特許 7303706 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】 5

(21)【出願番号】P 2019160112

(22)【出願日】2019-09-03

(65)【公開番号】P2021037831

(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】特開２０１９－０１４２７８（ＪＰ，Ａ）

(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】

１本のレールに対して検知用交流信号を印加して１つの閉回路を形成する信号発生器と、
前記閉回路における前記検知用交流信号から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、前記検知用交流信号について予め定められた閾値に基づき破断を検知する、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、帰線電流が流れている場合、直流を遮断して抽出された交流に基づき破断を検知する、請求項１及び２のいずれか一項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、直流を遮断するコンデンサを有する、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交流信号を印加する、請求項１～４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、例えば帰線電流が検出されないような場合でも、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交流信号を印加する信号発生器と、検知用交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交流信号を印加し、破断検知部が、当該検知用交流信号に基づきレールの破断を検知することで、例えば帰線電流が検出されないような場合でも、検知用交流信号に基づいて、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、破断検知部は、検知用交流信号について予め定められた閾値に基づき破断を検知する。この場合、例えば検知用交流信号に関して測定された値が、当該閾値以下であるか否かによってレール破断の有無を判定できる。

【0009】

本発明の別の側面では、信号発生器は、１本のレールに対して検知用交流信号を印加して１つの閉回路を形成し、破断検知部は、閉回路における検知用交流信号からレールの破断を検知する。この場合、形成された閉回路に印加される検知用交流信号の状況から、レール破断の有無を判定できる。

【0010】

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、直流を遮断して抽出された交流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、帰線電流の影響を排除でき、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、信号発生器は、直流を遮断するコンデンサを有する。この場合、当該コンデンサにより、帰線電流等の直流を遮断できる。

【0012】

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交流信号を印加する。この場合、レール破断の検知が可能となる範囲を適切にできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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】列車走行時以外において、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5】レール破断検知装置の他の一構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

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５００は、一対で構成されるレールＲＬに応じて、一対で構成される第１レール破断検知装置５００Ａと、第２レール破断検知装置５００Ｂとを備えている。

【0016】

なお、レール破断検知装置５００において、例えば、一方の第１レール破断検知装置５００Ａは、第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２による一対構成のレールＲＬのうち、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第１レールＲＬ１について、一方の絶縁継ぎ目ＩＮから他方の絶縁継ぎ目ＩＮまでの間においてレール破断の有無の検知を行う。同様に、第２レール破断検知装置５００Ｂは、絶縁継ぎ目ＩＮで規定される第２レールＲＬ２について、一方の絶縁継ぎ目ＩＮから他方の絶縁継ぎ目ＩＮまでの間においてレール破断の有無の検知を行う。

【0017】

また、第１レール破断検知装置５００Ａと第２レール破断検知装置５００Ｂとは、同等の構造を有しており、それぞれ単独でもレール破断検知装置として機能し得る。したがって、以下では、第１レール破断検知装置５００Ａの構造について説明し、第２レール破断検知装置５００Ｂの構造等についての詳しい説明を省略する。

【0018】

第１レール破断検知装置５００Ａは、検知対象であるレールＲＬを構成する第１レールＲＬ１に対して検知用交流信号ＤＡＳを印加する信号発生器５０と、検知用交流信号ＤＡＳに基づき第１レールＲＬ１の破断を検知する破断検知部６０とを備える。

【0019】

信号発生器５０は、検知対象たる第１レールＲＬ１に対して検知用交流信号ＤＡＳを常時印加する。すなわち、信号発生器５０は、帰線電流ＲＣ（図２参照）の有無に関わらず、検知用交流信号ＤＡＳを印加する。より具体的に説明すると、信号発生器５０は、図示のように、第１レールＲＬ１に対して導線ＰＷ１，ＮＷ１により配線がなされたものとなっており、１つの閉回路ＲＰ１を形成し、検知用交流信号ＤＡＳとしての第１検知用交流信号ＤＡＳ１を印加している。

【0020】

破断検知部６０は、第１検知用交流信号ＤＡＳ１に基づいて、検知対象である第１レールＲＬ１の破断を検知する。すなわち、第１レール破断検知装置５００Ａは、第１レールＲＬ１に印加される第１検知用交流信号ＤＡＳ１の状態から、レール破断が生じているか否かを検知する。なお、詳しい構成のより具体的な一例については、後述する。

【0021】

また、第２レール破断検知装置５００Ｂは、上述した第１レール破断検知装置５００Ａと同様に、信号発生器５０と破断検知部６０とを備え、対象となるレールＲＬつまり第２レールＲＬ２を含んで形成された閉回路ＲＰ２に印加される第２検知用交流信号ＤＡＳ２の状態から、レール破断が生じているか否かを検知する。

