秋葉原の大手電子部品ショップ秋月電子通商が販売している「PWM方式 DCモーター速度可変キット」を応用した、Nゲージ鉄道模型の自作パワーパックの作り方を解説しているところです。
前回は、PWM基板と各種部品を取り付けるプラスチックケースを加工しました。
今回で最後にしましょう！
最初のほうでPWMユニットはほぼ完成したので、今回はPWMユニット以外に必要な部品と、その配線・取付方法をご紹介します。
まだPWMユニット組立、ケース加工をご覧になっていない場合は、それらと並行してこちらを見ていただければ。
では、やっていきましょう！
※どう考えても鉄道模型メーカーの対応外なので必ず自己責任でお楽しみください
もくじ
前回のおさらい
まずは前回の工程を簡単におさらい。
キットを組み上げ（一部応用）て作ったPWMユニットを収納する、プラスチックケースを用意しました。
ケースの外側に、鉄道模型の運転に必要な部品を取り付けるのですが、部品を取り付ける穴は自力で開口させないといけません。
そこで、部品の取り付け位置を考え、型紙にけがき、その位置にドリルで穴開けしました。
四角形に開口する場所は、細いドリルでけがき1周分穴を開け、カッターで切り込みを入れて穴同士をつなげます。
すると形はいびつですがくり抜くことができます。
あとは開けた穴全部をヤスリで滑らかにし、ケース加工を終えました。
実際に部品を仮置きした状態がこうです。
いよいよ、各部品同士を配線し、PWMユニットと接続させ、完成まで持って行きます。
波動スイッチとポリスイッチ
今回は部品ごとに解説していくほうが良いかもしれませんね。
まずは、パワーパックのオンオフとなる波動スイッチからやりましょう。
ON・OFFと書かれている通り、スイッチをONに倒せば電気が流れるようになります。
これをパワーパックのスイッチにします。
配線をはんだ付けするための接点は、2個とも裏側に付いています。
これには2箇所ともプラスの電線を繋いでください。
分かりやすくするため、プラスは赤色で示します。
これで電源（家庭用電源または9V電池）から引っ張ってきたプラスの電気をオンオフできるようになりました。
が、上の写真では片方のプラス配線の先に、オレンジ色の謎の部品を繋げていましたよね？
それは、ポリスイッチです。
回路に定格以上の電流が流れ、異常な発熱を起こした場合に、ポリスイッチが電流をせき止めて回路を遮断します。
一度回路を遮断しても、高熱が収まればまた通電するようになりますのでご安心を。
これを回路保護部品として、スイッチの隣にはんだ付けしました。
今回使うポリスイッチは、定格1.1A・トリップ電流2.2A。
1.1Aまでの電流は普通に使用でき、1.1A以上で電流制限、2.2Aになったら遮断するしくみになっています。
今作っているパワーパックは単に速度を制御するだけですので、ポイント操作やその他アクセサリー用の端子は付けません。
車両を運転するだけなら、定格1.1Aもあれば十分ではないかと思います。
ポリスイッチにも極性はありませんが、プラスの途中に挟むと良いでしょう。
今回は波動スイッチのオンの先にはんだ付けしました。
この先も、部品同士の距離に応じて配線を切り出す長さが変わってきます。
必ず部品をケースに仮置きしながら、現物に合わせた電線で繋いでいきましょう。
ポリスイッチの片方の足にはプラス配線を2本付けましたが、長いほうはPWMユニットに接続、短いほうは別の部品に接続させます。
そしたら、ケースに開けた穴から配線を先に通し、波動スイッチ本体を押し込んでください。
これでスイッチは準備完了です！
ちなみに、一般的に保護回路を組み込むとなると、ヒューズを思い浮かべる人はいると思います。
過電流が流れた時、ガラス管の中の部品が熱で溶けて回路を溶断させる部品です。
しかし、ヒューズは一度切れたら絶対に交換しなければならない（文字通り回路を焼き切った）ので、鉄道模型用であればポリスイッチのほうが扱いやすいと思います。
