JP5737859B2

JP5737859B2 - レール破断検知装置

Info

Publication number: JP5737859B2
Application number: JP2010099543A
Authority: JP
Inventors: 英孝高村
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: JP2011225192A

Description

本発明は、鉄道においてレールの破断を検知するレール破断検知装置に関する。

列車検知装置は、絶縁式の軌道回路の場合、各閉塞区間の軌道回路ごとに時分割で検知信号を送信し、各軌道回路から受信する信号に基づいて、軌道上の列車の在線を検知する。これは、列車が在線しているとき、列車の車軸によって左右のレールが短絡され、受信する信号のレベルが実質的に０になることを利用している。列車検知装置は、レールが破断したときも、このように受信信号のレベルが０となることを利用して、列車検知機能だけでなく、レール破断検知機能をも具備している。

一方で、近年、無線技術の発達によって、上記とは異なる無線通信の技術を利用した列車検知装置が普及し始めている。しかし、この列車検知装置は、レール破断を検知することができないから、レール破断を監視するためには、レール破断検知装置を独立して設ける必要がある。このため、二種類の装置を別々に設けることによる設備コストの増加が懸念され、低コストなレール破断検知装置が求められている。

列車検知装置の低コスト化にあたって、例えば、特許文献１及び２に開示されているように、列車に搭載され、軌道回路との固定的な接続が不要なレール破断検知装置の技術を採用することが考えられるが、車上の装置であるためにレール破断を常時監視することができない。

したがって、上述した従来の列車検知技術をベースとして採用するほうが、実際の運用面からして妥当である。さらに、これにより開発費を低減できるだけでなく、高い信頼性も得ることができるという利点もある。

また、レール破断検知装置と接続する軌道回路としては、絶縁式よりも無絶縁式のほうが低コスト化に適している。これは、絶縁式の軌道回路を採用すると、レールの絶縁箇所に絶縁部材やインピーダンスボンドなどの機材を設ける必要があるために設備コストが増加するからである。さらに、無絶縁式の軌道回路は、構造的な弱点である絶縁継目を有していないから破損が少なく、保守の点からも有利である。

しかしながら、無絶縁式の軌道回路には６００Ｈｚ帯などの高周波数帯の検知信号を使用するから、装置との接続に伴う電気的負荷によって、検知信号の損失が大きくなり、結果として、検知できる軌道長、すなわち制御長が短くなってしまうという問題がある。制御長が短いと、所定長の軌道のレール破断を監視するために必要な装置数が増加するために設備コストが増加してしまう。

特開平６−３２１１１０号公報特開２００２−２９４６０９号公報

本発明の課題は、コストを低減しうるレール破断検知装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るレール破断検知装置は、送信切替部と、信号生成部と、受信切替部と、破断検知部と、切替制御部とを含み、無絶縁式の軌道回路と接続される。

前記送信切替部は、前記軌道回路に設けられた複数の信号入力点のうち、前記切替制御部の制御に従い選択した信号入力点と、前記信号生成部とを接続する。前記信号生成部は、検知信号を生成して前記選択した信号入力点へ送信する。

ここまで述べた構成は、従来技術に類似するが、本発明の特徴部分は次に述べる構成にある。

軌道回路を区分けした複数のトラックに接続された複数の信号入力点から選択された前記信号入力点に検知信号を送信する信号生成部と、受信した検知信号に基づいてレール破断を検知する破断検知部と、前記信号入力点に対応した信号出力点を、前記破断検知部と接続するように受信切替部を制御する切替制御部と、前記信号生成部、前記破断検知部及び前記切替制御部が同期するように制御する同期制御部と、を備え、前記信号出力点を前記各トラックの中央に設け、対応する前記信号出力点を前記各トラックの両側に設ける。

本発明に係るレール破断検知装置は、前記信号生成部が前記検知信号の周波数を一定周期ごとに切り替えることにより、前記破断検知部にて前記検知信号と異なる周波数の妨害波を検出する。

また、本発明に係るレール破断検知装置は、前記切替制御部が前記破断検知部が、前記信号生成部と接続される前記信号入力点の両隣の前記信号出力点と接続されるように、前記受信切替部を制御する。

さらに、本発明に係るレール破断検知装置は、送信切替部と前記受信切替部、及び電流検出信号が入力された前記破断検知部の各状態を検出することにより、自己診断機能を構成する。

また、本発明に係るレール破断検知装置は、周期的に信号入力点の各々に時分割で検知信号を送信し、破断検知部によって信号出力点から受信した検知信号に基づいてレール破断を検知するから、上述した従来技術をベースとする利点が得られる。

