樂高火車最棒的一點就是它們能真正動起來！根據物理定律，想要讓火車移動，就需要能量，特別是電能。
最終，我們意識到，讓火車自己動起來其實更酷！于是，我們踏上了電動樂高火車的探索之旅。
自 20 世紀 60 年代末推出樂高火車以來，樂高為我們提供了許多簡單易用、適合兒童的動力解決方案，幫助我們為火車實現機動化和供電。這些方案主要基于電池和軌道供電系統，并隨著時間的推移不斷調整，以適應樂高軌道和其他組件系統的變化。
深入研究這一主題時，不難發現其悠久的歷史與技術深度，絕對值得我們寫不止一篇文章。因此，這篇文章將是一個關于樂高火車動力系統的三部曲系列的開篇。接下來的系列文章將會涵蓋以下內容：
電機、電池和控制器的歷史和回顧
建筑、運營和維護提示和建議
電機和控制技術；樂高火車的未來可能性
本文的歷史回顧將重點分析樂高發布的各種火車驅動系統。隨著時間推移，這些系統不斷演變，可以劃分為不同的“時代”或主題，每個時代都有其獨特的軌道和電氣系統架構。
21344東方快車
這些時代的操作和性能特點各不相同，同時也反映了樂高系統自身的變化與發展。新零件的引入，以及像機械組、Mindstorms等鄰近主題的影響，都在不同程度上塑造了各個樂高火車時代的組件和架構。
鑒于相關產品和零件的種類繁多，我將重點放在那些主要或專門為火車主題設計的零件上。例如，雖然有許多通用的 9V、機械組 和 Power Functions 電機可以驅動火車，但本文將嚴格聚焦于專為火車設計的電機產品。這樣可以幫助我們深入了解那些專為滿足火車主題需求而設計的樂高零件，與那些跨多個主題通用的零件有所區分。
縱觀樂高火車主題的五十多年歷史，大致可以劃分為六個不同的時代。每個時代的顯著特征在于軌道系統與動力/控制方式的組合。樂高火車愛好者通常會非正式地將這些時期稱為“藍色時代”、“12V 時代”、“9V 時代”等。在本評論中，時代的劃分與這些稱謂大致對應，但采用了基于技術特點和屬性的更嚴格分類。
從宏觀上看，樂高火車主題可以分為兩大類：軌道供電和電池供電。
這種劃分并不依賴于軌道系統或時間段，因為電池驅動和軌道驅動的列車幾乎貫穿了整個樂高火車歷史，兩者長期共存。從另一個角度看，也可以根據軌道系統對火車主題進行劃分。在這種情況下，實際上可以分為三個類別：藍/灰軌道時代、9V 金屬軌道時代和 RC 塑料軌道時代。
考慮到這些劃分，我們可以看到六個不同時代或主題的輪廓，如下面的時間線圖所示。
4.5 伏電池供電； 12 伏軌道供電； 9 伏軌道供電； 遙控電池供電； 動力功能（Power Functions）； 動力升級（Powered UP）。
每個時代的主要特點總結如下表所示。
磚箱式（12 x 4 顆粒 x 10 片高）——配有 2 個車軸，軸距為 6 顆粒
動力轉向架（10 x 4 顆粒 x 7 片高）——配有 2 個車軸，軸距為 6 顆粒
bb0097 2x4 磚，底部帶有開/關接觸開關。此配件可讓電機通過安裝在軌道之間的移動執行器坡道自動啟動或停止。（例如 x489 信號柱）
bb0053 2x4 磚，帶底部彈簧觸點，適用于 12V 金屬中心導軌
12V 電機轉向架堪稱精妙的工程設計典范。強大的有刷直流電機被封裝在兩部分壓鑄金屬底盤中，電機軸對稱地從外殼兩端伸出，并配有黃銅蝸輪。蝸輪傳動裝置具有極高的扭矩，賦予電機強大的牽引力。另一個優點是電機的電刷外露，未封裝在電機外殼中，方便用戶清潔和更換電刷與換向器（如有需要）。
壓鑄金屬底盤不僅增加了電機的重量和附著力，還確保了驅動機構的精確機械公差，同時作為散熱器，延長了電機的使用壽命。
考慮到其面向兒童玩具火車的市場，這樣的妥協和成本削減是可以理解的。搭載 9V 電機轉向架的樂高火車套裝通常由四到五輛相對輕便的車廂組成——這也正好符合該電機的性能范圍。
由于從外形尺寸的角度來看，這些電機之間的差異很小，因此我們將結合 RC、Power Functions 和 Powered Up 時代的電機轉向架元件進行討論。電機性能存在差異（RC 電機最差，PF 和 PU 電機令人滿意），并且每個電機都與其系統標識相對應的不同連接器端接。
RC電機的推出是在9V金屬軌道系統退役后，使用塑料軌道和電池供電火車作為替代的過渡方案。它保留了備受喜愛的9V 2x2金屬螺柱連接器作為電氣終端，并對電機轉向架的設計進行了一些重要更新。這些更新包括：
機械組橫軸筒，用于安裝軸和車輪
整體高度降低（增加了軌道上方的空間）
