保安器
【課題】軌道回路用の保安器において、メンテナンス作業や経費を削減する。
【解決手段】送信側保安器２０−１は、軌道回路側の１次巻線２１−１ａ及び信号ケーブル２６側の２次巻線２１−１ｂを有する絶縁トランス２１−１と、１次巻線２１−１ａに対して並列に接続された避雷器２２−１と、２次巻線２１−１ｂに対して並列に接続された避雷器２３−１と、避雷器２２−１の放電動作時に流れるＡＣ電流を検出する変流器２４−１と、表示駆動回路３０−１と、表示部４０−１とを備えている。受信側保安器２０−２は、送信側保安器２０−１と同一の構成である。例えば、軌道回路に異常電圧が侵入すると、避雷器２２−１が放電動作を行う。この時、避雷器２２−１に流れるＡＣ電流が、変流器２４−１により検出され、表示駆動回路３０−１によって表示部４０−１が動作し、外部から容易に視認できる。
【解決手段】送信側保安器２０−１は、軌道回路側の１次巻線２１−１ａ及び信号ケーブル２６側の２次巻線２１−１ｂを有する絶縁トランス２１−１と、１次巻線２１−１ａに対して並列に接続された避雷器２２−１と、２次巻線２１−１ｂに対して並列に接続された避雷器２３−１と、避雷器２２−１の放電動作時に流れるＡＣ電流を検出する変流器２４−１と、表示駆動回路３０−１と、表示部４０−１とを備えている。受信側保安器２０−２は、送信側保安器２０−１と同一の構成である。例えば、軌道回路に異常電圧が侵入すると、避雷器２２−１が放電動作を行う。この時、避雷器２２−１に流れるＡＣ電流が、変流器２４−１により検出され、表示駆動回路３０−１によって表示部４０−１が動作し、外部から容易に視認できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有絶縁軌道回路や無絶縁軌道回路に侵入する異常電圧・異常電流に対して信号ケーブルや信号機器等を保護するための軌道回路用の保安器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道システムには、軌道回路が設けられている。軌道回路とは、レールを一定区間に区分してその一定区間に存在する列車を検出する装置であり、列車を検出する機能の他に、地上と列車の情報伝達を行う手段として、自動列車制御装置（Automatic Train Control、以下「ＡＴＣ」という。）や自動列車停止装置（Automatic Train Stop、以下「ＡＴＳ」という。）等に使用されている。
【０００３】
ＡＴＳは、列車が停止信号を無視して進入した時や、決められた速度の運転を行わなかった時に、列車に対してブレーキを掛け、自動的に止める装置である。ＡＴＣは、信号提示に相当する制限速度情報を地上から連続的に受け、列車速度がその速度を超過した時に自動的にブレーキを掛け、速度が下がるとブレーキを緩め、制限速度以下で走行するように列車を制御する装置である。
【０００４】
軌道回路の種類には、インピーダンスボンド（impedance bond）によってレールを前後のレールと物理的に絶縁する有絶縁軌道回路と、レールを絶縁しなくても軌道回路が構成できる無絶縁軌道回路とがある。インピーダンスボンドは、レールに流れている動力用の電流は通して、軌道回路の交流（以下「ＡＣ」という。）電流（即ち、信号電流）は通さない変圧器（以下「トランス」という。）である。
【０００５】
このような軌道回路に使用される保安器は、一対のレールを含む軌道回路に侵入する異常電圧・異常電流に対して信号ケーブルや信号機器等を保護するために各所に設けられる。軌道回路用の保安器は、例えば、下記の特許文献１に記載されているように、一対のレール側と信号機器に接続された信号ケーブル側との間を絶縁する絶縁トランスと、この絶縁トランスにおける１次巻線の両端電極間に接続された第１の避雷器と、その絶縁トランスにおける２次巻線の両端電極間に接続された第２の避雷器とにより構成されている。
【０００６】
例えば、新幹線のＡＴＣ軌道回路では、信号機器より信号ケーブルを通して出力された制限速度情報を有する信号電流を、保安器を介してレール上の列車へ伝送し、列車速度が制限速度を超過した時に自動的にブレーキを掛け、列車速度が下がるとブレーキを緩め、制限速度以下で走行するように列車を制御する構成になっている。
【０００７】
このようなＡＴＣ軌道回路において、例えば、片レールの破断事故、トロリー線の地落事故、雷サージの侵入等により、一対のレール間に異常電圧が発生すると、第１の避雷器が放電し、絶縁トランスにおける１次巻線の両端電極間が短絡されて回路電圧が低下し、信号ケーブル側の信号機器が保護される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実用新案登録第２５９９５２６号公報（実開平６−６２７４３号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の軌道回路用の保安器では、以下のような課題があった。
従来の軌道回路用の保安器は、経年使用に対する劣化については個々の劣化診断機能を持っていないため、ある程度の年数毎の定期点検や事故時の緊急点検等で適宜実施しており、保守点検（メンテナンス）に莫大な手数と経費を要している。
【００１０】
そこで、保安器の構成要素である避雷器の動作を外見的に視認できる劣化診断機能を付加することが考えられる。
【００１１】
ところが、軌道回路へ異常電圧・異常電流が侵入した時の的確な検出電流値の設定が難しく、しかも、その異常電圧・異常電流の侵入を短時間（例えば、１００ｍｓ）に検出しなければならないので、回路構成や構造が複雑になり、比較的簡単な回路構成及び構造で、且つ小型で信頼性の高い劣化診断機能を付加することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の保安器は、軌道回路のレール側に接続される１次巻線と、前記軌道回路に対して制御信号の送受信を行う信号機器側に接続される２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とが電気的に絶縁された絶縁トランスと、前記１次巻線に対して並列に接続され、前記１次巻線の両端電極間に第１の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記１次巻線の両端電極間を短絡する第１の避雷器と、前記２次巻線に対して並列に接続され、前記２次巻線の両端電極間に第２の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記２次巻線の両端電極間を短絡する第２の避雷器と、前記第１の避雷器に流れるＡＣ電流を検出する変流器と、前記変流器の出力電流を直流（以下「ＤＣ」という。）電流に変換し、前記ＤＣ電流における電荷を所定量蓄積し、前記電荷の蓄積完了後にオン状態となって表示駆動信号を出力する表示駆動回路と、前記表示駆動信号を外部から視認可能な状態にて表示する表示部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の保安器によれば、変流器によって第１、第２の避雷器の動作時に流れるＡＣ電流を検出し、表示駆動回路によって表示部を動作させ、外部から容易に視認可能な構成にしたので、当該保安器のみを点検すれば良いことになり、メンテナンス作業や経費を大幅に削減できる。更に、変流器により検出された電力によって表示動作を行うため、無電源動作が可能となる。従って、比較的簡単な回路構成及び構造で、且つ小型で信頼性の高い劣化診断機能を有する保安器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例１における軌道回路に使用される保安器を示す概略の構成図である。
【図２】図２は図１中の送信側表示器２５−１を示す回路図である。
【図３】図３は図１中の送信側保安器２０−１の実装構造を示す外観図である。
【図４】図４は本発明の実施例２における図１中の送信側保安器２０−１の他の実装構造を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００１６】
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１における軌道回路に使用される保安器を示す概略の構成図である。
【００１７】
この軌道回路は、例えば、新幹線ＡＴＣ有絶縁軌道回路であり、各区間における一対のレール１−１，１−２上には、列車２の車輪２ａ，２ｂが通過する。一対のレール１−１，１−２の両端のレール継ぎ目箇所において、一端側のレール継ぎ目箇所には、一対の絶縁板１０−１１，１０−１２が挟持され、他端側のレール継ぎ目箇所にも、一対の絶縁板１０−２１，１０−２２が挟持されている。一端側の絶縁板１０−１１，１０−１２の内側には、インピーダンスボンドを構成するトランス１１−１が設置され、他端側の絶縁板１０−２１，１０−２２の内側にも、インピーダンスボンドを構成するトランス１１−２が設置されている。
【００１８】
一端側のトランス１１−１は、一対のレール１−１，１−２間に直列に接続された１次巻線１１−１ａと、この１次巻線１１−１ａに対して絶縁された２次巻線１１−１ｂとにより構成されている。他端側のトランス１１−２は、一対のレール１−１，１−２間に直列に接続された１次巻線１１−２ａと、この１次巻線１１−２ａに対して絶縁された２次巻線１１−２ｂとにより構成されている。１次巻線１１−１ａ，１１−２ａと２次巻線１１−１ｂ，１１−２ｂとの巻数比は、例えば、１０：１である。