さらに、本発明に係るレール破断検知装置は無絶縁式の軌道回路と接続されるから、上述した無絶縁式の軌道回路に特有の利点も得られることは言うまでもない。

以上述べたように、本発明によれば、コストを低減しうるレール破断検知装置を提供することができる。

本発明に係るレール破断検知装置及びその接続態様を示す構成図である。各スイッチのオン／オフ状態及び検知信号を示すタイムチャートである（正常時）。各スイッチのオン／オフ状態及び検知信号を示すタイムチャートである（異常時）。

図１は、本発明に係るレール破断検知装置及びその接続態様を示す構成図である。レール破断検知装置１は、送信切替部２と、信号生成部３と、電流検出部４と、受信切替部５と、破断検知部６と、切替制御部７と、同期制御部８とを含み、無絶縁式の軌道回路Ｒと接続される。

まず、軌道回路Ｒについて説明する。軌道回路Ｒは、複数のトラックＴ１〜Ｔｎ（本実施形態ではｎ個とする。）に区分けされており、各トラックＴ１〜Ｔｎの中央には信号入力点ｓ１〜ｓｎが設けられ、各トラックＴ１〜Ｔｎの両端には信号出力点ｒ１〜ｒｎが設けられている。信号入力点ｓ１〜ｓｎと信号出力点ｒ１〜ｒｎとは、軌道回路Ｒにおけるレール破断検知装置１との電気的接点であって、接続のために必要な各種の機材が備えられている部位である。

このような中央送電方式を採用する理由は、レール破断検知装置１から信号入力点ｓ１〜ｓｎに入力された検知信号Ｄが両方向に分かれて伝播するため、信号入力点ｓ１〜ｓｎを中央にし、信号出力点ｒ１〜ｒｎをその両側にしたほうが、上述した制御長を長くすることができるからである。しかし、この実施形態に限られず、各トラックＴ１〜Ｔｎにおいて、一端に信号入力点を、他端に信号出力点を設けても良い。

なお、信号入力点ｓ１〜ｓｎと、これに対応する信号出力点ｒ１〜ｒｎの間の距離は、制御長に応じて適宜に設定され、また、各トラックＴ１〜Ｔｎは、運用上、軌道の各閉塞区間に一致させてもよい。

次に、レール破断検知装置１について説明する。送信切替部２は、軌道回路Ｒに設けられた複数の信号入力点ｓ１〜ｓｎのうち、切替制御部７の制御に従い選択した信号入力点ｓ１〜ｓｎと、信号生成部３とを接続する。送信切替部２は、各信号入力点ｓ１〜ｓｎと接続された複数のスイッチＰ１〜Ｐｎを構成に含む半導体スイッチ又はリレー回路などである。

切替制御部７から送信切替部２には、送信側切替え信号ＳＷ１が入力され、スイッチＰ１〜Ｐｎは、この送信側切替え信号ＳＷ１に従ってオンオフされる。図１では、スイッチＰ１のみがオンされている状態を示しており、このとき、信号生成部３は信号入力点ｓ１と接続されている。

信号生成部３は、検知信号Ｄを生成して上記の選択した信号入力点ｓ１へ送信する。信号生成部３は、水晶発振器などを構成に含む信号源であり、検知信号Ｄとして、上述したような６００Ｈｚ帯の周波数を持つ正弦波信号を出力する。

電流検出部４は、信号生成部３と送信切替部２の間に設けられ、パワーアンプに組み込まれた抵抗回路などによって検知信号Ｄの電流値を検出するものである。電流値の検出は、閾値に基づく送信電流の有無という形で判別され、その検出結果は、電流検出信号Ｕとして破断検知部６へ送信される。

受信切替部５は、軌道回路Ｒに設けられた複数の信号出力点ｒ１〜ｒｎのうち、切替制御部７の制御に従い選択した信号出力点ｒ１〜ｒｎと、破断検知部６とを接続する。受信切替部５は、各信号出力点ｒ１１〜ｒｎ２と接続された複数のスイッチＱ１１〜Ｑｎ２を構成に含む半導体スイッチ又はリレー回路などである。

切替制御部６から受信切替部５には、受信側切替え信号ＳＷ２が入力され、スイッチＱ１１〜Ｑｎ２は、この受信側切替え信号ＳＷ２に従ってオンオフされる。図１では、スイッチＱ１１，Ｑ１２のみがオンされている状態を示しており、このとき、破断検知部６は信号出力点ｒ１１，ｒ１２と接続されている。

