Nゲージ用ポイントマシンを・・作りたい

これから作る(予定の・・)レイアウトの篠原のNゲージ用ポイントを電動化することに。

katoやtomixのもののようにコイルに電気を流してバチッと切り替えるのも単純で確実に動作して安定性があって良いが、せっかくなのでモーターを使ってスローアクションのものをつくりたいなぁ、と。

ステッピングモータ、サーボモータ、直流モータなどが考えられるが、ポイントの数は約20個。
コスト的にも1個あたり数百円で抑えたい。
いろいろ考えてひとまず直流モータを使うことで進めることにした。
1.5Vから3Vくらいのものを使うつもり。

ポイント1個あたり1つのPICで定位と反位を切り替える。それらのPICマイコンの上位にはルートを制御するPICマイコンがいて必要なポイントをパタッ、パタッ、パタッと切り替えていくのを制御を行うというもの。
ちなみに、制御盤の準備もわずかながらも進みつつある。

個々のポイントを制御するPICマイコンはPIC16F1823(実売価格100円)、モーターの正転、逆転、スピードの制御はDCモータ用フルブリッジドライバTA7291P(実売価格2個で300円)を使うことに。

動作確認用LEDとそれにつける抵抗、停止位置を判定するスイッチなどを考えるとここでポイント1個あたり300円程度。
あとはモーターやギヤを考えるとすでに1ポイントあたり数百円で抑えたいという希望が消えていく~・・(^^;

まあPECOのポイントマシPL-10が1480円くらいだから、それより安くあがりゃぁいいか・(^^;

TA7291Pは1A(ピーク時2A)流せるので、その辺のちいさなモーターなら問題はなさそう。

ただ、データシートを見ると出力側の電圧は内部ロス(Vsat)を考えた電圧を印加せよということ、Vcc=12V、Vs=18V時の標準的なVsatやらVsatの最大値やらの表もある。
また、Vout≒Vref+0.7Vとの記載ある。

ウ~ム、言いたいことはわかった。

で、ワシが欲しい電圧はどうすれば出てくるんじゃ。ということでひとまず簡単なPICマイコンのプログラムを作ってみた。
基板上の回路はほぼ本番のものとして、モーター用の電源部のみをあとからなんとかする仕様。・・まぁ、ひらたく言えば行き当たりばったり・・

TA7291Pのテスト
試験開始。


解体したUSBハードディスクの電源部を使用して動かしてみる。


PICの電源は5V。
同じライン上から2.5V 0.5A出力の三端子レギュレータを介してモーター用電源を取得。

Vref、Vsともに三端子レギュレータの出力をそのままセットし、2.5V。
テスターで計っても入力側には2.5Vはかかっており、PICマイコンからの制御用信号も1(5V)と0(0V)とでTA7291Pに入力されているが、出力される電圧はテスターの針が微妙に動く程度。

いろいろと調べても一向に電圧がかかってこない。

ちなみに、ここで三端子レギュレータとGNDの間の2.5Vにモーターをつないで見るとモーターは回ったが、回り始めるその瞬間PICにリセットがかかるようだ。(LEDを点滅させて動作を確認していたため判明。)

本番ではもうちょっと容量の大きい電源を使用するつもりでいたが、やはり0.5Aのレギュレーターではちょっと無理っぽい。
それに、あわよくば、PICとモーターの電源も共有できればと思っていたが、案の定、世の中そんなに甘くない。

いずれにしても、Vref、Vsが2.5Vだと電圧は出力されないということけ!?


んじゃ、ということで試しに今度はモーター用電源にPICと同じラインから5VをとってVref、Vsに入れてみる。


と、今度はTA7291Pの出力に電圧がかかってきた。お~、ひとまずめでたしめでたし。

テスターで計ってみると入力ライン上の電圧5.4Vに対して、TA7291Pからの出力は4.8V
0.6Vの低下。結構大きい。

ただ、この電圧は高すぎてモーターは繋げない。


電源部にある12Vでも試してみる。


測定値は入力電圧11.8Vに対して、出力は10.8V
1Vの低下。


手近なところにあった3.3V1Aのアダプターで試してみる。


測定値は入力電圧3.3Vに対して、出力は2.8V
これなら使えそう。容量も1Aもあるんで大丈夫だろう。
ちなみに、本番では複数のポイントを切り替えるときでも一斉に動作させるのではなく1個の切り替えが終わって次の切り替えとする予定なので問題はないだろう。

タミヤの「ユニバーサルギヤーボックス」と「ウォームギヤーボックスHE」で実際にモーターを回してみる。。
「ウォームギヤーボックスHE」はいい感じで回ったのだが・・ちょっと大きいのでポイントマシンには不向き。さらに定価で980円。
ちょっと20個も用意できない。

本命の「ユニバーサルギヤーボックス」。
タミヤのギヤボックスの中では小型で定価も680円と一番安価。でも20個そろえると結構フトコロには痛いが。

ところが、こいつはギヤの噛み合わせが「ウォームギヤーボックスHE」に比べてちょっときつめで回らなかった。
モーター単体では回ったのだが、ギヤーの負荷がかかると2.8Vではつらいということらしい。。

以上で実験はおしまい・・では、「ユニバーサルギヤーボックス」は回せないで終わってしまう。

ここまでは、VrefとVsを同じにしてテストしてみたが、次はVresとVsを変えてみることに。


Vrefに2.5V三端子レギュレーターの出力を入れ、Vsに5Vラインを入れてみる。


測定値はVref2.8V、Vs5.3Vに対して、出力は2.8V
・・これじゃぁ、ユニバーサルギヤーボックスは回せん。


Vrefに3.3Vアダプター出力を入れ、Vsに5Vラインを入れてみる。


測定値はVref3.6V、Vs5.3Vに対して、出力は4.3V
データシートにあった「Vout≒Vref+0.7V」というあたりのことか。

ちょっと3Vが推奨のモーターに対しては電圧が高そうであるが試しにユニバーサルギヤーボックスを繋いでみる。

暴走気味に回るのかと思いきや、適度な感じ。

それより何度か試してみたが、グリスアップもせず当たりのでていないギヤボックスでは時手でアシストしないと回し始めないことも。

当初は電圧をPWMで制御してモーターの回転速度を変えられるようにして、ポイントの切り替え速度も調整できる仕様とする予定だったが、電圧が下がると起動できないんじゃないかというちょっとビミョーな雰囲気になってきた。

まあ、Nゲージのポイントのトングレールの移動量は2.5mm程度。
スローアクションといっても2.5mm程度しか移動しないんじゃぁ1秒足らず。
コイル式のように、バチッ、バチッと勢いよく切り替わらなきゃ「ヨシ」とするか!?
 
 
ここでも理想と現実のギャップ!?
 
 
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