特開 2022-189337 軌道回路装置および軌道回路装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022189337

(43)【公開日】2022-12-22

(54)【発明の名称】軌道回路装置および軌道回路装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B61L 23/16 20060101AFI20221215BHJP

   B61L 3/16 20060101ALI20221215BHJP

   H04B 3/54 20060101ALN20221215BHJP

【ＦＩ】

B61L23/16 C

B61L3/16 Z

H04B3/54

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021097871

(22)【出願日】2021-06-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲田 健太朗

(72)【発明者】

【氏名】水谷 英司

【テーマコード（参考）】

5H161

5K046

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161BB03

5H161BB18

5H161BB20

5H161CC13

5H161CC20

5H161DD02

5H161EE04

5H161EE07

5H161FF02

5H161FF07

5K046AA03

5K046BA05

5K046BB06

5K046PS03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】架線の電力が大きく変動した場合でも、複数の軌道回路で、列車検知を行うことができ、システムが安定稼働を継続できる軌道回路装置を提供する。
【解決手段】軌道回路装置は、架線９の電力を入力し、パイロット信号１１を生成し、パイロット信号を出力する減衰器４と、パイロット信号を入力し、パイロット信号の正否判定の結果であるパイロット信号正否判定結果１２、およびパイロット信号の電圧および周波数の情報であるパイロット信号情報１３を生成し、パイロット信号正否判定結果およびパイロット信号情報を出力するパイロット信号処理部３と、パイロット信号正否判定結果を入力し、電源同期指示を含む制御情報６を生成し、制御情報を出力する制御部２と、制御情報およびパイロット信号情報を入力し、軌道回路１４に出力する信号を生成する送受信器１、２と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

架線の電力を入力し、パイロット信号を生成し、前記パイロット信号を出力する減衰器と、
前記パイロット信号を入力し、前記パイロット信号の正否判定の結果であるパイロット信号正否判定結果、および前記パイロット信号の電圧および周波数の情報であるパイロット信号情報を生成し、前記パイロット信号正否判定結果および前記パイロット信号情報を出力するパイロット信号処理部と、
前記パイロット信号正否判定結果を入力し、電源同期指示を含む制御情報を生成し、前記制御情報を出力する制御部と、
前記制御情報および前記パイロット信号情報を入力し、軌道回路に出力する信号を生成する送受信器と、
を備える軌道回路装置。

【請求項2】

請求項１に記載の軌道回路装置であって、
制御情報通信バスを備え、
前記制御部は、前記制御情報を前記制御情報通信バスに出力し、
前記送受信器は、前記制御情報を前記制御情報通信バスから入力する、
軌道回路装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の軌道回路装置であって、
パイロット信号情報通信バスを備え、
前記制御部は、前記パイロット信号情報を入力し、前記パイロット信号情報を前記パイロット信号情報通信バスに出力し、
前記送受信器は、前記パイロット信号情報を前記パイロット信号情報通信バスから入力する、
軌道回路装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の軌道回路装置であって、
パイロット信号情報通信バスを備え、
前記パイロット信号処理部は、前記パイロット信号情報を前記パイロット信号情報通信バスに出力し、
前記送受信器は、前記パイロット信号情報を前記パイロット信号情報通信バスから入力する、
軌道回路装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の軌道回路装置であって、
前記軌道回路に出力する信号は、列車検知信号である、
軌道回路装置。

【請求項6】

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の軌道回路装置であって、
前記軌道回路に出力する信号は、列車制御信号である、
軌道回路装置。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の軌道回路装置の制御方法であって、
減衰器が、架線の電力を入力し、パイロット信号を生成し、前記パイロット信号を出力するステップと、
パイロット信号処理部が、前記パイロット信号を入力し、前記パイロット信号の正否判定の結果であるパイロット信号正否判定結果、および前記パイロット信号の電圧および周波数の情報であるパイロット信号情報を生成し、前記パイロット信号正否判定結果および前記パイロット信号情報を出力するステップと、
制御部が、前記パイロット信号正否判定結果を入力し、電源同期指示を含む制御情報を生成し、前記制御情報を出力するステップと、
送受信器が、前記制御情報および前記パイロット信号情報を入力し、軌道回路に出力する信号を生成するステップと、
を有する軌道回路装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軌道回路装置および軌道回路装置の制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道用信号保安装置（以下、ＡＴＣ装置）は、レール（以下、軌道回路）を介して、周波数変調を行った列車検知信号（以下、ＴＤ信号）を送受信する。列車が軌道回路上に在線している場合、車軸短絡によってＴＤ信号の電圧が低下する。また、列車が軌道回路上に在線していない場合、ＴＤ信号の電圧は低下しない。

