JP7279990B2 - レール破断検知装置 - Google Patents

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を検知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のレール破断状態を示す情報を取得す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」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」と呼ぶ。

軌道回路を使用した従来の検知装置は（例えば非特許文献１参照）、二本のレールが列車の車輪と車軸とで電気的に短絡することを利用して送電端（一端，始端）から送電した電力が受電端（他端，終端）に届くか否かに応じて列車の在線／非在線を検出する列車検知機能を発揮するものであるが、その機能だけでなく、次のレール破断検知機能も発揮する。即ち、列車の走行等による過大な応力を軌道が受けて亀裂・破断・折損といったレール破断障害が発生したときも、そこの通電状態が悪化して、列車非在線状態であっても受電側の電圧や電流が低下したり更には途絶するといった状況に至るため、受電信号からレール破断状態の情報を得るというレール破断検知機能も発揮することができる。

但し、そのような検知装置だけでは、受電が有るときには列車非在線かつレール破断無しの状態であることが判明し、受電が無いときには列車在線かレール破断有りか何れか曖昧な状態であることが判明するにとどまる。
このように受電が無いときには列車検知とレール破断検知とが優劣の無い同格で行われるうえ両検知の切り分けを単独で行うことができないが、検知対象区間への列車進入を防止するという安全確保の観点からは単独でも役目を果たすことができることや、列車追跡機能などを具備した他の装置も使えば曖昧性が解消されることから、軌道回路を使用した上記の列車検知装置兼用レール破断検知装置は広く用いられている。

これに対し、近年は、列車検知機能の具現化に際して、上述の軌道回路を使用した方式でなく、無線を使用した列車制御システムを採用することが増えている。
そして、そのような列車制御システムでは、車軸でのレール短絡による列車検知が行われないことから、列車検知の観点からは、レールに列車検知信号を流す必要が無くて、レールに列車検知信号を流すのを止めることができるため、コスト削減が進む。
とはいえ、列車検知信号を利用してレール破断をも検出することができるという機能は失われるため、レール破断検知機能の具現化や実装には他の手段や設備を要する。

具体的には、左右のレールに流れる電気車電流について差電流と和電流とを検出し更に除算も行って電気車電流の不平衡率を得て表示するものや（例えば特許文献１参照）、左右の軌条に流れる電車電流の差である不平衡電流を検出してそれが一定値や一定時間を超えたときに警報を発するもの（例えば特許文献２参照）、左右のレールに流れる帰線電流を車上や地上で測定して不平衡率を求めるもの（例えば特許文献３参照）、左右のレールに設定した検知区間における帰線電流による電圧降下を測定して不平衡率を求めるもの（例えば特許文献４参照）、等が知られている。

実開昭５５－０６８０６８号公報 実公平０２－００５６１６号公報 特開平０６－３２１１１０号公報 特開２０１２－９１６７１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

このような謂わば帰線電流検知方式では（例えば既述の特許文献１～４参照）、帰線電流（電車電流，電気車電流）を測定してその流れ方に基づいてレール破断が検出されることから、レール破断状態を監視できる時間帯が帰線電流の流れている電車走行可能時に限定される。
そのため、その方式のレール破断検知装置には、帰線電流の流れていない夜間や架線停電時などにはレール破断を検出することができない、という不満がある。

これに対し、軌道回路を使用した従来のレール破断検知装置は（既述の非特許文献１参照）、帰線電流の有無に束縛されない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、軌道の区間端にインピーダンスボンドを設置した有絶縁軌道回路には適用しやすいが、無絶縁軌道回路への適用に際しては、共振子等を用いた境界短絡式や、軌道境界が不明確となる非共振式の場合は、隣接軌道回路の列車検知信号が漏れてくるため、多くの周波数を使い分ける多周波式を用いることになる。

もっとも、無絶縁軌道回路でも、左右のレールを短絡しない状態では、レール破断時に帰線電流による不所望なレール電位上昇が発生するので、その影響を回避・緩和するために、例えば数ｋｍ毎に平衡用インピーダンスボンドを設けて、帰線電流に対して左右のレール間を短絡しておくことで、左右レール間の電圧上昇を抑制することが必要である。インピーダンスボンドは重量物で設置負担が大きいうえ定期的な保守も要する。
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技術的な課題となる。

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と、前記区間端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、前記区間端短絡ラインのうち前記巡回電路形成部材を接続された部材についてそ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、その測定値に基づいてレール破断に係る判定を行う判定部とを備えている。

