特開 2016-202608 模型車両の分散型給電装置および制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-202608(P2016-202608A)

(43)【公開日】2016年12月8日

(54)【発明の名称】模型車両の分散型給電装置および制御システム

(51)【国際特許分類】

   A63H 19/24 20060101AFI20161111BHJP

【ＦＩ】

   A63H19/24

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-88193(P2015-88193)

(22)【出願日】2015年4月23日

(11)【特許番号】特許第5897751号(P5897751)

(45)【特許公報発行日】2016年3月30日

(71)【出願人】

【識別番号】306009927

【氏名又は名称】株式会社トミーテック

(74)【代理人】

【識別番号】100101982

【弁理士】

【氏名又は名称】久米川 正光

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 守男

【テーマコード（参考）】

2C150

【Ｆターム（参考）】

2C150CA08

2C150DA06

2C150EA03

2C150EB01

2C150ED42

2C150ED56

(57)【要約】

【課題】パルス幅変調を用いたセクション分割給電において、レイアウト全体における給電系の配線長を抑制しつつ、隣り合ったセクションを跨いで走行する際に生じる車両の意図しない急加速等を抑制する。
【解決手段】給電装置６が備えるクロック生成部６ｆは、車両の車速を制御する上位装置から他の給電装置６と共に供給されるリセット信号ＲＳに基づき位相が揃えられた内部クロックＣＬinを生成する。パルス幅変調部６ｃは、内部クロックＣＬinをカウントし、そのカウント値に基づいて、上位装置からの車速の指示に応じたパルス幅（デューティ比）を有するパルスを生成する。ドライバ６ｅは、パルス幅変調部６ｃによってパルス幅変調されたデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を、自己に割り当てられたセクションに供給する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウトに複数設けられ、レイアウト上を走行する模型車両への給電をセクション単位で行う分散型給電装置において、
上位装置から他の給電装置と共に供給される同期信号に基づいて、他の給電装置との間でクロックの位相が揃えられた内部クロックを生成するクロック生成部と、
前記クロック生成部において生成された前記内部クロックをカウントし、当該カウント値に基づいて、前記上位装置からの指示に応じたデューティ比を有するパルスを設定するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部によって設定されたデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を自己に割り当てられた前記セクションに供給するドライバと
を有することを特徴とする模型車両用の分散型給電装置。

【請求項2】

前記クロック生成部は、前記同期信号の入力タイミングで、前記内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項１に記載された模型車両用の分散型給電装置。

【請求項3】

前記パルス幅変調部は、前記同期信号の入力タイミングで、前記カウンタ値を所定値に補正することを特徴とする請求項２に記載された模型車両用の分散型給電装置。

【請求項4】

前記同期信号は、前記上位装置から他の給電装置と共に周期的に供給されるシリアルデータであることを特徴とする請求項１に記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項5】

前記クロック生成部は、
前記上位装置から供給された前記シリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、当該シリアルデータの入力タイミングで、前記内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項４に記載された模型車両用の分散型給電装置。

【請求項6】

前記パルス幅変調部は、
前記上位装置から供給された前記シリアルデータに前記固有のアドレスが付されている場合、前記カウンタ値を、当該シリアルデータによって指定された値に補正することを特徴とする請求項５に記載された模型車両用の分散型給電装置。

【請求項7】

前記パルス幅変調部は、
前記上位装置からの指示に応じて、前記車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスを前記パルスに重畳することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載された模型車両用の分散型給電装置。

【請求項8】

前記高周波パルスは、前記内部クロック生成部によって内部生成され、かつ、前記同期信号に基づいて、他の給電装置との間でクロックの位相が揃えられることを特徴とする請求項７に記載された模型車両用の分散型給電装置。

【請求項9】

電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウト上を走行する模型車両を制御する制御システムにおいて、
レイアウト上を走行する車両の位置を検出する複数の位置センサと、
複数の給電装置に対して、パルス幅変調の位相を揃えるための同期信号を供給するとともに、前記複数の位置センサによって検出された車両の位置に応じて、前記車両の走行をセクション単位で制御する上位装置と、
第１の内部クロックを生成する第１のクロック生成部を備え、前記同期信号に基づいて、前記第１の内部クロックの位相を調整するとともに、当該第１の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、前記上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を第１のセクションに供給する第１の給電装置と、
第２の内部クロックを生成する第２の内部クロック生成部を備え、前記同期信号に基づいて、前記第１の内部クロックと位相が揃うように、前記第２の内部クロックの位相を調整するとともに、前記第２の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、前記上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を前記第１のセクションと隣り合った第２のセクションに供給する第２の給電装置とを有し、
前記上位装置は、
前記第１のセクションを走行している第１の車両の先を走行する第２の車両が前記第２のセクションに存在しない場合、前記第１の車両が前記第２のセクションに進入することを許可し、
前記第２の車両が前記第２のセクションに存在する場合、前記第２の車両が前記第２のセクションから退出するまで、前記第１の車両を前記第１のセクションにて停止させることを特徴とする模型車両の制御システム。

【請求項10】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、前記同期信号の入力タイミングで、前記第１の内部クロックおよび前記第２の内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項９に記載された模型車両の制御システム。

【請求項11】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、前記同期信号の入力タイミングで、前記第１のカウンタのカウンタ値および前記第２のカウンタのカウント値を所定値に補正することを特徴とする請求項１０に記載された模型車両の制御システム。

【請求項12】

前記同期信号は、前記上位装置から他の給電装置と共に周期的に供給されるシリアルデータであることを特徴とする請求項９に記載された模型車両の制御システム。

【請求項13】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、
前記シリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、当該シリアルデータの入力タイミングで、前記第１の内部クロックの位相および前記第２の内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項１２に記載された模型車両の制御システム。

【請求項14】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、
前記シリアルデータに前記固有のアドレスが付されている場合、前記第１のカウンタのカウンタ値および前記第２のカウンタのカウント値を、当該シリアルデータによって指定された値に補正することを特徴とする請求項１３に記載された模型車両の制御システム。

【請求項15】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、
前記上位装置からの指示に応じて、前記車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスを前記パルスに重畳することによって、前記パルス状の駆動電圧を供給することを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載された模型車両の制御システム。

【請求項16】

前記高周波パルスは、前記第１の給電装置および前記第２の給電装置のそれぞれにおいて内部生成され、かつ、前記同期信号に基づいて、前記第１の給電装置および前記第２の給電装置との間でパルスの位相が揃えられることを特徴とする請求項１５に記載された模型車両の制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道模型等の車両への給電を行う分散型給電装置および制御システムに係り、特に、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いた分割給電に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、鉄道模型等の模型車両が走行するレイアウトにおいて、複数の車両を個別に制御しながら同時に走行させる制御システムが知られている。このような制御システムの一つとして、ＤＣＣ（Digital Command Control）と呼ばれる方式が欧米で広く普及しており、国内でも普及しつつある。ＤＣＣでは、制御対象となる車両にデコーダが搭載されており、コントローラからの命令が、レイアウトを構成するレールを介して、車両側のデコーダに伝達される。この命令には、アドレスが付されており、指定されたアドレスに対応するデコーダのみが命令を実行することで、走行用モータの駆動やライト類の点灯といった制御が個別に行われる。レイアウトには１２Ｖ程度の交流が常に流れており、命令に従って、デコーダが交流を直流に変換して車両に搭載されたモータを駆動することで、車速が制御される。ＤＣＣは、制御システムとして高い自由度を有するものの、デコーダ自体が極めて高価であることに加えて、デコーダを搭載するためには車両に手間の掛かる加工を施さなければならないことも多く、ある程度の知識も必要とされるため、ユーザにとって導入障壁が高い。また、レイアウト上を走行する複数の車両への給電を１つの給電系で賄うため、従来の直流制御（ＤＣ制御）と比べて定格電流が高く、レールに不用意に触れた際の感電やショートといった安全性への懸念もある。これらの問題から、ＤＣＣは、未だ、従来の直流制御を凌駕するには至っていない。

