JPH0326636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄道模型車両のような２線集電式移
動物を検知する装置に関する。

電動式の鉄道模型やカーレーシング模型におい
ては、一般に２本のレールから模型車両に給電し
てこれを走行させるだけでなく、車両の速度や位
置に応じて信号機等の各種アクセサリーを作動さ
せることが広く行われており、最近ではコンピユ
ータによる自動運転も行われるようになつてき
た。

特に鉄道模型の場合、信号機や踏切を動作させ
たり複数の列車を同時に走行させたりすることは
興味を一層高めるものであるが、このような各種
アクセサリーの制御や自動運転には車両の位置を
検出することが必要である。そのため、従来より
採用されている検出方法は、給電レール上もしく
はその近傍に検出スイツチを配置し、その位置を
車両が通過するときのスイツチ出力によつて車両
を検知することである。ところが、このような検
出スイツチを用いる方法には、部品取付けのため
レールや車両を加工する必要があつて手間がかか
ると共にその取付けができない場合もあり、しか
も検出回路等の装置が高価になるという問題があ
る。

そこで、検出スイツチのようなセンサを用いる
のではなく、給電レールを流れる電流によつて車
両を検出する方法が提案されている。これは、走
行する車両ないし車両群にはモータや電球等の電
気抵抗が少なくとも１つは存在することから、給
電レールを相互に絶縁した２以上の区間に分割
し、各区間内に電気抵抗を有する車両が位置した
ときその電気抵抗を通つてその区間の給電レール
の一方から他方へ流れる電流により車両の存在を
検知しようというものである。この方法によれ
ば、レールや車両には何らの加工ないし部品の取
付けも不要であるから、上記のような検出スイツ
チの使用に伴なう問題は解消する。また、模型車
両のような移動物は電流の流れる方向に応じて検
出される、すなわち、検出区間において、その一
方の側から進入した車両が検知され、反対側から
進入したものは検出されないので、単に移動物を
検知するだけでなく、その進行方向を検知し、そ
れに応じた制御を可能にするという利点もある。

しかしながら、車両の速度が遅い場合にはレー
ルを流れる電流が小さいため、検出が困難でノイ
ズの影響を受け易い。また、検出できる車両の移
動方向が一方向に決められるため、一つの検出区
間において２つの方向のいずれでも検出できるよ
うにするには、検出する方向が異なる２つの検出
回路を設ける必要がある。

従つて、本発明の目的は、上記のような電流に
よる検出方法を更に改良し、いかなる速度の２線
集電式移動物でも的確に検出すると共に、一つの
検出区間において２つの方向のいずれでも検出可
能な検知装置を提供することにある。

本発明は、移動物の速度が遅い時でもそれを確
実に検知するためには電流を減少させなければ良
いが、大きな電流を連続的に供給すると速度制御
ができないことに鑑み、パルス信号のデユーテイ
比を適宜変えることによつて速度を制御するパル
ス制御方式を採用すると共に、検出する電流の方
向を変えず、給電レールの極性を変えることによ
り、一つの検出区間にいずれの方向から移動物が
進入しても検出可能としたものである。尚、デユ
ーテイ比とはパルス信号の高低２つの値をとる時
間の比である。

具体的には、本発明は、電源に接続した２本の
給電レールを２以上の区間に分割して各区間を相
互に絶縁し、各区間内に電気抵抗を有する２線集
電式移動物が位置したとき該電気抵抗を通つてそ
の区間の給電レールの一方から他方へ流れる電流
によつて該移動物を検知する検知装置において、 手動で又は自動的に設定された上記移動物の速
度に対応したデータを発生する制御部と、 該制御部からの速度データに対応したデユーテ
イ比のパルス信号を発生するパルス信号発生器
と、 上記電源と上記区間の給電レールとの間に介在
し、該パルス信号発生器から出力されるパルス幅
に従つてスイツチング動作を行う給電回路と、 該給電回路がオンの時に該給電回路を通つて給
電される区間の電流を検出する電流検出器と、 上記電源から上記給電回路を介して給電される
レールの極性を変えることにより上記移動物の進
行方向を転換する方向逆転器と を備えたことを特徴とする。

以下、添付図面を参照して本発明の具体例につ
き説明する。

第１図は、本発明の検知装置によつて模型車両
の位置を検出する鉄道模型軌道の一例を模式的に
示す。小判形の軌道を構成する２本の給電レール
１ａ，１ｂは、ギヤツプ２により相互に電気的に
絶縁された複数個の区間Ａ、Ｂ、Ｃ、…に分割さ
れ、各区間のレールは、その一方１ａは後述の方
向逆転器１５を介して、他方１ｂは方向逆転器１
５と本発明の検知装置１０を介して、夫々鉄道模
型用直流電源３の出力端子に接続されている。

