焼損することは無いでしょう。また、初期のDCCデコーダーは、PWM(断続=On/Offを繰り返して)の周波数が低いため、コアレスモーターと相性が悪く、過電流が流れてしまう例が有ったため「壊れやすい」と思われるようになったフシもあります。DCCに関しては、最近のデコーダーは「サイレント」と称して、20kHz以上の高い周波数で断続させているので、コアレスモーターでも大丈夫です。なお、この断続の周波数が、20kHz以下だと、人間の耳に聞こえる周波数になってくるので、耳障りになります。「サイレント」とは「静か=聞こえない高い周波数」で動作させて聞こえなくなるようにしています、と言う意味です。だから、「サイレント」になったものは同時にコアレスモーターにもやさしいデコーダーです。

<少々負荷を掛けても消費電流は増大しにくい>
松謙氏→コアレス・モーターは負荷を掛けても消費電流もトルクもほんのわずかしか変わりません。これも通常の罐モーターの方が遥かに変化が大きい、といえます。たとえば、こんなことで証明できましょう;
1.消費電流が少なく、わずかな電圧からしっかりトルクが出る例;6軸機、8軸機でも、平坦線ですと、定電圧点燈用に流れている1.0V~1.5Vで微動してしまう。
廣瀬コメント→後述の「ニセ・コアレスモーター」でない限り、最近の「鉄道模型用」として販売されているコアレスモーターはトルクには相当余裕(最大スペックの1/10程度)が有るため、モーターのスペック上の「無負荷」に近い状態で運転している事が多いため、消費電流の変化は少なくなる傾向が有ります。目安として、機関車を手で遮って止めた(上から押さえない)場合に、動輪の回転速度があまり変わらず空転している範囲と考えられます。止めた場合に、止まりそうな回転速度になる場合は、消費電流を確認して過熱の危険が無いか確認した方が良いと思います。

2.牽引台数が少ないとPFMサウンドの汽笛吹鳴の電圧変化でスピードが瞬間上がってしまうことさえ珍しくない。
廣瀬コメント→コア有りモーターに比して、低い電圧で運転しているため、重畳している汽笛の音声電圧(こちらは一定:どれぐらいの電圧か知らないのですが、鳴っている音から想像して実効値で1~3Vぐらいは有りそう)が影響してしまう。

3.重連各機のスピードを合わせるのに、モーターに直列に抵抗を噛ませた場合;コアレスはスピードを半分程度まで落としてもトルクに変化はないが、通常罐モーターでは3割以上抑えると、トルクが急に衰えてしまう。(そういう場合には、まずコアレスに換装して回転数を2割程度下げ、さらに抵抗を噛ませて減速します)
廣瀬コメント→抵抗でうまく速度協調できるのは、重連(連結)しているためと考えられます。連結しているため、勾配にさしかかっても相互のトルク分担が自然に行われると思われます。通常の罐モーターより、電流差が少なくてもトルク差が出せるので、分担(バランスを取る)のがうまく行くのだと思います。もし、通常の罐モーターの場合、元の電流が大きいので、抵抗での電圧降下の変動幅も大きいので、トルクを必要とする場面に遭遇すると、電流が増えるため急に電圧が低下して速度低下も激しくなるはずだからと思います。このような抵抗が入っている機関車と入っていない機関車では、勾配に掛かると出せるトルクがアンバランスになりすぎて、「自然に行える」範囲をすぐに超えてしまうと思われます。消費電流が少ない高トルクモータならでの「良い裏技」と思います。DCCなどに頼らなくても、協調運転可能だと云うことを初めて知りました。このような「裏技」が実行出来る背景に、脱線しない線路、脱線しないトレーラー、集電不良の起こらない機関車(特に軽いテンダーに注意とのこと)など、基本的な整備を行っている松謙氏のレイアウトだから、と云うことが上げられると思います。

