WO2021014619A1

WO2021014619A1 - 緩放リレー回路および列車制御装置

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Publication number: WO2021014619A1
Application number: PCT/JP2019/029066
Authority: WO
Inventors: 重枝　哲也
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2021-01-28
Also published as: US20220246379A1; JPWO2021014619A1; DE112019007559T5; JP7034387B2

Abstract

緩放リレー回路（１０）は、コイルを備えるリレー（ＲＹ１）と並列に接続される蓄電回路（２０）と、蓄電回路（２０）の電荷を放電する放電回路（３０）と、リレー（ＲＹ１）への給電の遮断を検知すると、規定された時間後に放電回路（３０）を駆動するタイマー回路（４０）と、を備える。

Description

緩放リレー回路および列車制御装置

　本発明は、列車、鉄道設備などに使用される緩放リレー回路および列車制御装置に関する。

　従来、列車に搭載される装置、また鉄道の信号機、踏切などの設備に使用される緩放リレー回路がある。緩放リレー回路は、直流電圧が印加されるとリレーが動作し、直流電圧の印加停止後も一定時間動作を継続し、一定時間後にリレーが復帰する。緩放リレー回路は、直流電圧の印加停止後も一定時間動作を継続するため、直流電圧を蓄電する蓄電回路を備える。一般的に、蓄電回路は大容量の電解コンデンサを使用しているが、電解コンデンサの容量のばらつき、劣化による容量低下などの影響によって、放電時間にばらつきが生じる。そのため、リレーの動作を継続させる時間もばらつくことから、リレーを復帰させる時間の調整が困難であった。このような問題に対して、特許文献１には、リレーと蓄電回路との間に開閉回路を設けて、開閉回路を充放電回路で制御することで、リレーを動作状態から復帰状態にする時間を制御する技術が開示されている。

特許第５４８９８２０号公報

　しかしながら、上記従来の技術によれば、開閉回路は、リレーが動作状態のときに遮断を実施する。そのため、リレーが誘導負荷の場合はリレーから逆起電圧が発生し、逆起電圧によって開閉回路に障害を与える可能性がある、といった問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、誘導負荷のリレーにおいて逆起電圧が発生することなく、リレーを動作状態から復帰状態にする時間を制御可能な緩放リレー回路を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の緩放リレー回路は、コイルを備えるリレーと並列に接続される蓄電回路と、蓄電回路の電荷を放電する放電回路と、リレーへの給電の遮断を検知すると、規定された時間後に放電回路を駆動するタイマー回路と、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、緩放リレー回路は、誘導負荷のリレーにおいて逆起電圧が発生することなく、リレーを動作状態から復帰状態にする時間を制御できる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る緩放リレー回路の構成例を示す図実施の形態１に係る緩放リレー回路においてダイオード、リレー、および蓄電回路に印加される電圧を示す図実施の形態１に係る緩放リレー回路において、蓄電回路のコンデンサから放電される電圧を示す図実施の形態１に係る緩放リレー回路においてリレーが動作状態から復帰状態に変化するまでの時間を示す図実施の形態１に係る緩放リレー回路において放電回路のスイッチを閉にしたときの状態を示す回路図実施の形態１に係る緩放リレー回路において、放電回路のスイッチを閉にしたときに蓄電回路のコンデンサから放電される電圧を示す図実施の形態１に係る緩放リレー回路において、放電回路のスイッチを閉にしたときにリレーが動作状態から復帰状態に変化するまでの時間を示す図実施の形態２に係る緩放リレー回路の構成例を示す図実施の形態２に係る緩放リレー回路においてタイマー回路の基準電圧回路および放電回路から出力される電圧を示す図実施の形態３に係る緩放リレー回路の構成例を示す図実施の形態３に係る緩放リレー回路のタイマー回路の動作を示すフローチャート実施の形態３に係る緩放リレー回路のタイマー回路が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図実施の形態３に係る緩放リレー回路のタイマー回路が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図実施の形態４に係る緩放リレー回路の構成例を示す図実施の形態５に係る列車制御装置の構成例を示す図

　以下に、本発明の実施の形態に係る緩放リレー回路および列車制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る緩放リレー回路１０の構成例を示す図である。緩放リレー回路１０には、給電線Ｐ２４Ａおよび給電線Ｎ２４が接続されている。直流電源５０には、給電線Ｐ２４および給電線Ｎ２４が接続されている。スイッチＳＷ１は、給電線Ｐ２４Ａと給電線Ｐ２４との接続を開閉する。緩放リレー回路１０は、給電線Ｐ２４、スイッチＳＷ１、給電線Ｐ２４Ａ、および給電線Ｎ２４を介して、直流電源５０に接続される。スイッチＳＷ１が閉に操作されると給電線Ｐ２４Ａは加圧され、直流電源５０から緩放リレー回路１０への給電、すなわち直流電圧の印加が開始される。スイッチＳＷ１が開に操作されると給電線Ｐ２４Ａは無加圧になり、直流電源５０から緩放リレー回路１０への給電は停止される。直流電源５０は、図１に示すようにバッテリの形態であってもよいし、交流電源および交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータであってもよい。