図示の具体例の場合、検知装置１０はマイクロ
コンピユータによる自動運転システムに組み込ま
れたもので、第２図に示すように、マイクロコン
ピユータのCPU１１と、その出力信号によつて
制御されるパルス信号発生器１２と、これから出
力されるパルス幅に従つてスイツチング動作を行
う給電回路１３と、この給電回路がONの時に電
源３から給電される区間の電流を検出する電流検
出器１４とから成る。この検知装置のCPU１１
以外の構成要素１２，１３および１４は、夫々第
１図の各区間Ａ、Ｂ、Ｃ、…毎に設けられる。ま
た、直流電源３および給電回路１３の出力端子と
２本のレールとの間には、レールの極性を変えて
車両の進行方向を転換するための方向逆転器１５
が設けられる。

CPU１１は、第１図の軌道上を走行する模型
車両４の速度を自動的に設定し、その速度に対応
したデータを発生するようにプログラムされてい
る。

パルス信号発生器１２は、CPU１１から送ら
れる速度データを一時記憶するレジスタ２１と、
同じくCPU１１から送られる一定周期のパルス
によつてカウントアツプされるカウンタ２２と、
これらレジスタ２１とカウンタ２２の値が一致し
た時に出力する一致回路２３と、カウンタ２２の
ゼロ出力でセツトされ、一致回路２３の出力でリ
セツトされるRSフリツプフロツプ２４とで構成
されている。

給電回路１３は、上記パルス信号発生器１２の
RSフリツプフロツプ２４の出力（第３図ｆ）
が“０”のときON、“１”のときOFFになるよ
うに抵抗３１を介して接続した発光ダイオードと
フオトトランジスタから成るフオトカプラ３２、
および給電用トランジスタ３３とで構成され、パ
ルス信号発生器１２のＱ出力に対応して第３図ｇ
に示すようにON／OFFする。

電流検出器１４は、 電源３の（＋）端子と上記給電回路１３のトラ
ンジスタ３３との間に接続された抵抗４１と、 この抵抗に電流が流れたとき生ずる電圧によつ
てONするトランジスタ４２と、 このトランジスタに抵抗４３を介して接続さ
れ、そのON／OFFに対応してON／OFFするフ
オトカプラ４４と、 フオトカプラ４４のトランジスタに接続し、こ
れがOFFのときコレクタ電圧を高電位（Vcc）に
する抵抗４５と、 フオトカプラ４４のトランジスタがONしたと
き低電位（ほぼ０）となるコレクタ電圧によつて
セツトされ、前記パルス信号発生器１２のカウン
タ２２からのキヤリア出力（第３図ｉ）によつて
リセツトされる検出用フリツプフロツプ４６と、 前記パルス信号発生器１２の一致回路２３の出
力（第３図ｅ）の立上り時に検出用フリツプフロ
ツプ４６の出力（第３図ｊ）を受けるＤ型フリツ
プフロツプ４７と で構成されている。そして、このＤ型フリツプフ
ロツプ４６の出力（第３図ｋ）により、前記
CPU１１が各区間Ａ、Ｂ、Ｃ…における模型車
両の有無を判定する。

方向逆転器１５は、２回路２接点型リレー５１
と、そのソレノイド部を励磁するため定電源Vcc
に接続した逆転スイツチ５２とから成る。そし
て、第２図に示すようにスイツチ５２がオフの状
態から、スイツチ５２がオンすると、リレー５１
のソレノイドが励磁されてその接点を作動させ
る。これにより、電源３の出力端子の一方（図の
場合＋側）から給電回路１３を通つて給電レール
に至るライン及び電源３の出力端子の他方（図の
場合−側）から給電レールに至るラインと、２本
のレールとの接続が交換され、各レールの極性を
変化する。これは、車両の進行方向が反対になる
ことを意味する。

次に、上記のように構成される検知装置１０の
動作について説明する。

まず、模型軌道の一区間（例えば第１図の区間
Ａ）おける模型車両の有無、すなわちその区間に
車両が存在するか否かは、第３図ａのように変わ
るものとする。但し、この図では説明の便宜上、
車両「無」の時間を実際より短く（後述のように
カウンタ２２が０から７までカウントする時間よ
り少し長い）表わしてある。

本発明によれば、既に述べたように模型車両の
速度は、レールに供給されるパルス電流ないし電
圧のデユーテイ比を変えることによつて制御され
る。図示の例では、速度データは０（停止状態）
から６（最高速度）までのいずれかに設定され、
車両を運転しているときは第３図ｂに例示する如
く変化する。そのため、パルス信号発生器１２
は、カウンタ２２において第３図ｃに示すように
０から７まで繰り返しカウントアツプする一方、
CPU１１によつて設定された速度データをレジ
スタ２１に保持し、第３図ｅに示すようにカウン
タ２２の値がレジスタ２１の値と一致したところ
で一致回路２３から信号を出力する。

