リレーの信号システムにおける応用

リレーとは何ですか？

リレーは、電磁力を用いて一つまたは複数の電気回路の開閉を制御する電気スイッチです。通常、電磁石、接点、ばねなどの主要な部品で構成されています。電磁石のコイルに電力が供給されると、磁界が生成され、アーマチュアを引き寄せたり解放したりすることで、接点が作動し回路の接続または切断を達成します。

リレーの分類

リレーは主に次の二つの大別に分けられます： DCリレー とACリレー。

• DCリレー:

  • 電源: DC電源によって駆動されます。
  • 分類: 電流の極性に基づいて、無極性リレー、有極性リレー、バイアスリレーに分類されます。
  • 原理: すべて電磁リレーであり、励磁されたコイルから生成される磁界を利用してアーマチュアを引き寄せ、接点システムを動作させます。

• ACリレー:

  • 電源: AC電源によって駆動されます。
  • 分類: 動作原理に基づいて、電磁リレーと誘導リレーに分類されます。
    • 電磁リレー: DC電磁リレーと同様に動作しますが、コアには通常、シャドリングコイルまたはシャドリングリングが組み込まれており、AC電流のゼロクロスによるアーマチュアの振動を防ぎます。
    • 誘導リレー: コイルによって生成される交流磁界と、別の交流磁界によって可動部（例えば羽根）に生じる渦電流との相互作用を利用して、電磁力を生成し、羽根を回転させてリレーを動作させます。

鉄道信号システムにおけるリレーの応用

リレーは鉄道信号システムで広く使用されています。主なタイプには：DC無極性リレー、有極性リレー、有極性保持リレー、ACリレーなどがあります。

• DC無極性リレー:

  • コイルに極性の区別がないDC電磁リレーで、任意の極性のDC電源に接続でき、励磁時に確実に動作します。

• 有極性リレー:

  • コイルに固定された正極と負極を持つDC有極性リレーで、指定された極性のDC電源に接続する必要があります。
  • コイルに正方向の電流が流れると、前接点が共通接点と閉じ、逆方向の電流が流れると後接点が共通接点と閉じます。コイルに電力が供給されない場合、リレーは動作しません。

• 有極性保持リレー:

  • 極性と保持機能を持つ特殊な有極性リレーです。
  • 励磁時にコイル電流の極性に基づいて対応する接点が閉じ、非励磁時には前の状態のまま保たれます。逆極性の電流が供給されるまでこの「記憶」特性が持続します。この特性により論理回路で広く使用されています。

• ACリレー:

  • AC電源によって駆動され、信号灯フィラメント転送リレー、FD型電気符号化器、JRJC型二要素二位置リレー、整流リレーなど様々な種類があります。

• 整流リレー:

  • DC無極性リレーを改良したものです。入力側に整流器と電圧安定器を組み込み、ACをDCに変換してリレーコイルに供給します。
  • 信号灯で使用されるDJ（フィラメントリレー）は通常、このタイプのリレーを使用しています。

• 二要素二位置リレー:

  • 典型的な誘導リレーです。二つの交流磁界（通常は軌道電源と局所電源）によって可動部（例えば羽根）に生じる渦電流との相互作用を利用して、電磁力を生成し、羽根を回転させてリレーを動作させます。
  • 25Hz位相感度軌道回路のGJ（軌道リレー）はこのタイプのリレーです。

• 時間リレー:

  • 遅延機能を持つリレーです。入力信号が適用または取り除かれたときに、出力接点は設定された遅延時間後に閉じたり開いたりします。
  • 時間リレーは、転轍機開始回路でよく使用され、転轍機の転換中に時間制御を達成します。

鉄道信号システムでリレーを使用する理由

• 高い信頼性:リレーは成熟したスイッチングコンポーネントであり、構造が単純で性能が安定しており、温度変動、振動、湿気、塵埃などの厳しい鉄道環境下でも長期間にわたり確実に動作します。これは信号、転轍機、軌道回路などの重要な設備の安全な運行を確保するために不可欠です。
• 高い安全性:リレーの「故障安全」設計原則は、鉄道信号への応用において基本的です。リレーが故障した場合（例えばコイルの断線、電力損失）、重力またはバネ力によって接点が自動的に開き、信号系が最も安全な状態（例えば赤信号）に入ります。これにより事故のリスクが最小限に抑えられます。
• 高い精度と決定性:リレーは短い応答時間を持ち、予測可能です。これにより正確なスイッチング制御が可能になります。複雑な連鎖論理では、リレーの動作は非常に決定的であり、信号制御の正確さを確保します。
• 柔軟性と拡張性:リレーロジック回路（リレーリンク）は、異なる配線方法を通じて複雑な制御ロジックを実現できます。システムは駅の配置や運用要件に応じて設計、修正、拡張が容易です。
• 優れた電気絶縁性:リレーの制御回路（コイル側）と制御される回路（接点側）は完全に電気的に絶縁されており、システムのノイズ耐性と安全性が向上します。