JPH0671055A - 鉄道模型用コントロール方法及び鉄道模型用コントロール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構成で誤動作なく線路上の複数
の車両の走行速度や走行方向を制御できるようにするこ
と。 【構成】 動力用電源とコントロール用パルス信号とを
極性を異ならせて重畳して線路に加えている。そして車
両側の装置ではこの極性によって信号と電源とを分離
し、コントロール信号を用いて車両８，９の走行方向，
速度を制御している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄道模型において用いら
れ、車両の方向や速度を制御する鉄道模型用コントロー
ル方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来鉄道模型においてはレール上に１組
の車両を走行させ、その電圧と極性とを変化させること
によって前進，後退や走行速度を変化させる方式があ
る。又線路を異ならせて複数の車両を同時に走行するよ
うにしたものもある。しかしながらこのような従来のコ
ントロール方式では、同一の線路上の複数の車両を個別
に方向や速度を制御することができなかった。そこでデ
ジタル方式によって複数組の車両を同時に走行できるよ
うにしたものもある。これは図９（ａ），（ｂ）に示す
ように線路に交流又は直流の電圧を印加すると共に、こ
れに重畳してパルス変調された高周波信号を重畳して印
加する。そして車両側ではフィルタ等を用いて高周波信
号と直流又は低周波の交流とを弁別し、高周波信号を復
調して制御信号としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の高周波変調された信号方式によるコントロール
装置では、制御信号にノイズが混入し易く誤動作が発生
し易いという欠点があった。即ち線路を車両が走行する
場合には、線路より動力用電源とコントロール信号とを
得る必要がある。しかし動力用の電源の経路にはレール
から車輪へ、車輪からブラシへ、ブラシから引出し用ば
ねへと少なくともレールの両側で夫々３箇所以上の接点
がある。そして車両が摺動しながら走行しているため、
これらの接点の接触抵抗の影響が大きくなる。動力用電
源は例えば 500mA〜 700mA程度の電流が流れるため、わ
ずかの接触抵抗があっても電圧レベルが大幅に低下し、
その間はコントロール信号も受信することができなくな
る。従って図９（ｃ），（ｄ）に示すように車両のブラ
シ側から見ると電源に極めて多くのノイズが重畳してい
る。このようなことから誤動作が極めて起こり易く、安
定した走行ができないという欠点があった。又高周波信
号を用いているため回路構成も複雑になり高価になると
いう欠点があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、比較的簡単な構成でノイズの影
響がなく誤動作を有効に防止できるコントロール方法及
びコントロール装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、同一の線路上に少なくとも１台の車両を走行させ、
走行方向及び速度を制御する鉄道模型用コントロール方
法であって、正又は負の電力用直流電源とこれと極性を
逆転させたコントロール用パルス信号とを鉄道線路に加
え、車両側では電源の方向によって電力用の直流電源と
コントロール用パルス信号とを分離し、動力用電源を用
いてコントロール用パルス信号により車両の走行方向と
速度を制御することを特徴とするものである。

