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鉄道模型用電源事始

Dec 24, 2001.

太古、鉄道模型はゼンマイを動力として運転されています。鉄道その物が実用化されたのは1800年代前半のことで、概ねそれとあい前後して鉄道模型を作られるようになっていますから、最初の鉄道模型が出来(しゅったい)したのは1830年代頃の話と考えて間違いありません。1800年代も後半になると電気動力の、すなわちモーターを回してこれを動力源として使用する鉄道模型が現れます。

ところがこの時期の鉄道模型は家庭用の電灯線電源をそのままレールに繋いでしまおうと言うもので、レールには220Vや100V程度の電圧がそのまま掛かっています。今にして思えば随分と危険極まりない代物ですが、この当時は鉄道模型は未だ一般に普及するに至らず、ごく一部の王侯貴族大富豪にのみが買い求められる商品でしたから、子供用の鉄道模型であったとしても運転係の召使にでも操作させておけば済むことで、そのせいもあってか随分と大胆不敵な設計が許されていてのでもありましょう。

それでも220Vそのままとは余りにも危険であることには相違ないので、トランスを使って、生命に危険の少ない20V程度まで電圧を下げて使おうと言う機運が生まれてきます。恐らくはこの種の低圧電源を鉄道模型にはじめて導入したのはドイツのメルクリン兄弟商会でしょう。1800年代末期から1900年代初頭に掛けてのことです。

また、自動車やラジオの普及に伴って一般的になりつつあった鉛蓄電池などを使って直流で運転しようと言う気運も生まれてきます。自動車は当然電池を載せていますが、この当時のラジオは真空管式でヒーターを加熱するための低圧電源(いわゆるA電源)は電池が多用されていたからです。A電源として実用になるほどの大容量の半導体が実用されていなかった状況を考えれば、蓄電池の使用を考えるのは当然の帰結と言えましょう。また、家庭用に直流が配電されていた地域もあったと言うことも関連するかと思われます。例えば、東京府内では神田区周辺などは直流配電の地域です。

このような事情のために戦前の鉄道模型は概ね直流6Vで運転されるものなどが多かったようです。申すまでも無く、6Vとは蓄電池や乾電池のセルを複数個直列にした際に得られる電圧に等しいです。やがて、直流2線式の場合の最高電圧は12Vに定められます。

大まかですが、以上が電源周りを巡る鉄道模型の歴史的な流れに関する話です。



トランスとは

Dec 24, 2001.

「トランス」の正式?な名前はトランスフォーマーですが、普通に日本国内では「トランス」と省略して呼んでいます。トランスには2つの意味が有り、一つは一般的な電気部品としてのトランスとは「変圧器」の事で、交流電源の電圧を下げる為の本来の目的でつかわれる機器です。もう一つの意味としては鉄道模型用語として「トランス」と言った場合で、ライオネルやメルクリンなどに使用されるトランスの場合です。

上述の本来の意味でのトランス以外に、車輌の逆転機を動作させる為に必要な仕掛けや、Oゲージ用であれば汽笛を鳴らすスイッチなども装備されています。これらの仕掛けまで組み込んだもの全体を「トランス」と表現する場合があり、このコンテンツで取り上げるのはこちらの「トランス」の方です。



ライオネル製品などの、Oゲージ用トランスに最低限必要な機能は



  • 車輌の速度を変化させる→電圧を調整する
  • 車輌の進行方向を変化させる→電動逆転機を動作させる


と言う事です。電圧を調整するのに一番簡単な方法は、複数の電圧の異なる2次巻線を出した所謂マルチタップのトランスを用意しておいて、ロータリースイッチ式に2次電圧を変えて行く事です。古いカツミとかのOゲージ用のトランスとかはこの種の構造でしたからご存知の方もいらっしゃると思います。

但し、マルチタップのトランスでは電圧を切り換える際に一瞬電圧が途切れるのでその都度車輌がガクガクと動いたりして余り実感的ではないし、段階的にしか車輌の速度を変える事ができなくて面白くないので、もっと高級な(=と言うか“まとも”な)トランスでは、無段階に電圧を調整できます。更に新しいものになると、純電子的に交流の電圧制御をするようになります。

一方、電動逆転機(=Eユニットなど)を動作させる為には、トランス側では電流を断続させるだけの事しかしませんから話は簡単です。一番簡単なのは押しボタンスイッチでボタンを押すと回路が切れるようにしておく、ただそれだけで済む事です。同じ交流3線式の鉄道模型でもメルクリン方式の電動逆転機を搭載している車輌の場合は、線路に一瞬ですが23V程度の高い電圧を掛けて逆転機を動作させるのでスイッチの使い方がかなり異なります。少なくとも逆転機を動作させられる電圧用の別のタップはトランスに無いと使い物にはなりません。



パワーパックとは

June 16, 2002.