【0003】

従来から広く普及している直流制御であっても、レイアウトの給電系統を工夫し、レイアウトへの給電を車両の走行に応じてリアルタイムで切り替えることで、複数の車両を同時に走行させることは可能である。例えば、特許文献１には、鉄道模型用のレイアウトを電気的に分離された複数のセクションに分割し、必要なセクションにだけ電流を流すこと、すなわち、セクション単位の分割給電を行うことによって、複数の車両の個別制御を行う車両運転装置が開示されている。また、この車両運転装置では、単なる分割給電に留まらず、進入先となるセクションに複数の車両を進入させないという排他制御を行うことで、車両同士の衝突を未然に防止している。

【0004】

また、特許文献２には、パルス幅変調を用いて、セクション単位の分割給電を行う鉄道模型の自動運転装置が開示されている。具体的には、ワンチップマイコンで構成されたマイコン部には、それぞれのセクションに割り当てられた複数のモータドライバが内蔵されており、それぞれのモータドライバから出力されたパルス状の駆動電圧が、セクション単位でレール上の動力車に供給される。１つのモータドライバは、ワンチップマイコンに搭載された１６ビットタイマ１チャンネルを速度制御ＰＷＭ波形発生部として使用することによって、セクション毎に独立して構成されている。また、特許文献２には、その具体的な構成は開示されていないものの、動力車（モータ搭載車両）がセクションの境界にあるとき、２箇所のモータドライバからの給電が加算されるため、各チャンネル間の位相を合わせておく必要があることが指摘されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−２２５４７２号公報

【特許文献1】特開２０１０−２５２９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

パルス幅変調を用いたセクション分割給電では、特許文献２でも指摘されているように、レイアウト上を走行する車両が現在のセクションから次のセクションに進入する際、すなわち、隣り合ったセクションを跨いで車両が走行している過程において、コントローラの指示に反して、車両が急加速してしまうといった現象が起こり得る。また、特許文献２のワンチップマイコン（マイコン部）のように、単一の給電元から各セクションへの給電を一括して行う場合、給電元から近いセクションや遠いセクションを含めて、すべてのセクションへの給電系の配線を１箇所から多数引き回す必要がある。そのため、レイアウト全体において、給電系の配線量が非常に大きくなる。この配線量の増大は、レイアウトを作成するユーザにとって大きな負担となる。また、給電系には、車両に搭載されたモータを駆動させるのに足る大電流が流れ、かつ、パルス幅変調の場合、駆動電流がパルス波形であるがゆえに高周波成分が含まれているので、その配線は、周囲の機器に悪影響を及ぼすノイズ源となり得る。よって、不要輻射の抑制という観点からも、給電系の配線量の増大は好ましくない。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パルス幅変調を用いたセクション分割給電において、給電系の配線量の増大を抑制しつつ、隣り合ったセクションを跨いで走行する際に生じる車両の意図しない急加速を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

かかる課題を解決するために、第１の発明は、電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウトに複数設けられ、レイアウト上を走行する模型車両への給電をセクション単位で行う分散型給電装置を提供する。この給電装置は、クロック生成部と、パルス幅変調部と、ドライバとを有する。クロック生成部は、上位装置から他の給電装置と共に供給される同期信号に基づいて、他の給電装置との間でクロックの位相が揃えられた内部クロックを生成する。パルス幅変調部は、クロック生成部において生成された内部クロックをカウントし、そのカウント値に基づいて、上位装置からの指示に応じたデューティ比を有するパルスを設定する。ドライバは、パルス幅変調部によって設定されたデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を自己に割り当てられたセクションに供給する。

【0009】

ここで、第１の発明において、クロック生成部は、同期信号の入力タイミングで、内部クロックの位相を調整することが好ましい。また、パルス幅変調部は、同期信号の入力タイミングで、カウンタ値を所定値に補正してもよい。

【0010】

第１の発明において、同期信号は、上位装置から他の給電装置と共に周期的に供給されるシリアルデータであってもよい。この場合、クロック生成部は、上位装置から供給されたシリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、この固有アドレス付のシリアルデータの入力タイミングで、内部クロックの位相を調整することが好ましい。また、パルス幅変調部は、上位装置から供給されたシリアルデータに固有のアドレスが付されている場合、カウンタ値を、固有アドレス付のシリアルデータによって指定された値に補正してもよい。

【0011】

第１の発明において、パルス幅変調部は、上位装置からの指示に応じて、車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスをパルスに重畳してもよい。この場合、高周波パルスは、内部クロック生成部によって内部生成され、かつ、同期信号に基づいて、他の給電装置との間でクロックの位相が揃えられることが好ましい。

【0012】

第２の発明は、電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウト上を走行する模型車両を制御する制御システムを提供する。この制御システムは、複数の位置センサと、上位装置と、第１の給電装置と、第２の給電装置とを有する。位置センサは、レイアウト上を走行する車両の位置を検出する。上位装置は、複数の給電装置に対して、パルス幅変調の位相を揃えるための同期信号を供給する。また、上位装置は、複数の位置センサによって検出された車両の位置に応じて、車両の走行をセクション単位で制御する。第１の給電装置は、第１の内部クロックを生成する第１のクロック生成部を備え、同期信号に基づいて、第１の内部クロックの位相を調整する。また、第１の給電装置は、第１の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を第１のセクションに供給する。第２の給電装置は、第２の内部クロックを生成する第２の内部クロック生成部を備え、同期信号に基づいて、第１の内部クロックと位相が揃うように、第２の内部クロックの位相を調整する。また、第２の給電装置は、第２の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を第１のセクションと隣り合った第２のセクションに供給する。ここで、上位装置は、第１のセクションを走行している第１の車両の先を走行する第２の車両が第２のセクションに存在しない場合、第１の車両が第２のセクションに進入することを許可する一方、第２の車両が第２のセクションに存在する場合、第２の車両が第２のセクションから退出するまで、第１の車両を第１のセクションにて停止させる。

【0013】

ここで、第２の発明において、第１の給電装置および第２の給電装置は、同期信号の入力タイミングで、第１の内部クロックおよび第２の内部クロックの位相を調整することが好ましい。また、第１の給電装置および第２の給電装置は、同期信号の入力タイミングで、第１のカウンタのカウンタ値および第２のカウンタのカウント値を所定値に補正してもよい。

【0014】

第２の発明において、同期信号は、上位装置から他の給電装置と共に周期的に供給されるシリアルデータであってもよい。この場合、第１の給電装置および第２の給電装置は、シリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、この固有アドレス付のシリアルデータの入力タイミングで、第１の内部クロックの位相および第２の内部クロックの位相を調整してもよい。また、第１の給電装置および第２の給電装置は、シリアルデータに固有のアドレスが付されている場合、第１のカウンタのカウンタ値および第２のカウンタのカウント値を、この固有アドレス付のシリアルデータによって指定された値に補正してもよい。