用螺絲固定的兩部分外殼（取代了原來的塑料夾子）
動力功能系統的推出，取代了短暫存在的RC動力系統時代。隨之而來的，是經過改進的電機轉向架。從外觀上看，機箱尺寸保持不變，但9V連接器被淘汰，取而代之的是硬接線的4路動力功能電纜組件，該組件采用新的動力功能2x2螺柱可堆疊插頭端接。
在內部設計方面，原有的OEM電機被性能更高的電機所替代。
樂高火車迷對 Powered Up 系統取代 Power Functions 的推出感到擔憂，這是可以理解的。Powered Up 的電機轉向架替代品與前代 Power Functions 基本相同，主要區別在于6路硬接線的PU電纜組件采用了新的PU模塊化插頭進行端接。
內部機械結構保持不變，唯一的不同是電機外殼頂部增加了一個新的PCB，用于連接PU電纜，并作為組件安裝和與電機端子的電氣互聯基板。
如前所述，1980 年推出的 12V 電機轉向架的電機轉向架外形尺寸與今天基本相同。其主要特點包括：
6 螺柱（48 毫米）軸距 技術半銷中心旋轉支架
兩端各有 2x4 螺柱“架”，用于安裝轉向架側架和/或緩沖器/耦合器元件
盡管從1980年至今，轉向架的整體形狀保持一致，但每個時期都有一些細微的差異，主要體現在底部離地間隙和車軸的垂直中心線位置。
這些差異不會影響行駛高度和緩沖高度等關鍵尺寸。車軸中心線的變化通過調整車輪直徑進行了補償，以確保正確的行駛高度。
電池驅動的列車必須將電池有效地集成到機車中，或者巧妙地將其偽裝成車廂。最初，電池被安裝在一個經典盒式組件中，配有簡單的雙向偏心開關。然而，這種盒子的尺寸不太合適（11 x 6 顆螺柱 x 10 層板，實際尺寸因外部懸垂達到 11 x 7 顆螺柱），難以在火車中隱藏，通常被偽裝成蒸汽機車的煤水車或普通油罐車。
1972 年，專門的車廂組件被引入，允許在 6 顆螺柱寬的結構中垂直安裝 3 個 C 型電池單元。在 9V 電源系統推出之前，這種車廂設計一直使用到 20 世紀 80 年代末。
從火車主題的角度看，電池盒曾一度停用，直到 9V 系統逐漸被替代——首先是臨時的 RC 系統，然后進入廣受歡迎的動力功能系統時代。
經典的電池盒體積較大，但這與當時的技術條件有關。20 世紀 60、70 年代，小型電池（如 5 號電池、7號電池）并不常見，便攜式電池供電設備的數量也相對較少。PS：AA是國內的5號電池，AAA是國內的7號電池
此外，體積較大的電池單元具有更高的能量容量，能夠提供更長的運行時間。傳統電池盒的尺寸不太合適，確實影響了它在火車中的隱藏效果。通常，它會被偽裝成蒸汽機車的煤水車。
為了解決傳統電池盒帶來的限制，樂高大膽推出了專門用于火車的電池車廂。這是一次巨大的模具和制造投資，因為該產品主要服務于火車主題。即便如此，這款電池車廂非常適合火車主題，共推出了不少于 10 種不同車身顏色、車輪和連接器的變體。
專用車廂的設計還巧妙地集成了兩個實用功能：
偏心雙向開關安裝在車輪側面，位于這個高度可以與軌道旁的附件互動，從而停止或改變火車的行駛方向。
底部安裝的電源中斷按鈕，通過軌道上的坡道附件控制，能夠實現火車的啟動和停止功能。
1985 年，電池車廂正式退役，此后近 20 年，才有另一種列車專用電池箱問世。2000 年代初期/中期，9V 電氣附件系統顯然已接近使用壽命，即將推出替代產品。對于火車迷來說，這意味著 9V 金屬軌道系統的退役，以及向塑料軌道上的電池供電列車的過渡。
此時，Power Functions 系統尚未完全開發。作為火車的臨時解決方案，基于紅外 (IR) 遙控器的 RC 系統在 2007 年至 2009 年期間短暫推出。為了整合電池和紅外控制器，必須進行大量投資來開發定制的 6 x 30 螺柱底盤，并集成電池座和電子設備 ( 55455 ) 。該元件僅用于兩套，每套都采用自己的顏色（黑色和白色）。
雖然該元件缺乏靈活性，但它確實通過緊湊集成彌補了這一缺陷。使用 6 節5號電池的決定確實提供了比 Power Functions 7號電池盒更大的能量容量，并且運行時間更長，峰值電流輸出更大。紅外接收器傳感器安裝在底盤的兩側，有助于最大限度地檢測紅外信號。
最后，該元件可能是最后一個采用 9V 2x2 螺柱連接器功能的元件。它被整合到頂部的凹槽中，使用標準 9V 電纜組件連接到電機轉向架。
