(57)【要約】      （修正有）【課題】鉄道模型車両の走行を検知してレールへの給電電圧極性が自動で切り換わるシステムを提供する。【解決手段】鉄道模型車両の走行により生じる電流の検出回路等により閉塞区間を構成するレール上に鉄道模型車両のありなしを検知し、鉄道模型車両が軌道上を走行している閉塞区間では直流電源装置の出力とレールの接続を保持し、軌道上に鉄道模型車両が存在しない閉塞区間では直流電源装置の出力とレールの接続を遮断し、鉄道模型車両が進入した閉塞区間では鉄道模型車両が進入前に走行していた閉塞区間での走行と同じ向きの走行を続けられるようにプラス・マイナス極性を切り換えて直流電源装置の出力とレールを接続し、鉄道模型車両が通過して軌道上に鉄道模型車両が存在しなくなった閉塞区間では直流電源装置の出力とレールの接続を遮断する機能を機能を提供する。【選択図】    図１
2006043384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右２本一対のレールからなり、駆動用直流モータを内蔵し直流電源装置に接続されたレールから電源の供給を受けて走行する鉄道模型車両走行用の軌道をこの軌道上で走行する鉄道模型車両一編成の全長より長い寸法で切断してできる閉塞区間を複数作り、これらの閉塞区間を互いに電気的に絶縁して順次繋げ鉄道模型車両が連続する複数の閉塞区間を続けて走行できるような形状に設置してある軌道において、この軌道を構成する複数の閉塞区間に電源を供給する直流電源装置と電源供給を受けるそれぞれの閉塞区間との間に介在させる装置であって、複数のリレーおよびこれらのリレーを制御するリレー制御回路を備え、鉄道模型車両の走行により生じる電流の検出回路、閉塞区間を構成するレールに給電する電圧のプラス・マイナス極性検出回路、リレー制御回路に入力する直流電源装置の電圧を検出する入力電圧検出回路、およびリレー制御回路に入力する直流電源装置出力のプラス・マイナス極性を検出する入力極性検出回路によって複数のリレーを制御し、鉄道模型車両が軌道上を走行している閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を保持し、軌道上に鉄道模型車両が存在しない閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断し、鉄道模型車両が進入した閉塞区間では鉄道模型車両が進入前に走行していた閉塞区間での走行と同じ向きの走行を続けられるようにプラス・マイナス極性を切り換えて直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとを接続し、鉄道模型車両が通過して軌道上に鉄道模型車両が存在しなくなった閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断する機能を持ち、さらに直流電源装置を操作してその出力電圧を０ボルトから昇圧して軌道上に停止している鉄道模型車両を発進させる閉塞区間では直流電源装置に内蔵されるプラス・マイナス極性反転スイッチを操作することで鉄道模型車両の前進、または後退の向きを選択できる機能を持つことを特徴とする鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【請求項２】
前記リレー制御回路は、直流電源装置から閉成されたリレー接点を経由して閉塞区間を構成するレールに給電される電圧のプラス・マイナス極性、および直流電源装置と閉塞区間を構成するレールとの接続がリレー接点により開放された状態の閉塞区間に鉄道模型車両が進入したときレールに印可される電圧のプラス・マイナス極性を検出する出力極性検出回路を含んでおり、この出力極性検出回路が鉄道模型車両走行の向きに対するプラス・マイナス極性の接続条件を満たすリレーを選択してこれを自己保持させることで鉄道模型車両が軌道上を走行する閉塞区間では直流電源装置の出力のプラス・マイナス極性を切り換えてレールに接続し電源供給ができるようになっている請求項１に記載の鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【請求項３】
前記リレー制御回路は、直流電源装置からリレー接点を経由して閉塞区間に流れる電流を検出する電流検出回路を含んでおり、この電流検出回路の指令によって鉄道模型車両が軌道上を走行している閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとを接続するリレーの自己保持状態を継続し、鉄道模型車両が存在しない閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとを接続するリレーの自己保持状態を解除するようになっている請求項１または２に記載の鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【請求項４】
前記リレー制御回路は、この回路に入力する直流電源装置の出力電圧を検出する入力電圧検出回路を含んでおり、停止している鉄道模型車両を発進させるために直流電源装置を操作してその出力電圧を０ボルトから昇圧して出力極性検出回路がプラス・マイナス極性の条件を満たすリレーを選択し自己保持させる電圧に達するまでは、直流電源装置の出力と全ての閉塞区間を構成するレールとをそれぞれ接続し、さらに昇圧すると鉄道模型車両が軌道上にある閉塞区間ではプラス・マイナス極性の条件を満たすリレーだけを自己保持状態にして直流電源装置と閉塞区間を構成するレールとの接続を保持し、鉄道模型車両が存在しない閉塞区間ではリレーの自己保持状態を解除して直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を開放するようになっている請求項１から３のいずれかに記載の鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【請求項５】
前記リレー制御回路は、この回路に入力する直流電源出力のプラス・マイナス極性を検出する入力極性検出回路を含んでおり、停止している鉄道模型車両を発進させるために直流電源装置を操作してその出力電圧を０Ｖから昇圧するとき、直流電源装置に内蔵される直流電源出力のプラス・マイナス極性反転スイッチを操作するとこの入力極性検出回路が直流電源装置出力のプラス・マイナス極性を検出しリレーを制御することで鉄道模型車両の前進、または後退の向きを選択できるようになっている請求項１から４のいずれかに記載の鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【請求項６】
前記リレー制御回路は、入力電圧検出回路、出力極性検出回路、入力極性検出回路、を含んでおり、これら回路への入力電圧に対するこれら回路動作の閾値として、入力電圧検出回路については約２ボルト、出力極性検出回路については約１ボルト、入力極性検出回路については約０．５ボルト、に設定されているがシステムを構成するために組み合わせる直流電源装置の特性によっては閾値を変更することがあり、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいてこれら閾値を種々改変している請求項１から５のいずれかに記載の鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【請求項７】