【0015】

第２の発明において、第１の給電装置および第２の給電装置は、上位装置からの指示に応じて、車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスをパルスに重畳することによって、パルス状の駆動電圧を供給してもよい。この場合、高周波パルスは、第１の給電装置および第２の給電装置のそれぞれにおいて内部生成され、かつ、同期信号に基づいて、第１の給電装置および第２の給電装置との間でパルスの位相が揃えられることが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

第１および第２の発明によれば、上位装置から供給される同期信号に基づいて、複数の給電装置の間でパルス幅変調のベースクロックとなる内部クロックの位相を揃える。これにより、複数のセクションから供給された駆動電圧が車両側で重畳しても、そのデューティ比は変わらない。よって、車両の意図しない急加速等を有効に抑制することができる。また、複数の給電装置に分散させることにより、給電元を単一にする場合と比較して、レイアウト全体における給電系の配線量を有効に抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】模型車両制御システムの全体構成図

【図2】車両の集電構造を示す図

【図3】第１の実施形態に係る給電装置のブロック構成図

【図4】第１の実施形態に係るパルス幅変調の動作タイミング図

【図5】制御システムによる車両の走行制御の説明図

【図6】第２の実施形態に係る給電装置のブロック構成図

【図7】第２の実施形態に係るパルス幅変調の動作タイミング図

【図8】第３の実施形態に係る常点灯用の高周波パルスが重畳された駆動電圧のパルス波形を示す図

【発明を実施するための形態】

【0018】

（第１の実施形態）
図１は、鉄道模型用の制御システムの全体構成図である。車両Ａ，Ｂを含む複数の車両が走行するレイアウト１は、直線レール、カーブレール、ポイントといった多数のレールを組み合わせることによって構成されている。基本的に、レール同士の接続には、ジョイントと呼ばれる導電性の接続部材を用いられ、ジョイントにて電気的に接続されたレール同士は、連続した同一セクションを形成する。また、一部のレール同士の接続には、ギャップと呼ばれる絶縁性の接続部材が用いられ、ギャップにて電気的に分離されたレール同士は、互いに別個のセクションを形成する。同図に示した例では、レイアウト１中の７箇所にギャップを設けることで、レイアウト１を電気的に分離された６つのセクション１ａ〜１ｆ、すなわち、エンドレスを構成する４つのセクション１ａ〜１ｄと、複線ホームの待避線に相当するセクションｅと、エンドレスから分岐した引込み線に相当するセクション１ｆとに分割されている。このようなレイアウト１において、それぞれのセクション１ａ〜１ｆの長さは、原則として、そのレイアウト１での走行を想定する車両の最大長よりも大きくし、走行中の車両を停止させる際の過走行分を十分に見越した長さにすることが好ましい。なお、本明細書において、「車両」とは、制御上、１つのまとまった走行単位となるものを指し、１台の車両（動力車）のみならず、複数の車両より編成される列車（複数の動力車を含んでいてもよい。）を含む。また、物理的に互いに連結されていなくても、極めて近接した状態を維持しながら併走する複数の車両も、１つのまとまった走行単位である限り、１つの「車両」とみなす。

【0019】

セクション１ａ〜１ｆのそれぞれにおいて、レールへの電気的な接続を行うコネクタ部には、フィーダ２ａ〜２ｆのいずれかが取り付けられている。また、それぞれのセクション１ａ〜１ｆの端部近傍には、車両の位置を検出する位置センサ３がギャップを挟んで対向するように設けられている。位置センサ３としては、例えば、車両の通過に伴う光の反射の有無を検出する光センサ、車両に装備された車輪の接触の有無を検出する接触センサ、車両に搭載された磁石を検出する磁気センサ、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等を用いることができる。また、レールを流れる電流の変化をセクション毎にモニタリングすることによって、セクションにおける車両の有無を検出してもよい。位置センサ３によって検出された位置情報は、後述する制御システム４の一部を構成する制御装置５に入力される。ギャップを挟んで一対の位置センサ３を配置する理由は、主に、車両を検出する時間的な順序から、この車両の走行方向を容易に認識できるようにするためだが、他の手段で走行方向を認識できるのであれば、位置センサ３を一対で配置する必要は必ずしもない。また、位置センサ３は、レイアウト１上における車両の位置を検出できるものであれば、センサの種類、個数、設置形態等を問わない。

【0020】

車両Ａ，Ｂは、金属製の車輪を介してレールから集電してモータを駆動し、その駆動力を車輪に伝達することによって自走する。市販されている車両も含めて、大半の車両は、車両に取り付けられている複数の車輪を介して、レールからの集電を行っている。例えば、図２（ａ）に示すように、車両の片方の台車（通常は２つの車輪）から集電する構成、同図（ｂ）に示すように、両方の台車（通常は４つの車輪）から集電する構成、同図（ｃ）に示すように、列車の全台車から集電する構成等が存在する。このように、複数の車輪を用いて、外部からの集電経路を車両側において複数確保する理由は、車両の集電性能を高めて、走行安定性の向上等を図るためである。なお、製品化されている動力車（モータが搭載されている車両）の多くは、通常、直流電圧値そのものを可変に設定する方式、および、パルス幅変調方式のどちらにも対応しているので、ＤＣＣのように車両に特別な加工を施す必要はない。

【0021】

再び図１を参照すると、配線類を介してレイアウト１に接続されている制御システム４は、制御装置５と、複数の給電装置６と、駆動装置７と、コントローラ８と、ポイントスイッチ９と、インターフェース装置１０とを主体に構成されている。制御装置５は、コンピュータ等より構成され、レイアウト１上における車両Ａ，Ｂの車速制御、前照灯や室内灯の点灯制御、ポイントの切り替えといった各種の制御を統合的に行う。それぞれの給電装置６は、制御装置５からの指示に応じたパルス幅（デューティ比）を有する駆動電圧を生成して、自己に割り当てられたセクションへ出力する。図１に例示したレイアウト１では、６つのセクション１ａ〜１ｆのそれぞれに対応した６つの給電装置６を用い、レイアウト１への給電を分散して行っている。なお、図１では、便宜上、複数の給電装置６を横一列に並べて示しているが、実際には、給電系の配線量を低減すべく、それぞれのセクションの近傍に給電装置６が分散して配置されている。駆動装置７は、制御装置５からの指示に応じて、レイアウト１中のポイントの切り替え等を行う。また、この駆動装置７を用いて、ターンテーブル、踏切、信号といった各種の制御機器・アクセサリー類を動作させてもよい。コントローラ８は、車両を手動運転で走行させる際、その車速や進行方向を制御するために使用される。また、ポイントスイッチ９は、この手動運転の際、ポイントの切り替えを行うために使用される。

【0022】

インターフェース装置１０は、制御装置５と、複数の給電装置６や駆動装置７との間における信号の受け渡しを取り持つ。例えば、制御装置５の指示をパケット化して、シリアルデータとして下位装置に送信するといった処理は、インターフェース装置１０によって行われる。また、詳細については後述するが、複数の給電装置６の間でパルス幅変調の位相を揃えるための同期信号（リセット信号ＲＳ）を複数の給電装置６に共通して供給するといった処理も、インターフェース装置１０によって行われる。