　緩放リレー回路１０の構成について説明する。図１に示すように、緩放リレー回路１０は、ダイオードＤ１と、リレーＲＹ１と、蓄電回路２０と、放電回路３０と、タイマー回路４０と、を備える。

　リレーＲＹ１は、内部に図示しないコイルを備える。すなわち、リレーＲＹ１は、誘導負荷のリレーである。緩放リレー回路１０において、リレーＲＹ１に直流電圧が印加され、常開接点が閉になっているとき、リレーＲＹ１は動作状態にあるという。また、リレーＲＹ１への直流電圧の印加がなく、常開接点が開になっているとき、リレーＲＹ１は復帰状態にあるという。

　ダイオードＤ１は、リレーＲＹ１または蓄電回路２０からの電荷が給電線Ｐ２４Ａに漏れないようにする逆流防止ダイオードである。

　蓄電回路２０は、緩放リレー回路１０において、リレーＲＹ１、具体的には、リレーＲＹ１のコイルと並列に接続される。蓄電回路２０の構成について説明する。蓄電回路２０は、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１と、を備える。抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ１への突入電流を制限する。なお、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ_１として扱い、以降で説明する抵抗についても同様とする。コンデンサＣ１は、給電線Ｐ２４Ａが印加されている場合、コンデンサＣ１の容量の範囲内で直流電源５０から給電される直流電圧を蓄電する。コンデンサＣ１は、給電線Ｐ２４Ａが無加圧になった後、リレーＲＹ１に直流電圧を供給し、リレーＲＹ１の動作状態を維持する。コンデンサＣ１が放電状態になると、リレーＲＹ１は復帰状態になる。なお、コンデンサＣ１の容量をＣ_１として扱い、以降で説明するコンデンサについても同様とする。

　蓄電回路２０の動作を、図２から図４を用いて説明する。図２は、実施の形態１に係る緩放リレー回路１０においてダイオードＤ１、リレーＲＹ１、および蓄電回路２０に印加される電圧を示す図である。図３は、実施の形態１に係る緩放リレー回路１０において、蓄電回路２０のコンデンサＣ１から放電される電圧を示す図である。図４は、実施の形態１に係る緩放リレー回路１０においてリレーＲＹ１が動作状態から復帰状態に変化するまでの時間を示す図である。なお、図２および図３では、説明に必要な部分のみを記載し、説明に不要な部分の記載は省略している。

　図２においてスイッチＳＷ１を閉にすると、給電線Ｐ２４Ａに直流電源５０からの電圧が印加される。給電線Ｐ２４Ａに印加される電圧をＥ_Ｐ２４Ａとし、ダイオードＤ１の順方向電圧をＥ_Ｄ１とすると、リレーＲＹ１には、Ｅ＝Ｅ_Ｐ２４Ａ－Ｅ_Ｄ１の電圧が印加される。このとき、蓄電回路２０のコンデンサＣ１には、抵抗Ｒ１経由で電圧が印加される。コンデンサＣ１が蓄電されると、抵抗Ｒ１には電流が流れなくなる。この結果、コンデンサＣ１の印加電圧は電圧Ｅとなる。

　リレーＲＹ１の開放電圧をＥ_ＯＰＥＮとする。リレーＲＹ１の抵抗値はＲ_ＲＹ１なので、リレーＲＹ１が動作状態から復帰状態に変化するとき、リレーＲＹ１に流れる電流をＩ_ＯＰＥＮとすると、次の式（１）のように表すことができる。

　Ｉ_ＯＰＥＮ＝Ｅ_ＯＰＥＮ／Ｒ_ＲＹ１　…（１）

　図２においてスイッチＳＷ１が閉で蓄電回路２０のコンデンサＣ１が蓄電された後、スイッチＳＷ１を開にしたときのリレーＲＹ１の動作を説明する。スイッチＳＷ１を開にしたとき、コンデンサＣ１に印加されている電圧をＥ＝Ｅ_Ｐ２４Ａ－Ｅ_Ｄ１とし、抵抗Ｒ１およびリレーＲＹ１の合成抵抗をＲ＝Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１とすると、時間ｔに対してリレーＲＹ１に流れる電流ｉ（ｔ）は、次の式（２）のように表すことができる。

