特許 7303705 レール破断検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-27

(45)【発行日】2023-07-05

(54)【発明の名称】レール破断検知装置

(51)【国際特許分類】

   B61L 23/00 20060101AFI20230628BHJP

   B61L 1/18 20060101ALI20230628BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20230628BHJP

   G01N 27/20 20060101ALI20230628BHJP

【ＦＩ】

B61L23/00 Z

B61L1/18 Z

G01M99/00 Z

G01N27/20 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019160111

(22)【出願日】2019-09-03

(65)【公開番号】P2021037830

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000221616

【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100181146

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 啓

(74)【代理人】

【識別番号】100109221

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 充広

(72)【発明者】

【氏名】薗部 正和

(72)【発明者】

【氏名】橋本 直樹

(72)【発明者】

【氏名】香川 卓也

(72)【発明者】

【氏名】菅原 淳

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１７５４３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１５８５１０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｌ ２３／００

Ｂ６１Ｌ １／１８

Ｇ０１Ｎ ２７／２０

Ｇ０１Ｍ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対で構成される２本のレールに対して検知用直流信号を印加する信号発生器と、
前記検知用直流信号について、２本の前記レールの間に生じる不平衡に基づき前記レールの破断を検知する破断検知部と
を備えるレール破断検知装置。

【請求項2】

前記破断検知部は、２本の前記レールに流れる電流に関する不平衡率に基づき２本の前記レールのいずれか一方における破断の発生を検知する、請求項１に記載のレール破断検知装置。

【請求項3】

前記破断検知部は、前記検知用直流信号の一方と他方とについてそれぞれ予め定められた閾値に基づき２本の前記レール双方における破断の発生を検知する、請求項２に記載のレール破断検知装置。

【請求項4】

前記信号発生器は、少なくとも帰線電流が流れていない時に前記検知用直流信号を印加する、請求項１～３のいずれか一項に記載のレール破断検知装置。

【請求項5】

前記破断検知部は、前記帰線電流が流れている場合、前記帰線電流と前記検知用直流信号との合算値に基づき破断を検知する、請求項４に記載のレール破断検知装置。

【請求項6】

前記信号発生器は、前記帰線電流の逆流を阻止するダイオードを有する、請求項４及び５のいずれか一項に記載のレール破断検知装置。

【請求項7】

前記信号発生器は、前記レールの絶縁継ぎ目に対応して、前記レールの一端から他端までの間に前記検知用直流信号を印加する、請求項１～６のいずれか一項に記載のレール破断検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道用レールの破断を検知するレール破断検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道用レールの破断を検知するための装置として、例えば特許文献１に例示されるように、帰線電流を利用するものが知られている。

【0003】

しかしながら、例えば特許文献１に開示の技術では、帰線電流を利用することで破断検知を可能にするものとなっているため、帰線電流が流れていない場合、すなわち電車が走行していない時には、レール破断の検出ができない。このため、例えば、レール破断の常時検出の要請に対しては、必ずしも対応できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５８２７４６５号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、例えば、列車が走行していないために帰線電流が検出されない、というような場合でも、レールの破断検知が可能になるレール破断検知装置を提供することを目的とする。

【0006】

上記目的を達成するためのレール破断検知装置は、レールに対して検知用直流信号を印加する信号発生器と、検知用直流信号に基づきレールの破断を検知する破断検知部とを備える。

【0007】

上記レール破断検知装置では、信号発生器が、レールに対して検知用直流信号を印加し、破断検知部が、当該検知用直流信号に基づきレールの破断を検知することで、例えば、列車が走行していないために帰線電流が検出されない、というような場合でも、検知用直流信号に基づいて、レールの破断検知が可能になる。

【0008】

本発明の具体的な側面では、信号発生器は、一対で構成される２本のレールに対して、検知用直流信号を印加し、破断検知部は、２本のレールに流れる電流に関する不平衡率に基づき２本のレールのいずれか一方における破断の発生を検知する。この場合、検知用直流信号を一対構成のレールに印加することで、各レールにおける破断を検知できる。

【0009】

本発明の別の側面では、破断検知部は、検知用直流信号の一方と他方とについてそれぞれ予め定められた閾値に基づき２本のレール双方における破断の発生を検知する。この場合、予め定められた閾値に基づいて、例えば一対で構成される２本のレール間での相対的な差を求めることなく、レール双方において破断が発生していることを検知できる。