【0023】

上位装置（制御装置５およびインターフェース装置１０）と、下位装置（給電装置６および駆動装置７）との間は、配線類で接続されている。本実施形態において、インターフェース装置１０と下位装置との間は、ケーブルの本数を削減するためにシリアル接続（カスケード接続）されており、両者の間でシリアルデータ通信が行われる。この通信は、最低限、上位装置からの命令を下位装置に伝達できれば足りるので、一方向通信であってもよいが、双方向通信にして、命令の受信確認を下位装置から上位装置に返信するようにしてもよい。これにより、通信精度が高まり、より信頼性の高い制御を行うことが可能となる。なお、上位装置と下位装置との間におけるデータの受け渡しは、後述する第３の実施形態を除き、シリアルデータ通信に限定されるものではなく、有線、無線、光といった任意の通信媒体を介して、任意のデータ通信方式を採用することができる。

【0024】

図３は、第１の実施形態に係る給電装置６のブロック構成図である。この給電装置６は、入力部６ａと、デコーダ６ｂと、パルス幅変調部６ｃと、ドライバ６ｅと、クロック生成部６ｆを主体に構成されている。入力部６ａには、シリアルデータＤと、上位装置から供給される同期信号としてのリセット信号ＲＳとが入力される。リセット信号ＲＳは、すべての給電装置６に対して、共通かつ同じタイミングで供給されるワンショットパルスである。シリアルデータＤは、デコーダ６ｂ毎に固有のアドレスと、実行すべき命令（車速の指示等）とによって構成されている。デコーダ６ｂは、シリアルデータＤに付されたアドレスと、給電装置６が備えるメモリに記憶された自己のアドレスとを比較し、このシリアルデータＤが自己宛であるか否かを判定する。シリアルデータＤが自己宛であると判定された場合には、このシリアルデータＤによって指示された車速（車速情報）がメモリに新たに書き込まれる。この車速情報は、後述するパルス幅変調用カウンタ６ｄの目標カウント値、換言すれば、設定すべき駆動電圧のパルス幅（目標デューティ比）として規定されている。一方、シリアルデータＤが自己宛でないと判定された場合、このシリアルデータＤの車速情報は無視され、メモリへの書き込みは行われない。給電装置６における駆動電圧の設定・出力は、パルス幅変調の変調周期毎に、メモリに記憶されている車速情報を繰り返し読み出すことによって行われる。停止を含めて車速を一定に保つ場合には、メモリの車速情報を更新する必要はなく、車速を変化させる場合のみ、上位装置よりシリアルデータＤを供給して、メモリ内の車速情報を更新すれば足りる。

【0025】

クロック生成部６ｆは、内部クロックＣＬinを生成する。この内部クロックＣＬinは、リセット信号ＲＳの入力タイミングで、他の給電装置６との間でクロックの位相が揃えられる。パルス幅変調部６ｃは、パルス幅変調用のカウンタ６ｄを備え、上位装置からの車速の指示に応じて、パルスのデューティ比を可変に設定する。具体的には、カウンタ６ｄによって、内部クロックＣＬinの立ち上がりがカウントされ、そのカウント値に基づいて、上位装置からの指示に応じたパルス幅（デューティ比）を有するパルスが生成される。

【0026】

ドライバ６ｅは、パルス幅変調部６ｃによって設定されたデューティ比を有するパルス状の駆動電圧Ｖを自己に割り当てられたセクションに出力する。この駆動電圧Ｖは、特定のフィーダ２ａ〜２ｆを介して、特定のセクション１ａ〜１ｆのレールに供給され、これによって、車両の走行がセクション単位で個別に制御される。なお、１つの給電装置６は、最低限、１つのセクションへの給電を担う必要があるため、少なくとも１つの駆動電圧の生成系を備えているが、拡張性やコスト等を考慮して、これを複数設けてもよい。

【0027】

図４は、第１の実施形態に係るパルス幅変調の動作タイミング図である。以下、図１に示したセクション１ａからセクション１ｂに向かって、車両が走行するケースを例に説明する。また、符号の添字ａはセクション１ａ用、添字ｂはセクション１ｂ用であることを示す。

【0028】

パルス幅変調の動作としては、まず、メモリから目標カウント値（一例として「９」）が読み出される。つぎに、カウンタ６ｄのカウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbが「０」（変調周期の開始）からスタートし、内部クロックＣＬinが立ち上がる毎に順次インクリメントされる。カウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbが目標カウント値「９」に到達するまで、パルスはオンに設定され、目標カウント値「９」に到達した時点でオフに切り替わる。それ以降、カウント値が「ｎ」（変調周期の終了）に到達するまで、オフの状態が継続される。これによって、目標カウント値「９」に相当するデューティ比を有するパルス波形が、パルス幅変調された駆動電圧Ｖa，Ｖbとして生成・出力される。以上の動作は、変調周期毎に繰り返される。

【0029】

他の給電装置６との間において、パルス幅変調の位相は、上位装置から他の給電装置６と共に供給されるリセット信号ＲＳに基づいて揃えられる。具体的には、セクション１ａ，１ｂの２つのカウンタ６ｄは、それぞれの給電装置６内で生成された内部クロックＣＬinを互いに独立してカウントするが、クロックの誤差の累積、あるいは、ノイズ等の外乱の影響で、それぞれの内部クロックＣＬinにずれが生じ得る。内部クロックＣＬinは、パルス幅変調の位相を規定しているので、このクロックのずれは、そのまま、パルス幅変調の位相ずれとなる。そこで、本実施形態では、リセット信号ＲＳの入力タイミングで、内部クロックＣＬinの位相を調整し、セクション１ａ，１ｂの内部クロックＣＬinを揃える。これにより、カウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbのインクリメントされるタイミングが一致するので、パルス幅変調の位相が一致する。また、カウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbは、リセット信号ＲＳが入力されるタイミングで、同時に「０」に補正される。これにより、ノイズ等の外乱にて、カウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbが異なる値になったとしても、その値を補正することができる。その結果、セクション１ａ，１ｂに対して、パルス幅変調の位相ずれが生じることなく、時間的に一致したパルス波形を有する駆動電圧Ｖa，Ｖbがそれぞれ供給される。

【0030】

なお、パルス幅変調の位相を揃えるという観点でいえば、リセット信号ＲＳの供給は、頻繁に行うことが好ましいが、その間隔は必ずしも一定である必要はなく、不定期であってもよい。また、内部クロックＣＬinの位相を調整すると、その前後で、クロックの波形が非連続になるが、これが車両の走行に与える影響は微々たるものなので、位相揃えを高頻度で行っても、殆ど問題は生じない。

【0031】

レールと接する複数の車輪から集電を行う車両のように、複数の集電経路を備えた車両が、現在のセクションと次のセクションとを跨いで走行する場合、セクション１ａ，１ｂに個別に供給された駆動電圧Ｖa，Ｖbが車両側において重畳される。例えば、図２（ａ）に示したように、車両が備える片方の台車だけで集電する場合、セクション１ｂのレールと当接した右側の車輪１１ｅから駆動電圧Ｖb、セクション１ａのレールと当接した左側の車輪１１ｆから駆動電圧Ｖaがそれぞれ供給される。これにより、左右の車輪１１ｅ，１１ｆ間の距離Ｌ１を車両が走行している間、２つの駆動電圧Ｖa，Ｖbの重畳が生じる。また、同図（ｂ）に示したように、車両が備える両方の台車で集電する場合、セクション１ｂのレールと当接した最も右側の車輪１１ｇから駆動電圧Ｖbが、それ以外の車輪から駆動電圧Ｖaがそれぞれ供給される。これにより、車両両端の車輪１１ｇ，１１ｈ間の距離Ｌ２を車両が走行している間、駆動電圧Ｖa，Ｖbの重畳が生じる。さらに、同図（ｃ）に示したように、列車の全台車にて集電する場合、セクション１ｂのレールと当接した最も右側の車輪１１ｉから駆動電圧Ｖbが、それ以外の車輪から駆動電圧Ｖaがそれぞれ供給される。これにより、列車両端の車輪１１ｉ，１１ｊ間の距離Ｌ３を車両が走行している間、駆動電圧Ｖa，Ｖbの重畳が生じる。