【００１９】
一端側のトランス１１−１の２次巻線１１−１ｂには、送信側保安器２０−１が接続され、他端側のトランス１１−２の２次巻線１１−２ｂにも、受信側保安器２０−２が接続されている。これらの保安器２０−１，２０−２は、信号ケーブル２６を介して、信号機器２７に接続されている。信号機器２７は、軌道回路に対して制御信号の送受信を行う回路である。
【００２０】
送信側保安器２０−１は、２次巻線１１−１ｂの両端電極に接続される一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２と、信号ケーブル２６に接続される一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２とを有し、それらの軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２と線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２とが、絶縁トランス２１−１により絶縁されている。絶縁トランス２１−１は、相互に絶縁された１次巻線２１−１ａと２次巻線２１−１ｂとを有し、その１次巻線２１−１ａの両端電極が、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２にそれぞれ接続され、その２次巻線２１−１ｂの両端電極が、線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２にそれぞれ接続されている。１次巻線２１−１ａと２次巻線２１−１ｂのインピーダンス比は、例えば、６００Ω：４６０Ωである。
【００２１】
１次巻線２１−１ａの両端電極には、第１の避雷器２２−１が並列に接続され、２次巻線２１−１ｂの両端電極にも、第２の避雷器２３−１が並列に接続されている。第１の避雷器２２−１は、第１の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ±１５０Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して１次巻線２１−１ａの両端電極間を短絡するものである。第２の避雷器２３−１は、第２の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ＋１００Ｖ，−２００Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して２次巻線２１−１ｂの両端電極間を短絡するものである。この第１及び第２の避雷器２２−１，２３−１は、大電流耐量のセラミック避雷管等により構成されている。
【００２２】
第１の避雷器２２−１の近傍には、変流器２４−１が設けられている。変流器２４−１は、避雷器２２−１の放電動作時に流れるＡＣ電流を検出するものであり、この変流器２４−１には、表示器２５−１が接続されている。表示器２５−１は、避雷器２２−１の放電動作状態を外部から容易に視認できるようにしたものであり、変流器２４−１に接続された表示駆動回路３０−１と、この表示駆動回路３０−１の出力側に接続された表示部４０−１とにより構成されている。
【００２３】
表示駆動回路３０−１は、変流器２４−１の出力電流から表示駆動信号を生成し、この表示駆動信号を表示部４０−１へ出力する回路である。表示部４０−１は、表示駆動回路３０−１から出力される表示駆動信号を、外部から視認可能な状態にて表示（例えば、色変化にて表示）するものである。避雷器２２−１の動作表示における動作感度は、例えば、避雷器２２−１の放電電流（即ち、検出電流値）がＡＣ４Ａ以上において継続時間（即ち、検出時間）０．１秒（＝１００ｍｓ）以内で動作表示を行う構成になっている。
【００２４】
受信側保安器２０−２は、送信側保安器２０−１と同一の構成であり、２次巻線１１−２ｂの両端電極に接続される一対の軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２と、信号ケーブル２６に接続される一対の線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２とを有し、それらの軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２と線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２とが、絶縁トランス２１−２により絶縁されている。絶縁トランス２１−２は、相互に絶縁された１次巻線２１−２ａと２次巻線２１−２ｂとを有し、その１次巻線２１−２ａの両端電極が、軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２にそれぞれ接続され、その２次巻線２１−２ｂの両端電極が、線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２にそれぞれ接続されている。１次巻線２１−２ａと２次巻線２１−２ｂのインピーダンス比は、例えば、６００Ω：４６０Ωである。
【００２５】
１次巻線２１−２ａの両端電極には、第１の避雷器２２−２が並列に接続され、２次巻線２１−２ｂの両端電極にも、第２の避雷器２３−２が並列に接続されている。第１の避雷器２２−２は、第１の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ±１５０Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して１次巻線２１−２ａの両端電極間を短絡するものである。第２の避雷器２３−２は、第２の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ＋１００Ｖ，−２００Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して２次巻線２１−２ｂの両端電極間を短絡するものである。この第１及び第２の避雷器２２−２，２３−２は、大電流耐量のセラミック避雷管等により構成されている。
【００２６】
第１の避雷器２２−２の近傍には、変流器２４−２が設けられている。変流器２４−２は、避雷器２２−２の放電動作時に流れるＡＣ電流を検出するものであり、この変流器２４−２には、表示器２５−２が接続されている。表示器２５−２は、避雷器２２−２の放電動作状態を外部から容易に視認できるようにしたものであり、変流器２４−２に接続された表示駆動回路３０−２と、この表示駆動回路３０−２の出力側に接続された表示部４０−２とにより構成されている。
【００２７】
表示駆動回路３０−２は、変流器２４−２の出力電流から表示駆動信号を生成し、この表示駆動信号を表示部４０−２へ出力する回路である。表示部４０−２は、表示駆動回路３０−２から出力される表示駆動信号を、外部から視認可能な状態にて表示（例えば、色変化にて表示）するものである。避雷器２２−２の動作表示における動作感度は、避雷器２２−１と同様に、例えば、避雷器２２−２の放電電流（即ち、検出電流値）がＡＣ４Ａ以上において継続時間（即ち、検出時間）０．１秒（＝１００ｍｓ）以内で動作表示を行う構成になっている。
【００２８】
図２は、図１中の送信側表示器２５−１を示す回路図である。
図１中の送信側表示器２５−１と受信側表示器２５−２とは、同一の構成であるので、図２を参照しつつ、送信側表示器２５−１の構成を説明する。
【００２９】
送信側表示器２５−１は、変流器２４−１の２次端子に接続された表示駆動回路３０−１と、この表示駆動回路３０−１の出力側に接続された表示部４０−１とにより構成されている。表示駆動回路３０−１は、抵抗３１−１，３１−２，３１−３，３１−４、過電圧防止用のバリスタ３２、整流回路３３、電荷蓄積用の電解コンデンサ３４、調整用の可変抵抗３５、誤動作防止用のコンデンサ３６、表示駆動信号を出力するスイッチ素子（例えば、サイリスタ）３７、及び逆起電力防止用のダイオード３８により構成されている。
【００３０】
即ち、変流器２４−１の２次端子に対して並列に、抵抗３１−１及びバリスタ３２が接続され、このバリスタ３２の両電極間に、整流回路３３が接続されている。整流回路３３の出力側には、検出時間を決めるための抵抗３１−２及び電解コンデンサ３４の直列回路からなる時定数回路が接続されている。電解コンデンサ３４の両電極間には、抵抗３１−３と、抵抗３１−４、可変抵抗３５及び抵抗３１−５が直列に接続された分圧回路とが、並列に接続されている。
【００３１】
抵抗３１−５の両電極間には、コンデンサ３６が並列に接続され、更に、サイリスタ３７のゲート・カソードが接続されている。サイリスタ３７は、例えば、ゲートからカソードへゲート電流を流すことにより、アノードとカソード間を導通させることができる３端子の半導体素子である。サイリスタ３７のアノードには、ダイオード３８のアノードが直列に接続され、このダイオード３８のカソードとサイリスタ３７のカソードとが、抵抗３１−４、可変抵抗３５及び抵抗３１−５からなる分圧回路に対して、並列に接続されている。ダイオード３８のアノード・カソード間には、表示部４０−１が並列に接続されている。
【００３２】
