新幹線型コントローラ！？（ワンハンドル×２）

　新幹線の運転台は右がマスコン、左がブレーキとなっていて在来線や私鉄とは逆の配置になっている。何でもブレーキはATCがあるため、基本的な操作はマスコンで行なうということで、右についているらしい。そこで、作ってみようかと思ったが、電車でGO!の新幹線型のコントローラは値段が高い上に、USBで接続するタイプなので解析が難しく、少し小さい。そこで、ワンハンドルタイプを横に並べれば縦型の2ハンドルになるので（笑）、それで実験してみた。

何とも言えない配置（汗）

走行実験はしていなが、ブレーキとマスコンの確認を行なった。画面上にBとMで番号を表示させている。

鉄道模型用ATS(自動列車停止装置)の実験「S形(地上子形)」

　いくら鉄道模型であっても、車止めに衝突したり、ポイントに誤進入したり、停止車両に衝突するのはあまりスマートとは言えない（汗）。そこで、初歩的なATS(自動列車停止装置)を導入してみる。導入するのはS形(地上子形)でセンサは光学センサを用いる。さらに独特のATSチャイム音やブザーを取り入れる。しかし、最近見なくなったというか乗らなくなったので、今もこんなATSがあるのだろうか？（笑）

京都駅の嵯峨野線ホームは終点で車止めがあるので、よくこんな感じでホームに進入していた記憶がある。先頭車両にのるといつも変な音（チャイム？）が聞こえて気になっていた（笑）

実験機材

CPU:Atmel AVR MEGA164P

Output:PowerMOS-FET

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ

使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

運転の難しいコントローラ「DU202改造版」（自動空気ブレーキ仕様）

　改造したDU202を使用した走行実験を行なってみる。前回の記事のように単純な制動量をハンドルにて決定するブレーキではなく、圧力の調整によるブレーキシステムを試してみる。今回は「自動空気ブレーキ」である。機関車に多いシステムであるが、今回は電車運転用にしてみる。

まずは、動作原理から

それでは実際の運転を再現すると

使用コントローラ:TOMIX社製TCS Power Unit N-DU202-CL（PWM制御式に改造）

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ

使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

またまた直通ブレーキの実験（DU202改造コントローラ使用）

　前回の記事に書いた通り、TOMIX社製の運転台型コントローラであるTCS Power Unit N-DU202-CLをマイコンを使用したPWM制御のコントローラに改造し、その計器をブレーキの圧力計に使用できることを紹介した。そこで、今回は路面電車や旧型電車に採用されていた直通ブレーキ(SM)を再現してみる。今回、電流計はブレーキの直通管圧力計となっている。

　具体的には、動画を見てもらうと一番分かり易い。電流計の値は圧力の値を示していて、圧力が上がれば、ブレーキがよりかかる。その調整方法が、ブレーキハンドルによる圧力の減圧、保持、加圧で行なう。また、圧力の増加や減少に時間がかかるため、制動に遅れが生じる。このブレーキの特性を考慮しないと運転が非常に難しい。

使用コントローラ:DU202改造コントローラ

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ

使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

DU202の電流計を活用する（電流・周波数・ブレーキ圧力表示）

　改造したDU202の電流計をディジタル制御で駆動させてみる。これによって電流計だけではなく、他の表示にも流用できる。特に、VVVFインバータ制御を行なう場合には周波数の表示やブレーキにこだわる場合はブレーキの圧力計にもなる。スイッチ一つで切替可能となっている。

　まずは、通常の電流計、実際に走らせていないので、動かないが（汗）。次に、ブレーキの圧力計に設定すると、ブレーキハンドルの動きに合わせて圧力計が変化する。変化の仕方が滑らかなのは、P制御を用いてメータを駆動しているためで、実車の様に滑らかな圧力上昇を再現している。さらに、周波数表示用は周波数調整つまみを回すとそれに応じて変化する。

TCS Power Unit N-DU202-CLの改造(VVVFインバータ制御化)

　 前回の記事で紹介した通りTOMIXの運転台型コントローラDU202を改造してPWMコントローラ化したが、さらに、VVVFインバータ制御を組み込んでみる。もちろん、鉄道模型(Nゲージ)の動力ユニットに用いられているモータは直流(DC)モータなので、実車のように交流(AC)モータを駆動させるシステムは使わない（汗）。擬似的に再現するため、PWM制御の出力周波数を変更して、鉄道模型のモータからVVVF音を出してみる。今までの実験やコントローラの開発である程度のプログラムは完成しているので、それを応用して組み込んでみる。

　まずは、JR東日本のE217系やJRに多いVVVF音の再現。特徴は加速に応じて周波数が上昇するが、一定のサイクルで低い周波数から高い周波数への変化を繰り返している。実際に聞いた事は無いが、一般的なVVVF音かな？

