特開 2024-37445 レール破断検知装置及びレール破断検知方法

(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】P2024037445

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】レール破断検知装置及びレール破断検知方法

(51)【国際特許分類】

   B61L 23/00 20060101AFI20240312BHJP

   B61L 1/18 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

B61L23/00 Z

B61L1/18 Z

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142322

(22)【出願日】2022-09-07

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000207470

【氏名又は名称】大同信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】松脇 康之

【テーマコード（参考）】

5H161

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161BB01

5H161BB17

5H161BB20

5H161CC20

5H161DD02

5H161DD33

5H161FF02

5H161FF05

5H161FF07

(57)【要約】

【課題】破断検知の情報取得のためにレールに接続するケーブルの本数を抑制する。
【解決手段】レール破断検知装置１０は、一対のレール７０、７２間を短絡する短絡部１２と、一対のレール７０、７２で短絡部１２を挟むレール延在方向の両側に設定された４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄに対して、各々の一端が接続される４本のケーブル２０と、４本のケーブル２０の他端が接続され、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの電位を測定する測定部３０と、測定部３０の測定結果に基づいて、一対のレール７０、７２の破断の有無を判定し、更にレール７０、７２の破断が発生したエリアを、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄが設定された４つのエリアの中から特定する判定部５０とを含む。これにより、レール７０、７２の破断を検知しながらも、ケーブル２０の本数を抑制することができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道に利用されている一対のレールの破断を検知する装置であって、
前記一対のレール間を短絡する短絡部と、
前記一対のレールの各々で前記短絡部を挟むレール延在方向の両側に設定された、合計で４箇所の電圧測定点に対して、各々の一端が接続される４本のケーブルと、
該４本のケーブルの他端が接続され、前記４箇所の電圧測定点の電位を測定する測定部と、
該測定部の測定結果に基づいて、前記一対のレールの破断の有無を判定すると共に、レールの破断が発生したエリアを、前記４箇所の電圧測定点が設定された４つのエリアの中から特定する判定部と、を含むことを特徴とするレール破断検知装置。

【請求項2】

前記４箇所の電圧測定点の中で、前記一対のレールのうち一方のレールの、前記両側のうち一方側に設定された電圧測定点を第１電圧測定点とし、前記一対のレールのうち他方のレールの、前記一方側に設定された電圧測定点を第２電圧測定点とし、前記他方のレールの、前記両側のうち他方側に設定された電圧測定点を第３電圧測定点とし、前記一方のレールの前記他方側に設定された電圧測定点を第４電圧測定点としたとき、
前記判定部は、前記第１電圧測定点の電位と前記第２電圧測定点の電位とが平衡であるか否か、及び前記第３電圧測定点の電位と前記第４電圧測定点の電位とが平衡であるか否かに応じて、前記一対のレールの破断の有無を判定す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。

【請求項3】

前記判定部は、前記第１電圧測定点の電位、前記第２電圧測定点の電位、前記第３電圧測定点の電位、及び前記第４電圧測定点の電位の間の不平衡率を利用して、レールの破断箇所が前記４箇所の電圧測定点と前記短絡部との間であるか否かを判定す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。

【請求項4】

前記判定部は、前記第１電圧測定点の電位の絶対値、前記第２電圧測定点の電位の絶対値、前記第３電圧測定点の電位の絶対値、及び前記第４電圧測定点の電位の絶対値の中で、最大値を特定することで、前記４つのエリアの中からレールの破断が発生したエリアを特定することを特徴とする請求項３記載のレール破断検知装置。

【請求項5】

前記短絡部が、前記一対のレールの所定距離毎に設置されると共に、前記４本のケーブル及び前記測定部が、一つ置きの前記短絡部毎に設置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のレール破断検知装置。

【請求項6】

鉄道に利用されている一対のレールの破断を検知する方法であって、
前記一対のレール間を短絡した短絡部を設置し、
前記一対のレールの各々で前記短絡部を挟むレール延在方向の両側に設定した、合計で４箇所の電圧測定点の電位を測定し、
該測定結果に基づいて、前記一対のレールの破断の有無を判定すると共に、レールの破断が発生したエリアを、前記４箇所の電圧測定点を設定した４つのエリアの中から特定することを特徴とするレール破断検知方法。

【請求項7】

前記４箇所の電圧測定点の中で、前記一対のレールのうち一方のレールの、前記両側のうち一方側に設定された電圧測定点を第１電圧測定点とし、前記一対のレールのうち他方のレールの、前記一方側に設定された電圧測定点を第２電圧測定点とし、前記他方のレールの、前記両側のうち他方側に設定された電圧測定点を第３電圧測定点とし、前記一方のレールの前記他方側に設定された電圧測定点を第４電圧測定点としたとき、
前記第１電圧測定点の電位と前記第２電圧測定点の電位とが平衡であるか否か、及び前記第３電圧測定点の電位と前記第４電圧測定点の電位とが平衡であるか否かに応じて、前記一対のレールの破断の有無を判定することを特徴とする請求項６記載のレール破断検知方法。

【請求項8】

前記第１電圧測定点の電位、前記第２電圧測定点の電位、前記第３電圧測定点の電位、及び前記第４電圧測定点の電位の間の不平衡率を利用して、レールの破断箇所が前記４箇所の電圧測定点と前記短絡部との間であるか否かを判定することを特徴とする請求項７記載のレール破断検知方法。

【請求項9】

前記第１電圧測定点の電位の絶対値、前記第２電圧測定点の電位の絶対値、前記第３電圧測定点の電位の絶対値、及び前記第４電圧測定点の電位の絶対値の中で、最大値を特定することで、前記４つのエリアの中からレールの破断が発生したエリアを特定することを特徴とする請求項８記載のレール破断検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道に利用されている一対のレールの破断を検知するレール破断検知装置及びレール破断検知方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道の運用において、大きなトラブルの発生を未然に防止するために、レールの破断を事前に検知することは必須である。従来、レールの破断検知は、列車の在線検知のために設置された軌道回路を利用したものが主流であったが、近年では、列車の在線検知方法の変更に伴い、軌道回路を利用せずにレールの破断を検知する方法が発案されている（例えば特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０６－３２１１１０号公報

【特許文献2】特開２０１２－０９１６７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、軌道回路を利用したレールの破断検知方法は、上述したように列車の在線検知方法の変更に伴って利用頻度が少なくなってはいるが、一対のレールの双方に送信器から流した信号を受信器により受信するため、軌道回路毎に各レールに送受信のための２本のケーブルを接続する必要がある（図５（ｂ）のケーブル１２０参照）。一方、特許文献１、２の方法は、軌道回路を利用しないものの、一対のレールの双方で帰線電流の電圧降下を測定するため、各レールの破断検知エリア毎に２本のケーブルを接続する必要がある（図５（ｃ）のケーブル１２０参照）。これらのケーブルは、それ自体の破損なども考えられることから、レールの破断検知の信頼性を高めるために、また、施工性の観点からも、使用本数が少ない方が好ましい。

