JP4555668B2 - 軌道回路方式 - Google Patents

Description

本発明は、列車位置を検知するための軌道回路方式に係り、特に、短絡感度の向上及び漏れ変動に対する性能向上を両立させたものに関する。

従来、この種の軌道回路は、列車の走行するレールを列車の走行方向に沿って所定長さに区分し、その区分されたレールを電気回路の一部とするように構成されている。そして、その区分されたレールの送電端（始端）に所定の列車検知信号（以下、「ＴＤ信号」というときもある。）が供給（印加）され、その区分されたレールの受電端（終端）でその供給されたＴＤ信号が所定の受信レベルを越えて受信されているときにそのレール上に列車が存在（在線）していないと判定するように構成されている。また、区分されたレール上に列車が在線して左右のレールが列車の車軸（車輪）で短絡されると、受電端の受信レベルが低下するので、受電端の受信レベルが所定以下に低下したときは、区分されたレール、すなわち、軌道回路上に列車が在線していると判定するように構成されている（特許文献１，２参照）。

ところで、この従来の軌道回路において、短絡感度及び漏れ変動に対するレベル変動は、レールに接続する送信機器群及び受信機器群のインピーダンスに大きく影響を受ける性質を有している。すなわち、従来の軌道回路において、インピーダンスを高くすると短絡感度は向上するが漏れ変動に対して弱くなり、これとは逆に、インピーダンスを低くすると漏れ変動に対して強くなるが短絡感度が低下するという性質を有している。

漏れ変動及び短絡感度について図５に示す４端子回路網を用いてさらに説明する。なお、この４端子回路網は、軌道回路の機能に及ぼす電気的な影響を一次定数の形で表わしたものである。図５中、Ｒは、レール抵抗（Ω／ｋｍ）であって、一般に単位長当りの質量が大きいほど抵抗値は低く、ＴＤ信号の周波数が高くなると表皮効果により漸増する性質を有している。また、Ｌは、レールインダクタンス（ｍＨ／ｋｍ）で、軌間（左右のレール間隔）でほぼ決まる値であり、ＴＤ信号の周波数が高くなると漸減する性質を有している。さらに、Ｇは、レール間漏れコンダクタンス（Ｓ／ｋｍ）で、最も変化の激しい定数である。すなわち、このレール間漏れコンダクタンスは、例えば、軌道構造やレール締結装置の電気的性能が降雨（トンネル内の漏水を含む）や晴天の相違、あるいは、ゴミの付着等の環境条件等により大きく影響を受け、大きく変動する性質を有している。そして、Ｃは、レール間キャパシタンス（μＦ／ｋｍ）で、軌道構造等により左右されるが、通常、軌道回路の電気的特性に大きな影響を与えることがない。

上述のように、軌道回路の一次定数のうち、レール間漏れコンダクタンスＧは、大きく変動する性質を有しているので、この漏れ変動に対応した列車検知を行わないと適切な列車検知ができなくなるという問題点を有している。そこで、従来の軌道回路では、この問題点を解決するために、受信端における受信レベルの変動を学習して漏れコンダクタンスＧの変化に対応できるようにした軌道回路が提案されている（特許文献１，２参照）。

次に、この軌道回路における列車の有無を検知する軌道リレーの動作を決定する短絡感度について説明する。先ず、上記一次定数のレール抵抗ＲとレールインダクタンスＬとからは、レールインピーダンスＺが求められる。すなわち、そのレールインピーダンスＺは、Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬとして求められ、このレールインピーダンスＺが大きくなるとレールの電圧降下が大きくなることを表わしている。そして、このレールインピーダンスＺが大きいほど、つまり、ＴＤ信号の周波数が高くなるほど、さらに、レール間漏れコンダクタンスＧが大きくなるほど軌道回路のＴＤ信号の減衰が大きくなり、軌道リレーに加わる電圧（軌道リレー電圧）が低下する性質を有している。ところで、短絡感度は、軌道リレーを落下（ＯＦＦ）することのできる短絡抵抗の最大値であり、その短絡感度Ｚsdは、軌道リレーの使用時の電圧をＶtrとし、軌道リレーの落下電圧をＶtrd とし、レールの任意箇所から送信側と受信側を見た並列インピーダンス（任意インピーダンス）をＺx としたときに、Ｚsd＝Ｚx ／（Ｖtr／Ｖtrd ）−１として求められる。通常、商用周波数軌道回路のような低周波軌道回路における短絡感度Ｚsdは、複軌条（インピーダンスボンド有り）で０．０６Ω以上、単軌条（インピーダンスボンド無し）で０．１Ω以上とされている（非特許文献１参照）。そして、上記式から明らかなように、短絡感度Ｚsdは、インピーダンスＺx が大きくなると、すなわち、ＴＤ信号の周波数が高くなると短絡感度が向上することが分かる。
特開２００３−１１８１５号公報 特開平９−２２６５８０号公報 鉄道技術者のための電気概論・信号シリーズＮｏ．９「軌道回路」 平成１４年４月１０日 日本鉄道電気技術協会（改訂版）発行Ｐ．４３〜５２