　次に、京急ファンにはたまらない新1000形に用いられている通称「ドレミファインバータ」その名の通り、音階に応じた周波数で発進して行く

　さらに京都市営地下鉄の東西線を走る50系のVVVF音、加速と同時に周波数も上昇するが、周波数が一定で加速する期間がある

　最後に、新幹線のVVVF音を再現する。最近、乗車した事が無いので、記憶が無いが、とりあえず、300系のVVVF音を再現してみる。加速に応じて周波数が上昇し、低周波から高周波の変化を繰り返すが、E217系に比べ、そのスパンが長い

　改造したコントローラでは周波数を一定にして走行する（疑似サイリスタチョッパ制御（400Hz~800Hz）の範囲）と、4つのVVVFインバータ制御によりモータを駆動させる事ができる。ただし、動力ユニットはやはりKATO製に限る（笑）

自作鉄道模型コントローラ「京急新1000形仕様」

　タイトルの通り、京急の新1000形に用いられている通称「ドレミファインバータ」を自作の鉄道模型コントローラでVVVFインバータ制御を用いて再現してみた。

　操作方法は二種類でボリュームによる出力直接制御、ロータリースイッチによるワンハンドル操作（力行5段階、惰行、常用制動5段階、非常制動）が可能となっている。さらに背面には周波数調整用つまみがあり、0に設定すると自動的にドレミファインバータでの駆動となる。また、ディレクション（方向転換スイッチ）や動作切替スイッチを搭載し、コンパクトなコントローラとなっている。

では、実際の動作をみてみる。上手くボリュームコントローラを操作すると、実車に近い音が再現できる。

仕様詳細

MPU:Atmel AVR mega168P

SystemClock:8MHz（内蔵オシレータによる）

Power:外部スイッチングACアダプタによる12V1.5A

出力回路構成:MOS FET

制御アルゴリズム:VVVFインバータ制御

操作部:主電源スイッチ、動作切替スイッチ、方向切替スイッチ、加速率・減速率調整つまみ、周波数調整つまみ、ロータリースイッチ

保護回路:過電流検出による出力遮断、ポリスイッチによる自動遮断・復帰

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ

使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

ドレミファインバータの開発

　京急（京浜急行電鉄）の新1000形に搭載されているVVVFは面白い音が鳴るらしい（笑）。実際に聞いた事はないが、動画サイトで多くアップされているのを見るとこれを真似したくなる。そこで、まず、音の解析から

下の方に、段階的に周波数が上昇している様子が見える。そこで、音階で周波数を変えて行く事にする。

「ファソラシ〜」で加速して行く様子は非常に面白い

実験機材

CPU:Atmel AVR MEGA644P

FET:2SK2231

実験方法

可変電圧周波数(VVVFインバータ)制御による

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ

使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

TCS Power Unit N-DU202-CLの改造(PWMコントローラ化)

　今回はTOMIX（トミーテック）社製のコントローラであるTCS Power Unit N-DU202-CL（パワーユニット）を分解、改造してマイコンを使用したPWM制御コントローラにしてみる。

＜注意！！＞

TCS Power Unit N-DU202-CLは家庭用商用電源（AC100V）を使用している製品ですので、内部に高電圧部が存在します。知識や経験の無い方が分解されますと、感電の可能性が非常に高くなります。また、コンセントを抜いた状態でも、内部のコンデンサに電気が蓄えられている事があります。この記事は分解を推奨するものではありません。さらに、この記事に関連して生じたいかなる事故、傷害にその他事象に関して当方は一切の責任を負いませんので、分解・改造は個人の責任の管理の元でお願い致します。また、安易な改造を防ぐ為に、改造に関する詳細な内容は非公開とさせていただきます。ご了承下さい。

　それでは、実際に動かした様子を見てみる。まだ、開発段階でLCDや電流計の動きが上手く行っていませんが、PWMコントローラとして生まれ変わっている。

また、改造によって常時点灯機能が使用できなくなった。しかし、ポイント切り替え用のサイドコネクタやTCSコネクタはそのまま活用できる。また、メータもディジタル制御で使用可能とし、加速や減速用の表示LEDはまた別の用途で使用する。さらに、加速用、常時点灯用の調整つまみはアナログ運転、周波数調整用に切替た。

追加した部品はLCD(液晶ディスプレイ)

サイドにはプッシュスイッチとトグルスイッチ

前面部にもトグルスイッチを追加

仕様詳細

CPU:Atmel AVR mega644P

System clock:20MHz（セラロック使用）

出力回路:Power MOS FET

操作方法:力行4段階、惰行、常用制動4段階、非常制動

表示方法:LCD（8文字×2）、LED4個

補助入力:トグルスイッチ4個、プッシュスイッチ

主要機能:PWMデューティ制御によるモータ駆動、走行中の周波数変更（疑似VVVFインバータ制御）、メータの完全なディジタル制御、電流計は電流表示、周波数表示、ブレーキ圧両区表示に流用可、加速率、減速率の設定及び記録

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ

使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）