【0010】

本発明のさらに別の側面では、信号発生器は、少なくとも帰線電流が流れていない時に検知用直流信号を印加する。この場合、帰線電流が流れていない時であっても、検知用直流信号に基づいて、レール破断の検知が可能になる。

【0011】

本発明のさらに別の側面では、破断検知部は、帰線電流が流れている場合、帰線電流と検知用直流信号との合算値に基づき破断を検知する。これにより、帰線電流が流れている場合においても、レール破断の検知が可能になる。

【0012】

本発明のさらに別の側面では、信号発生器は、帰線電流の逆流を阻止するダイオードを有する。この場合、ダイオードにより帰線電流の信号発生器内部への逆流を阻止できる。

【0013】

本発明のさらに別の側面では、信号発生器は、レールの絶縁継ぎ目に対応して、レールの一端から他端までの間に検知用直流信号を印加する。この場合、レール破断の検知が可能な範囲を適切なものにできる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係るレール破断検知装置の一例について概要を示すブロック図である。

【図2】レール破断検知装置を設置した線路と走行する列車の様子を示す概略図である。

【図3】レール破断検知装置の一構成例を示すブロック図である。

【図4】列車走行時にレール破断が無い場合の破断検知の様子を示すブロック図である。

【図5】列車走行時にレール破断が有る場合の破断検知の様子を示すブロック図である。

【図6】（Ａ）は、列車走行時以外において、レール破断が無い場合の破断検知の様子を示すブロック図であり、（Ｂ）は、レール破断が有る場合の破断検知の様子を示すブロック図である。

【図7】レール破断検知装置の一動作例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図１等を参照して、一実施形態に係るレール破断検知装置について一例を説明する。

【0016】

図１に例示するように、本実施形態のレール破断検知装置１００は、信号発生器１０と、破断検知部２０とを備える。１つのレール破断検知装置１００は、絶縁継ぎ目ＩＮで範囲が規定される１つの検知区間内にあるレールＲＬについてレール破断の有無の検知を行う。

【0017】

レール破断検知装置１００は、例えば図２に例示するように、地上のうちレールＲＬの近傍であって、列車ＴＲの走行を妨げない位置に設置されている。なお、図示のように、レール破断検知装置１００の各部は、レールＲＬに接続されている。

【0018】

図１に戻って、レール破断検知装置１００のうち、信号発生器１０は、レールＲＬに対して検知用直流信号ＤＤＳを絶えることなく常時印加する。より具体的には、信号発生器１０は、図示のように、一対で構成される２本のレールＲＬ（以下、これらを第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２とする。）に対して配線がなされたものとなっており、各レールＲＬ１，ＲＬ２につき１つずつの閉回路を形成している。さらに、信号発生器１０は、検知用の信号として、直流電流を発生させて、一対で構成されるレールＲＬに検知用直流信号ＤＤＳとして流している。

【0019】

レール破断検知装置１００のうち、破断検知部２０は、帰線電流ＲＣ（図２参照）のみならず、検知用直流信号ＤＤＳに基づいて、レールＲＬの破断を検知する。すなわち、一対のレールＲＬに印加される検知用直流信号ＤＤＳの状態から、検知範囲におけるレールＲＬについて、レール破断が生じているか否かを検知する。なお、詳しい構成の一例については、後述する。

【0020】

一方、図２に例示するように、レールＲＬ上を走行する列車ＴＲについては、屋根部分に設けられたパンタグラフＰＡを介して、変電所（図示略）等からの架線（トロリ線）ＷＩから走行するための電力源として、き電電流ＦＣが供給されている。つまり、列車ＴＲは、き電電流ＦＣによってモーターＭＭを回転駆動させ、モーターＭＭに繋がれた車軸や車輪の回転による走行動作を可能にしている。この際、き電電流ＦＣに対応する帰線電流ＲＣが、レールＲＬを介して変電所等へ返される。なお、列車ＴＲの走行のために、一般的には、１５００Ｖ、１００Ａ～１０００Ａ程度の電圧及び電流（直流電流）が、き電すなわち給電されている。