HOゲージNゲージなどの鉄道模型は直流2線式で運転されます。運転に使用するのが乾電池などのような直流で、車輌への送電に使用するのは車輪が載っているレールそのもの2本を使うのでこのように命名されています。最高電圧は模型の種類によって異なりますが、概ね8Vから18Vの間で、電圧を上げ下げすると車輌は速く走ったり遅く走ったりして、プラスとマイナスの極性を変えると、車輌の走る向きが変わります。

パワーパックとは家庭用のコンセントに配電されている交流100Vの電源から、鉄道模型を運転するのに都合の良い直流12Vなどへ整流・降圧し、模型の運転に必要な幾つかの機能を付与した「多機能可変電圧ACアダプター」とも言うべき電子機器です。トランスを使って電圧を下げて、シリコンダイオードなどの整流器を使って直流に整流し、車輌の速度を加減する為にレオスタットなどを使って電圧を上下できるようにし、車輌の進行方向を変えるための逆転スイッチなどを1つのケースに収納した物を指します。



パワーパックの回路例
上の図は一般的なパワーパックの概念です。一番左側は家庭用の交流100Vの入力で、一番右側が車両を運転するための直流12Vの出力となります。一般に回路図は左から右へ電気が流れるような描き方をするのが普通です。

パワーパックの回路全体としての電気の流れは回路図の左から右へ向かって

1:トランスで電圧を下げる

2:交流を直流に整流する

3:レオスタットで電圧を調整する=車輌の速度を調整する

4:逆転スイッチで線路の極性を変える=車輌の進行方向を変える

となります。最近ではレオスタットは需要が少なく単価面で不利であったり、消費電流の多い車輌と少ない車輌を1種類のレオスタットで制御することは厄介なので、トランジスタなどを使って電子的に電圧を制御する機種も多いです。



市販パワーパックの実例:MRCのロコモーション2500

Dec 24, 2001.

MRCのロコモーション2500と言う機種です。クラス分けすると中級機種と言った処でしょうか。面白いのはブレーキスイッチが付いている点でしょうか。どんなスイッチかというとモーメンタリ動作のスライドスイッチで、これを引っ張っている間はブレーキが掛って、離せば緩みます。つまり、実物の車輌のブレーキを掛けたり緩めたりしながら最終的に停止目標に止めるのと同様に、スイッチを引いたり離したりしながら模型の車輌を減速させることができます。

MRC製「ロコモーション2500」パワーパック。
判ってしまえば「な~んだ」と言うことになってしまいそうですが、大してすごい金額を支払わずに、この種のオアソビができるのが嬉しい処です。裏面には普通の電圧可変の直流出力端子のほかに、アクセサリー用の交流出力端子と、出力電圧固定の直流出力端子もあります。



Nゲージ用とHOゲージ用パワーパック

May 1, 2017.

市販のパワーパックには「Nゲージ用」と謳っているものと、「HOゲージ用」と謳っているものがあります。概ね「HOゲージ用(≒16番ゲージ用)」と謳っているモノは出力電流が大きくて高額です。簡単に言ってしまえば、古い16番ゲージ(≒HOゲージ)の車輛では消費電流が大きいので、出力が大きなパワーパックを用意しないと楽しく遊ぶことが出来ないからです。

一例としては、古い車内照明用の電球は1本辺り0.1A程度消費します。例えば、20m級客車には通常室内灯を3本くらい取り付けますが、1輛辺り0.1A消費する電球を3本取り付けて10輛編成にしたら、たったそれだけで3A必要です。「LED電球ならばもっと消費電流は少ない筈だ」と言えば全くその通りなので、「それならば全部の車輛をLED電球に交換ししちゃえばいいじゃない」と言うのが全く正論なんですが、手持ちの全部の車輛の車内照明を片っ端からLED化するのにはどれだけ手間が掛かることやら、、、。

それは兎も角もモーター1個で1A近く消費するものもあり、それでいながら最近の16番ゲージ(≒HOゲージ)の車輛では車内照明まで含めても1Aも消費しないモノもありますから、手持ちの車輛の消費電力と相談する必要があります。「パワーパックには何A必要か?」と言うのは、使用者の個別の条件によって異なるわけですが、HOゲージ以上の大きさの鉄道模型を前提とすると1Aから2Aは最低限度欲しいように思います。

Nゲージの場合はもうちょっと少なくても済むかもしれませんが、目一杯少な目にしてしまうとモーター付きの車輌を増結する余地が無かったり、遣り繰り算段ばかりに気を使わなければならなくなってしまって面白くないと思うのですが如何でしょうか。但し、多過ぎる容量は残しておいても腐るわけでもないので、迷った時には大き目にしておいた方が良いと思います。自作する前提での話ですが、3A用のパワーパックを作ったら1A用のパワーパックの3倍の費用が掛かるわけでも無いですから。

以上は出力電流を大前提とした話ですが、古いパワーパックで速度制御にレオスタットを使っているパワーパックではNゲージ用とHOゲージ用(≒16番ゲ―ジ用)では、使っているレオスタットの抵抗値が違っています。レオスタット式のNゲージ用パワーパックでは100Ω程度のレオスタットが使用され、HOゲージ用のパワーパックでは30Ωから50Ω程度のレオスタットが使用されています。レオスタットの抵抗値はモーターの内部抵抗に応じたものを使わないとまともな運転ができないですから、Nゲージ用とHOゲージ用のパワーパックではかなり厳密に使い分けないと楽しく遊ぶことができません。

この文章の前半分では出力電流の大小にばかり拘っていますが、それと言うのも最近のパワーパックは電圧制御に半導体を使っていたりするので、速度制御用素子の抵抗値とモーターの内部抵抗だなんだと言う事柄は気にする必要がないからです。個人的にはレオスタットは好きな素子なんですが、私の好みを最前面に押し出す訳にも行かないので初め鉄道模型を使うような方には余りお勧めはできません。