【０００６】又本願の請求項２の発明は、同一の線路上
に少なくとも１台の車両を走行させ、走行方向及び速度
を制御する鉄道模型用コントロール装置であって、コン
トロール装置は、少なくとも１チャンネルの操作部と、
操作部より得られる信号に基づいてパルス化されたコン
トロール用パルス信号を出力するパルス信号発生回路
と、直流電圧を発生する電源回路と、電源回路の直流電
源を鉄道線路の一対の線路に供給すると共に、パルス信
号発生回路の出力に基づいてレールの対の線路に電源を
逆転したコントロール用パルス信号を出力する出力回路
と、を有するものであり、線路上を走行する車両は、線
路より得られる電圧の方向によって電力用直流電源とコ
ントロール用パルス信号とを分離する電力・信号分離回
路と、コントロール用パルス信号によってモータの回転
方向と回転速度とを制御する速度制御部と、を具備する
ことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】このような特徴を有する本発明によれば、動力
用電源とコントロール信号との極性を分離している。そ
のため動力用電源の極性に基づいて車両側では動力電源
方向の電圧を整流し平滑してモータの駆動源として用い
ている。又これとは逆に極性のコントロール信号のみを
分離し、この信号に基づいてモータの方向及び速度制御
を行っている。こうすれば動力用電源が流れる間には接
触抵抗の変動等によってノイズが重畳されるが、コント
ロール信号には影響を与えることがなく、又コントロー
ル信号が線路に印加されている瞬間は電流が流れないた
め、ノイズの影響がほとんどなくなる。又コントロール
信号には電流を流さず電圧のみを取り出すので、接触抵
抗が高くなってもノイズが発生しない。従って複数の車
両を確実に制御することができる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例による鉄道模型用コ
ントロール装置の構成を示すブロック図である。本図に
おいて電源回路１は例えば９〜１２Ｖ程度の直流電圧を
発生する電源であって、その出力はパルス信号発生回路
２及び出力回路３に与えられる。パルス信号発生回路２
には操作部４が接続される。操作部４は例えば複数チャ
ンネル毎に、車両の進行方向や速度を制御するための可
変抵抗器を含んで構成されており、その並列出力がパル
ス信号発生回路２に伝えられる。パルス信号発生回路２
はこの信号をコード化しＰＰＭ（パルスポジションモジ
ュレーション）又はＰＣＭ（パルスコードモジュレーシ
ョン）によるパルス信号を発生するものであって、その
出力は出力回路３に与えられる。出力回路３は電源回路
１より供給される直流電源を端子５及び６を介して鉄道
模型のレール７の夫々の線路７ａ，７ｂに供給するもの
である。そしてこのレール７上には例えば複数台の車両
を同時に走行させることができるように構成される。線
路上の車両８及び９は夫々線路７ａ，７ｂの電圧の方向
によって電力とコントロール信号とを分離して速度制御
が行われる。

【０００９】次に本実施例の送信側のコントロール装置
について詳細に説明する。本実施例においては電源回路
１は例えば商用交流（ＡＣ 100Ｖ）より低圧の直流ＤＣ
９〜１２Ｖ（＋Ｂ）と５Ｖの電源を得るものであり、そ
の出力はパルス信号発生回路２に与えられる。パルス信
号発生回路２には図示のように複数の可変抵抗器から構
成される操作部４とその信号をＰＰＭ信号に変調するエ
ンコーダ１１を有しており、その出力はインバータ１２
及びＣＲから成る微分回路１３とインバータ１４を介し
てアナログスイッチ１５に与えられる。アナログスイッ
チ１５はコンパレータ１６とインバータ１７によってそ
の動作が制御され、インバータ１４の信号を断続するも
のである。アナログスイッチ１５の出力はドライバ回路
１８に与えられる。又電源（＋Ｂ）にはトランジスタＱ
１，Ｑ２が接続され、接地側にはトランジスタＱ３，Ｑ
４が接続されてブリッジ回路が構成されている。ドライ
バ回路１８はこれらのトランジスタＱ１とＱ３、Ｑ２と
Ｑ４をパルス信号に応じて交互に駆動するものである。
トランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタ側が端子５，６とし
て前述したレール７の線路７ａ，７ｂに接続されてい
る。そしてトランジスタＱ４のエミッタ側のみが抵抗Ｒ
０を介して接地され、トランジスタＱ３のエミッタは直
接接地されている。

【００１０】そしてトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタ
と接地端間にはカレントセンサ１９が設けられる。カレ
ントセンサ１９は線路を流れる電流を検出する微小な抵
抗値を有する抵抗であって、その電圧出力がコンパレー
タ１６の一方の入力端に与えられる。コンパレータ１６
は線路７ａ，７ｂが短絡されたときにその過電流を検出
するものであって、入力側には短絡電流を設定するため
の可変抵抗器２０が接続される。短絡時の検出出力はイ
ンバータ１７を介してアナログスイッチ１５に与えられ
る。又このコンパレータ１６はダイオードによってヒス
テリシスが設けられており、一旦短絡状態となればこの
状態が保持される。従ってコンパレータ１６の帰還回路
にはこれを解除するためのリセットスイッチ２１が設け
られ、又短絡状態を報知するための表示器２２も接続さ
れている。

