(57)【要約】【課題】小形かつ軽量の高電圧軌道回路残留電圧設定器１０を実現する。【解決手段】高電圧化軌道回路の受電端の左右レールに一時接続しうるリード部４０と、その高電圧化軌道回路の列車検知信号の周波数より高い周波数のＰＷＭ波Ｂ（パルス幅変調信号）を発生するＰＷＭ波発生部２０と、ＰＷＭ波Ｂのデューティ比を変更しうるデューティ比変更部１１と、ＰＷＭ波Ｂに応じてリード部４０を導通状態と遮断状態との何れか一方の状態に切り替えるスイッチング回路とを備える。スイッチング回路３０をＰＷＭ的に切り替えさせることにより、純抵抗素子を代替する疑似抵抗としてスイッチング回路３０を機能させて、高電圧軌道回路残留電圧設定器１０を見かけ上の可変抵抗素子・電子負荷とするので、発熱が少なく、小形軽量化することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧化軌道回路の受電端の左右レールに一時接続しうるリード部と、前記高電圧化軌道回路の列車検知信号の周波数より高い周波数のパルス幅変調信号を発生するＰＷＭ波発生部と、前記パルス幅変調信号のデューティ比を変更しうるデューティ比変更部と、前記パルス幅変調信号に応じて前記リード部を導通状態と遮断状態との何れか一方の状態に切り替えるスイッチング回路とを備えている高電圧軌道回路残留電圧設定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道の高電圧化軌道回路の調整時に必要な残留電圧設定に用いられる高電圧軌道回路残留電圧設定器に関し、詳しくは、残留電圧設定のため軌道回路の受電端の所で左右のレールに接続されてレール間の抵抗値を可変して減じることにより高電圧軌道回路残留電圧設定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧化軌道回路の調整については（例えば非特許文献１参照）、列車非在線時の受電端の左右レール間の電圧である受電端電圧が３Ｖ以上になることに加え、列車在線時の受電端の左右レール間の電圧である残留電圧が１Ｖ以上であっても軌道継電器（軌道リレー）が落下するように、軌道回路の送電端機器を調整しなければならない。そして、このような高電圧化軌道回路の調整時における“残留電圧１Ｖ以上で軌道リレーの落下を確認すること。”の確認試験に際しては、列車の車軸でのレール短絡等を模擬する抵抗子等を軌道回路の受電端の左右レールに接続し、その抵抗を減ずることにより残留電圧１Ｖ以上で軌道リレーが落下することを確認することが求められている。
【０００３】
従来、高電圧軌道回路残留電圧設定用の抵抗子等としては、軌道回路短絡試験器などと呼ばれ、ロータリー接点式のディケード抵抗器を筐体内に収めた携帯器具が用いられている。軌道回路に軌道回路短絡試験器を接続した場合、電流が数Ａ流れるため、そのような電流を低抵抗で切替えるにはロータリースイッチがどうしても大形になることに加え、抵抗体を発熱に耐える容量とするには抵抗体もどうしても大形となることから、軌道回路短絡試験器は、大形の重量物であり、例えば幅Ｗ２６０ｍｍ×奥行Ｄ１４０ｍｍ×高さＨ１４５ｍｍで重量４．５Ｋｇといった程度の物になっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】鉄道電気技術者のための信号概論  信号シリーズ９  「軌道回路  ８．２．４高電圧化軌道回路の調整」社団法人日本鉄道電気技術協会２００８年７月２４日発行、改訂二版  ｐ．１５２〜１５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような軌道回路短絡試験器は、大形であり且つ重量がかさむため、測定に使用する他の機器たとえば電圧計や電流計などと共にこのような測定機材を携行して検査をおこなうことは、作業員の労力にかなりの負担を要する状況となっている。
このため、軌道回路短絡試験器よりも小形かつ軽量の列車車軸レール短絡模擬用抵抗子として機能する高電圧軌道回路残留電圧設定器の開発が望まれる。
しかしながら、上述したようにディケード抵抗器を用いる手法では、高電流に耐える大形部材が必要なため、小形化かつ軽量化に限界があり、要請に応えることができない。
