Nゲージ用PWM式パワーパック製作記（未完成）

遅くなりましたがあけましておめでとうございます。T.S.です。
工大祭より役員を後輩に任せることになりましたので依然心配な部分もありますが肩の荷が下りてほっとしております。

さて、実は工大祭の数週間前に突如、「パワーパックを自作してみよう！」と思い至りまして他の準備の片手間に製作に励んでおりました。しかし、もちろん他の作業などがあり忙しい中で完成させることなど出来ず、工大祭当日は私の鞄の中で眠ったままということになってしまっておりました。

その後もしばらくは熱が冷め、パワーパックの製作からは離れていたのですが、正月も過ぎ、講義も終わり始めて時間に余裕が出てきましたので再び意欲が沸いてきました。現在はコントローラの大まかな部分は完成し、内部の回路を見直しブレッドボード上でテストを行っている段階です。

発振回路のみ完成していないため発振回路のみ外部のブレッドボード上に作成しています。

裏面の様子。出力端子は3つありますがすべて同一の出力になります。入力電源は12V。

パワーパックの速度制御の仕組みとしましては、PWMという方式を採用しました。鉄道模型のモーターは直流ですので、電車の制御方式で言うと電機子チョッパとほぼ同じものと考えていただいてかまいません。
発振回路には555タイマーを用い、これにより出力される三角波をコンパレータに入力しPWM波を作成しています。これを半導体スイッチに入力し、モーターに印加される電圧の平均値を変化させることにより速度を制御します。
201系など電車の電機子チョッパで用いられている半導体スイッチはサイリスタですが、鉄道模型は入力電圧が小さいため、扱いやすいパワーFETを用いています。

工大祭前に書いた回路図になります。メモ等でごちゃごちゃになっているため、見苦しい点はご容赦ください。この回路図をもとに製作した回路は工大祭当日に試験した結果動作しておりませんでしたので、現在改良を加えつつ新しい回路に切り替えて行っておりますが、基本的な構造は変わりません。完成しましたら清書したものをお見せしたいと思います。

鉄道模型でコントローラをPWMにする利点として、鉄道模型を実際の鉄道車両のように唸らせる事が出来る、というものがあります。発振回路の発振周波数を変化させることにより、VVVFインバータのような駆動音を鉄道模型から響かせることも出来るのです。

テスト動画です。

他にパワーパックを製作している方々を見ますと、Arduino等のマイコンを用いている場合が多いかと思いますが、私はプログラミングに自信がないためアナログ回路を用いております。速度フィードバック制御が難しいなどマイコンに比べると作成できるコントローラの機能の自由度は低いですが、それなりのものにはしようと考えております。部品が壊れた場合の予備パーツもマイコンに比べるとはるかに安価ですので手を出しやすいのではないでしょうか。

時間を作りながらの製作ですので、いつ完成するかは製作している本人にもわかりませんが、少なくとも次回の工大祭には間に合わせたいと思っております。完成した暁には改めてご紹介したいと思いますのでお楽しみに！