　ｉ（ｔ）＝（Ｅ／Ｒ）ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ_１・Ｒ）　…（２）

　式（２）で表される電流ｉ（ｔ）をグラフにしたものが図４である。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図４で示されるように、電流ｉ（ｔ）は時間の経過とともに減少し、電流ｉ（ｔ）＝Ｉ_ＯＰＥＮになったとき、リレーＲＹ１は復帰状態になる。リレーＲＹ１が復帰状態になる時間をτ１とすると、式（２）は次の式（３）のように表すことができる。

　Ｉ_ＯＰＥＮ＝（Ｅ／Ｒ）ｅｘｐ（－τ１／Ｃ_１・Ｒ）　…（３）

　式（３）により、スイッチＳＷ１が開になった後、リレーＲＹ１が復帰状態になるまでの時間τ１が決まる。

　つぎに、放電回路３０の構成および動作について説明する。放電回路３０は、蓄電回路２０、具体的には、蓄電回路２０のコンデンサＣ１に蓄積されている電荷を放電する。放電回路３０は、抵抗Ｒ２と、スイッチＳＷ２と、を備える。抵抗Ｒ２は、一端が蓄電回路２０のコンデンサＣ１の一端に接続され、他端がスイッチＳＷ２を経由して蓄電回路２０のコンデンサＣ１の他極に接続される。蓄電回路２０のコンデンサＣ１に蓄積された電荷は、スイッチＳＷ２を閉にしたとき、抵抗Ｒ２を経由して放電される。

　スイッチＳＷ２を閉にしたとき、抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１およびリレーＲＹ１の直列回路に並列に接続される。スイッチＳＷ２を閉にしたときの状態を図５から図７に示す。図５は、実施の形態１に係る緩放リレー回路１０において放電回路３０のスイッチＳＷ２を閉にしたときの状態を示す回路図である。図６は、実施の形態１に係る緩放リレー回路１０において、放電回路３０のスイッチＳＷ２を閉にしたときに蓄電回路２０のコンデンサＣ１から放電される電圧を示す図である。図７は、実施の形態１に係る緩放リレー回路１０において、放電回路３０のスイッチＳＷ２を閉にしたときにリレーＲＹ１が動作状態から復帰状態に変化するまでの時間を示す図である。

　抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ１およびリレーＲＹ１の直列回路との合成抵抗をＲ_{ＳＷ２ＯＮ}とすると、合成抵抗Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}は、次の式（４）のように表すことができる。なお、「／／」は並列回路を示す記号である。

　Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}＝（Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１）／／Ｒ_２
　　　　　＝１／（１／Ｒ_２＋１／（Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１））　…（４）

　図５においてスイッチＳＷ１を開にした後、スイッチＳＷ２を閉にしたときのコンデンサＣ１の電圧をＥ_{ＳＷ２ＯＮ}とする。また、スイッチＳＷ２を閉にしたときからの経過時間をｔ_１とする。このとき、合成抵抗Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}に流れる電流ｉ_{ＳＷ２ＯＮ}（ｔ_１）は、次の式（５）のように表すことができる。

　ｉ_{ＳＷ２ＯＮ}（ｔ_１）＝（Ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}／Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}）ｅｘｐ（－ｔ_１／Ｃ_１・Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}）　…（５）

　このとき、合成抵抗Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}の両端間電圧ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}（ｔ_１）は、次の式（６）のように表すことができる。

　ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}（ｔ_１）＝Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}・ｉ_{ＳＷ２ＯＮ}（ｔ_１）
　　　　　　　　＝Ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}・ｅｘｐ（－ｔ_１／Ｃ_１・Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}）　…（６）

　リレーＲＹ１の印加電圧ｅ_ＲＹ１（ｔ_１）は、抵抗Ｒ１の抵抗Ｒ_１とリレーＲＹ１の抵抗Ｒ_ＲＹ１とで分圧されるので、次の式（７）のように表すことができる。

　ｅ_ＲＹ１（ｔ_１）＝（Ｒ_ＲＹ１／（Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１））・ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}（ｔ_１）
　　　　　　　＝（Ｒ_ＲＹ１／（Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１））・Ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}・ｅｘｐ（－ｔ_１／Ｃ_１・Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}）　…（７）

　このとき、リレーＲＹ１の駆動電流ｉ_ＲＹ１（ｔ_１）は、次の式（８）のように表すことができる。

　ｉ_ＲＹ１（ｔ_１）＝ｅ_ＲＹ１（ｔ_１）／Ｒ_ＲＹ１
　　　　　　　＝（１／（Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１））・Ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}・ｅｘｐ（－ｔ_１／Ｃ_１・Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}）　…（８）