表示部４０−１は、例えば、磁気反転式の構造をしており、サイリスタ３７から出力される表示駆動信号（即ち、サイリスタ３７がオン状態の時に流れる駆動電流）により励磁される電磁石４１と、この電磁石４１に隣接して配置された回転軸４２と、この回転軸４２に取り付けられ、永久磁石を有する回転可能な表示片４３とにより構成されている。表示片４３は、例えば、表面４３ａが黒色、及び裏面４３ｂが橙色であり、表示部４０−１の不動作時（常時）には、黒色の表面４３ａが外部から視認でき、表示部４０−１の動作時には、反転して橙色の裏面４３ｂが外部から視認できる構成になっている。
【００３３】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１中の送信側保安器２０−１の実装構造を示す外観図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、及び同図（ｃ）は右側面図である。
【００３４】
図１中の送信側保安器２０−１と受信側保安器２０−２とは、同一の実装構造であるので、図３を参照しつつ、送信側保安器２０−１の実装構造を説明する。
【００３５】
送信側保安器２０−１は、略方形の基台５０を有し、この基台５０の四隅に、固定用の螺子孔５１−１〜５１−４が形成されている。基台５０上には、絶縁性の基板５２が螺子等により固定されている。図３（ａ）に示す基台５０上において、左側端部近傍には一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２が突設され、右側端部近傍にも一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２が突設されている。各端子Ｌ１１，Ｌ１２，Ｔ１１，Ｔ１２には、例えば、透明の絶縁キャップ５３−１，５３−２，５３−３，５３−４が着脱自在に被せられている。
【００３６】
基板５２上において、一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２の近傍には、例えば、透明な収納ケース５４に収納された避雷器２３−１が着脱自在に固定されている。基板５２上には、更に、一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２の近傍に、例えば、透明な収納ケース５５に収納された避雷器２２−１、変流器２４−１、及び表示器２５−１が着脱自在に固定されている。表示器２５−１は、基板５２上に螺子等により着脱自在に固定される略直方体状の中空のパッケージを有し、このパッケージ内に、表示駆動回路３０−１及び表示部４０−１が収納され、表示部４０−１における表示片４３の色変化を上部の外側から視認可能な構造になっている。
【００３７】
基板５２上において、収納ケース５４，５５間には、略直方体状の絶縁トランス２１−１が螺子５６−１，５６−２，５６−３，５６−４により固定されている。基台５０上において、線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２間には、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−１が着脱自在に装着され、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２間にも、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−２が着脱自在に装着されている。更に、基台５０上における収納ケース５４の近傍には、銘板５８が貼着されている。
【００３８】
（実施例１の動作）
図１に示す新幹線ＡＴＣ有絶縁軌道回路の動作を説明する。
【００３９】
信号機器２７より信号ケーブル２６を通して出力された制御信号（例えば、制限速度情報を有する信号電流）が、送信側保安器２０−１へ送られる。送信側保安器２０−１において、線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２に入力された信号電流は、絶縁トランス２１−１により所定の電流比に変換され、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２から出力される。軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２から出力された信号電流は、一定区間におけるレール１−１，１−２の送信側トランス１１−１の２次巻線１１−１ｂを例えば図１中の実線矢印方向に流れ、所定の電流比に変換されて１次巻線１１−１ａから図１中の実線矢印方向へ出力される。
【００４０】
１次巻線１１−１ａから実線矢印方向へ出力された信号電流は、一定区間における一方のレール１−１を図１中の実線矢印方向へ流れる。一定区間における一対のレール１−１，１−２上に列車２が存在しない場合、レール１−１上の信号電流は、図１中の実線矢印方向へ流れて受信側トランス１１−２の１次巻線１１−２ａへ送られ、所定の電流比に変換されて２次巻線１１−２ｂから図１中の実線矢印方向へ出力される。
【００４１】
２次巻線１１−２ｂから実線矢印方向へ出力された信号電流は、受信側保安器２０−２の軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２へ入力され、絶縁トランス２１−２により所定の電流比に変換され、線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２から出力される。線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２から出力された信号電流は、信号ケーブル２６を通して信号機器２７へ送られる。これにより、信号機器２７では、一定区間における一対のレール１−１，１−２上に列車２が存在しないことを判定する。
【００４２】
一定区間における一対のレール１−１，１−２上を列車２の車輪２ａ，２ｂが通過した場合、送信側トランス１１−１からレール１−１上を図１中の実線矢印方向へ流れる信号電流は、図１中の一点鎖線矢印にて示すように、列車２の車輪２ａ，２ｂ間で短絡され、受信側トランス１１−２方向へ流れずに、レール１−２上を送信側トランス１１−１方向へ戻る。そのため、受信側保安器２０−２から信号ケーブル２６を通して信号機器２７へ信号電流が送信されないので、信号機器２７では、一定区間における一対のレール１−１，１−２上を列車２が通過中であると判定する。
【００４３】
この際、制限速度情報を有する信号電流は、列車２の車輪２ａ，２ｂを介してその列車２にて受信され、列車速度が制限速度を超過した時に自動的にブレーキを掛け、列車速度が下がるとブレーキを緩め、制限速度以下で走行するように列車が制御される。
【００４４】
このようなＡＴＣ有絶縁軌道回路において、例えば、片レール１−１又は１−２の破断事故、トロリー線の地落事故、雷サージの侵入等により、一対のレール１−１，１−２間に異常電圧が発生すると、送信側保安器２０−１又は受信側保安器２０−２（例えば、送信側保安器２０−１）において、避雷器２２−１が放電し、絶縁トランス２１−１における１次巻線２１−１ａの両端電極間が短絡されて回路電圧が低下し、信号ケーブル２６側の信号機器２７が保護される。
【００４５】
ここで、避雷器２２−１が放電すると、所定の検出電流値（例えば、４Ａ以上）のＡＣ電流が流れてこれが変流器２４−１により検出される。すると、図２の表示器２５−１において、変流器２４−１のＡＣ出力電流が抵抗３１−１及びバリスタ３２を介して整流回路３３にてＤＣ電流に整流される。整流されたＤＣ電流により、抵抗３１−２を介して電解コンデンサ３４が充電されていく。
【００４６】
検出時間（例えば、１００ｍｓ以内の時間）が経過すると、電解コンデンサ３４の充電が完了し、蓄積された電荷が抵抗３１−３，３１−４、可変抵抗３５、及び抵抗３１−５を介して放電される。抵抗３１−５を流れる放電電流により、コンデンサ３６を介してサイリスタ３７のゲート・カソード間にゲート電流が流れ、サイリスタ３７がオン状態になる。これにより、表示部４０−１の電磁石４１に駆動電流が流れ、この電磁石４１の磁力により、表示片４３の黒色の表面４３ａが反転して橙色の裏面４３ｂが上を向く。そのため、避雷器２２−１が動作したことを外部から容易に視認することができる。
【００４７】
異常電圧の侵入が終了して避雷器２２−１の放電が停止すると、この避雷器２２−１にはＡＣ電流が流れないので、表示片４３は橙色の裏面４３ｂが上を向いたまま保持される。そのため、作業員は、メンテナンス時において、磁石を用いて表示部４０−１をリセットすれば、表示片４３が反転して黒色の表面４３ａが上を向き、初期状態に復帰する。
【００４８】
本実施例１において、送信側表示器２５−１及び受信側表示器２５−２の検出電流値を４Ａ以上、検出時間を１００ｍｓ以内とした理由と、表示器２５−１，２５−２の表示目的とは、以下の（１）〜（３）の通りである。
【００４９】
（１） 検出電流値を４Ａ以上とした理由
平常時、例えば、トランス１１−１，１１−２に流れる軌道電流をＡＣ８００Ａとし、不平衡電流の許容値を１０％とすると、８０Ａとなる。トランス１１−１，１１−２の線間には、１／２の４０Ａ相当の不平衡電流が流れる。トランス１１−１，１１−２の巻数比は、例えば、
