JP4906000B2 - 狭帯域多周波軌道回路装置 - Google Patents

Description

この発明は、レールを用い列車の在線を検知する狭帯域多周波軌道回路装置、特に耐雑音性能の向上と軌道回路長の延長に関するものである。

従来の軌道回路は、送信信号との位相差と受信レベルの双方を検定する２元式軌道回路と、特許文献１に示すように、低周期で断続した信号の断続周期とそのレベルを検定するコード式軌道回路が使用されている。

これらの軌道回路を使用して制御区間における列車を検知するとき、従来からの抵抗制御車のノッチ変化等の過度雑音や車輪短絡によるホィールアーキング雑音等の電気車雑音による誤動作がある。また、近年急速に普及しているインバータ制御車からのインバータ制御雑音の影響を受けた誤動作が報告されている。

また、軌道回路の両側の境界で両レールを絶縁し、制御区間を明確に区分して信号電流を隣接する軌道回路に流れないようにした複軌条軌道回路においては、片側レールが破断した場合、他方のレールにだけ全電流が流れることを想定した100％不平衡状態で誤動作が生じないようにする必要があり、列車検知信号の受信電圧を高くしなければならず、このため制御距離が短くなり実用性が損なわれてしまう。

抵抗車やインバータ制御車等の電気車は、牽引力や走行速度、加減速度等には一定の範囲があり、これらの要因から発生する電気車雑音の周波数特性、時間特性等にも一定の範囲がある。これまで得られた電気車雑音の特性からは、図５（ａ）に示すように、車輪短絡時のホィールアーキング等の周期性がない雑音や、図５（ｂ）に示すように、チョッパー制御車等の周期性がある雑音、ＶＶＶＦ車等の周波数が連続して変化する雑音等の各種の雑音が報告されている。列車検知の安定度を高めるためには、これらの全ての雑音の影響を排除する必要がある。

この発明は、これらの電気車雑音を排除して耐雑音性を飛躍的に高めることができる狭帯域多周波軌道回路装置を提供することを目的とするものである。

この発明の狭帯域多周波軌道回路装置は、送信器と受信器とを有し、前記送信器は、交流電化区間の基本周波数とその高次調波の複数の周波数の間隙にある少なくとも４波の周波数を一定周期、一定順番に配列した狭帯域の信号波を生成する変調部と、該変調部で生成した信号波を増幅する増幅部とを有し、該増幅部で増幅した信号波を軌道回路の一端から送信し、前記受信器は、前記軌道回路の他端に接続され、前記軌道回路に送信されている信号波を受信し、受信した信号波を複数の周波数に分離する復調部と、分離した複数の周波数の周期と順番を検定して信号波を構成する少なくとも４種類の周波数があらかじめ定められた一定周期、一定順番に配列している場合及び信号波を構成する１周波数が欠落しても、その後の周波数の配列の妥当性が検証できた場合は軌道回路に列車なしと判定する符号検定部を有することを特徴とする。

この発明は、送信器から交流電化区間の基本周波数とその高次調波の複数の周波数の間隙に少なくとも４波の周波数を一定周期、一定順番に配列した狭帯域の信号波を生成して周波数離隔の少ない少なくとも４種類の周波数の信号に交互に一定周期で切替えた信号波を軌道回路のレールに送信し、受信器は、レールに送信された信号波を複数の周波数に分離し、分離した複数の周波数の周期と順番を検定し、信号波を構成する少なくとも４種類の周波数があらかじめ定められた一定周期、一定順番に配列している場合及び信号波を構成する１周波数が欠落しても、その後の周波数の配列の妥当性が検証できた場合は軌道回路に列車なしと判定し、レールに送信された信号波を受信しないとき及び受信した４波の周波数の受信時間が一定周期、一定順番に配列していない場合は軌道回路に列車有りと判定して、電気車雑音を排除することができ、耐雑音性を飛躍的に向上して軌道回路に列車が在線しているときに雑音による誤動作のため、列車在線を非在線とする危険側誤動作が生じることを防止することができる。