RSフリツプフロツプ２４は、カウンタ２２か
らのゼロ出力（第３図ｄ）によつてセツトされ、
上記一致回路２３からの一致信号によつてリセツ
トされる（第３図ｆ）。従つて、このフリツプフ
ロツプ２４は、カウンタ２２がゼロをカウントし
た時からレジスタ２１に設定された値に達するま
での時間幅の信号（“０”レベル）を出力するこ
とになる。

このRSフリツプフロツプ２４からの出力に
より、レジスタ２１の値に対応した時間だけ給電
回路１３のフオトカプラ３２が作動し、給電用ト
ランジスタ３３がONする。これにより、直流電
源３から電流検出器１４、給電回路１３および方
向逆転器１５を介してレール１ａ，１ｂの区間に
所定の電圧が印加される。この電圧は、車両の速
度如何によらず一定である。

このとき、その区間内に模型車両が存在すると
（第３図ａの「有」で表わされた期間）、電流が流
れる（第３図ｈ）。この電流の大きさ（ピーク値）
は車両の有する抵抗値によつて決まるが、給電回
路１３を通して供給される電圧は一定であり、従
来のように車両の速度による差はないので、車両
検出のための電流感度は一定で良い。電流検出器
１４では、電流が抵抗４１を流れることによりト
ランジスタ４２がONになるように抵抗４１の値
を予め設定してある。従つて、フオトカプラ４４
が作動し、検出用フリツプフロツプ４６がセツト
される。

ところで、鉄道模型軌道を車両が走行するとき
レールと集電用車輪とは常に接触しているもので
はなく、接触不良を起こす場合がしばしばある。
その場合には、給電回路１３がONしているにも
かかわらず、電流は流れず、結局第３図h′に示す
ように断続することになる。それ故、給電回路１
３がONしているとき電流が一瞬でも流れたら車
両を検出するため、RSフリツプフロツプ４６を
用いて第３図ｊに示すように電流の立上りを検出
し、以後電流の変動にかかわらずこれを保持する
ようにしている。セツトされた検出用フリツプフ
ロツプ４６は、次の通電時間（給電回路１３が
ON）における検出に備えて、カウンタ２２から
のキヤリア出力（第３図ｉ）によりリセツトされ
る。

上記RSフリツプフロツプ４６の出力はＤフリ
ツプフロツプ４７に送られるが、このＤフリツプ
フロツプ４７は、前述のパルス信号発生器１２に
おける一致回路２３の出力の立上り時、すなわち
給電回路１３がONからOFFになつたときに、検
出用フリツプフロツプ４６の出力信号を受けてそ
の大きさを最終的な検出信号として出力する（第
３図ｋ）。この検出信号により、CPU１１が車両
の存在を検知する。

なお、検出区間における車両の検出は、給電回
路１３がONの間（通電時間内）に行えばよい
が、本実施例では、検出区間における車両の有無
に対応する検出用フリツプフロツプ４６の出力を
Ｄフリツプフロツプ４７によつて検出するものと
し、その検出タイミングは、上述のように通電中
でも電流が変動することを考慮して、電流パルス
の終端を決める一致回路２３の立上り出力時とし
ている。

これに対し、給電レールの区間内に車両が存在
しないとき（第３図ａの「無」で表わされた期
間）は、設定された速度データに従つて給電回路
１３がONしても電流は流れない。従つて、検出
用フリツプフロツプ４６はセツトされず、その出
力は一致回路２３から一致信号が出力された時点
で“０”であるので、この時Ｄフリツプフロツプ
４７の出力も“０”になり、以後、検出用フリツ
プフロツプ４６がセツトされない限りこの状態を
保持する。

かくして、CPU１１は、Ｄフリツプフロツプ
４７の出力を判定することにより当該区間におけ
る車両の有無を検出し、その結果として車両の存
在する区間すなわち模型軌道上の位置を検知する
ことができる。そして、複数の列車を同時に運転
する場合は、各列車の位置を検知することによつ
て各列車の速度を的確に制御することができる。

また、車両の進行方向は、前述のように方向逆
転器１５のスイツチ５２のオン・オフに応じて決
定される一方、電源３から給電回路１３を通つて
給電レールに流れる電流の向きは一定であるか
ら、給電レールの極性が変化しても、電流検出器
１４は常に一方向の電流によつて動作する。従つ
て、一つの検出区間にいずれの方向から模型車両
が進入しても、それを検出することができる。