１次巻線１１−１ａ，１１−２ａ：２次巻線１１−１ｂ，１１−２ｂ＝１０：１
であるので、保安器２０−１の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２間、又は保安器２０−２の軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２間には、ＡＣ４Ａの電流が流れることになる。通常、この電流ＡＣ４Ａでは、避雷器２２−１，２２−２が動作することはないが、この電流ＡＣ４Ａに信号電流が重畳することで放電する場合があることから、動作下限値としてＡＣ４Ａ以上の電流値を設定している。
【００５０】
（２） 検出時間を１００ｍｓ以内とした理由
例えば、トロリー線のレール１−１，１−２への地落事故によって異常電流が流れた場合、変電所の遮断機が動作する時間が、健全動作時で１００ｍｓ以内なので、表示器２５−１，２５−２は、その時間内に検出して反転動作するように、抵抗３１−２及び電解コンデンサ３４の時定数を調整している。
【００５１】
（３） 表示器２５−１，２５−２の表示目的
避雷器２２−１，２２−２は、レール破断時やトロリー線のレール短絡時において数十Ａ〜数百Ａという異常電流が流れ込むため、それに見合うだけの電流耐量を持たせている。そのため、表示器２５−１，２５−２が動作する電流値ＡＣ４Ａでは、保安器２０−１，２０−２の劣化判断とはならない。
【００５２】
表示器２５−１，２５−２は、メンテナンスの時期を明確に明示するパイロット的な役目をすることを表示目的としている。そのため、表示器２５−１，２５−２の動作を確認した時点で、必要に応じて保安器２０−１，２０−２の点検を実施して耐用期間の判断をする等の運用方法も考えられる。
【００５３】
（実施例１の効果）
本実施例１によれば、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。
【００５４】
（ａ） 変流器２４−１，２４−２によって避雷器２２−１，２２−２の動作時に流れるＡＣ電流を検出し、表示駆動回路３０−１，３０−２によって表示部４０−１，４０−２を動作させ、外部から容易に視認可能な構成にしたので、当該保安器２０−１，２０−２のみを点検すれば良いことになり、メンテナンス作業や経費を大幅に削減できる。更に、変流器２４−１，２４−２により検出された電力によって表示動作を行うため、無電源動作が可能となる。従って、比較的簡単な回路構成及び構造で、且つ小型で信頼性の高い劣化診断機能を有する保安器２０−１，２０−２を実現できる。
【００５５】
（ｂ） 保安器２０−１の実装構造において、避雷器２２−１、変流器２４−１、及び表示器２５−１は、収納ケース５５に収納されているので、これらを小型化でき、更に、基板５２を介して基台５０への装着作業を簡易化できる。同様に、保安器２０−２も、図示しないが、保安器２０−１と同様の構造であるため、小型化と、装着作業の簡易化が可能になる。
【実施例２】
【００５６】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例２における図１中の送信側保安器２０−１の他の実装構造を示す外観図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、及び同図（ｃ）は右側面図である。この図４（ａ）〜（ｃ）において、実施例１を示す図３（ａ）〜（ｃ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００５７】
図１中の送信側保安器２０−１と受信側保安器２０−２とは、同一の実装構造であるので、図４を参照しつつ、送信側保安器２０−１の他の実装構造を説明する。
【００５８】
送信側保安器２０−１は、略箱形の基台５０Ａを有し、この基台５０Ａの四隅に、固定用の螺子孔５１−１〜５１−４が形成されている。基台５０Ａ上には、略方形の絶縁性の基板５２Ａの四隅が螺子６０−１，６０−２，６０−３，６０−４により固定されている。図４（ａ）に示す基台５０Ａ上において、左側端部近傍には一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２が突設され、右側端部近傍にも一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２が突設されている。各端子Ｌ１１，Ｌ１２，Ｔ１１，Ｔ１２には、例えば、透明の絶縁キャップ５３−１，５３−２，５３−３，５３−４が着脱自在に被せられている。
【００５９】
基板５２Ａ上において、一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２の近傍には、避雷器２３−１が着脱自在に固定されている。基板５２上には、更に、一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２の近傍に、避雷器２２−１及び変流器２４−１が螺子等により着脱自在に固定されている。避雷器２３−１と避雷器２２−１との間には、遮蔽部材６１及び表示器２５−１が固定されている。遮蔽部材６１は、避雷器２２−１と避雷器２３−１との間の絶縁距離を確保するものである。表示器２５−１は、基板５２Ａ上に螺子等により着脱自在に固定される略直方体状の中空のパッケージを有し、このパッケージ内に、表示駆動回路３０−１及び表示部４０−１が収納され、表示部４０−１における図２の表示片４３の色変化を上部の外側から視認可能な構造になっている。
【００６０】
基台５０Ａ内には、絶縁トランス２１−１が螺子等により固定されている。基板５２Ａ上の避雷器２２−１，２３−１、変流器２４−１、表示器２５−１、及び遮蔽部材６１は、例えば、透明なカバー６２により覆われている。線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２間には、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−１が着脱自在に装着され、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２間にも、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−２が着脱自在に装着されている。
【００６１】
本実施例２の保安器２０−１の実装構造によれば、基台５０Ａ内に絶縁トランス２１−１を配置し、基板５２Ａ上に避雷器２２−１，２３−１、変流器２４−１、表示器２５−１、及び遮蔽部材６１を配置したので、保安器２０−１を小型化でき、これによって保安器２０−１の設置面積を減少できる。
【００６２】
（変形例）
本発明は、上記実施例１、２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のようなものがある。
【００６３】
（ｉ） 表示器２５−１，２５−２は、図２以外の構成に変更しても良い。例えば、表示駆動回路３０−１，３０−２において、図２中のサイリスタ３７は、トランジスタ等の他のスイッチ素子を使用し、これに対応してスイッチ素子をオン／オフ動作させるための回路構成を変更しても良い。又、表示部４０−１は、図２以外の構造に変更しても良い。
【００６４】
（ｉｉ） 保安器２０−１，２０−２は、有絶縁軌道回路に使用されるものであるが、図示以外の他の無絶縁軌道回路や、あるいは軌道回路以外の他の回路に使用することも可能である。この際、使用される状況に応じて、保安器２０−１，２０−２の構成部品を変更すれば良い。
【００６５】
（ｉｉｉ） 保安器２０−１，２０−２の実装構造は、図３又は図４以外の構造に変更しても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１−１，１−２ レール
２ 列車
１１−１，１１−２ トランス
２０−１，２０−２ 保安器
２１−１，２１−２ 絶縁トランス
２２−１，２２−２，２３−１，２３−２ 避雷器
２４−１，２４−２ 変流器
２５−１，２５−２ 表示器
２６ 信号ケーブル
２７ 信号機器
３０−１，３０−２ 表示駆動回路
４０−１，４０−２ 表示部
４３ 表示片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有絶縁軌道回路や無絶縁軌道回路に侵入する異常電圧・異常電流に対して信号ケーブルや信号機器等を保護するための軌道回路用の保安器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道システムには、軌道回路が設けられている。軌道回路とは、レールを一定区間に区分してその一定区間に存在する列車を検出する装置であり、列車を検出する機能の他に、地上と列車の情報伝達を行う手段として、自動列車制御装置（Automatic Train Control、以下「ＡＴＣ」という。）や自動列車停止装置（Automatic Train Stop、以下「ＡＴＳ」という。）等に使用されている。
【０００３】
ＡＴＳは、列車が停止信号を無視して進入した時や、決められた速度の運転を行わなかった時に、列車に対してブレーキを掛け、自動的に止める装置である。ＡＴＣは、信号提示に相当する制限速度情報を地上から連続的に受け、列車速度がその速度を超過した時に自動的にブレーキを掛け、速度が下がるとブレーキを緩め、制限速度以下で走行するように列車を制御する装置である。