【0005】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、破断検知の情報取得のためにレールに接続するケーブルの本数を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

【0007】

（１）鉄道に利用されている一対のレールの破断を検知する装置であって、前記一対のレール間を短絡する短絡部と、前記一対のレールの各々で前記短絡部を挟むレール延在方向の両側に設定された、合計で４箇所の電圧測定点に対して、各々の一端が接続される４本のケーブルと、該４本のケーブルの他端が接続され、前記４箇所の電圧測定点の電位を測定する測定部と、該測定部の測定結果に基づいて、前記一対のレールの破断の有無を判定すると共に、レールの破断が発生したエリアを、前記４箇所の電圧測定点が設定された４つのエリアの中から特定する判定部と、を含むレール破断検知装置。

【0008】

本項に記載のレール破断検知装置は、短絡部、４本のケーブル、測定部、及び判定部を含み、短絡部は、一対のレール間を接続して短絡するものである。そして、一対のレールの各々に、短絡部を挟むような位置関係でレール延在方向の両側の２箇所に電圧測定点が設定され、一対のレールでは合計で４箇所の電圧測定点が設定される。４本のケーブルは、そのように設定されたレールの４箇所の電圧測定点に対して各々の一端が接続され、各々の他端が測定部に対して接続される。そして、測定部は、接続された４本のケーブルを介して、４箇所の電圧測定点の電位を測定する。すなわち、一対のレールには、変電所から架線を介して列車へ供給され、列車のモータなどで使用された後に変電所へ戻る帰線電流が流れているため、そのような帰線電流による電位を、４箇所の電圧測定点において測定部により測定するものである。

【0009】

判定部は、測定部により測定された４箇所の電圧測定点における電位に基づいて、一対のレールで破断が発生しているか否かを判定すると共に、破断が発生していた場合にその発生したエリアを特定する。すなわち、短絡部を挟む位置関係で一対のレールに設定された４箇所の電圧測定点の電位は、一対のレールに同じ乃至略同じ大きさの帰線電流が流れる通常時は平衡関係にある。しかしながら、レールの何れかの部分で破断が発生した場合は、破断箇所に帰線電流が略流れなくなり、上記の平衡関係が崩れてアンバランスになるため、それを検知してレールで破断が発生したと判定する。更に、４箇所の電圧測定点における電位のバランスと、破断が発生したエリアとの関係性などが、シミュレーション結果などに基づいて予め設定されていることで、それに基づいて、４箇所の電圧測定点における電位から、破断が発生したエリアを特定する。ここでのエリアとは、４箇所の電圧測定点が設定された４つのエリアであり、一対のレールの各々を短絡部を境界として２つのエリアに分けた合計で４つのエリアである。

【0010】

このようにして、列車検知信号やレール破断検知専用の信号が使用されることなく、レールの破断の検知に加えて、破断が発生したエリアが特定されるものである。しかも、情報取得のためにレールに接続されるケーブルは４本であり、それによって４つのエリアでのレールの破断が検知されることを加味すると、エリア毎に１本のケーブルのみが使用されている。このため、従来と比較してケーブルの本数が半減しており、ケーブルの本数が抑制されるものである。更に、４箇所の電圧測定点が短絡部の近傍に設定されていれば、４本のケーブルが短絡部の近傍に接続される構成となるため、短絡部と４本のケーブルと測定部とが地上設備としてコンパクトに設置されながらも、そこから延びる長いレールの破断が検知されるものである。

【0011】

（２）上記（１）項において、前記４箇所の電圧測定点の中で、前記一対のレールのうち一方のレールの、前記両側のうち一方側に設定された電圧測定点を第１電圧測定点とし、前記一対のレールのうち他方のレールの、前記一方側に設定された電圧測定点を第２電圧測定点とし、前記他方のレールの、前記両側のうち他方側に設定された電圧測定点を第３電圧測定点とし、前記一方のレールの前記他方側に設定された電圧測定点を第４電圧測定点としたとき、前記判定部は、前記第１電圧測定点の電位と前記第２電圧測定点の電位とが平衡であるか否か、及び前記第３電圧測定点の電位と前記第４電圧測定点の電位とが平衡であるか否かに応じて、前記一対のレールの破断の有無を判定するレール破断検知装置。

【0012】

本項に記載のレール破断検知装置は、一対のレールの各々で短絡部を挟むレール延在方向の両側に設定された４箇所の電圧測定点を、上記のようにレール及び短絡部を挟んだ位置関係で識別して、第１電圧測定点～第４電圧測定点と呼称する。そして、判定部は、測定部により測定される第１電圧測定点の電位と第２電圧測定点の電位とを比較し、また、第３電圧測定点の電位と第４電圧測定点の電位とを比較する。ここで、第１電圧測定点と第２電圧測定点とは、レールは異なるものの短絡部に対して同じ側（一方側）にあり、第３電圧測定点と第４電圧測定点についても、レールは異なるものの短絡部に対して同じ側（他方側）にある。従って、このような位置関係にある電圧測定点同士を比較することで、短絡部を挟んだレール延在方向の両側の各々について、帰線電流による電位が一対のレール間で比較されることになる。

【0013】

このため、レールの破断が発生していない状態では、一対のレールに同じ乃至略同じ大きさの帰線電流が流れることから、第１電圧測定点の電位と第２電圧測定点の電位とは平衡関係にあり、第３電圧測定点の電位と第４電圧測定点の電位も平衡関係にある。これに対し、一対のレールの何れかで破断が発生すると、一対のレールを流れる帰線電流間の平衡関係が崩れるため、第１電圧測定点の電位と第２電圧測定点の電位との平衡関係や、第３電圧測定点の電位と第４電圧測定点の電位との平衡関係も崩れる。これを利用して、判定部は、第１電圧測定点の電位と第２電圧測定点の電位とが平衡であるか否か、及び第３電圧測定点の電位と第４電圧測定点の電位とが平衡であるか否かに応じて、一対のレールの破断の有無を判定するものである。これにより、レールの破断の有無が、より正確に判定されるものとなる。