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、不平衡状態と判別したときには直ちにレール破断が有ると決定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、
前記判定部が、平衡状態と判別したときには、レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態であると決定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４）、上記解決手段１～３のレール破断検知装置であって、
対をなす前記分流信号に係る不平衡状態をレール破断の無い状態では平衡状態に近づける又は平衡状態にする平衡化手段が設けられ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４のレール破断検知装置であって、
前記平衡化手段が、前記区間端短絡ラインにおける前記巡回電路形成部材の接続箇所が前記区間端短絡ラインの中央位置から外れていることと、前記検査信号にはインピーダンスが大きくなるが前記帰線電流にはインピーダンスが小さくなるインピーダンス部が前記区間端短絡ラインに介挿されていることと、前記左右レールに対する前記区間端短絡ラインの接続位置がずれていることとのうち、何れか一つ又は複数のことからな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１～５のレール破断検知装置であって、
前記レール対と並んだ別レールが前記巡回電路形成部材に含まれ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７）、上記解決手段６のレール破断検知装置であって、
前記別レールが前記レール対とは別のレール対を構成しており、この別レール対にもその左右レールについて帰線電流を短絡させる区間端短絡ラインが付設されており、この区間端短絡ラインのうち前記巡回電路形成部材を接続された部材についてそ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）、区間端短絡ラインを適宜な間隔でレール対に付設したことにより、インピーダンスボンドの設置が必須では無くなり、コストダウンが図れるとともに無絶縁軌道回路への適用が容易になる。
しかも、それらの区間端短絡ラインに巡回電路形成部材を接続して巡回電路を形成したうえで巡回電路形成部材に対して検査信号が送出されるようにもしたことにより、検査信号が左右レールに分かれて同じ方向へ流れてから合流して戻るので、対をなす分流信号について平衡しているか否かを調べることで、左右レールに係るインピーダンス値の釣り合い状態が分かり、ひいてはレール破断の有無が分かる。
したがって、この発明によれば、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）、対をなす分流信号に基づいてレール破断に係る判定を行うに際して、それらの分流信号が平衡状態にあるのか不平衡状態にあるのかを判別して不平衡状態と判別したときには直ちにレール破断が有ると決定するようにしたことにより、レール破断の検知を単独で完了しうる場合があるので、既述した従来の検知装置と同様に帰線電流とは異なる検査信号を送出する方式のものでありながら、レール破断検知と列車検知とが同格である従来の検知装置とは異なり、レール破断検知が列車検知よりも優先するという更なる効果も奏する。

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）、対をなす分流信号に基づいてレール破断に係る判定を行うに際して、それらの分流信号が平衡状態にあるのか不平衡状態にあるのかを判別して平衡状態にあると判別したときには、レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態であると決定するようにしたことにより、レール破断検知の判定を優先させられない場合でも、既述した従来のレール破断検知装置と同程度の曖昧性を持った判定を下すことができる。

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段４，５）、一般にレールにはレールの長さや材質違いによりインピーダンスの値に或る程度のバラツキが有るため、レール破断の無い状態でも一対の分流信号に小さいながらもそれなりの不平衡が生じるのは避け難いことから、平衡状態と不平衡状態とを切り分ける閾値等に余裕を持たせざるを得ないので、小さな不平衡状態ひいては小さなレール破断を検出し難かったが、平衡化手段を設けたことにより、レール破断の無いときには一対の分流信号のバラツキが十分に小さくなるため、小さなレール破断でも的確に検出することができる。

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段６）、レール対に加えてそれと並んでいる別レールが存在しているときには、その別レールを巡回電路形成部材に含めることにより、追加すべき巡回電路形成部材が少なくて済むので、巡回電路形成部材の付設によるコストアップを抑制することができる。

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段７）、レール対に加えてそれと並んでいる別のレール対が存在しているときには、その別レール対についてもその左右レールについて帰線電流を短絡させる区間端短絡ラインを付設したうえで、その区間端短絡ラインについても検査信号に係る一対の分流信号を測定するようにしたことにより、送信部の付設されたレール対に加えて別のレール対についても分流信号が測定される。そのため、計測部が送信部より多くても、言い換えると巡回電路形成部材に含められた多数の検出対象区間より送信部が少なくても、それらの検出対象区間についてレール破断状態が検査されるので、検査信号の送受信によるコストアップをも抑制することができる。