【００１１】次に各車両の受信側の装置について説明す
る。各車両には前述したように車輪からブラシ等によっ
て端子３１ａ，３１ｂより電源及び信号が供給される。
端子３１ａ，３１ｂはダイオードブリッジ３２とその出
力を平滑する平滑回路３３に接続される。又同時にその
接地端と端子３１ａ，３１ｂとの間にＣ１，Ｃ２，Ｒ
１，Ｒ２から成る直列回路が夫々接続され、その中点に
ダイオードＤ１，Ｄ２が接続される。これらのＣＲ回路
とダイオードＤ１，Ｄ２はマイナス側のパルス、即ちコ
ントロール信号を得るものであって、その出力は抵抗を
介してトランジスタＱ５に与えられる。そしてダイオー
ドブリッジ３２，平滑回路３３によって整流され平滑さ
れた電源はレギュレータ３４を介してコントロール回路
の電源として、図示のようにデコーダ３５，サーボアン
プ３６に供給される。

【００１２】デコーダ３５は各車両について固有のチャ
ンネル信号を検出するチャンネルセレクタであって、例
えば車両８はチャンネル１，車両９はチャンネル２とい
うように分割されている。例えば車両８ではチャンネル
１の信号がサーボアンプ３６に与えられる。サーボアン
プ３６はチャンネル１の信号のパルスと前のパルスとの
位置に応じた流通角の正又は負方向の受信パルスを出力
するものであり、その出力はモータドライバ３７に与え
られる。モータドライバ３７は車両のモータ３８を正方
向又は逆方向に駆動するものである。ここでダイオード
ブリッジ３２と平滑回路３３及び抵抗Ｒ１，Ｒ２、ダイ
オードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ１，Ｃ２は、線路より
得られる電圧の方向によって動力用直流電源とコントロ
ール信号とを分離する電力・信号分離回路３９を構成し
ており、デコーダ３５，サーボアンプ３６，モータドラ
イバ３７とトランジスタＱ５及びその周辺回路は、コン
トロール信号の信号パルスによってモータの回転方向と
回転速度とを制御する速度制御部４０を構成している。

【００１３】図４はサーボアンプ３６の詳細な構成を示
すブロック図である。本図においてサーボアンプ３６は
デコーダ３５の出力が与えられる立上り検出器４１を有
している。立上り検出器４１の出力は単安定マルチバイ
ブレータ（ＭＭ）４２に与えられる。ＭＭ４２は外部に
接続される可変抵抗器４２ａにより設定された一定のパ
ルス幅の信号を発生するものであって、その出力はＥＯ
Ｒ回路４３及びアンド回路４５に与えられる。又デコー
ダ３５の出力はＥＯＲ回路４３，アンド回路４４にも与
えられている。ＥＯＲ回路４３はこれらの排他的論理和
出力をアンド回路４４，４５に与えるものである。アン
ド回路４４，４５は後述するように受信パルスと単安定
マルチバイブレータのパルス幅の大きさによっていずれ
か一方に出力が得られ、その出力が夫々時間引伸し回路
４６，４７に与えられる。時間引伸し回路４６，４７は
入力されたパルス幅に比例した時間だけ出力パルスを引
き伸ばすものであって、夫々の正又は負のパルスを択一
的にモータドライバ３７に出力するものである。

