Bトレインショーティーの室内灯をつけてみた。

Nゲージの客車などにはオプションで室内灯のセットがつくようになっていることが多い。
しかし、Bトレインショーティーには、動力化キットやトレーラー車用の台車などは売られているが室内灯セットは販売されていない。
そこで、室内灯を作ってみようと思った。
まだ、試作の段階なので、きれいではないが、まず点灯させられるようにしたい。

Bトレイン肥薩おれんじ鉄道HSOR-100形気動車「くまモン号」に室内灯取付

Nゲージの線路には、直流の電気が流れる。
パワーパックで電圧を変えることによって速度を変える。
プラスとマイナスを逆にすることによって、モーターの回転方向を逆にして前進させるか後進させる。
これが、ざっとしたところである。現在ではもっと優れた制御方法も出ているが、今は普通のパワーパックしか使っていない。
線路に電圧計をあてて測定すると、パワーパックの前進か後進にしていない時は0V。
前進か後進にした時点で、4V。スピードを上げるためにレバーを回していくと徐々に電圧が上がる。
マックスは、パワーパックによって若干違うが、12V付近となっている。

この時は、線路にかかる電圧は、０V。

この時で、線路には約4Vの電圧がかかっている。

このあたりで、約10Vといったところだ。
ちなみに今は接続していない。

さて、照明の現在の主流はLEDだ。電球より小さなものもあって鉄道模型にはちょうどいい。
しかし、そのままLEDを電源につなぐわけには、いかない。

LEDを光らせるためには、電源のプラスとマイナスを正しく接続しなければならない。

これが、代表的なLEDだが、足の長いほうが、アノード、足の短いほうがカソードと呼ばれている。
足の長い側（アノード側）に、プラス（＋）、足の短い側（カソード側）にマイナス（－）の適当な電圧を流すとLEDは光る。
鉄道模型では、台車から取ってくる電圧が逆になって前進か後進か決める。そのままLEDを接続しても前進の時か後進の時の片方向しか光らないことになる。
次に問題になるのは、LEDには流せる電流が決まっているということだ。それ以上の電圧を印加するとLEDは壊れてしまう。一瞬にして焼けた臭いがして二度と光らなくなる。これは逆方向に高い電圧をかけた場合も同じだ。
そんなわけで、電圧をかける方向、電流の量、この2つを制御してやらないとLEDは鉄道模型では使えないことになってしまう。
通常のLEDに印加する電圧は、2～3V程度だ。電源の電圧が高い場合は、この電圧を調整するために、LEDと電源の間に抵抗を入れる。簡単に計算させると、3VのLEDに20mA程度の電流を流したい場合には、電源の電圧が12Vなら、12-3÷0.02で必要な抵抗の計算ができる。だいたい450Ωぐらいの抵抗を入れてやればいいわけだ。しかし、これでは低速の時は、ほとんど光ってくれない。電源電圧が4Vの時は必要な抵抗は50Ω程度になるのだ。次に、プラスとマイナスが入替ることの対処もしなければならない。室内灯なので前進の時も後進の時も光らせたい。そして、ある程度以上の電圧では光って、少々高い電圧でもLEDが壊れないようにしたい。そう考えると抵抗での制御は困難なことがわかる。

交流を直流に整流するにはダイオードを使う。ブリッジダイオードと言われるものだ。プラスとマイナスが常に入替る交流を直流に整流してくれる便利なダイオードだ。LEDをひとつ点灯させるためなら大きなブリッジダイオードは必要ないだろう。できるだけ小さなブリッジダイオードを探してきた。

こんな感じのものだ。

Bトレインを右に置いて、ブリッジダイオードを撮影した。
この大きさなら、Bトレインにも納まりそうだ。

次に、LEDに流す電流の制御だが、これも便利なダイオードがある。定電流ダイオード（CRD）だ。電源とLEDの間に入れてやると規格内の電圧であれば決まった電流をLEDに流してくれる。抵抗と違って高いのが難点ではある。

3mm白色LEDが10個で200円、15mAのCRDが5本で150円、ブリッジダイオードが1個35円ぐらい。（2016年11月現在）
後は、配線や半田やガラスチューブが少々必要だが1両あたり100円程度の材料費で室内灯が作れそうだ。

LEDとCRDともに、極性があるので確認して接続しよう。ダイオードのくせにどちらも逆の電圧がかかると壊れたり全く制御をしなかったりする。CRDの青い帯のついたほうがカソードマークとなる。カソードマークがマイナスの方に向くように接続する。

ブレッドボード上で接続してみる。

LEDは、左がカソード、右がアノードだ。

写真ではわかりにくいが、逆方向の電圧をかけてもLEDは点灯している。

電圧を変えたり、極性を変えて、ちゃんと点灯することを確認。

後は、Bトレインに組み込むだけだが、狭いので接続は半田となる。

電源は、この板（1枚250円ぐらい）を2mm幅ぐらいに鋏で切って、動力車の集電部に割り込ませて、配線を半田で取付けた。

記念すべき1号車だ。
自信がなかったので配線を長く取りすぎた。
集電部は、モーターの電極に近いので大きくしすぎるとショートする。
少し集電の方法は考えたほうがいいだろう。
そのまま光らせると、屋根まで光るのでLEDの上に両面テープを貼ってマジックで黒く塗ったが、まだ光りすぎる。
次に作る時は、屋根にアルミホイルを貼ったり、窓以外の部分のボディー裏面を黒く塗るなどの工夫をしたい。
白色LEDで15mAで光らせているが、黄色のLEDを10mAぐらいで光らせてもいいかもしれない。Bトレインは短いので小さなLED1個で充分な気がする。