本発明の実施例１について、（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。 （ａ）～（ｅ）何れも動作状態を示す概略図である。 本発明の実施例２について、（ａ）が平衡化手段を付設したレール破断検知装置に係る概要ブロック図であり、（ｂ）～（ｄ）が平衡化手段の具体例である。 本発明の実施例３について、レール破断検知装置の構造を示すブロック図である。 本発明の実施例４について、レール破断検知装置の構造を示すブロック図である。 本発明の実施例５について、レール破断検知装置の構造を示すブロック図である。

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１～５により説明する。
図１～２に示した実施例１は、上述した解決手段１～３（出願当初の請求項１～３）を具現化したものであり、図３に示した実施例２は、上述した解決手段４～５（出願当初の請求項４～５）を具現化したものであり、図４に示した実施例３は、上述した解決手段６（出願当初の請求項６）を具現化したものであり、図５の実施例４や図６の実施例５は、上述した解決手段７（出願当初の請求項７）を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、図面を引用して説明する。図１（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１（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１（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。

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１（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１（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、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１（ｂ）参照）、電線や銅板などの良導体からなり、絶縁被覆はされていてもいなくても良く、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１（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１（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１（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１（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ｋ０＝［｜ｋ１－ｋ２｜／（ｋ１＋ｋ２）］）を求める算出部５３～５７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１（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（例えば特許文献１参照）、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（不平衡率・平衡度）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１（ｃ）参照）、それらの測定値ｋ１，ｋ２から得られた平衡状態値ｋ０を用いてレール破断に係る判定を行うために、分流信号ｉ１，ｉ２に基づく平衡状態値ｋ０により軌道回路が平衡状態にあるのか不平衡状態にあるのかを判別する状態判別部６１と、不平衡状態と判別したときには直ちに「レール破断が有る状態」と決定するが平衡状態と判別したときには「レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態」であると決定する決定部６２とを具備している。これらの決定部６２や状態判別部６１さら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。

また、上述の判別についてシンプルな具体例を挙げると、予め定めておいた或いは設定しておいた閾値α０と上述の平衡状態値ｋ０とを比較して、平衡状態値ｋ０が閾値α０より小さければ（ｋ０＜α０）、測定値ｋ１，ｋ２ひいては分流信号ｉ１，ｉ２に大差が無いので、分流信号ｉ１，ｉ２が平衡状態にあると判別する。これに対し、平衡状態値ｋ０が閾値α０より大きければ（ｋ０＞α０）、測定値ｋ１，ｋ２ひいては分流信号ｉ１，ｉ２に大きな差が有るので、分流信号ｉ１，ｉ２が不平衡状態にあると判別する。なお、ｋ０＝α０のときは、平衡状態か不平衡状態か何れかの状態と判別する。

この実施例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、図面を引用して説明する。
図２（ａ）～（ｅ）は、その動作状態を列車在線の有無とレール破断の有無とで場合分けして示している。

レール破断の無い正常状態でも、軌道回路の不平衡状態は１０％程度あるため、平衡状態値ｋ０＝［｜ｋ１－ｋ２｜／（ｋ１＋ｋ２）］が０．１程度になるので、閾値α０は、０．１以上に設定すべきことになる。
また、レールが完全に破断しても交流信号は完全に遮断される訳でなく、例えばレール破断抵抗を１００Ωと仮定すると、軌道回路の不平衡率は４０％程度となるため、レール破断状態でも平衡状態値ｋ０＝［｜ｋ１－ｋ２｜／（ｋ１＋ｋ２）］が０．４程度になるので、閾値α０は０．４以下に設定すべきことになる。
レール破断時のインピーダンス変化割合はレールの長さや材質の違いなどの影響で変動するため、本例では、閾値α０の設定値として、上述した０．１と０．４との間の値であってレール破断が無い正常状態をレール破断と誤検知しない値たとえば０．２が採用されるものとする。

そうすると（図２（ａ）参照）、レール破断の無い正常状態であり更に検査区間１１ｃ，１２ｃに列車が在線していないときには、分流信号ｉ１と分流信号ｉ２とに大差が無く、ひいては測定値ｋ１，ｋ２にも大差が無い。
そのため、平衡状態値ｋ０が０．１未満の値になって０．２の閾値αより小さいことから、平衡状態にあると判別されるので、この場合、「レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態」であるとの決定がなされる。