【０００４】
軌道回路の種類には、インピーダンスボンド（impedance bond）によってレールを前後のレールと物理的に絶縁する有絶縁軌道回路と、レールを絶縁しなくても軌道回路が構成できる無絶縁軌道回路とがある。インピーダンスボンドは、レールに流れている動力用の電流は通して、軌道回路の交流（以下「ＡＣ」という。）電流（即ち、信号電流）は通さない変圧器（以下「トランス」という。）である。
【０００５】
このような軌道回路に使用される保安器は、一対のレールを含む軌道回路に侵入する異常電圧・異常電流に対して信号ケーブルや信号機器等を保護するために各所に設けられる。軌道回路用の保安器は、例えば、下記の特許文献１に記載されているように、一対のレール側と信号機器に接続された信号ケーブル側との間を絶縁する絶縁トランスと、この絶縁トランスにおける１次巻線の両端電極間に接続された第１の避雷器と、その絶縁トランスにおける２次巻線の両端電極間に接続された第２の避雷器とにより構成されている。
【０００６】
例えば、新幹線のＡＴＣ軌道回路では、信号機器より信号ケーブルを通して出力された制限速度情報を有する信号電流を、保安器を介してレール上の列車へ伝送し、列車速度が制限速度を超過した時に自動的にブレーキを掛け、列車速度が下がるとブレーキを緩め、制限速度以下で走行するように列車を制御する構成になっている。
【０００７】
このようなＡＴＣ軌道回路において、例えば、片レールの破断事故、トロリー線の地落事故、雷サージの侵入等により、一対のレール間に異常電圧が発生すると、第１の避雷器が放電し、絶縁トランスにおける１次巻線の両端電極間が短絡されて回路電圧が低下し、信号ケーブル側の信号機器が保護される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実用新案登録第２５９９５２６号公報（実開平６−６２７４３号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の軌道回路用の保安器では、以下のような課題があった。
従来の軌道回路用の保安器は、経年使用に対する劣化については個々の劣化診断機能を持っていないため、ある程度の年数毎の定期点検や事故時の緊急点検等で適宜実施しており、保守点検（メンテナンス）に莫大な手数と経費を要している。
【００１０】
そこで、保安器の構成要素である避雷器の動作を外見的に視認できる劣化診断機能を付加することが考えられる。
【００１１】
ところが、軌道回路へ異常電圧・異常電流が侵入した時の的確な検出電流値の設定が難しく、しかも、その異常電圧・異常電流の侵入を短時間（例えば、１００ｍｓ）に検出しなければならないので、回路構成や構造が複雑になり、比較的簡単な回路構成及び構造で、且つ小型で信頼性の高い劣化診断機能を付加することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の保安器は、軌道回路のレール側に接続される１次巻線と、前記軌道回路に対して制御信号の送受信を行う信号機器側に接続される２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とが電気的に絶縁された絶縁トランスと、前記１次巻線に対して並列に接続され、前記１次巻線の両端電極間に第１の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記１次巻線の両端電極間を短絡する第１の避雷器と、前記２次巻線に対して並列に接続され、前記２次巻線の両端電極間に第２の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記２次巻線の両端電極間を短絡する第２の避雷器と、前記第１の避雷器に流れるＡＣ電流を検出する変流器と、前記変流器の出力電流を直流（以下「ＤＣ」という。）電流に変換し、前記ＤＣ電流における電荷を所定量蓄積し、前記電荷の蓄積完了後にオン状態となって表示駆動信号を出力する表示駆動回路と、前記表示駆動信号を外部から視認可能な状態にて表示する表示部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の保安器によれば、変流器によって第１、第２の避雷器の動作時に流れるＡＣ電流を検出し、表示駆動回路によって表示部を動作させ、外部から容易に視認可能な構成にしたので、当該保安器のみを点検すれば良いことになり、メンテナンス作業や経費を大幅に削減できる。更に、変流器により検出された電力によって表示動作を行うため、無電源動作が可能となる。従って、比較的簡単な回路構成及び構造で、且つ小型で信頼性の高い劣化診断機能を有する保安器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例１における軌道回路に使用される保安器を示す概略の構成図である。
【図２】図２は図１中の送信側表示器２５−１を示す回路図である。
【図３】図３は図１中の送信側保安器２０−１の実装構造を示す外観図である。
【図４】図４は本発明の実施例２における図１中の送信側保安器２０−１の他の実装構造を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００１６】
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１における軌道回路に使用される保安器を示す概略の構成図である。
【００１７】
この軌道回路は、例えば、新幹線ＡＴＣ有絶縁軌道回路であり、各区間における一対のレール１−１，１−２上には、列車２の車輪２ａ，２ｂが通過する。一対のレール１−１，１−２の両端のレール継ぎ目箇所において、一端側のレール継ぎ目箇所には、一対の絶縁板１０−１１，１０−１２が挟持され、他端側のレール継ぎ目箇所にも、一対の絶縁板１０−２１，１０−２２が挟持されている。一端側の絶縁板１０−１１，１０−１２の内側には、インピーダンスボンドを構成するトランス１１−１が設置され、他端側の絶縁板１０−２１，１０−２２の内側にも、インピーダンスボンドを構成するトランス１１−２が設置されている。
【００１８】
一端側のトランス１１−１は、一対のレール１−１，１−２間に直列に接続された１次巻線１１−１ａと、この１次巻線１１−１ａに対して絶縁された２次巻線１１−１ｂとにより構成されている。他端側のトランス１１−２は、一対のレール１−１，１−２間に直列に接続された１次巻線１１−２ａと、この１次巻線１１−２ａに対して絶縁された２次巻線１１−２ｂとにより構成されている。１次巻線１１−１ａ，１１−２ａと２次巻線１１−１ｂ，１１−２ｂとの巻数比は、例えば、１０：１である。
【００１９】
一端側のトランス１１−１の２次巻線１１−１ｂには、送信側保安器２０−１が接続され、他端側のトランス１１−２の２次巻線１１−２ｂにも、受信側保安器２０−２が接続されている。これらの保安器２０−１，２０−２は、信号ケーブル２６を介して、信号機器２７に接続されている。信号機器２７は、軌道回路に対して制御信号の送受信を行う回路である。
【００２０】
送信側保安器２０−１は、２次巻線１１−１ｂの両端電極に接続される一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２と、信号ケーブル２６に接続される一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２とを有し、それらの軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２と線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２とが、絶縁トランス２１−１により絶縁されている。絶縁トランス２１−１は、相互に絶縁された１次巻線２１−１ａと２次巻線２１−１ｂとを有し、その１次巻線２１−１ａの両端電極が、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２にそれぞれ接続され、その２次巻線２１−１ｂの両端電極が、線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２にそれぞれ接続されている。１次巻線２１−１ａと２次巻線２１−１ｂのインピーダンス比は、例えば、６００Ω：４６０Ωである。
【００２１】
１次巻線２１−１ａの両端電極には、第１の避雷器２２−１が並列に接続され、２次巻線２１−１ｂの両端電極にも、第２の避雷器２３−１が並列に接続されている。第１の避雷器２２−１は、第１の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ±１５０Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して１次巻線２１−１ａの両端電極間を短絡するものである。第２の避雷器２３−１は、第２の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ＋１００Ｖ，−２００Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して２次巻線２１−１ｂの両端電極間を短絡するものである。この第１及び第２の避雷器２２−１，２３−１は、大電流耐量のセラミック避雷管等により構成されている。