上述のように、上記従来の軌道回路は、レールに接続される送受信器群のインピーダンスに大きく影響を受け、そのインピーダンスを高くすると、すなわち、ＴＤ信号の周波数を高くなると短絡感度は向上するが、漏れ変動に対して弱くなり、これとは逆に、インピーダンスを低くすると、すなわちＴＤ信号の周波数を低くすると、漏れ変動には強くなるが、短絡感度が低下するという相反する性質を有している。すなわち、上記従来の軌道回路は、短絡感度の向上と漏れ変動に対する性能向上を同時に満たすことができないという性質を有している。

このため、短絡感度を確保しつつ漏れ変動に応じて列車検知の基準値を変化させる学習機能を備えた軌道回路においては、過剰な学習が行われると、漏れの回復時に列車検知ができなくなるおそれがあるので、過剰な学習に対して何らかの対策をとる必要があった。また、従来の学習機能を備えた軌道回路では、漏れ変動に対しては対処できても帰線電流（電車電流）の不平衡等に対する妨害耐量が小さくなる等の不都合があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、漏れ変動に強く、しかも短絡感度が高く、さらにノイズに強い軌道回路方式を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、周波数の異なる複数の列車検知信号を生成する列車検知信号生成回路と、その列車検知信号生成回路で生成された周波数の異なる複数の列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に重畳して供給するとともに、それら周波数の異なる複数の列車検知信号のうちのいずれか一つの列車検知信号の周波数で共振するように構成された送信機器群と、その送信機器群と同じ周波数で共振するように構成され、かつ、前記複数の周波数毎に列車検知を行うとともに、環境条件等の所定の条件に基づいていずれか一つの周波数に係る列車検知を採用する、前記レールの受電端に接続された受信機器群と、からなることを特徴としている。
また、上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、周波数の異なる複数の列車検知信号を時分割で生成する列車検知信号生成回路と、その列車検知信号生成回路で生成された周波数の異なる複数の列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、それら周波数の異なる複数の列車検知信号のうちのいずれか一つの列車検知信号の周波数で共振するように構成された送信機器群と、その送信機器群と同じ周波数で共振するように構成され、かつ、前記複数の周波数毎に列車検知を行うとともに、環境条件等の所定の条件に基づいていずれか一つの周波数に係る列車検知を採用する、前記レールの受電端に接続された受信機器群と、からなることを特徴としている。
さらに、上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、所定の周波数からなる列車検知信号を生成する列車検知信号生成回路と、その列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数からなる列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、その所定の周波数で共振するように構成された第１の送信機器群と、前記列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数からなる列車検知信号を前記列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、その所定の周波数で共振しないように構成された第２の送信機器群と、前記第１の送信機器群と同じ周波数で共振するように構成されるとともに、列車検知を行う前記レールの受電端に接続された第１の受信機器群と、前記列車検知信号生成回路で成された所定の周波数で共振しないように構成されるとともに、列車検知を行う前記レールの受電端に接続された第２の受信機器群と、環境条件等の所定の条件に基づいて前記第１の送信機器群及び第１の受信機器群の組合わせ、又は前記第２の送信機器群及び第２の受信機器群の組合わせに切替える切替手段と、からなることを特徴としている。