【0014】

（３）上記（２）項において、前記判定部は、前記第１電圧測定点の電位、前記第２電圧測定点の電位、前記第３電圧測定点の電位、及び前記第４電圧測定点の電位の間の不平衡率を利用して、レールの破断箇所が前記４箇所の電圧測定点と前記短絡部との間であるか否かを判定するレール破断検知装置。
本項に記載のレール破断検知装置は、判定部が、レールの破断が発生した場合の、破断箇所の絞り込みを行うものである。具体的に、判定部は、第１電圧測定点の電位、第２電圧測定点の電位、第３電圧測定点の電位、及び第４電圧測定点の電位の間の不平衡率を利用して、レールの破断箇所を絞り込む。

【0015】

すなわち、第１電圧測定点～第４電圧測定点の電位間の不平衡率は、短絡部が含まれた回路の帰線電流バランスを表すものであるため、そのような不平衡率の大きさには、レールの破断箇所に応じた特性が現れる。そこで、レールの破断箇所が４箇所の電圧測定点と短絡部との間である場合と、そうではなく短絡部を中心として４箇所の電圧測定点よりも外側の場合との、不平衡率の大きさの傾向を、シミュレーション結果などに基づいて予め把握する。そして、そのような不平衡率の大きさの傾向に対して、測定された第１電圧測定点～第４電圧測定点の電位から算出した不平衡率を適用することで、レールの破断箇所が４箇所の電圧測定点と短絡部との間であるか否かを判定するものである。これにより、レールの破断箇所が精度よく絞り込まれるものとなる。

【0016】

（４）上記（３）項において、前記判定部は、前記第１電圧測定点の電位の絶対値、前記第２電圧測定点の電位の絶対値、前記第３電圧測定点の電位の絶対値、及び前記第４電圧測定点の電位の絶対値の中で、最大値を特定することで、前記４つのエリアの中からレールの破断が発生したエリアを特定するレール破断検知装置。
本項に記載のレール破断検知装置は、上記（１）項で言及したように判定部が４つのエリアの中からレールの破断が発生したエリアを特定する際に、第１電圧測定点～第４電圧測定点における電位の絶対値の中から最大値を特定するものである。すなわち、レールの破断箇所が短絡部を中心として４箇所の電圧測定点よりも外側の場合には、破断が発生したエリアにあるレールに帰線電流が略流れず、そのエリアに対してレール幅方向について対向する位置のエリアにある反対のレールに、通常時の２倍程度の帰線電流が流れる。従って、レールが破断したエリアに対向する位置のエリアに設定された電圧測定点での電位が、他の電圧測定点での電位と比較して明らかに大きくなり、その電位が最大値として特定される。このため、最大値の電位が測定されたエリアに対向する位置のエリアにおいて、レールの破断が発生したと特定されることになる。

【0017】

これに対し、レールの破断箇所が４箇所の電圧測定点と短絡部との間である場合には、破断箇所に帰線電流が略流れないため、その破断が発生したエリアに設定された電圧測定点において、電圧が殆ど降下していない状態の電位が測定される。従って、レールが破断したエリアに設定された電圧測定点での電位が、他の電圧測定点での電位と比較して明らかに大きくなり、その電位が最大値として特定される。このため、最大値の電位が測定されたエリアにおいて、レールの破断が発生したと特定されることになる。このように、上記（３）項で言及したレールの破断箇所が４箇所の電圧測定点と短絡部との間であるか否かに応じて、特定した電位の最大値からのエリアの特定方法を使い分ける。そして、レールの破断箇所が４箇所の電圧測定点と短絡部との間であるか否の判定結果と、４つのエリアの中から特定された破断が発生したエリアとが組み合わされて、合計で８パターンの破断箇所からレールの破断箇所が特定されるものである。これにより、使用するケーブルの本数が抑制されながらも、レールの破断箇所がより詳細に特定されるものとなる。

【0018】

（５）上記（１）から（４）項において、前記短絡部が、前記一対のレールの所定距離毎に設置されると共に、前記４本のケーブル及び前記測定部が、一つ置きの前記短絡部毎に設置されるレール破断検知装置。
本項に記載のレール破断検知装置は、長距離のレールにわたってレールの破断を検知する場合の構成について言及するものであって、まず、短絡部が一対のレールの所定距離毎に設置され、これにより短絡部がレール延在方向に沿って複数設置されることになる。そして、４本のケーブル及び測定部が、複数設置された短絡部のうち、レール延在方向に沿って一つ置きの短絡部毎に設置される。すなわち、４箇所の電圧測定点が設定される４つのエリアは、４箇所の電圧測定点に挟まれた短絡部から、それに隣接する短絡部までの範囲をカバーするため、短絡部毎に４本のケーブルや測定部を設置する必要はなく、一つ置きの短絡部毎に設置すればよい。従って、長距離にわたってレールの破断を検知する場合であっても、接続するケーブルの本数が抑制されるものであり、それに伴って測定部の数量も抑制されるものである。

【0019】

（６）鉄道に利用されている一対のレールの破断を検知する方法であって、前記一対のレール間を短絡した短絡部を設置し、前記一対のレールの各々で前記短絡部を挟むレール延在方向の両側に設定した、合計で４箇所の電圧測定点の電位を測定し、該測定結果に基づいて、前記一対のレールの破断の有無を判定すると共に、レールの破断が発生したエリアを、前記４箇所の電圧測定点を設定した４つのエリアの中から特定するレール破断検知方法。

【0020】

（７）上記（６）項において、前記４箇所の電圧測定点の中で、前記一対のレールのうち一方のレールの、前記両側のうち一方側に設定された電圧測定点を第１電圧測定点とし、前記一対のレールのうち他方のレールの、前記一方側に設定された電圧測定点を第２電圧測定点とし、前記他方のレールの、前記両側のうち他方側に設定された電圧測定点を第３電圧測定点とし、前記一方のレールの前記他方側に設定された電圧測定点を第４電圧測定点としたとき、前記第１電圧測定点の電位と前記第２電圧測定点の電位とが平衡であるか否か、及び前記第３電圧測定点の電位と前記第４電圧測定点の電位とが平衡であるか否かに応じて、前記一対のレールの破断の有無を判定するレール破断検知方法。

【0021】

（８）上記（７）項において、前記第１電圧測定点の電位、前記第２電圧測定点の電位、前記第３電圧測定点の電位、及び前記第４電圧測定点の電位の間の不平衡率を利用して、レールの破断箇所が前記４箇所の電圧測定点と前記短絡部との間であるか否かを判定するレール破断検知方法。
（９）上記（８）項において、前記第１電圧測定点の電位の絶対値、前記第２電圧測定点の電位の絶対値、前記第３電圧測定点の電位の絶対値、及び前記第４電圧測定点の電位の絶対値の中で、最大値を特定することで、前記４つのエリアの中からレールの破断が発生したエリアを特定するレール破断検知方法。
そして、（６）～（９）項に記載のレール破断検知方法は、各々、上記（１）～（４）項のレール破断検知装置により実行されることで、上記（１）～（４）項のレール破断検知装置と同様の作用を奏するものである。