また（図２（ｂ）参照）、レール破断の無い正常状態であり更に検査区間１１ｃ，１２ｃに列車１５が在線しているときには、列車１５の車軸によって検査区間１１ｃ，１２ｃで左右レール１１，１２が短絡されるので、分流信号ｉ１と分流信号ｉ２との差が減ることはあっても増えることはなく、測定値ｋ１，ｋ２にも大差は生じない。
そのため、平衡状態値ｋ０が０．１未満の値になって０．２の閾値αより小さいことから、平衡状態にあると判別されるので、この場合も、「レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態」であるとの決定がなされる。

さらに（図２（ｃ）参照）、レール対１１＆１２の何れか一方たとえばレール１２にレール破断１２ｘが生じたレール破断状態であり更に列車１５が検査区間１１ｃ，１２ｃのうちレール破断１２ｘよりも分流信号ｉ１，ｉ２検出対象の区間端短絡ライン２２寄りのところに在線しているときには、列車１５の車軸によって検査区間１１ｃ，１２ｃで左右レール１１，１２が短絡されて、分流信号ｉ２がレール破断１２ｘに至る前にレール１２からレール１１へ流れて分流信号ｉ１へ合流する。このように分流信号ｉ１がレール破断１２ｘを迂回して流れるので、分流信号ｉ１と分流信号ｉ２とに大差は生じず、ひいては測定値ｋ１，ｋ２にも大差が無い。そのため、平衡状態値ｋ０が０．１未満の値になって０．２の閾値αより小さいことから、平衡状態にあると判別されるので、この場合も、「レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態」であるとの決定がなされる。なお、ここの「列車が在線している」状態は、直前の「レール破断が無い」状態との論理和が採られる関係から、「レール破断が発生かつ列車が在線している」状態でも良い。

これに対し（図２（ｄ）参照）、レール対１１＆１２の何れか一方たとえばレール１２にレール破断１２ｘが生じたレール破断状態であっても列車１５が検査区間１１ｃ，１２ｃのうちレール破断１２ｘよりも分流信号ｉ１，ｉ２検出対象外の区間端短絡ライン２１寄りのところに在線しているときには、列車１５の車軸によって検査区間１１ｃ，１２ｃで左右レール１１，１２が短絡されても、それは分流信号ｉ２の迂回路にならなくて、分流信号ｉ２がレール破断１２ｘによって大きく減じられるので、分流信号ｉ１と分流信号ｉ２とに大差が生じ、ひいては測定値ｋ１，ｋ２にも同程度の大差が生じる。

そのときの平衡状態値ｋ０は、上述した正常時の０．１未満を超えてレール破断状態が悪化するほど増加して０．４程度へ近づくが、その途中状態である閾値α０＝０．２を超過することで不平衡状態にあると判別されるので、この場合は、直ちに「レール破断が有る状態」であるとの決定がなされる。当然、完全破断状態でも同じ決定がなされる。こうして、この場合には（図２（ｄ）参照）、レール破断が明確に検出される。

また（図２（ｅ）参照）、レール対１１＆１２の何れか一方たとえばレール１２にレール破断１２ｘが生じたレール破断状態であって検査区間１１ｃ，１２ｃには列車が在線していないときにも、分流信号ｉ２がレール破断１２ｘによって大きく減じられて、上述したのと同程度（軌道回路の不平衡率が４０％程度）発生する。そのため、平衡状態値ｋ０が０．２より大きくなって上述の閾値αを超えることから、不平衡状態にあると判別されるので、この場合も、直ちに「レール破断が有る状態」であるとの決定がなされる。

このようにレール破断検知装置２０が設置されたレール対１１＆１２は、列車が非在線のときにはレール破断状態を単独でも直ちに検出することができ（図２（ｅ）参照）、列車が在線のときにもレール破断状態を単独でも直ちに検出できる場合があり（図２（ｄ）参照）、それ以外の場合は（図２（ａ）～（ｃ）参照）、軌道回路を使用した従来の検知装置と同様に曖昧性を含んだ判定が下される。また、検査区間１１ｃ，１２ｃの両端では区間端短絡ライン２１，２２によって左右レール１１，１２が短絡されているので、そことその近傍では平衡用インピーダンスボンドの設置を省くことができる。