【0021】

本実施形態では、レール破断検知装置１００は、図１を参照して説明した検知用直流信号ＤＤＳと図２を参照して説明した帰線電流ＲＣとの双方について、検知可能な構成となっている。より具体的には、破断検知部２０において、検知用直流信号ＤＤＳのみが流れている場合すなわち印加されている場合も、検知用直流信号ＤＤＳ及び帰線電流ＲＣの双方が流れている場合も、電流値や電圧値等の検出が可能になっている。なお、このためには、破断検知部２０において電流値や電圧値の測定可能な範囲を適宜調整しておけばよい。

【0022】

また、図示の例では、レールＲＬにおいて、検知用直流信号ＤＤＳと帰線電流ＲＣとは、同一の方向（＋Ｚ方向）に流れていることが前提としている。ただし、変電所の位置によっては、帰線電流ＲＣの流れる方向は逆になる（－Ｚ方向になる）場合もあり得る。

【0023】

以下、図３等を参照して、レール破断検知装置１００のより具体的な一構成例について説明する。

【0024】

まず、図示のように、レール破断検知装置１００のうち、信号発生器１０は、直流電源１１と、ダイオード１２と、抵抗１３とを備える。また、信号発生器１０は、＋極側から延びる導線ＰＷと、－極側から延びる導線ＮＷとを有し、これらが、一対で構成される２本のレールＲＬを構成する第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２の一端及び他端に接続されている。

【0025】

直流電源１１は、信号発生器１０の主要部であり、例えば数十Ｖ程度の電圧で、最大数十Ａ程度の直流電流を、検知用直流信号ＤＤＳとして、常時発生させるための電源である。なお、この場合、検知用直流信号ＤＤＳとなるべき電流は、帰線電流ＲＣに比べて小さなものとなる。

【0026】

ダイオード１２は、一方向について電流を流し、当該一方向の逆方向については、電流を流さない特性を有し、ここでは、直流電源１１の＋極側に設けられている。ダイオード１２は、直流電源１１から印加された検知用直流信号ＤＤＳが流れる方向については、電流を流す一方、その反対方向については、電流を流させないようにしている。つまり、図示の場合、信号発生器１０において、ダイオード１２により、帰線電流ＣＲの逆流を阻止する（防止する）構成となっている。

【0027】

抵抗１３は、直流電源１１の－極側に設けられ、直流電源１１において発生させる電圧や電流の値に応じた抵抗値を有するものとしている。例えば、変電所の位置によっては、ダイオード１２では帰線電流ＣＲの逆流を阻止（防止）できないことも想定される。これに対して、抵抗１３のインピーダンスをレールＲＬのインピーダンスに対して十分高い値にしておくことで、帰線電流ＣＲの逆流をかなり低減できる。

【0028】

また、図示の一例では、信号発生器１０の＋側に位置する導線ＰＷは、第１レールＲＬ１に接続される第１導線ＰＷ１と、第２レールＲＬ２に接続される第２導線ＰＷ２とに分岐している。反対に、信号発生器１０の－側に位置する導線ＮＷは、第１レールＲＬ１に接続される第１導線ＮＷ１と、第２レールＲＬ２に接続される第２導線ＮＷ２とに分岐されたものが１つに集約されている。

【0029】

以上の構成について言い換えると、ここでは、１つの信号発生器１０から分岐して、第１導線ＰＷ１から第１レールＲＬ１を経て第１導線ＮＷ１につながる１つの閉回路ＲＰ１と、第２導線ＰＷ２から第２レールＲＬ２を経て第２導線ＮＷ２につながるもう１つの閉回路ＲＰ２とが形成されている。なお、分岐による２つの閉回路ＲＰ１，ＲＰ２は、対称性を有しており、レール破断等が無い場合には、両方にほぼ同等の電流が等しく分配されて流れる。

【0030】

上記の場合、信号発生器１０は、一対で構成される２本のレールＲＬ１，ＲＬ２に対して、検知用直流信号ＤＤＳを、図示のように、第１検知用直流信号ＤＤＳ１と、第２検知用直流信号ＤＤＳ２とに分岐して、それぞれ対応する第１レールＲＬ１と第２レールＲＬ２とに印加するものとなる。