【００１４】次に本実施例の動作についてタイムチャー
トを参照しつつ説明する。本実施例では２チャンネルの
信号をレールに加えることによって２台の車両８，９を
制御するものとする。まず電源回路１よりパルス信号発
生回路２に電源が供給されると、操作部４の可変抵抗器
ＶＲ１，ＶＲ２の抵抗値によってエンコーダ１１より図
５（ａ）に示すような信号が得られる。これは各フレー
ムが一定の周期、例えば20〜30msで、チャンネル数＋１
のパルスを出力するものであり、そのパルスの位置、即
ちパルス幅Ｔ１，Ｔ２及びＴ１´，Ｔ２´が可変抵抗器
ＶＲ１，ＶＲ２によって変化するものとなっている。こ
の信号はインバータ１２及び微分回路１３を介して微分
され、図５（ｂ）に示すようにパルス幅が縮められる。
この信号はアナログスイッチ１５を介してドライバ回路
１８に与えられる。ドライバ回路１８及びこれによって
駆動されるトランジスタのブリッジ回路では、図５
（ｃ）に示す信号が出力される。これは通常の状態では
例えば端子５側が正の電源電圧＋Ｂ（この実施例では例
えば１０Ｖ）であり、パルスが加わる瞬間だけは送信器
の接地点に対して端子５が負となる信号となっている。
この負電圧は−Ｂ、即ち−１０Ｖよりわずかに高く、抵
抗Ｒ０の値によって定まる値であり、例えば−８Ｖとす
る。この信号は通常はトランジスタＱ１，Ｑ３を同時に
オン、Ｑ２，Ｑ４をオフとし、パルスが加わる瞬間だけ
はトランジスタＱ２，Ｑ４をオンとし、Ｑ１，Ｑ３をオ
フとすることによって得られる。

【００１５】さてこの信号が線路７ａ，７ｂを介して各
車両８，９に伝えられる。そうすれば、車両８，９の端
子３１ａ，３１ｂより基本的にはこれと同一の信号が得
られる。そして＋側の電圧が図６（ａ）に示すようにブ
リッジ回路３２によって整流される。そして平滑回路３
３で平滑されて連続した直流となってモータドライバ側
に電源が加わる。従ってこの＋側の電圧が動力用電源と
して用いられることとなる。又−側の電圧はコントロー
ル信号として用いられる。ここで図５（ｄ）に示すよう
に動力用電源を供給する間は大電流を消費するため、車
輪やブラシ等の接触抵抗によって前述した従来例の図７
（ｄ）と同様にノイズが重畳された信号となる。従って
接触抵抗が例えば１０Ω又は１００Ωで消費電流が１Ａ
とすれば、その接触抵抗に応じた電圧降下が起こり、大
きなレベルのノイズが重畳される。しかし端子５が負と
なるコントロール信号の送出時には、パルス幅が短いた
め平滑回路３３では＋Ｂ、即ち１０Ｖの電圧が保持され
ている。そのため極性が反転しても、コントロール信号
が動力用電源として使用されることがない。それ故コン
トロール信号を送出する瞬間では、例えば0.1mA 程度の
微小な電流しか流れない。従って接触抵抗がある程度大
きく、例え10ＫΩとなっても１Ｖしか電圧降下を生じる
ことはなく、コントロール信号にはほとんどノイズが重
畳することがない。

【００１６】一方動力用電源とは逆極性のパルスは抵抗
とコンデンサＲ１，Ｃ１，Ｒ２，Ｃ２とダイオードＤ
１，Ｄ２によって検出され、マイナス方向のパルスとし
てトランジスタＱ５に加わる。従ってトランジスタＱ５
のコレクタ側よりアナログスイッチ１５に入力されたパ
ルス信号と同一の信号が得られることとなる。この信号
を図６（ｂ）に示す。そしてチャンネルを分離するデコ
ーダ３５によって夫々のチャンネルのパルス幅の信号が
分離される。例えばこのブロックを車両８の受信回路と
すれば、デコーダ３５よりチャンネル１に対応したパル
ス幅の信号、即ち第１のフレームではＴ１，第２のフレ
ームではＴ１´のパルス幅の信号が、デコーダ３５によ
って図６（ｃ）に示すように再生される。