本発明のレール破断検知装置の実施例２について、その具体的な構成を、図３を引用して説明する。

このレール破断検知装置は上述した実施例１のレール破断検知装置２０に平衡化手段２５を追加したものであり、混乱のおそれが無いので、レール破断検知装置２０と呼ぶ。
平衡化手段２５は、対をなす分流信号ｉ１，ｉ２に係る不平衡状態をレール破断の無い状態では平衡状態に近づけておくためのものであり、本例では、レール１１の検査区間１１ｃとレール１２の検査区間１２ｃとのうち検査信号に係るインピーダンス値の小さい方を仮に検査区間１１ｃとして具体的に説明する。

また、インピーダンス値の小さいレール１１の検査区間１１ｃを含んだ一巡電路（すなわち巡回電路形成部材３０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とを連ねた電路）のインピーダンスを増すことで、検査区間１１ｃを含んだ一巡電路のインピーダンスを、検査区間１２ｃを含んだ他の一巡電路のインピーダンスに近づける遣り方を説明する。
更に、図示の煩雑化を避けるべく、電流プローブ５１，５２が取り付けられる区間端短絡ライン２２側でなく、そのような部材装着の無い区間端短絡ライン２１側に平衡化手段２５が設けられた場合について、三つの態様２５ａ，２５ｂ，２５ｃを説明する。

第１態様の平衡化手段２５ａは（図３（ｂ）参照）、区間端短絡ライン２１における巡回電路形成部材３０の巡回電路形成ライン３１の接続箇所２１ｃが区間端短絡ライン２１の中央位置から外れていることである。具体的には、接続箇所２１ｃがレール１２に寄せられて及び／又は部分ライン２１ａが延長されてレール１１から遠くなったことにより、区間端短絡ライン２１において部分ライン２１ａのインピーダンスが部分ライン２１ｂのインピーダンスより大きくなっている。そして、その部分ライン２１ａと検査区間１１ｃを含んだ一巡電路のインピーダンスが少し増えて分流信号ｉ１が少し減るとともに、部分ライン２１ｂと検査区間１２ｃとを含んだ他の一巡電路のインピーダンスが少し減って分流信号ｉ２が少し増えるので、対をなす分流信号ｉ１，ｉ２を近づけてその平衡状態を改善することができる。

第２態様の平衡化手段２５ｂは（図３（ｃ）参照）、検査信号ｉ０ひいては分流信号ｉ１にはインピーダンスを示すが帰線電流（電車電流，電気車電流）は良く通すインピーダンス部を部分ライン２１ａに介挿接続しておくことである。インピーダンス部は、帰線電流が大きいので、コイル主体のローパスフィルタに準じた構成のものが使いやすく、コイルだけで足りることも多い。そして、例えば、帰線電流の周波数より十分に高い周波数の信号を検査信号ｉ０に採用するとともに、遮断周波数・カットオフ周波数が両周波数の間に来るインピーダンス部を採用するといったことで、対をなす分流信号ｉ１，ｉ２を近づけてその平衡状態を改善することができる。

第３態様の平衡化手段２５ｃは（図３（ｄ）参照）、左右のレール１１，１２に対する区間端短絡ライン２１の接続位置（区間端１１ａ，１２ａ）がレール方向・軌道方向においてずれていることである。具体的には、レール１１に対する区間端短絡ライン２１の接続箇所である区間端１１ａの位置が検査区間１１ｃの延長側に位置するとともに、レール１２に対する区間端短絡ライン２１の接続箇所である区間端１２ａの位置が検査区間１２ｃの短縮側に位置するように、区間端１１ａと区間端１２ａとの相対位置が調整されて、インピーダンス値の小さい方のレール１１の検査区間１１ｃの長さがインピーダンス値の大きい方のレール１２の検査区間１２ｃの長さより距離Ｌだけ大きくなっている。そして、そのような検査区間１１ｃ，１２ｃの延長，短縮によって、そして、検査区間１１ｃを含んだ一巡電路のインピーダンスが少し増え、検査区間１２ｃとを含んだ他の一巡電路のインピーダンスが少し減るので、対をなす分流信号ｉ１，ｉ２を近づけてその平衡状態を改善することができる。