【発明の効果】

【0022】

本発明は上記のような構成であるため、破断検知の情報取得のためにレールに接続するケーブルの本数を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置の構成を概略的に示すイメージ図であり、（ａ）が基本概念イメージ図、（ｂ）が配置イメージ図である。

【図2】本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置の構成を概略的に示すブロックイメージ図である。

【図3】本発明の実施の形態に係るレール破断検知方法の手順の一例を示すフロー図である。

【図4】本発明の実施の形態に係るレール破断検知方法で利用されるシミュレーション結果の一例を示している。

【図5】使用するケーブル本数を比較するための配置イメージ図であり、（ａ）が本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置のもの、（ｂ）及び（ｃ）が従来技術のものである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略することとし、また、図面の全体にわたって、同一部分又は対応する部分は、同一符号で示している。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０の構成の一例を概略的に示している。まず、図１（ａ）を参照して、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０や、これを利用したレール破断検知方法の基本概念について説明する。図示のように、鉄道で利用されている一対のレール７０、７２の各々には、帰線電流が流れている。すなわち、変電所８２から架線７６を介して列車８０へ供給される電力は、列車８０でモータなどの様々な用途に使用された後、列車８０の車軸を介して一対のレール７０、７２へと流れる。それが変電所８２へ戻るために一対のレール７０、７２を流れている状態のものが帰線電流である。本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０及びレール破断検知方法では、そのような帰線電流を利用して一対のレール７０、７２の破断を検知する。

【0025】

図１（ｂ）及び図２を参照して、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０は、短絡部１２、４本のケーブル２０、測定部３０、及び判定部５０を含んでいる。短絡部１２は、一対のレール７０、７２間を接続して短絡するものであって、任意の線材により構成される。この短絡部１２は、長距離にわたってレール７０、７２の破断を検知する場合は、レール７０、７２の所定距離毎に設置される（図５（ａ）参照）。その所定距離は、これに限定されるものではないが、例えば１０ｋｍである。そして、隣接する短絡部１２間は、レール７０、７２の破断が発生した位置を絞り込むための、仮想的なエリアとして見なすことができる。図１（ｂ）には、そのような仮想的なエリアとして、一対のレール７０、７２の各々が短絡部１２を挟んで左右両側に分けられた、エリア１～エリア４が破線で図示されている。

【0026】

４本のケーブル２０は、レール７０、７２に設定された４箇所の電圧測定点１６（１６Ａ～１６Ｄ）の各々に接続されている。４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄは、一対のレール７０、７２の各々の、短絡部１２を挟む位置関係でレール延在方向の両側に設定されている。すなわち、第１電圧測定点１６Ａは、レール７０の短絡部１２よりも図中左側の位置に設定されており、これはエリア１内に相当する。また、第２電圧測定点１６Ｂは、レール７２の短絡部１２よりも図中左側の位置に設定されており、これはエリア２内に相当する。更に、第３電圧測定点１６Ｃは、レール７２の短絡部１２よりも図中右側の位置に設定され、これはエリア４内に相当し、第４電圧測定点１６Ｄは、レール７０の短絡部１２よりも図中右側の位置に設定され、これはエリア３内に相当する。

【0027】

短絡部１２から４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの各々までの距離は、例えば３～２０ｍ程度であるが、これに限定されることはなく、もっと長い距離や短い距離であってもよい。このような４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄに接続された４本のケーブル２０は、レール７０、７２の近傍に設置された測定部３０まで延びている。なお、レール７０、７２から測定部３０までの距離は、列車８０の走行の影響による飛来物の衝突を避けるために、例えば１０ｍ程度であることが好ましく、４本のケーブル２０の長さもそれに応じて設定される。４本のケーブル２０には、任意の線材を利用してよい。

【0028】

測定部３０は、４本のケーブル２０を介して接続された４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄにおける、帰線電流の影響による電位を測定するものである。例えば測定部３０は、図２において４本のケーブル２０に接続されたような５つの抵抗成分Ｒ１～Ｒ５を利用して、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの電位を測定する。抵抗成分Ｒ１及びＲ２は、第１電圧測定点１６Ａに接続されたケーブル２０と、第２電圧測定点１６Ｂに接続されたケーブル２０との間で直列に接続されている。抵抗成分Ｒ３及びＲ４は、第３電圧測定点１６Ｃに接続されたケーブル２０と、第４電圧測定点１６Ｄに接続されたケーブル２０との間で直列に接続されている。抵抗成分Ｒ５は、直列に接続された抵抗成分Ｒ１及びＲ２の間と、直列に接続された抵抗成分Ｒ３及びＲ４の間とに接続されている。

【0029】

そして、第１電圧測定点１６Ａの電位は、抵抗成分Ｒ１の両端間の電位差Ｖ１として測定され、第２電圧測定点１６Ｂの電位は、抵抗成分Ｒ２の両端間の電位差Ｖ２として測定される。また、第３電圧測定点１６Ｃの電位は、抵抗成分Ｒ３の両端間の電位差Ｖ３として測定され、第４電圧測定点１６Ｄの電位は、抵抗成分Ｒ４の両端間の電位差Ｖ４として測定される。更に、抵抗成分Ｒ５の両端間の電位差Ｖ５が、中点電位として測定される。なお、図２に示された抵抗成分Ｒ１～Ｒ５の構成は一例であって、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの電位を測定するものであれば、任意の数量及び任意の接続配置の抵抗成分を利用してよい。

【0030】

また、測定部３０は、測定した電位Ｖ１～Ｖ５の信号処理を行う信号処理部３２、測定部３０全体の制御を担うＣＰＵ４２、及びデータ通信を行うための通信部４４などを備えている。信号処理部３２は、電位Ｖ１～Ｖ５の各々を、ＡＴＴにより減衰させ、ＬＰＦによりフィルタ処理し、バッファにより処理速度を調整した後、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号へと変換する。そして、ＣＰＵ４２は、信号処理部３２により処理された電位Ｖ１～Ｖ５のデータを、通信に適したデータ単位に取り纏めたりする。通信部４４は、ＣＰＵ４２から受けたデータを、アンテナ４６を介した無線通信（公衆回線又は専用回線）やメタル回線などで、判定部５０に対して伝送する。このような測定部３０は、上述した機能を実現可能な任意の部材、機器、及びソフトウェアを利用して構成される。なお、４本のケーブル２０及び測定部３０は、長距離にわたってレール７０、７２の破断を検知する場合は、複数設置された短絡部１２のうち、レール延在方向に沿って一つ置きの短絡部１２毎に設置される（図５（ａ）参照）。