　式（８）で表される駆動電流ｉ_ＲＹ１（ｔ_１）をグラフにしたものが図７である。図７において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図７で示されるように、リレーＲＹ１の駆動電流ｉ_ＲＹ１（ｔ_１）がＩ_ＯＰＥＮになったとき、リレーＲＹ１は復帰する。スイッチＳＷ２を閉にした後、τ_{Ｓｗ２ＯＮ}の時間経過後に復帰すると、次の式（９）のようになる。

　Ｉ_ＯＰＥＮ＝（１／（Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１））・Ｅ_{ＳＷ２ＯＮ}・ｅｘｐ（－τ_{ＳＷ２ＯＮ}／Ｃ_１・Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}）　…（９）

　なお、Ｒ_{ＳＷ２ＯＮ}＝（Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１）／／Ｒ_２＜Ｒ_１＋Ｒ_ＲＹ１とする。駆動電流ｉ_ＲＹ１（ｔ_１）の傾きの絶対値は電流i（ｔ）の傾きの絶対値と比べると大きくなる。すなわち、スイッチＳＷ２を閉にすることで、スイッチＳＷ２を閉にしない場合と比較して、リレーＲＹ１は早く復帰する。緩放リレー回路１０の設計者などは、抵抗Ｒ２の抵抗値を小さくすることで、時間τ_{ＳＷ２ＯＮ}を十分小さく設定しておく。

　タイマー回路４０の動作について説明する。タイマー回路４０は、リレーＲＹ１のコイルへの給電の遮断を検知すると、規定された時間後に放電回路３０を駆動する。具体的には、タイマー回路４０は、給電線Ｐ２４Ａが加圧時は放電回路３０のスイッチＳＷ２を開に設定する。タイマー回路４０は、給電線Ｐ２４Ａが加圧から無加圧になった場合、無加圧になったときから規定された時間経過後に放電回路３０のスイッチＳＷ２を閉に設定する。タイマー回路４０における前述の規定された時間をタイマー回路４０の時定数という。タイマー回路４０の時定数をτ２とする。緩放リレー回路１０の設計者などは、蓄電回路２０およびリレーＲＹ１の構成で決まる時間τ１に対してτ２＜τ１となるように、タイマー回路４０の時定数τ２を設定する。

　蓄電回路２０のコンデンサＣ１は、リレーＲＹ１の動作状態を維持するため大容量である必要がある。このため、コンデンサＣ１は、電解コンデンサで構成している。しかしながら、電解コンデンサ、すなわちコンデンサＣ１には、容量の初期ばらつき、温度による容量変化、経年による容量変化などがある。また、リレーＲＹ１の抵抗Ｒ_ＲＹ１には、初期ばらつき、温度による抵抗値変化などがある。そのため、時間τ１を正確に設計することができない。

　本実施の形態では、タイマー回路４０を、電解コンデンサ、リレーなどによる影響を受けにくい回路で構成する。これにより、タイマー回路４０は、スイッチＳＷ１が開になり、給電線Ｐ２４Ａが無加圧になった後、タイマー回路４０の時定数τ２でリレーＲＹ１を復帰状態にすることができる。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、緩放リレー回路１０は、蓄電回路２０、放電回路３０、およびタイマー回路４０を備え、タイマー回路４０は、蓄電回路２０およびリレーＲＹ１の構成で決まる時間τ１に対してτ２＜τ１となる時定数τ２で、放電回路３０によって蓄電回路２０を放電させることとした。これにより、緩放リレー回路１０は、誘導負荷のリレーＲＹ１において逆起電圧が発生することなく、リレーＲＹ１を動作状態から復帰状態にする時間を制御することができる。緩放リレー回路１０は、蓄電回路２０の電荷を放電するので、リレーＲＹ１のコイルには電路の遮断が原理的に発生せず、逆起電圧は発生しない。

実施の形態２．
　実施の形態２では、具体的に、タイマー回路４０を電気回路で構成する場合について説明する。

　図８は、実施の形態２に係る緩放リレー回路１０の構成例を示す図である。図８に示す放電回路３０の抵抗Ｒ２は、図１に示す実施の形態１のときの放電回路３０の抵抗Ｒ２と同様である。放電回路３０において、スイッチＳＷ２は、トランジスタＴＲ１１と、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２と、から構成される。抵抗Ｒ１１は、トランジスタＴＲ１１のベースがハイインピーダンスになるのを防ぐための抵抗である。抵抗Ｒ１２は、トランジスタＴＲ１１のベース電流を制限するための抵抗である。トランジスタＴＲ１１は、ベース電圧が規定された値より大きくなるとオン状態になり、トランジスタＴＲ１１のコレクタ、エミッタ間は導通状態となる。トランジスタＴＲ１１は、ベース電圧が規定された値より小さくなるとオフ状態になり、トランジスタＴＲ１１のコレクタ、エミッタ間で電流は流れなくなる。実施の形態２では、放電回路３０を第１の放電回路と称することがある。