<どの程度でロックするか>
松謙氏→当鉄道で現在動輪1軸あたりの牽引力が最大な2-10-4は私の目一杯の補重で、機関車本体が850gになっています。これは製品のままではキャノンのCN-22罐モーターを搭載していましたが、そのままで850gまで補重したところ、20~25/1000、R=912のループ線で平均120gのボギー貨車40輌牽引では自然停止、つまりそちらでいわれる「ロック」、してしまいましたが、faulhaber 1724SRに積み替えたところ、同じ条件でも全く異変無く淡々と登るようになりました。

<一般的な「ロック」に陥る要因の考察です>
松謙氏の経験からすると、ロックしたり、過熱で磁力低下するような症状が通常モーターなら出ず、コアレス・モーターでは出る、ということはちょっと考えられないとの事です。一般的な問題点を含めてコメント頂きました。うちのクラブの先輩の場合には当てはまらない部分も含めてまとめてみました。

1.最初快調に走っていたのに、しばらくしたらロックした場合
松謙氏→「最初快調に走っていたのに、しばらくしたらロックした」という状況。どんなモーターであっても、最初周回できていたコースなら、モーターの具合で「しばらく経ってロックした」というのは考えられない。モーターにとって無理なら、最初から走られないはず。これはモーターが原因ではなく、ロッドやジョイントの不具合(たとえば、垂れ下がってきたコードがモーター軸に絡みつく、などにこういう症状を呈します)があったのではないか?
廣瀬コメント→過熱が原因の場合は、だんだん走らなくなる。と言うことがあり得ます。しかし、余程ハードな条件でかつ、非力なコアレスモーターで無いと、このような「過熱」は起こらないのだと思います。最近のコアレスモーターで、完成品やキットに少し補重したレベルの機関車では、過熱するほどの粘着力は得られないので、心配することはなさそうです。

2.「コアレスでさえ、無理だった」のでは?
松謙氏→問題を起こした機関車は普通タイプの罐モーターなら、同じ条件でもちゃんと問題なく牽引できたのか?私の知る限りでは、同径同寸でコアレスに対して、トルク、耐久性、消費電流が勝る普通タイプの罐モーターは存在しません。コアレスでも無理な牽引は同スペースに収まる普通罐モーターでは絶対に無理でしょう。「コアレスではダメだった」のではなく「コアレスでさえ、無理だった」のではないでしょうか?

3.本当にコアレスだったのか?
松謙氏→これはしばしばあることですが、外観が似ているので、実は「コアレス」と「普通罐モーター」の区別がつかない人は結構います。すでに故人となられた方ですが「日本橋でコアレスが100円で売っていた」と、わざわざ送ってくださったのが、普通のコアあり罐モーターだった、ということもありました。外国製では筒のデザインは全く変えずに両タイプを供給しているメーカーもあり、コアレスを扱い慣れている私でも外観では騙されることがあります(耳に当てながら手でゆっくり軸をまわすと、中でかすかにカタコト音がするのは普通罐モーターの可能性が大です)  
廣瀬コメント→模型屋さんでしかコアレスモーターを買ったことが無い私は知りませんでした。ニセ・コアレスには気をつけましょう(笑)
もしかして、御大に、このような「ニセ・コアレスモーター」を紹介した人が居るのかもしれません・・・

4.線路に要因は?
松謙氏→脱線に関して、トレーラーは軸重25gあれば十分でしょう。いま、傍らにあるFABの長い2軸客車は屋根の両端にホワイトメタルの塊パーツを使っていますが、それでも「全金車」で75gです。とにかく「牽かせようと思ったら、線路の精度を上げて、トレーラーを軽くする」ことです。 カーヴにスラックをつけるのも驚くほど有効です。
廣瀬コメント→スラックを自由に選べない点で、フレキシブルレールを使うのは相当不利です。自由なスラックが浸けられないからです。経年変化で、樹脂が縮んでくるのも困った問題です。やはり、松謙氏のレイアウトの様にハンドレイで線路を構成するのが良いです。当方クラブの先輩のレイアウトは、篠原のフレキシブルレールなので、少々不利な条件です。