【0031】

判定部５０は、測定部３０から取得したデータに基づいて、一対のレール７０、７２における破断の有無の判定や、破断箇所の特定などを行うものであり、通信部５４、データ処理部５６、データ表示部５８、及びデータ蓄積部６０などを備えている。通信部５４は、測定部３０などと通信を行うためのものであり、アンテナ５２を介した無線通信やメタル回線などで、測定部３０から伝送された電位Ｖ１～Ｖ５に係る処理データを受信する。データ処理部５６は、通信部５４を介して受信したデータを解析して、レール７０、７２の破断検知を実質的に行う部位であるが、その詳しい説明は後述する。通信部５４及びデータ処理部５６は、任意のハードウェアやソフトウェアで構成される。

【0032】

データ表示部５８は、データ処理部５６での処理結果を表示するためのものであり、データ表示部５８により表示されたデータは、作業員などによって確認される。データ蓄積部６０は、データ処理部５６での処理結果などを蓄積するものであって、データ蓄積部６０により蓄積されたデータは、レール７０、７２の破断検知の精度向上などのために利用される。データ表示部５８は、任意のディスプレイ装置で構成され、データ蓄積部６０は、任意の記憶装置で構成される。上記のような構成の判定部５０は、機器室や指令所といった、レール７０、７２の破断検知の結果をいち早く知る必要がある人員の配置場所に設置される。また、長距離にわたってレール７０、７２の破断を検知する場合において、短絡部１２、４本のケーブル２０、及び測定部３０は、上述したように複数設置されるが、判定部５０は、複数の測定部３０からのデータを処理できれば１つのみであってもよく、データを複数の判定部５０で分担して処理してもよい。なお、図１（ｂ）での判定部５０の図示は省略しており、また、図１（ｂ）に示されている破断Ａ～破断Ｈについては後述する。

【0033】

ここで、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０は、図１及び図２に示された構成に限定されるものではなく、別の構成であってもよい。例えば、測定部３０は、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの電位を測定し、その結果を判定部５０へ伝送するものであれば、図２の構成要素の一部が削除、変更、ないし適宜追加された任意の構成であってよい。同様に、判定部５０も、測定部３０の測定結果に基づいて、一対のレール７０、７２の破断の有無の判定や破断エリアの特定を行うものであれば、図２の構成要素の一部が削除、変更、ないし適宜追加された任意の構成であってよい。

【0034】

続いて、図３に示すフロー図を参照しながら、上述したレール破断検知装置１０を用いて実行される、本発明の実施の形態に係るレール破断検知方法の具体的な手順について説明する。レール破断検知装置１０の構成については、適宜、図１及び図２を参照のこと。なお、図３に示すフロー図は、具体的な手順を説明するための一例を示したものである。従って、本発明の実施の形態に係るレール破断検知方法の手順は、図３のフロー図に限定されるものではなく、例えばレール破断検知装置１０の構成や状況などに応じて、図３に示したステップの一部が削除、変更、ないし適宜追加されたフローであってもよいものである。

【0035】

Ｓ１０（電位測定）：図１及び図２のように設置した測定部３０により、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの現在の電位を測定する。すなわち、本実施形態では、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１、第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２、第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３、第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４、及び中点電位Ｖ５を測定する。そして、測定した電位Ｖ１～Ｖ５を信号処理した後、測定部３０から判定部５０へと伝送する。
Ｓ２０（絶対値算出）：判定部５０のデータ処理部５６により、測定部３０から受信した電位Ｖ１～Ｖ５のうち、電位Ｖ１～Ｖ４の絶対値を算出する。すなわち、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１、第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２、第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３、及び第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４の各々の絶対値を算出する。このとき、算出した絶対値が軌道調整時に測定された電位Ｖ１～Ｖ４のものである場合は、初期値として記憶してもよい。

【0036】

Ｓ３０（最大値特定）：データ処理部５６により、上記Ｓ２０で算出した電位Ｖ１～Ｖ４の絶対値の中から、最も値が大きい最大値を特定する。そして、最大値として特定された電位が測定された電圧測定点１６を、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの中から特定して把握する。
Ｓ４０（不平衡率算出）：データ処理部５６により、電位Ｖ１～Ｖ４の間の不平衡率を算出する。本実施形態では、短絡部１２が含まれた回路の帰線電流バランスが加味されるように、不平衡率を以下の式によって算出する。

【0037】

ＵＢ＝（Ａｂｓ（１－Ａｂｓ（（Ｖ１＋Ｖ３＋Ｖ５）／（Ｖ２＋Ｖ４＋Ｖ５））））／（Ａｂｓ（１＋Ａｂｓ（（Ｖ１＋Ｖ３＋Ｖ５）／（Ｖ２＋Ｖ４＋Ｖ５））））×１００
上記の式のうち、「ＵＢ」は不平衡率、「Ａｂｓ」は絶対値、「Ｖ１」～「Ｖ５」は電位Ｖ１～Ｖ５を示している。なお、不平衡率を求める上記の式は一例であって、測定部３０の構成や後述するシミュレーション結果などに応じて、任意の式で不平衡率を算出してよい。また、軌道調整時に測定された電位Ｖ１～Ｖ５から算出された不平衡率は、初期不平衡率として記憶してもよい。

【0038】

Ｓ５０（平衡関係判定）：データ処理部５６により、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１と第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２とが平衡であるか否か、及び第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３と第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４とが平衡であるか否かを判定する。本実施形態では、上記Ｓ２０において算出した、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１の絶対値と、第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２の絶対値とを比較して、±５％以内の差分で等しいか否かを判定する。同様に、上記Ｓ２０において算出した、第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３の絶対値と、第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４の絶対値とを比較して、±５％以内の差分で等しいか否かを判定する。このとき、上記Ｓ２０で言及した初期値を比較対象としてもよい。

【0039】

そして、電位Ｖ１と電位Ｖ２とが等しいと判定し、且つ、電位Ｖ３と電位Ｖ４とが等しいと判定した場合（ＹＥＳ）は、それらが平衡関係にあるものとして、Ｓ６０へ移行する。これに対し、電位Ｖ１と電位Ｖ２とが等しくないと判定し、及び／又は、電位Ｖ３と電位Ｖ４とが等しくないと判定した場合（ＮＯ）は、それらの少なくとも何れか一方が平衡関係にないものとして、Ｓ７０へ移行する。なお、電位Ｖ１と電位Ｖ２とが平衡であるか否かの判定方法、及び電位Ｖ３と電位Ｖ４とが平衡であるか否かの判定方法は、上記の方法に限定されるものではなく、後述するシミュレーション結果などに応じて任意の方法を採用してよい。