そこで、抵抗発熱等の大形化要因を排除した疑似抵抗手段を具現化することにより、小形かつ軽量の高電圧軌道回路残留電圧設定器を実現することが、技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の高電圧軌道回路残留電圧設定器は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、高電圧化軌道回路の受電端の左右レールに一時接続しうるリード部と、前記高電圧化軌道回路の列車検知信号の周波数より高い周波数のパルス幅変調信号を発生するＰＷＭ波発生部と、前記パルス幅変調信号のデューティ比を変更しうるデューティ比変更部と、前記パルス幅変調信号に応じて前記リード部を導通状態と遮断状態との何れか一方の状態に切り替えるスイッチング回路とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
このような本発明の高電圧軌道回路残留電圧設定器にあっては（解決手段１）、リード部が、列車検知信号の周波数より周波数の高いパルス幅変調信号に応じて導通／遮断されるので、疑似抵抗として機能しつつ、列車検知信号に対しては純抵抗と等価に振る舞う。しかも、デューティ比変更部にてパルス幅変調信号のデューティ比を変更すると、それに応じて抵抗値が変化する。
そのため、列車車軸レール短絡模擬用抵抗子として使用することができる。
【０００８】
また、リード部の導通／遮断の切替がスイッチング回路によって瞬時に行われることから、発熱量が少ないので、スイッチング回路が小形・軽量のもので済む。
さらに、疑似抵抗値を定めるパルス幅変調信号のデューティ比の変更が、大電流の軌道回路電流でなく小電流のパルス幅変調信号を取り扱うＰＷＭ波発生部によって実行されるので、デューティ比を設定するデューティ比変更部も小形・軽量のもので済む。
したがって、この発明によれば、抵抗発熱等の大形化要因を排除した疑似抵抗手段の具現化により、小形かつ軽量の高電圧軌道回路残留電圧設定器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１について、高電圧軌道回路残留電圧設定器の構造を示し、（ａ）が概要ブロック図、（ｂ）が詳細ブロック図、（ｃ）が回路図である。
【図２】本発明の高電圧軌道回路残留電圧設定器の使用方法や動作状態を示し、（ａ）が使用状況の模式図、（ｂ），（ｃ）が信号波形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
このような本発明の高電圧軌道回路残留電圧設定器について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１により説明する。
図１〜２に示した実施例１は、上述した解決手段１（出願当初の請求項１）を具現化したものである。
【実施例１】
【００１１】
本発明の高電圧軌道回路残留電圧設定器の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が高電圧軌道回路残留電圧設定器１０の概要ブロック図、（ｂ）が詳細ブロック図、（ｃ）が回路図である。
【００１２】
この高電圧軌道回路残留電圧設定器１０は、抵抗発熱等を抑制しつつ軌道短絡試験器と等価に動作するよう、列車検知信号を歪ませない高周波のデューティ比可変なＰＷＭ波Ｂ（Pulse Width Moduration，パルス幅変調信号）にて軌道回路を交互に短絡／絶縁するようになったものであり、そのために、高電圧化軌道回路の受電端の左右レールに一時接続しうるリード部４０と、上記の高電圧化軌道回路の列車検知信号の周波数より高い周波数のＰＷＭ波Ｂを発生するＰＷＭ波発生部２０と、ＰＷＭ波発生部２０にＰＷＭ波Ｂのデューティ比を変更させるデューティ比設定信号Ａ（二値化閾値）を発生するデューティ比変更部１１と、ＰＷＭ波Ｂに応じてリード部４０ひいては左右レール間接続状態を導通(短絡)状態と遮断(絶縁)状態との何れか一方の状態に切り替えるスイッチング回路３０とを具えている。
【００１３】
リード部４０が軌道回路と直に接続されると、リード部４０とスイッチング回路３０が列車検知信号の通電路となるので、リード部４０とスイッチング回路３０には列車検知信号をＰＷＭ波Ｂでチョッピング（断続処理・導通遮断切替処理）した波形のスイッチング電流Ｃが流れるので、スイッチング回路３０には大電流を流せるエンハンスメント形のパワーＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が採用されている。このパワーＭＯＳＦＥＴは、導通時の内部抵抗が数１０ｍΩ以下であり、ドレイン〜ソース間の電圧が導通時にほぼ０Ｖになる。
【００１４】