破断検知部６は、その選択した信号出力点ｒ１１，ｒ１２から受信した検知信号Ｄに基づいてレール破断を検知する。この検知信号Ｄは、信号入力点ｓ２から信号出力点ｒ１１，ｒ１２まで伝送された後の各検知信号Ｄを指すものである（図１の点線を参照）。

破断検知部６は、アンプなどからなるアナログ回路を構成に含み、入力された検知信号Ｄの電圧レベルを、閾値に基づいて判別することによってレール破断を検知する。すなわち、上述したような原理に基づき、破断検知部６は、検知信号Ｄの電圧レベルが上記の閾値より低い場合に、レール破断が発生したものと判断する。レール破断を検知したとき、破断検知部６は、これを列車指令所などに通知するために、レール破断が発生したトラックＴ１〜Ｔｎの情報等を含む通知信号Ｎを外部機器に送信する。

切替制御部７は、信号生成部３が、一定の周期で繰り返し、複数の信号入力点ｓ１〜ｓｎの各々と順次に接続されるように、送信切替部２を制御するとともに、破断検知部６が、信号生成部３と接続される信号入力点ｓ１に対応する、信号出力点ｒ１１，ｒ１２と接続されるように、受信切替部５を制御する。言い換えると、切替制御部７は、スイッチＰ１〜ＰｎとスイッチＱ１１〜Ｑｎ２とが、所定のパタンに従って、オンオフされるように、上記の送信側切替え信号ＳＷ１を生成して送信切替部２へ出力するとともに、受信側切替え信号ＳＷ２を生成して受信切替部５に出力する。切替制御部７は、送信切替部２及び受信切替部５とともに用いられる制御用の論理回路を構成に含む。

同期制御部８は、信号生成部３と破断検知部６と切替制御部７とが同期して動作するように制御を行うタイミング制御用のクロック回路を構成に含む。同期制御部８は、動作タイミングを指示するタイミング指示信号ｔ１〜ｔ３を生成し、それぞれ、信号生成部３と破断検知部６と切替制御部７に出力する。

次に具体的な動作を説明する。図２は、各スイッチＰ１〜Ｐｎ，Ｑ１１〜Ｑｎ２のオン／オフ状態及び検知信号Ｄを示すタイムチャートである。ここで、各スイッチＰ１〜Ｐｎ，Ｑ１１〜Ｑｎ２の信号にあるパルス状の部分は、該当スイッチがオン状態に制御されたことを示し、それ以外の部分はオフ状態に制御されたことを示す。

切替制御部７は、スイッチＰｉ（ｉ＝１〜ｎ。以下同様とする。）と、これに対応する一組のスイッチＱｉ１，Ｑｉ２を、順次にオンしていく。具体的には、軌道回路Ｒ上の同一のトラックＴｉに設けられた、信号入力点ｓｉとその両隣の信号出力点ｒｉとをセットとして、同時にオンする。

この制御によって、上記のトラックＴｉに検知信号Ｄが送信され、一方、トラックＴｉから出力された検知信号Ｄが、スイッチＱｉ１，Ｑｉ２と破断検知部６の間の各配線Ｌｉ１，Ｌｉ２に流れる。そして、破断検知部６は、各配線Ｌｉ１，Ｌｉ２に流れる検知信号Ｄに基づき、トラックＴｉごとにレール破断を検知する。

例えば、図１の符号ｘで示すように、信号入力点ｓ１と信号出力点ｒ１２の間でレール破断が発生した場合、図３の符号Ｅ１で示すように、配線Ｌ１２に正常な検知信号Ｄは検出されない。

このように、レール破断検知装置１は、レール破断検知にあたり、トラックＴｉごとに時分割で検知信号Ｄを送受信するが、全トラックＴ１〜Ｔｎの一連の送受信期間を一周期とした場合、第１周波数ｆ１の検知信号Ｄを送信する周期Ｃ１と、第２周波数ｆ２の検知信号Ｄを送信する周期Ｃ２とを交互に繰り返す。具体的には、信号生成部３が、タイミング指示信号ｔ１に基づいて、検知信号Ｄの周波数ｆ１，ｆ２を周期Ｃ１，Ｃ２ごとに切り替える。

この周波数ｆ１，ｆ２の切替えにより、軌道回路Ｒに流れる妨害波を検出することができる。例えば、図３の符号Ｅ２で示すように、周波数ｆ２の検知信号Ｄが受信されるべき周期Ｃ２において、破断検知部６が、異なる周波数ｆ１の信号を受信した場合、これを妨害波として検出し、妨害波を検出したトラックＴ１〜Ｔｎの情報を含む通知信号Ｎを外部機器へ送信する。