請求項１に記載の軌道回路方式は、周波数の異なる複数の列車検知信号を生成する列車検知信号生成回路と、その列車検知信号生成回路で生成された周波数の異なる複数の列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に重畳して供給するとともに、それら周波数の異なる複数の列車検知信号のうちのいずれか一つの列車検知信号の周波数で共振するように構成された送信機器群と、その送信機器群と同じ周波数で共振するように構成され、かつ、前記複数の周波数毎に列車検知を行うとともに、環境条件等の所定の条件に基づいていずれか一つの周波数に係る列車検知を採用する、前記レールの受電端に接続された受信機器群とからなるので、インピーダンスを高くすると短絡感度が向上するが漏れ変動に弱くなり、インピーダンスを低くすると漏れ変動が強くなるが短絡感度が低下するという従来の軌道回路の欠点を克服して、漏れ変動に強く、しかも短絡感度が高く、さらにノイズに強い軌道回路とすることができる。
請求項２に記載の軌道回路方式は、周波数の異なる複数の列車検知信号を時分割で生成する列車検知信号生成回路と、その列車検知信号生成回路で生成された周波数の異なる複数の列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、それら周波数の異なる複数の列車検知信号のうちのいずれか一つの列車検知信号の周波数で共振するように構成された送信機器群と、その送信機器群と同じ周波数で共振するように構成され、かつ、前記複数の周波数毎に列車検知を行うとともに、環境条件等の所定の条件に基づいていずれか一つの周波数に係る列車検知を採用する、前記レールの受電端に接続された受信機器群とからなるので、インピーダンスを高くすると短絡感度が向上するが漏れ変動に弱くなり、インピーダンスを低くすると漏れ変動が強くなるが短絡感度が低下するという従来の軌道回路の欠点を克服して、漏れ変動に強く、しかも短絡感度が高く、さらにノイズに強い軌道回路とすることができる。
請求項３に記載の軌道回路方式は、所定の周波数からなる列車検知信号を生成する列車検知信号生成回路と、その列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数からなる列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、その所定の周波数で共振するように構成された第１の送信機器群と、前記列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数からなる列車検知信号を前記列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、その所定の周波数で共振しないように構成された第２の送信機器群と、前記第１の送信機器群と同じ周波数で共振するように構成されるとともに、列車検知を行う前記レールの受電端に接続された第１の受信機器群と、前記列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数で共振しないように構成されるとともに、列車検知を行う前記レールの受電端に接続された第２の受信機器群と、環境条件等の所定の条件に基づいて前記第１の送信機器群及び第１の受信機器群の組合わせ、又は前記第２の送信機器群及び第２の受信機器群の組合わせに切替える切替手段とからなるので、インピーダンスを高くすると短絡感度が向上するが漏れ変動に弱くなり、インピーダンスを低くすると漏れ変動が強くなるが短絡感度が低下するという従来の軌道回路の欠点を克服して、漏れ変動に強く、しかも短絡感度が高く、さらにノイズに強い軌道回路とすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、一実施の形態に係る軌道回路方式のブロック図であり、同図（ｂ）はその詳細図である。

図中、１は、図示しない列車の走行するレールを列車の走行する方向に沿って所定長さに区分された左右一対の鉄製のレールである。そして、そのレール１の送電端には送信機器群２が接続され、また、そのレール１の受電端には受信機器群３が接続されている。上記送信機器群２には、本発明の列車検知信号生成回路に相当する、互いに周波数の異なるＴＤ信号を発生する複数（図示の例では２個）の信号発生器４ａ，４ｂがそれぞれ接続されている。図示の例では、信号発生器４ａから送出されるＴＤ信号の周波数はｆ1 （以下、このｆ1 を信号ｆ1 というときもある。）とされ、信号発生器４ｂから送出されるＴＤ信号の周波数はｆ2 （以下、このｆ2 を信号ｆ2 というときもある。）とされている。これら周波数ｆ1 ，ｆ2 のうち、周波数ｆ2 は、送信機器群２及び受信機器群３においてそれぞれ高インピーダンスとなるように設定されている。

信号発生器４ａから送出されたＴＤ信号は、増幅回路５ａで増幅処理されたのち、バンドパスフィルタ６ａでフィルタ処理されて周波数ｆ1 のみのＴＤ信号がレール１の送電端に設けられているインピーダンスボンドの巻線（以下、この巻線を一次巻線という。）Ｎ1 に対設されている二次巻線Ｎ2 を介してレール１に供給されるように構成されている。

信号発生器４ｂから送出されたＴＤ信号は、増幅回路５ｂで増幅処理されたのち、バンドパスフィルタ６ｂでフィルタ処理されて周波数ｆ2 のみのＴＤ信号がレール１の送電端に設けられているインピーダンスボンドの一次巻線Ｎ1 に対設されている二次巻線Ｎ2 を介してレール１に供給されるように構成されている。したがって、レール１の送電端には、周波数ｆ1 のＴＤ信号と周波数ｆ2 のＴＤ信号とが重畳して供給されるように構成されている。

図１（ｂ）中、Ｃ1 は、二次巻線Ｎ2 に並列されたコンデンサであり、このコンデンサＣ1 と二次巻線Ｎ2 とにより、送信機器群２が上記２つの信号発生器４ａ，４ｂのうちのいずれか一つの周波数（図示の例ではｆ2 ）で共振できるようにコンデンサＣ1 の容量が決められている。したがって、この送信機器群２においては、信号発生器４ｂから送出されたＴＤ信号の周波数ｆ2 に対して図１（ａ）の上部に示されるように高いインピーダンスＺを有している。