【００１７】そしてサーボアンプ３６内の単安定マルチ
バイブレータ（ＭＭ）４２によって図６（ｄ）に示す一
定周期Ｔ０の信号が夫々の立上り時点t₁, t₂毎に得られ
る。そしてこれらの信号の排他的論理和によって、パル
ス幅の差のパルス幅を有する信号が得られる。これは図
６（ｃ）〜（ｅ）に示すようにパルス幅Ｔ１が広い第１
フレームの場合にアンド回路４４より出力が得られ、時
間引伸し回路４６によって破線で示すようにこの時間が
入力に比例して引き伸ばされる。又第２フレームに示す
ようにＴ１´がＴ０より狭ければ、アンド回路４５によ
って図６（ｆ）に示すように信号が出力され、これが時
間引伸し回路４７によって破線で示すように入力に比例
して引き伸ばされる。従ってパルス幅Ｔ１の方が単安定
マルチバイブレータのパルス幅Ｔ０より長ければモータ
ドライバ３７を介してモータ３８が正転駆動され、パル
ス幅Ｔ１´が短い場合にはモータ３８が逆転駆動される
こととなる。その流通角はパルス幅に応じて変化する。
この場合にニュートラルの位置はサーボアンプ３６に接
続された可変抵抗器４２ａにより調整することができ
る。従って操作部４の可変抵抗器の位置によって線路を
走行する車両の速度制御及び方向制御を行うことができ
る。各車両については異なるチャンネルを用いているた
め、夫々を独立して制御することができる。

【００１８】尚本実施例は２つの異なる車両を２チャン
ネルで夫々制御しているが、更に多数の車両を夫々独立
したチャンネルを用いて制御することができることはい
うまでもない。

【００１９】尚本実施例は電力・信号分離回路３９とし
てダイオードブリッジと双方向のコントロール信号を検
出できる回路を示している。これは図１において車両８
又は９をレール７のいずれの方向に設置しても車両が走
行できるようにしたものである。しかしこの設置方向を
いずれか一方に限定すれば構成が簡単となる。図７は設
置方向を限定した場合の第２実施例を示すブロック図で
ある。本図において電力・信号分離回路３９Ａは一方の
端子３１ａにダイオードＤ３を接続して平滑回路３３に
よって半波整流してレギュレータ３４に導き、動力用電
源を速度制御部４０に導いている。又ダイオードＤ４を
これと逆極性に接続してトランジスタＱ５に与えること
によってコントロール信号を分離する。こうすれば前述
した実施例と異なりコントロール信号の電圧を−Ｂと一
致させてもコントロール信号が動力用電源として用いら
れることがなく、簡単な構成で実現することができる。

【００２０】又本実施例はＰＰＭ変調によって制御する
ようにした例を示している。ＰＰＭ変調ではレールに印
加される電圧の極性を反転するデューティサイクルを短
くし、電力効率を向上させることができるという利点が
ある。しかし本発明はＰＰＭ変調だけに限らず、ＰＣＭ
変調，ＰＮＭ変調等の他のパルス変調を用いた装置にも
適用することができる。ＰＣＭ変調では信号をコード化
して送出するため、ＰＣＭ自体で誤り検出機能を付加す
ることができ、ノイズの影響を更に効果的に除去するこ
とができる。図８はＰＣＭ変調を用いた場合の各部の波
形を示すタイムチャートであり、図８（ａ）はレール７
ａ，７ｂに加える送信波形である。ここで＋側を電力
用、−側をコントロール信号用として用いる場合には、
図８（ｂ）に示すように消費電流が大きい電力用では接
触抵抗によってノイズが混入する。これを電力・信号分
離回路３９又は３９Ａによって分離すれば、図８（ｃ）
に示す電力用の電源と図８（ｄ）に示すコントロール用
信号が得られる。そして図８（ｃ）の電源を平滑するこ
とによって電力用として用い、（ｄ）に示す信号をコン
トロール信号として用いることによって、車両の方向や
速度を制御することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、信号と電源との極性を異ならせて線路に重畳し、線
路上を走行する車両でその極性方向によって動力用の電
源とコントロール信号とを分離している。従ってコント
ロール信号の送出時点ではほとんど電流が流れることが
なく、接触抵抗によるノイズの影響を大幅に軽減するこ
とができる。従って線路上に多数の車両を走行させ夫々
を独立して速度制御や方向制御を行うことができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図
である。