これらの態様については、第１態様の平衡化手段２５ａ（図３（ｂ）参照）と第２態様の平衡化手段２５ｂ（図３（ｃ）参照）には、区間端１１ａ，１２ａの位置に制約が無くて検査区間１１ｃ，１２ｃを揃え易いという利点があり、第１態様の平衡化手段２５ａ（図３（ｂ）参照）と第３態様の平衡化手段２５ｃ（図３（ｄ）参照）には、区間端短絡ライン２１の接続の仕方で済ますことができて安価に実施できるという利点があり、第２態様の平衡化手段２５ｂ（図３（ｃ）参照）には、調整幅が広いという利点がある。そのため、平衡化が必要であれば、希望の閾値α０と平衡化手段２５の設置前の不平衡の程度と平衡化手段２５の設置コストとを比較勘案して、上述の平衡化手段２５ａ，２５ｂ，２５ｃや他の平衡化手段から何れか一つ又は複数の手段が選出されて設置される。

本発明のレール破断検知装置の実施例３について、その具体的な構成を、図４を引用して説明する。

このレール破断検知装置７０が上述した実施例１，２のレール破断検知装置２０と相違するのは（図４参照）、レール対１１＆１２と概ね平行に並んで設置されている別レール対１３＆１４の一方のレール１３のうち検査区間１３ｃが巡回電路形成部材３０に組み込まれている点である。具体的には、巡回電路形成部材３０のうち上述した巡回電路形成ライン３２が、区間端短絡ライン２２から離れて、それより近いレール１３の検査区間１３ｃの区間端１３ａに接続されるとともに、巡回電路形成部材３０に巡回電路形成ライン３３が追加されて、巡回電路形成ライン３３の一端が接続箇所２２ｃで区間端短絡ライン２２に接続され、巡回電路形成ライン３３の他端が区間端１３ｂの所でレール１３に接続されている。これにより、巡回電路形成部材３０の両端部３１，３２，３３を除く大部分がレール１３の検査区間１３ｃによって代用される。
そのため、巡回電路形成部材３０に要するコストを削減することができる。

本発明のレール破断検知装置の実施例４について、その具体的な構成を、図５を引用して説明する。

このレール破断検知装置８０が上述した実施例３のレール破断検知装置７０と相違するのは、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。

詳述すると、区間端短絡ライン２１と同様の区間端短絡ライン２３が区間端短絡ライン２１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１３ａとレール１４の区間端１４ａとが区間端短絡ライン２３によって短絡されるとともに、巡回電路形成ライン３２の接続先が区間端１３ａから区間端短絡ライン２３の中間の接続箇所２３ｃに変更されている。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１３ｂから区間端短絡ライン２４の中間の接続箇所２４ｃに変更されている。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、区間端短絡ライン２３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の区間端１３ａ寄り部分には電流プローブ５８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。更に、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検出が行えるのに加えて別レール対１３＆１４の検査区間１３ｃ，１４ｃについてもレール破断の有無検出が行える。
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については送信パワーが足りれば一台だけで済む。
そのため、設備費も設置作業費も節約することができる。

本発明のレール破断検知装置の実施例５について、その具体的な構成を、図６を引用して説明する。

このレール破断検知装置９０が上述した実施例４のレール破断検知装置８０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に係る検査区間１３ｃ，１４ｃに検査区間１３ｅ，１４ｅが加えられた点である。

詳述すると、レール１１については、区間端１１ａ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、区間端１３ａ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、区間端１４ａ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とが設定される。

また、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、更に巡回電路形成ライン３３と同様のラインで足りるが別の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。

この場合、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と区間端短絡ライン２１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、区間端短絡ライン２３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ければ、分流信号ｉ１と分流信号ｉ２とが釣り合い、分流信号ｉ３と分流信号ｉ４も釣り合い、分流信号ｉ５と分流信号ｉ６も釣り合い、分流信号ｉ７と分流信号ｉ８も釣り合う。
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）も釣り合い、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）も釣り合う。

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とに大差は生じないので、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、平衡状態にあると判別され、「レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態」であると決定される。
また、和電流（ｉ３＋ｉ７）の測定値ｋ３と和電流（ｉ４＋ｉ８）の測定値ｋ４とにも大差が生じないので、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、平衡状態にあると判別され、「レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態」であると決定される。

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にレール破断が生じると、測定値ｋ１と測定値ｋ２とから求めた平衡状態値ｋ０が大きくなるので、判定部６０によって直ちに「レール破断が有る状態」であるとの決定がなされる。
また、レール対１３＆１４に係る何れかの検査区間１３ｃ，１３ｅ，１４ｃ，１４ｅにレール破断が生じると、測定値ｋ３と測定値ｋ４とから求めた平衡状態値ｋ０’＝［｜ｋ３－ｋ４｜／（ｋ３＋ｋ４）］が大きくなるので、判定部６０ａによって直ちに「レール破断が有る状態」であるとの決定がなされる。