【0031】

また、ここで、図示のように、信号発生器１０において、各導線ＰＷ１，ＰＷ２，ＮＷ１，ＮＷ２は、各レールＲＬ１，ＲＬ２の境界を定める絶縁継ぎ目ＩＮに対応して、各レールＲＬ１，ＲＬ２の一端から他端までの間に第１及び第２検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２を印加している。図示の例では、各導線ＰＷ１，ＰＷ２，ＮＷ１，ＮＷ２は、各レールＲＬ１，ＲＬ２のうち、絶縁継ぎ目ＩＮの近傍に接続されている。これにより、１つのレール破断検知装置１００によって検知可能な１つの検知区間の範囲の大半においてレール破断を検知できる。つまり、レール破断の検知が可能な範囲を適切なものにできる。

【0032】

信号発生器１０は、以上のような構成により、帰線電流ＲＣ（図２参照）が流れている時だけでなく、帰線電流ＲＣが流れていない時であっても、検知用直流信号ＤＤＳ（第１及び第２検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２）を発生させている。

【0033】

次に、レール破断検知装置１００のうち、破断検知部２０の構成について一例を説明するが、ここでの破断検知部２０については、帰線電流ＲＣのみならず検知用直流信号ＤＤＳについての電流も検知可能であることすなわち電流等の検知可能レンジを除いて、例えば上記した引用文献１（特許第５８２７４６５号公報）における検知区間や信号処理装置等における構成と同様とすることが可能である。したがって、ここでは、概略のみ説明する。

【0034】

図示のように、破断検知部２０は、第１及び第２接続部ＣＮ１，ＣＮ２と、第１及び第２検知部２１ａ，２１ｂと、信号処理装置２２とを備える。

【0035】

第１及び第２接続部ＣＮ１，ＣＮ２は、一対構成の導線を有して構成されており、第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２にそれぞれに対応して接続されている。図示のように、各接続部ＣＮ１，ＣＮ２は、一対構成の導線を、レールＲＬ１，ＲＬ２の延びる方向（Ｚ方向）に沿って所定の間隔（例えば３～６ｍ程度の範囲内での所定間隔）Ｄ１，Ｄ２だけ離して接続し、当該間隔Ｄ１，Ｄ２が、第１及び第２検知部２１ａ，２１ｂによる電流あるいは電圧の状況についての検知区間となっている。

【0036】

第１及び第２検知部２１ａ，２１ｂは、各種回路等で構成され、それぞれ接続される接続部ＣＮ１，ＣＮ２からの信号を処理して、第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２を流れる電流あるいは電圧の状況を検知する。ここでは一例として、第１及び第２接続部ＣＮ１，ＣＮ２における上記検知区間の大きさに伴って生じる電位差が検知される。

【0037】

信号処理装置２２は、各種回路等で構成され、第１及び第２検知部２１ａ，２１ｂからの情報すなわちレールＲＬ１，ＲＬ２を流れる電流の電位差について、必要に応じて比較等を行い、得られて結果に基づいてレール破断に関する判断を行う。

【0038】

以下、図４～図６を参照して、上記構成のレール破断検知装置１００による破断検知の様子について一例を説明する。まず、前提として、ここでは、信号発生器１０により、検知用直流信号ＤＤＳ（第１及び第２検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２）が、常時、第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２に対して印加されているものとする。

【0039】

一方、帰線電流ＲＣは、列車ＴＲが走行している時のみ流れている。すなわち、列車ＴＲの非走行時は、帰線電流ＲＣは流れず、この際、レール破断が生じていなければ、第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２には、第１及び第２検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２のみが流れる。

【0040】

図４は、列車ＴＲが走行している時に、レール破断が無い場合の破断検知の様子を示している。一方、図５は、列車ＴＲが走行している時に、レール破断が有る場合の破断検知の様子を示している。なお、この場合、レール破断を示す破断箇所ＲＲは、帰線電流ＲＣの進行方向（＋Ｚ方向）について、列車ＴＲよりも前方に位置している。

【0041】

また、前提として、既述のように、列車ＴＲは、架線ＷＩ及びパンタグラフＰＡを介して、変電所ＳＳからき電電流ＦＣの供給を受け、モーターＭＭを回転駆動させることで、走行している。