パイロットランプを自作
今、ポリスイッチに2本のプラス配線を繋いだ上で波動スイッチを固定しましたね。
その片方の線は、パワーパックに電源が入っていることを知らせるLED、パイロットランプに繋ぎます。
今回は、15mAの定電流ダイオード（CRD）を内蔵した5mm径の砲弾型LED（緑色）を使ってみました。
光源の中にCRDが組み込まれているため、抵抗やCRDを隣にはんだ付けする必要がありません。
先に、同じ径に対応したLEDブラケットをパイロットランプ用の穴に差し込み、内側からLED本体をブラケットに嵌め込み、固定しましょう。
ちなみに15mAのLEDはめっちゃ眩しかったので、もっと電流を制限するCRDを選ぶほうが良かったかも。
嵌めたら次に電線も。
普通のLEDと同じく、リード線の長い方がアノード（プラス）なので、間違えずに配線しましょう。
リード線の根元に色を付けておくと間違えずに済みますよ。
プラスは赤色で繋いでますが、マイナスは黒色で配線します。
LEDのカソード（マイナス）に繋いだ線は、電源用のDCジャックに配線します。
さっきの仮置き写真ですが、この右側の丸い部品がDCジャックです。
本体を穴に嵌め込み、裏からナットで固定します。
ACアダプターコードのプラグは、中央がプラスで外側がマイナスになっていることがほとんど（一部例外あり）。
これを「センタープラス」ということもあります。
今回使う汎用ACアダプターも「センタープラス」なので、DCジャックの中央から伸びて直角に曲がった接点にプラス、外側のまっすぐな接点にマイナスをはんだ付けしてください。
この後、PWM接続用のマイナス配線もDCジャックのカソードに配線します。
ダイヤル取り付け、高さも調節
次は、PWMユニットに電線経由で取り付けたボリューム（ダイヤル）を取り付けましょう。
Bカーブ100kΩのボリュームを使用しています。
ボリューム本体は、ナットとワッシャーでパネルに固定するしくみになっています。
だから穴に通して上からナットで固定してやればハイ簡単！
…というわけにはいかないのです。
ただ留めるだけでは、ダイヤルを回した時、内部のボリューム本体も一緒に回転してしまい、ケースから外れる恐れがあります。
また、取り付け時のダイヤルの高さが意外と高いので、つまみを取り付けた時にスキマが開きすぎてカッコ悪い…。
そこでもう一度、ボリューム本体をよく見てください。
ダイヤルの横に謎の出っ張りが付いていませんか？
この出っ張りこそ、ボリュームの位置を固定するピンです。
さらに、ダイヤルが高くなり過ぎるのを防ぐために、1.2mm厚のプラ板でスペーサーを作りました。
ダイヤルを通す穴を開け、その外周から数えて5.0mmの位置を中心に、ピン留め用に3.0mm径の穴を開けました。
このスペーサーを2つ作り、ケースの裏側に2枚重ねでゴム系接着剤で接着。
対応する穴にダイヤルとピンを嵌め込み、ケース表面に出たダイヤルにつまみを装着させてあげましょう。
これでダイヤルができました！
ちなみにこのつまみは、学生時代に作ったコントローラーを解体して再利用しました。
電子部品ショップでいろいろ売ってるので、好きな大きさ・形の部品を探してみてください。
方向切り替え用にトグルスイッチ
自作のパワーパックで鉄道模型を運転するなら、方向転換もできなければなりません。
もちろん、そのためのスイッチも電子工作で作ることができます！
鉄道模型運転において方向転換用に使う電子部品は、トグルスイッチ（2回路2接点）です。
2回路2接点のトグルスイッチは、裏側に6箇所の接点が備わっています。
KATO・TOMIX両方の線路に出力できるように作っているため、トグルスイッチに限り、プラスは白、マイナスを青色で配線します。
KATOのフィーダーなどが白・青のコードで作られています
