JP2008213530A - 平衡化回路及び同回路を用いるインピーダンスボンド - Google Patents

Abstract

【課題】可及的に簡単で安価な構成で、２導体の不平衡な電流を平衡化し、インピーダンスの増大も可能な平衡化回路を提供する。軌道回路のノイズ成分の低減と、軌道回路の短絡感度を向上させるインピーダンスボンドを提供する。
【解決手段】２導体に等しい交流電流が流される条件で所定動作を正常に行う電気回路などにおいて、２導体を流れる電流により各導体に対応して起電力を発生するループ部を有する起電力発生体を設け、各ループを起電力が大きいループから起電力が小さいループに電流が流れるように電気的に接続して、平衡化回路を構成した。インピーダンスボンドは、第１半コイルの一端と一方のレールとの間及び第２半コイルの一端と他方のレールとの間にそれぞれ延長部を設け、その延長部に前記平衡化回路を挿入した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの導体を流れる電流の平衡化を図る回路及びその回路を利用するインピーダンスボンドに関する。

交流電化区間の複軌条式軌道回路の境界に設けられ、左右のレールに流れる電気車の帰線電流と信号電流を振り分ける機能を有するものとして、インピーダンスボンドが用いられている。

図５及び図６に示すように、インピーダンスボンドＺＢは、鉄心１に巻回されてともに交流電流である帰線電流Ｉと信号電流ｉｓを重畳して流される１次コイル２１と、前記鉄心１に巻回されて信号電流ｉｓを結合させる２次コイル２２とを有している。そして、１次コイル２１は一方向に巻回された第１半コイル部２１ａと逆方向に巻回された第２半コイル部２１ｂとを有して、各コイル部２１ａ，２１ｂに流れる帰線電流Ｉ１，Ｉ２により発生する磁束は互いに打ち消すように構成されている。これにより、Ｉ１＝Ｉ２ならば、帰線電流と信号電流が相互に干渉することなく分離され、帰線電流（Ｉ１＋Ｉ２）は後続の軌道回路ＴＲ２に供給されるとともに、図４に示すように、送電端ＴＴからレール３１，３２に送出された信号電流ｉｓは２次コイル２２を経て受電端に設けられた軌道リレーＴＲに供給されるようになっており、当該軌道回路に列車が存在しないときは、受電端において受信される信号電流ｉｓに基づき軌道リレーＴＲが動作し、当該軌道回路に列車が進入したときは、列車の車軸による軌道短絡により受信端において信号電流ｉｓを受信しなくなるため、軌道リレーＴＲが落下するように構成されている。
特になし

上記インピーダンスボンドの帰線電流と信号電流の正常な振り分け機能及び軌道リレーの正常な動作・落下は、種々の原因によって影響を受ける。その原因の一つには、左右のレールに流れる電車電流（帰線電流）の不平衡がある。通常の状態では、左右のレールに流れる帰線電流は、様々な要因により均等にならず、不平衡の状態になっている。

不平衡がある場合は、１次コイル２１の第１半コイル部２１ａと第２半コイル部２１ｂに発生する磁束の差により、１次コイル２１に信号電流が流れると、２次コイル２２に平衡時の電圧よりも低い電圧ｅｓが現れて、軌道リレーのＴＲ受電電圧が低下する。また、鉄心１の磁束密度が過大になった場合は、鉄心が飽和するため、インピーダンスボンドの励磁インピーダンスが低下し、軌道リレーの受電電圧が低下する。従って、インピーダンスボンドが正常に機能しなくなる。

このように、不平衡な軌道回路では、左右レールに流れる帰線電流の大きさが異なるため、信号電流が区間外に流出したり、帰線電流がインピーダンスボンドのインピーダンスを低下させて、動作すべき軌道リレーが落下したり、落下すべきときに軌道リレーが動作するといった不具合が発生するほか、受信器側にノイズを発生させたりする。

すなわち、軌道回路の受電端側のインピーダンスボンドに流れる帰線電流には、様々な要因によりノイズ（妨害電流）が重畳する場合がある。左右のレールの帰線電流が平衡している場合は、帰線電流のノイズ成分がキャンセルされる。しかし、不平衡がある場合は、キャンセルされずに、受電端にノイズ成分として電圧を誘起する。そのため、軌道リレーが正常に機能しないことがある。

従来、上記軌道回路の不平衡の対策として、インピーダンスボンドの中に平衡化回路を設けることが提案された。しかし、その提案に係る平衡化回路は高価であるから、全軌道回路に具備することは不経済である。また、従来の平衡化回路を設けても、短絡感度が向上する作用効果は得られない。