【0003】

ＡＴＣ装置では、ＴＤ信号の電圧が受信器にて設けているしきい値を下回った場合、列車在線と判定する。また、ＴＤ信号の電圧が受信器にて設けているしきい値を上回り、ＴＤ信号を復調したデータが正常である場合、列車非在線と判定する。このように、ＡＴＣ装置では、軌道回路上のＴＤ信号の品質が重要であるため、軌道回路上には、他の周波数の成分がないことが望ましい。

【0004】

一方、鉄道車両は、変電所からの電力が架線経由で供給されることで運行しているが、変電所への帰線として、軌道回路を使用している。そのため、軌道回路上には、ＴＤ信号以外に、架線の電力の商用周波数および高調波が存在する。架線の電力の商用周波数および高調波は、変電所と架線と鉄道車両と軌道回路とが構成する閉回路における容量成分の変動により、電圧や周波数が常時小さく変動している。このため、ＡＴＣ装置では、架線の電力の変動の影響を回避することが望ましい。

【0005】

そこで、ＡＴＣ装置では、架線の電力を信号（以下、パイロット信号）として取込む構成とし、ＡＴＣ装置の送受信器は、パイロット信号の周波数を逓倍して、ＴＤ信号の搬送波を生成する電源同期制御を行うことで、架線の電力の変動の影響を回避し、ＡＴＣ装置の信頼性を向上させている。

【0006】

特許文献１には、パイロット信号を検出する手段と、検出したパイロット信号の周波数を逓倍する周波数逓倍手段から構成した電源同期搬送波生成装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４６７３２３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

引用文献１に記載された電源同期搬送波生成装置は、パイロット信号の周波数を逓倍することによって、電源同期搬送波を生成する。

【0009】

しかし、引用文献１では、パイロット信号の電圧の変動が周波数の変動として捉えられ、パイロット信号の正否判定を誤る懸念があることについては、検討されていない。

【0010】

そこで、本発明では、架線の電力が大きく変動した場合でも、複数の軌道回路で、列車検知を行うことができ、システムが安定稼働を継続できる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、代表的な本発明の軌道回路装置の１つは、架線の電力を入力し、パイロット信号を生成し、パイロット信号を出力する減衰器と、パイロット信号を入力し、パイロット信号の正否判定の結果であるパイロット信号正否判定結果、およびパイロット信号の電圧および周波数の情報であるパイロット信号情報を生成し、パイロット信号正否判定結果およびパイロット信号情報を出力するパイロット信号処理部と、パイロット信号正否判定結果を入力し、電源同期指示を含む制御情報を生成し、制御情報を出力する制御部と、制御情報およびパイロット信号情報を入力し、軌道回路に出力する信号を生成する送受信器と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、架線の電力が大きく変動した場合でも、複数の軌道回路で、列車検知を行うことができ、システムが安定稼働を継続することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明を適用しない場合のＡＴＣ装置の構成を示すブロック図である。

【図2】実施例１に係るＡＴＣ装置の構成を示すブロック図である。

【図3】実施例１に係るＡＴＣ装置の動作を示すタイムチャートである。

【図4】実施例２に係るＡＴＣ装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

まず、本発明を適用しない場合のＡＴＣ装置について、図１を用いて説明する。

【0015】

図１は、本発明を適用しない場合のＡＴＣ装置の構成を示すブロック図である。ＡＴＣ装置は、制御部と、パイロット信号処理部と、減衰器と、送受信器群と、制御部と送受信器群を接続する制御情報通信バスから構成される。

【0016】

減衰器は、架線の電力を取り込み、十分に電圧を降下させてパイロット信号とし、パイロット信号を、パイロット信号処理部と送受信器群に分配する。

【0017】

パイロット信号処理部は、減衰器からのパイロット信号に対し、信号処理を行って、パイロット信号の周波数と電圧を演算する。パイロット信号処理部は、正弦波であるパイロット信号をＡ／Ｄ変換して周波数と電圧を演算する。そのため、演算された周波数と電圧の情報は、一定以上の精度を有する。その後、パイロット信号処理部は、これらの情報をしきい値と比較し、正否判定を行った上で、制御部に対し、パイロット信号正否判定結果を通知する。

【0018】

制御部は、パイロット信号処理部からのパイロット信号正否判定結果に従い、制御情報通信バスを介し、送受信器群に対して、制御情報を通知する。制御情報は、電源同期指示あるいは電源非同期指示を含む。制御部は、判定結果が正常だった場合は、電源同期指示を通知し、判定結果が異常だった場合は、電源非同期指示を通知する。

【0019】

送受信器は、制御部から電源同期指示を受けた場合、減衰器からのパイロット信号に対し、信号処理を行って、パイロット信号の周波数と電圧を演算する。送受信器は、軌道回路と送受する信号の処理も行うため、電源同期に関する処理の負荷を低減する必要がある。そこで、送受信器は、パイロット信号を一旦矩形波に変換して周波数を演算する。そのため、電圧の変動が周波数の変動として捉えられるなどの懸念を有する。

