JP2023181823A - レール破断検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道の軌道をなすレール対の左右レールを適宜短絡してインピーダンスボンドを不要にした軌道回路に対して帰線電流とは異なる検査信号を流してレールの破断状態と列車在線の有無とを検出しうるレール破断検知装置を実現する。【解決手段】レール対１１＆１２等に付設された区間端短絡ライン２２等や区間内短絡ライン２１ａａ等と、該ラインに接続された巡回電路形成部材３０と、該ラインに検査信号を送出する送信部４０と、ライン２１ａａ等から検査信号の分流信号ｋ１等を測定する計測部８１等と、不平衡化手段２５とを備え、対をなす分流信号ｋ１＆ｋ２等の測定値から不平衡率αを算出する判定部８２等が、不平衡率αの経時変化から時間当たり変化率γを算出し、更に、それらα，γの変化に応じて在線状態と非在線状態とレール破断状態とのうち何れか一つの状態を選ぶようにする。【選択図】 図１

Description

この発明は、列車が走行するためのレールについてその破断状態と列車等の在線状態とを検出するレール破断検知装置に関する。
詳しくは、レール対からなる鉄道の軌道における通電区間の通電状態に基づいて該当区間に係るレール破断状態や列車在線状態を判別するレール破断検知装置に関する。
更に詳しくは、レール対の左右レールを適宜通電可能にしてインピーダンスボンドを不要にした軌道回路に対して電車走行時の帰線電流（電車電流，電気車電流）とは異なる検査信号を流してレールの破断状態に加え列車在線の有無をも検出しうるレール破断検知装置に関する。

なお、レール破断状態を示す情報としては、左右のレール（海側レール／山側レール，）に係る二つの測定値について「差を和で割った不平衡率α」や「電圧比をデシベルで表した平衡度」が典型的であるが、軌道回路の平衡状態・不平衡状態の具合・程度を表す物理量・数値であれば例えば両測定値の差など他の算出値であっても良いので、それらを総称して本願では「平衡状態値」や「平衡状態値ｋ０」などと呼ぶ。

軌道回路を使用した従来のレール破断検知装置は（例えば非特許文献１参照）、帰線電流の流れていない夜間や架線停電時でもレール破断を検出することができるという利点があるものの、軌道の検知対象区間に対して一方の区間端から信号を送信して該信号を左右レールで一巡的に伝達させながら他方の区間端で受信することで軌間電圧の有無すなわち左右レール間の電圧の有無を調べてレール破断検知を行うものなので、左右のレールを単純に短絡することが出来ないという制約がある。
そのため、無線の使用等にて軌道回路を用いないで列車検知を行う列車制御システムを導入する際には、インピーダンスボンドの無い又は不要な無絶縁軌道回路に対しても使用することができるレール破断検知装置が望ましい。

そこで、左右のレールを帰線電流に対して適宜短絡してインピーダンスボンドを不要にした軌道回路に帰線電流とは異なる検査信号を流してレール破断状態を検出しうるレール破断検知装置を実現することが望まれていた。
もっとも、無線等利用にてインピーダンスボンド不要になった列車制御システムであっても、制御対象から外れがちな保守用車の置き忘れなども防ぐことが望まれることから、レール破断状態の検出にとどまらず、列車や保守用車の在線の有無をも簡便かつ適切に検出できるようにすることも望まれる。

そして、そのような要望を解決するものとして、レール破断の有無に加えて列車在線の有無をも簡便に検出しうるレール破断検知装置が開発されている（例えば特許文献１，２参照）。
本願発明は、そのようなレール破断検知装置の更なる改良に係るものなので、本欄においては、先ず、従前の改良を施した単線用の公知なレール破断検知装置２０を説明し（例えば特許文献１，２の実施例１も参照）、次いで、やはり従前の改良を施した複線用の公知なレール破断検知装置７０を説明する（例えば特許文献１の実施例５や特許文献２の実施例４も参照）。

［単線用の公知改良例１］
単線用の公知改良例１であるレール破断検知装置２０について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。

図６（ａ）は、鉄道の軌道の典型例である複線１０における四本のレール１１～１４の配置例を示している。また、図６（ｂ）は、下りの単線部分（１１＆１２）に設置されたレール破断検知装置２０に係る概要ブロック図であり、図６（ｃ）は、その計測部５０と判定部６０とに係る詳細ブロック図である。さらに、図７は、分流信号ｉ１，ｉ２の測定値ｋ１，ｋ２に基づいて得られる平衡状態値ｋ０を軌道回路の不平衡率α（＝｜ｋ１－ｋ２｜／（ｋ１＋ｋ２）×１００％）で示す模式図である。

レール破断検知装置２０の設置先である鉄道の軌道は、下り線と上り線とが少し離れて並走する複線１０が典型的なものであり（図６（ａ）参照）、そのうち下り線は、山側（進行列車からは左側）のレール１１と海側（進行列車からは右側）のレール１２とが並走するレール対１１＆１２からなり、上り線は、山側（進行列車からは右側）のレール１３と海側（進行列車からは左側）のレール１４とが並走する別レール対１３＆１４からなる。なお、単線では、何れか一方のレール対だけが設けられていて、それが上り下りに共用され、複々線等ではより多くのレール対が設けられていて、それらが使い分けられる。

レール破断検知装置２０は（図６（ｂ）参照）、複線１０のうちレール対１１＆１２に対して適用された基本構成のものであり、レール対１１＆１２の複数箇所に例えば１ｋｍといった適宜距離だけ離れて付設された複数の区間端短絡ライン２１，２２と、そのうちの区間端短絡ライン２１に付設された不平衡化手段２５と、一端が区間端短絡ライン２１に接続され他端が区間端短絡ライン２２に接続された巡回電路形成部材３０と、この巡回電路形成部材３０に対して検査信号ｉ０を送出する送信部４０と、巡回電路形成部材３０を接続された区間端短絡ライン２２のうち巡回電路形成部材３０の接続箇所２２ｃで両側に分けられる部分ライン２２ａ，２２ｂそれぞれについて検査信号ｉ０に係る一対の分流信号ｉ１，ｉ２を測定する計測部５０と、それらの測定値ｋ１，ｋ２から算出された平衡状態値ｋ０に基づいてレール破断に係る判定を行う判定部６０とを備えている。

区間端短絡ライン２１は（図６（ｂ）参照）、電線や銅板などの良導体からなり、一端が区間端１１ａの所でレール１１に接続され、他端が区間端１２ａの所でレール１２に接続されていて、区間端１１ａ，１２ａの所で左右レール１１，１２を短絡するものとなっている。この区間端短絡ライン２１には接続箇所２１ｃの所で巡回電路形成部材３０の一端が接続されていて、区間端短絡ライン２１は、レール１１の区間端１１ａ寄りの部分ライン２１ａと、レール１２の区間端１２ａ寄りの部分ライン２１ｂとに分けられる。

区間端短絡ライン２２は（図６（ｂ）参照）、これも良導体からなり、一端が区間端１１ｂの所でレール１１に接続され、他端が区間端１２ｂの所でレール１２に接続されていて、区間端１１ｂ，１２ｂの所で左右レール１１，１２を短絡するものとなっている。この区間端短絡ライン２２には接続箇所２２ｃの所で巡回電路形成部材３０の他端が接続されていて、区間端短絡ライン２２は、レール１１の区間端１１ｂ寄りの部分ライン２２ａと、レール１２の区間端１２ｂ寄りの部分ライン２２ｂとに分けられる。

巡回電路形成部材３０は（図６（ｂ）参照）、絶縁被覆された電線からなり、中間部位に送信部４０の出力部が接続されている。その接続箇所で巡回電路形成部材３０を二つの巡回電路形成ライン３１，３２に分けて、巡回電路形成部材３０の両端部の接続状態を説明し直すと、一方の巡回電路形成ライン３１は、上述した接続箇所２１ｃの所で区間端短絡ライン２１に接続され、他方の巡回電路形成ライン３２は、上述した接続箇所２２ｃの所で区間端短絡ライン２２に接続されている。

