鉄道模型用スピードメーター


鉄道好きには自宅で電車の走る様を再現できる鉄道模型はたまらないものがあります。かく言う私も電車が大好きで中学の時のお年玉で鉄道模型を購入しました。
ところが鉄道模型の制御機器は以外と高く、おいそれと買えるものではありません。私はTOMIXのトランジスタコントローラーDU-2を、弟はDU-1をそれぞれ持っているのですが、回路を解析したところ内部構造はほとんど同じでした。それで2倍の価格差(DU-1:\7,200/DU-2:\15,000)には仰天したものです。多分原価は\1,000してませんよ。
アダプターユニットに至っては中を開けたときに呆れてしまいました。何とトランスに3端子レギュレーターと電解コンデンサ2個、それに電源ランプ用のLEDと抵抗だけなんです。これだったら\5,000払わなくても自分で自作できます!
…話がずれてしまいましたね。別に私はTOMIXが悪いということは思っていません。KATOは嫌いですから。車両も制御機器もTOMIXの方がいいと思うんですけどねぇ…ってまた話がずれましたね。いけません、本題に入りましょう。

さて、鉄道模型をやっていて必ず欲しくなるものがあります。車両を増やすのもそうですし、車内の照明をつけるのもそうでしょう。が、それよりも必ず一度はスピードメーターが欲しいと思うのではないでしょうか。ATCで30Km/h信号受信を確認!とか臨場感のある運転をするときには必須のアイテムです。
ところが、TOMIXではスピードメータは\6,500もします。たかが電源装置で\5,000なのにも呆れましたが、ただの電流計で\6,500はもはや詐欺レベルでしょう。頭に来たので私は手元にあったメーターとケースでスピードメーターを自作してしまいました。

●スピードメーターの仕組み

スピードメーターの実体はただの電圧計です。試しにテスターをレールに当ててみて下さい。そのままでもスピードメータになってしまいます。が、このままでは目盛りがスピードではなく電圧なのでいまいち使えません。そこで、メーターを購入してきて自分でスピードメーターを自作しましょう。

さて、ではメーターを電圧計として使うにはどうしたらいいでしょうか?元々メーターは構造的には電流計です。もっともそのままでは最大200マイクロアンペア、といったごく小さな電流しか計れませんが。その電流計を使って電圧を測るにはどうしたらいいでしょう?
別に電子工学教室では無いのでいきなり結論を述べてしまいましょう。電流計を使って電圧を測るには、メーターと直列に抵抗を繋いでやればいいのです。そして、その抵抗値は以下の計算式で計算できます。

R(抵抗)=E(最大電圧)÷I(電流計の最大値)−電流計の内部抵抗

この式に当てはめると、200マイクロアンペアで内部抵抗1kオームの電流計を使って最大15ボルトの計測をするには抵抗は

R(抵抗)=15(V)÷0.0002(A)−1000(オーム)=74,000(オーム)

となり、74KΩの抵抗を直列に繋げばいいことになります。
しかし、鉄道模型の場合は実際に走らせる車両の数や内部照明のあるなしで消費電流が変わるので、計算で出た抵抗よりちょっと小さい抵抗に可変抵抗を直列に繋ぐ方がいいです。こうすることで、可変抵抗を調節すれば新幹線にも対応可能となります。先程の例だと56KΩの抵抗と20kΩの可変抵抗あたりを直列に繋げるといいでしょう。

●前進・後進

さぁ出来た、これでスピードメーターは完成だ!…本当にそうでしょうか? 実際に繋いでみて電車を発車させてみます。なんだ、問題なく動くじゃないか。いえいえ。じゃぁ電車区に入れるためにバックしてみて下さい。あれあれ?メーターがマイナスに振り切れてしまいました。
これはどういうことかというと、鉄道模型ではレールにかける直流電圧の正負で進行方向が決まるんです。何故かというと、モーター車に積んであるモーターはミニ四駆とかに使うマブチモーターと同じものを使っているからです。電池の向きを逆にすると当然モーターの回転も逆になります。鉄道模型もそうでして、バックしたら今度は電源極性が逆になるんです。まぁ、正確に言うと左右のレールにかける電圧を入れ替えただけなんですけどね。

ということで、鉄道模型では前進・後進を考慮に入れなければなりません。さて、どうすればいいでしょうか?
やっぱり電子工学教室ではないのでいきなり解答です。答えは、ダイオードを4つ(左図)使えばいいのです。こうすることにより入力の極性が逆転しても出力側の極性は常に同じに保たれます。これは、交流から直流を作るACアダプターの中の回路と同じです。
そして、そのダイオードで同じ極性に揃えられた電圧を抵抗とメーターにかけてやればいいのです。

というわけで、左図が今回のスピードメーターの回路図です。この回路図を鉄道模型のコントローラーの出力にレールに出力するケーブルと並列に繋いでやればOK。あとは可変抵抗で調節して下さい。

●スピード調整

さて、スピードメータは出来ましたがこのままでは適当なスピードに対応して適当に目盛りを決めるしかありません。が、TOMIXのコントローラーで最大出力にすると大体時速250km/h相当の速度が出ますしそこを100km/hにすると現実感がありません。そこで、スピードメーターを現実の縮尺に合わせましょう。
鉄道模型は150分の1の縮尺になっています。実際に計算すると

換算時速(km/h)=一秒間に車両が進んだ距離(cm)×5.4

で電車のスピードを計算することが出来ます。もし103系を走らせて一秒間に15センチ進んだとすると、その103系は15×5.4=81km/h出ていることになるのです。メーターはそのスピードに合わせて目盛りを書くようにしましょう。
また、新型の車両はモーターの構造が違います。新幹線を走らせたときもスピードが違います。よって、可変抵抗で調節できるように可変抵抗はケースに取り付けて容易に調整が出来るようにした方がいいでしょう。
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