この発明の低周波軌道回路装置の構成を示すブロック図である。 送信器の構成を示すブロック図である。 送信器から送信する信号波を示す波形図である。 受信器の構成を示すブロック図である。 電気車により発生する雑音を示す波形図である。

図１は、この発明の狭帯域多周波軌道回路装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、狭帯域多周波軌道回路装置は、列車１が走行するレール２を利用した各軌道回路ＡＴ，ＢＴ，ＣＴに設けられた送信器３と受信器４を有する。送信器３は各軌道回路ＡＴ，ＢＴ，ＣＴの列車進出側に設けられ、整合変成器５と共振コンデンサ６を介して各軌道回路ＡＴ，ＢＴ，ＣＴの列車進出側境界点に設けられたインピーダンスボンド７の３次コイル８に接続されている。受信器４は各軌道回路ＡＴ，ＢＴ，ＣＴの列車進入側に設けられ、整合変成器９と共振コンデンサ１０を介して各軌道回路ＡＴ，ＢＴ，ＣＴの列車進入側境界点に設けられたインピーダンスボンド１１の３次コイル１２に接続されている。

送信器３は、図２のブロック図に示すように、変調部１３と増幅部１４及びフィルタ１５を有する。変調部１３は、各軌道回路ＡＴ，ＢＴ，ＣＴに列車１が在線していないとき交流電化区間の基本周波数50Ｈｚ又は60Ｈｚとその高次調波（100Ｈｚ，150Ｈｚ，・・，120Ｈｚ，180Ｈｚ・・）の間の周波数ｆ０Ｈｚを基本周波数とし、基本周波数ｆ０に対して周波数離隔の少ない、少なくとも３波の周波数を搬送波周波数としてＦＳＫ方式により変調して信号波を出力する。例えば図３（ａ）の波形図に示すように、基本周波数ｆ０＝８０Ｈｚと遷移周波数Δｆ＝±１Ｈｚと遷移周波数Δｆ＝±３Ｈｚで生成される周波数ｆ１＝（ｆ０−３Ｈｚ）の信号と周波数ｆ２＝（ｆ０−１Ｈｚ）の信号と周波数ｆ３＝（ｆ０＋１Ｈｚ）の信号及び周波数ｆ４＝（ｆ０＋３Ｈｚ）の４波の周波数を搬送波周波数としてＦＳＫ方式により変調して、例えば図３（ｂ）に示すように周波数ｆ１＝（ｆ０−３Ｈｚ）の信号と周波数ｆ２＝（ｆ０−１Ｈｚ）の信号と周波数ｆ３＝（ｆ０＋１Ｈｚ）の信号及び周波数ｆ４＝（ｆ０＋３Ｈｚ）の信号の順番で一定周期に配列した狭帯域の信号波を列車検知信号として増幅部１４に出力する。増幅部１４は入力した信号波を電力増幅した後、フィルタ１５を通して整合変成器５に出力し、共振コンデンサ６とインピーダンスボンド７の３次コイル８からなる共振回路を介してレール２に送信する。

受信器４は、図４のブロック図に示すように、狭帯域フィルタ１６と復調部１７及び符号検定部１８を有する。狭帯域フィルタ１６は、共振コンデンサ１０とインピーダンスボンド１１の３次コイル１２からなる共振回路と整合変成器９を介してレール２から受信した信号波から熱雑音や干渉雑音を除去して復調部１７に出力する。復調部１７は、入力した信号波を複数の周波数に分離して符号検定部１８に出力する。符号検定部１８は、復調部１７で分離した周波数の周期と順番を検定し、分離した周波数の周期と順番があらかじめ定められた一定周期、一定順番に配列している場合、軌道回路に列車なしと判定し、レール２に送信された信号波を受信しないとき及び受信した周波数の受信時間が一定周期、一定順番に配列していない場合は軌道回路に列車有りと判定して出力する。

