本帖最后由 小鑫 于 2024-11-30 10:28 编辑
自 20 世纪 60 年代末推出乐高火车以来，乐高为我们提供了许多简单易用、适合儿童的动力解决方案，帮助我们为火车实现机动化和供电。这些方案主要基于电池和轨道供电系统，并随着时间的推移不断调整，以适应乐高轨道和其他组件系统的变化。 本文的历史回顾将重点分析乐高发布的各种火车驱动系统。随着时间推移，这些系统不断演变，可以划分为不同的“时代”或主题，每个时代都有其独特的轨道和电气系统架构。 21344东方快车 鉴于相关产品和零件的种类繁多，我将重点放在那些主要或专门为火车主题设计的零件上。例如，虽然有许多通用的 9V、机械组 和 Power Functions 电机可以驱动火车，但本文将严格聚焦于专为火车设计的电机产品。这样可以帮助我们深入了解那些专为满足火车主题需求而设计的乐高零件，与那些跨多个主题通用的零件有所区分。 DAY1技术时代
从宏观上看，乐高火车主题可以分为两大类：轨道供电和电池供电。 这种划分并不依赖于轨道系统或时间段，因为电池驱动和轨道驱动的列车几乎贯穿了整个乐高火车历史，两者长期共存。从另一个角度看，也可以根据轨道系统对火车主题进行划分。在这种情况下，实际上可以分为三个类别：蓝/灰轨道时代、9V 金属轨道时代和 RC 塑料轨道时代。 考虑到这些划分，我们可以看到六个不同时代或主题的轮廓，如下面的时间线图所示。 我从动力系统的角度确定了乐高火车的六个主要时代，如下所示：基于这一参考框架，我们可以深入探讨每个动力系统时代的基本组成部分。我将这次分析分为三个功能类别的要素：电机、供电系统和电源控制器。乍一看，每个主题似乎都有其独特的机动化解决方案。但如果我们缩小范围，专注于乐高列车的电机元件，实际上只有两种不同的外形尺寸：所谓的“砖箱”实际上是乐高最早期的机动化产品之一，也是多种主题中的通用零件。在我看来，它的外形设计似乎更多地受到了火车组装需求的影响。4 颗粒的宽度和 6 颗粒的轴距是至今仍沿用的基本特征。而“动力转向架”的外形尺寸则是乐高列车电动化的核心部分。在分析了各个时代的电机元件后，本节最后将对这一外形尺寸进行更详细的讨论。4.5V 电机4.5V 电机元件采用经典的砖盒外形设计。车轮通过摩擦固定在四个轴孔上，轴距为 6 颗粒。带凸缘的车轮专为火车设计，但也可以换成装有橡胶轮胎的无凸缘车轮，使该电机在火车之外的用途更加广泛。电机通过多个车身上的电连接端子与电池供电系统连接，端子既可垂直向上，也可水平连接。这款电机的一大亮点是其内部结构采用了两部分压铸金属底盘设计。这不仅增强了电机的机械耐用性，更为关键的是，它提供了额外的重量。超过 150 克的重量增加了牵引力，增强了车轮与轨道之间的接触力。机械结构：4.5V/12V 砖盒电机（bb0006、x469b）电机两端的底部各有一个 4x2 砖块空间，可用于安装功能配件。12V 电机12V 电力系统跨越了从经典“蓝轨”时代到 1980 年开始的“灰轨”时代的过渡期。因此，12V 的四轨系统可以使用砖盒式和动力转向架两种形式的电机。砖盒式电机（x550a、x550b）在外观上与 4.5V 或 12V 电机几乎完全相同，内部则安装了不同额定电压的电机。识别它们的方法是通过电机顶部的一个小开孔，可以看到电机外壳上的彩色标识条：红色条带有“4V”标记，黄色条带有“12V”标记。机械特点：12V 电机转向架 ( bb0012 )
12V 电机转向架堪称精妙的工程设计典范。强大的有刷直流电机被封装在两部分压铸金属底盘中，电机轴对称地从外壳两端伸出，并配有黄铜蜗轮。蜗轮传动装置具有极高的扭矩，赋予电机强大的牵引力。另一个优点是电机的电刷外露，未封装在电机外壳中，方便用户清洁和更换电刷与换向器（如有需要）。 考虑到其面向儿童玩具火车的市场，这样的妥协和成本削减是可以理解的。搭载 9V 电机转向架的乐高火车套装通常由四到五辆相对轻便的车厢组成——这也正好符合该电机的性能范围。 由于从外形尺寸的角度来看，这些电机之间的差异很小，因此我们将结合 RC、Power Functions 和 Powered Up 时代的电机转向架元件进行讨论。电机性能存在差异（RC 电机最差，PF 和 PU 电机令人满意），并且每个电机都与其系统标识相对应的不同连接器端接。 机械结构：遥控电机 ( x1688 )动力功能系统的推出，取代了短暂存在的RC动力系统时代。随之而来的，是经过改进的电机转向架。从外观上看，机箱尺寸保持不变，但9V连接器被淘汰，取而代之的是硬接线的4路动力功能电缆组件，该组件采用新的动力功能2x2螺柱可堆叠插头端接。 乐高火车迷对 Powered Up 系统取代 Power Functions 的推出感到担忧，这是可以理解的。Powered Up 的电机转向架替代品与前代 Power Functions 基本相同，主要区别在于6路硬接线的PU电缆组件采用了新的PU模块化插头进行端接。 如前所述，1980 年推出的 12V 电机转向架的电机转向架外形尺寸与今天基本相同。其主要特点包括： - 6 螺柱（48 毫米）轴距