軌道回路において、短絡感度は、軌道回路の列車検知性能を左右する重要な要素である。従来、短絡感度の向上のため、次のような対策が提案されている。
（１）信号電圧の増大。（２）レール間電圧上昇。（３）軌道インピーダンスの増大。 （１）（２）は、電源系統などの改善が必要であり、（３）はインピーダンスボンド内又はレール間にコンデンサの設置を必要とするため、経済的に困難性がある。また、これらの対策を施しても、短絡感度は向上するが、ノイズの問題は解消されない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、解決しようとする第一の課題は、可及的に簡単で安価な構成で、２つの導体を流れる不平衡な電流を平衡化することができると同時に、併せてインピーダンスの増大も可能な平衡化回路を提供することにある。第二の課題は、その平衡化回路を用いて、軌道回路に生じるノイズ成分の低減と、軌道回路の短絡感度の向上を図ることができるインピーダンスボンドを提供することにある。

第一の課題を解決するための本発明は、２導体に接続され、その２導体にともに等しい交流電流が流されることにより、所定の動作を正常に行う電気回路又は電気機器（本明細書では「電気回路など」という。）に適用される平衡化回路であって、２導体のそれぞれに各導体に流れる電流により起電力を発生するループ部を巻回し、それらのループ部を起電力が大きいループ部から起電力が小さいループ部に電流が流れるように電気的に接続して、平衡化回路を構成したことを特徴としている。

二つのループ部と接続部とは、８の字状のコイルで構成しても良いし、二つのリング状のコアと導線とで構成しても良い。

第二の課題を解決するため、本発明は、一端が一方のレールに接続された第１半コイルと一端が他方のレールに接続された第２半コイルとを他端同士において直列に接続してなり、鉄心に巻回されて、前記両レールからいずれも交流の帰線電流及び信号電流が流れる１次コイルと、前記鉄心に巻回され、前記１次コイルに流れる電流により誘起される信号電流が流れ、これを軌道リレーに与える２次コイルとを有するインピーダンスボンドにおいて、前記第１半コイルの一端と前記一方のレールとの間及び第２半コイルの一端と前記他方のレールとのにそれぞれ延長部を設け、それらの延長部に、延長部のそれぞれに巻回され、各延長部に流れる電流により起電力を発生するループ部と、それらのループ部を起電力が大きいループ部から起電力が小さいループ部に電流が流れるように電気的に接続する接続部とからなる平衡化回路を設けたことを特徴としている。

上記インピーダンスボンドにおける平衡化回路における二つのループ部と接続部は、８の字状のコイルで構成しても良いし、二つのリング状のコアと導線とで構成しても良い。

請求項１の発明によれば、２導体に電流が流れる場合、その電流が等しいとき、すなわち平衡しているときは、各ループ部に発生する磁束の向きが逆になるため、磁束が互いに打ち消し合う。従って、２導体に流れる電流は平衡化回路の作用を受けずに平衡状態を維持する。これに対し、２導体に流れる電流が不平衡である場合は、大きい電流が流れる導体に巻回されているループ部に発生する磁束の密度は、小さい電流が流れる導体に巻回されているループ部に発生する磁束の密度よりも大きい。そのため、磁束密度の大きいループ部から磁束密度の小さいループ部の方向に電流が流れる。従って、大きい電流が流れる導体に巻回されているループ部には、その導体の電流を流れにくくする起電力（逆起電力）が発生し、小さい電流が流れる導体に巻回されているループ部には、その導体の電流を流れやすくする起電力（順起電力）が発生する。従って、２導体の電流が平衡化される。従って、また、２導体に流れてきたノイズがキャンセルされる。

請求項２の発明によれば、構成が簡単で安価な製造が可能である。

請求項３の発明によれば、２導体の電流の差が事前に知っている場合、又は予測可能な場合は、その差に対応する大きさの異なるコアを容易に組み合わせて使用することができる。

請求項４の発明によれば、両レールに流れる帰線電流に不平衡がある場合は、インピーダンスボンドに設けた平衡化回路により平衡化される。従って、レールに流れるノイズ（妨害電流）がキャンセルされる。また、平衡化回路は軌道回路の受電端のインピーダンスを増大させる。従って、インピーダンスボンドに簡単な構成を付加するだけで、軌道回路の短絡感度を向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は本発明に係る平衡化回路の一の実施の形態を示す回路図、図２は同じく他の実施の形態を示す回路図である。