この送信器３から送信する信号波の周波数の数をＮとすると、先頭周波数を固定して残りの（Ｎ−１）個の周波数の順番を変えることにより（Ｎ−１）！の情報数を得ることができる。例えばｆ０Ｈｚを基本周波数とし、周波数ｆ１＝（ｆ０−３Ｈｚ）と周波数ｆ２＝（ｆ０−１Ｈｚ）と周波数ｆ３＝（ｆ０＋１Ｈｚ）及び周波数ｆ３＝（ｆ０＋３Ｈｚ）の４波とすると、先頭周波数ｆ１を固定して残りの周波数ｆ２，ｆ３，ｆ４の順番を変えると、（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）の情報１と（ｆ１，ｆ２，ｆ４，ｆ３）の情報２と（ｆ１、ｆ３ｆ２，ｆ４）の情報３と（ｆ１，ｆ３，ｆ４，ｆ２）の情報４と（ｆ１，ｆ４，ｆ２，ｆ３）の情報５及び（ｆ１，ｆ４，ｆ３，ｆ２）の情報６の６種類の情報を得ることができる。この各情報１〜情報６は４周波数の配列の順番が変わらなければ同一信号波とする。例えば（ｆ４，ｆ１，ｆ２，ｆ３）と（ｆ３，ｆ４，ｆ１，ｆ２）及び（ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ１）は情報１の（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）と同一信号波とする。

この狭帯域多周波軌道回路装置で軌道回路ＢＴに列車が在線しているか否を検知するときの処理を説明する。

送信器３は軌道回路ＢＴに列車１が在線していないとき、変調部１３で例えばｆ０＝80Ｈｚを基本周波数とし、周波数ｆ１＝77Ｈｚと周波数ｆ２＝79Ｈｚと周波数ｆ３＝81Ｈｚ及び周波数ｆ４＝83Ｈｚを搬送波周波数としてＦＳＫ方式により変調して、（ｆ１＝77Ｈｚ，ｆ２＝79Ｈｚ，ｆ３＝81Ｈｚ，ｆ４＝83Ｈｚ）の順番で、一定周期で交互に繰り返す狭帯域の信号波を軌道回路ＢＴの列車進出側からレール２に送信する。この軌道回路ＢＴに送信する狭帯域の信号波の各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は一定周期、例えば１秒周期とし信号波長を４秒とする。この軌道回路ＢＴのレール２に送信された信号波を受信器４で受信する。受信器４は受信した信号波から熱雑音や干渉雑音を狭帯域フィルタ１６で除去し、復調部１７で入力した信号波を複数の周波数に分離して符号検定部１８に出力する。符号検定部１８は復調部１７で分離した周波数の周期と順番を検定し、分離した周波数の周期が一定周期で順番が（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）と配列している場合、軌道回路ＢＴに列車なしと判定する。また、図５（ａ）に示すように、車輪短絡時のホィールアーキング等の周期性がない雑音や、図５（ｂ）に示すように、チョッパー制御車等の周期性がある雑音、ＶＶＶＦ車等の周波数が連続して変化する雑音等により分離した４波の周波数のうち１波が欠落しても、その後受信した信号波が（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）の順番を満たす場合は、軌道回路ＢＴに列車なしと判定し、軌道回路ＢＴに列車在線なしの信号を出力する。

このように送信器３から軌道回路ＢＴに４波の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の周期が一定周期で順番が（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）の信号波を送信し、受信器４で軌道回路ＢＴに送信されている受信波の周波数に分離し、分離した周波数の周期と順番を検定することにより、ＶＶＶＦ車等の速度に比例して周波数成分が変わる場合であっても、加速，減速，加速あるいは減速，加速，減速が一定短時間に切り換らない限り擬似信号とはならないから、電気車雑音を排除することができ、耐雑音性を飛躍的に向上することができる。