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<コアレスを愛用する他の理由>
松謙氏→私のところでは大型ボギー貨車でさえ、1台平均110g程度ですが、70輌編成の前後に大型マレーをつけても、せり上がり脱線など走行14,000mに1回あるか無いか、程度に押さえています。コアレス以前にまずそこの改善を図って、モーターを極力、楽にしてやる必要があるのでは?トルクの小さいモーター、消費電流の大きいモーターに無理を強いるほどレールの酸化皮膜は早く生じます。=私がコアレスを愛用する理由のもう一つは線路を頻繁に磨くのが嫌だから⇒磨きたての線路は数日間スリップしやすく、本来可能な牽引定数が2/3程度にまで落ちてしまいます。
廣瀬コメント→私が使っている、接点復活剤も、牽引力にはマイナス要因です。私は、集電不良の方が嫌なので、使っています。小型機が多いので、集電不良が致命的なので、安易に利用していると云った面も有ります。前・従輪も含めた全輪集電を実施すれば、薬剤に頼らなくても済むかもしれないと思っていますが、まだまだ到達出来ません。

<実物の運転の参考にする楽しみ>
松謙氏は、ゴムタイヤを使わない派だそうです。むしろ、「蒸機は牽かないからこそ面白い」という発想なのだそうです。管理人も、ドラマティックな「空転」を模型で再現出来たら良いな、と思うので分かるような気がします。コアレスモーターを愛用するようになる遠因に、このような楽しみ方が有るというのは、レイアウト製作に非常に参考になります。

松謙氏→私は初代のレイアウト以来、テーマを「補機付き運転を完璧にやる」というところに置いてきました。そこで早い段階に判ったのは「そもそも何輌編成が走れば満足とするか」で、最大勾配は決まり、それに従ってレイアウト・プランも決まっていく、という、実は当たり前のことでした。
そこで、アメリカの写真集をめくっては、「その勾配区間は標準何‰で一列車は何輌編成で、何台の機関車を使っているか」を観察していきました。
すると、リオ・グランデ・ウエスタンの本線上にあるテネシー峠越え、というのは一級の本線でありながら33/1000で、ここは400t級の2-8-8-2を3台使っても現車で57~60輌編成が定数一杯だという事がわかりました。つまり33/1000ですと、2-8-8-2一台当り20輌程度になってしまうわけです。(これで、模型は実物並みかそれ以上に牽くのだ、ただトレーラーの方が重過ぎるのだ、と気が付いたのでした)当時の貨車は大体50t車が多いですから、33/1000では1機1000t~1200t牽引が限界。これを動輪8軸で割りますと1軸125tから150tが精一杯なわけです。
次にSPのシェエラネヴァダ山脈越え、「ドナー峠」を調べてみると20/1000から25/1000で4-8-8-2を3台使用して90~100輌編成。すると、1台当り30~33輌です。

松謙氏→D&GRNではこれと同じ20から25/1000で、これも模型化したSPの4-8-8-2が平均35輌+を牽けますので、ほぼ実物どおりの牽引ができているわけで、それ以上を望む必要は、実物考証的にないわけです。
私が雑誌でも写真集でも模型資料として編成写真を大切にしてきたのは、つまり、そういうデーターとしても使って欲しいからです。

廣瀬コメント→ここまで拘る必要ない、と言ってしまえば身も蓋もありませんが、このようなストーリーを考えるのは、実に楽しいモノです。想定ダイヤ、想定路線図を作る基本となる基本的な要素といえましょう。おそらくできあがったレイアウトの「厚み」にも相当影響するはずです。
廣瀬コメント→機関車主体、風景主体の写真が多い中、トレーラーの形式まで判別出来るような写真集は案外有りません。最近の出版物では、プレスアイゼンバーンの「ライカシリーズ」が「昭和初期の鉄道風景」を知るには大変参考になります。当方が建設開始した「上幌延炭礦鉄道 」は、まさに昭和前半(戦前)の創業と想定しているので、実に参考になります。
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コメント