【００２２】
第１の避雷器２２−１の近傍には、変流器２４−１が設けられている。変流器２４−１は、避雷器２２−１の放電動作時に流れるＡＣ電流を検出するものであり、この変流器２４−１には、表示器２５−１が接続されている。表示器２５−１は、避雷器２２−１の放電動作状態を外部から容易に視認できるようにしたものであり、変流器２４−１に接続された表示駆動回路３０−１と、この表示駆動回路３０−１の出力側に接続された表示部４０−１とにより構成されている。
【００２３】
表示駆動回路３０−１は、変流器２４−１の出力電流から表示駆動信号を生成し、この表示駆動信号を表示部４０−１へ出力する回路である。表示部４０−１は、表示駆動回路３０−１から出力される表示駆動信号を、外部から視認可能な状態にて表示（例えば、色変化にて表示）するものである。避雷器２２−１の動作表示における動作感度は、例えば、避雷器２２−１の放電電流（即ち、検出電流値）がＡＣ４Ａ以上において継続時間（即ち、検出時間）０．１秒（＝１００ｍｓ）以内で動作表示を行う構成になっている。
【００２４】
受信側保安器２０−２は、送信側保安器２０−１と同一の構成であり、２次巻線１１−２ｂの両端電極に接続される一対の軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２と、信号ケーブル２６に接続される一対の線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２とを有し、それらの軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２と線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２とが、絶縁トランス２１−２により絶縁されている。絶縁トランス２１−２は、相互に絶縁された１次巻線２１−２ａと２次巻線２１−２ｂとを有し、その１次巻線２１−２ａの両端電極が、軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２にそれぞれ接続され、その２次巻線２１−２ｂの両端電極が、線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２にそれぞれ接続されている。１次巻線２１−２ａと２次巻線２１−２ｂのインピーダンス比は、例えば、６００Ω：４６０Ωである。
【００２５】
１次巻線２１−２ａの両端電極には、第１の避雷器２２−２が並列に接続され、２次巻線２１−２ｂの両端電極にも、第２の避雷器２３−２が並列に接続されている。第１の避雷器２２−２は、第１の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ±１５０Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して１次巻線２１−２ａの両端電極間を短絡するものである。第２の避雷器２３−２は、第２の閾値であるＡＣ動作電圧（波高値）が例えば１６００Ｖ＋１００Ｖ，−２００Ｖであり、この動作電圧を超える異常電圧（又は異常電流）が加わると放電して２次巻線２１−２ｂの両端電極間を短絡するものである。この第１及び第２の避雷器２２−２，２３−２は、大電流耐量のセラミック避雷管等により構成されている。
【００２６】
第１の避雷器２２−２の近傍には、変流器２４−２が設けられている。変流器２４−２は、避雷器２２−２の放電動作時に流れるＡＣ電流を検出するものであり、この変流器２４−２には、表示器２５−２が接続されている。表示器２５−２は、避雷器２２−２の放電動作状態を外部から容易に視認できるようにしたものであり、変流器２４−２に接続された表示駆動回路３０−２と、この表示駆動回路３０−２の出力側に接続された表示部４０−２とにより構成されている。
【００２７】
表示駆動回路３０−２は、変流器２４−２の出力電流から表示駆動信号を生成し、この表示駆動信号を表示部４０−２へ出力する回路である。表示部４０−２は、表示駆動回路３０−２から出力される表示駆動信号を、外部から視認可能な状態にて表示（例えば、色変化にて表示）するものである。避雷器２２−２の動作表示における動作感度は、避雷器２２−１と同様に、例えば、避雷器２２−２の放電電流（即ち、検出電流値）がＡＣ４Ａ以上において継続時間（即ち、検出時間）０．１秒（＝１００ｍｓ）以内で動作表示を行う構成になっている。
【００２８】
図２は、図１中の送信側表示器２５−１を示す回路図である。
図１中の送信側表示器２５−１と受信側表示器２５−２とは、同一の構成であるので、図２を参照しつつ、送信側表示器２５−１の構成を説明する。
【００２９】
送信側表示器２５−１は、変流器２４−１の２次端子に接続された表示駆動回路３０−１と、この表示駆動回路３０−１の出力側に接続された表示部４０−１とにより構成されている。表示駆動回路３０−１は、抵抗３１−１，３１−２，３１−３，３１−４、過電圧防止用のバリスタ３２、整流回路３３、電荷蓄積用の電解コンデンサ３４、調整用の可変抵抗３５、誤動作防止用のコンデンサ３６、表示駆動信号を出力するスイッチ素子（例えば、サイリスタ）３７、及び逆起電力防止用のダイオード３８により構成されている。
【００３０】
即ち、変流器２４−１の２次端子に対して並列に、抵抗３１−１及びバリスタ３２が接続され、このバリスタ３２の両電極間に、整流回路３３が接続されている。整流回路３３の出力側には、検出時間を決めるための抵抗３１−２及び電解コンデンサ３４の直列回路からなる時定数回路が接続されている。電解コンデンサ３４の両電極間には、抵抗３１−３と、抵抗３１−４、可変抵抗３５及び抵抗３１−５が直列に接続された分圧回路とが、並列に接続されている。
【００３１】
抵抗３１−５の両電極間には、コンデンサ３６が並列に接続され、更に、サイリスタ３７のゲート・カソードが接続されている。サイリスタ３７は、例えば、ゲートからカソードへゲート電流を流すことにより、アノードとカソード間を導通させることができる３端子の半導体素子である。サイリスタ３７のアノードには、ダイオード３８のアノードが直列に接続され、このダイオード３８のカソードとサイリスタ３７のカソードとが、抵抗３１−４、可変抵抗３５及び抵抗３１−５からなる分圧回路に対して、並列に接続されている。ダイオード３８のアノード・カソード間には、表示部４０−１が並列に接続されている。
【００３２】
表示部４０−１は、例えば、磁気反転式の構造をしており、サイリスタ３７から出力される表示駆動信号（即ち、サイリスタ３７がオン状態の時に流れる駆動電流）により励磁される電磁石４１と、この電磁石４１に隣接して配置された回転軸４２と、この回転軸４２に取り付けられ、永久磁石を有する回転可能な表示片４３とにより構成されている。表示片４３は、例えば、表面４３ａが黒色、及び裏面４３ｂが橙色であり、表示部４０−１の不動作時（常時）には、黒色の表面４３ａが外部から視認でき、表示部４０−１の動作時には、反転して橙色の裏面４３ｂが外部から視認できる構成になっている。
【００３３】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１中の送信側保安器２０−１の実装構造を示す外観図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、及び同図（ｃ）は右側面図である。
【００３４】
図１中の送信側保安器２０−１と受信側保安器２０−２とは、同一の実装構造であるので、図３を参照しつつ、送信側保安器２０−１の実装構造を説明する。
【００３５】
送信側保安器２０−１は、略方形の基台５０を有し、この基台５０の四隅に、固定用の螺子孔５１−１〜５１−４が形成されている。基台５０上には、絶縁性の基板５２が螺子等により固定されている。図３（ａ）に示す基台５０上において、左側端部近傍には一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２が突設され、右側端部近傍にも一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２が突設されている。各端子Ｌ１１，Ｌ１２，Ｔ１１，Ｔ１２には、例えば、透明の絶縁キャップ５３−１，５３−２，５３−３，５３−４が着脱自在に被せられている。
【００３６】
基板５２上において、一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２の近傍には、例えば、透明な収納ケース５４に収納された避雷器２３−１が着脱自在に固定されている。基板５２上には、更に、一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２の近傍に、例えば、透明な収納ケース５５に収納された避雷器２２−１、変流器２４−１、及び表示器２５−１が着脱自在に固定されている。表示器２５−１は、基板５２上に螺子等により着脱自在に固定される略直方体状の中空のパッケージを有し、このパッケージ内に、表示駆動回路３０−１及び表示部４０−１が収納され、表示部４０−１における表示片４３の色変化を上部の外側から視認可能な構造になっている。
【００３７】