図１（ｂ）中、ＴＲは軌道リレーであって、レール１の受電端に設けられているインピーダンスボンドの一次巻線Ｎ1 に対設して巻回されている二次巻線Ｎ2 に接続されている。なお、この二次巻線Ｎ2 には、必要に応じて位相調整回路（後述する図４（ｂ）の符号７参照）が接続される。

図１（ｂ）中、Ｃ2 は、二次巻線Ｎ2 に並列されたコンデンサであり、このコンデンサＣ2 と二次巻線Ｎ2 とにより、上記送信機器群２と同様に信号発生器４ｂから送出された周波数ｆ2 で共振できるようにコンデンサＣ2 の容量が決められている。したがって、この受信機器群３においては、信号発生器４ｂから送出されたＴＤ信号の周波数ｆ2 に対して図１（ａ）の上部に示されるように高いインピーダンスＺを有している。

図２は、上記構成からなる軌道回路方式の軌道リレーＴＲの入力信号の受信レベルＶと漏れコンダクタンスＧとの関係を示している。この図から明らかなように、インピーダンスＺの小さい周波数ｆ1 においては、漏れコンダクタンスＧが大きいときであっても、つまり、降雨の状態であっても所定以上の受信レベルを確保することができ、また、インピーダンスＺの大きい周波数ｆ2 においては、漏れコンダクタンスＧが小さいときに、つまり晴天の状態において高い受信レベルが得られることが分かる。したがって、図２の左側の四角形で示される部分においては、周波数ｆ1 をマスクするマスク処理（フィルタ処理）することにより信号ｆ2 に基づいて効果的な列車検知（軌道リレーＴＲの扛上，落下）を行うことができる。同様に、図２の右側の四角形で示される部分においては、周波数ｆ2 をマスクするマスク処理（フィルタ処理）をすることにより信号ｆ1 に基づいた効果的な列車検知（軌道リレーＴＲの扛上，落下）を行うことができる。なお、図２の例では、マスク処理する範囲を左側及び右側の一部としているが、例えば、図２のｆ1 線とｆ2 線の交点から左側全部をｆ1 のマスク処理をする範囲とし、その交点の右側全部をｆ2のマスク処理をするようにしてもよい。

信号ｆ1 がマスク処理された信号ｆ2 に基づく列車検知の検知レベル（しきい値）は、信号ｆ2 がマスク処理された信号ｆ1 に基づく列車検知の検知レベルよりも高く設定される。なお、図２の中間部分（左右の四角形に挾まれた部分）は、上記２つの検知レベルのうちのいずれか一つが使用される。この２つの検知レベルの選択は、信号ｆ1 又は信号ｆ2 の受信レベルを監視し、所定の受信レベルに基づいて一義的に決めることができる。つまり、従来の軌道回路のような学習機能を備えることなく簡単な選択回路で検知レベルの変換を行うことができる。したがって、上記図１（ａ），（ｂ）に示される受信機器群３（後述する図３及び図４にそれぞれ示される受信機器３も同じ。）には、図示しないが、上述したマスク処理回路及び選択回路が含まれている。

上記構成からなる軌道回路方式においては、信号ｆ1 の他に送信機器群２及び受信機器群３で共振する信号ｆ2 を用いているので、インピーダンスＺを高くすると短絡感度が向上するが漏れ変動に弱くなり、インピーダンスＺを低くすると漏れ変動に強くなるが短絡感度が低下するという従来の軌道回路の問題点を克服でき、漏れ変動に強く、しかも短絡感度の高い軌道回路とすることができる。また、ノイズに強い軌道回路とすることができる。なお、上述の例では、使用される信号は、互いに周波数の異なる２つの信号ｆ1 ，ｆ2 としたが、これを互いに周波数の異なる３個以上の信号とすることもできる。

図３は、本発明の他の実施の形態に係る軌道回路方式であり、ここでは、本発明の列車検知信号生成回路に相当する一つの信号発生器４から、上記図１（ａ），（ｂ）に示される信号ｆ1 ，ｆ2 を時分割に送出するようにしている。この図３における軌道回路においても、送信機器群２及び受信機器群３が信号ｆ2 でそれぞれ共振するように構成されているので、上記図１（ａ），（ｂ）で示される軌道回路と同様の列車検知効果を得ることができる。