また、周期Ｃ１と周期Ｃ２の間にはアイドル期間ＩＤＬが設けられており、送信切替部２の故障検知を行うことができる。このアイドル期間ＩＤＬでは、全ての送信切替部２のスイッチＰ１〜Ｐｎがオフされるとともに、全ての受信切替部５のスイッチＱ１１〜Ｑｎ２がオンに制御される。このとき、破断検知部６は、何れかの配線Ｌｉ１，Ｌｉ２に検知信号Ｄが流れていることを検出した場合、切替制御部７の制御に関わらず、送信切替部２のスイッチＰ１〜Ｐｎの何れかがオンの状態を維持していることとなるため、短絡故障として、これを検出したスイッチＰｉの情報を含む通知信号Ｎを外部機器へ送信する。

例えば、図３の符号Ｅ３及びＥ４で示すように、アイドル期間ＩＤＬにおいて、配線Ｌ３１，３２に検知信号Ｄが検出された場合、スイッチＱ３に短絡故障が発生していることとなる。

上述したようなレール破断を含む故障状態の検知と、その他の故障状態の検知の論理について、上記の電流検出信号Ｕを条件に含め、以下の表１に示す。

このように、電流検出信号Ｕが破断検知部６に入力され、各状態を検出することによって、レール破断検知装置１は、レール破断検知機能のみならず自己診断機能をも具備することができる。なお、軌道を列車が通過する場合については、軌道回路Ｒの車軸による短絡によって、この電流検出信号Ｕが通常に比べて増加するため、上記の状態と明確に区別することができる。

本発明に係るレール破断検知装置１によれば、切替制御部７の制御に基づき、送信切替部２は、信号生成部３と接続する信号入力点ｓ１〜ｓｎを順次に切替え、一方、受信切替部５は、破断検知部６と接続する信号出力点ｒ１〜ｒｎを、送信切替部２による信号入力点ｓ１〜ｓｎの切替えに従って適宜に切替えるから、同時に接続される信号入力点ｓ１〜ｓｎと信号出力点ｒ１〜ｒｎを最低数とすることができる。

したがって、軌道回路Ｒに同時に接続される電気的負荷が低減され、信号生成部３が送信する検知信号Ｄの損失も低減される。このため、上記の制御長を長くすることができ、所定長の線路のレール破断を監視するために必要な装置数を減少させることができるから、設備コストも減少する。

また、本発明に係るレール破断検知装置１は、周期的に信号入力点ｓ１〜ｓｎの各々に時分割で検知信号Ｄを送信し、破断検知部６によって信号出力点ｒ１〜ｒｎから受信した検知信号Ｄに基づいてレール破断を検知するから、上述した従来技術をベースとする利点が得られる。

さらに、本発明に係るレール破断検知装置１は無絶縁式の軌道回路Ｒと接続されるから、上述した無絶縁式の軌道回路に特有の利点も得られることは言うまでもない。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１レール破断検知装置
２送信切替部
３信号生成部
５受信切替部
６破断検知部
７切替制御部
Ｃ１，Ｃ２周期
Ｄ検知信号
Ｒ軌道回路
ｓ１〜ｓｎ信号入力点
ｒ１〜ｒｎ信号出力点

Claims

軌道回路を区分けした複数のトラックに接続された複数の信号入力点から選択された前記信号入力点に検知信号を送信する信号生成部と、
受信した検知信号に基づいてレール破断を検知する破断検知部と、
前記信号入力点に対応した信号出力点を、前記破断検知部と接続するように受信切替部を制御する切替制御部と、
前記信号生成部、前記破断検知部及び前記切替制御部が同期するように制御する同期制御部と、を備え、
前記信号出力点を前記各トラックの中央に設け、対応する前記信号出力点を前記各トラックの両側に設けることを特徴とするレール破断検知装置。
請求項１に記載されたレール破断検知装置であって、前記信号生成部は、前記検知信号の周波数を一定周期ごとに切り替えることにより、前記破断検知部にて前記検知信号と異なる周波数の妨害波を検出する、レール破断検知装置。
請求項１又は２に記載されたレール破断検知装置であって、前記切替制御部は、前記破断検知部が、前記信号生成部と接続される前記信号入力点の両隣の前記信号出力点と接続されるように、前記受信切替部を制御する、レール破断検知装置。
請求項１乃至３の何れかに記載されたにレール破断検知装置であって、
送信切替部と前記受信切替部、及び電流検出信号が入力された前記破断検知部の各状態を検出することにより、自己診断機能を構成する、レール破断検知装置。