そして、巡回電路形成部材３０の一方３１と区間端短絡ライン２１の部分ライン２１ａとレール１１と区間端短絡ライン２２の部分ライン２２ａと巡回電路形成部材３０の他方３２とによって、検査信号ｉ０のうち分流信号ｉ１を流す一巡電路が形成されて、レール１１のうち区間端１１ａ，１１ｂの間に位置する部分が検査区間１１ｃになる。
また、巡回電路形成部材３０の一方３１と区間端短絡ライン２１の部分ライン２１ｂとレール１２と区間端短絡ライン２２の部分ライン２２ｂと巡回電路形成部材３０の他方３２とによって、検査信号ｉ０のうち分流信号ｉ２を流す一巡電路が形成されて、レール１２のうち区間端１２ａ，１２ｂの間に位置する部分が検査区間１２ｃになる。

送信部４０は（図６（ｂ）参照）、帰線電流とは異なる検査信号ｉ０を巡回電路形成部材３０に対して送出するものであるが、検査信号ｉ０が巡回電路形成部材３０の先で二つの分流信号ｉ１，ｉ２に分かれるので、レール１１側の一巡電路（３１，２１ａ，１１ｃ，２２ａ，３２）に分流信号ｉ１を流すとともに、レール１２側の一巡電路（３１，２１ｂ，１２ｃ，２２ｂ，３２）に分流信号ｉ２を流すものとなっている。
架線は直流電化か交流電化（商用周波数）しかないため、帰線電流には直流や商用周波数（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）の交流が用いられるので、それよりも周波数が高くて周波数弁別が容易な交流信号が検査信号ｉ０に適しているが、検査信号ｉ０は、それに限定される訳でなく、帰線電流から弁別可能に異なるものであれば良い。

計測部５０は（図６（ｂ），（ｃ）参照）、巡回電路形成部材３０を接続された区間端短絡ライン２２のうち接続箇所２２ｃからレール１１へ至る側の部分ライン２２ａに付設されていて部分ライン２２ａひいてはレール１１側の一巡電路（３１，２１ａ，１１ｃ，２２ａ，３２）を流れる分流信号ｉ１を測定する電流プローブ５１（電流センサ，カレントトランスなど）と、区間端短絡ライン２２のうち接続箇所２２ｃからレール１２へ至る側の部分ライン２２ｂに付設されていて部分ライン２２ｂひいてはレール１２側の一巡電路（３１，２１ｂ，１２ｃ，２２ｂ，３２）を流れる分流信号ｉ２を測定する電流プローブ５２（電流センサ，カレントトランスなど）と、電流プローブ５１の測定値ｋ１（測定信号）と電流プローブ５２の測定値ｋ２（測定信号）とから平衡状態値ｋ０（算出値）を求める算出部５３～５７とを具備したものである。

さらに、それらのうち算出部５３～５７は（図６（ｃ）参照）、測定信号の状態で即ち検波等で交流を直流化する前のアナログ信号のまま処理することで測定値ｋ１，ｋ２の和電流を生成する加算部５３と、やはり測定信号の状態で測定値ｋ１，ｋ２の差電流を生成する減算部５４と、加算部５３の和電流から検波等の処理を行って測定値ｋ１，ｋ２の加算値である和（ｋ１＋ｋ２）を得る受信部５５と、減算部５４の差電流から検波等の処理を行って測定値ｋ１，ｋ２の減算値の絶対値である差｜ｋ１－ｋ２｜を得る受信部５６と、上記の差｜ｋ１－ｋ２｜を上記の和（ｋ１＋ｋ２）で割るという演算を行って平衡状態値ｋ０（軌道回路の平衡度）の典型例である不平衡率αを算出する平衡状態値算出部５７とを具備している。

判定部６０は（図６（ｃ）参照）、それらの測定値ｋ１，ｋ２から得られた平衡状態値ｋ０具体的には不平衡率αを用いてレール破断と列車在線とに係る判定を行うために、分流信号ｉ１，ｉ２に係る不平衡状態がどのようになっているのかを判別する状態判別部６１と、平衡状態も含む不平衡状態に係る現在の状態や直前から現在への状態遷移などに応じて「レール破断の有無」及び「列車在線の有無」に係る決定を行う決定部６２とを具備している。これらの決定部６２や状態判別部６１更には上述の平衡状態値算出部５７の具現化は、アナログ回路でもデジタル回路でもマイクロプロセッサ組込回路でも良い。

不平衡化手段２５は（図６（ｂ）参照）、対をなす分流信号ｉ１，ｉ２に係る平衡状態・不平衡状態がレール破断も列車在線も無い状態では所定の設定不平衡状態になるようにしておくためのものであり、区間端短絡ライン２１の接続状態を不均等にする手法や区間端短絡ライン２１にインピーダンス部材を介挿するといった公知のもので足りるので（例えば特許文献１の図３や特許文献２の図２参照）、ここでは図示を割愛したが、コイル等のインダクタンス部材の介挿が実施し易い。この手段による不平衡化の程度は、レール１１，１２の長さや材質などに起因して生じたレール１１の検査区間１１ｃのインピーダンスとレール１２の検査区間１２ｃのインピーダンスとの差による内在的な不平衡状態よりも大きくされる。

このような不平衡化手段２５を具備したレール破断検知装置２０における判定部６０の判定手法について詳述する。図７は、分流信号ｉ１，ｉ２の測定値ｋ１，ｋ２に基づいて得られる平衡状態値ｋ０を、より具体的には軌道回路の不平衡率α＝｛｜ｋ１－ｋ２｜／（ｋ１＋ｋ２）｝を、百分率（パーセント％）で表示したものである。また、図７に示された複数の不平衡状態については、それぞれが幅を持つとともに、隣り合う不平衡状態の間には或る程度の間隙が確保されている。後者の間隙は、それを越えて他の不平衡状態に入るまでは状態遷移を認めないことで、状態遷移の認定・判定にヒステリシス特性を持たせ、それによって状態遷移の過剰検出を抑制可能にするためのものである。

数値例を交えて具体的に説明すると、レール破断が全く無く列車在線も無い状態では、不平衡化手段２５の設定に対応した分だけ分流信号ｉ１が分流信号ｉ２より小さくなり、やはりその不平衡化設定対応分だけ測定値ｋ１が測定値ｋ２より小さくなり、平衡状態値ｋ０が約１２％になるので（図７の太い実線のうち列車非在線時に該当する左右両側部分を参照）、それを含む１０．６％～１４．４％の範囲に不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が入ると、「不平衡化手段２５の不平衡化に対応した設定不平衡状態」になったと決定する。

その後は、不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が１５．１％以上になって「設定不平衡状態よりも不平衡度合の大きい大不平衡状態」へ遷移した場合はレール破断とし、不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が９．９％以下になって「設定不平衡状態よりも不平衡度合の小さい小不平衡状態」へ遷移した場合は列車在線と判定するようになっている。

その状態で例えばレール１２の検査区間１２ｃにレール破断が発生して、レール破断が有り列車在線が無い状態になった場合は、上述の不平衡化設定対応分を超えて大きく分流信号ｉ１が分流信号ｉ２を上回り、同様に測定値ｋ１が測定値ｋ２を大きく上回って、不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が約４０％を超えるので（図７の一点鎖線のうち列車非在線時に該当する左右両側部分を参照）、その場合は上述の「大不平衡状態」になったと決定するようになっている。

また、図示は割愛したが、レール１１の検査区間１１ｃが破断したときには、上述の不平衡化設定対応分を超えて分流信号ｉ２が分流信号ｉ１より大きくなり、不平衡率α（平衡状態値ｋ０）の値が約３０％になるので（図７の二点鎖線のうち列車非在線時に該当する左右両側部分を参照）、やはり上述した「大不平衡状態」になったと決定するようになっている。
なお、レール１１，１２が共に破断したときには、分流信号ｉ１，ｉ２の和である検査信号ｉ０が一定値など所定値に達しないため、測定値ｋ１，ｋ２の和ｋ１＋ｋ２も所定値から外れてしまうので、それを別に検出することで判別することができる。