?Power Functions 時代為樂高火車迷帶來了最靈活的電源系統。這個系列提供了至少三種電池盒選擇：一個適用于機械組模型的 5 號電池盒（59510）、一個 8x4 螺柱的 7號電池盒（87513），以及一個 8x4 的鋰離子可充電電池盒（84599）。從火車建造者的角度來看，8x4 尺寸的電池盒最為重要，因此我將評論重點放在這類電池盒上。
每套 Power Functions 火車套裝都配備了常見的 8x4 7號電池盒。它外形緊湊，能容納 6 節 7號電池。電池盒頂部有一個狀態指示燈、一個開關按鈕，以及用于控制電機方向的選擇開關，使得即便沒有遙控器也能輕松操作。這種設計不僅對火車建造者十分實用，對于那些使用電機或照明功能的其他樂高模型和 MOC愛好者同樣適用。
隨著性能優異的 84599 可充電電池盒的推出，這種 8x4 外形的電池盒更具多功能性。它采用鋰離子電池，擁有更高的能量密度（雖然峰值電壓稍低，約為 7.6 V），且具備環保的充電能力，避免了大量一次性電池的浪費。此外，增加的控制旋鈕可以調整 PF C1/C2 引腳的速度和方向，進一步提升了該裝置在固定（非遙控）應用中的靈活性。
隨著 12V 火車時代的結束，一個基于當時新推出的 9V 電源附件系統的新時代隨之來臨。對于火車迷來說，最顯著的變化是轉向全新的軌道系統架構。與“藍色”和“灰色”軌道時代的磚砌軌道零件不同，新系統的軌道零件采用整體組件設計，并配有由沖壓鍍鎳銅鈹制成的金屬軌道。
這使得樂高火車能夠以與傳統比例模型火車相似的方式運行，火車通過金屬輪直接從軌道上獲取能量進行供電和控制。
然而，在樂高火車的歷史中，我們僅見證了兩個截然不同的軌道驅動火車時代，如下面的時間軸所示。每個時代都有其獨特的核心電源和控制元件。盡管 12V 時代包含三個電源變壓器，但灰色的 2864 控制器的影響無疑是最為顯著和深遠的。
如上所述，12V 列車系統時代充滿魔力，令人振奮。其核心是 2864 電源控制器。該元件具有幾個顯著特點：
控制器外觀?- 淺灰色的模制箱體設計得恰到好處，與火車布局相鄰時不會顯得格格不入，因為它看起來有點像在真正的鐵路上看到的典型的鐵路旁電力變壓器。它的簡約美學恰到好處，經久不衰。
外露螺柱- 頂部表面的兩排外露螺柱使建造者既可以裝飾變壓器以進行標記或識別，也可以在變壓器周圍和頂部建造以融入周圍布局。此外，速度控制旋鈕實際上只是一個交叉軸插座，可以插入更大的旋鈕。這使得建造者可以制作各種定制的速度控制桿、執行器、旋鈕等，如下所示。
對接附件模塊—— 樂高火車歷史中最有創新性的設計之一，可以對接附件模塊的概念，它可以直接連接到 2864 變壓器。
遙控軌道開關 ( 7858 , 7859 )?
帶軌道隔離的彩色燈光信號機 ( 7860 )?
磁性解耦器 ( 7862 )?
道口閘門/燈 ( 7866 )
9V 火車時代是軌道供電火車系統的最后一個階段。雖然新推出的雙軌金屬軌道結構非常出色，但它無法與之前 12V 系統所提供的豐富配件和產品范圍相媲美。然而，9V 電氣附件系統總體而言，實際上是樂高最巧妙和富有創意的工業/產品設計解決方案。
該系統巧妙地結合了樂高系統中離合器連接元件和電氣連接的最佳特性。這是通過一種基本而精妙的 2x2 導電螺柱陣列實現的。這種 2x2 導電螺柱圖案用于制造電纜組件、電機端子、照明磚和電源輸出端子等基本電氣端子。您可以將這些元素輕松集成到現有的樂高作品中，因為它們與樂高系統完全兼容，并具有與其他元素相同的離合器特性。
從火車愛好者的角度來看，9V 系統配備了一個簡單的速度調節器和電纜附件（如右上圖所示的5306c01），用于連接軌道并供電。雖然 9V 連接方案令人驚艷，但我不得不說，9V 速度調節器的表現卻令人失望。它在設計上忽視了此前12V 變壓器的諸多優點。具體問題包括：
不符合樂高系統幾何設計 - 2868b 控制器的外形設計無法與樂高系統的美學或幾何結構融合。除了前面板上的螺柱裝飾，電源輸出連接器也沒有與其他功能部件建立合理的聯動。
功率不足 - 2868 控制器的輸出功率非常有限。其內部使用的是線性穩壓器 (LM317) 來調節輸出電壓，盡管該穩壓器的額定輸出電流可達 1.5A，但由于沒有足夠的散熱或管理機制，樂高這款設備的實際輸出電流通常低于 1.0A。
非連續調節 - 當我發現這款調速器并非連續可調時，失望之情難以言表。它的旋鈕只能在每個方向上選擇七個固定的輸出電壓級別。這種設計完全不能滿足模型火車的平穩運行需求。連續、平滑地調整火車速度是必要的，但這款設備無法實現這一點。