写真を見て判りました。廣瀬さんのLN18は古いタイプですね。私のところにもLN18-P2N1Bという似たのがあります。(分解したので回りません)
これの磁石はアルニコでして、トルクは弱いです。前にも書きましたが、所謂カンモータに負けます。私が1976年頃に手に入れたcanon/maxon LB20もアルニコ磁石で、回転は非常にスムーズで音も小さかったですが、トルクも小さかったです。
今でも、アルニコ磁石や、フェライト磁石のコアレスモータがありますが、トルクは極端に弱いです。(その代わり安価:大量購入の場合)
コアレスモータが強くなったのは、サマリウムコバルトやネオジウム鉄といった強力な磁石が使えるようになったことが1つの要因だと思います。
鉄芯付モータの場合、あまり強力な磁石を使うと、鉄芯が磁気飽和してしまって思うような特性が出なかったり、コギングが大きくなりすぎて振動や音が大きくなったりします。過去にキドマイティの磁石をネオジウム鉄に変えてみましたが、前記のような状況で、実用に耐えませんでした。
ネオジウム鉄磁石付のコア付モータの製品を見たことがありません。
最近では、コア付でも、ロータにスキューを付ける(鉄板を角度を付けて積み重ねる)ことで、コギングを減らしなめらかな回転を実現している物もあります。

それから、一点気になることが。SL-1のような高周波に音を乗せるような電源の場合、モータへ交流成分を流さないようにしておかないといけないように思います。コアレスモータはコア付に比べインダクタンスが低いですから、高周波でも交流は流れやすいです。交流電流は、モータのトルクには全く寄与しないばかりか、発熱するのみです。
松本さんは、この手の音源を沢山使われていると思うのですが、コアレスモータの発熱対策を何かされていないのか興味があります。

それから、コアレスモータの軸が抜けたという話は聞いたことがあります。
モータにウォームを直付けして使われていたようで、走らせていて何らかの原因で軸が抜けて壊れてしまったそうです。
それは事実として受け止めるべきかもしれませんが、私もコアレスモータにウォームギアを直付けして使用していますけど、壊れた経験はありません。
コアレスモータを分解して沢山壊していますが、車輛に組み込んで走らせていて壊れたことは一度もありません。

投稿: 森井義博 | 2010.12.02 23:49

森井さん
やはりうちのLN18は古いですか、それではトルクも小さいでしょうね。うちの96程度では、まだ先に空転して、トルクは余っていますので大連流が流れる危険は少ないので、助かっているようです。

高周波はどれぐらいの周波数がやばいのでしょうね? DZ123で運転していますが、数分程度ではそれほど発熱していない(+10℃程度)ようです。DCCデコーダー程度の周波数なら問題にならないと思っています。PFMサウンドの「高周波」も可聴域を超えているのでしょうから、大丈夫なのではないかと邪推しています。また、これで電球が灯るわけでも無さそうなので、電圧も1~2V以下なのかな? と思っています。どうなのでしょうか? 元々、鉄道模型でコアレスモーターは、走行電流が定格電流の1/10程度で使っているので助かっているのでしょうね?

有鉄心モーターの磁石を強力磁石に改造する話を聞いたことが有ります。うまく選べば、使用に耐える(ゴミを強力モーターに変える!)モーターを得ることが出来るらしいです。なお、下記のブログの管理人さんにお聞きしたのだと思います。「コアレスモーター」のキーワードで検索すると、設計方法などの紹介が有ります。
Giants of the West
http://blog.livedoor.jp/dda40x/


やはり森井さんのところでも「壊した事」は有っても「壊れた事」は無いとのこと、案外丈夫なのですね。もっとも、私の周りは「注意して工作している」人が多いので、壊さないのかもしれません。

投稿: 管理人 | 2010.12.03 02:21

すみません、高周波に関しては影響があるということは分かっていても実際にその影響度を調査したことは無いのでよくわかりません。
dda40x氏も書かれていましたが、DCCのBEMFは100Hz程度で電源を切って逆器電圧を測るのでコアレスモータの場合それに追従してしまってノイズが聞こえますね。
カツミのDH15に似たような棒型モータの磁石を希土類磁石に変えて強力化する話があったように記憶しています。
鉄板が厚めモータなので磁気的には大丈夫なんでしょうけど、騒音とか振動とかは問題ないのでしょうかね。
希土類磁石を使うのなら、回転子の鉄芯はスキューを付けたいです。

投稿: 森井義博 | 2010.12.03 07:24

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