以上は列車在線が無い状態におけるレール破断の状況に応じた判定手法であるが、列車１５が検査区間１１ｃ，１２ｃに存在しているときには、以下のように判定するようになっている。
先ず、レール破断が無いときは、不平衡化手段２５による影響を緩和する向きに列車１５の車軸を介して迂回電流ｉｄが流れて、分流信号ｉ１と分流信号ｉ２との差が小さくなり、測定値ｋ１，ｋ２が近づいて、平衡状態値ｋ０が約５％になるので（図７の太い実線のうち列車在線時に該当する中央部分を参照）、それを含む０％～９．９％の範囲に不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が入ると、上述した「小不平衡状態」になったと決定する。

また、レール破断が有っても列車１５が破断箇所と計測側（２２）との間に在線しているときには、破断側の分流信号ｉ２が列車１５の車軸を介して他のレール１１に流れて他の分流信号ｉ１へ合流する。このように分流信号ｉ１，ｉ２が不平衡化手段２５を迂回して流れるため、分流信号ｉ１，ｉ２ひいては測定値ｋ１，ｋ２に大差が生じないので、上述の「小不平衡状態」になる。
これに対し、列車１５が破断箇所と非計測側（２１）との間に在線しているときには、破断側の分流信号ｉ２の流れが阻害されるので、上述の「大不平衡状態」になる。

そして、このような場合分けに基づいて、判定部６０は、分流信号ｉ１，ｉ２の値から求めた不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が「設定不平衡状態」にあると判別したときにはレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃが『レール破断が無く列車在線も無い状態』にあると決定し、分流信号ｉ１，ｉ２の値が「大不平衡状態」にあると判別したときにはレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃが『レール破断が有り列車在線が不明な状態』にあると決定し、分流信号ｉ１，ｉ２の値が「小不平衡状態」にあると判別したときにはレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃが『列車が在線している状態』にあると決定するようになっている。

このような構成からなる単線用の公知改良例１のレール破断検知装置２０について、その使用態様及び動作を説明する。

列車がレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃに在線していない場合のうち、レール破断の無い正常状態では、左右のレールに元から存在していたインピーダンスのバラツキによる謂わば内在不平衡より不平衡化手段２５の不平衡化の方が明確に大きくて、分流信号ｉ１，ｉ２から得られた不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が１２％近傍の「設定不平衡状態」になるので（図７の太い実線のうち列車非在線時に該当する左右両側部分を参照）、『レール破断が無く列車在線も無い状態』という的確な判定が出る。

列車がレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃに在線していない場合のうち、レールが破断した状態では、レール破断の発生したレール１２には僅かな電流しか流れないため、不平衡化手段２５の不平衡化を超える大きな不平衡が発現して、分流信号ｉ１，ｉ２から得られた不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が３０％や４０％を超える「大不平衡状態」になるので（図７の一点鎖線や二点鎖線のうち列車非在線時に該当する左右両側部分を参照）、『レール破断が有る状態』というレール破断確定の判定が出る。

列車がレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃに在線している場合のうち、レール破断の無い正常状態では、列車１５の車軸による左右レールの短絡によって分流信号ｉ１，ｉ２の値が近づき、それから得られた不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が５％近傍の「小不平衡状態」になるので（図７の太い実線のうち列車在線時に該当する中央部分を参照）、『列車が在線している状態』という列車在線確定の判定が出る。

列車がレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃに在線している場合のうち、レール破断の有る状態では、繰り返しとなる詳細な説明は割愛するが、要するに列車位置とレール破断位置との関係に応じて上述した「小不平衡状態」か「大不平衡状態」になり（図７の一点鎖線や二点鎖線のうち列車在線時に該当する中央部分を参照）、「小不平衡状態」のときには『列車が在線している状態』という判定が出、「大不平衡状態」のときには『レール破断が有る状態』という判定が出る。
このようにして列車在線有りの判定かレール破断有りの判定が出た場合は、保守用車の置き忘れの有無を確認したり、レール破断箇所を探索したりして、安全を確認する。

［複線用の公知改良例２］
複線用の公知改良例２であるレール破断検知装置７０について、その具体的な構成を、図８を引用して説明する。

このレール破断検知装置７０が上述した公知改良例１のレール破断検知装置２０と相違するのは、レール対１１＆１２に係る検査区間１１ｃ，１２ｃに検査区間１１ｅ，１２ｅが加えられた点と、別レール対１３＆１４に検査区間１３ｃ，１４ｃと検査区間１３ｅ，１４ｅとが加えられた点である。これらを第１改造点と呼ぶ。また、レール破断検知装置７０がレール破断検知装置２０と相違する第２改造点は、別レール対１３＆１４の一方のレール１３の検査区間１３ｃに加えて他方のレール１４の検査区間１４ｃも巡回電路形成部材３０に組み込まれている点と、別レール対１３＆１４について計測部５０及び判定部６０と同様の計測部５０ａ及び判定部６０ａが設置されている点である。

第１改造点を詳述すると、レール１１については、区間端１１ａから区間中央位置になった送信点１１ａａを挟んで区間端１１ｂと検査区間１１ｃとの反対側に区間端１１ｄと検査区間１１ｅとが設定され、レール１２については、区間端１２ａから区間中央位置になった送信点１２ａａを挟んで区間端１２ｂと検査区間１２ｃとの反対側に区間端１２ｄと検査区間１２ｅとが設定され、レール１３については、区間中央位置の送信点１３ａａを挟んで区間端１３ｂと検査区間１３ｃとの反対側に区間端１３ｄと検査区間１３ｅとが設定され、レール１４については、区間中央点の送信点１４ａａを挟んで区間端１４ｂと検査区間１４ｃとの反対側に区間端１４ｄと検査区間１４ｅとが設定されている。また、それらに随伴して、送信点１１ａａと送信点１２ａａとを結ぶ短絡ライン２１は区間内短絡ライン２１ａａになり、送信点１３ａａと送信点１４ａａとを結ぶ接続線２３は区間内短絡ライン２３ａａになっている。

さらに、区間端１１ｄと区間端１２ｄとが区間端短絡ライン２６にて接続されてそこでも左右レール１１，１２が短絡されるとともに、区間端１３ｄと区間端１４ｄとが区間端短絡ライン２７にて接続されてそこでも左右レール１３，１４が短絡され、更に区間端１３ｂと区間端１４ｂとが区間端短絡ライン２４にて接続されてそこでも左右レール１３，１４が短絡される。また、巡回電路形成ライン３３の一端が接続箇所２２ｃの所で区間端短絡ライン２２に接続され他端が接続箇所２４ｃの所で区間端短絡ライン２４に接続されるとともに、巡回電路形成ライン３４の一端が接続箇所２６ｃの所で区間端短絡ライン２６に接続され他端が接続箇所２７ｃの所で区間端短絡ライン２７に接続されている。

そして、それらの区間端短絡ライン２６，２７に対しても、やはり上述した不平衡化手段２５と同様の不平衡化手段が付設されている（なお、図では同じ符号“２５”を付している）。
また、区間端短絡ライン２１に付設されていた不平衡化手段２５は、区間端短絡ライン２２に移設されている。
さらに、電流プローブ５１，５２の接続先が、区間端短絡ライン２２から、区間端短絡ライン２１から位置付けの変わった区間内短絡ライン２１ａａへ、変更されている。