前記複数のリレーおよびこれらのリレーを制御するリレー制御回路は、その電源ＶＣＣに電池または電池以外の直流電源全てのいずれかを接続して動作することから、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいてこれら直流電源を種々改変して成る請求項１から６のいずれかに記載の鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、鉄道模型車両走行用直流電源出力の極性切換に関するものである。更に詳細には、リバースと呼ぶ形状に設置してある鉄道模型車両走行用の軌道上を鉄道模型車両が同じ向きに走行を続けられるように、この軌道に給電する直流電源の出力極性を自動で切り換える装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来、鉄道模型車両走行用直流電源装置の出力極性を自動で切り換える装置としては、例えば実用新案出願平１１−４２２１号公報がある。従来のオートリバース運転システム装置の構成および動作などを、図７（ａ）、図７（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）は鉄道模型車両の電気的構造を示し、図７（ｂ）は、従来のオートリバース運転システム装置の実施例を示すものである。図７（ｂ）では以後の説明を簡単にするため、鉄道模型車両２０の本体を省略し車輪、駆動用モータ、および車輪と電気的に接続する台車だけを記入している。図７（ｂ）に示す実施例は、左側レール９３、右側レール９４からそれぞれプラス電位、マイナス電位を鉄道模型車両２０が車輪を介してその駆動モータ２１に受電して、同レールを走行するようにしたもので、左側レール９３に接続する左側接続具５３と、右側レール９４に接続する右側接続具５４と、これら左・右接続具に給電する電源装置５６と、左側・右側レールに対する給電電位のプラス・マイナスを反転する切換リレー５５と、レールの一方端に前進中の鉄道模型車両２０が当接する位置として配装する当接バー５７付前進端位置感知用センサ５８と、同じく他方端に後退中の鉄道模型車両２０が当接する位置として配装する当接バー５９付後退端位置感知用センサ６０と、前進端位置感知用センサ５８から発する鉄道模型車両２０の当接信号および後退端位置感知用センサ６０から発する鉄道模型車両２０の当接信号によってプラス・マイナス反転動作指令を切換リレー５５に対して賦与する電気回路と、を備えた装置である。この装置の特徴は、鉄道模型車両２０が矢印６１の前進向きに走行して前進端位置感知用センサ５８の当接バー５７に当接したときには、切換リレー５５が左側・右側レールに対する給電電位のプラス・マイナスを自動的に反転して鉄道模型車両２０の駆動モータ２１を逆転状態とし、また鉄道模型車両２０が矢印６２の後退向きに走行して後退端位置感知用センサ６０の当接バー５９に当接したときには切換リレーが左側・右側レールに対する給電電位のプラス・マイナスを自動的に反転して鉄道模型車両２０の駆動モータ２１を正転状態に戻すことによって前進運転・後退運転を自動的に繰り返すことにある。
次に、鉄道模型車両２０が左右２本一対のレールから車輪を介してその駆動モータ２１に受電し、同レールを走行するシステムについて、図７（ａ）、図７（ｂ）を参照して説明する。
左右２本一対の左側レール９３および右側レール９４は、鉄道模型車両２０への給電用接点としての役割を持つため金属製であり、互いに電気的に絶縁されている。図７（ｂ）に示すように、電源装置５６の出力は、切換リレー５５、左側接続具５３、右側接続具５４を介して２本一対の左側レール９３および右側レール９４に一方がプラス、他方がマイナスになるように接続されており、金属製車輪２４と２６，２９と３１のそれぞれが左側レール９３，右側レール９４に接触することから鉄道模型車両２０の駆動モータ２１は受電できる。左右で一対をなす車輪２４と２５，２６と２７，２８と２９、および３０と３１についてはそれぞれが互いに電気的に絶縁されている。一方、図７（ａ）、（ｂ）に示す台車２２に組み込まれている車輪２４と２５，２６と２７のうち２４と２６とはそれぞれ台車２２に電気的に接続し、また、図７（ａ）、（ｂ）に示す台車２３に組み込まれている車輪２８と２９、３０と３１のうち２９と３１とはそれぞれ台車２３に電気的に接続する構造であり、車輪２４と２６および台車２２、車輪２９と３１および台車２３はそれぞれ電気的に接続し、鉄道模型車両２０の本体と台車２２および台車２３とはそれぞれ絶縁されている。左側レール９３は車輪２４、２６および台車２２を介して駆動モータ２１の一方の電源端子に接続され、また、右側レール９４は車輪２９、３１および台車２３を介して駆動モータ２１の他方の電源端子に接続されているので鉄道模型車両２０の駆動モータ２１は左側レール９３，右側レール９４から受電して走行できる構造になっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】しかしながら、図７（ｂ）、図８（ａ）を参照して説明すると、図７（ｂ）に示すように、従来のオートリバース運転システム装置は、鉄道模型車両２０が前進端位置感知用センサ５８と後退端位置感知用センサ６０との間で前進運転・後退運転を自動的に繰り返す単純な往復走行を実現してはいるが、例えば、図８（ａ）に示すように、より複雑なリバースと呼ぶレールのレイアウト上で自動的に鉄道模型車両２０を走行させるシステムにはなっていない。
図８（ａ）は、本発明が自動的な鉄道模型車両走行の実現を課題としているリバースと呼ぶレールのレイアウト例である。図８（ａ）を参照して説明する。左右２本一対のレールでリバースをレイアウトするためには、図８（ａ）に示すように、左右２本一対のレールの双方を２カ所で切断しギャップ９５、９６および９７、９８を設けてレールを二つの閉塞区間に分割し第一閉塞区間４および第二閉塞区間５を設け、レールに給電する直流電源装置３と第一閉塞区間４および第二閉塞区間５のそれぞれとを給電電位のプラス・マイナスを反転する切換スイッチ６８，６９を介在させて接続する必要がある。リバースにレイアウトされたレール電位の関係は、例えばレール９３の電位とレール９１の電位とが同じプラス電位であるときレール９４の電位はマイナス電位でありレール９１の電位とレール９４の電位とはプラス・マイナスが反転しているため、鉄道模型車両がギャップ９５、９６を通過することは可能であるがギャップ９７、９８を通過することはできないようになっている。従来の技術では、図８（ａ）に示すように第一閉塞区間４、第二閉塞区間５で構成されるリバース上を鉄道模型車両２０が第二閉塞区間５を矢印７１の向きに走行し、第一閉塞区間４を矢印７２の向きに走行し、続いて第二閉塞区間５を矢印７３の向きに走行するような運転をするためには、鉄道模型車両２０が第二閉塞区間５を矢印７１の向きに走行している間に第一閉塞区間４への給電をレール９３とレール９１、およびレール９４とレール９２の電位が同じになるように給電電位のプラス・マイナスを反転する切換スイッチ６８を操作し、鉄道模型車両２０が第一閉塞区間４を矢印７２の向きに走行している間に第二閉塞区間５への給電をレール９１とレール９４、およびレール９２とレール９３の電位が同じになるように給電電位のプラス・マイナスを反転する切換スイッチ６９を操作しなければならないが、これらの操作を手動で行わなければならなかった。鉄道模型車両の走行を注視しながら切換スイッチ６８，６９を手動で操作することは困難な作業である。