　タイマー回路４０は、電圧比較回路４１と、基準電圧回路４２と、放電回路４３と、付属回路４４と、から構成される。

　電圧比較回路４１の構成および動作について説明する。電圧比較回路４１は、電圧比較器ＩＣ１１から構成され、基準電圧回路４２の出力電圧と放電回路４３の出力電圧とを比較する。電圧比較回路４１は、放電回路４３の出力電圧が基準電圧回路４２の出力電圧より大きい場合、放電回路３０のトランジスタＴＲ１１に対して、トランジスタＴＲ１１がオフ状態となる電圧を出力する。電圧比較回路４１は、放電回路４３の出力電圧が基準電圧回路４２の出力電圧より小さい場合、放電回路３０のトランジスタＴＲ１１に対して、トランジスタＴＲ１１がオン状態となる電圧を出力する。

　このため、緩放リレー回路１０では、放電回路４３の出力電圧が基準電圧回路４２の出力電圧より大きい場合、蓄電回路２０のコンデンサＣ１に電荷が蓄積され、リレーＲＹ１は動作状態になる。また、緩放リレー回路１０では、放電回路４３の出力電圧が基準電圧回路４２の出力電圧より小さい場合、蓄電回路２０のコンデンサＣ１の電荷が放電され、リレーＲＹ１は復帰状態になる。

　基準電圧回路４２の構成および動作について説明する。基準電圧回路４２は、コンデンサＣ１１、抵抗Ｒ１３、ツェナーダイオードＺＤ１１、抵抗Ｒ１４、およびコンデンサＣ１２から構成される。基準電圧回路４２は、付属回路４４のダイオードＤ１１および抵抗Ｒ１５を経由して、給電線Ｐ２４Ａに接続される。ダイオードＤ１１は、スイッチＳＷ１が開になったとき、基準電圧回路４２のコンデンサＣ１１の電荷が他の回路に漏れないようにする逆流防止ダイオードである。抵抗Ｒ１５は、スイッチＳＷ１が開から閉になったとき、コンデンサＣ１１への電流を制限するための抵抗である。基準電圧回路４２は、スイッチＳＷ１が閉のとき、ダイオードＤ１１および抵抗Ｒ１５を介して、第１のコンデンサであるコンデンサＣ１１に電荷が蓄積される。

　また、基準電圧回路４２は、スイッチＳＷ１が閉のとき、第１の抵抗である抵抗Ｒ１３を経由してツェナーダイオードＺＤ１１に電圧が印加される。第１の定電圧ダイオードであるツェナーダイオードＺＤ１１は、カソードにツェナー電圧より大きい電圧が印加されたとき一定の電圧となる。ツェナーダイオードＺＤ１１で得られる一定の電圧を第１の定電圧とする。基準電圧回路４２では、コンデンサＣ１１と、ツェナーダイオードＺＤ１１および抵抗Ｒ１３が直列接続された回路とが並列接続されている。基準電圧回路４２は、ツェナーダイオードＺＤ１１によって一定になった電圧を基準電圧として出力する。すなわち、基準電圧回路４２は、ツェナーダイオードＺＤ１１によって得られる電圧を出力する。抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣ１２は、ローパスフィルタであり、基準電圧のノイズを減少させる。

　スイッチＳＷ１が閉から開に変化したときの基準電圧回路４２の動作を説明する。なお、スイッチＳＷ１が閉の期間でコンデンサＣ１１に電荷が貯まった状態であるとする。スイッチＳＷ１が開になると、給電線Ｐ２４Ａに電圧が印加されなくなる。そのため、ツェナーダイオードＺＤ１１には、抵抗Ｒ１３を経由してコンデンサＣ１１から電圧が印加される。この結果、基準電圧回路４２は、スイッチＳＷ１が開になった後も基準電圧を出力することができる。スイッチＳＷ１が開になった後の基準電圧の出力期間は、抵抗Ｒ１３およびツェナーダイオードＺＤ１１に流れる電流に依存するので、コンデンサＣ１１の電圧、抵抗Ｒ１３およびツェナーダイオードＺＤ１１の抵抗値で決まる。スイッチＳＷ１が開になった後の基準電圧の出力期間をτ３とする。