【0032】

車両側において駆動電圧Ｖa，Ｖbが重畳すると、制御装置５の指示に反して、車両が急加速してしまうといった現象が起こり得る。例えば、セクション１ａの駆動電圧Ｖaと同じデューティ比を有するセクション１ｂの駆動電圧Ｖbが、図４の破線で示したように、駆動電圧Ｖaよりも時間的に遅れている場合、車両側で重畳された電圧（重畳電圧）のパルス波形は、駆動電圧Ｖbの遅れ分だけ、そのデューティ比が大きくなってしまう。これにより、パルスの積分値として定義される実効電圧が高くなって、車両の急加速が生じる。最悪のケースとして、デューティ比５０％の駆動電圧Ｖa，Ｖbが変調周期の１／２ずれると、重畳電圧のデューティ比は１００％になるので、中速で走行していた車両が突然全力で加速し始めるといった事態が生じることになる。このような意図しない急加速は、一定車速で走行している場合のみならず、加速や減速を行っている最中を含めて、停止以外のすべての走行状態において起こり得る。

【0033】

意図しない急加速が生じる理由は、隣り合ったセクション１ａ，１ｂにおいて、パルス幅変調の位相が揃っていないことに由来する。そこで、本実施形態では、すべての給電装置６にリセット信号ＲＳを供給し、給電装置の相互で、パルス幅変調用カウンタ６ｄがカウントする内部クロックＣＬinの位相を揃えると同時に、カウント値を補正する。これにより、それぞれの給電装置６の間でパルス幅変調の位相が揃うので、セクションを跨ぐ際に、車両側において複数の駆動電圧が重畳しても、位相ずれに起因したデューティ比の変化が生じない。その結果、車両の意図しない急加速を有効に抑制することができる。

【0034】

図５は、車両Ａを制御対象とした、制御システム４による車両制御の説明図である。制御システム４の中核をなす制御装置５は、位置センサ３ａ〜３ｃからのセンサ信号に基づいて、レイアウト１上における車両Ａ，Ｂの位置をセクション単位で認識する。そして、制御装置５は、セクション１ａ，１ｂへの給電を行う２つの給電装置６に対して、目標デューティ比（車速）を個別に指示する。具体的には、位置センサ３ａからのセンサ信号に基づいて、車両Ａがセクション１ａに進入したことが検出され、次のセクション１ｂに向かって引き続き走行する場合、次のセクション１ｂに先行する車両Ｂが存在するか否かが判定される。この判定は、位置センサ３ｂ，３ｃからのセンサ信号に基づいて行われる。例えば、位置センサ３ｂによって車両の通過（進入）が検出され、その後に、位置センサ３ｃによって車両の通過（退出）が検出されたことをもって、セクション１ｂ内に車両が存在しないと判定することができる。

【0035】

セクション１ｂ内に車両が存在しないと判定された場合、同図（ａ）に示すように、車両Ａが次のセクション１ｂに進入することが許可される。セクション１ａ，１ｂへの給電を行う２つの給電装置６は、上位装置である制御装置５からの指示に応じて、同一のデューティ比を有する駆動電圧を個別に供給する。インターフェース装置１０から同期信号として供給されるリセット信号ＲＳによって、セクション１ａ，１ｂ間でパルス幅変調の位相が一致しているため、車両Ａは急加速することなく、セクション１ａからセクション１ｂに向かって、スムーズに移動する。

【0036】

一方、セクション１ｂ内に先行する車両Ｂが存在すると判定された場合、同図（ｂ）に示すように、車両Ｂとの衝突を回避すべく、車両Ａが次のセクション１ｂに進入することは許可されない。この場合、セクション１ａ内において車両Ａを減速・停止させる一方、セクション１ｂの先行車両Ｂを引き続き走行させる。セクション１ａ，１ｂへの給電を行う２つの給電装置６は、制御装置５からの指示に応じて、車両Ａ，Ｂ用にそれぞれ異なる駆動電圧を個別に供給する。車両Ａの停止は、先行車両Ｂがセクション１ｂから退出するまで継続される。そして、同図（ｃ）に示すように、位置センサ３ｃからのセンサ信号に基づいて、先行車両Ｂがセクション１ｂから退出したと判定されると、同図（ｄ）に示すように、車両Ａに対するセクション１ｂへの進入が許可される。セクション１ａ，１ｂへの給電を行う２つの給電装置６は、制御装置５からの指示に応じて、同一のデューティ比を有する駆動電圧を個別に供給する。インターフェース装置１０からのリセット信号ＲＳによって、セクション１ａ，１ｂ間でパルス幅変調の位相が一致しているため、車両Ａは急加速することなく、セクション１ａからセクション１ｂに向かって、スムーズに移動する。以上の制御は、自動運転される車両のみを対象とするものではなく、例えば、手動運転される車両Ａの前方に自動運転される車両Ｂが存在する場合の如く、手動運転される車両も制御対象となる。

【0037】

以上のように、車両が次に進入するセクションに複数の車両を進入させないという排他制御（以下、「セクション閉塞制御」という。）、すなわち、実際の鉄道における「閉塞（block system）」と呼ばれる信号保安システムに見立てた制御を行うことで、以下のような利点が得られる。第１に、複数の車両をどのように走行させても、車両の衝突が生じる状態になったら、自動的に停止させることで、車両同士の衝突を未然に回避できる。第２に、複数の車両を自動走行させる場合、車両同士が衝突しないような時間的なマージンを考慮する必要がなくなるので、運行プログラムを記述する負担が著しく軽減される。仮に、先行する車両Ｂに車両Ａが衝突してしまうような運行プログラムの記述になっていたとしても、リアルタイムで行われるセクション閉塞制御によって、そのような状況が未然に回避される。第３に、予め設定された自動走行を破綻させることなく、手動運転による車両を介入させることができる。例えば、自動運行プログラムにおいて、車両Ａの走行パターンとして、セクション１ａを一定の速度で通過するように設定されていたとする。この設定下で、手動運転で車両Ｂを介入させた場合、リアルタイムで行われるセクション閉塞制御によって、車両Ａは、予め設定された走行パターンに関わりなく、セクション１ｂから車両Ｂが退出するまで、セクション１ａ内で停止する。これにより、自動運転される車両Ａは、手動運転される車両Ｂとの衝突を避けながら走行するので、ユーザは、気兼ねなく、手動運転による車両Ｂの走行を楽しむことができる。特に、信号機をセクション毎に設置して、その点灯制御をセクション閉塞制御と連動させれば、より魅力のある実感的な制御システムを実現することができる。

【0038】

なお、上述したセクション閉塞制御では、次に進入するセクションとの関係で車速制御を行っているが、これを拡張して、複数先のセクションまで含めた距離に応じて、車速制御を行ってもよい。例えば、次のセクションに車両Ｂが存在する場合には、車両Ａを停止させ、２つ先のセクションに車両Ｂが存在する場合には、車両Ａを減速させ、車両Ｂが３つ先のセクション以上離れている場合、車両Ａを加速させるといった如くである。