一方、デューティ比変更部１１とＰＷＭ波発生部２０には、スイッチング電流Ｃのような大電流が流れないので、弱電用の能動素子（アンプやトランジスタ）や受動素子（抵抗やコンデンサ）が採用されている。
デューティ比変更部１１は、操作部材である摘みを筐体に外装した小形の可変抵抗器と、その抵抗可変範囲の上限・下限を規定するとともに可変抵抗の設定誤差の影響を緩和抑制する固定抵抗器とを直列接続したものを図示したが、これに限られる訳でなく、デューティ比設定信号Ａの電圧値を手動操作で可変設定できるものであれば良い。
【００１５】
ＰＷＭ波発生部２０は、三角波発生回路２１と二値化回路２２とＰＷＭ波出力ＡＭＰ２３（アンプ）と絶縁カップリング２４とを具備したものを図示したが、デューティ比設定信号Ａに応じてデューティ比を０〜１の間で変更できれば他の構成でも良く、例えば、高周波の発振回路と分周カウンタとの組み合わせ回路などでも良い。
ＰＷＭ波Ｂの周波数については、列車検知信号の周波数が直流軌道回路では０Ｈｚ，商用周波数軌道回路で５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ，分倍周波数軌道回路で２５Ｈｚ〜１２０Ｈｚなので、その場合、それより桁違いに高い数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数が採用される。また、数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚのオーディオ周波数の列車検知信号（ＴＤ波）を用いる軌道回路の場合（例えば特開平２００５−２６２８９５号公報）、それより桁違いに高い数１００ｋＨｚの周波数が採用される。なお、これらの数値は電波法や他の設備も考慮した好適例であり、本願発明の実施には、平滑化等の濾波にて弁別できれば足りる。
【００１６】
スイッチング回路３０は、ＰＷＭ波発生部２０の絶縁カップリング２４から入力したＰＷＭ波Ｂに応じて同時にオンオフ動作する一対のＦＥＴドライバ３１，３２と、保護ダイオードの向きを反対にしてソース・ドレインが直列接続されたＭＯＳからなりＦＥＴドライバ３１，３２で駆動されて導通(短絡)状態と遮断(絶縁)状態との何れか一方の状態をとるパワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４とを具備したものを図示したが、これに限定される訳でなく、ＰＷＭ波Ｂに追従しうる高速で導通／遮断の切替ができるとともに、導通時の短絡抵抗が小さく且つ遮断時の絶縁抵抗が高くて低消費電力の疑似抵抗として機能するものであれば、他の構成でも良い。
【００１７】
リード部４０は、残留電圧設定対象の軌道回路の左右レールの一方に対して例えばクリップ等で自在に着脱しうる接触端子４１と、その左右レールの他方に対してやはりクリップ等で自在に着脱しうる接触端子４２と、接触端子４１，４２とパワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４とをそれぞれ繋ぐ二本のリード線と、接触端子４１，４２に接続されたコンデンサとを具えている。このコンデンサは、接触端子４１とパワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４と接触端子４２とに流れる高周波のスイッチング電流Ｃを平滑化することによって軌道回路の列車検知信号の波形の歪みを実用上無視可能な程度に抑制するものであり、軌道回路の寄生容量や軌道回路の受電端のインピーダンスボンドの内蔵容量分などでスイッチング電流Ｃが十分に平滑化される場合は、不要である。
【００１８】
この実施例１の高電圧軌道回路残留電圧設定器１０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が使用状況の模式図、（ｂ），（ｃ）が信号波形例であり、（ｂ）が低抵抗時の波形例、（ｃ）が高抵抗時の波形例である。
【００１９】
高電圧軌道回路残留電圧設定器１０を使用して高電圧化軌道回路の残留電圧を設定するには（図２（ａ）参照）、先ず、軌道回路の受電端の所で、接触端子４１を左右レールの一方に接続するとともに、接触端子４２を左右レールの他方に接続し、さらに、軌道回路電圧計のリード端子も同様に接続する。それから、高電圧軌道回路残留電圧設定器１０のデューティ比変更部１１の摘みを操作して、高電圧軌道回路残留電圧設定器１０の疑似抵抗の値を絶縁状態対応の最大値から短絡状態対応の最小値まで変化させながら、軌道回路電圧計で受電端電圧Ｅを測定して、絶縁状態で受電端電圧が３Ｖ以上になるとともに短絡状態の残留電圧が１Ｖ程度あっても軌道継電器（軌道リレー）が落下するように列車検知信号Ｄの送受信状態を調整する。具体的には、軌道回路の送電端機器の調整を行う。