まずは、トグルスイッチの左上と右下、右上と左下をそれぞれはんだ付け。
要するにプラスマイナスの線を前後でクロスさせましょう。
先に片側だけはんだ付けしました。
プラマイ両方とも片側だけ固定した後で、もう片方にもはんだ付け。
まだまだ配線を取り付けるので、短い線を先にやっておくと後が楽です。
次は、中央の接点2箇所に、出力端子（今回はプッシュターミナルを使用）に接続する配線をはんだ付けしてください。
ここではプッシュターミナルのプラス（赤いほう）に白い線、マイナス（黒いほう）に青い線を繋ぎます。
実際にはスイッチの可動部が表に出るので、下の写真のように、プラス配線が右手前・右中央に来るように取り付けます。
そうしたら、PWMユニットと接続する配線を手前側にはんだ付け。
手前右側に赤色のプラスを取り付けます。
これでトグルスイッチの配線ができました！
まだこの時点ではプッシュターミナルに繋ぎません。
図で表すとこんな感じ。
構造上、スイッチを前に倒すと後ろ2列の接点に通電し、後ろに倒すと前2列に通電します。
それを分かりやすくするため、PWMユニットへの接続線を手前側にはんだ付けし、そこから奥側に線をクロスさせました。
さて、トグルスイッチもナットとワッシャーでパネルに取り付けます。
この時、ボリュームと同じように、出っ張りの付いた位置決め用ワッシャーがあるので、ワッシャー用の小穴を開けて取り付けましょう。
私は貫通しない程度の穴を裏に開けてワッシャーを固定させました。
そのままだと金属むき出しなので、赤色のトグルスイッチ用キャップも付けてみました。
ケースにスイッチを取り付けた後、白・青の配線をプッシュターミナルにはんだ付け。
白い線はプラスに、青い線はマイナスにはんだ付けしました。
これでPWMユニット外の部品も（ほぼ）全て準備ができました！
PWMユニットへの接続は
ここまで作業した段階で、ケース内の配線はこのようになっています。
そうしたら、PWMユニットをケース内のネジ穴（1箇所だけ）に固定し、併せてボリュームも固定してください。
長く伸ばしている赤・黒の配線のうち、スイッチとDCジャックに接続する線をPWMユニットのPOWERへ、トグルスイッチに繋がる線をOUTPUTの端子台に固定しましょう。
やり方は、むき出しにした芯線を端子台の奥に差し込んでネジ留めするだけ！
端子台の導電部分がだんだん下に降りて、電線を挟んで固定します。
ただし、POWERと短絡させたLOGICには何も固定しないでください。
ケース本体をネジ留めする前に、定格以下のACアダプターか9V電池（スナップを介してね）をDCジャックに差し込み、スイッチをオンにしてみてください。
回路が正しくできていれば、電源が入り、パイロットランプが点灯します！
電源からレール出力までを回路図にするとこんな感じ。
回路保護用のポリスイッチは波動スイッチの前後に組み込むのをおすすめします。
パイロットランプ用のLEDには抵抗または定電流ダイオードも必ず接続してください。
抵抗・CRDの内蔵されていない普通のLEDに制限なしの電流を流すとたぶん焼損します。
さらに、可能ならNゲージの試運転も行ってください。
ライト付き、及び動力車を線路に乗せて線路に給電、トグルスイッチを前後に倒してみて、正しくライトが点灯したり、動力車が動けば成功です！
正しく動いたならば、あとはケース本体をネジ留めして完成です！
が、せっかくの手作りですので、おまけを付け足すことにも挑んでみます。
電圧計組み込みにチャレンジ！
本来なら今の段階でNゲージを動かせるようになりましたが、ここからはおまけ。
小型電圧計をパワーパックに付け足してみましょう！
秋月電子で350円のものを買いました。
基板にプラス（赤）マイナス（黒）の配線が繋がっており、これを回路に接続するだけで電圧が表示されます。
表示した数値にズレがある場合は、裏側のネジ（半固定抵抗）を回すと微調整が可能です。