第２改造点を詳述すると、レール１３の送信点１３ａａとレール１４の送信点１４ａａとが区間内短絡ライン２３ａａによって短絡されるとともに、巡回電路形成ライン３２の接続先が区間内短絡ライン２３ａａの中間の接続箇所２３ｃになっている。
しかも、区間端短絡ライン２２と同様の区間端短絡ライン２４が区間端短絡ライン２２の近くで別レール対１３＆１４に対して接続されて、レール１３の区間端１３ｂとレール１４の区間端１４ｂとが区間端短絡ライン２４によって短絡されるとともに、巡回電路形成ライン３３の接続先が区間端短絡ライン２４の中間の接続箇所２４ｃになっている。

これにより、レール１４の検査区間１４ｃもレール１３の検査区間１３ｃと並列状態で巡回電路形成部材３０に組み込まれるとともに、別レール対１３＆１４の左右レールについても帰線電流が短絡されることになる。
また、上述した区間端短絡ライン２４に対しても、上述した不平衡化手段２５と同様の不平衡化手段が付設されている（図示に際しては同じ符号“２５”を付している）。

さらに、区間内短絡ライン２３ａａのうち巡回電路形成ライン３２の接続箇所２３ｃよりもレール１３の送信点１３ａａ寄り部分には電流プローブ５８（電流センサ，カレントトランスなど）が付設されて、レール１３の検査区間１３ｃを流れる分流信号ｉ３が測定されるとともに、区間端短絡ライン２３のうち接続箇所２３ｃよりもレール１４の区間端１４ａ寄り部分には電流プローブ５９（電流センサ，カレントトランスなど）が付設されて、レール１４の検査区間１４ｃを流れる分流信号ｉ４が測定されるようになっている。分流信号ｉ３の測定値ｋ３や分流信号ｉ４の測定値ｋ４に基づき計測部５０ａと判定部６０ａによって別レール対１３＆１４の破断に係る判定を行うようにもなっている。

この場合、レール対１１＆１２の検査区間１１ｃ（１２ｃ）についてレール破断の有無や列車在線の有無に係る検出が行えるのに加えて同じレール対１１＆１２の別の検査区間１１ｅ（１２ｅ）や別レール対１３＆１４の検査区間１３ｃ（１４ｃ），１３ｅ（１４ｅ）についてもレール破断の有無や列車在線の有無に係る検出が行える。
そして、それに要する設備については、計測部と判定部はレール対１１＆１２用の一セット（５０＆６０）と別レール対１３＆１４用の一セット（５０ａ＆６０ａ）とで計二セット設置されるが、送信部４０は送信パワーの大きな一台で済ませる。
そのため、設備費も設置作業費も節約することができる。

このようなレール破断検知装置７０の動作を説明するが（図９，図１０参照）、説明の明瞭化や簡素化のため検査信号ｉ０等の伝達を双方向の片側だけ述べる。そうすると、送信部４０から巡回電路形成部材３０に送出された検査信号ｉ０が、巡回電路形成ライン３１と区間内短絡ライン２１ａａを経て、レール１１の検査区間１１ｃの分流信号ｉ１とレール１２の検査区間１２ｃの分流信号ｉ２の組と、レール１１の検査区間１１ｅの分流信号ｉ５とレール１２の検査区間１２ｅの分流信号ｉ６の組とに分かれる。

それから分流信号ｉ１，ｉ２の組が巡回電路形成ライン３３で合わさってから再びレール１３の検査区間１３ｃの分流信号ｉ３とレール１４の検査区間１４ｃの分流信号ｉ４とに分かれ、分流信号ｉ５，ｉ６の組が巡回電路形成ライン３４で合わさってから再びレール１３の検査区間１３ｅの分流信号ｉ７とレール１４の検査区間１４ｅの分流信号ｉ８とに分かれる。
それから、それらｉ３，ｉ４，ｉ７，ｉ８は、区間内短絡ライン２３ａａで合わさり、電路形成ライン３２では検査信号ｉ０になって送信部４０に戻る。

そのような信号伝達状態において、レール破断がどこにも無く列車在線も無ければ（図９（ａ）を参照）、分流信号ｉ１と分流信号ｉ２とが延いては該当する平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になり（図７の実線グラフの両端部を参照）、分流信号ｉ３と分流信号ｉ４とが延いては該当する平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になり、分流信号ｉ５と分流信号ｉ６とが延いては該当する平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になり、分流信号ｉ７と分流信号ｉ８とが延いては該当する平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になる。

そして、分流信号ｉ１，ｉ５の和電流（ｉ１＋ｉ５）と分流信号ｉ２，ｉ６の和電流（ｉ２＋ｉ６）とが延いては該当する平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になり、分流信号ｉ３，ｉ７の和電流（ｉ３＋ｉ７）と分流信号ｉ４，ｉ８の和電流（ｉ４＋ｉ８）とが延いては該当する平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になる。

そうすると、和電流（ｉ１＋ｉ５）の測定値ｋ１と和電流（ｉ２＋ｉ６）の測定値ｋ２とに係る平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になるため、判定部６０によって、レール１１の検査区間１１ｃ，１１ｅ及びレール１２の検査区間１２ｃ，１２ｅについては、「設定不平衡状態」になるので、『レール破断が無く列車在線も無い状態』という判定が出る。

また、和電流（ｉ３＋ｉ７）の測定値ｋ３と和電流（ｉ４＋ｉ８）の測定値ｋ４とに係る平衡状態値（不平衡率α）が設定不平衡状態になるため、判定部６０ａによって、レール１３の検査区間１３ｃ，１３ｅ及びレール１４の検査区間１４ｃ，１４ｅについても、「設定不平衡状態」になるので、『レール破断が無く列車在線も無い状態』という判定が出る。

これに対し、レール対１１＆１２に係る何れかの検査区間１１ｃ，１１ｅ，１２ｃ，１２ｅの何処か例えば検査区間１２ｅにレール破断１２ｘが発生すると（図９（ｂ）参照）、繰り返しとなる煩雑な説明は割愛するが、平衡状態値（不平衡率α）が大不平衡状態になるので（図５において海側レール１２の破断に対応している一点鎖線グラフの両端部を参照）、『レール破断が有る』との判定が出る。
また、レール対１１＆１２に係る何れかの検査区間１１ｃ，１１ｅ，１２ｃ，１２ｅの何処か例えば検査区間１１ｅ，１２ｅに列車が進入すると、やはり簡潔に述べると、平衡状態値（不平衡率α）が小不平衡状態になるので（図７の実線グラフのうち列車進入位置と送信点との中間部分を参照）、『列車在線が有る』といった判定が出る。

このように、レール破断検知装置７０（複線用の公知改良例２）にあっては、複線１０の検査区間１１ｃ，１１ｅ，１２ｃ，１２ｅ，１３ｃ，１３ｅ，１４ｃ，１４ｅについてレール破断の有無や列車在線の有無を検出することができる。
また、レール破断検知装置７０（複線用の公知改良例２）は、検査信号ｉ０の送受信に直接的に関わる巡回電路形成ライン３１，３２と区間内短絡ライン２１ａａ，２３ａａとが検査区間の外端（１１ｂ，１１ｄなど）でなく内側（１１ａａ，１２ａａなど）に位置しているので、レール長手方向へ繋げて設置するのが容易なものにもなっている。

特開２０２１－０４６１６３号公報 特開２０２１－０６６３５３号公報

鉄道技術者のための信号概論「軌道回路」 社団法人「日本鉄道電気技術協会」出版、平成１７年５月２０日 改訂版２刷発行、ｐ．３～５

複線用の公知改良例２として上述したレール破断検知装置７０は、要約すると、「鉄道の軌道をなすレール対１１＆１２，１３＆１４の複数箇所に付設されて夫々の付設箇所で前記レール対の左右レールについて帰線電流を短絡させる複数の区間端短絡ライン２２，２６，２４，２７及び区間内短絡ライン２１ａａ，２３ａａと、前記区間端短絡ライン及び前記区間内短絡ラインに接続されて前記レール対と共に巡回する電路を形成する巡回電路形成部材３０（３１，３２，３３，３４）と、前記巡回電路形成部材３０を介して前記区間内短絡ライン２１ａａ，２３ａａに対して帰線電流とは異なる検査信号を送出する送信部４０と、前記区間内短絡ライン２１ａａ，２３ａａについて巡回電路形成部材３０の接続箇所の両側で前記検査信号に係る一対の分流信号ｋ１＆ｋ２，ｋ３＆ｋ４を測定する計測部５０，５０ａと、対をなす前記分流信号の釣り合い状態をレール破断の無い状態では平衡状態から遠ざける又は不平衡状態にする不平衡化手段２５と、対をなす前記分流信号の測定値に基づいてレール破断と列車在線とに係る判定を行う判定部６０，６０ａとを備えているレール破断検知装置」と言える。