本発明の目的は、このような問題点を解決するため、鉄道模型車両２０が第二閉塞区間５を矢印７１の向きに走行し第一閉塞区間４に進入するとき第一閉塞区間４に接続する切換スイッチ６８がレール９３とレール９１、およびレール９４とレール９２の電位をそれぞれ同じにするようにレール９１とレール９２への給電電位を自動的に切換えて接続し、第一閉塞区間４を矢印７２の向きに走行し第二閉塞区間５に進入するとき第二閉塞区間５に接続する切換スイッチ６９がレール９１とレール９４、およびレール９２とレール９３の電位をそれぞれ同じにするようにレール９４とレール９３への給電電位を自動的に切換えて接続するようなシステムを提供することである。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示したリバースと呼ぶレイアウトと電気的に等価であり、本発明装置の動作説明を容易にするためのシステム図であり、図８（ａ）に示したスイッチ６８，６９をそれぞれ本発明装置１、本発明装置２に置き換えたシステム図である。図８（ｂ）を参照して、本発明の課題について説明する。図８（ａ）を参照して説明した本発明装置が解決しようとする課題は、図８（ｂ）に示すシステムにおいては、第二閉塞区間５を走行する鉄道模型車両２０がギャップ９５、９６を通過して第一閉塞区間４に進入するときに、例えば、第二閉塞区間５のレール９４の電位がプラス電位であり第一閉塞区間４のレール９２の電位がマイナス電位であると鉄道模型車両２０は第一閉塞区間４に進入できないため、鉄道模型車両２０の車輪２９、３１がギャップ９６をまたいでレール９４とレール９２を電気的に短絡すると第一閉塞区間４のレールに給電する本発明装置１がレール９４の電位がプラス電位であることを検出しレール９２の電位をプラス電位に反転する機能を提供する課題に置き換えられている。
本発明が解決しようとしている課題は、閉塞区間を互いに電気的に絶縁して順次繋げ鉄道模型車両が連続する複数の閉塞区間を続けて走行できるような形状に設置してある軌道を構成するそれぞれの閉塞区間について、軌道上を鉄道模型車両が走行している閉塞区間では直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を保持し、軌道上に鉄道模型車両が存在しない閉塞区間では直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断し、鉄道模型車両が進入した閉塞区間では鉄道模型車両が進入前に走行していた閉塞区間での走行と同じ向きに走行を続けられるようにプラス・マイナス極性を切り換えて直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとを接続し、鉄道模型車両が通過して軌道上に鉄道模型車両が存在しなくなった閉塞区間では直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断する機能を持ち、さらに直流電源装置３を操作してその出力電圧を０ボルトから昇圧して軌道上に停止している鉄道模型車両を発進させる閉塞区間では直流電源装置３に内蔵する直流電源出力のプラス・マイナス極性反転スイッチを操作することで鉄道模型車両の前進、または後退の向きを選択できる機能を持つ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】上記課題を解決するため、本発明では、左右２本一対のレールからなり、駆動用直流モータを内蔵し直流電源装置に接続されたレールから電源の供給を受けて走行する鉄道模型車両走行用の軌道をこの軌道上で走行する鉄道模型車両一編成の全長より長い寸法で切断してできる閉塞区間を複数作り、これらの閉塞区間を互いに電気的に絶縁して順次繋げ鉄道模型車両が連続する複数の閉塞区間を続けて走行できるような形状に設置してある軌道において、この軌道を構成する複数の閉塞区間に電源を供給する直流電源装置とそれぞれの閉塞区間とを複数のリレーおよびこれらのリレーを制御するリレー制御回路を介在させて接続し、鉄道模型車両の走行により生じる電流の検出回路、閉塞区間を構成するレールに給電する電圧のプラス・マイナス極性検出回路、リレー制御回路に入力する直流電源装置の出力電圧を検出する入力電圧検出回路、およびリレー制御回路に入力する直流電源出力のプラス・マイナス極性を検出する入力極性検出回路によって複数のリレーを制御する手段で、鉄道模型車両が軌道上を走行している閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を保持し、軌道上に鉄道模型車両が存在しない閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断し、鉄道模型車両が進入した閉塞区間では鉄道模型車両が進入前に走行していた閉塞区間での走行と同じ向きの走行を続けられるようにプラス・マイナス極性を切り換えて直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとを接続し、鉄道模型車両が通過して軌道上に鉄道模型車両が存在しなくなった閉塞区間では直流電源装置の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断する機能、さらに直流電源を操作してその出力電圧を０ボルトから昇圧して軌道上に停止している鉄道模型車両を発進させる閉塞区間に対しては直流電源に内蔵される直流電源出力のプラス・マイナス極性反転スイッチを操作することで鉄道模型車両の前進、または後退の向きを選択できる機能を提供することを特徴とする鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置。
【発明の効果】
【０００５】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、リバースと呼ぶレールレイアウト上での鉄道模型車両運転において、レールへの給電電圧極性切換操作が自動化され手動でのスイッチ操作が不要になり運転操作が容易になる。従って、より複雑なレールレイアウト上での鉄道模型車両走行運転も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】本発明に係わる鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態を示すシステム図であり、本発明装置１、本発明装置２、直流電源装置３、第一閉塞区間４および第二閉塞区間５についてそれぞれ相互間の結線を示し、本発明装置１および直流電源装置３についてはそれぞれの回路構成をそれぞれのブロック枠内に示している。本発明装置をシステムに組み込むには最低２台必要であることから、図１に示すように本発明装置１および本発明装置２がシステムに組み込まれ結線されており、本発明装置２では回路構成の記載を省略してあるがその回路構成および機能は本発明装置１と同じである。本発明装置に給電をする鉄道模型車両走行用の直流電源装置３は一般の市販品であり０ボルトから約１６ボルト程度までの範囲で出力電圧調整が可能で出力極性反転スイッチ７を備えている。また、ＶＣＣは本発明装置１、本発明装置２の回路駆動用電源である。
まず、図１を参照して、リレーＸ、Ｙの動作について説明する。本発明装置の特徴は、リレーＸと協働する常開接点Ｘ−１ａ、Ｘ−２ａ、およびリレーＹと協働する常開接点Ｙ−１ａ、Ｙ−２ａを直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２とレール９１、９２の間に介在させ、リレーＸ、Ｙのスイッチング動作を利用して直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２をそれぞれレール９１、９２に直接接続するか、電圧極性が反転するように接続するか、または直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２とレール９１、９２との接続を開放するかの選択を鉄道模型車両の走行を検知して自動で行うための制御方式にある。