【0042】

ここで、図４に示すように、レール破断等が生じていなければ、走行する列車ＴＲに起因する帰線電流ＲＣは、列車ＴＲ内において、第１レールＲＬ１を流れる成分である第１帰線電流ＲＣ１と、第２レールＲＬ２を流れる成分である第２帰線電流ＲＣ２とに分岐されて流れ出るようになっている。したがって、図示の場合、第１レールＲＬ１には、第１帰線電流ＲＣ１と、第１検知用直流信号ＤＤＳ１とが流れており、第１検知部２１ａは、第１接続部ＣＮ１を介して、これらの合計についての電位差を検知する。ここでは、第１帰線電流ＲＣ１に起因する電位差をＶ１とし、第１検知用直流信号ＤＤＳ１に起因する電位差をＶ１'とする。すなわち、電位差Ｖ１＋Ｖ１'が、第１検知部２１ａで検知される電位差を示す。

【0043】

同様に、第２レールＲＬ２には、第２帰線電流ＲＣ２と、第２検知用直流信号ＤＤＳ２とが流れており、第２検知部２１ｂは、第２接続部ＣＮ２を介して、これらの合計についての電位差を検知する。ここでは、第２帰線電流ＲＣ２に起因する電位差をＶ２とし、第２検知用直流信号ＤＤＳ２に起因する電位差をＶ２'とする。すなわち、電位差Ｖ２＋Ｖ２'が、第２検知部２１ｂで検知される電位差を示す。

【0044】

以上のように、ここでの破断検知部２０では、帰線電流ＲＣが流れている場合、帰線電流ＲＣと検知用直流信号ＤＤＳ（すなわち検知用直流信号ＤＤＳに起因する電流）との合算値に相当する電位差の情報に基づき破断を検知している。

【0045】

以下、破断検知部２０による検知の方法について、より具体的に説明する。まず、図４に例示するように、レール破断が起きておらず、検知用直流信号ＤＤＳや帰線電流ＲＣの分岐が対等な構成で行われていれば、上記したもののうち、例えば第１検知用直流信号ＤＤＳ１と第２検知用直流信号ＤＤＳ２とは、同等に分岐され、同等の値を示し、第１帰線電流ＲＣ１と第２帰線電流ＲＣ２とについても同様のことが言える。延いては、電位差Ｖ１と電位差Ｖ２、あるいは、電位差Ｖ１'と電位差Ｖ２'、さらにはこれらの和すなわち合算値についても同様である。

【0046】

しかしながら、図５に例示するように、第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２のうち一方のレールにレール破断が起きている（図示の例では、第１レールＲＬ１において、破断箇所ＲＲができている。）場合には、レールが破断していない側の一方のみに電流が流れ、第１レールＲＬ１と第２レールＲＬ２との間に電流に関する不平衡が生じることになる。本実施形態では、かかる点を鑑み、上記不平衡について捉えるべく、一例として、信号処理装置２２において、下記の式（１）を不平衡率と定め、当該不平衡率の大きさに基づいて、レール破断の有無を判定している。
（｜Ｖ１＋Ｖ１'｜－｜Ｖ２＋Ｖ２'｜）／（｜Ｖ１＋Ｖ１'｜＋｜Ｖ２＋Ｖ２'｜）×１００％…（１）
ここで、上式（１）に示す不平衡率において、分子における｜Ｖ１＋Ｖ１'｜－｜Ｖ２＋Ｖ２'｜は、第１レールＲＬ１を流れる電流と第２レールＲＬ２を流れる電流との間における差に相当する値を示している。この値が大きい場合、どちらか一方に偏って電流が流れているすなわち他の一方においてレール破断が起きている可能性が高いことになる。

【0047】

なお、上式（１）に示す不平衡率において、分母は、両電流の和に相当する値を示している。

【0048】

以上から、上式（１）に示す不平衡率に対して、閾値を予め定めておいた上で、破断検知部２０において、信号処理装置２２が、第１及び第２検知部２１ａ，２１ｂで測定された電位差について、上式（１）に示す不平衡率を算出し、算出された不平衡率が当該閾値以下ならば、図４のような状態にあるとしてレール破断無しの判定をし、閾値よりも大きければ、図５のような破断箇所ＲＲが生じた状態にあるとしてレール破断有りの判定をする。

【0049】

信号処理装置２２は、レール破断有りの判定をした場合、その判定結果を、他装置に伝える。例えば、信号処理装置２２は、監視装置（図示略）等へ判定結果を送る。当該監視装置は、信号処理装置２２より送られた結果に基づき、監視を行う対象エリアに列車ＴＲを進入させないようにする等の処理を行う。