【0040】

ここで、図４には、図１及び図２のような構成において、レール７０、７２の破断が発生した場合と破断が発生していない場合との、電位Ｖ１～Ｖ５及び不平衡率ＵＢのシミュレーション結果が表形式で示されている。図４において、状態が「正常」は、レール７０、７２の何れの箇所でも破断が発生していない正常状態のものを示し、状態が「破断Ａ」～「破断Ｈ」は、それぞれ図１（ｂ）に示された破断Ａ～破断Ｈの箇所で破断が発生したものを示している。図４における「正常」のシミュレーション結果を確認すると、電位Ｖ１～Ｖ４は、それらの絶対値を比較すれば全て値が等しくなっており、不平衡率ＵＢは「０％」である。従って、Ｓ５０の処理ステップにおいて、図４における「正常」のシミュレーション結果は、電位Ｖ１と電位Ｖ２とが平衡であると判定され、且つ、電位Ｖ３と電位Ｖ４とが平衡であると判定されるため、Ｓ６０へ移行することが分かる。

【0041】

一方、図４における「破断Ａ」のシミュレーション結果を確認すると、電位Ｖ１と電位Ｖ２とは、それらの絶対値同士が±５％以内の差分に収まっておらず、電位Ｖ３と電位Ｖ４も、それらの絶対値同士が±５％以内の差分に収まっていない。従って、Ｓ５０の処理ステップにおいて、図４における「破断Ａ」のシミュレーション結果は、電位Ｖ１と電位Ｖ２とが平衡ではないと判定され、更に、電位Ｖ３と電位Ｖ４とが平衡ではないと判定されるため、Ｓ７０へ移行することが分かる。同様に、図４における「破断Ｂ」～「破断Ｄ」のシミュレーション結果は、何れも、電位Ｖ１と電位Ｖ２との絶対値同士が±５％以内の差分に収まっておらず、電位Ｖ３と電位Ｖ４との絶対値同士も±５％以内の差分に収まっていないため、Ｓ５０の処理ステップにおいて、Ｓ７０へ移行することになる。

【0042】

他方、図４における「破断Ｅ」のシミュレーション結果を確認すると、電位Ｖ３と電位Ｖ４とは、それらの絶対値同士が±５％以内の差分に収まっているが、電位Ｖ１と電位Ｖ２とは、それらの絶対値同士が±５％以内の差分に収まっていない。従って、Ｓ５０の処理ステップにおいて、図４における「破断Ｅ」のシミュレーション結果は、電位Ｖ１と電位Ｖ２とが平衡ではないと判定されるため、Ｓ７０へ移行することが分かる。同様に、図４における「破断Ｆ」～「破断Ｈ」のシミュレーション結果は、電位Ｖ１と電位Ｖ２との絶対値同士が±５％以内の差分に収まっていない、或いは電位Ｖ３と電位Ｖ４との絶対値同士が±５％以内の差分に収まっていないため、Ｓ５０の処理ステップにおいて、Ｓ７０へ移行することになる。すなわち、上記Ｓ５０では、実質的に、一対のレール７０、７２で破断が発生しているか否かの判定が行われることになる。

【0043】

Ｓ６０（レール正常判定）：データ処理部５６により、上記Ｓ１０で測定された最新の電位Ｖ１～Ｖ５からは、レール７０、７２の破断が発生しているような傾向が見られないため、レール７０、７２は正常な状態にあると判定する。なお、図４に示された「正常」のシミュレーション結果のような電位Ｖ１～Ｖ５が測定された場合は、上述したように本ステップＳ６０へ移行するため、シミュレーション結果の通りにレール７０、７２が正常であると判定されることが確認できる。

【0044】

Ｓ７０（不平衡率判定）：データ処理部５６により、上記Ｓ４０で算出した不平衡率ＵＢが所定の割合以上であるか否かを判定する。本実施形態では、不平衡率ＵＢが８０％以上であるか否かを判定する。その結果、不平衡率ＵＢが８０％以上であると判定した場合（ＹＥＳ）はＳ８０へ移行し、不平衡率ＵＢが８０％以上ではないと判定した場合（ＮＯ）はＳ１００へ移行する。なお、８０％という閾値は一例であって、これに限定されるものではなく、シミュレーション結果などに応じて任意の閾値を採用してよい。また、ここでの不平衡率ＵＢの判定において、上記Ｓ４０で言及した初期不平衡率を利用してもよい。

【0045】

ここで、図４における「破断Ａ」～「破断Ｄ」のシミュレーション結果を確認すると、不平衡率ＵＢが軒並み大きくなっており、何れも８０％以上になっていることが確認できる。このため、Ｓ７０の処理ステップにおいて、図４における「破断Ａ」～「破断Ｄ」のシミュレーション結果は、不平衡率ＵＢが８０％以上であると判定されるため、Ｓ８０へ移行することが分かる。これに対し、図４における「破断Ｅ」～「破断Ｈ」のシミュレーション結果を確認すると、不平衡率ＵＢはそれ程大きくなく、何れも７９％以下になっていることが確認できる。このため、Ｓ７０の処理ステップにおいて、図４における「破断Ｅ」～「破断Ｈ」のシミュレーション結果は、不平衡率ＵＢが８０％以上ではないと判定されるため、Ｓ１００へ移行することが分かる。すなわち、上記Ｓ７０では、実質的に、レール７０、７２の破断箇所が「破断Ａ」～「破断Ｄ」であるか、或いは「破断Ｅ」～「破断Ｈ」であるかの切り分けが行われることになる。換言すれば、レール７０、７２の破断箇所が、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間であるか否かを切り分けている。

【0046】

Ｓ８０（破断箇所候補特定）：データ処理部５６により、レール７０、７２の破断が発生した箇所が、図１（ｂ）に示されたような破断Ａ～破断Ｄの何れかであると特定する。すなわち、レール７０、７２の破断箇所が、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間ではなく、短絡部１２を中心として４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄよりも外側にあると特定する。
Ｓ９０（破断エリア特定）：データ処理部５６により、図１（ｂ）に示されたような４つのエリア（エリア１～エリア４）の中から、破断が発生したエリアを特定する。本ステップに至る前に、上記Ｓ８０で破断箇所が短絡部１２を中心として４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄよりも外側にあると絞り込まれている。このため、上記Ｓ３０で最大値と特定された電位を有する電圧測定点１６が設定されたエリアに対して、レール幅方向に対向する位置にあるエリアにおいて、破断が発生したと特定する。破断が発生したエリアが特定されることで、既に絞り込まれている４つの破断箇所候補である破断Ａ～破断Ｄの中から、１つの破断箇所が特定されることになり、そこでレール７０又は７２の破断が発生したことが最終的に特定される。