更に、前記判定部が、対をなす前記分流信号について平衡状態にあるのか不平衡状態にあるのかを判別して、前記不平衡化手段の不平衡化に対応した設定不平衡状態にあると判別したときにはレール破断が無く列車在線も無い状態であると決定し、前記不平衡化手段の不平衡化に対応した設定不平衡状態よりも不平衡度合の大きい大不平衡状態にあると判別したときにはレール破断が有ると決定し、前記不平衡化手段の不平衡化に対応した設定不平衡状態よりも不平衡度合の小さい小不平衡状態にあると判別したときには列車が在線していると決定することで、レール破断等に係る判定が出されるようになっている。

そのようなレール破断検知装置７０を試作して複線１０に設置し、そこに列車や保守用車を走行させて模試や実験を行ったところ、新幹線や特急といった高速電車の走行速度に匹敵する高速走行時であれ、それより遅い保守用車の走行速度に該当する低速走行時であれ、不平衡率α（平衡状態値ｋ０）が大不平衡状態なのか小不平衡状態なのかそれらの中間の設定不平衡状態なのかに応じてレール破断状態なのか列車走行状態なのか何れでも無い通常状態なのかを分別することができた（図７参照）。

ところが、設定条件を種々変えながら実験を繰り返したところ、列車走行中に短時間ではあるが一時的に不平衡率αが小不平衡状態から設定不平衡状態になることが判明した。
しかし、例え設定不平衡状態への遷移は一時的なものであっても不所望な誤検知を招きかねない。そして更なる状況把握のため、列車走行速度を下げてみたところ設定不平衡状態に遷移している状態の継続時間が長くなり、さらには、該当箇所に列車を停止させると不所望な遷移状態（設定不平衡状態）が継続してしまうことも判明した。

そこで、送信点からの距離を横軸に採り縦軸に不平衡率αを採ったグラフにて確認したところ（図１０参照）、列車走行時に送信点近傍で不平衡率αが本来の小不平衡状態から不所望な設定不平衡状態へ遷移してしまう「列車検知不可能区間」が存在する、ということが判明した。
そして、そのような送信点近傍の列車検知不可能区間に保守用車等が止まり続けると、その状況は通常では考えられないが完全には否定できないので念のため考慮すると、線路上への車両等の置き忘れといった不所望な事態の見逃しを招くことにもなりかねない。

このため、上述の列車検知不可能区間についても列車等停止状態まで含めて列車走行状態なのか通常状態なのかを分別できるように改良することが基本的な技術課題となる。
しかも、その際、コストアップ等の回避や抑制のため計測部等の拡張を回避しつつ、判定部の機能の変更や拡張にて改良を具現化することも更なる技術課題となる。
そして、そのような技術課題の解決に役立ちそうな判定材料として着目した事象が、区間端の列車進入出位置と区間内の送信点とにおける小不平衡状態と設定不平衡状態との状態遷移状況の相違である。

そのような判定材料の具体例を図１０のグラフで示すと、列車走行時の白抜き実線グラフにおける列車進入点・進出点と列車検知不可能区間とに係る非水平部分の斜度の相違が該当する。
しかしながら、その斜度は、変位（距離の差）当たりの不平衡率αの変化率β（以下、変位当たり変化率βという）であり、その変位当たり変化率βは列車進入点・進出点や列車検知不可能区間とにおける非水平部分における縦軸方向の不平衡率の差Δαを横軸方向の距離の差Δｍで除して得られるものである。

そのため、走行体の精密な位置情報も速度情報も持たないレール破断検知装置にとっては、変位当たり変化率βは算出することが困難である。
そこで、そのような物理量（β）でなく計測や算出の可能な他の物理量を用いることにより、列車等が送信点近傍の列車検知不可能区間に留まっているのか検査区間から出たのかをレール破断検知装置が判別できるように改良することが具体的な技術課題となる。

本発明のレール破断検知装置は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、
鉄道の軌道をなすレール対の複数箇所に付設されて夫々の付設箇所で前記レール対の左右レールについて帰線電流を短絡させる複数の区間端短絡ライン及び区間内短絡ラインと、前記区間端短絡ライン及び前記区間内短絡ラインに接続されて前記レール対と共に巡回する電路を形成する巡回電路形成部材と、前記巡回電路形成部材を介して前記区間内短絡ラインに対して帰線電流とは異なる検査信号を送出する送信部と、前記区間内短絡ラインについて巡回電路形成部材の接続箇所の両側で前記検査信号に係る一対の分流信号を測定する計測部と、対をなす前記分流信号の釣り合い状態をレール破断の無い状態では平衡状態から遠ざける又は不平衡状態にする不平衡化手段と、対をなす前記分流信号の測定値に基づいてレール破断と列車在線とに係る判定を行う判定部とを備えているレール破断検知装置において、
前記不平衡状態の度合いを比率で示す不平衡率を前記分流信号の測定値から算出する手段と、前記不平衡率の経時変化に基づいてその時間当たり変化率を算出する手段とを具備し、前記判定手段が前記不平衡率と前記時間当たり変化率との変化に応じて在線状態と非在線状態とレール破断状態とのうち何れか一つの状態を選択するようになっていることを特徴とする。

また、本発明のレール破断検知装置は（解決手段２）、上記解決手段１のレール破断検知装置であって、前記判定手段が、動作開始時には、前記不平衡率に係る大中小の分類に応じて前記在線状態と前記非在線状態と前記レール破断状態とから何れか一つを選出して初期状態に採用するようになっている、ことを特徴とする。

さらに、本発明のレール破断検知装置は（解決手段３）、上記解決手段２のレール破断検知装置であって、前記判定手段が、前記不平衡率に係る大中小の分類に加えて、前記時間当たり変化率に係る大小の分類も、遷移先状態の選択要因とするものである、ことを特徴とする。

また、本発明のレール破断検知装置は（解決手段４）、上記解決手段３のレール破断検知装置であって、前記判定手段が、前記在線状態のときには、前記不平衡率の分類が小の間は前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記非在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移するようになっている、ことを特徴とする。

また、本発明のレール破断検知装置は（解決手段５）、上記解決手段３のレール破断検知装置であって、前記判定手段が、前記非在線状態のときには、前記不平衡率の分類が中の間は前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移するようになっている、ことを特徴とする。

また、本発明のレール破断検知装置は（解決手段６）、上記解決手段３のレール破断検知装置であって、前記判定手段が、
前記レール破断状態のときには、前記不平衡率の分類が大の間は前記レール破断状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になったときには前記非在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が小になったときには前記在線状態に状態遷移し、
前記在線状態のときには、前記不平衡率の分類が小の間は前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記非在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移し、
前記非在線状態のときには、前記不平衡率の分類が中の間は前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移するようになっている、ことを特徴とする。

このような本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段１）、元々利用可能な不平衡率（α）から算出しうる時間当たり変化率（γ）を用いて状態判別がなされるようにしたことにより、算出困難な変位当たり変化率（β）を用いなくても、列車等が送信点近傍の列車検知不可能区間に留まっているのか検査区間から出たのかをレール破断検知装置が判別できる。
したがって、この発明によれば、上述の具体的な技術課題を解決することができる。