【0039】

このように、第１の実施形態によれば、パルス幅変調のベースクロックである内部クロックＣＬinを給電装置６にて内部生成し、リセット信号ＲＳの入力タイミングで、この内部クロックＣＬinの位相とカウンタ値の補正とを調整することで、複数の給電装置６の間で、パルス幅変調の位相を同期させる。これによって、隣り合ったセクションを跨いで走行する際に生じる車両の意図しない急加速を抑制することができる。それとともに、車両に前照灯、尾灯、室内灯等の発光体が搭載されている場合には、発光体が急激に明るくなることも有効に抑制できる。

【0040】

また、第１の実施形態によれば、給電元を複数の給電装置６を分散させ、それぞれの給電装置６でパルス幅変調用のクロックを内部生成して、駆動電圧を供給・出力する。これにより、レイアウト１の全体における給電系の配線量を有効に抑制することが可能となる。駆動電圧の給電元が単一である場合、給電元から近いセクションや遠いセクションを含めて、すべてのセクションへの給電系の配線を１箇所から多数引き回す必要がある。そのため、レイアウト１の全体において、給電系の配線量が非常に大きくなる。これに対して、本実施形態では、給電元となる給電装置６をセクション毎に分散させているので、個々の給電装置６を自己に割り当てられたセクションの近傍に配置することができる。これにより、給電装置６とレールとの間を接続する給電系の配線長を短くすることが可能となる。その結果、レイアウトを作成するユーザにとって、配線作業が容易になるとともに、不要輻射の抑制という観点においても有利である。さらに、既存のレイアウト１の規模を拡大する際、給電ユニットの買い替えではなく、新たな給電装置６の追加にて対応できるので、ユーザの利便性を高め、拡張コストを抑えることができる。

【0041】

また、第１の実施形態によれば、レイアウト１への給電をセクション単位で行うことで、給電系が分散され、１つの給電系が担う電力的な負担が軽減されるので、１つの給電装置６について、ＤＣＣほど定格電流を高くする必要がない。したがって、レールに不用意に触れた際の感電やショートによる危険性を抑制できるので、安全性の高い制御システムを実現できる。

【0042】

さらに、第１の実施形態によれば、パルス幅変調の位相を同期させた分散型給電系に、セクション閉塞制御を組み合わせることで、車両の意図しない急加速等が生じない、実感的なセクション閉塞制御を実現することができる。

【0043】

なお、車両の意図しない急加速を抑制するという上記効果は、セクション閉塞制御を前提とするものではなく、パルス幅変調を用いたセクション分割給電において、広く奏し得るものである。したがって、本実施形態に係る給電装置６は、そのようなセクション分割給電の全般に対して、広く適用することができる。この点は、後述する各実施形態についても同様である。

【0044】

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態で用いたリセット信号ＲＳを廃し、その代わりに、上位装置が下位装置（複数の給電装置６および駆動装置７）に対して共通で供給するシリアルデータＤを用いて、パルス幅変調の位相を揃えることを特徴とする。

【0045】

図６は、第２の実施形態に係る給電装置６のブロック構成図である。この給電装置６は、第１の実施形態に係る給電装置６と同様、入力部６ａと、デコーダ６ｂと、パルス幅変調用のカウンタ６ｄを備えたパルス幅変調部６ｃと、ドライバ６ｅと、クロック生成部６ｆとを有する。クロック生成部６ｆは、内部クロックＣＬinを生成する。この内部クロックＣＬinは、シリアルデータＤの入力タイミングで、他の給電装置６との間でクロックの位相が揃えられる。パルス幅変調部６ｃは、内部クロックＣＬinをカウンタ６ｄにてカウントし、そのカウント値に基づいて、駆動電圧Ｖのデューティ比を設定する。それ以外の点については、図３と構成と同様なので、同一の符号を付して、ここでの説明を省略する。

【0046】

図７は、第２の実施形態に係るパルス幅変調の動作タイミング図である。カウンタ６ｄのカウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbは、「０」（変調周期の開始）からスタートし、内部クロックＣＬinが立ち上がる毎に順次インクリメントされる。カウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbが目標カウント値（例えば「９」）に到達するまで、パルスはオンに設定され、目標カウント値「９」に到達した時点でオフに切り替わる。それ以降、カウント値が「ｎ」（変調周期の終了）に到達するまで、オフの状態が継続される。これによって、目標カウント値「９」に相当するデューティ比を有するパルス波形が、パルス幅変調された駆動電圧Ｖa，Ｖbとして生成・出力される。以上の動作は、変調周期毎に繰り返される。

【0047】

セクション１ａ，１ｂの２つのカウンタ６ｄは、それぞれの給電装置６内で生成された内部クロックＣＬinを互いに独立してカウントするが、この内部クロックＣＬinは、シリアルデータＤの入力タイミングで、クロックの位相が揃えられる。本実施形態では、一例として、シリアルデータＤについては、５０μ秒毎に転送される４つのパケットから１つの有意なデータが構成される。そして、時系列的に前後するシリアルデータＤの間には、両者を区別するために、50μ秒のブランク期間が設けられている。これにより、４つのパケットの転送期間（５０μ秒×４）と、１つのブランク期間（５０μ秒）とよりなる合計２５０μ秒が１つのデータ転送周期となる。また、パルス幅変調の変調周期は、一例として、２０ｍ秒（５０Ｈｚ）である。

【0048】

内部クロックＣＬinを揃える場合、シリアルデータＤに付されるアドレスとして、すべての給電装置６宛であることを示す固有のアドレスφが用いられる。また、固有のアドレスφが付されたシリアルデータＤによって、カウンタ６ｄの補正値（例えば「０」）が指定される。シリアルデータＤを解析するデコーダ６ｂは、シリアルデータＤに付されたアドレスがφの場合、シリアルデータＤを構成する先頭パケットの入力タイミングで、内部クロックＣＬinの位相を揃える。これにより、カウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbのインクリメントされるタイミングが一致するので、パルス幅変調の位相が揃えられる。それとともに、デコーダ６ｂは、カウンタ６ｄのカウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbをシリアルデータＤによって指定された値「０」に同時に補正する。これにより、ノイズ等の外乱にて、カウント値ＣＮＴa，ＣＮＴbが異なる値になったとしても、その値を補正することができる。その結果、セクション１ａ，１ｂに対して、パルス幅変調の位相ずれが生じることなく、時間的に一致した駆動電圧Ｖa，Ｖbが供給される。

【0049】

このように、第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏する他、上位装置から給電装置６に供給される信号は、基本的にシリアルデータＤだけで済む（リセット信号ＲＳが不要になる）ので、新たな配線を設ける必要がなく、両者の間の信号伝達系を簡素化できるといった効果もある。特に、上位装置と複数の給電装置６との間がカスケード接続されている場合、給電系の配線量について、大きな低減効果が得られる。

【0050】

なお、第２の実施形態において、各セクションの給電装置６は、上記装置から供給されるシリアルデータＤの転送周期、あるいは、シリアルデータＤの指示内容（コマンド）をチェックし、誤転送時には、コマンドの再転送を上位装置に要求したり、同期信号を補間してもよい。これにより、上位装置との間で短時間の通信障害が起きた場合であっても、有効に対応することができる。

【0051】

なお、上述した第２の実施形態において、固有のアドレスφを用いる理由は、パルス幅変調の位相を揃える調整タイミング等を上位装置側にて明示的に指定することで、調整の頻度を含む自由度を確保するためである。しかしながら、このような自由度を考慮することなく、単にパルス幅変調の位相調整を行うという観点でいえば、固有のアドレスφを用いる必要はなく、通常のアドレスが付されたシリアルデータＤの入力毎に、内部クロックＣＬinの位相を揃えてもよい。また、固有のアドレスφを付したシリアルデータＤを用いる場合、その供給は頻繁に行うことが好ましいが、その間隔は必ずしも一定である必要はなく、不定期であってもよい。