今回買ったような電圧計は配線が2線式。
どうやら、このプラスは電源と測定線を兼ねているらしく、3.5V以下ではそもそも電源が入らないとのこと。
そこで、赤いプラス線を電源用に専用化させ、測定用のプラス線を黄色で追加してみました。
その場合は電線を追加するとともに、半固定抵抗の下に付いている0オームのチップ抵抗を外してください。
写真の片方は開封前ですが、黒い抵抗の有無が分かるでしょうか。
こうすると、赤い線がプラス（電源用）、黄色い線がプラス（電圧測定用）、黒い線がマイナス（両方）となり、3線式の電圧計に改造できます（必ず自己責任で！）。
赤・黄色の線を同じ場所に固定すると2線式と同じように使えます。
PWMユニットに接続する時は、赤い線をPOWERのプラスに、黄色い線をOUTPUTのプラスに、黒い線をOUTPUTのマイナスに接続しましょう。
黒い線をPOWERのマイナスに繋ぐと最大電圧しか表示しませんでした。
今思えば、このパワーパックはPWM制御。
パルスのオンオフ比率を可変して実質的な電圧を操作しますが、電気的には最大電圧が常時流れているようなものです。
それゆえか、電圧計の画面は一定数値までは暗いものの、完全に消えはしなかった（一瞬消えてもまた表示される）ので、3線化させる前に2線式のまま試してみても良かったかもしれません。
塗装プラ板で装飾して準備完了
したら電圧計もケース表面に出します！
基板にタッピング穴（ネジ穴）が開いていますが、なるべくツライチに固定する上に、なぜか基板が若干傾いていたので、ネジ留めは避けたいです。
ですので、ボリュームと同じように1.2mm厚のプラ板でスペーサーを作りました。
ネジ留め用に穴も開けましたが結局使わなかった…。
3枚重ねにしたスペーサーを、数字を表示するLED画面の側面にゴム系接着剤で固定しまして。
そのスペーサーにさらにゴム系接着剤を塗ってケース裏面に貼り付けました。
このままだとちょっと味気ないのと、ケース内のLEDの光がスキマから見えてしまいます。
画面部分をくり抜いた薄いプラ板にアクリルガッシュ（パーマネントレッド）を筆塗りし、「V」の文字を白でレタリング。
その上に半光沢トップコートを吹いて透明プラ板を被せた、飾り板を作りました。
プラ板同士はごく少量のゴム系接着剤を四隅に塗って貼り合わせました。
これを、電圧計の画面を覆うようにゴム系接着剤でケース天面に貼り付けて、ようやく電圧計が完成！
ちなみにこのパワーパックを作る中で、はんだ付けより飾り板を作るほうが大変でした。
2回失敗して3回目でやっと完成しましたので…。
シールでデコって完成！
おまけの電圧計も準備出来たことですし、自作パワーパックはもう本当に完成間近！
そのまま完成にしても構いませんが、市販品よろしく、シールでデコレーションしました。
雑貨店・文具店（私はロフトと有隣堂で）などで文字シールやマスキングテープを調達し、文字や簡易的なダイヤル目盛りを貼っていけば…。
秋月電子「PWM方式 DCモーター速度可変キット」で作る自作パワーパック、完成です！！
電圧計の組み込みを見込んで長辺135mmのケースを選びましたが大正解でした。
これでもTOMIX「N-1001-CL」に比べて一回り小さいんですよ。
文字の装飾には、筆記体アルファベットのシールを使いました。
ダイヤル目盛りは、マット仕様の白色マスキングテープを細長く切って貼りました。
特にスケールスピードやデューティ比の数字は設けていないので、ただの雰囲気作りです。
電源・出力面はこんな感じ。
電源には「in」、出力端子には「out」とシールを貼ってあります。
遊び心で江ノ電のマスキングテープも添えておきました。
自作パワーパックでNゲージを動かす
それでは、これでNゲージを動かしてみましょう！
汎用ACアダプター（DC12V・1.0A）または9V電池を電源にします。
線路に出力する時は、プッシュターミナルの端子に、延長コードを切り出して作ったアダプターを差し込みます。