リレーＸおよびリレーＹについては、リレーＸだけが励磁されリレーＸと協働する常開接点Ｘ−１ａ、および常開接点Ｘ−２ａだけが閉成すると直流電源装置３の出力端子Ｔ１はダイオードＤ１を経由してレール９１に接続し、出力端子Ｔ２はダイオードＤ２を経由してレール９２にそれぞれ接続するが、リレーＹだけが励磁されリレーＹと協働する常開接点Ｙ−１ａ、および常開接点Ｙ−２ａだけが閉成すると直流電源装置３の出力端子Ｔ１はダイオードＤ２を経由してレール９２に接続し、出力端子Ｔ２はダイオードＤ１を経由してレール９１に接続することから、リレーＸまたはリレーＹのいずれかを励磁する手段で直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２とレール９１、９２との接続を入れ換えることができる。一方、リレーＸまたはリレーＹのいずれかが励磁されている状態では出力端子Ｔ１、Ｔ２がそれぞれレール９１、９２へ接続するかまたは出力端子Ｔ１、Ｔ２がそれぞれレール９２、９１へ接続しているので、直流電源装置３の出力極性反転スイッチ７を操作して出力端子Ｔ１、Ｔ２の出力電圧極性を反転させることでレール９１、９２への給電電圧極性を反転できるようになっている。また、本システムは、リレーＸおよびリレーＹの双方が減勢されそれらの常開接点の全てが開放し直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２とレール９１、９２とが直接接続されていない状態において、例えば直流電源装置３の出力端子Ｔ１とレール９１とを直接電線で接続するような方法で外部からレール９１に電圧を印可すると、リレーＸまたはリレーＹのいずれかが励磁され自己保持し、出力端子Ｔ１とレール９１との外部接続を開放してもレール９１、９２にはそれぞれ直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２の出力が給電され続け、逆に、直流電源装置３の出力端子Ｔ１とレール９２とを直接電線で接続するような方法で外部からレール９２に電圧を印可するとリレーＸまたはリレーＹのいずれかが励磁され自己保持し、出力端子Ｔ１とレール９２との外部接続を開放してもレール９１、９２にはそれぞれ直流電源装置３の出力端子Ｔ２、Ｔ１の出力が給電され続けるように動作する。
次に、リレーＸ、Ｙの動作に係わる電流検出回路１１、出力極性検出回路１２、入力極性検出回路１３、および入力電圧検出回路１４についてそれぞれ説明する。
図３は入力電圧検出回路１４の回路図であり、説明の都合上、入力電圧検出回路１４の入力ＩＮ５、ＩＮ６に接続する直流電源装置３、および入力電圧検出回路１４の出力ＯＵＴ４、ＯＵＴ５に接続する周辺回路も示している。図３に示すように、入力電圧検出回路１４は本発明装置を構成する回路の一部であり直流電源装置３の出力電圧レベルを検知し、直流電源装置３の電圧レベルが０ボルトから約２ボルトの範囲ではリレーＸを励磁し、直流電源装置３の電圧レベルが約２ボルトに達するとリレーＸおよびリレーＹを減勢するための出力をする回路の具体的実施例であり、本発明装置を実現するために発明した回路である。図１、図３を参照して入力電圧検出回路１４について説明する。オペアンプＩＣ１１は差動増幅器として作用するが、その非反転入力端子にはダイオードＤ１３またはダイオードＤ１４を経由して入力ＩＮ５に接続する直流電源装置３の出力端子Ｔ１の電位または入力ＩＮ６に接続するＴ２の電位のいずれか高い方の電位が入力され、その反転入力端子にはダイオードＤ１１またはダイオードＤ１２を経由して入力ＩＮ５に接続する直流電源装置３の出力端子Ｔ１の電位または入力ＩＮ６に接続する出力端子Ｔ２の電位のいずれか低い方の電位が入力されるため、オペアンプＩＣ１１の出力は直流電源装置３の出力端子Ｔ１の電位と出力端子Ｔ２の電位との電位差すなわち直流電源装置３の出力電圧にほぼ比例した、１／２ＶＣＣ電位に対して０またはプラス側電位の出力になる。オペアンプＩＣ１１の出力は抵抗、ダイオードを経由してトランジスタＴＲ１１のベースに接続されており、オペアンプＩＣ１１の出力レベルが上昇してトランジスタＴＲ１１への入力電圧が閾値を超えるとトランジスタＴＲ１１はオン状態になり、トランジスタＴＲ１１のコレクタがトランジスタＴＲ１２のベースに接続しているのでトランジスタＴＲ１２はオフ状態になる。本発明入力電圧検出回路１４では直流電源装置３の出力電圧が約２ボルト以上でトランジスタＴＲ１１がオン状態になりトランジスタＴＲ１２がオフ状態になるように閾値を定めてあり、直流電源装置３の出力電圧が０ボルトから約２ボルト以下の範囲ではトランジスタＴＲ１１はオフ状態であるから、トランジスタＴＲ１２はオン状態、トランジスタＴＲ１３もオン状態であり入力電圧検出回路１４の出力端子ＯＵＴ４はＶＣＣを出力し、一方、トランジスタＴＲ１２がオン状態であることからコンデンサＣ１１のプラス極側端子の電位がダイオードＤ１５によりほぼ１／２ＶＣＣ電位にクランプされ、出力ＯＵＴ５はグランド電位になっている。従って、直流電源装置３の出力電圧が０ボルトから約２ボルト以下の範囲では入力電圧検出回路１４の出力ＯＵＴ４はＶＣＣを出力し出力ＯＵＴ５はグランド電位であることから図３に示す結線によりリレーＸは励磁され、リレーＸと協働する常開接点Ｘ−１ａ、および常開接点Ｘ−２ａが閉成され、図１に示すように、直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ出力極性検出回路１２の入力ＩＮ１、入力ＩＮ２に接続され入力ＩＮ１と入力ＩＮ２との間には電位差が生じ出力極性検出回路１２が後述するように作動してトランジスタＴＲ１をオン状態にし、リレーＸを自己保持させる。直流電源装置３の出力電圧を上昇させ約２ボルトに達しオペアンプＩＣ１１の出力レベルが上昇してトランジスタＴＲ１１への入力電圧が閾値を超えるとトランジスタＴＲ１１はオン状態、トランジスタＴＲ１２はオフ状態、トランジスタＴＲ１３はオフ状態になるので、入力電圧検出回路１４の出力ＯＵＴ４はリレーＸへの給電を遮断し、その出力ＯＵＴ５は、トランジスタＴＲ１２がオフ状態になりダイオードＤ１５によるクランプを解除されたコンデンサＣ１１のプラス極側端子の電位がほぼ１／２ＶＣＣ電位からＶＣＣ電位に急激に上昇するためコンデンサＣ１１のマイナス極側端子に接続している入力電圧検出回路１４の出力ＯＵＴ５の電位も一瞬上昇し、出力ＯＵＴ５に接続しているトランジスタＴＲ６のベースに約０，１秒間ベース電流を流しトランジスタＴＲ６をオン状態にし、その間トランジスタＴＲ４をオフ状態にする。トランジスタＴＲ４がオフ状態になるとリレーＸおよびリレーＹは共に減勢状態になりレーＸと協働する常開接点Ｘ−１ａ、および常開接点Ｘ−２ａおよびリレーＹと協働する常開接点Ｙ−１ａ、および常開接点Ｙ−２ａが共に開放され、リレーＸおよびリレーＹのいずれかが、自己保持状態にあるときには、それを解除する。
図４は出力極性検出回路１２の回路図であり、説明の都合上、ダイオードＤ１、Ｄ２およびトランジスタＴＲ１、ＴＲ２との接続も示している。図４に示すように、出力極性検出回路１２はレール９１の電位とレール９２の電位とを比較し、いずれが高いかを検出し出力する回路の具体的実施例であり、本発明装置を実現するために発明した回路である。出力極性検出回路１２について図４を参照して説明する。オペアンプＩＣ１、およびオペアンプＩＣ２は共に差動増幅器として作用するが、入力端子ＩＮ１に接続するオペアンプＩＣ１の反転入力端子とオペアンプＩＣ２の非反転入力端子にはダイオードＤ１を経由してレール９１の電位が、入力ＩＮ２に接続するオペアンプＩＣ１の非反転入力端子とオペアンプＩＣ２の反転入力端子にはダイオードＤ２を経由してレール９２の電位が入力され、オペアンプＩＣ１の出力は入力ＩＮ２の電位が入力ＩＮ１の電位より高いとき１／２ＶＣＣ電位に対してプラス電位の出力をしてトランジスタＴＲ８をオン状態にし、オペアンプＩＣ２の出力は入力ＩＮ１の電位が入力ＩＮ２の電位より高いとき１／２ＶＣＣ電位に対してプラス電位の出力をしてトランジスタＴＲ９をオン状態にする。