【0052】

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、上述した各実施形態で述べたパルス幅変調されたパルスに対して、更に、高周波パルスを重畳することで、車両に搭載された発光体（前照灯、尾灯、室内灯等）を常点灯（すなわち、車両の停止時や極低速走行時においても点灯）等させることを特徴とする。給電装置６の構成は、基本的に、図３や図６に示したものと同一である。

【0053】

図８は、第３の実施形態に係る常点灯用の高周波パルスが重畳された駆動電圧のパルス波形を示す図である。上述したように、パルス幅変調の変調周期は、一例として、５０Ｈｚに設定されている。パルス幅変調部６ｃは、車両に搭載された発光体を常点灯させる旨の指示を制御装置５から受けた場合、例えば２０ＫＨｚの高周波パルスをパルス幅変調されたパルスに一律に重畳する（指示がない場合には、重畳は行われない）。また、この高周波パルスの位相揃えは、上述した各実施形態と同様、シリアルデータＤ（先頭パケット）の入力タイミングで行うが、５０μ秒毎に転送されるパケットの入力タイミング毎に行ってもよい。高周波パルスについて、位相揃えの頻度を高めることで、位相の一致をより厳密に保証することができる。

【0054】

一般に、ＬＥＤ等の発光体は、電圧の変化に即座に反応するのに対して、モータは、発光体よりも反応に時間が掛かる。よって、車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高いパルスを重畳すれば、モータを駆動させることなく、発光体のみを点灯させることができる。なお、重畳される高周波パルスは、常点灯の用途以外に、クリーニングカーにおいて、レールをクリーニングする機能を動作させるために使用することもできる。また、高周波パルスを、例えば、車両に搭載された発煙装置（蒸気機関車等）、サウンド発生装置、カメラ等を動作させる電源として用いることも可能であり、あるいは、これらに対するコマンドとして用いてもよい。

【0055】

なお、常点灯等の用途で用いられる高周波パルスは、ノイズ抑制の観点から、それぞれの給電装置６の内部で生成される。このような高周波パルスを制御装置５から各給電装置６に供給する場合、その供給経路が大きなノイズ源となるからである。具体的な生成手法としては、例えば、クロック発生部６ｆにおいて、内部クロックＣＬinよりも更に高周波なベースクロックを内部クロックＣＬinとは別個に生成し、これをカウンタ６ｄによってカウントすることによって、高周波パルスを生成してもよい。また、パルス幅変調および高周波パルスの生成の双方においてベースクロックを共用してもよい。この場合、下位カウンタを用いて、高周波なベースクロックをカウントすることによって、高周波パルスの幅が制御される。それとともに、下位カウンタの繰り上がりによってインクリメントされる上位カウンタを用いて、パルス幅変調の幅が制御される。

【0056】

このように、第３の実施形態によれば、上述した各実施形態の効果を奏しつつ、車両の停止時や極低速走行時を含めて、発光体を常時点灯させることが可能となる。

【0057】

なお、上述した各実施形態において、カウンタ６ｄの値に致命的なズレが生じないことがシステム上保証できるのであれば、カウンタ値自体の補正を行わず、内部クロックＣＬinの位相揃えのみ行ってもよい。

【0058】

さらに、上述した各実施形態では、鉄道模型への適用例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各種の模型車両全般に対して、広く適用することができる。模型車両は、レール等の給電経路から集電して自走するものであればよく、車輪の代わりに、集電シュー等で集電するものであってもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ レイアウト
１ａ〜１ｆ セクション
２ａ〜２ｆ フィーダ
３ 位置センサ
４ 制御システム
５ 制御装置
６ 給電装置
６ａ 入力部
６ｂ デコーダ
６ｃ パルス幅変調部
６ｄ カウンタ
６ｅ ドライバ
６ｆ クロック生成部
７ 駆動装置
８ コントローラ
９ ポイントスイッチ
１０ インターフェース装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2016年2月3日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウトに複数設けられ、レイアウト上を走行する模型車両への給電をセクション単位で行う分散型給電装置において、
上位装置から他の給電装置と共に供給される同期信号に基づいて、他の給電装置との間でクロックの位相が揃えられた内部クロックを生成するクロック生成部と、
前記クロック生成部において生成された前記内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、前記上位装置からの指示に応じたデューティ比を有するパルスを設定するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部によって設定されたデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を自己に割り当てられた前記セクションに供給するドライバと
を有することを特徴とする模型車両の分散型給電装置。

【請求項2】

前記クロック生成部は、前記同期信号の入力タイミングで、前記内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項１に記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項3】

前記パルス幅変調部は、前記同期信号の入力タイミングで、前記カウント値を所定値に補正することを特徴とする請求項２に記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項4】

前記同期信号は、前記上位装置から他の給電装置と共に周期的に供給されるシリアルデータであることを特徴とする請求項１に記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項5】

前記クロック生成部は、
前記上位装置から供給された前記シリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、当該シリアルデータの入力タイミングで、前記内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項４に記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項6】

前記パルス幅変調部は、
前記上位装置から供給された前記シリアルデータに前記固有のアドレスが付されている場合、前記カウント値を、当該シリアルデータによって指定された値に補正することを特徴とする請求項５に記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項7】

前記パルス幅変調部は、
前記上位装置からの指示に応じて、前記模型車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスを前記パルスに重畳することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項8】

前記高周波パルスは、前記クロック生成部によって内部生成され、かつ、前記同期信号に基づいて、他の給電装置との間で前記高周波パルスの位相が揃えられることを特徴とする請求項７に記載された模型車両の分散型給電装置。

【請求項9】

電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウト上を走行する模型車両を制御する制御システムにおいて、
レイアウト上を走行する模型車両の位置を検出する複数の位置センサと、
複数の給電装置に対して、パルス幅変調の位相を揃えるための同期信号を供給するとともに、前記複数の位置センサによって検出された模型車両の位置に応じて、前記模型車両の走行をセクション単位で制御する上位装置と、
第１の内部クロックを生成する第１のクロック生成部を備え、前記同期信号に基づいて、前記第１の内部クロックの位相を調整するとともに、当該第１の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、前記上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を第１のセクションに供給する第１の給電装置と、
第２の内部クロックを生成する第２のクロック生成部を備え、前記同期信号に基づいて、前記第１の内部クロックと位相が揃うように、前記第２の内部クロックの位相を調整するとともに、前記第２の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、前記上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を前記第１のセクションと隣り合った第２のセクションに供給する第２の給電装置とを有し、
前記上位装置は、
前記第１のセクションを走行している第１の模型車両の先を走行する第２の模型車両が前記第２のセクションに存在しない場合、前記第１の模型車両が前記第２のセクションに進入することを許可し、
前記第２の模型車両が前記第２のセクションに存在する場合、前記第２の模型車両が前記第２のセクションから退出するまで、前記第１の模型車両を前記第１のセクションにて停止させることを特徴とする模型車両の制御システム。

【請求項10】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、前記同期信号の入力タイミングで、前記第１の内部クロックおよび前記第２の内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項９に記載された模型車両の制御システム。

【請求項11】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、前記同期信号の入力タイミングで、前記第１のクロック生成部のカウント値および前記第２のクロック生成部のカウント値を所定値に補正することを特徴とする請求項１０に記載された模型車両の制御システム。