　放電回路４３の構成および動作について説明する。放電回路４３は、ツェナーダイオードＺＤ１２と、コンデンサＣ１３と、抵抗Ｒ１６と、から構成される。放電回路４３は、付属回路４４のダイオードＤ１２および抵抗Ｒ１７を経由して、給電線Ｐ２４Ａに接続される。ダイオードＤ１２は、スイッチＳＷ１が開になったとき、放電回路４３のコンデンサＣ１３の電荷が他の回路に漏れないようにする逆流防止ダイオードである。抵抗Ｒ１６は、スイッチＳＷ１が開から閉になったとき、コンデンサＣ１３への電流を制限するための抵抗である。放電回路４３は、スイッチＳＷ１が閉のとき、ダイオードＤ１２および抵抗Ｒ１７を介して、第２のコンデンサであるコンデンサＣ１３に電荷が蓄積される。放電回路４３は、第２の定電圧ダイオードであるツェナーダイオードＺＤ１２およびコンデンサＣ１３が並列接続されているので、コンデンサＣ１３の充電電圧はツェナーダイオードＺＤ１２のツェナー電圧に制限される。ツェナーダイオードＺＤ１２で得られる一定の電圧を第２の定電圧とする。放電回路４３は、ツェナーダイオードＺＤ１２によって一定になった電圧を出力する。すなわち、放電回路４３は、ツェナーダイオードＺＤ１２によって得られる電圧を出力する。

　スイッチＳＷ１が閉から開に変化したときの放電回路４３の動作を説明する。なお、スイッチＳＷ１が閉の期間でコンデンサＣ１３に電荷が貯まった状態であるとする。スイッチＳＷ１が開になると、コンデンサＣ１３および抵抗Ｒ１６は放電を開始する。放電開始時のコンデンサＣ１３の電圧は、ツェナーダイオードＺＤ１２のツェナー電圧である。ツェナーダイオードＺＤ１２のツェナー電圧をＶ_ＺＤ１２とする。スイッチＳＷ１を開にしたとき、放電回路４３の電圧Ｅ（ｔ）は、時間ｔに対して、次の式（１０）のように表される。

　Ｅ（ｔ）＝Ｖ_ＺＤ１２・ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ_１３・Ｒ_１６）　…（１０）

　基準電圧回路４２から出力される基準電圧の値をＶ_ＺＤ１１とする。このとき、Ｅ（ｔ）＝Ｖ_ＺＤ１１となる時間をτ４とする。緩放リレー回路１０の設計者などが、時間τ１，τ３，τ４に対して「τ１＞τ３＞τ４」となるように設計することで、実施の形態２の緩放リレー回路１０は、スイッチＳＷ１が開になった後、時間τ４でリレーＲＹ１を復帰状態にすることができる。

　図９は、実施の形態２に係る緩放リレー回路１０においてタイマー回路４０の基準電圧回路４２および放電回路４３から出力される電圧を示す図である。図９において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図９では、基準電圧回路４２から出力される電圧であるＶ_ＺＤ１１が一定になっているが、実際には、時間τ３経過すると電圧は低下することになる。

　放電回路４３は、抵抗Ｒ１６の抵抗を大きくすることで、コンデンサＣ１３の容量を小さくできる。このため、コンデンサＣ１３は、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどといった初期値のばらつきが小さく、温度による値の変化の少ないコンデンサで設計することが容易である。また、抵抗Ｒ１６についても、初期値のばらつきが小さく温度による値の変化の少ないものを選定できる。なお、放電回路４３を第２の放電回路と称することがある。

　このように、緩放リレー回路１０では、電圧比較回路４１は、基準電圧回路４２から出力される電圧と放電回路４３から出力される電圧とを比較し、リレーＲＹ１への給電が遮断されて放電回路４３から出力される電圧が基準電圧回路４２から出力される電圧以下になった場合、放電回路３０を駆動する。なお、電圧比較回路４１を動作させる電源は、基準電圧回路４２のコンデンサＣ１１に相当する回路とする。または、電圧比較回路４１を動作させる電源は、基準電圧回路４２のコンデンサＣ１１を用いてもよい。また、基準電圧回路４２のコンデンサＣ１１は、蓄電回路２０のコンデンサＣ１と共用にすることも可能である。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、緩放リレー回路１０において、タイマー回路４０は、コンデンサ、抵抗、ダイオードなどの電気部品による電気回路で構成され、コンデンサおよび抵抗による放電時間によって放電回路３０を駆動する時間を制御する。これにより、緩放リレー回路１０は、実施の形態１で説明した効果を得ることができる。