一方、レール２に送信された信号波を受信しないとき及び受信した信号波の各周波数の周期が一定周期で順番が（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）と配列していない場合は、軌道回路ＢＴに列車有りと判定して、軌道回路ＢＴに列車１が在線していることを示す信号を出力する。

この状態で、図５（ａ）に示すように、列車１の車輪短絡時のホィールアーキング等の周期性がない雑音や、図５（ｂ）に示すように、チョッパー制御車等の周期性がある雑音、ＶＶＶＦ車等の周波数が連続して変化する雑音等の各種の雑音が受信器４に侵入しても、受信器４は周波数の周期が一定周期で順番が（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）と配列した信号波を受信しないから、軌道回路ＢＴに列車有りと判定して、軌道回路ＢＴに列車１が在線しているときに雑音による誤動作のため、列車在線を非在線とする危険側誤動作が生じることを防止することができる。

また、危険側誤動作のおそれを解消することにより、複軌条軌道回路において片側レールの破断を想定した100％不平衡状態を考える必要がなくなり、通常使用状態で信号波が抑圧されないように安定動作の面から列車検知信号の受信電圧を決めることが可能となる。すなわち、複軌条軌道回路は、左右２本のレールの電気的性能を合わせた平衡状態で使用されるが、左右２本のレールの長さや途中の信号ボンド等の挿入数量が相違することや護輪レールの取り付け状態等により平衡がくずれ、この許容差は通常10％とされる。これに対して、従来、片側レールの破断を想定して考慮された100％不平衡状態を考える必要がないから、通常10％とされる不平衡率を考慮すれば良く、電気車等の雑音レベルの誘起レベルは１／10となり、列車検知信号の受信電圧を１／10にすることができ、現状以上に軌道回路長を伸ばすことが可能になる。

また、交流電化区間では、軌道回路に電源周波数とその高次調波が流れて軌道回路装置の妨害波となるが、この発明の狭帯域軌道回路装置のように、交流電化区間の基本周波数50Ｈｚ又は60Ｈｚとその高次調波の間の周波数ｆ０＝80Ｈｚを基本周波数とし、基本周波数ｆ０に対して周波数離隔の少ない４波の周波数ｆ１＝77Ｈｚ，ｆ２＝79Ｈｚ，ｆ３＝81Ｈｚ，ｆ４＝83Ｈｚを搬送波周波数として変調して信号波を出力することにより、電気車雑音による妨害波の間隙に信号周波数帯を設定することができ、安定して列車１を検知することができる。

前記説明では送信器３から４波の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の信号波を軌道回路ＢＴに送信する場合について説明したが、少なくとも３波の周波数の信号波を送信すれば、同様に列車検知の安定性を高めることができる。

１；列車、２；レール、３；送信器、４；受信器、１３；変調部、１４；増幅部、
１５；フィルタ、１６；狭帯域フィルタ、１７；復調部、１８；符号検定部。

特開平６−１２７３８７号公報

Claims (1)

1. 送信器と受信器とを有し、
   前記送信器は、交流電化区間の基本周波数とその高次調波の複数の周波数の間隙にある少なくとも４波の周波数を一定周期、一定順番に配列した狭帯域の信号波を生成する変調部と、該変調部で生成した信号波を増幅する増幅部とを有し、該増幅部で増幅した信号波を軌道回路の一端から送信し、
   前記受信器は、前記軌道回路の他端に接続され、前記軌道回路に送信されている信号波を受信し、受信した信号波を複数の周波数に分離する復調部と、分離した複数の周波数の周期と順番を検定して信号波を構成する少なくとも４種類の周波数があらかじめ定められた一定周期、一定順番に配列している場合及び信号波を構成する１周波数が欠落しても、その後の周波数の配列の妥当性が検証できた場合は軌道回路に列車なしと判定する符号検定部を有することを特徴とする狭帯域多周波軌道回路装置。

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