鉄道のブレーキ
また減速してくると回生ブレーキでは十分な制動力が得られないため、ある速度で回生ブレーキを切って空気ブレーキだけにするという制御も行っている。これに対して発電ブレーキでは回生ブレーキと比べて制動力が一定で安定しているため、単純に空気ブレーキのみを締め切るだけで良い。列車の速度が低下するとモーターの発電する電圧も低下するため、速度低下と共に抵抗器の抵抗値を下げ、常に抵抗器を流れる電流値を一定にしている。さらに列車の速度が低下すると十分な制動力が無くなるため、締め切っていた空気ブレーキを使用して列車を停止させる。
現在ではT車優先遅れ込め制御(Tしゃゆうせんおくれこめせいぎょ)、あるいは単に遅れ込め制御と呼ぶ方式を利用している車両も多い。これはブレーキを掛ける際に、まずM車の回生ブレーキを立ち上げる。求められる制動力が不足していると、続いてT車の空気ブレーキが立ち上がり、さらに制動力が強く必要とされる場合にはM車の空気ブレーキも立ち上がるという順序でブレーキが作動する。このようにすることで制輪子の消耗を抑えエネルギー効率を最大にしようとしている。
アメリカのジョージ・ウェスティングハウスは、現代でも用いられている自動空気ブレーキの原理を発明し、1872年3月5日に特許を取得した。これは高い圧力の空気を使うことで真空ブレーキに比べて小型の装置でも強いブレーキ力を得られるものであった。また三動弁を使うことにより、空気圧がブレーキ管から抜ける時にブレーキが作動するようにされており、ブレーキ管の破損などに対してフェイルセーフな構成となっていた。さらにウェスティングハウスのシステムでは、ブレーキ管の圧力を完全に抜かなくても強い制動力が得られるようになっており、ブレーキ使用後に再びブレーキ管に圧力を掛ける時間が短縮された。
初期にはコンプレッサーが大きく高価でもあったため、なかなか普及しなかった。しかしアメリカでは1893年3月2日に鉄道安全装置法が制定され、7年の猶予期間をおいて1900年から施行された。この法律ではアメリカで運行される全ての列車に自動空気ブレーキと自動連結器の採用を義務付け、事故の激減に貢献した。
日本の鉄道では、当初は貫通ブレーキがなく緩急車を使ったブレーキの仕組みを使っていた。1886年(明治19年)頃から旅客列車において真空ブレーキの採用が始まり、一部の機関車と客車に搭載された。さらに1898年(明治31年)8月から、一部の貨車において真空ブレーキの搭載が始まった。
現代の鉄道において、制輪子を動作させる方式として最も一般的に用いられているのが空気ブレーキである。真空ブレーキとは逆に、空気圧縮機を用いてブレーキ管に圧力を掛け、この圧力と大気圧の差でピストンを動かして制輪子を駆動する仕組みとなっている。
真空ブレーキと同様に、ブレーキ管に空気圧を掛けた時にブレーキが作動する方式と、空気圧を抜いた時にブレーキが作動する方式がある。
ブレーキ管に空気圧を掛けた時にブレーキが作動する方式は、直通ブレーキと呼ばれる。ブレーキ管が破損した時には全くブレーキが掛けられなくなる欠点があるため、そのままの方式で用いられることはまずない。
一方、ブレーキ管に常時空気圧を掛けておき、これを抜いた時にブレーキが作動する方式は、自動空気ブレーキと呼ばれる。こちらはブレーキ管が破損すると自動的にブレーキが掛かるフェイルセーフな機構となっている。
さらにブレーキ性能を改善する目的で、ブレーキ弁の操作を電気的に伝送して各車両でブレーキ弁を制御する方式が開発され、電磁自動空気ブレーキ、電磁直通ブレーキと呼ばれている。これをさらに進展させて、車両間のブレーキ配管によるブレーキ指令を基本的になくし、電気信号だけによる制御を行うと共に、電気ブレーキなどと協調して動作するようにしたものが電気指令式ブレーキと呼ばれている。