出力端子ＯＵＴ１は抵抗を介してトランジスタＴＲ９のコレクタに接続しておりトランジスタＴＲ９がオン状態であるとトランジスタＴＲ１をオン状態にし、出力ＯＵＴ２は抵抗を介してトランジスタＴＲ８のコレクタに接続しておりトランジスタＴＲ８がオン状態であるとトランジスタＴＲ２をオン状態にする。出力極性検出回路１２は、その入力ＩＮ１と入力ＩＮ２との間の電位差が約１ボルト以上であると入力ＩＮ１と入力ＩＮ２の電位差の極性向きを検知するように設定されている。図１に示すように、出力極性検出回路１２は、その入力ＩＮ１に常開接点Ｘ−２ａと常開接点Ｙ−２ａとが共に接続され、その入力ＩＮ２に常開接点Ｘ−１ａと常開接点Ｙ−１ａとが共に接続されており、リレーＸまたはリレーＹのいずれかが励磁され直流電源３の出力端子Ｔ１、Ｔ２が入力ＩＮ１または入力ＩＮ２にそれぞれ接続された状態において、入力ＩＮ１の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して＋側電位であると出力極性検出回路１２の出力ＯＵＴ１に接続するトランジスタＴＲ１のベースをドライブしてトランジスタＴＲ１をオン状態にし、逆に入力ＩＮ２の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して＋側電位であるとその出力ＯＵＴ２に接続するトランジスタＴＲ２のベースをドライブしてトランジスタＴＲ２をオン状態にする。また、入力ＩＮ１の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して−側電位であると出力極性検出回路１２は出力ＯＵＴ２に接続するトランジスタＴＲ２のベースをドライブしてトランジスタＴＲ２をオン状態にし、逆に入力ＩＮ２の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して−側電位であるとその出力ＯＵＴ１に接続するトランジスタＴＲ１のベースをドライブしてトランジスタＴＲ１をオン状態にする。さらに出力極性検出回路１２は、その入力ＩＮ１にダイオードＤ１を経由してレール９１が接続し、その入力ＩＮ２にダイオードＤ２を経由してレール９２が接続されていることから、リレーＸおよびリレーＹの双方が減勢され直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２が入力ＩＮ１または入力ＩＮ２のいずれとも接続せず開放されている状態において、レール９１またはレール９２に前述したような方法で電線などを用いて外部から電圧が印可されレール９１に接続する入力ＩＮ１の電位と１／２ＶＣＣ電位との電位差、およびレール９２に接続する入力ＩＮ２の電位と１／２ＶＣＣ電位との電位差のいずれか一方が約１ボルト以上、または双方がそれぞれ逆電位で約０．５ボルト以上になると、入力ＩＮ１の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して＋側電位のときはトランジスタＴＲ１をオン状態にし、入力ＩＮ２の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して＋側電位のときはトランジスタＴＲ２をオン状態にし、逆に入力ＩＮ１の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して−側電位のときはトランジスタＴＲ２をオン状態にし、入力端子ＩＮ２の電位が１／２ＶＣＣ電位に対して−側電位のときはトランジスタＴＲ１をオン状態にする。
図５は入力極性検出回路１３の回路図であり、説明の都合上、直流電源装置３、トランジスタＴＲ３、およびリレーＺの励磁コイルとの接続も示している。
図５に示すように、入力極性検出回路１３は本発明装置を構成する回路の一部であり直流電源装置３の出力電圧極性を検知し、直流電源装置３の出力端子Ｔ２の電位が出力端子Ｔ１の電位より高いときにＴＲ２１をオン状態にする回路の具体的実施例であり、本発明装置を実現するために発明した回路である。入力極性検出回路１３について図１、図５を参照して説明する。オペアンプＩＣ２１は差動増幅器として作用するが、その非反転入力端子には入力ＩＮ３に接続する直流電源装置３の出力端子Ｔ２が接続され、またその反転入力端子には入力ＩＮ４に接続する出力端子Ｔ１が接続され、直流電源装置３の出力端子Ｔ２の電位が出力端子Ｔ１の電位より高いとオペアンプＩＣ２１は１／２ＶＣＣ電位に対してプラス電位の出力をするのでトランジスタＴＲ２１をオン状態にする。入力極性検出回路１３では、その入力ＩＮ３と入力ＩＮ４との間の電位差が約０．５ボルト以上で入力ＩＮ３と入力ＩＮ４の電位差の極性向きを検知するように設定されている。トランジスタＴＲ２１のコレクタは入力極性検出回路１３の出力ＯＵＴ３に接続し抵抗を経由してトランジスタＴＲ３のベースに接続していることから、トランジスタＴＲ２１がオン状態になるとトランジスタＴＲ３もオン状態になりＴＲ３のコレクタに接続しているリレーＺが励磁される。従って、図１を参照して説明すると、直流電源装置３の出力端子Ｔ１の電位が出力端子Ｔ２の電位に対して＋側電位であるとリレーＺは減勢されリレーＺと協働する常開接点Ｚ−１ａ、および常開接点Ｚ−２ａが開放になり常閉接点Ｚ−１ｂ、および常閉接点Ｚ−２ｂが閉成しトランジスタＴＲ１のコレクタがリレーＸの励磁コイルに接続しトランジスタＴＲ２のコレクタはリレーＹの励磁コイルに接続するが、直流電源装置３の出力端子Ｔ２の電位が出力端子Ｔ１の電位に対して＋側電位であるときはリレーＺが励磁されリレーＺと協働する常開接点Ｚ−１ａ、および常開接点Ｚ−２ａが閉成し、トランジスタＴＲ１のコレクタがリレーＹの励磁コイルに接続しトランジスタＴＲ２のコレクタはリレーＸの励磁コイルにそれぞれ接続する。例えば、直流電源装置３の出力端子Ｔ１の電位が出力端子Ｔ２の電位に対して＋側電位でありトランジスタＴＲ１のコレクタがリレーＸの励磁コイルに接続しているとき、リレーＸおよびリレーＹの双方が減勢された状態において直流電源３の出力端子Ｔ１を直接電線で接続するような方法でレール９１に外部から＋側電位を印可すると出力極性検出回路１２の入力ＩＮ１が１／２ＶＣＣ電位に対して＋側電位になりオペアンプＩＣ２が入力電位の向きを検知してトランジスタＴＲ９をオン状態にし、トランジスタＴＲ１をオン状態にするとリレーＸが励磁されリレーＸと協働する常開接点Ｘ−１ａ、常開接点Ｘ−２ａが閉成し直流電源装置３の出力端子Ｔ１が常開接点Ｘ−２ａを経由して出力極性検出回路１２の入力ＩＮ１に接続し入力ＩＮ１の電位は＋側電位に保たれることから、リレーＸは自己保持状態になる。この例における条件の下で、レール９１に対して直流電源３の出力端子Ｔ２を直接電線で接続するような方法で外部から加える電位を−側電位にしたときには、出力極性検出回路１２の入力ＩＮ１が１／２ＶＣＣ電位に対して−側電位になるが、このように入力ＩＮ１が１／２ＶＣＣ電位に対して−側電位のとき出力極性検出回路１２は前述したようにトランジスタＴＲ１ではなくトランジスタＴＲ２をオン状態にするように作用する。トランジスタＴＲ２がオン状態になるとリレーＹが励磁されリレーＹと協働する常開接点Ｙ−１ａ、常開接点Ｙ−２ａが閉成し直流電源３の出力端子Ｔ２が常開接点Ｙ−２ａを経由して出力極性検出回路１２の入力ＩＮ１に接続し入力ＩＮ１の電位は−側電位に保たれることから、リレーＹは自己保持状態になる。同様に、レール９２に対して直流電源３の出力端子Ｔ１を直接電線で接続するような方法で外部から＋側電位が印可されるとトランジスタＴＲ２がオン状態になりリレーＹが自己保持状態になり、レール９２に対して直流電源３の出力端子Ｔ２を直接電線で接続するような方法で外部から−電位が印可されるとトランジスタＴＲ１がオン状態になりリレーＸが自己保持状態になる。リレーＸまたはリレーＹのいずれかが自己保持状態にあり、常開接点Ｘ−１ａと常開接点Ｘ−２ａ、または常開接点Ｙ−１ａと常開接点Ｙ−２ａのいずれかが閉成すると直流電源３の出力端子Ｔ１、Ｔ２はレール９１、９２接続されて直流電源装置３の電源からレール９１、９２へ給電が可能になる。