【0047】

なお、図４に示された「破断Ａ」～「破断Ｄ」のシミュレーション結果のような電位Ｖ１～Ｖ５が測定された場合は、上述したようにＳ８０を経由して本ステップＳ９０へ至る。そこで、例えば「破断Ｄ」のシミュレーション結果を確認すると、電位Ｖ１～Ｖ４の中で、上記Ｓ３０において最大値と特定される電位は電位Ｖ４であり、この電位Ｖ４は、図１（ｂ）のエリア３に設定された第４電圧測定点１６Ｄのものである。そして、エリア３に対してレール幅方向に対向する位置にあるのはエリア４であるため、既に絞り込まれている４つの破断箇所候補である破断Ａ～破断Ｄの中から、エリア４にある破断Ｄが発生したと特定され、これはシミュレーション結果の通りであることが確認できる。同様に、「破断Ａ」～「破断Ｃ」のシミュレーション結果からも、破断Ａ～破断Ｃが発生したと特定されるような電位が記載されていることが分かる。

【0048】

Ｓ１００（破断箇所候補特定）：データ処理部５６により、レール７０、７２の破断が発生した箇所が、図１（ｂ）に示されたような破断Ｅ～破断Ｈの何れかであると特定する。すなわち、レール７０、７２の破断箇所が、短絡部１２を中心として４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄよりも外側ではなく、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間にあると特定する。
Ｓ１１０（破断エリア特定）：データ処理部５６により、図１（ｂ）に示されたような４つのエリア（エリア１～エリア４）の中から、破断が発生したエリアを特定する。本ステップに至る前に、上記Ｓ１００で破断箇所が４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間にあると絞り込まれている。このため、上記Ｓ３０で最大値と特定された電位を有する電圧測定点１６が設定されたエリアにおいて、破断が発生したと特定する。破断が発生したエリアが特定されることで、既に絞り込まれている４つの破断箇所候補である破断Ｅ～破断Ｈの中から、１つの破断箇所が特定されることになり、そこでレール７０又は７２の破断が発生したことが最終的に特定される。

【0049】

なお、図４に示された「破断Ｅ」～「破断Ｈ」のシミュレーション結果のような電位Ｖ１～Ｖ５が測定された場合は、上述したようにＳ１００を経由して本ステップＳ１１０へ至る。そこで、例えば「破断Ｈ」のシミュレーション結果を確認すると、電位Ｖ１～Ｖ４の中で、上記Ｓ３０において最大値と特定される電位は電位Ｖ３であり、この電位Ｖ３は、図１（ｂ）のエリア４に設定された第３電圧測定点１６Ｃのものである。このため、既に絞り込まれている４つの破断箇所候補である破断Ｅ～破断Ｈの中から、エリア４にある破断Ｈが発生したと特定され、これはシミュレーション結果の通りであることが確認できる。同様に、「破断Ｅ」～「破断Ｇ」のシミュレーション結果からも、破断Ｅ～破断Ｇが発生したと特定されるような電位が記載されていることが分かる。

【0050】

さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０は、図１及び図２に示すように、短絡部１２、４本のケーブル２０、測定部３０、及び判定部５０を含み、短絡部１２は、一対のレール７０、７２間を接続して短絡するものである。そして、一対のレール７０、７２の各々に、短絡部１２を挟むような位置関係でレール延在方向の両側の２箇所に電圧測定点１６が設定され、一対のレール７０、７２では合計で４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄが設定される。４本のケーブル２０は、そのように設定されたレール７０、７２の４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄに対して各々の一端が接続され、各々の他端が測定部３０に対して接続される。そして、測定部３０は、接続された４本のケーブル２０を介して、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの電位を測定し、図示の実施形態では電位Ｖ１～Ｖ５を測定する（図３のＳ１０参照）。すなわち、一対のレール７０、７２には、変電所８２から架線７６を介して列車８０へ供給され、列車８０のモータなどで使用された後に変電所８２へ戻る帰線電流が流れているため、そのような帰線電流による電位を、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄにおいて測定部３０により測定するものである。

【0051】

判定部５０は、測定部３０により測定された４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄについての電位Ｖ１～Ｖ５に基づいて、一対のレール７０、７２で破断が発生しているか否かを判定すると共に、破断が発生していた場合にその発生したエリア（エリア１～エリア４）を特定する。すなわち、短絡部１２を挟む位置関係で一対のレール７０、７２に設定された４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄの電位Ｖ１～Ｖ４は、一対のレール７０、７２に同じ乃至略同じ大きさの帰線電流が流れる通常時は平衡関係にある。しかしながら、レール７０、７２の何れかの部分で破断が発生した場合は、破断箇所に帰線電流が略流れなくなり、上記の平衡関係が崩れてアンバランスになるため、それを検知してレール７０、７２で破断が発生したと判定する。更に、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄについての電位Ｖ１～Ｖ５のバランスと、破断が発生したエリアとの関係性などが、例えば図４に示されたようなシミュレーション結果などに基づいて予め設定されていることで、それに基づいて、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄについての電位Ｖ１～Ｖ５から、破断が発生したエリアを特定する。

【0052】

このようにして、列車検知信号やレール破断検知専用の信号を使用することなく、レール７０、７２の破断の検知に加えて、破断が発生したエリアを特定することができる。しかも、情報取得のためにレール７０、７２に接続するケーブル２０は４本であり、それによって４つのエリア１～エリア４でのレール７０、７２の破断を検知できることを加味すると、エリア毎に１本のケーブル２０のみを使用している。このため、従来と比較してケーブル２０の本数を半減することができ、ケーブル２０の本数を抑制することが可能となる。更に、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄを短絡部１２の近傍に設定することとすれば、４本のケーブル２０が短絡部１２の近傍に接続される構成となるため、短絡部１２と４本のケーブル２０と測定部３０とを地上設備としてコンパクトに設置することができ、しかもそこから延びる長いレール７０、７２の破断を検知することができる。

【0053】

また、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０は、一対のレール７０、７２の各々で短絡部１２を挟むレール延在方向の両側に設定された４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄを、レール７０、７２及び短絡部１２を挟んだ位置関係で識別して、第１電圧測定点１６Ａ～第４電圧測定点１６Ｄと呼称する。そして、判定部５０は、測定部３０により測定される第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１と第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２とを比較し、また、第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３と第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４とを比較する。ここで、第１電圧測定点１６Ａと第２電圧測定点１６Ｂとは、レール７０上とレール７２上とで異なるものの短絡部１２に対して同じ側（図中左側）にあり、第３電圧測定点１６Ｃと第４電圧測定点１６Ｄについても、レール７０上とレール７２上とで異なるものの短絡部１２に対して同じ側（図中右側）にある。従って、このような位置関係にある電圧測定点１６同士を比較することで、短絡部１２を挟んだレール延在方向の両側の各々について、帰線電流による電位が一対のレール７０、７２間で比較されることになる。

