随分途絶えてしましました、Ｎゲージ用の小型動力台車を自作したシリーズ第４弾が動作実験完了です。貨物列車で超スロースピードが可能な動力台車を組む場合、低速トルクを稼ぐためにギヤ比を上げたりＰＷＭパワーパックを使ったりしてきましたが、ＤＣモーターを使う以上どうしても限界があります。
そこで１秒で１回転するような超低速でもトルクが落ちないステッピングモーターを使うことにしました。ただ駆動方法はＤＣモーターと比べて簡単ではなく、専用のドライバー基板とそれを制御するためのマイコンボードとを必要とします。今回、Ｎゲージ車両にそれらをなんとか押し込めるぐらいの大きさに出来たので、プログラミングを施して駆動実験を行い、まずまず良好な結果を得たので記載します。
上記の動力台車は、ＫＡＴＯ製小型車両用動力ユニットから取り出した台車に少々手を加えたものです。元々のウォーム軸はφ１ｍｍなので、ステッピングモーター軸φ１．５ｍｍが入る様にドリルで広げてから圧入し瞬間接着。モーター取付けは、フランジ部分をウォームの噛み合いを考慮して予め曲げておき、台車の平らな所に瞬間接着してあります。現状ではちょっと不安定ですけど、もう少しモーター軸にウォームギヤを押し込めばモーターが台車の上にシッカリ固定できそうな気もします。
上図はステッピングモーターを駆動するためのドライバー基板とその制御用マイコンボードです。どちらも大きさはほぼ切手サイズ位に収まってます。本来はカクカクと段階的に回るステッピングモーターを滑らかに駆動するにはマイクロステッピングドライブという方法があり専用のドライバー基板があるので使っています。このドライバー基板は、回転方向（ＣＷ-ＣＣＷ）と回転数パルスを入力すればそれに応じてモーターを擬似アナログ的に駆動してくれる優れものです。
マイコンボードは何をしているかといえば、回転方向を指示する信号と回転速度を決める数Ｈｚ～数ＫＨｚのパルスをＰＷＭで作っています。プログラムでＰＷＭパルス出力の周期を増減して、停止状態から超低速、加速、定速運転、減速、超低速、停止、を順次行い、次に方向転換信号を送ったあと、再び同じ加速減速を繰り返して停止、を繰り返す様にしてあります。この動作検証で上手く駆動出来そうな印象を掴めましたので、あとは実際に車両へ組み込んでレールを走らせてみなければなりません。
この今回の試みは、Nゲージ車両に積めそうな小型ステッピングモーターとそのドライバー基板とを上手く見つけていたものの、それを制御するための小型マイコンボードの製作とプログラミングの段階で二の足を踏んでいました。最近になってｉｃｈｉｇｏｊａｍというＢＡＳＩＣが動くマイコンボードで何とかなりそうと判り、元々はボード寸法が名刺サイズなものを切手サイズにまで小型化する計画が完了、やっと両者を合わせて念願のアイデアが実現出来たのでした。
制御プログラムはマイコンボードに繋いでいるシリアルＵＳＢ変換ボードを経てパソコン側のターミナル画面から随時開発可能、ＢＡＳＩＣなのでパラメーターをいじってリターンすれば即実行でき、結果が即座に判るから全然苦痛じゃないです。これがもしワンチップマイコンでの開発になっていたら、アセンブラでコーディングし直してコンパイルしてＨＥＸファイルを転送して〇×・・・、なんてやっていたらこんな簡単に出来なかったでしょうねぇ。
実際にＮゲージ車両に組み込めたとして操作環境はどうなるかというと、レールへの通電は１２Ｖ常時印可、車両のコントロールは３１５ＭＨｚ帯の無線式リモコン経由でマイコンボードへ制御信号を送る方式になります。
【こちらもご参考に】
第７４呟【ｺｱﾚｽﾓｰﾀｰM716PA-10は動力台車に使えるか】
Ｂトレインショーティー改造報告Ｎｏ.１【ＤＥ１０からＤＤ１３を作る試み】
Nゲージ用小型動力台車の製作Ｎｏ.２（12/9追加サーボ情報有り）