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段２）、動作開始時の一瞬だけは、不平衡率（α）の経時変化に基づく時間当たり変化率（γ）が取得できないので、不平衡率（α）だけで初期状態が仮決めされるが、時間当たり変化率（γ）は在線状態（小不平衡状態）と非在線状態（設定不平衡状態）との選別のために導入されたものであり最も重要なレール破断状態（大不平衡状態）の選別には影響しないので、課題解決手段を簡便に具現化することができる。

さらに、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段３）、時間当たり変化率（γ）に基づく分類は、送信点を含む列車検知不可能区間と送信点から離れた区間端とに係る物性値の違いを利用するものであるから、遷移先状態の選択には大小の分類で足りるので、課題解決手段を簡便に具現化することができる。

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段４）、在線状態にあるときの状態遷移については、不平衡率（α）が小の間は従来通り在線状態を維持し、不平衡率（α）が大になったときにも従来通りレール破断状態へ遷移するが、不平衡率（α）が中になったときには、従来のように直ちに非在線状態へ遷移するのでなく、更に時間当たり変化率（γ）の確認も行われて、時間当たり変化率（γ）が大のときには非在線状態へ遷移する一方、時間当たり変化率（γ）が小のときには従来と異なり状態変化無しとみなして在線状態を維持するようになっている。
これにより、時間当たり変化率（γ）が小になる列車検知不可能区間に列車が入っているときにも、正しく在線状態が維持される。そのため、このレール破断検知装置にあっては、列車等が送信点近傍の列車検知不可能区間に留まっていても在線状態が正しく判別される。

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段５）、非在線状態にあるときの状態遷移については、不平衡率（α）が中の間は従来通り非在線状態を維持し、不平衡率（α）が大になったときにも従来通りレール破断状態へ遷移するが、不平衡率（α）が小になったときには、従来のように直ちに在線状態へ遷移するのでなく、更に時間当たり変化率（γ）の確認も行われて、時間当たり変化率（γ）が大のときには在線状態へ遷移する一方、時間当たり変化率（γ）が小のときには従来と異なり状態変化無しとみなして非在線状態を維持するようになっている。これにより、列車検知不可能区間も含めて検査区間の中に列車が存在していなければ非在線状態が維持される。そのため、このレール破断検知装置にあっては、列車等が検査区間に留まっていないことが正しく判別される。

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段６）、上述したように不平衡率（α）と時間当たり変化率（γ）とに基づいて在線状態と非在線状態とを的確に判別することができるのに加えて、不平衡率（α）に基づいてレール破断状態も的確に判別することができる。

本発明の実施例１について、レール破断検知装置の構造を示し、（ａ）が鉄道の軌道の典型例である複線部分に設置されたレール破断検知装置に係る概要ブロック図であり、（ｂ）がレール破断検知装置の判定部の機能を示す状態遷移図である。 （ａ），（ｂ）何れも晴天時の高速走行に係る特性グラフであり、（ａ）は、高速な列車の通過時の不平衡率αを縦軸にとり、経過時間ｔを横軸にとって、不平衡率αの経時変化を示したグラフであり、（ｂ）は、その際における「不平衡率αの時間当たり変化率γ」を縦軸にとり、送信点からの距離を横軸にとって、時間当たり変化率γの遷移状態を走行位置基準で示したグラフである。 同様に（ａ）が不平衡率αの経時変化を示すとともに（ｂ）が時間当たり変化率γの走行位置毎の変化を示すが、何れも雨天時の高速走行に係る特性グラフである。 同様に（ａ）が不平衡率αの経時変化を示すとともに（ｂ）が時間当たり変化率γの走行位置毎の変化を示すが、何れも晴天時の低速走行に係る特性グラフである。 同様に（ａ）が不平衡率αの経時変化を示すとともに（ｂ）が時間当たり変化率γの走行位置毎の変化を示すが、何れも雨天時の低速走行に係る特性グラフである。 背景技術を示す従来のレール破断検知装置のうち単線用の公知改良例１に係り、（ａ）が鉄道の軌道の典型例である複線におけるレールの配置例を示し、（ｂ）が単線部分に設置されたレール破断検知装置に係る概要ブロック図であり、（ｃ）が計測部と判定部とに係る詳細ブロック図である。 軌道回路の平衡状態を不平衡率で示す模式図である。 背景技術を示す従来のレール破断検知装置のうち複線用の公知改良例２に係り、レール破断検知装置の構造を示すブロック図である。 上記の公知改良例２に係り、レール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）が通常状態（設定不平衡状態）であり、（ｂ）がレール破断状態（大不平衡状態）であり、（ｃ）が列車検知状態の（小不平衡状態）である。 上記の公知改良例２に係り、送信点からの距離を横軸に採り縦軸に不平衡率を採ったグラフである。

このような本発明のレール破断検知装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１により説明する。
図１～５に示した実施例１は、上述した解決手段１～６（出願当初の請求項１～６）を総て具現化したものである。
なお、それらの図示に際しては、詳細で煩雑な回路の図示は割愛し、簡明化等のため、ブロック図を多用して、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。

本発明のレール破断検知装置の実施例１について、その具体的な構成を、図１を引用して説明する。
図１（ａ）は、レール破断検知装置８０の構造を示し、鉄道の軌道の典型例である複線部分１１～１４に設置されたレール破断検知装置８０に係る概要ブロック図である。
図１（ｂ）は、該装置８０のうち判定部８２の機能を示す状態遷移図である。

図２（ａ）～図５（ａ）は、何れも、不平衡率αを縦軸にとり、経過時間ｔを横軸にとって、列車通過時の不平衡率αの経時変化を示したグラフである。
図２（ｂ）～図５（ｂ）は、不平衡率αの時間当たり変化率γを縦軸にとり、送信点からの距離を横軸にとって、時間当たり変化率γの遷移状態を走行位置基準で示したグラフである。
それらのうち、図２は晴天下で高速走行したときのものであり、図３は雨天下で高速走行したときのものであり、図４は晴天下で低速走行したときのものであり、図５は雨天下で低速走行したときのものである。

レール破断検知装置８０は（図１（ａ）参照）、既述した複線用の公知改良例２であるレール破断検知装置７０の一部を改造したものであり、そのレール破断検知装置７０と相違するのは、既述の計測部５０，５１ａがそれぞれ計測部８１，８１ａになった点と、既述の判定部６０，６０ａがそれぞれ判定部８２，８２ａになった点である。
また、計測部８１や判定部８２と計測部８１ａや判定部８２ａとの相違点も、既述のレール破断検知装置７０と同様であり、計測対象や判定対象がレール対１１＆１２なのか別レール対１３＆１４なのかという点である。
そこで、繰り返しとなる説明は割愛し、計測部８１と判定部８２について詳述する。

計測部８１は（図１（ａ）参照）、不平衡状態の度合いを比率で示す不平衡率αを既述の計測部５０と同じく分流信号ｉ１，ｉ２の測定値ｋ１，ｋ２から式［｜ｋ１－ｋ２｜／（ｋ１＋ｋ２）×１００％］で算出することに加え、不平衡率αの経時変化度である時間当たり変化率γも算出するようになっている。その時間当たり変化率γは、理論的には不平衡率αの時間微分であるが、実用的には不平衡率αの時間差分で算出される。その際に、局所的な移動平均といった種々のノイズ対策も施されるが、その具体的な手法は公知のものでも足りるので、詳細な説明は割愛する。また、既述のように変位当たり変化率βが不平衡率αの距離微分なのに対し、時間当たり変化率γは不平衡率αの時間微分なので、時間当たり変化率γは、列車等の精密な位置情報や速度情報が無くても毎時の不平衡率αから容易に算出することができる。