一方、前述したように直流電源装置３の出力端子Ｔ１の電位が−電位であり、出力端子Ｔ２の電位が＋電位であると、入力極性検出回路１３が直流電源３の出力端子Ｔ１、Ｔ２の電位向きを検出してトランジスタＴＲ３がオン状態になりリレーＺが励磁されリレーＺと協働する常開接点Ｚ−１ａ、常開接点Ｚ−２が閉成するためトランジスタＴＲ１のコレクタがリレーＹの励磁コイルに接続し、トランジスタＴＲ２のコレクタがリレーＸの励磁コイルに接続しているので、リレーＸおよびリレーＹの双方が減勢された状態でレール９１に直流電源装置３の出力端子Ｔ１を直接電線で接続するような方法で外部から−側電位が印可され出力極性検出回路１２の入力ＩＮ１が基準電位に対して−側電位になり入力電位の向きを検知するとトランジスタＴＲ２がオン状態になりリレーＸを励磁すると、リレーＸと協働する常開接点Ｘ−１ａ、常開接点Ｘ−２ａが閉成するため直流電源３の出力端子Ｔ１が常開接点Ｘ−２ａを経由して出力極性検出回路１２の入力ＩＮ１に接続することから入力ＩＮ１には直流電源装置３の出力端子Ｔ１の−側電位が印可されリレーＸは自己保持状態になる。同様に、レール９１に対して直流電源装置３の出力端子Ｔ２を直接電線で接続するような方法で外部から＋側電位が印可されると、トランジスタＴＲ１がオン状態になりリレーＹが励磁され常開接点Ｙ−２ａが閉成し直流電源装置３の出力端子Ｔ２の＋側電位が入力ＩＮ１印可されリレーＹが自己保持状態になり、レール９２に対して直流電源３の出力端子Ｔ１を直接電線で接続するような方法で外部から−側電位が印可されると、トランジスタＴＲ１がオン状態になりリレーＹが励磁され常開接点Ｙ−１ａが閉成し直流電源３の出力端子Ｔ１の−側電位が入力ＩＮ２に印可されリレーＹが自己保持状態になり、レール９２に対して直流電源３の出力端子Ｔ２を直接電線で接続するような方法で外部から＋側電位が印可されると、トランジスタＴＲ２がオン状態になりリレーＸが励磁され常開接点Ｘ−１ａが閉成し直流電源３の出力端子Ｔ２の＋側電位が入力ＩＮ２に印可されリレーＸが自己保持状態になる。
以上の説明から、直流電源装置３の出力端子Ｔ１またはＴ２を直接電線で接続するような方法でレール９１または９２のいずれかに接続し外部からレールに電圧が印可されるとレールに印可された電圧の極性と同じ極性で直流電源装置３がレール９１、９２に給電するようにリレーＸまたはＹが励磁され自己保持状態になることから、図２（ｂ）に示すように、鉄道模型車両２０が第二閉塞区間５を走行して第一閉塞区間４に進入するときギャップ９５、９６をまたいで例えばレール９４とレール９２を電気的に短絡するとレール９４の極性と同じ極性で直流電源装置３がレール９１、９２に給電するようにリレーＸまたはＹが励磁され自己保持状態になる。
図３に示す入力電圧検出回路１４は、本発明装置の起動時、すなわち直流電源装置３の電圧を０ボルトから上昇させ約２ボルトに達すると前述したようにリレーＸを減勢させ、リレーＸと協働する常開接点Ｘ−１ａ、および常開接点Ｘ−２ａを開放して、直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２とレール９１、９２との接続を開放する。但し、これらはレール９１、９２上に鉄道模型車両２０が存在せず次に説明する電流検出回路１１が電流検出をしないときの作用であり、レール９１、９２上に鉄道模型車両２０が存在し、電流検出回路１１が電流検出をすると図１に示すトランジスタＴＲ７によって入力電圧検出回路１４の出力ＯＵＴ５は減勢されリレーＸは励磁され続ける。
図６は電流検出回路１１の回路図であり、説明に必要なレール９１、レール９２、および鉄道模型車両駆動モータ２１との接続も示している。
図６に示すように、電流検出回路１１は本発明装置を構成する回路の一部であり直流電源装置３からダイオードＤ１を経由してレール９１、およびダイオードＤ２を経由してレール９２へ給電される電流の有無をそれぞれ検知し、レール９１、レール９２またはレール９１およびレール９２の双方から鉄道模型車両２０への給電があるかないかを検知する回路の具体的実施例であり、本発明装置を実現するために発明した回路である。電流検出回路１１について図６を参照して説明する。例えば、レール９１とレール９２上に鉄道模型車両２０が存在しレール９１がマイナス電位、レール９２がプラス電位であるとダイオードＤ１には矢印４１の向きに電流が流れトランジスタＴＲ４１のベース電位がそのエミッタ電位より高くトランジスタＴＲ４１はオン状態になり、トランジスタＴＲ４１のコレクタは抵抗Ｒ４５とダイオードＤ４２を経由して抵抗Ｒ４１の一方端４５に接続し、抵抗Ｒ４１の他方端４６がダイオードＤ４１と抵抗Ｒ４４を経由して１／２ＶＣＣに接続していることから抵抗Ｒ４１には矢印４７の向きに電流が流れ、抵抗Ｒ４１の一方端４５の電位が抵抗Ｒ４１の他方端４６の電位より低い向きに電位差を発生する。また、ダイオードＤ２には矢印４４の向きに電流が流れトランジスタＴＲ４４のベース電位がそのエミッタ電位より低くトランジスタＴＲ４４はオン状態になるので抵抗Ｒ４１の一方端４５がダイオードＤ４３と抵抗Ｒ４６を経由して１／２ＶＣＣに接続し、トランジスタＴＲ４４のコレクタは抵抗Ｒ４７とダイオードＤ４４を経由して抵抗Ｒ４１の他方端４６に接続していることから抵抗Ｒ４１には矢印４７の向きに電流が流れ抵抗Ｒ４１の一方端４５の電位が抵抗Ｒ４１の他方端４６の電位より低い向きに電位差を発生する。本電流検出回路１１は、ダイオードＤ１に矢印４１の方向に電流が流れるとＴＲ４１がオン状態になり、ダイオードＤ１に矢印４２の方向に電流が流れるとＴＲ４２がオン状態になり、ダイオードＤ２に矢印４３の方向に電流が流れるとＴＲ４３がオン状態になり、ダイオードＤ２に矢印４４の方向に電流が流れるとトランジスタＴＲ４４がオン状態になる回路構成になっており、ダイオードＤ１またはダイオードＤ２に流れる電流の向きがいずれであっても抵抗Ｒ４１にはその一方端４５の電位がその他方端４６の電位より低い向きの電位差を発生する。抵抗Ｒ４１の一方端４５および他方端４６には差動増幅器として作用するオペアンプＩＣ４１の非反転入力端子および反転入力端子がそれぞれ接続されており、ダイオードＤ１またはダイオードＤ２に電流がれて抵抗Ｒ４１の両端に電位差が生じるとオペアンプＩＣ４１は１／２ＶＣＣ電位に対してマイナス側電位の出力をし、トランジスタＴＲ４５をオン状態にして本電流検出回路１１の出力端子ＯＵＴ６に１／２ＶＣＣを出力する。抵抗Ｒ４８およびコンデンサＣ４１を経由してオペアンプＩＣ４１の出力端子に接続する本電流検出回路のもう一方の出力端子ＯＵＴ７は、鉄道模型車両２０がレール９１とレール９２の双方から離脱してダイオードＤ１およびダイオードＤ２に流れる電流が遮断されオペアンプＩＣ４１の出力電位がマイナス側電位から１／２ＶＣＣ電位へ急激に上昇するとコンデンサＣ４１の充電電流が抵抗Ｒ４８と抵抗Ｒ４９に流れることからグランドに対してプラスの電圧を約０．１秒の間出力する。電流検出回路１１はダイオードＤ１、Ｄ２の両端電圧を検知してレール９１、レール９２に流れる電流の有無を検出する回路であり、レール９１とレール９２の上に鉄道模型車両２０が存在しないときは、レール９１とレール９２との間は電気的に開放でありダイオードＤ１、Ｄ２には電流が流れずダイオードＤ１、Ｄ２双方の両端電圧は０ボルトであるが、例えば図１の第二閉塞区間５で示すように鉄道模型車両２０がレール９１とレール９２の上に存在すると、駆動用モータ２１に電流が流れ、ダイオードＤ１、Ｄ２に電流が流れダイオードＤ１、Ｄ２双方の両端に電圧が発生し、前記抵抗Ｒ４１の両端に電位差が発生し、オペアンプＩＣ４１が作動することで電流検出をする機能を備えている。図６に示すように、電流検出回路１１の出力には２種類あり、一方の出力ＯＵＴ７は、レール９１とレール９２上を鉄道模型車両２０が走行しリレーＸ、Ｙのいずれかが励磁され自己保持状態になっており直流電源装置３の出力端子とレール９１、レール９２とが接続されている状態から鉄道模型車両２０がレール９１とレール９２上を離脱してレール９１とレール９２の間を電気的に開放にすると、電流検出回路１１は電流が０になったことを検知し自己保持状態になっているリレーＸまたはリレーＹを減勢し直流電源装置３の出力端子とレール９１、レール９２との接続を開放する出力であり、他方の出力ＯＵＴ６は、鉄道模型車両２０を停止状態から走行を開始するために直流電源装置３の電圧を０ボルトから上昇させ約２ボルトに達すると、入力電圧検出回路１４の出力ＯＵＴ５が作用してリレーＸまたはリレーＹを減勢し自己保持状態を解除する構造になっているので、レール９１とレール９２の上に鉄道模型車両２０が存在するときにはこの出力ＯＵＴ５を減勢してリレーＸまたはリレーＹの自己保持状態を継続させる出力である。