【0050】

さらに、本実施形態では、常時流れている検知用直流信号ＤＤＳを利用することで、上記のように列車ＴＲが走行している時のみならず、列車ＴＲが走行していない時、すなわち帰線電流ＲＣを分岐した第１帰線電流ＲＣ１や第２帰線電流ＲＣ２が発生していない時であっても、上記と同様の態様で、レール破断の判定ができる。

【0051】

具体的には、列車ＴＲの走行時以外においても、例えば図６（Ａ）に示すように、レール破断が無い場合や、図６（Ｂ）に示すように、レール破断が有る（破断箇所ＲＲが生じている）場合には、第１検知用直流信号ＤＤＳ１と第２検知用直流信号ＤＤＳ２との状況から判定を行う。この場合、信号処理装置２２において、上式（１）のうち、第１及び第２帰線電流ＲＣ１，ＲＣ２に起因する電位差をＶ１，Ｖ２を除いた下記の式（２）により、レール破断の有無が判定される。
（｜Ｖ１'｜－｜Ｖ２'｜）／（｜Ｖ１'｜＋｜Ｖ２'｜）×１００％…（２）
この場合も、分子の差が大きい場合、どちらか一方に偏って電流が流れているすなわち他の一方においてレール破断が起きている可能性が高いことになるからである。したがって、信号処理装置２２は、上式（２）から算出された不平衡率が予め定めた閾値以下ならば、図６（Ａ）のような状態にあるとしてレール破断無しの判定をし、閾値よりも大きければ、図６（Ｂ）のような破断箇所ＲＲが生じた状態にあるとしてレール破断有りの判定をする。

【0052】

以上のように、レール破断検知装置１００は、破断検知部２０において、２本のレールＲＬ１，ＲＬ２に流れる電流に関する不平衡率に基づき、レールＲＬ１，ＲＬ２のいずれか一方における破断の発生を検知する構成となっている。

【0053】

なお、図４等に示したように検知用直流信号ＤＤＳと帰線電流ＲＣとの双方を検知する場合と、図６（Ａ）等に示したように検知用直流信号ＤＤＳのみを検知する場合とでは、検知される電位差の値が大きく異なると想定されるため、例えば破断検知部２０において、どちらの状態にあるかを区別することは可能であるが、ここでのレール破断の判定では、上記のような不平衡率のようなものを利用している。

【0054】

以下、図１等に示す信号発生器１０に相当するものを有していないレール破断検知装置と本実施形態のレール破断検知装置１００とでの相違について、簡単に考察する。

【0055】

信号発生器１０に相当するものを有していない場合であっても、列車ＴＲが走行している時においては、帰線電流ＲＣを分岐した第１帰線電流ＲＣ１及び第２帰線電流ＲＣ２を利用することで、レール破断の有無についての判定が可能である。しかしながら、列車走行時以外においては、レール破断の有無についての判定ができない。特に、図６（Ｂ）のように、列車走行時以外において信号発生器１０が無いと、レール破断（破断箇所ＲＲ）が生じていても、これを判定できない。

【0056】

本実施形態では、常時流れている検知用直流信号ＤＤＳを利用することで、かかる事態を回避している。すなわち、帰線電流ＲＣが無い時でも、レール破断の検知が可能となっている。

【0057】

さらに、レール破断検知装置１００では、｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜について別途閾値を定め、｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜についても別途閾値を定めることで、２本のレールＲＬ１，ＲＬ２の双方においてレール破断（両レール破断）が発生した場合についての検知を可能にしてもよい。

【0058】

両レール破断の発生時は、｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜の値、｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜の値のいずれもが、小さくなる。特に、列車走行時以外では、検知用直流信号ＤＤＳに起因する｜Ｖ１'｜の値と、｜Ｖ２'｜の値とを検出することになるので、特に小さな値が検出されることになると考えられる。したがって、上記閾値を、例えばレール破断時の値として想定される｜Ｖ１'｜や｜Ｖ２'｜の値を基準に予め定めておき、当該閾値以上であるか否かを、不平衡率を算出する前に判定することで、まず、両レール破断が発生しているか否かを確認できる。すなわち、破断検知部２０において、分岐された検知用直流信号ＤＤＳの一方である第１検知用直流信号ＤＤＳ１と、他方である第２検知用直流信号ＤＤＳ２とについて、それぞれ予め定められた閾値に基づき２本のレールＲＬ１，ＲＬ２の双方における破断の発生を検知する。この場合、予め定められた閾値に基づいて、上記のように、レールＲＬ１，ＲＬ２間での相対的な差を求めることなく、レールＲＬ１，ＲＬ２双方において破断が発生していることを検知できる。