以上、図示の具体例について説明したが、本発
明はこれに限られるものでない。例えば、上記具
体例によれば、ある区間において車両が停止して
いるとき速度データは“０”であり、給電回路は
ONにならず、当然電流も流れないが、車両は存
在している。そこで、速度データが０のときは一
致出力をゼロ出力から僅かに遅らせる等の方法に
より、パルス信号発生器のフリツプフロツプをセ
ツトし、給電回路を一瞬ONにして通電すること
で電流検出器に流れる電流を検出し、もつて停止
車両を検知することができる。

また、上記具体例では電流検出器および給電回
路の構成上、給電回路とレールの間に図のような
方向逆転器を設けているが、逆転器の構成および
配置は図示の例に限らず、本発明の検知装置の具
体的構成に応じて種々変更可能である。

更に、上記具体例におけるレジスタ、カウン
タ、一致回路、フリツプフロツプ等はCPU内ま
たはこれに接続されるメモリ内に構成することが
できると共に、電流検出器としてコンパレータを
使用することもできる。また、レールに接続する
給電回路および電流検出器では、フオトカプラを
用いることにより制御部へのノイズの侵入を阻止
し、誤動作の発生を防止しているが、その手段は
フオトカプラに限らない。

また、本発明は自動運転だけでなく、手動操作
すなわち人間による通常の運転操作によつて設定
された速度で車両が走行する場合にも同様の効果
を奏する。更に、本発明は鉄道模型だけでなく、
レーシングカーその他の２線集電式移動物の検知
に適用できるものである。

以上のように、本発明は、レールへの給電に際
しパルス信号のデユーテイ比を適宜変えることに
よつて速度を制御するパルス制御方式を採用した
ので、車両の速度が遅い時でも電流値は小さくな
らず、従つてノイズの影響を受けることなく給電
レールを流れる電流を検出することにより、給電
レール上の２線集電式移動物の存在ないし位置を
確実に検知することができる。更に、本発明は、
検出する電流の方向を変えず、電源から給電回路
を介して給電されるレールの極性を変えることに
より、２線集電式移動物の進行方向を変換するよ
うにしたので、一つの検出区間にいずれの方向か
ら移動物が進入しても検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の検知装置を使用した鉄道模型
軌道の一例を模式的に示す図、第２図は検知装置
の一具体例を示す図、第３図は模型軌道の一区間
における車両の有無を検出するときの第２図の装
置の各部の出力変化を示す図である。 １ａ，１ｂ……給電レール、２……ギヤツプ、
３……電源、４……模型車両、１０……検知装
置、１１……CPU、１２……パルス信号発生器、
１３……給電回路、１４……電流検出器、１５…
…方向逆転器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電源に接続した２本の給電レールを２以上の
   区間に分割して各区間を相互に絶縁し、各区間内
   に電気抵抗を有する２線集電式移動物が位置した
   とき該電気抵抗を通つてその区間の給電レールの
   一方から他方へ流れる電流によつて該移動物を検
   知する検知装置において、 手動で又は自動的に設定された上記移動物の速
   度に対応したデータを発生する制御部と、 該制御部からの速度データに対応したデユーテ
   イ比のパルス信号を発生するパルス信号発生器
   と、 上記電源と上記区間の給電レールとの間に介在
   し、該パルス信号発生器から出力されるパルス幅
   に従つてスイツチング動作を行う給電回路と、 該給電回路がオンの時に該給電回路を通つて給
   電される区間の電流を検出する電流検出器と、 上記電源から上記給電回路を介して給電される
   レールの極性を変えることにより上記移動物の進
   行方向を転換する方向逆転器と を備えたことを特徴とする２線集電式移動物検知
   装置。 ２ 上記制御部は、上記電流検出器からの出力に
   応じて上記各区間における上記移動物の速度を自
   動的に設定するようにプログラムされたコンンピ
   ユータで構成されている特許請求の範囲第１項記
   載の２線集電式移動物検知装置。 ３ 上記パルス信号発生器は、上記制御部から送
   られる速度データを一時記憶するレジスタと、上
   記制御部から送られる信号によつてカウントアツ
   プされるカウンタと、これらレジスタとカウンタ
   の値が一致した時に出力する一致回路と、上記カ
   ウンタのゼロ出力でセツトされ、上記一致回路の
   出力でリセツトされるフリツプフロツプとで構成
   されている特許請求の範囲第２項記載の２線集電
   式移動物検知装置。 ４ 上記電流検出器は、上記給電回路がオンのと
   き該給電回路を通じて上記電源から上記区間の給
   電レールへ電流が流れた時にセツトされ、上記カ
   ウンタが所定値をカウントアツプした時にリセツ
   トされるRSフリツプフロツプと、上記一致回路
   が出力した時に該RSフリツプフロツプの出力に
   応じた検出信号を出力するＤフリツプフロツプと
   を含んでいる特許請求の範囲第３項記載の２線集
   電式移動物検知装置。