専用アダプターの作り方は第1回をご覧ください。
TOMIXだとこんな感じです。
パワーパックのスイッチを入れるとこんな感じ。
パイロットランプが点灯し、電圧計に数字が表示されました！
写真だと分かりにくいですがこのランプがかなり眩しかったので、電流は本当に弱く制限するのをおすすめします。
レールに車両を置き、トグルスイッチを前進・後進どちらかに倒すと、それだけでライトが点灯しました。
今回使ったPWMユニットが簡易回路のため、デューティ比をゼロにできないのでこうなっています。
ですが、Nゲージを常点灯させられると思えばむしろメリットじゃないでしょうか。
あとはダイヤルを回せば車両が発進します！
超たのしい！！！
電圧計のおかげで、どれくらいの電圧で車両が動き出すか、ライトが点灯するか、目に見えるようになりました。
だから、個々の動力性能をより良く把握しやすくなり、非常にありがたい！
ただし、ポリスイッチの項で述べた通りこのパワーパックは走行専用です。
レイアウトにポイント線路や、信号・踏切などのアクセサリーを組み込む場合は、それ専用の電源を別途用意してください。
TOMIX・マイクロ・MODEMO車の動き出しは
ついでに、持ってる動力車をいろいろ試運転してみました。
個体差や動力状態もあるかもしれないので、あくまで参考程度に捉えてください。
まずはTOMIXから、箱根登山鉄道3000形「アレグラ号」。
ダイヤルを回さずとも常点灯ができ、ダイヤルを少し回した程度でモーターも駆動し始めました。
最近の製品のような「M-13」モーターではありませんが、低い電圧で十分走ってくれるでしょう。
鉄道コレクションからは、ノスタルジック鉄道コレクション（ノス鉄）のL型機関車DB21形を走らせてみました。
下の写真は発進寸前の電圧で止めていますが、鉄コレ動力も低い電圧で駆動しました。
実はMODEMO（ハセガワ）の車両もあります。
京阪電車60型「びわこ号」を動かしてみたところ、ダイヤルを多少回さないとライトもモーターも動かない（起動電圧が高め？）かわりに、動力は低速走行が良く効きます！
最後に、マイクロエースからJR九州・キハ31。
ダイヤルを回さずにライトが常点灯、少し回せば低速かつ静かな特性の動力を、このパワーパックで発揮できました。
写真に撮り忘れましたが、KATOの京急230形は、ライト点灯・走行開始までにダイヤルをそれなりに回す必要がありました。
また、KATO旧製品のモーターも起動電圧が高いのか、動き出すまでには割と電圧を加える必要があるみたいです。
グリーンマックスの動力車は…、ごめんなさい持ってません…。
メーカーや発売時期によってモーターの性能は違います。
場合によっては思い通りの動きをしない可能性もあるかもしれません。
動力・導電状態を確認したり、必要ならメンテナンスしたりなど、自作パワーパックと所有車両が上手く付き合っていけるように、時間をかけて大切にしていってくださいね。
さいごに
今回は、秋月電子「PWM方式 DCモーター速度可変キット」を応用して自作した、Nゲージ用の自作パワーパックをついに完成させました！
文字にしたらすごく長文になってしまいましたが、自作パワーパック制作工程はこれで完結です！
工作全般にいえることと思いますが、自分で作ったものが正しく機能して、趣味・生活に役立ったと実感した時の喜びは何にも代えられません。
何年も前に作ったパワーパックに比べても、今回は（改善点もありますが）当時よりずっと良いものを作ることができました。
繰り返しですが、本稿の通りに作るとモーターの速度調整専用（車両の走行専用）のパワーパックになるので、純正のポイントスイッチ等に接続させたい場合は各自でご研究願います。
うちはポイント用の電源は別に用意してあるので、組み合わせて遊べそうです。
今回はここまで！
お読みいただきありがとうございました！