これまで説明したように、リレーＸ、リレーＹは、電流検出回路１１、出力極性検出回路１２、入力極性検出回路１３、および入力電圧検出回路１４からの情報信号で動作し、鉄道模型車両走行用レールへの給電極性を反転して接続する、または給電を遮断するスイッチとして作用するが、鉄道模型車両走行に伴うレールへの給電電位の切り換えに対するリレーＸおよびリレーＹの動作の関わりは次のようになる。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は鉄道模型車両２０が走行して第二閉塞区間５から第一閉塞区間４へ移動するときに車輪とレールとの接触状態変化を示す遷移図である。図１および図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）を参照して鉄道模型車両２０の走行と鉄道模型車両２０の走行に伴い変化する本発明装置１の動作を説明する。第一閉塞区間４および第二閉塞区間５は前述したようにそれぞれがレール９１、９２およびレール９３、９４で構成される。図１に示すように、本発明装置１、本発明装置２は共に直流電源装置３から受電し、本発明装置１は第一閉塞区間４のレール９１、９２へ、および本発明装置２は第二閉塞区間５のレール９３、９４へそれぞれ給電する。例えば、直流電源装置３の出力電圧を０ボルトから上昇させた時、直流電源装置３の出力端子Ｔ１は＋側電位、出力端子Ｔ２は−側電位で出力し、本発明明装置２が第二閉塞区間５のレール９３へは−側電位、レール９４へは＋側電位になる極性で給電し、この条件の下で鉄道模型車両２０はレール９３、９４上を第一閉塞区間４に向けて走行するものとして説明する。図２（ａ）に示すように、鉄道模型車両２０の車輪全てがレール９３またはレール９４の上にありレール９１、９２には接触していない状態で、直流電源装置３の出力を０ボルトから約４ボルトまで上昇させると鉄道模型車両２０は走行を開始するが、この間レール９３、レール９４との間には車両の駆動用モータ２１が接続しているため本発明明装置２は電流を検出しレール９３に−側電位、レール９４に＋側電位になる給電を保持する。一方本発明装置１については次の動作をする。まず、直流電源装置３の出力電圧を０ボルトから上昇させると入力電圧検出回路１４が作動し前述したようにリレーＸはあらかじめ励磁され、常開接点Ｘ−１ａ、常開接点Ｘ−２ａが閉成していることでレール９１、９２に給電する。直流電源装置３の出力電圧が約１ボルトに達すると前述したように出力極性検出回路１２が作動しトランジスタＴＲ１をオン状態にするのでリレーＸは自己保持状態になり、レール９１、９２への給電を保持する。直流電源装置３の出力が約２ボルトに達すると前述したように入力電圧検出回路１４の出力端子ＯＵＴ４は開放に転じＶＣＣを遮断するがリレーＸは自己保持状態にあることからレール９１、９２には給電が保持される。一方、入力電圧検出回路１４の出力端子ＯＵＴ４が開放に転じた直後出力端子ＯＵＴ５は約０．１秒遅れて約０．１秒幅の正極性パルスを出力しその間トランジスタＴＲ６がオン状態になりトランジスタＴＲ４が約０．１秒オフ状態になりリレーＸが減勢されこれと協動するリレーＸの常開接点Ｘ−１ａ、Ｘ−２ａが開放になるが、図１に示すように、これら常開接点の両端は全て同じ抵抗値の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で終端されおり、レール９１の電位は抵抗Ｒ２とＲ４、レール９２の電位は抵抗Ｒ１とＲ３とでそれぞれ分圧された電位、すなわち直流電源装置３の出力端子Ｔ１の＋側電位と出力端子Ｔ２の−側電位との中間電位になっている。この結果、レール９１の電位とレール９２の電位とは同電位になり、双方の間の電圧は０ボルトである。直流電源装置３の出力電圧を約３ボルト以上約１６ボルトまでの範囲で変化させても本発明明装置１はこの状態を維持し同時にリレーＸおよびリレーＹの常開接点は全て開放でありレール９１、９２には直流電源装置３の出力が直接接続されておらず、第二閉塞区間５から鉄道模型車両２０が進入すると出力極性検出回路１２はレール９３、レール９４の電圧極性を検出できる状態になっている。図２（ｂ）に示すように、第二閉塞区間５で走行を開始した鉄道模型車両２０が走行を続け車輪３０、３１だけがギャップ９５、９６を通過し車輪２８、２９はギャップ９５、９６を通過する前の状態では、前述したように車輪２９と３１とは電気的に接続していることからレール９２とレール９４とは電気的に短絡されレール９２の電位は９４の電位と同電位の＋電位になる。一方、この時点に至る前に車輪３０もギャップ９５を通過するが、車輪２８と３０とは電気的に絶縁されており車輪３０がギャップ９５を通過するときにレール９１とレール９３を短絡する確率は低いものの、短絡するとレール９１はレール９３と同電位の−電位になる。以上の説明から、レール９１、９２の電位は車輪３０、３１がギャップ９５、９６を通過する前は共に直流電源装置３の出力端子Ｔ１の＋側電位と出力端子Ｔ２の−側電位との中間電位であり通過後はレール９２の電位が直流電源装置３の＋電位になり、レール９１の電位は直流電源装置３の出力端子Ｔ１の＋側電位と出力端子Ｔ２の−側電位との中間電位を維持するか、または車輪２１がレール９１と９３とを短絡すると直流電源装置３の−電位になることからレール９１、９２間に電圧が発生し、この電圧を出力極性検出回路１２が検出しＴＲ２がオン状態になるとリレーＹが励磁されこれと協動するリレーＹの常開接点Ｙ−１ａ、Ｙ−２ａが閉成してリレーＹが自己保持状態になり、レール９２には＋電位、レール９１には−電位での給電が保持される。この状態ではレール９１と９３およびレール９２と９４とはそれぞれ互いに同極性で同じ電圧を保持し鉄道模型車両２０は＋電位の電源をレール９２，９４の双方から車輪３１、２９を介して集電し、−電位の電源をレール９３から車輪２４、２６を介して集電して同じ向きに走行を継続できる。図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すように、鉄道模型車両２０の最後尾の車輪２４、２５がギャップを通過し終わる直前までは集電する車輪２４、２６が第一閉塞区間４のレール９１または第二閉塞区間５のレール９３と接触し、集電する車輪２９と３１が第一閉塞区間４のレール９２と接触しているため本発明装置１、２とも電流検出をしており図２（ｂ）に示す状態と同様にレール９１と９３、レール９２と９４はそれぞれ互いに同電位を保持しており鉄道模型車両２０は同じ向きに走行を継続できる。図２（ｅ）に示すように、車輪が全て第一閉塞区間４のレール９１、９２上に移動した後はレール９１、９２には給電が保持されており鉄道模型車両２０が走行できる状態であるが、車輪が全て離脱した第二閉塞区間５のレール９３およびレール９４の電気的状態は変化する。第二閉塞区間５のレール９３、９４から車輪が全て離脱すると、レール９３、９４の間には駆動用モータ２１の接続が解除され電流が流れなり本発明装置１と同じ機能をもつ本発明装置２の電流検出回路が電流０を検出し直流電源装置３の出力端子Ｔ１、Ｔ２とレール９３、９４との接続を開放し、図２（ａ）に示した、第一閉塞区間において本発明装置１の出力極性検出回路１２がレール９１、９２の電圧極性を検出できる状態と同様に第二閉塞区間に接続する本発明装置２の出力極性検出回路１２がレール９３、９４の電圧極性を検出できる状態になる。鉄道模型車両２０の停止については、例えば、図１に示す第一閉塞区間４上を鉄道模型車両２０が走行中に直流電源３の出力電圧を約４ボルトまで減圧すると鉄道模型車両２０は停止するが、前述したように出力極性検出回路１２は、その入力ＩＮ１と入力ＩＮ２との間の電位差が約１ボルト以上ではリレーＸまたはリレーＹを自己保持状態にしているで、鉄道模型車両２０が停止するまではレール９１、９２に給電を保持する。