実施の形態３．
　実施の形態３では、具体的に、タイマー回路４０をマイコンなどで構成する場合について説明する。

　図１０は、実施の形態３に係る緩放リレー回路１０の構成例を示す図である。図１０において放電回路３０の構成は、図８に示す実施の形態２のときの構成と同様である。タイマー回路４０は、電圧監視部４５と、クロック部４６と、カウンタ部４７と、から構成される。

　電圧監視部４５は、リレーＲＹ１への給電の遮断を検知する。具体的には、電圧監視部４５は、給電線Ｐ２４Ａの電圧を監視し、給電線Ｐ２４Ａが加圧状態か無加圧状態かを判定する。電圧監視部４５は、給電線Ｐ２４Ａが加圧状態から無加圧状態に変化したとき、カウンタ部４７のカウントをスタートさせる。

　クロック部４６は、カウンタ部４７のカウントの周期となるクロックを発生する。

　カウンタ部４７は、電圧監視部４５がリレーＲＹ１への給電の遮断を検知した後、カウントを開始する。カウンタ部４７は、緩放リレー回路１０の電源投入時は放電回路３０のトランジスタＴＲ１１がオフ状態になる電圧を出力する。カウンタ部４７は、規定された数をカウントした場合、放電回路３０のトランジスタＴＲ１１がオン状態になる電圧を出力、すなわち放電回路３０を駆動する。

　蓄電回路２０がリレーＲＹ１を復帰状態にする時間τ１を、タイマー回路４０および放電回路３０の動作期間より長くなるようにする。すなわち、タイマー回路４０および放電回路３０の動作期間を、蓄電回路２０がリレーＲＹ１を復帰状態にする時間τ１より短くなるようにする。このとき、緩放リレー回路１０は、クロック部４６およびカウンタ部４７で決まる時間で、リレーＲＹ１を復帰状態にする。クロック部４６の初期値ばらつきおよび温度特性を、コンデンサＣ１で決まる時間τ１に比較して正確になるような部品を決めることは容易である。例えば、クロック部４６に水晶発信器を使用する。

　図１１は、実施の形態３に係る緩放リレー回路１０のタイマー回路４０の動作を示すフローチャートである。タイマー回路４０において、電圧監視部４５は、給電線Ｐ２４Ａの電圧を監視する（ステップＳ１）。電圧監視部４５は、給電線Ｐ２４Ａが加圧状態の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻って監視を継続する。電圧監視部４５は、給電線Ｐ２４Ａが無加圧状態の場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、カウンタ部４７にカウントの開始を指示する。カウンタ部４７は、クロック部４６で発生されるクロックのタイミングでカウントを行う（ステップＳ３）。カウンタ部４７は、規定の数をカウントしていない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ３に戻ってカウントを継続する。カウンタ部４７は、規定の数をカウントした場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、放電回路３０を駆動する（ステップＳ５）。カウンタ部４７は、前述の例では、放電回路３０のトランジスタＴＲ１１がオン状態になる電圧を出力する。これにより、放電回路３０は、蓄電回路２０の放電を開始する。

　つづいて、タイマー回路４０のハードウェア構成について説明する。タイマー回路４０は処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

　図１２は、実施の形態３に係る緩放リレー回路１０のタイマー回路４０が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、タイマー回路４０の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、タイマー回路４０の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、タイマー回路４０の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

　ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。

　図１３は、実施の形態３に係る緩放リレー回路１０のタイマー回路４０が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図１３に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。タイマー回路４０の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。

　なお、タイマー回路４０の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、緩放リレー回路１０において、タイマー回路４０は、クロック部４６を備えるマイコンなどで構成され、放電回路３０を駆動する時間を制御する。これにより、緩放リレー回路１０は、実施の形態１で説明した効果を得ることができる。

実施の形態４．
　実施の形態４では、緩放リレー回路の放電回路がヒューズを備える場合について説明する。

　図１４は、実施の形態４に係る緩放リレー回路１０ａの構成例を示す図である。緩放リレー回路１０ａは、図１に示す実施の形態１に係る緩放リレー回路１０に対して、放電回路３０を放電回路３０ａに置き換えたものである。放電回路３０ａは、放電回路３０にヒューズＦ１を追加したものである。緩放リレー回路１０ａの通常時の動作は、実施の形態１に係る緩放リレー回路１０の動作と同様である。

　ここで、実施の形態１の緩放リレー回路１０において、放電回路３０のスイッチＳＷ２が閉に固着する故障が発生した場合を想定する。この場合、蓄電回路２０のコンデンサＣ１の両端が短絡状態になる。この結果、緩放リレー回路１０では、スイッチＳＷ１が閉になった場合、給電線Ｐ２４Ａ、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１の経路で電流が流れ続けることになる。