【0020】

その後、送受信器は、これらの情報をしきい値と比較し、正否判定を行う。判定結果が正常だった場合は、パイロット信号の周波数を逓倍して、ＴＤ信号の搬送波を生成する電源同期制御を行い、ＴＤ信号を送信する。判定結果が異常だった場合は、電源同期制御を中止し、制御部に対し、電源同期中止状態を通知する。そして、減衰器からのパイロット信号を参照せずに、送受信器内部で発生させたクロック信号の周波数を分周して、ＴＤ信号の搬送波を生成し、ＴＤ信号を送信する。

【0021】

なお、送受信器は、制御部から電源非同期指示を受けた場合も、減衰器からのパイロット信号を参照せずに、送受信器内部で発生させたクロック信号の周波数を分周して、ＴＤ信号の搬送波を生成し、ＴＤ信号を送信する。

【0022】

送受信器は、軌道回路を介してＴＤ信号を送受信し、列車の在線検知を行う。

【0023】

変電所からの電力は、基本的には安定しているものの、力行車両のすれ違いなどによる変電所と架線と鉄道車両と軌道回路とが構成する閉回路における容量成分の低下や、天候不良による架線の不具合などによって、周波数や電圧が大きく変動することがある。パイロット信号処理部がパイロット信号の正否判定を正常とした場合でも、パイロット信号の周波数や電圧が送受信器群のしきい値付近で変動した場合には、送受信器によるパイロット信号の周波数と電圧の演算の精度が低いことにより、送受信器によって正否判定がばらつくことになる。複数の送受信器が電源同期中止状態に遷移するため、複数の軌道回路で、列車検知を行うことができなくなる、といった可能性が発生する。

【0024】

本発明を適用しない場合のＡＴＣ装置では、パイロット信号処理部と送受信器群が、いずれもパイロット信号を取込み、それぞれでパイロット信号の正否判定を行っていることから、システムの安定稼働が困難な状態に陥る可能性がある。

【0025】

次に、実施例、すなわち、本発明を適用した場合のＡＴＣ装置について、図２ないし図４を用いて説明する。

【実施例0026】

図２は、実施例１に係るＡＴＣ装置１の構成を示すブロック図である。軌道回路装置であるＡＴＣ装置１は、制御部２と、パイロット信号処理部３と、減衰器４と、送受信器群５と、制御部２と送受信器群５を接続する制御情報通信バス６と、パイロット信号情報通信バス７から構成される。

【0027】

減衰器４は、変電所８から架線９を経由して電力１０を取込み、電圧を降下させてパイロット信号１１を生成し、パイロット信号処理部３に対し、パイロット信号１１を出力する。

【0028】

パイロット信号処理部３は、減衰器４からのパイロット信号１１を取込み、正弦波であるパイロット信号１１をＡ／Ｄ変換してパイロット信号１１の周波数と電圧を演算する。その後、パイロット信号処理部３は、これらの情報をしきい値と比較し、正否判定を行う。パイロット信号処理部３は、パイロット信号１１の正否判定の結果であるパイロット信号正否判定結果１２、およびパイロット信号１１の電圧および周波数の情報であるパイロット信号情報１３を生成し、制御部２に対し、パイロット信号正否判定結果１２およびパイロット信号情報１３を出力する。

【0029】

制御部２は、パイロット信号処理部３からのパイロット信号正否判定結果１２に従い、制御情報通信バス６を介し、送受信器群５に対し、制御情報を出力する。制御情報は、電源同期指示あるいは電源非同期指示を含む。制御部２は、判定結果が正常だった場合は、電源同期指示を出力し、判定結果が異常だった場合は、電源非同期指示を出力する。また、制御部２は、パイロット信号情報通信バス７を介し、送受信器群５に対し、パイロット信号情報１３を出力する。

【0030】

送受信器は、制御情報通信バス６を介して制御部２からの電源同期指示あるいは電源非同期指示を含む制御情報を取込む。送受信器は、制御部２から電源同期指示を受けた場合、パイロット信号情報通信バス７を介してパイロット信号情報１３を取込み、パイロット信号１１の周波数を逓倍して、ＴＤ信号の搬送波を生成する電源同期制御を行い、ＴＤ信号を送信する。また、送受信器は、制御部から電源非同期指示を受けた場合、制御部２からのパイロット信号情報１３を参照せずに、送受信器内部で発生させたクロック信号の周波数を分周して、ＴＤ信号の搬送波を生成し、ＴＤ信号を送信する。送受信器は、軌道回路１４を介してＴＤ信号１５を送受信し、列車１６の在線検知を行う。