基板５２上において、収納ケース５４，５５間には、略直方体状の絶縁トランス２１−１が螺子５６−１，５６−２，５６−３，５６−４により固定されている。基台５０上において、線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２間には、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−１が着脱自在に装着され、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２間にも、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−２が着脱自在に装着されている。更に、基台５０上における収納ケース５４の近傍には、銘板５８が貼着されている。
【００３８】
（実施例１の動作）
図１に示す新幹線ＡＴＣ有絶縁軌道回路の動作を説明する。
【００３９】
信号機器２７より信号ケーブル２６を通して出力された制御信号（例えば、制限速度情報を有する信号電流）が、送信側保安器２０−１へ送られる。送信側保安器２０−１において、線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２に入力された信号電流は、絶縁トランス２１−１により所定の電流比に変換され、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２から出力される。軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２から出力された信号電流は、一定区間におけるレール１−１，１−２の送信側トランス１１−１の２次巻線１１−１ｂを例えば図１中の実線矢印方向に流れ、所定の電流比に変換されて１次巻線１１−１ａから図１中の実線矢印方向へ出力される。
【００４０】
１次巻線１１−１ａから実線矢印方向へ出力された信号電流は、一定区間における一方のレール１−１を図１中の実線矢印方向へ流れる。一定区間における一対のレール１−１，１−２上に列車２が存在しない場合、レール１−１上の信号電流は、図１中の実線矢印方向へ流れて受信側トランス１１−２の１次巻線１１−２ａへ送られ、所定の電流比に変換されて２次巻線１１−２ｂから図１中の実線矢印方向へ出力される。
【００４１】
２次巻線１１−２ｂから実線矢印方向へ出力された信号電流は、受信側保安器２０−２の軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２へ入力され、絶縁トランス２１−２により所定の電流比に変換され、線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２から出力される。線条側端子Ｌ２１，Ｌ２２から出力された信号電流は、信号ケーブル２６を通して信号機器２７へ送られる。これにより、信号機器２７では、一定区間における一対のレール１−１，１−２上に列車２が存在しないことを判定する。
【００４２】
一定区間における一対のレール１−１，１−２上を列車２の車輪２ａ，２ｂが通過した場合、送信側トランス１１−１からレール１−１上を図１中の実線矢印方向へ流れる信号電流は、図１中の一点鎖線矢印にて示すように、列車２の車輪２ａ，２ｂ間で短絡され、受信側トランス１１−２方向へ流れずに、レール１−２上を送信側トランス１１−１方向へ戻る。そのため、受信側保安器２０−２から信号ケーブル２６を通して信号機器２７へ信号電流が送信されないので、信号機器２７では、一定区間における一対のレール１−１，１−２上を列車２が通過中であると判定する。
【００４３】
この際、制限速度情報を有する信号電流は、列車２の車輪２ａ，２ｂを介してその列車２にて受信され、列車速度が制限速度を超過した時に自動的にブレーキを掛け、列車速度が下がるとブレーキを緩め、制限速度以下で走行するように列車が制御される。
【００４４】
このようなＡＴＣ有絶縁軌道回路において、例えば、片レール１−１又は１−２の破断事故、トロリー線の地落事故、雷サージの侵入等により、一対のレール１−１，１−２間に異常電圧が発生すると、送信側保安器２０−１又は受信側保安器２０−２（例えば、送信側保安器２０−１）において、避雷器２２−１が放電し、絶縁トランス２１−１における１次巻線２１−１ａの両端電極間が短絡されて回路電圧が低下し、信号ケーブル２６側の信号機器２７が保護される。
【００４５】
ここで、避雷器２２−１が放電すると、所定の検出電流値（例えば、４Ａ以上）のＡＣ電流が流れてこれが変流器２４−１により検出される。すると、図２の表示器２５−１において、変流器２４−１のＡＣ出力電流が抵抗３１−１及びバリスタ３２を介して整流回路３３にてＤＣ電流に整流される。整流されたＤＣ電流により、抵抗３１−２を介して電解コンデンサ３４が充電されていく。
【００４６】
検出時間（例えば、１００ｍｓ以内の時間）が経過すると、電解コンデンサ３４の充電が完了し、蓄積された電荷が抵抗３１−３，３１−４、可変抵抗３５、及び抵抗３１−５を介して放電される。抵抗３１−５を流れる放電電流により、コンデンサ３６を介してサイリスタ３７のゲート・カソード間にゲート電流が流れ、サイリスタ３７がオン状態になる。これにより、表示部４０−１の電磁石４１に駆動電流が流れ、この電磁石４１の磁力により、表示片４３の黒色の表面４３ａが反転して橙色の裏面４３ｂが上を向く。そのため、避雷器２２−１が動作したことを外部から容易に視認することができる。
【００４７】
異常電圧の侵入が終了して避雷器２２−１の放電が停止すると、この避雷器２２−１にはＡＣ電流が流れないので、表示片４３は橙色の裏面４３ｂが上を向いたまま保持される。そのため、作業員は、メンテナンス時において、磁石を用いて表示部４０−１をリセットすれば、表示片４３が反転して黒色の表面４３ａが上を向き、初期状態に復帰する。
【００４８】
本実施例１において、送信側表示器２５−１及び受信側表示器２５−２の検出電流値を４Ａ以上、検出時間を１００ｍｓ以内とした理由と、表示器２５−１，２５−２の表示目的とは、以下の（１）〜（３）の通りである。
【００４９】
（１） 検出電流値を４Ａ以上とした理由
平常時、例えば、トランス１１−１，１１−２に流れる軌道電流をＡＣ８００Ａとし、不平衡電流の許容値を１０％とすると、８０Ａとなる。トランス１１−１，１１−２の線間には、１／２の４０Ａ相当の不平衡電流が流れる。トランス１１−１，１１−２の巻数比は、例えば、
１次巻線１１−１ａ，１１−２ａ：２次巻線１１−１ｂ，１１−２ｂ＝１０：１
であるので、保安器２０−１の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２間、又は保安器２０−２の軌道側端子Ｔ２１，Ｔ２２間には、ＡＣ４Ａの電流が流れることになる。通常、この電流ＡＣ４Ａでは、避雷器２２−１，２２−２が動作することはないが、この電流ＡＣ４Ａに信号電流が重畳することで放電する場合があることから、動作下限値としてＡＣ４Ａ以上の電流値を設定している。
【００５０】
（２） 検出時間を１００ｍｓ以内とした理由
例えば、トロリー線のレール１−１，１−２への地落事故によって異常電流が流れた場合、変電所の遮断機が動作する時間が、健全動作時で１００ｍｓ以内なので、表示器２５−１，２５−２は、その時間内に検出して反転動作するように、抵抗３１−２及び電解コンデンサ３４の時定数を調整している。
【００５１】
（３） 表示器２５−１，２５−２の表示目的
避雷器２２−１，２２−２は、レール破断時やトロリー線のレール短絡時において数十Ａ〜数百Ａという異常電流が流れ込むため、それに見合うだけの電流耐量を持たせている。そのため、表示器２５−１，２５−２が動作する電流値ＡＣ４Ａでは、保安器２０−１，２０−２の劣化判断とはならない。
【００５２】
表示器２５−１，２５−２は、メンテナンスの時期を明確に明示するパイロット的な役目をすることを表示目的としている。そのため、表示器２５−１，２５−２の動作を確認した時点で、必要に応じて保安器２０−１，２０−２の点検を実施して耐用期間の判断をする等の運用方法も考えられる。
【００５３】
（実施例１の効果）
本実施例１によれば、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。
【００５４】
（ａ） 変流器２４−１，２４−２によって避雷器２２−１，２２−２の動作時に流れるＡＣ電流を検出し、表示駆動回路３０−１，３０−２によって表示部４０−１，４０−２を動作させ、外部から容易に視認可能な構成にしたので、当該保安器２０−１，２０−２のみを点検すれば良いことになり、メンテナンス作業や経費を大幅に削減できる。更に、変流器２４−１，２４−２により検出された電力によって表示動作を行うため、無電源動作が可能となる。従って、比較的簡単な回路構成及び構造で、且つ小型で信頼性の高い劣化診断機能を有する保安器２０−１，２０−２を実現できる。
【００５５】
（ｂ） 保安器２０−１の実装構造において、避雷器２２−１、変流器２４−１、及び表示器２５−１は、収納ケース５５に収納されているので、これらを小型化でき、更に、基板５２を介して基台５０への装着作業を簡易化できる。同様に、保安器２０−２も、図示しないが、保安器２０−１と同様の構造であるため、小型化と、装着作業の簡易化が可能になる。
【実施例２】
