home / railmodel / 制御 / 鉄道模型の制御

鉄道模型の制御

1.鉄道模型制御の概要

図1-1.模型制御概要

　図1-1に模型制御の概要を示します。

　パワーパックはドライブ回路とその制御回路で構成されています。

　通常の模型では、パワーパックのつまみ(制御回路)を人が手で操作することで、モータ(Rail)に流れる電流を制御します。

　パワーパックのつまみに相当する部分をコンピュータ等で操作して、模型を制御します。

図1-2.パワーパックの例

　図1-2にパワーパックの例を示します。

　つまみ(VR)を操作するとViが変化し、ドライブ回路は R_Eにかかる電圧、すなわち、 I_{CE( = レールを流れる電流) × R_E が
Viと等しくなるように I_CE が流れます（I_BEは微少なので無視）。}

　Vi をコンピュータで操作すれば、レールに流れる電流をコンピュータで制御できるようになります。

　I_CEを 0～2[A]の範囲で制御する場合は、
　　　0 × R_E ＜ Vi ＜ 2 × R_E
の範囲で Vi を制御すれば良いということになります。

図1-3.制御回路例

B0からP0を通りGNDへ流れる電流をi0, 
同様にB1,B2からP1,P2を通りGNDへ流れる電流をi1, i2とし、
P0,P1,P2の電位をそれぞれVP0, VP1, VP2とする。
また、B0, B1, B2の電位をVB0, VB1, VB2とすると、

i0 = (VB0 - VP0) / 2R
i1 = (VB1 - VP1) / 2R
i2 = (VB2 - VP2) / 2R

VP0 = (i0 + i1 + i2) × 2R
VP1 = (i1 + i2)      × R + VP0
VP2 =  i2            × R + VP1

が成り立つ。
　これを整理して、

VP0 = ( (VB0 - VP0) / 2R + (VB1 - VP1) / 2R + (VB2 - VP2) / 2R) × 2R
    = VB0 - VP0 + VB1 - VP1 + VB2 - VP2
    = 1/2 × (VB0 + VB1 - VP1 + VB2 - VP2)
VP1 = ( (VB1 - VP1) / 2R + (VB2 - VP2) / 2R ) × R
         + 1/2 × (VB0 + VB1 - VP1 + VB2 - VP2)
    =  ( VB1 - VP1 + VB2 - VP2 ) /2 
         + 1/2 × (VB0 + VB1 - VP1 + VB2 - VP2)
    = -VP1 + (2VB2 + 2VB1 + VB0)/2 - VP2
    = (2VB2 + 2VB1 + VB0)/4 - VP2/2
VP2 = (VB2 - VP2) / 2R × R
         + (2VB2 + 2VB1 + VB0)/4 - VP2/2
    = -VP2 + (4VB2 + 2VB1 + VB0)/4
    = (4VB2 + 2VB1 + VB0)/8
となる。

2.鉄道模型の制御方式

　複数の列車を同時に運転する場合、

レールを複数用意して、１レールに１列車を走行させる
外部からの制御信号を車載の回路で処理して、模型を動作させる
（車載回路方式と呼称）
レールを区間毎に区切って、区間毎に別の電源（キャブ）から給電する
（地上回路方式と呼称）
その他

の何れかの方法を採る事になります。

　1.は複線で２列車運転、複々線で４列車運転等、よく見られる方式です。

　2.には NMRAの DCCや岡瀬氏の NINE-SYSTEM があります。

　3.は、NiftyServeの鉄道模型フォーラムで使用されている CPP(詳細はNiftyserve, FTRAINM会議室#9参照)や当方で開発中のNTCS等があります。

2.1 車載回路方式

図2-1. 車載回路方式

　車載回路方式は、各車両に搭載したドライブ回路を制御する事で複数車両の制御を行います。

　複数車両(複数ドライブ回路)を2本の線(Rail)で制御するため、制御回路とドライブ回路の間に、デコーダ(マルチプレクサ含む)と車載エンコーダを必要とします。

　制御信号の伝送には、Railではなく、無線、赤外線、架線等を使用するものもあります。

利点

制御信号、走行用電力はすべての車輌に並列に接続するだけですむ。
特に、レールに走行用電力と制御信号を多重して伝送する方式では、配線はレールへの2本のみ。　しかも、ギャップは不要。
車輌ごとに速度を指定できるので、重連しても安定した走行が可能。
ヘッドライト、テールライト、室内等の制御機能の追加が容易

欠点

受信機および、デコーダとモータドライブ回路を車輌に組込む必要がある。
Ｎゲージの機関車等、空間の少ない車輌への回路搭載が難しい。
ドライブ回路の発熱にも配慮が必要。

2.2 地上回路方式

図2-2. 地上回路方式

　地上回路方式はレールを区間毎に区切り、区間毎に電力供給元を制御します。　この方式では、車輌の改造が不要である反面、同一区間内の車輌を個々に制御する事が出来ません。

図2-3. 電源選択方式

home / railmodel / 制御 / 鉄道模型の制御

履歴
1998.09.23 更新
1998.08.26 更新