【0022】

また、第１及び第２レール破断検知装置５００Ａ，５００Ｂ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検知用交流信号ＤＡＳ１，ＤＡＳ２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５００によって検知可能な１つの検知区間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。なお、ここで、レールの一端や他端すなわち端の部分については、種々考えられるが、例えば、絶縁継ぎ目ＩＮとの境界に限らず、境界付近であれば、レールＲＬ１，ＲＬ２の一端あるいはレールＲＬ１，ＲＬ２の他端に含まれると考える。

【0023】

レール破断検知装置５００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、第１及び第２レール破断検知装置５００Ａ，５００Ｂを設置して構成されている。なお、図示のように、レール破断検知装置５００の各部は、レールＲＬ（第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２）に接続されている。

【0024】

本実施形態では、レール破断検知装置５００は、図１を参照して説明した検知用交流信号ＤＡＳについて、検知可能な構成となっている。このため、破断検知部６０において電流値や電圧値の測定可能な範囲を適宜調整されている。一方、図２を参照して説明した帰線電流ＲＣに対しては、検知用交流信号ＤＡＳの検知に際しての影響を回避するための構成を有している。

【0025】

なお、図示のように、レールＲＬにおいて、検知用交流信号ＤＡＳと帰線電流ＲＣとは、レールＲＬの延伸方向（±Ｚ方向、＋Ｚ方向）に沿って流れている。

【0026】

以下、図３等を参照して、レール破断検知装置５００のより具体的な一構成例について説明する。ここでも、代表して、第１レール破断検知装置５００Ａについて説明する。

【0027】

なお、図３は、レール破断検知装置５００の一構成例を示すブロック図であり、また、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もある。また、図４は、列車走行時以外において、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。

【0028】

また、既述の通り、第１レール破断検知装置５００Ａでは、１本のレールＲＬ１に対して検知用交流信号ＤＡＳ（第１検知用交流信号ＤＡＳ１）を印加する１つの閉回路ＲＰ１を形成しており、破断検知部６０は、閉回路ＲＰ１における第１検知用交流信号ＤＡＳ１から第１レールＲＬ１の破断を検知する態様となっている。

【0029】

まず、図３等に示すように、第１レール破断検知装置５００Ａのうち、信号発生器５０は、出力トランスＯＵと、コンデンサＣＯとを備える。図示のように、出力トランスＯＵと、コンデンサＣＯとは、閉回路ＲＰ１において直列に配置されている。

【0030】

コンデンサＣＯは、直流を遮断するため、出力トランスＯＵに直列に設けられており、特に、ここでは、帰線電流ＲＣ（図２参照）が流れている場合において、コンデンサＣＯにより帰線電流ＲＣに起因する直流をカットすることで、破断検知部６０において直流を遮断して抽出された交流に基づきレール破断を検知することを可能にしている。

【0031】

次に、第１レール破断検知装置５００Ａのうち、破断検知部６０の構成について一例を説明する。ここでの破断検知部６０は、図示のように、上記した信号発生器５０の各部とともに第１レール破断検知装置５００ＡのカレントトランスＣＵにより構成されている。図示の例では、カレントトランスＣＵは、閉回路ＲＰ１において、出力トランスＯＵとコンデンサＣＯとの間に直列して設けられている。

【0032】

破断検知部６０としてのカレントトランスＣＵは、検知用交流信号ＤＡＳの電流を検出し、これに基づきレール破断の判定のための値を検知する。より具体的には、カレントトランスＣＵは、第１検知用交流信号ＤＡＳ１となるべき電流を一次電流とし、当該一次電流に比例する二次電流に変成し、この二次電流が検知回路ＲＥに入力され、電圧値となり、この電圧値は、第１検知用交流信号ＤＡＳ１に対応する値として測定可能になる。なお、ここでは、上記のようにして得られる交流電圧をＶ１（実効値）とする。

【0033】

ここでの一例では、検出した交流電圧Ｖ１について閾値Ｖ１ｄを定めることで、第１レールＲＬ１において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いる。

【0034】

例えば図４に例示するように、第１レールＲＬ１上に破断箇所ＲＲが生じたレール破断の発生時は、形成されていた閉回路ＲＰ１が途切れたような状態となるため、破断検知部６０として測定される電圧Ｖ１の値が小さくなる。したがって、上記閾値Ｖ１ｄを、レール破断時の値として想定される電圧Ｖ１の値を基準に予め定めておき、当該閾値Ｖ１ｄ以上であるか否かを判定することで、レール破断が発生しているか否かを確認できる。例えば、破断検知部６０において、第１検知用交流信号ＤＡＳ１について、予め定められた閾値Ｖ１ｄ以上である場合には、レール破断が発生していないと判定し、閾値Ｖ１ｄ未満である場合には、レール破断が発生していると判定する。

【0035】

破断検知部６０あるいは第１レール破断検知装置５００Ａ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、第１レール破断検知装置５００Ａは、監視装置（図示略）等へ判定結果を送る。当該監視装置は、第１レール破断検知装置５００Ａ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。