技术半销中心旋转支架 - 两端各有 2x4 螺柱“架”，用于安装转向架侧架和/或缓冲器/耦合器元件
尽管从1980年至今，转向架的整体形状保持一致，但每个时期都有一些细微的差异，主要体现在底部离地间隙和车轴的垂直中心线位置。 DAY3电池组件
1972 年，专门的车厢组件被引入，允许在 6 颗螺柱宽的结构中垂直安装 3 个 C 型电池单元。在 9V 电源系统推出之前，这种车厢设计一直使用到 20 世纪 80 年代末。 机械特点：经典电池盒（bb0045）此外，体积较大的电池单元具有更高的能量容量，能够提供更长的运行时间。传统电池盒的尺寸不太合适，确实影响了它在火车中的隐藏效果。通常，它会被伪装成蒸汽机车的煤水车。 1985 年，电池车厢正式退役，此后近 20 年，才有另一种列车专用电池箱问世。2000 年代初期/中期，9V 电气附件系统显然已接近使用寿命，即将推出替代产品。对于火车迷来说，这意味着 9V 金属轨道系统的退役，以及向塑料轨道上的电池供电列车的过渡。 虽然该元件缺乏灵活性，但它确实通过紧凑集成弥补了这一缺陷。使用 6 节5号电池的决定确实提供了比 Power Functions 7号电池盒更大的能量容量，并且运行时间更长，峰值电流输出更大。红外接收器传感器安装在底盘的两侧，有助于最大限度地检测红外信号。 机械特点：动力型电池盒每套 Power Functions 火车套装都配备了常见的 8x4 7号电池盒。它外形紧凑，能容纳 6 节 7号电池。电池盒顶部有一个状态指示灯、一个开关按钮，以及用于控制电机方向的选择开关，使得即便没有遥控器也能轻松操作。这种设计不仅对火车建造者十分实用，对于那些使用电机或照明功能的其他乐高模型和 MOC爱好者同样适用。 这使得乐高火车能够以与传统比例模型火车相似的方式运行，火车通过金属轮直接从轨道上获取能量进行供电和控制。 12V电源控制器 ( 2864 )机械结构：12V 变压器 (2864)
9V 速度调节器 ( 2868b )该系统巧妙地结合了乐高系统中离合器连接元件和电气连接的最佳特性。这是通过一种基本而精妙的 2x2 导电螺柱阵列实现的。这种 2x2 导电螺柱图案用于制造电缆组件、电机端子、照明砖和电源输出端子等基本电气端子。您可以将这些元素轻松集成到现有的乐高作品中，因为它们与乐高系统完全兼容，并具有与其他元素相同的离合器特性。 从火车爱好者的角度来看，9V 系统配备了一个简单的速度调节器和电缆附件（如右上图所示的5306c01），用于连接轨道并供电。虽然 9V 连接方案令人惊艳，但我不得不说，9V 速度调节器的表现却令人失望。它在设计上忽视了此前12V 变压器的诸多优点。具体问题包括： 不符合乐高系统几何设计 - 2868b 控制器的外形设计无法与乐高系统的美学或几何结构融合。除了前面板上的螺柱装饰，电源输出连接器也没有与其他功能部件建立合理的联动。 功率不足 - 2868 控制器的输出功率非常有限。其内部使用的是线性稳压器 (LM317) 来调节输出电压，尽管该稳压器的额定输出电流可达 1.5A，但由于没有足够的散热或管理机制，乐高这款设备的实际输出电流通常低于 1.0A。 非连续调节 - 当我发现这款调速器并非连续可调时，失望之情难以言表。它的旋钮只能在每个方向上选择七个固定的输出电压级别。这种设计完全不能满足模型火车的平稳运行需求。连续、平滑地调整火车速度是必要的，但这款设备无法实现这一点。
最后，乐高火车的产品设计演变非常复杂，我们可以先挑选自己喜欢方案入手。乐高火车爱好者必须平衡许多相互竞争的因素，例如系统兼容性、性能、成本、可靠性等等。
我们需要根据乐高提供的原材料来建造和操作火车，我们总能充分利用这些零件，并从这项爱好中获得巨大的快乐，为我们的火车奔跑而欢呼，我们将继续前进。
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