【0054】

このため、レール７０、７２の破断が発生していない状態では、一対のレール７０、７２に同じ乃至略同じ大きさの帰線電流が流れることから、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１と第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２とは平衡関係にあり、第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３と第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４も平衡関係にある。これに対し、一対のレール７０、７２の何れかで破断が発生すると、一対のレール７０、７２を流れる帰線電流間の平衡関係が崩れるため、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１と第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２との平衡関係や、第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３と第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４との平衡関係も崩れる。これを利用して、判定部５０は、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１と第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２とが平衡であるか否か、及び第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３と第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４とが平衡であるか否かに応じて、一対のレール７０、７２の破断の有無を判定するものである（図３のＳ５０参照）。これにより、レール７０、７２の破断の有無を、より正確に判定することが可能となる。

【0055】

更に、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０は、判定部５０が、レール７０、７２の破断が発生した場合の、破断箇所の絞り込みを行うものである。具体的に、判定部５０は、第１電圧測定点１６Ａの電位Ｖ１、第２電圧測定点１６Ｂの電位Ｖ２、第３電圧測定点１６Ｃの電位Ｖ３、及び第４電圧測定点１６Ｄの電位Ｖ４の間の、本実施形態では中点電位Ｖ５も加味した不平衡率を利用して、レール７０、７２の破断箇所を絞り込む（図３のＳ４０及びＳ７０参照）。すなわち、第１電圧測定点１６Ａ～第４電圧測定点１６Ｄについての電位Ｖ１～Ｖ５間の不平衡率は、短絡部１２が含まれた回路の帰線電流バランスを表すものであるため、そのような不平衡率の大きさには、レール７０、７２の破断箇所に応じた特性が現れる。

【0056】

そこで、レール７０、７２の破断箇所が４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間である場合と、そうではなく短絡部１２を中心として４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄよりも外側の場合との、不平衡率の大きさの傾向を、例えば図４のようなシミュレーション結果などに基づいて予め把握する。そして、そのような不平衡率の大きさの傾向に対して、測定された第１電圧測定点１６Ａ～第４電圧測定点１６Ｄについての電位Ｖ１～Ｖ５から算出した不平衡率を適用することで、レール７０、７２の破断箇所が４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間であるか否かを判定することができる（図３のＳ８０及びＳ１００参照）。これにより、レール７０、７２の破断箇所を精度よく絞り込むことが可能となる。

【0057】

また、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０は、上述したように判定部５０が４つのエリア１～エリア４の中からレール７０、７２の破断が発生したエリアを特定する際に、第１電圧測定点１６Ａ～第４電圧測定点１６Ｄにおける電位Ｖ１～Ｖ４の絶対値の中から最大値を特定するものである（図３のＳ２０及びＳ３０参照）。すなわち、レール７０、７２の破断箇所が短絡部１２を中心として４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄよりも外側の場合には、破断が発生したエリアにあるレール７０又は７２に帰線電流が略流れず、そのエリアに対してレール幅方向について対向する位置のエリアにある反対のレール７０又は７２に、通常時の２倍程度の帰線電流が流れる。従って、レール７０又は７２が破断したエリアに対向する位置のエリアに設定された電圧測定点１６での電位が、他の電圧測定点１６での電位と比較して明らかに大きくなり、その電位が最大値として特定される。このため、最大値の電位が測定されたエリアに対向する位置のエリアにおいて、レール７０又は７２の破断が発生したと特定することができる。

【0058】

これに対し、レール７０、７２の破断箇所が４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間である場合には、破断箇所に帰線電流が略流れないため、その破断が発生したエリアに設定された電圧測定点１６において、電圧が殆ど降下していない状態の電位が測定される。従って、レール７０又は７２が破断したエリアに設定された電圧測定点１６での電位が、他の電圧測定点１６での電位と比較して明らかに大きくなり、その電位が最大値として特定される。このため、最大値の電位が測定されたエリアにおいて、レール７０又は７２の破断が発生したと特定することができる。

【0059】

このように、レール７０、７２の破断箇所が４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間であるか否かに応じて、特定した電位の最大値からのエリアの特定方法を使い分ける。そして、レール７０、７２の破断箇所が４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄと短絡部１２との間であるか否の判定結果と、４つのエリア１～エリア４の中から特定された破断が発生したエリアとが組み合わされて、合計で８パターンの破断箇所（破断Ａ～破断Ｈ）からレール７０又は７２の破断箇所を特定することができる（図３のＳ９０及びＳ１１０参照）。これにより、使用するケーブル２０の本数を抑制しながらも、レール７０、７２の破断箇所をより詳細に特定することが可能となる。

【0060】

また、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０は、長距離のレール７０、７２にわたってレール７０、７２の破断を検知する場合には、図５（ａ）に示すように、短絡部１２が一対のレール７０、７２の所定距離毎に設置され、これにより短絡部１２がレール延在方向に沿って複数設置されることになる。そして、４本のケーブル２０及び測定部３０が、複数設置された短絡部１２のうち、レール延在方向に沿って一つ置きの短絡部１２毎に設置される。すなわち、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄが設定される４つのエリアは、４箇所の電圧測定点１６Ａ～１６Ｄに挟まれた短絡部１２から、それに隣接する短絡部１２までの範囲をカバーするため、短絡部１２毎に４本のケーブル２０や測定部３０を設置する必要はなく、一つ置きの短絡部１２毎に設置すればよい。

【0061】

従って、長距離にわたってレール７０、７２の破断を検知する場合であっても、接続するケーブル２０の本数を抑制することができ、それに伴って測定部３０の数量も抑制することができる。ケーブル２０の本数や測定部３０の数量が抑制されることは、上述した図５（ａ）の構成と、従来技術の構成である図５（ｂ）及び（ｃ）との比較からも明らかである。
なお、本発明の実施の形態に係るレール破断検知方法は、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０により実行されることで、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置１０と同様の作用効果を奏することができる。

【符号の説明】

【0062】

１０：レール破断検知装置、１２：短絡部、１６：電圧測定点、１６Ａ：第１電圧測定点、１６Ｂ：第２電圧測定点、１６Ｃ：第３電圧測定点、１６Ｄ：第４電圧測定点、２０：ケーブル、３０：測定部、５０：判定部、７０、７２：一対のレール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】