【図２】本実施例の送信側の回路構成を示す回路図であ
る。

【図３】本実施例の車両側の回路構成を示すブロック図
である。

【図４】車両側に用いられるサーボアンプの構成例を示
すブロック図である。

【図５】送信側より送出される信号波形を示すタイムチ
ャートである。

【図６】この信号を受信する受信側の各部の波形を示す
タイムチャートである。

【図７】本発明の第２実施例による車両側の回路構成を
示すブロック図である。

【図８】ＰＣＭ変調方式を用いた場合の各部の波形を示
すタイムチャートである。

【図９】従来のリモートコントロール装置において高周
波信号を重畳した状態を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 電源回路 ２ パルス信号発生回路 ３ 出力回路 ４ 操作部 ５，６，３１ａ，３１ｂ 端子 ７ レール ７ａ，７ｂ 線路 ８，９ 車両 １１ エンコーダ １５ アナログスイッチ １６ コンパレータ １７ インバータ １８ ドライバ回路 ３２ ダイオードブリッジ ３３ 平滑回路 ３４ レギュレータ ３５ デコーダ ３６ サーボアンプ ３７ モータドライバ ３８ モータ ３９，３９Ａ 電力・信号分離回路 ４０ 速度制御部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一の線路上に少なくとも１台の車両を
   走行させ、走行方向及び速度を制御する鉄道模型用コン
   トロール方法であって、 正又は負の電力用直流電源とこれと極性を逆転させたコ
   ントロール用パルス信号とを鉄道線路に加え、 車両側では電源の方向によって電力用の直流電源とコン
   トロール用パルス信号とを分離し、 前記動力用電源を用いてコントロール用パルス信号によ
   り車両の走行方向と速度を制御することを特徴とする鉄
   道模型用コントロール方法。
2. 【請求項２】 同一の線路上に少なくとも１台の車両を
   走行させ、走行方向及び速度を制御する鉄道模型用コン
   トロール装置であって、 コントロール装置は、 少なくとも１チャンネルの操作部と、 前記操作部より得られる信号に基づいてパルス化された
   コントロール用パルス信号を出力するパルス信号発生回
   路と、 直流電圧を発生する電源回路と、 前記電源回路の直流電源を鉄道線路の一対の線路に供給
   すると共に、前記パルス信号発生回路の出力に基づいて
   レールの対の線路に電源を逆転したコントロール用パル
   ス信号を出力する出力回路と、を有するものであり、 線路上を走行する車両は、 線路より得られる電圧の方向によって電力用直流電源と
   コントロール用パルス信号とを分離する電力・信号分離
   回路と、 前記コントロール用パルス信号によってモータの回転方
   向と回転速度とを制御する速度制御部と、を具備するこ
   とを特徴とする鉄道模型用コントロール装置。
3. 【請求項３】 前記パルス信号発生回路は、操作部の操
   作出力に対応したパルスの位置信号を出力するＰＰＭ変
   調されたパルス信号を発生する回路であり、 前記車両側の速度制御部は、ＰＰＭ変調された信号のパ
   ルス位置に基づいてモータの回転方向と速度とを制御す
   るものであることを特徴とする請求項２記載の鉄道模型
   用コントロール装置。
4. 【請求項４】 前記パルス信号発生回路は、操作部の操
   作出力に対応してコード化されたパルス信号を出力する
   ＰＣＭ変調のパルス信号発生回路であり、 前記車両側の速度制御部は、ＰＣＭ変調された信号をデ
   コードすることによりモータの回転方向と回転速度とを
   制御するものであることを特徴とする請求項２記載の鉄
   道模型用コントロール装置。