本発明に係る平衡化回路１０は、図１及び図２に示すように、２導体２１，２２に接続され、その２導体にともに等しい交流電流が流れることにより、所定の動作を正常に行う電気回路など３０に結合して用いられる。２導体２１，２２は、例えば電源供給線や信号線、あるいは軌道回路を構成するレールなど、駆動電流や信号電流が流されるいかなる形態のものでも良い。電気回路など３０は、例えば、インピーダンスボンドに限らず、２導体から等しい交流電流を供給されることを前提として正常に動作するいかなる種類の電気機器を含む。

そして、本発明に係る平衡化回路１０は、２導体２１，２２に一つの起電力発生体４０Ａ又は４０Ｂを装着してなっている。起電力発生体４０Ａ又は４０Ｂは、２導体２１，２２を流れる電流により各導体２１，２２の周囲に発生する磁界によってそれぞれの電流の大きさに対応して起電力を発生する二つのループ部４０ａ，４０ｂを有する。そのループ部４０ａ，４０ｂは、接続部４０ｃにより起電力が大きいループ部から起電力が小さいループ部に電流が流れるように電気的に接続して構成されている。

図１に示す平衡化回路１０は、起電力発生体４０Ａが、１つのループを中間位置において１回ひねって８字形に形成し、中央部分の接続部４０ｃの両側に二つのループ部４０ａ，４０ｂを一体に備えているものであり、各ループ部４０ａ，４０ｂが導体２１，２２にそれぞれ巻回されている。

上記構成により、導体２１，２２に電気回路３０方向に流れる電流Ｉ１，Ｉ２が平衡している場合は、各ループ部４０ａ，４０ｂに互いに反対方向の等しい密度の磁束が発生するため、その磁束は互いに打ち消し合う。従って、いずれの導体に対しても逆起電力が発生しないので、平衡化回路１０は設けられていないに等しく、２導体２１，２２から電気回路など３０に供給される電流は平衡状態を維持される。

これに対して、導体２１，２２に電気回路など３０の方向に流れる電流Ｉ１，Ｉ２が不平衡である場合は、両導体のループ部に発生する磁束密度に差があるため、これが等しくなるように、磁束密度の大きいループ部（４０ａ又は４０ｂ）から磁束密度の小さいループ部（４０ｂ又は４０ａ）に電流が流れる。その結果、大きい電流が流れる導体側のループ部（４０ａ又は４０ｂ）には不平衡率に応じた逆起電力が発生し、その導体に流れる電流に対するインピーダンスが大きくなるため、その導体の電流が抑制される。一方、小さい電流が流れる導体側のループ部（４０ｂ又は４０ａ）には、大きい電流が流れる導体側のループ部（４０ａ又は４０ｂ）から流れる電流による起電力によって、小さい電流が流れる導体の電流が促進される。その結果、平衡化回路１０の挿入位置よりも後方の２導体に流れる電流は平衡化される。
従って、電気回路など３０は、２導体に何らかの原因により不平衡が発生しても、その影響を受けること無く、正常に動作することができるため、信頼性が向上する。

図２に示す平衡化回路１０は、起電力発生体４０Ｂが、２導体２１，２２のそれぞれに巻回されたリング状のコア４０ａ’，４０ｂ’を導線４０ｃにより電気的に接続してなるものである。この起電力発生体４０Ｂも、図１の起電力発生体４０Ａと同様の作用効果を発揮する。

図３は、本発明に係るインピーダンスボンドの一実施の形態を概略的に示す回路図、図４は他の実施の形態を示す要部の回路図である。
図３において、３１，３２はレールであり、ＺＢ１，ＺＢ２は、図５及び図６のＺＢ１，ＺＢ２と同一の構成を有するインピーダンスボンドである。従って、以下に記述され、図３又は図４に示されている部材の詳細は、図５及び図６を参照されたい。

本発明の係るインピーダンスボンドＺＢ１は、軌道回路の受電端側に設けられるものであり、一端が一方のレール３１に接続された第１半コイル２１ａと一端が他方のレール３２に接続された第２半コイル２１ｂとを他端同士において直列に接続してなり、鉄心１に巻回されて、両レール３１，３２からいずれも交流の帰線電流及び信号電流が流れる１次コイル２１と、鉄心１に巻回され、１次コイル２１に流れる電流により誘起される信号電流が流れ、これを軌道リレーＴＲに与える２次コイル２２とを有している。そして、新規に付加された構成として、第１半コイル２１ａの一端と一方のレール３１との間及び第２半コイル２１ｂの一端と他方のレール３２との間にそれぞれ延長部２１ａ’，２１ｂ’を設け、それらの延長部２１ａ’，２１ｂ’に、図１に示された起電力発生体４０Ａを有する平衡化回路１０を挿入したものである。