判定部８２は（図１（ａ）参照）、下り線のレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ，１２ｃ，１１ｅ，１２ｅに列車が存在しない非在線状態と、それらの検査区間１１ｃ～１２ｅの何処かに列車が存在している在線状態と、それらの検査区間１１ｃ～１２ｅの何れかのレールに破断が存在しているレール破断状態とを切り分けるようになっている。また、不平衡率αの変化に応じて状態遷移を行うだけでなく、時間当たり変化率γの変化にも応じて状態遷移を行うことにより、不平衡率αと時間当たり変化率γとの組データの変化に応じて在線状態と非在線状態とレール破断状態とのうち何れか一つの状態を選択するようになっている。なお、状態遷移の認定・判定に際しては既述のようにヒステリシス特性が考慮されるようにもなっているが、ここでは、説明の煩雑化を回避するために、該特性には言及しない。

また、そのような判定部８２の機能は、状態遷移図にて簡潔かつ明瞭に示すことができるので（図１（ｂ）参照）、その図を参照しながら判定部８２の機能を詳述する。
先ず、動作開始時には、不平衡率αは直ちに取得できるが、不平衡率αの時間差分にて算出される時間当たり変化率γの取得は一瞬だが遅れるので、不平衡率αの値に応じて初期状態が振り分けられる。具体的には（図７と図１（ｂ）とを参照）、不平衡率αが例えば９．９％未満の小不平衡状態（以下、単に「小」と約す）のときには検査区間１１ｃ～１２ｅの状態が「在線状態」とされ、不平衡率αが例えば１０．０％～１５．０％の設定不平衡状態（以下、単に「中」と約す）のときには検査区間１１ｃ～１２ｅの状態が「非在線状態」とされ、不平衡率αが例えば１５．１％超の大不平衡状態（以下、単に「大」と約す）のときには検査区間１１ｃ～１２ｅの状態が「レール破断状態」とされるようになっている。

その後は（図１（ｂ）参照）、不平衡率αが大になると時間当たり変化率γが大小いずれであろうと検査区間１１ｃ～１２ｅの状態がレール破断状態とされる。この「レール破断状態」のときには、不平衡率αが大のうちは検査区間１１ｃ～１２ｅの状態がレール破断状態とされ続け、不平衡率αが中になると検査区間１１ｃ～１２ｅの状態が非在線状態に遷移し、不平衡率αが小になると、検査区間１１ｃ～１２ｅの状態が在線状態に遷移するようになっている。そのため、列車等がレール破断箇所より送信点１１ａａ，１２ａａに近づいたときには列車等の在線検出が優先されるとともに、レール破断状態が線路の修理等にて解消されたときには、そのレール状態に対して自動で対応できるものとなっている。

そのようなレール破断状態と異なり、在線状態と非在線状態では、状態遷移先の判定に際して、上述のような不平衡率αに係る大中小の分類に加えて、時間当たり変化率γに係る大小の分類も、遷移先状態の選択要因となっている（図１（ｂ）参照）。
具体的には、想定される晴雨等の環境条件や列車等の走行速度といった変動要因をも考慮して、列車進入出位置における時間当たり変化率γの最低値（図３のγ＝５．３参照）と送信点における時間当たり変化率γの最高値（図２のγ＝４．５参照）との中間値（例えば４．９）に対する大小比較が先ず行われ、それから時間当たり変化率γの値が中間値（＝４．９）より大きければその時間当たり変化率γは「大」に分類され、時間当たり変化率γの値が中間値（＝４．９）より小さければその時間当たり変化率γは「小」に分類されるようになっている。

なお、時間当たり変化率γの最低値（γ＝５．３）について詳述すると、これには、晴天時の高速走行に係る図２におけるγ＝６．４や６．５と、雨天時の高速走行に係る図３におけるγ＝５．３や５．４と、晴天時の低速走行に係る図４におけるγ＝６．４や６．５と、雨天時の低速走行に係る図５におけるγ＝５．３や５．４とのうち、最も小さな値である図３の「５．３」が該当する。
また、時間当たり変化率γの最高値（γ＝４．５）には、図２におけるγ＝４．５と、図３におけるγ＝４．２と、図４におけるγ＝２．３と、図５におけるγ＝２．１とのうち、最も大きな値である図２の「４．５」が該当する。

そして、「非在線状態」では、不平衡率αが中のうちは検査区間１１ｃ～１２ｅの状態が非在線状態とされ続けるが、不平衡率αが大になると検査区間１１ｃ～１２ｅの状態がレール破断状態とされる。さらに、不平衡率αが小になったときには、それだけで直ちに状態遷移するのでなく、時間当たり変化率γの大小も調べて、時間当たり変化率γが小のときには、時間当たり変化率γが送信点通過時の値に該当していて状態変化が無いとみなせることから、状態遷移せずに非在線状態を維持する。そして、不平衡率αが小になるとともに時間当たり変化率γが大になったときに在線状態へ状態を遷移させるようになっている。

これに対し、「在線状態」では、不平衡率αが小のうちは検査区間１１ｃ～１２ｅの状態が在線状態とされ続けるが、不平衡率αが大になると検査区間１１ｃ～１２ｅの状態がレール破断状態とされる。さらに、不平衡率αが中になったときには、それだけで直ちに状態遷移するのでなく、時間当たり変化率γの大小も調べて、時間当たり変化率γが小のときには、やはり時間当たり変化率γが送信点通過時の値に該当していて状態変化が無いとみなせることから、状態遷移せずに在線状態を維持する。そして、不平衡率αが中になるとともに時間当たり変化率γが大になったときに在線状態へ状態を遷移させるようになっている。

この実施例１のレール破断検知装置８０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。
上述したように図２（ａ）～図５（ａ）は列車通過時の不平衡率αの経時変化を示したグラフであり、図３（ｂ）～図５（ｂ）は時間当たり変化率γの遷移状態を走行位置基準で示したグラフであり、更に、図２は晴天下で高速走行したときのものであり、図３は雨天下で高速走行したときのものであり、図４は晴天下で低速走行したときのものであり、図５は雨天下で低速走行したときのものである。

なお、高速走行時の速度は新幹線等の２６０ｋｍ／ｈ超を想定しており、低速時の速度はその半分程度を想定しており、何れも保守用車より高速である。そのため、保守用車が新幹線等の監視システムの対象外であっても、レール破断検知装置８０なら保守用車の在線・非在線まで検出することが可能である。以下、場合分けして詳述する。

先ず、レール破断が無く且つ列車走行も無い通常状態の場合、不平衡率αが中を維持し時間当たり変化率γが小を維持し続けるので、判定部８２から非在線状態という的確な判定が出される（図１（ｂ）参照）。
これに対し、列車走行が無くて非在線状態だったときにレール破断が発生した場合、不平衡率αが中から大に変化するので、判定部８２からレール破断状態という的確な判定が出される（図１（ｂ）参照）。なお、そのレール破断が修理されると、不平衡率αが中に戻るので、判定部８２の判定が適切な在線状態になる（図１（ｂ）参照）。

また、列車が検査区間内に居て在線状態だったときにレール破断が発生した場合も、不平衡率αが小から大に変化するので、判定部８２からレール破断状態という的確な判定が出される（図１（ｂ）参照）。詳述すると、送信点から見て在線位置より手前の位置で破断したときには直ちに破断が検知され、送信点から見て在線位置より後方で破断したときには、直ちにではないが、列車が送信点を通過すると、不平衡率αが小から大に変化するので、そこで破断が検知される。
そして、レール破断が存在するうちは不平衡率αが大のままで判定部８２からレール破断状態という判定が出続けるが、レール破断が修理されると、列車在線のままであれば不平衡率αが小に戻るため判定部８２の判定が適切な在線状態に戻り、列車が既に片付けられていれば不平衡率αが中に戻るため判定部８２の判定が適切な非在線状態に戻る（図１（ｂ）参照）。

さらに、レール破断が無い状態で列車が検査区間に進入した場合、高速走行であれ低速走行であれ晴天時であれ雨天時であれ何れの状況下でも（図２～図５参照）、先ず検査区間への列車進入時に、不平衡率αが中から小に変化するとともに（各図の（ａ）の左端部を参照）、時間当たり変化率γが上述の中間値（＝４．９）より大きな値になるので（各図の（ｂ）の左端部を参照）、判定部８２の判定が適切な在線状態になる（図１（ｂ）参照）。
そして、列車が列車進入位置と列車検知不可能区間との間にいるうちは、前進ばかりか一時停止や後退があっても、不平衡率αが小のままなので、判定部８２の判定が適切な在線状態を維持する（図１（ｂ）参照）。