【００５６】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例２における図１中の送信側保安器２０−１の他の実装構造を示す外観図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、及び同図（ｃ）は右側面図である。この図４（ａ）〜（ｃ）において、実施例１を示す図３（ａ）〜（ｃ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００５７】
図１中の送信側保安器２０−１と受信側保安器２０−２とは、同一の実装構造であるので、図４を参照しつつ、送信側保安器２０−１の他の実装構造を説明する。
【００５８】
送信側保安器２０−１は、略箱形の基台５０Ａを有し、この基台５０Ａの四隅に、固定用の螺子孔５１−１〜５１−４が形成されている。基台５０Ａ上には、略方形の絶縁性の基板５２Ａの四隅が螺子６０−１，６０−２，６０−３，６０−４により固定されている。図４（ａ）に示す基台５０Ａ上において、左側端部近傍には一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２が突設され、右側端部近傍にも一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２が突設されている。各端子Ｌ１１，Ｌ１２，Ｔ１１，Ｔ１２には、例えば、透明の絶縁キャップ５３−１，５３−２，５３−３，５３−４が着脱自在に被せられている。
【００５９】
基板５２Ａ上において、一対の線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２の近傍には、避雷器２３−１が着脱自在に固定されている。基板５２上には、更に、一対の軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２の近傍に、避雷器２２−１及び変流器２４−１が螺子等により着脱自在に固定されている。避雷器２３−１と避雷器２２−１との間には、遮蔽部材６１及び表示器２５−１が固定されている。遮蔽部材６１は、避雷器２２−１と避雷器２３−１との間の絶縁距離を確保するものである。表示器２５−１は、基板５２Ａ上に螺子等により着脱自在に固定される略直方体状の中空のパッケージを有し、このパッケージ内に、表示駆動回路３０−１及び表示部４０−１が収納され、表示部４０−１における図２の表示片４３の色変化を上部の外側から視認可能な構造になっている。
【００６０】
基台５０Ａ内には、絶縁トランス２１−１が螺子等により固定されている。基板５２Ａ上の避雷器２２−１，２３−１、変流器２４−１、表示器２５−１、及び遮蔽部材６１は、例えば、透明なカバー６２により覆われている。線条側端子Ｌ１１，Ｌ１２間には、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−１が着脱自在に装着され、軌道側端子Ｔ１１，Ｔ１２間にも、予備部品を覆う遮蔽用キャップ５７−２が着脱自在に装着されている。
【００６１】
本実施例２の保安器２０−１の実装構造によれば、基台５０Ａ内に絶縁トランス２１−１を配置し、基板５２Ａ上に避雷器２２−１，２３−１、変流器２４−１、表示器２５−１、及び遮蔽部材６１を配置したので、保安器２０−１を小型化でき、これによって保安器２０−１の設置面積を減少できる。
【００６２】
（変形例）
本発明は、上記実施例１、２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のようなものがある。
【００６３】
（ｉ） 表示器２５−１，２５−２は、図２以外の構成に変更しても良い。例えば、表示駆動回路３０−１，３０−２において、図２中のサイリスタ３７は、トランジスタ等の他のスイッチ素子を使用し、これに対応してスイッチ素子をオン／オフ動作させるための回路構成を変更しても良い。又、表示部４０−１は、図２以外の構造に変更しても良い。
【００６４】
（ｉｉ） 保安器２０−１，２０−２は、有絶縁軌道回路に使用されるものであるが、図示以外の他の無絶縁軌道回路や、あるいは軌道回路以外の他の回路に使用することも可能である。この際、使用される状況に応じて、保安器２０−１，２０−２の構成部品を変更すれば良い。
【００６５】
（ｉｉｉ） 保安器２０−１，２０−２の実装構造は、図３又は図４以外の構造に変更しても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１−１，１−２ レール
２ 列車
１１−１，１１−２ トランス
２０−１，２０−２ 保安器
２１−１，２１−２ 絶縁トランス
２２−１，２２−２，２３−１，２３−２ 避雷器
２４−１，２４−２ 変流器
２５−１，２５−２ 表示器
２６ 信号ケーブル
２７ 信号機器
３０−１，３０−２ 表示駆動回路
４０−１，４０−２ 表示部
４３ 表示片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道回路のレール側に接続される１次巻線と、前記軌道回路に対して制御信号の送受信を行う信号機器側に接続される２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とが電気的に絶縁された絶縁変圧器と、
前記１次巻線に対して並列に接続され、前記１次巻線の両端電極間に第１の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記１次巻線の両端電極間を短絡する第１の避雷器と、
前記２次巻線に対して並列に接続され、前記２次巻線の両端電極間に第２の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記２次巻線の両端電極間を短絡する第２の避雷器と、
前記第１の避雷器の動作時に流れる交流電流を検出する変流器と、
前記変流器の出力電流を直流電流に変換し、前記直流電流における電荷を所定量蓄積し、前記電荷の蓄積完了後にオン状態となって表示駆動信号を出力する表示駆動回路と、
前記表示駆動信号を外部から視認可能な状態にて表示する表示部と、
を備えたことを特徴とする保安器。
【請求項２】
前記表示駆動回路は、
前記変流器の出力電流を前記直流電流に変換する整流回路と、
前記直流電流における前記電荷を前記所定量蓄積するコンデンサと、
前記電荷の蓄積完了後にオン状態となって前記表示駆動信号を出力するスイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項１記載の保安器。
【請求項３】
前記表示部は、
前記表示駆動信号により励磁される電磁石と、
前記電磁石の磁力により、前記外部から視認可能な方向に変位する表示片と、
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の保安器。
【請求項１】
軌道回路のレール側に接続される１次巻線と、前記軌道回路に対して制御信号の送受信を行う信号機器側に接続される２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とが電気的に絶縁された絶縁変圧器と、
前記１次巻線に対して並列に接続され、前記１次巻線の両端電極間に第１の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記１次巻線の両端電極間を短絡する第１の避雷器と、
前記２次巻線に対して並列に接続され、前記２次巻線の両端電極間に第２の閾値を超える異常電圧又は異常電流が加わると放電して前記２次巻線の両端電極間を短絡する第２の避雷器と、
前記第１の避雷器の動作時に流れる交流電流を検出する変流器と、
前記変流器の出力電流を直流電流に変換し、前記直流電流における電荷を所定量蓄積し、前記電荷の蓄積完了後にオン状態となって表示駆動信号を出力する表示駆動回路と、
前記表示駆動信号を外部から視認可能な状態にて表示する表示部と、
を備えたことを特徴とする保安器。
【請求項２】
前記表示駆動回路は、
前記変流器の出力電流を前記直流電流に変換する整流回路と、
前記直流電流における前記電荷を前記所定量蓄積するコンデンサと、
前記電荷の蓄積完了後にオン状態となって前記表示駆動信号を出力するスイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項１記載の保安器。
【請求項３】
前記表示部は、
前記表示駆動信号により励磁される電磁石と、
前記電磁石の磁力により、前記外部から視認可能な方向に変位する表示片と、
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の保安器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７０１５（Ｐ２０１２−１７０１５Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５３９１（Ｐ２０１０−１５５３９１）
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（０００１３０８３５）株式会社サンコーシヤ (64)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（０００１３０８３５）株式会社サンコーシヤ (64)
【Ｆターム（参考）】
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