図４は、延長部２１ａ’，２１ｂ’に図２に示された起電力発生体４０Ｂを有する平衡化回路１０を挿入した例である。

いずれの例においても、左右のレール３１，３２に流れる帰線電流Ｉ１，Ｉ２に不平衡がある場合は、平衡化回路１０により平衡化されるので、第１に、レールを流れる電流に含まれるノイズ成分が除去される。第２に、平衡化回路１０のループ部により、レールから見たインピーダンスボンドのインピーダンスが大きくなるので、軌道回路の短絡感度が向上する。

軌道回路の短絡感度は、数式１で与えられる。ここで、Ｚは受信側インピーダンス、ＶＴＲは軌道リレーの平常電圧、ＶＴＲＭは軌道リレー落下電圧である。

つまり、軌道回路に使用する送信器、受信器のスペックが決まると、受信側インピーダンスを上げることが、短絡感度の上昇に結びつくが、本発明のインピーダンスボンドは、左右レールを不平衡して流れる電流成分（軌道回路電波を含む。）に対して、高いインピーダンスを持っているので、本発明のインピーダンスボンドを用いることにより、短絡感度を向上させることができる。これにより、列車検知性能が向上し、軌道リレーの不正動作といった危険側の誤動作が発生しにくくなる。

以上のように、本発明によれば、電源系統などの大規模な改善をすることなく、従来使用されているインピーダンスボンドの一部に、ループのみ又はコアを導線で接続した単純な構成の平衡化回路を１個挿入するだけで、ノイズ解消と短絡感度向上の効果を一挙に得ることができるので、本発明は、非常に有用である。

本発明に係る平衡化回路の一の実施の形態を示す回路図。 同じく他の実施の形態を示す回路図。 本発明に係るインピーダンスボンドの一実施の形態を概略的に示す回路図。 他の実施の形態を示す要部の回路図。 軌道回路とインピーダンスボンドの配置状態を説明する図。 従来のインピーダンスボンドの構成を示す等価回路図。

符号の説明

ＺＢ１，ＺＢ２ インピーダンスボンド
１ 鉄心
２１ 第１コイル
２１ａ 第１半コイル部
２１ｂ 第２半コイル部
２１ａ’，２１ｂ’ 延長部
３１，３２ レール
１０ 平衡化回路
４０Ａ，４０Ｂ 起電力発生体
４０ａ，４０ｂ ループ部
４０ｃ 接続部
４０ａ’，４０ｂ’コア
４０ｃ 導線

Claims (6)

1. ２導体に接続され、その２導体にともに等しい交流電流が流されることにより、所定の動作を正常に行う電気回路などに適用される平衡化回路であって、
   前記２導体のそれぞれに巻回され、各導体に流れる電流により起電力を発生するループ部と、それらのループ部を起電力が大きいループ部から起電力が小さいループ部に電流が流れるように電気的に接続する接続部とからなる平衡化回路。
2. 請求項１に記載の平衡化回路において、二つのループ部と接続部とが８の字状のコイルで構成されていることを特徴とする平衡化回路。
3. 請求項１に記載の平衡化回路において、二つのループ部と接続部とがそれぞれ二つのリング状のコアと導線とで構成されていることを特徴とする平衡化回路。
4. 一端が一方のレールに接続された第１半コイルと一端が他方のレールに接続された第２半コイルとを他端同士において直列に接続してなり、鉄心に巻回されて、前記両レールからいずれも交流の帰線電流及び信号電流が流れる１次コイルと、前記鉄心に巻回され、前記１次コイルに流れる電流により誘起される信号電流が流れ、これを軌道リレーに与える２次コイルとを有するインピーダンスボンドにおいて、前記第１半コイルの一端と前記一方のレールとの間及び前記第２半コイルの一端と前記他方のレールとの間にそれぞれ延長部を設け、それらの延長部に、前記延長部のそれぞれに巻回され、各延長部に流れる電流により起電力を発生するループ部と、それらのループ部を起電力が大きいループ部から起電力が小さいループ部に電流が流れるように電気的に接続する接続部とからなる平衡化回路を設けたことを特徴とするインピーダンスボンド。
5. 請求項４に記載のインピーダンスボンドにおいて、平衡化回路の二つのループ部と接続部とが８の字状のコイルで構成されていることを特徴とするインピーダンスボンド。
6. 請求項４に記載のインピーダンスボンドにおいて、平衡化回路の二つのループ部と接続部とがそれぞれ二つのリング状のコアと導線とで構成されていることを特徴とするインピーダンスボンド。

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