図４（ａ），（ｂ）は、本発明のさらに他の実施の形態を示すもので、信号発生器４ｂは、上記図１（ａ），（ｂ）と同様の信号ｆ2 を発生させるように構成されている。そして、一対の送信機器群２ａ，２ｂ及び一対の受信機器群３ａ，３ｂが用意され、これら一対の機器群２ａ，２ｂ、３ａ，３ｂは、本発明の切替手段に相当するスイッチ回路（切替回路）Ｓにより信号ｆ2 では共振しない送信機器群２ａ及び受信機器群３ａと、信号ｆ2 で共振する送信機器群２ｂ及び受信機器群３ｂとが択一的に切替えられるように構成されている。なお、これら一対の機器群２ａ，２ｂ、３ａ，３ｂは、実際に一対の構成とするのではなく、図４（ｂ）に示されるように、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 をスイッチ回路ＳでＯＮ，ＯＦＦさせることにより実現される。

図４（ｂ）中、Ｔは、信号発生器４ｂを送信機器群２ａ，２ｂに接続するためのマッチングトランスであり、また、７は、軌道リレーＴＲに対する信号の位相を調整する周知の位相調整回路である。

図４（ａ），（ｂ）に示される軌道回路方式においては、スイッチ回路Ｓにより送信機器群２ａ及び受信機器群３ａが選択されたときは、上記図１（ａ），（ｂ）及び図３の信号ｆ1 がレール１に供給されたときと同様の低いインピーダンスの下に列車検知が行われ、他方、スイッチ回路Ｓにより送信機器群２ｂ及び受信機器群３ｂが選択されたときは、高いインピーダンスの下に列車検知が行われる。したがって、この図４（ａ），（ｂ）に示される軌道回路方式においても、上記図１（ａ），（ｂ）及び図３でそれぞれ示される軌道回路方式と同様の列車検知効果が得られる。

（ａ）は本発明の一実施の形態に係る軌道回路方式のブロック図、（ｂ）はその詳細図である。 受信レベルと漏れコンダクタンスとの関係を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る軌道回路方式のブロック図である。 （ａ）は本発明のさらに他の実施の形態に係る軌道回路方式のブロック図、（ｂ）はその詳細図である。 軌道回路を４端子回路網で表わした説明図である。

１ レール
２，２ａ，２ｂ 送信機器群
３，３ａ，３ｂ 受信機器群
４，４ａ，４ｂ 信号発生器
５ａ，５ｂ 増幅回路
６ａ，６ｂ バンドパスフィルタ
ＴＲ 軌道リレー

Claims (3)

1. 周波数の異なる複数の列車検知信号を生成する列車検知信号生成回路と、
   前記列車検知信号生成回路で生成された周波数の異なる複数の列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に重畳して供給するとともに、それら周波数の異なる複数の列車検知信号のうちのいずれか一つの列車検知信号の周波数で共振するように構成された送信機器群と、
   前記送信機器群と同じ周波数で共振するように構成され、かつ、前記複数の周波数毎に列車検知を行うとともに、環境条件等の所定の条件に基づいていずれか一つの周波数に係る列車検知を採用する、前記レールの受電端に接続された受信機器群と、
   からなることを特徴とする軌道回路方式。
2. 周波数の異なる複数の列車検知信号を時分割で生成する列車検知信号生成回路と、
   前記列車検知信号生成回路で生成された周波数の異なる複数の列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、それら周波数の異なる複数の列車検知信号のうちのいずれか一つの列車検知信号の周波数で共振するように構成された送信機器群と、
   前記送信機器群と同じ周波数で共振するように構成され、かつ、前記複数の周波数毎に列車検知を行うとともに、環境条件等の所定の条件に基づいていずれか一つの周波数に係る列車検知を採用する、前記レールの受電端に接続された受信機器群と、
   からなることを特徴とする軌道回路方式。
3. 所定の周波数からなる列車検知信号を生成する列車検知信号生成回路と、
   前記列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数からなる列車検知信号を列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、その所定の周波数で共振するように構成された第１の送信機器群と、
   前記列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数からなる列車検知信号を前記列車の走行するレールの送電端に供給するとともに、その所定の周波数で共振しないように構成された第２の送信機器群と、
   前記第１の送信機器群と同じ周波数で共振するように構成されるとともに、列車検知を行う前記レールの受電端に接続された第１の受信機器群と、
   前記列車検知信号生成回路で生成された所定の周波数で共振しないように構成されるとともに、列車検知を行う前記レールの受電端に接続された第２の受信機器群と、
   環境条件等の所定の条件に基づいて前記第１の送信機器群及び第１の受信機器群の組合わせ、又は前記第２の送信機器群及び第２の受信機器群の組合わせに切替える切替手段と、
   からなることを特徴とする軌道回路方式。

Images