以上説明した実施例に示すように、本発明鉄道模型車両２０走行用直流電源出力極性自動切換装置は、閉塞区間を互いに電気的に絶縁して順次繋げ鉄道模型車両２０が連続する複数の閉塞区間を続けて走行できるような形状に設置してある軌道を構成するそれぞれの閉塞区間について、軌道上を鉄道模型車両２０が走行している閉塞区間では直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を保持し、軌道上に鉄道模型車両２０が存在しない閉塞区間では直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断し、鉄道模型車両２０が進入した閉塞区間では鉄道模型車両２０が進入前に走行していた閉塞区間での走行と同じ向きの走行を続けられるようにプラス・マイナス極性を切り換えて直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとを接続し、鉄道模型車両２０が通過して軌道上に鉄道模型車両２０が存在しなくなった閉塞区間では直流電源装置３の出力と閉塞区間を構成するレールとの接続を遮断する機能、さらに直流電源を操作してその出力電圧を０ボルトから昇圧して軌道上に停止している鉄道模型車両２０を発進させる閉塞区間に対しては直流電源に内蔵される直流電源出力のプラス・マイナス極性反転スイッチを操作することで鉄道模型車両２０の前進、または後退の向きを選択できる機能を提供する課題を解決した装置であり、この課題を解決していることから、本発明鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置は、リバースと呼ばれるレイアウトの鉄道模型車両走行用軌道上を鉄道模型車両２０が同じ向きに走行するための給電電位の反転切り換え、給電の遮断を自動で行うことを特徴とする装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明装置実施の形態に係わるシステム図であり、本発明装置２台とレール、直流電源装置、本発明装置駆動用電源との結線を示し、本発明装置の回路構成を示すブロック図も併記している。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、鉄道模型車両が第二閉塞区間のレール上を走行し、第二閉塞区間から第一閉塞区間へギャップを通過して進入し、第二閉塞区間から離脱して第一閉塞区間のレール上を走行するまでに変化する鉄道模型車両の車輪とレールとの接触状態遷移図。
【図３】本発明装置実施の形態に係わる入力電圧検出回路の回路図を含み、この回路図に接続する直流電源装置、および一部の周辺回路を示す図面である。
【図４】本発明装置実施の形態に係わる出力極性検出回路の回路図を含み、この回路図に接続する一部の周辺回路を示す図面である。
【図５】本発明装置実施の形態に係わる入力極性検出回路の回路図を含み、この回路図に接続する直流電源装置、および一部の周辺回路を示す図面である。
【図６】本発明装置実施の形態に係わる電流検出回路の回路図を含み、この回路図に接続するレールおよび鉄道模型車両を示す図面である。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、従来の鉄道模型車両の電気回路図、および従来の鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置の一例であるオートリバース運転システム装置のシステム図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、リバースと呼ぶレールレイアウト上で鉄道模型車両走行を走行させるときのシステム図、および図８（ａ）に示したリバースと呼ぶイアウトと電気的に等価であり、図８（ａ）に示した切換スイッチを本発明装置に置き換えた、本発明装置の動作説明を容易にするためのシステム図である。
【符号の説明】
【０００８】１  本発明装置（鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置）
２  本発明装置（鉄道模型車両走行用直流電源出力極性自動切換装置）
３  直流電源装置（一般市販品の鉄道模型車両走行用直流電源）
４  第一閉塞区間（鉄道模型用軌道の閉塞）
５  第二閉塞区間（鉄道模型用軌道の閉塞）
７  出力極性反転スイッチ（鉄道模型車両走行用直流電源に内蔵）
１１  電流検出回路（本発明装置の一部を構成する発明回路）
１２  出力極性検出回路（本発明装置の一部を構成する発明回路）
１３  入力極性検出回路（本発明装置の一部を構成する発明回路）
１４  入力電圧検出回路（本発明装置の一部を構成する発明回路）
２０  鉄道模型車両
２１  駆動用モータ（鉄道模型車両駆動用）
２２  台車（鉄道模型車両用）
２３  台車（鉄道模型車両用）
２４  車輪（鉄道模型車両用）
２５  車輪（鉄道模型車両用）
２６  車輪（鉄道模型車両用）
２７  車輪（鉄道模型車両用）
２８  車輪（鉄道模型車両用）
２９  車輪（鉄道模型車両用）
３０  車輪（鉄道模型車両用）
３１  車輪（鉄道模型車両用）
４１  矢印（電流の向きを示す）
４２  矢印（電流の向きを示す）
４３  矢印（電流の向きを示す）
４４  矢印（電流の向きを示す）
４５  一方端（抵抗Ｒ４１の）
４６  他方端（抵抗Ｒ４１の）
４７  矢印（電流の向きを示す）
５３  左側接続具
５４  右側接続具
５５  切換リレー（給電電位のプラス・マイナス反転用）
５６  電源装置
５７  当接バー
５８  前進端位置感知用センサ
５９  当接バー
６０  後退端位置感知用センサ
６１  矢印（鉄道模型車両の前進向きを示す）
６２  矢印（鉄道模型車両の後退向きを示す）
６８  切換スイッチ（給電電位のプラス・マイナス反転用）
６９  切換スイッチ（給電電位のプラス・マイナス反転用）
７１  矢印（鉄道模型車両走行向きを示す）
７２  矢印（鉄道模型車両走行向きを示す）
７３  矢印（鉄道模型車両走行向きを示す）
９１  鉄道模型車両走行用レール（第一閉塞区間用）
９２  鉄道模型車両走行用レール（第一閉塞区間用）
９３  鉄道模型車両走行用レール（第二閉塞区間用）
９４  鉄道模型車両走行用レール（第二閉塞区間用）
９５  ギャップ（鉄道模型車両走行用レールの絶縁部）
９６  ギャップ（鉄道模型車両走行用レールの絶縁部）
９７  ギャップ（鉄道模型車両走行用レールの絶縁部）
９８  ギャップ（鉄道模型車両走行用レールの絶縁部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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