このようにレール破断検知装置９０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存在を明確に検出することができる。
また、レール破断検知装置９０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と区間端短絡ライン２１，２３とが検査区間の外端（１１ｂや１１ｄなど）でなく内側（１１ａ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。

［その他］

上記の実施例では、平衡状態値の具体例として『両測定値ｋ１，ｋ２の差｜ｋ１－ｋ２｜を和（ｋ１＋ｋ２）で割った不平衡率』を挙げたが、例えば送信部４０の出力段に定電流回路を組み込んでおくといったことで検査信号ｉ０の電流値が一定になるようにしておけば、分流信号ｉ１，ｉ２の和ひいては測定値ｋ１，ｋ２の和は予め判明している一定値になるので、それらのレベル（例えば検査信号ｉ０が交流でその波形が係数ｋと角周波数ωと時刻ｔとを用いてｋ×ｓｉｎ（ω・ｔ）と表されるものであればｋやｋ／√２など）の差が不平衡率の定数倍になるので、そのようなレベル差も、状態判別の閾値を定数倍にしておくといったことで、不平衡率と同様の平衡状態値として状態判別に用いることができる。

上記の実施例では、平衡状態値を求めるのに用いる「測定値ｋ１，ｋ２の差」として、両値ｋ１，ｋ２の減算値の絶対値を挙げたが、絶対値を採ることは必須でなく、単に（ｋ１－ｋ２）を用いても良い。その場合、左右レールの何れが破断したのかによって平衡状態値の変動方向が正負に分かれるので、閾値α０として正負の二つを採用して使い分けるようにしても良い。その場合、平衡状態値の変動方向の正負に応じてレール破断が左右レールの何れに生じたのかまで判定するように判定部６０を拡張することができる。

上記実施例では、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。

上記実施例では、図２（ｃ）を参照した説明において、「レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態」であるとの決定がなされることまでしか説明しなかったが、列車が在線したときには、不平衡状態から平衡状態になるため、不平衡状態から平衡状態への状態変化を検出することで列車在線を検出することが可能である。
また、図２（ｄ）を参照した説明に関しても、列車が進行して、図２（ｄ）の状態から図２（ｃ）の状態になると、軌道回路の状態が不平衡状態から平衡状態へ変化するので、列車在線を明確に検出することができる。

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
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
２１，２２，２３，２４，２６，２７ 区間端短絡ライン（接続線）
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 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
７０，８０，９０ レール破断検知装置
ｉ０ 検査信号
ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４，ｉ５，ｉ６，ｉ７，ｉ８ 分流信号
ｋ０ 平衡状態値（算出値）
ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４ 測定値（測定信号）

Claims (7)

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と、前記区間端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、前記区間端短絡ラインのうち前記巡回電路形成部材を接続された部材についてそ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、その測定値に基づいてレール破断に係る判定を行う判定部とを備え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、不平衡状態と判別したときには直ちにレール破断が有ると決定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. 前記判定部が、平衡状態と判別したときには、レール破断が無いか列車が在線しているか何れかの状態であると決定するようになってい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. 対をなす前記分流信号に係る不平衡状態をレール破断の無い状態では平衡状態に近づける又は平衡状態にする平衡化手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載されたレール破断検知装置。
5. 前記平衡化手段が、前記区間端短絡ラインにおける前記巡回電路形成部材の接続箇所が前記区間端短絡ラインの中央位置から外れていることと、前記検査信号にはインピーダンスが大きくなるが前記帰線電流にはインピーダンスが小さくなるインピーダンス部が前記区間端短絡ラインに介挿されていることと、前記左右レールに対する前記区間端短絡ラインの接続位置がずれていることとのうち、何れか一つ又は複数のことからなることを特徴とする請求項４記載のレール破断検知装置。
6. 前記レール対と並んだ別レールが前記巡回電路形成部材に含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載されたレール破断検知装置。
7. 前記別レールが前記レール対とは別のレール対を構成しており、この別レール対にもその左右レールについて帰線電流を短絡させる区間端短絡ラインが付設されており、この区間端短絡ラインのうち前記巡回電路形成部材を接続された部材についてそ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ようになっていることを特徴とする請求項６記載のレール破断検知装置。

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