それから、列車が列車検知不可能区間に進入すると、不平衡率αが中になるが（図２（ａ）～図５（ａ）の中央部を参照）、時間当たり変化率γが小のままなので、判定部８２の判定が適切な在線状態を維持する（図１（ｂ）参照）。そして、列車が列車検知不可能区間から出ると、そのときの進行方向が前進であれ後退であれ、不平衡率αが小に戻るので（図２（ａ）～図５（ａ）における中央部と両端部との中間部分を参照）、判定部８２の判定が適切な在線状態を維持する（図１（ｂ）参照）。

さらに、列車が進行して区間端１１ｂ，１２ｂ又は１１ｄ，１２ｄに到達し更に検査区間１１ｃ，１２ｃ又は１１ｅ，１２ｅから出ると、不平衡率αが小から中に変化するとともに（図２（ａ）～図５（ａ）の両端部を参照）、時間当たり変化率γが上述の中間値（＝４．９）より大きな値になるので（各図の（ｂ）の両端部を参照）、判定部８２の判定が適切な非在線状態になる（図１（ｂ）参照）。

こうして、このレール破断検知装置８０にあっては、下り線のレール対１１＆１２の検査区間１１ｃ～１２ｅに係るレール破断状態に加えて列車在線状態ひいては保守用車の残置まで検出することができる。
また、繰り返しとなる煩雑な説明は割愛するが、上り線の別レール対１３＆１４の検査区間１３ｃ～１４ｅに係るレール破断状態に加えて列車在線状態ひいては保守用車の残置まで検出することもできる。

［その他］
上記の判定部８２（図１（ｂ）参照）では、開始時にたまたま列車等が列車検知不可能区間に存在していた場合には初期状態として非在線状態が選択されてしまう可能性があるが、その場合には、列車検知不可能区間の列車在線状態を確認させる警報を出したり、その確認結果の操作入力等に応じて必要なら非在線状態から在線状態へ状態を遷移させる、といった拡張機能もレール破断検知装置８０に装備するのが望ましい。
もっとも、そのような拡張機能を実装していない場合でも、開始時には先ず線路の状態や安全を確認するための保守用車などを要員監視下で一巡走行させれば、それによって自動的に、判定部８２の状態が適切な状態に設定し直される。

上記の公知改良例ひいては実施例では、計測部５０が測定値ｋ１，ｋ２の加算や減算を測定信号の状態で専用回路にて行ってから受信するようになっていたが（図１（ｃ）参照）、それらの測定信号をそれぞれ先に受信し、その後に適宜な専用演算回路や汎用プロセッサ等にて処理するようにしても良い。また、計測部５０と判定部６０が別ブロックになっていたが、両部の機能を発揮することができれば、ハードウェアが分かれている必要は無く、例えば判定部６０と平衡状態値算出部５７とが一プロセッサで具現化されていても良く、それら６０，５７に加えて加算部５３や減算部５４さらには受信部５５，５６まで一プロセッサで具現化されていても良い。

１０ 複線（鉄道）
１１＆１２ レール対（左右レール，軌道）
１１，１２ レール
１２ｘ レール破断
１３＆１４ 別レール対（左右レール，軌道）
１３，１４ レール（別レール）
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ 区間端
１１ａａ，１２ａａ，１３ａａ，１４ａａ 送信点（区間内）
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ 区間端
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ 検査区間
１１ｄ，１２ｄ，１３ｄ，１４ｄ 区間端
１１ｅ，１２ｅ，１３ｅ，１４ｅ 検査区間
１５ 列車
２０ レール破断検知装置
２１，２２，２４，２６，２７ 区間端短絡ライン（接続線）
２１ａａ（２１），２３ａａ（２３） 区間内短絡ライン（送信線）
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ 部分ライン
２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２６ｃ，２７ｃ 接続箇所（分流点・合流点）
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 不平衡化手段
３０ 巡回電路形成部材
３１，３２，３３，３４ 巡回電路形成ライン（接続線）
４０ 送信部
５０，５０ａ 計測部
５１，５２ 電流プローブ
５３ 加算部
５４ 減算部
５５，５６ 受信部
５７ 平衡状態値算出部
５８，５９ 電流プローブ
６０，６０ａ 判定部
６１ 状態判別部
６２ 決定部
７０ レール破断検知装置
８０ レール破断検知装置
８１，８１ａ 計測部
８２，８２ａ 判定部
ｉ０ 検査信号
ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４，ｉ５，ｉ６，ｉ７，ｉ８ 分流信号
ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４ 測定値（測定信号）
ｋ０ 平衡状態値（算出値）
α 不平衡率（算出値）
β 変位当たり変化率（算出値）
γ 時間当たり変化率（算出値）

Claims (6)

1. 鉄道の軌道をなすレール対の複数箇所に付設されて夫々の付設箇所で前記レール対の左右レールについて帰線電流を短絡させる複数の区間端短絡ライン及び区間内短絡ラインと、前記区間端短絡ライン及び前記区間内短絡ラインに接続されて前記レール対と共に巡回する電路を形成する巡回電路形成部材と、前記巡回電路形成部材を介して前記区間内短絡ラインに対して帰線電流とは異なる検査信号を送出する送信部と、前記区間内短絡ラインについて巡回電路形成部材の接続箇所の両側で前記検査信号に係る一対の分流信号を測定する計測部と、対をなす前記分流信号の釣り合い状態をレール破断の無い状態では平衡状態から遠ざける又は不平衡状態にする不平衡化手段と、対をなす前記分流信号の測定値に基づいてレール破断と列車在線とに係る判定を行う判定部とを備えているレール破断検知装置において、
   前記不平衡状態の度合いを比率で示す不平衡率を前記分流信号の測定値から算出する手段と、前記不平衡率の経時変化に基づいてその時間当たり変化率を算出する手段とを具備し、前記判定手段が前記不平衡率と前記時間当たり変化率との変化に応じて在線状態と非在線状態とレール破断状態とのうち何れか一つの状態を選択するようになっている、ことを特徴とするレール破断検知装置。
2. 前記判定手段が、動作開始時には、前記不平衡率に係る大中小の分類に応じて前記在線状態と前記非在線状態と前記レール破断状態とから何れか一つを選出して初期状態に採用するようになっている、ことを特徴とする請求項１記載のレール破断検知装置。
3. 前記判定手段が、前記不平衡率に係る大中小の分類に加えて、前記時間当たり変化率に係る大小の分類も、遷移先状態の選択要因とするものである、ことを特徴とする請求項２記載のレール破断検知装置。
4. 前記判定手段が、前記在線状態のときには、前記不平衡率の分類が小の間は前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記非在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移するようになっている、ことを特徴とする請求項３記載のレール破断検知装置。
5. 前記判定手段が、前記非在線状態のときには、前記不平衡率の分類が中の間は前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移するようになっている、ことを特徴とする請求項３記載のレール破断検知装置。
6. 前記判定手段が、前記レール破断状態のときには、前記不平衡率の分類が大の間は前記レール破断状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になったときには前記非在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が小になったときには前記在線状態に状態遷移し、
   前記在線状態のときには、前記不平衡率の分類が小の間は前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が中になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記非在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移し、
   前記非在線状態のときには、前記不平衡率の分類が中の間は前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になっても前記時間当たり変化率が小であれば前記非在線状態を維持し、前記不平衡率の分類が小になり而も前記時間当たり変化率が大になったときには前記在線状態に状態遷移し、前記不平衡率の分類が大になったときには前記レール破断状態に状態遷移するようになっている、ことを特徴とする請求項３記載のレール破断検知装置。

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