【0059】

以下、図７のフローチャートを参照して、レール破断検知装置１００の一動作例について説明する。ここでは、上記した両レール破断の検知も行う場合の一例を説明する。このため、前提として、上記した｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜に関する閾値をＶ１ｔとし、上記した｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜に関する閾値をＶ２ｔとして定めておく。このほか、不平衡率に関する閾値も予め定められているものとする。

【0060】

まず、レール破断検知装置１００のうち信号発生器１０による検知用直流信号ＤＤＳや、列車ＴＲからの帰線電流ＲＣに起因して、破断検知部２０の第１検知部２１ａ及び信号処理装置２２での検知及び算出により、電位差に関して｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜に相当する値が算出される。信号処理装置２２は、算出された値が、閾値Ｖ１ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１ａ）。また、同時並行して、破断検知部２０の第２検知部２１ｂ及び信号処理装置２２により、電位差に関して｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜に相当する値を算出し、信号処理装置２２は、算出された値が、閾値Ｖ２ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１ｂ）。

【0061】

ステップＳ１０１ａにおいて、閾値Ｖ１ｔ以上でない（未満である）と判定された場合（ステップＳ１０１ａ：Ｎｏ）、あるいは、ステップＳ１０１ｂにおいて、閾値Ｖ２ｔ以上でない（未満である）と判定された場合（ステップＳ１０１ｂ：Ｎｏ）、信号処理装置２２は、｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜の値と、｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜の値との双方が、ともに予め定めた閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

【0062】

ステップＳ１０２において、｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜の値が閾値Ｖ１ｔ以上でなく（未満であり）、かつ、｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜の値が閾値Ｖ２ｔ以上でない（未満である）と判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、すなわち、｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜の値と、｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜の値との双方が、ともに小さいと判定された場合、信号処理装置２２は、両レール破断が発生していると判定し（ステップＳ１０３）、一連の動作を終了する。なお、この場合、信号処理装置２２すなわちレール破断検知装置１００は、不平衡率等を求めることなく、レール双方において破断が発生していることを検知していることになる。

【0063】

一方、ステップＳ１０２において、｜Ｖ１'｜又は｜Ｖ１＋Ｖ１'｜の値が閾値Ｖ１ｔ以上であるか、または、｜Ｖ２'｜又は｜Ｖ２＋Ｖ２'｜の値が閾値Ｖ２ｔ以上であると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、信号処理装置２２は、ステップＳ１０１ａ及びステップＳ１０１ｂの動作に戻る。なお、この場合、次のステップＳ１０１ａにおいて閾値Ｖ１ｔ以上となる（ステップＳ１０１ａ：Ｙｅｓ）か、ステップＳ１０１ｂにおいて閾値Ｖ２ｔ以上となる（ステップＳ１０１ｂ：Ｙｅｓ）。

【0064】

ステップＳ１０１ａにおいて、閾値Ｖ１ｔ以上であると判定された場合（ステップＳ１０１ａ：Ｙｅｓ）や、ステップＳ１０１ｂにおいて、閾値Ｖ２ｔ以上であると判定された場合（ステップＳ１０１ｂ：Ｙｅｓ）は、両レール破断は生じていないものとして、通常のレール破断すなわちどちらか一方についてレール破断が生じているか否かを検出すべく各種処理を開始する。具体的には、信号処理装置２２は、第１及び第２検知部２１ａ，２１ｂで測定された電位差に基づく不平衡率の算出を行う。すなわち、上式（１）あるいは上式（２）の算出結果を得る（ステップＳ１０４）。さらに、信号処理装置２２は、ステップＳ１０４において算出された結果と予め定めた不平衡率に関する閾値との大小比較に基づき、レール破断が生じているか否かを判定し、（ステップＳ１０５）一連の動作を終了する。