【００２０】
その調整時に、左右レールに接続された接触端子４１，４２間の抵抗値を上げるように摘みを操作すると（図２（ｂ）参照）、デューティ比設定信号Ａが上がって、ＰＷＭ波Ｂのデューティ比が下がるので、スイッチング電流Ｃのデューティ比も下がる。そのため、それを平滑化した列車検知信号Ｄの電流波形の振幅Ｆが小さくなって、列車検知信号Ｄの実効電流が減ることから、送電端機器と受電端との間のレール等での電圧降下が減少するので、受電端電圧Ｅは大きくなる（なお、図示の電圧波形では、電流波形との位相関係や高調波成分が無視されている）。これに対し、接触端子４１，４２間の抵抗値を下げるように摘みを操作すると（図２（ｃ）参照）、デューティ比設定信号Ａが下がって、ＰＷＭ波Ｂのデューティ比が上がるので、スイッチング電流Ｃのデューティ比も上がる。そのため、それを平滑化した列車検知信号Ｄの電流波形の振幅Ｆが大きくなって、列車検知信号Ｄの実効電流が増えることから、送電端機器と受電端との間のレール等での電圧降下が増加するので、受電端電圧Ｅは小さくなる（なお、図示の電圧波形では、電流波形との位相関係や高調波成分が無視されている）。
【００２１】
このように、リード部４０を介してスイッチング回路３０を軌道回路の受電端に接続し、スイッチング回路３０によるリード部４０ひいては左右レール間の導通／遮断を列車検知信号Ｄの周波数より高い周波数のＰＷＭ波Ｂで切り替えることでスイッチング回路３０を見掛けの抵抗素子として機能させるとともに、デューティ比変更部１１の操作にてＰＷＭ波Ｂのデューティ比を変化させてスイッチング回路３０の見掛けの抵抗値を可変させることにより、軌道回路の受電端の残留電圧を自在に変化させての計測が可能となる。
【００２２】
この場合、パワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４はパルス動作となるため、電圧ドロップは軌道回路の抵抗に委ねられるので、高電圧軌道回路残留電圧設定器１０では、電力消費が数Ｗ以下と小さくなり、発熱も少ない。このように発熱が少ないため、高電圧軌道回路残留電圧設定器１０では、熱容量や放熱に対する配慮が殆ど不要となる。
ＰＷＭ波Ｂのパルス幅の可変はボリウム等の摘み付き部材で具体化可能であり簡単な操作で抵抗値が可変できる。操作部材は、制御部分をマイコン化すればプッシュボタン等でも具体化可能であり、電源スイッチも必須でない。
ＰＷＭ波Ｂの周波数が高いため、パルス幅変調やスイッチングを利用しても、計測器での残留電圧測定値に誤差が生じる心配が無い。このような高い周波数帯は軌道回路で使用されていないので、軌道回路に対して悪影響を及ぼすおそれも無い。
【００２３】
結果、この高電圧軌道回路残留電圧設定器１０にあっては、スイッチング回路３０のエンハンスメント形パワーＭＯＳＦＥＴをＰＷＭ的に駆動することにより、純抵抗素子を代替する疑似抵抗としてスイッチング回路３０を機能させて、高電圧軌道回路残留電圧設定器１０を見かけ上の可変抵抗素子・電子負荷とするので、抵抗発熱が少なく、抵抗相当部を小形軽量化することができる。また、電流の少ない電圧信号で足りるデューティ比設定信号Ａにて軌道回路の受電端における残留電圧を可変設定しうるので、抵抗値可変機構部もその操作部も小形軽量化することができる。その結果、電子的な回路に電池を加えても、タバコ２箱程度（１００ｇ以下）のハンディーなＤＭＭ（デジタルマルチメータ）程度の大きさとなる。さらに、筐体を簡便な防滴構造や本格的な防水構造にすれば、雨中での使用も可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１０…高電圧軌道回路残留電圧設定器、１１…デューティ比変更部、
２０…ＰＷＭ波発生部、２１…三角波発生回路、２２…二値化回路、
２３…ＰＷＭ波出力ＡＭＰ（アンプ）、２４…絶縁カップリング、
３０…スイッチング回路、３１，３２…ＦＥＴドライバ、
３３，３４…パワーＭＯＳＦＥＴ（トランジスタ）、
４０…リード部、４１，４２…接触端子（クリップ）
【図１】
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【図２】
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