【請求項12】

前記同期信号は、前記上位装置から前記第１の給電装置および前記第２の給電装置に周期的に供給されるシリアルデータであることを特徴とする請求項９に記載された模型車両の制御システム。

【請求項13】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、
前記シリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、当該シリアルデータの入力タイミングで、前記第１の内部クロックの位相および前記第２の内部クロックの位相を調整することを特徴とする請求項１２に記載された模型車両の制御システム。

【請求項14】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、
前記シリアルデータに前記固有のアドレスが付されている場合、前記第１のクロック生成部のカウント値および前記第２のクロック生成部のカウント値を、当該シリアルデータによって指定された値に補正することを特徴とする請求項１３に記載された模型車両の制御システム。

【請求項15】

前記第１の給電装置および前記第２の給電装置は、
前記上位装置からの指示に応じて、前記模型車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスを前記パルスに重畳することによって、前記パルス状の駆動電圧を供給することを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載された模型車両の制御システム。

【請求項16】

前記高周波パルスは、前記第１の給電装置および前記第２の給電装置のそれぞれにおいて内部生成され、かつ、前記同期信号に基づいて、前記第１の給電装置および前記第２の給電装置との間で前記高周波パルスの位相が揃えられることを特徴とする請求項１５に記載された模型車両の制御システム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

かかる課題を解決するために、第１の発明は、電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウトに複数設けられ、レイアウト上を走行する模型車両への給電をセクション単位で行う、模型車両の分散型給電装置を提供する。この給電装置は、クロック生成部と、パルス幅変調部と、ドライバとを有する。クロック生成部は、上位装置から他の給電装置と共に供給される同期信号に基づいて、他の給電装置との間でクロックの位相が揃えられた内部クロックを生成する。パルス幅変調部は、クロック生成部において生成された内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、上位装置からの指示に応じたデューティ比を有するパルスを設定する。ドライバは、パルス幅変調部によって設定されたデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を自己に割り当てられたセクションに供給する。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

ここで、第１の発明において、クロック生成部は、同期信号の入力タイミングで、内部クロックの位相を調整することが好ましい。また、パルス幅変調部は、同期信号の入力タイミングで、カウント値を所定値に補正してもよい。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

第１の発明において、同期信号は、上位装置から他の給電装置と共に周期的に供給されるシリアルデータであってもよい。この場合、クロック生成部は、上位装置から供給されたシリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、この固有アドレス付のシリアルデータの入力タイミングで、内部クロックの位相を調整することが好ましい。また、パルス幅変調部は、上位装置から供給されたシリアルデータに固有のアドレスが付されている場合、カウント値を、固有アドレス付のシリアルデータによって指定された値に補正してもよい。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

第１の発明において、パルス幅変調部は、上位装置からの指示に応じて、模型車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスを上記パルスに重畳してもよい。この場合、高周波パルスは、クロック生成部によって内部生成され、かつ、同期信号に基づいて、他の給電装置との間で高周波パルスの位相が揃えられることが好ましい。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0012】

第２の発明は、電気的に分離された複数のセクションよりなるレイアウト上を走行する模型車両を制御する、模型車両の制御システムを提供する。この制御システムは、複数の位置センサと、上位装置と、第１の給電装置と、第２の給電装置とを有する。位置センサは、レイアウト上を走行する模型車両の位置を検出する。上位装置は、複数の給電装置に対して、パルス幅変調の位相を揃えるための同期信号を供給する。また、上位装置は、複数の位置センサによって検出された模型車両の位置に応じて、模型車両の走行をセクション単位で制御する。第１の給電装置は、第１の内部クロックを生成する第１のクロック生成部を備え、同期信号に基づいて、第１の内部クロックの位相を調整する。また、第１の給電装置は、第１の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を第１のセクションに供給する。第２の給電装置は、第２の内部クロックを生成する第２のクロック生成部を備え、同期信号に基づいて、第１の内部クロックと位相が揃うように、第２の内部クロックの位相を調整する。また、第２の給電装置は、第２の内部クロックをカウントしたカウント値に基づいて、上位装置からの車速の指示に応じたデューティ比を有するパルスを生成することによって、パルス状の駆動電圧を第１のセクションと隣り合った第２のセクションに供給する。ここで、上位装置は、第１のセクションを走行している第１の模型車両の先を走行する第２の模型車両が第２のセクションに存在しない場合、第１の模型車両が第２のセクションに進入することを許可する一方、第２の模型車両が第２のセクションに存在する場合、第２の模型車両が第２のセクションから退出するまで、第１の模型車両を第１のセクションにて停止させる。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

ここで、第２の発明において、第１の給電装置および第２の給電装置は、同期信号の入力タイミングで、第１の内部クロックおよび第２の内部クロックの位相を調整することが好ましい。また、第１の給電装置および第２の給電装置は、同期信号の入力タイミングで、第１のクロック生成部のカウント値および第２のクロック生成部のカウント値を所定値に補正してもよい。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0014】

第２の発明において、同期信号は、上位装置から第１の給電装置および第２の給電装置に周期的に供給されるシリアルデータであってもよい。この場合、第１の給電装置および第２の給電装置は、シリアルデータに、複数の給電装置宛であることを示す固有のアドレスが付されている場合、この固有アドレス付のシリアルデータの入力タイミングで、第１の内部クロックの位相および第２の内部クロックの位相を調整してもよい。また、第１の給電装置および第２の給電装置は、シリアルデータに固有のアドレスが付されている場合、第１のクロック生成部のカウント値および第２のクロック生成部のカウント値を、この固有アドレス付のシリアルデータによって指定された値に補正してもよい。

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0015】

第２の発明において、第１の給電装置および第２の給電装置は、上位装置からの指示に応じて、模型車両に搭載されたモータが動き出さない程度に周波数が高い高周波パルスを上記パルスに重畳することによって、パルス状の駆動電圧を供給してもよい。この場合、高周波パルスは、第１の給電装置および第２の給電装置のそれぞれにおいて内部生成され、かつ、同期信号に基づいて、第１の給電装置および第２の給電装置との間で高周波パルスの位相が揃えられることが好ましい。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0016】

第１および第２の発明によれば、上位装置から供給される同期信号に基づいて、複数の給電装置の間でパルス幅変調のベースクロックとなる内部クロックの位相を揃える。これにより、複数のセクションから供給された駆動電圧が模型車両側で重畳しても、そのデューティ比は変わらない。よって、模型車両の意図しない急加速等を有効に抑制することができる。また、複数の給電装置に分散させることにより、給電元を単一にする場合と比較して、レイアウト全体における給電系の配線量を有効に抑制することが可能となる。

【手続補正11】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0039】

このように、第１の実施形態によれば、パルス幅変調のベースクロックである内部クロックＣＬinを給電装置６にて内部生成し、リセット信号ＲＳの入力タイミングで、この内部クロックＣＬinの位相とカウント値の補正とを調整することで、複数の給電装置６の間で、パルス幅変調の位相を同期させる。これによって、隣り合ったセクションを跨いで走行する際に生じる車両の意図しない急加速を抑制することができる。それとともに、車両に前照灯、尾灯、室内灯等の発光体が搭載されている場合には、発光体が急激に明るくなることも有効に抑制できる。

【手続補正12】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0057】

なお、上述した各実施形態において、カウンタ６ｄの値に致命的なズレが生じないことがシステム上保証できるのであれば、カウント値自体の補正を行わず、内部クロックＣＬinの位相揃えのみ行ってもよい。