【0065】

以上のように、本実施形態に係るレール破断検知装置１００は、レールＲＬ（ＲＬ１，ＲＬ２）に対して、検知用直流信号ＤＤＳ（ＤＤＳ１，ＤＤＳ２）を印加する信号発生器１０と、検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２に基づきレールＲＬ１，ＲＬ２の破断を検知する破断検知部２０とを備える。この場合、信号発生器１０が、レールＲＬ１，ＲＬ２に対して検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２を印加し、破断検知部２０が、検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２に基づきレールＲＬ１，ＲＬ２の破断を検知することで、例えば帰線電流ＲＣが検出されないような場合でも、検知用直流信号ＤＤＳ１，ＤＤＳ２に基づいて、レールＲＬ１，ＲＬ２の破断検知が可能になる。

【0066】

〔その他〕
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

【0067】

まず、上記では、列車ＴＲは、パンタグラフＰＡにより電力を受けるものとしているが、例えばパンタグラフを有しないサードレール方式等種々の態様の列車が走行する線路においても、レール破断検知装置１００を設置して適用することができる。さらに、非電化区間において、本願を適用することも考えられる。

【0068】

また、上記では、１つの信号発生器１０から分岐して、第１レールＲＬ１に関する閉回路ＲＰ１と、第２レールＲＬ２に関する閉回路ＲＰ２とを形成しているが、例えば信号発生器１０において分岐を行わず、１つの閉回路を形成し、当該閉回路において、１つのレールについての電位差Ｖを測定し、電位差Ｖに関して予め定めた閾値と比較することで、１本のレールについて判定を行う構成とすることも考えられる。

【0069】

また、上記では、１つのレール破断検知装置１００が、絶縁継ぎ目ＩＮで区切られる１つの検知区間内にあるレールＲＬについてレール破断の有無の検知を行うものとしているが、１つのレール破断検知装置１００による検知範囲については、これ以外にも種々の態様が考えられる。例えば１つの検知区間を絶縁継ぎ目ＩＮで区切られる区間よりも細かい範囲に区切ってレール破断を行ってもよい。

【0070】

また、不平衡率については、例示として、上式（１）や下記の式（２）を示したが、上記態様によるレール破断について判定可能な不平衡率を示すものであれば、これ以外の算出方法であってもよい。

【0071】

また、上記では、信号発生器１０において、検知用直流信号ＤＤＳを常時発生させる態様としているが、信号発生器１０が、少なくとも帰線電流ＲＣが流れていない時に検知用直流信号ＤＤＳを印加する構成としておくことで、目的の達成が可能であり、例えば、帰線電流ＲＣが流れている時は、検知用直流信号ＤＤＳを印加しない構成とすることも考えられる。

【0072】

また、上記した各閾値については、検知用直流信号ＤＤＳや帰線電流ＲＣの電流値や電圧値の範囲を基準に、発生し得るノイズ等を考慮して適宜定めることができる。

【0073】

また、信号発生器１０については、必要に足る検知用直流信号ＤＤＳを印加できれば種々の態様とすることができ、ダイオード１２や抵抗１３の構成については、複数にしたり、さらに並べ方を種々の態様としたりできる。

【符号の説明】

【0074】

１０…信号発生器、１１…直流電源、１２…ダイオード、１３…抵抗、２０…破断検知部、２２…信号処理装置、１００…レール破断検知装置、１００Ａ…レール破断検知装置、ＣＮ１，ＣＮ２…接続部、ＣＲ…帰線電流、Ｄ１，Ｄ２…間隔、ＤＤＳ…検知用直流信号、ＤＤＳ１…第１検知用直流信号、ＤＤＳ２…第２検知用直流信号、ＦＣ…き電電流、ＩＮ…絶縁継ぎ目、ＭＭ…モーター、ＰＡ…パンタグラフ、ＰＷ，ＰＷ１，ＰＷ２，ＮＷ，ＮＷ１，ＮＷ２…導線、ＲＣ…帰線電流、ＲＬ…レール、ＲＬ１…第１レール、ＲＬ２…第２レール、ＲＰ１，ＲＰ２…閉回路、ＲＲ…破断箇所、ＳＳ…変電所、ＴＲ…列車、Ｖ１，Ｖ１'，Ｖ２，Ｖ２'…電位差、ＷＩ…架線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】