【0031】

なお、送受信器は、同様の手順で、列車制御信号の搬送波を生成し、列車制御信号を送信してもよい。送受信器は、軌道回路１４に対して、列車制御信号を送信する。

【0032】

図３は、実施例１に係るＡＴＣ装置の動作を示すタイムチャートである。図２を用いて、パイロット信号１１の周波数が周波数１から周波数２に変化したときにおける、パイロット信号処理部３がパイロット信号１１に対して信号処理を行ってパイロット信号１１の周波数の変化を認識し、送受信器群５がパイロット信号１１の周波数の変化を認識するシーケンスについて説明する。パイロット信号１１の周波数が変化してからパイロット信号処理部３がパイロット信号１１の周波数の変化を認識するまで、すなわち、パイロット信号処理部３での信号処理には、数１００ｍｓを要する。また、パイロット信号処理部３がパイロット信号１１の周波数の変化を認識してから送受信器群５がパイロット信号１１の周波数の変化を認識するまで、すなわち、パイロット信号処理部３から送受信器群５へのパイロット信号情報１３の通知は、０．３００ｍｓで完了する。

【0033】

まず、パイロット信号処理部３から制御部２に対し、パイロット信号情報１３を通知する。これは、パイロット信号処理部３がパイロット信号情報１３をメモリに書込み、制御部２がパイロット信号情報１３をメモリから読込むことにより行うが、パイロット信号情報１３のメモリへの書込みおよびメモリからの読出しに要する時間は極めて短いため、処理時間は無視することができる。次に、制御部２からパイロット信号情報通信バス７を介して送受信器に対し、パイロット信号情報１３を通知する。これには、シリアル通信の１つであるＣＡＮＦＤを使用する。ＣＡＮＦＤのアービトレーションフェーズの通信速度を５００ｋｂｐｓ、データフェーズの通信速度を８Ｍｂｐｓとすると、データフィールドのサイズを３２ｂｉｔとしたとき、回線上の電文送出時間は０．１００ｍｓとなる。

【0034】

その他に、制御部２からパイロット信号情報通信バス７にパイロット信号情報１３を書込む処理時間を０．１００ｍｓ、パイロット信号情報通信バス７から送受信器がパイロット信号情報１３を読込む処理時間を０．１００ｍｓとし、前述の電文送出時間と合わせると、計０．３００ｍｓとなる。

【0035】

本発明を適用しない場合のＡＴＣ装置の送受信器では、３．２ｋＨｚのサンプリング処理によりパイロット信号の周波数を演算する信号処理を行い、パイロット信号の周波数を逓倍してＴＤ信号の搬送波を生成する処理を行っている。一方、実施例１に係るＡＴＣ装置の送受信器は、パイロット信号１１そのものではなく、パイロット信号情報１３を取込む構成である。この際、パイロット信号処理部３から送受信器群５へのパイロット信号情報１３の通知に要する時間は、３．２ｋＨｚのサンプリング処理の１周期である０．３１３ｍｓ以内であるため、本発明を適用しない場合のＡＴＣ装置の送受信器に比べて、実施例１に係るＡＴＣ装置１の送受信器の応答性に遜色はない。

【0036】

実施例１によれば、パイロット信号の正否判定をパイロット信号処理部に集約することで、架線の電力が大きく変動した場合でも、複数の軌道回路で、列車検知を行うことができ、システムが安定稼働を継続することができる。

【実施例0037】

図４は、実施例２に係るＡＴＣ装置１の構成を示すブロック図である。実施例１に係るＡＴＣ装置１は、制御部２がパイロット信号情報通信バス７に、パイロット信号情報１３を出力するのに対し、実施例２に係るＡＴＣ装置１は、パイロット信号処理部３がパイロット信号情報通信バス７に、パイロット信号情報１３を出力する点で、両者は異なる。
以下の説明において、上述の実施例１と同一または同等の構成要素については同一の符号を付して、その説明を簡略または省略し、実施例２に係るＡＴＣ装置１について、実施例１に係るＡＴＣ装置１と異なる点を説明する。

【0038】

軌道回路装置であるＡＴＣ装置１は、制御部２と、パイロット信号処理部３と、減衰器４と、送受信器群５と、制御部２と送受信器群５を接続する制御情報通信バス６と、パイロット信号処理部３と送受信器群５を接続するパイロット信号情報通信バス７から構成される。

【0039】

パイロット信号処理部３は、制御部２に対し、パイロット信号正否判定結果１２を出力する。また、パイロット信号処理部３は、パイロット信号情報通信バス７を介し、送受信器群５に対し、パイロット信号情報１３を出力する。

【0040】

制御部２は、制御情報通信バス６を介し、送受信器群５に対し、制御情報を出力する。

【0041】

実施例２によれば、実施例１と同様に、パイロット信号の正否判定をパイロット信号処理部に集約することで、架線の電力が大きく変動した場合でも、複数の軌道回路で、列車検知を行うことができ、システムが安定稼働を継続することができる。

【0042】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。