レオスタット
May 1, 2017.
「レオスタット」とは、鉄道模型の速度制御≒電圧制御のための2端子の巻線抵抗であり、可変抵抗です。尤も、最近では2端子のモノは殆ど販売されておらず、3端子の可変抵抗の内の2端子分だけを使ってレオスタットとしています。2端子のモノは「レオスタット」と呼ばれますが、3端子のモノは「ポテンショメータ」と呼ばれます。3端子のモノをレオスタット代わりに使う場合は「レオスタットモードで使う」と言うような表現がされます。
TDO(東京電音)製25W型レオスタット、社名アルファベット略号が判り難いですが、「ティーディーオー」で「東京電音」と言う会社の製品です。これは「レオスタット」として販売されていましたが、3端子ですので厳密にはレオスタットとは言い難い存在です。
オーディオ機器などに使われる音量調整用の「ボリューム」も可変抵抗器ですが、鉄道模型の速度制御に使うレオスタットとは少々使い方が違います。「ボリューム」の方は所謂ポテンショメータなので3端子を使って純粋に電圧制御をしますから、回路に対して並列に接続します。理想的な音響機器の入力抵抗(入力インピーダンス)は理論上は無限大で良いので電圧信号だけが伝われば良いから電流は流れる必要は無いのですが、鉄道模型のモーターで電流を流さないで使う前提のモーターなんて存在しないからです。
「レオスタット」は負荷(≒模型の車輛)と直列に接続しておいて、レオスタットの抵抗値を変化させて電圧降下の按分比を変化させて速度制御します。模型の車輛の内部抵抗は一定で、レオスタットを回してレオスタットの抵抗値を変化させると電圧降下の按分比が変わるので、結果的に車輛に掛かる電圧が変化するので速度が変化すると言うことです。
普通は音量調整用ボリュームを鉄道模型の速度制御用に使って運転するような事はしませんが、仮にパワーパックに組み込んだと仮定すると、出力電圧はボリュームを回せば無負荷でも必ず変化します。処が、レオスタットを使ったパワーパックでは、レオスタットを回しても無負荷では出力電圧は変化せず、常に最大電圧のままです。レオスタットはあくまでも負荷(≒車輛)と直列に接続した時の電圧降下の按分比を変化させることで、負荷(≒車輛)の走る速度を変化させると言うモノです。
「負荷(≒車輛)と直列に接続した時の電圧降下の按分比」は車輛が変われば変化します。妥当な組み合わせで使う場合には快適に速度制御できますが、組み合わせが拙いと「どんなにレオスタットを回しても車輛の速度が変化しない」とか「最後の最後まで回し切る直前になって突然車輛が走り出す」と言った現象が起きます。
本来レオスタットは、適切な内部抵抗を持つ車輛と組み合わせて使用した時に最高の性能を発揮します。要するに5インチゲージの乗用鉄道模型などで「車輛とレオスタットが常に1対1対応になっている」と言うような使い方が、レオスタットを最も効果的に使う方法です。次善策としては、「全ての車輛の内部抵抗がほぼ同じになっている」と言うような、かなり厄介な条件を満たさないと具合良くは使えません。
こう言った条件を満たすことが出来れば、レオスタットには非常に大きな利点があります。なんと言っても電気的に極めて丈夫です。ショートさせてレオスタットを赤熱させてしまったとしても冷やしてやれば元通りに使うことが出来ます。何分にも、セトモノの芯にニクロム線を巻いてある電熱器の親戚のような構造ですから、ショートなんて怖くもなんともありません。
レオスタットを使用したパワーパックの例。西澤工業製「NP-3型」。
レオスタットを使用したパワーパックの内部。西澤工業製「NP-3型」、矢印の部品がレオスタット。
大昔に売られていた、レオスタットを使用したパワーパックで西澤工業の製品です。こうやってケースに入っている状態ではレオスタットを使っているのかどうかは見た目では少々判りにくいですが、無段階に速度制御できるパワーパックはレオスタットを使っている場合が多いです。カワイモデル製のパワーパックのように直流2線式用なのにスライドトランスを使って速度制御をするのはかなり例外的な存在です。西澤工業のパワーパックは卸売会社として著名な宮沢模型が取り扱っていた関係もあって、初期の9mmゲージを買い求めた際にセット売り的に入手した方も多いのではないかと思います。
トランジスタを使って速度制御するパワーパックとは見掛けで区別が困難ですが、トランジスタを使って速度制御するものは普通の電圧制御用にボリュームを使っているので、ツマミの動きが滑らかです。電圧制御用のボリュームと言うのは簡単に言ってしまえば炭素皮膜の可変抵抗、、、もっと簡単に言えば炭素板の上を集電ブラシが擦るようにして抵抗値を変化させるのでツマミの動きが滑らかになります。レオスタットの場合は、かなり太さのある抵抗巻き線の上を集電ブラシが擦って行くので、どうしてもツマミを回した時に多少のカリカリ感が伴います。
ご参考：レオスタットに関する私的考察