　実施の形態４では、放電回路３０ａがヒューズＦ１を備える。ヒューズＦ１は、上記の経路で規定された時間以上電流が流れ続けたときに溶断し、電流を遮断できるものとする。緩放リレー回路１０ａは、放電回路３０ａのスイッチＳＷ２が閉に固着故障し、電流が流れ続ける状態になった場合でも、ヒューズＦ１が溶断することで電流を遮断することができる。この結果、緩放リレー回路１０ａは、放電回路３０ａのスイッチＳＷ２が閉に固着故障した場合でも、電流が流れ続けることによる２次故障を防ぐことができる。また、緩放リレー回路１０ａは、放電回路３０ａのスイッチＳＷ２が閉に固着故障した場合、スイッチＳＷ１の操作により、リレーＲＹ１を動作状態から復帰状態にすることができる。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、緩放リレー回路１０ａにおいて、放電回路３０ａは、ヒューズＦ１を備え、規定された時間以上過電流が流れた場合、内部の回路を遮断する。これにより、緩放リレー回路１０ａは、電流が流れ続けることによる２次故障を防ぐことができる。

実施の形態５．
　実施の形態５では、緩放リレー回路１０の適用例について説明する。緩放リレー回路１０については、実施の形態１から実施の形態３のいずれの緩放リレー回路１０でもよく、また、実施の形態４の緩放リレー回路１０ａも適用可能である。

　背景技術でも説明したように、緩放リレー回路１０は、列車に搭載される装置、また鉄道の信号機、踏切などの設備に使用される。列車に搭載される装置とは、例えば、列車制御装置である。図１５は、実施の形態５に係る列車制御装置１００の構成例を示す図である。列車制御装置１００は、緩放リレー回路１０を備える。列車制御装置１００は、例えば、デジタルアウトの信号で緩放リレー回路１０を操作する。列車制御装置１００は、電源が遮断された場合、緩放リレー回路１０で規定された時間経過後に、緩放リレー回路１０のリレーＲＹ１を動作させることができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１０，１０ａ　緩放リレー回路、２０　蓄電回路、３０，３０ａ，４３　放電回路、４０　タイマー回路、４１　電圧比較回路、４２　基準電圧回路、４４　付属回路、４５　電圧監視部、４６　クロック部、４７　カウンタ部、５０　直流電源、１００　列車制御装置、Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３　コンデンサ、Ｄ１，Ｄ１１，Ｄ１２　ダイオード、Ｆ１　ヒューズ、ＩＣ１１　電圧比較器、Ｎ２４，Ｐ２４，Ｐ２４Ａ　給電線、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７　抵抗、ＲＹ１　リレー、ＳＷ１，ＳＷ２　スイッチ、ＴＲ１１　トランジスタ、ＺＤ１１，ＺＤ１２　ツェナーダイオード。

Claims

　コイルを備えるリレーと並列に接続される蓄電回路と、
　前記蓄電回路の電荷を放電する放電回路と、
　前記リレーへの給電の遮断を検知すると、規定された時間後に前記放電回路を駆動するタイマー回路と、
　を備えることを特徴とする緩放リレー回路。
　前記放電回路を第１の放電回路とし、
　前記タイマー回路は、
　第１のコンデンサと、第１の定電圧が得られる第１の定電圧ダイオードおよび第１の抵抗が直列接続された回路とが並列接続され、前記第１の定電圧ダイオードで得られる電圧を出力する基準電圧回路と、
　第２のコンデンサと、前記第１の定電圧よりも大きい第２の定電圧が得られる第２の定電圧ダイオードとが並列接続され、前記第２の定電圧ダイオードで得られる電圧を出力する第２の放電回路と、
　を備え、
　前記基準電圧回路から出力される電圧と前記第２の放電回路から出力される電圧とを比較し、前記リレーへの給電が遮断されて前記第２の放電回路から出力される電圧が前記基準電圧回路から出力される電圧以下になった場合、前記放電回路を駆動する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の緩放リレー回路。
　前記タイマー回路は、
　前記リレーへの給電の遮断を検知する電圧監視部と、
　前記電圧監視部が前記リレーへの給電の遮断を検知した後、カウントを開始するカウンタ部と、
　前記カウンタ部のカウントの周期となるクロックを発生するクロック部と、
　を備え、
　前記カウンタ部は、規定された数をカウントすると前記放電回路を駆動する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の緩放リレー回路。
　前記放電回路は、規定された時間以上過電流が流れた場合、内部の回路を遮断する、
　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の緩放リレー回路。
　請求項１から４のいずれか１つに記載の緩放リレー回路を備えることを特徴とする列車制御装置。