【0036】

なお、第２レール破断検知装置５００Ｂにおいても、上述した第１レール破断検知装置５００Ａと同様に、信号発生器５０が、出力トランスＯＵと、コンデンサＣＯとを備え、破断検知部６０が、カレントトランスＣＵで構成されていることで、第２レールＲＬ２に印加される検知用交流信号ＤＡＳである第２検知用交流信号ＤＡＳ２について、カレントトランスＣＵにおいて第２検知用交流信号ＤＡＳ２対応する値を測定可能にする。なお、ここでは、上記のようにして得られる交流電圧をＶ２（実効値）とする。この場合も、第１レール破断検知装置５００Ａと同様に、例えば交流電圧Ｖ２について閾値Ｖ２ｄを予め定めておき、当該閾値Ｖ２ｄ以上であるか否かを判定することで、第２レールＲＬ２におけるレール破断の発生の有無を判定及び判定結果に伴う各種処理ができる。例えば、図４において、レール破断の無い第２レールＲＬ２においては、第２レールＲＬについて形成されている閉回路ＲＰ２が途切れることなく維持されているため、電圧Ｖ２が、閾値Ｖ２ｄ以上の値を示すものとなる。つまり、図４における第１レールＲＬ１と第２レールＲＬ２とでは、異なる状況になっていることが検知できる。

【0037】

なお、詳しい図示を省略するが、レール破断検知装置５００による上記のようなレールＲＬの破断検知は、列車ＴＲの走行時においても、同様に可能である。列車ＴＲが走行している場合、既述のように、レールＲＬを構成する第１及び第２レールＲＬ１，ＲＬ２には、帰線電流ＲＣが流れる。これに起因する直流成分については、破断検知部６０のコンデンサＣＯにより遮断される。帰線電流ＲＣの値は大きいため、もし、その一部がレール破断検知装置５００側へ流れ込んでしまうと、出力トランスＯＵやカレントトランスＣＵにおいて許容できる量を超える電流が流入して飽和しまうおそれがある。これに対して、本実施形態では、上記のように、コンデンサＣＯにより帰線電流ＲＣの流入を防ぐことで、かかる事態が回避され、列車ＴＲの走行時においても、破断検知部６０による破断検知ができる。

【0038】

以下、図５のブロック図を参照して、レール破断検知装置５００の他の一構成例について説明する。なお、図５のブロック図は、図３に例示したブロック図に対応する図である。

【0039】

図３に示した一例では、第１及び第２レール破断検知装置５００Ａ，５００Ｂをそれぞれ構成する各信号発生器５０の各部と各破断検知部６０（カレントトランスＣＵ）とは、それぞれ１つの筐体内部において組み込まれた構成としている。しかしこれに限らず、図５に例示するように、信号発生器５０と破断検知部６０（カレントトランスＣＵ）とを個別に配置する構成としてもよい。すなわち、図５に示す一例では、図３のようにカレントトランスＣＵを出力トランスＯＵとコンデンサＣＯとの間に設置せず、閉回路ＲＰ１における直列上の別の位置に配置する構成としている。なお、このような構成の場合も、コンデンサＣＯによる直流成分のカットによって帰線電流ＲＣを遮断し、カレントトランスＣＵで測定される電圧値を第１及び第２検知用交流信号ＤＡＳ１，ＤＡＳ２のみに起因するものにできる。また、コンデンサＣＯの位置については、図示の場合に限らず、種々の態様が考えられ、例えば、破断検知部６０においてカレントトランスＣＵの出口側（導線ＮＷ１，ＮＷ２側）に設置することができる。

【0040】

〔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。

【0041】

まず、上記した各閾値については、検知用交流信号ＤＡＳ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。

【0042】

また、信号発生器５０や破断検知部６０等については、必要に足る検知用交流信号ＤＡＳの印加や信号検知ができれば種々の態様とすることができ、出力トランスＯＵやコンデンサＣＯ、カレントトランスＣＵ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。

【0043】

また、上記では、レール破断検知装置５００が、一対の第１レール破断検知装置５００Ａと第２レール破断検知装置５００Ｂとを有する構成することで、一対のレールＲＬについて検知を行う構成としているが、既述のように、第１レール破断検知装置５００Ａと第２レール破断検知装置５００Ｂとは、それぞれ単独でもレール破断検知装置として機能し得るものであり、例えば、第１レール破断検知装置５００Ａに相当するものを、単軌条のレールに対して設けた構成とすることも可能である。

【符号の説明】

【0044】

５０…信号発生器、６０…破断検知部、５００…レール破断検知装置、５００Ａ…第１レール破断検知装置、５００Ｂ…第２レール破断検知装置、ＣＯ…コンデンサ、ＣＵ…カレントトランス、ＤＡＳ…検知用交流信号、ＤＡＳ１…第１検知用交流信号、ＤＡＳ２…第２検知用交流信号、ＩＮ…絶縁継ぎ目、ＯＵ…出力トランス、ＰＷ１，ＰＷ２，ＮＷ１，ＮＷ２…導線、ＲＣ…帰線電流、ＲＥ…検知回路、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、ＴＲ…列車、Ｖ１，Ｖ２…交流電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】