特許情報 > Bセクション 処理操作；運輸 > B61L：2008年
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鉄道信号機の故障検知装置
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- 【要約】
【課題】特にフリッカー信号機の故障を検知する。
【解決手段】電流センサ８と、ＣＰＵ（中央処理装置）９と、警報器１０とを有している。電流センサ８は、鉄道信号機の各現示信号灯器１ａ〜１ｅに流れる電流の変化を信号現示ごとに検知し、その電流値の変化をＣＰＵ９に出力するものであり、ＣＰＵ９は、電流センサ８によって検知された電流値の時分割処理と、有効安定期の判定処理と、故障判定しきい値比較処理と、故障判定処理とを順次行い、各現示信号灯器１ａ〜１ｅの発光源を故障と判断したときに異常指示信号を警報器１０に出力するものである。警報器１０は、ＣＰＵ９からの異常指示信号の入力を受けて警報を発する。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流センサと、ＣＰＵ（中央処置装置）と、警報器とを有する鉄道信号機の故障検知装置であって、
電流センサは、鉄道信号機の各現示信号灯器に流れる電流の変化を各信号現示ごとに個別に検知し、その電流値の変化をＣＰＵに出力するものであり、
ＣＰＵは、電流センサによって検知された電流値の時分割処理と、有効安定期の判定処理と、故障判定しきい値比較処理と、故障判定処理とを順次行い、各現示信号灯器の発光源を故障と判断したときに異常指示信号を警報器に出力するものであり、
時分割処理は、一定時間ごとに常時信号電流値をサンプリングして、一定時間ごとに実効値化した電流値の大きさをデータ単位ごとに作り、そのデータを蓄積する処理であり、
有効安定期の判定処理は、電流値の時分割処理によって得られた電流値の測定データ単位のうち、各信号灯器の消灯時のデータ単位の電流値と、信号点灯時の突入電流や点灯から消灯切り替え時の不安定電流のデータ単位の電流値とを除き、相対的に一番多いデータ単位の組の電流値の値を有効安定期の信号電流値であるとして判断する処理であり、
故障判定しきい値比較処理は、有効安定期の判定処理の結果、有効安定期の信号電流値であるとして判断されたデータ単位の電流値を故障判定しきい値と比較する処理であり、
故障判定処理は、故障判定しきい値比較処理の結果、有効安定期の信号電流値の大きさが故障判定しきい値を下回ったときに異常指示信号を警報器に出力する処理であり、
警報器は、ＣＰＵからの異常指示信号の入力を受けて警報を発するものであることを特徴とする鉄道信号機の故障検知装置。
【請求項２】
ＣＰＵを用い、以下のステップを順次行い、フリッカー信号機を含む鉄道信号機の各灯器の現示異常の特定を行なう鉄道信号機の故障検知装置であって、
フリッカー信号機を設定された条件にしたがって選択された灯器を点灯、或いは点滅させるステップと、
電流センサにより信号灯からの信号灯電流を電流センサによりデジタル信号に変換するステップと、
前記デジタル信号を一定時間毎に常時信号電流値をサンプリングして、一定時間毎に実効値化したデータ単位を作り記録するステップと、
前記データ単位を一定回蓄積した後、蓄積したデータ単位をＣＰＵにより昇順に並べ換えてデータ単位の組を形成するステップと、
昇順に並べ換えられた一定回数のデータ単位の組のうち、中位に位置するデータ単位の組を有効安定期の測定結果として選別するステップと、
前記有効安定期の電流値を故障判定しきい値と比較し、故障判定しきい値を下回っている場合に異常指示信号を警報器に出力するステップとを有することを特徴とする鉄道信号機の故障検知装置。
【請求項３】
前記有効安定期の電流値を故障判定しきい値と比較し、故障判定しきい値を下回っている場合に異常指示信号を警報器に出力するステップは、前記有効安定期の電流値が、故障判定しきい値を上回っている場合には、ＯＫを警報判定結果として記録し、故障判定しきい値を下回っている場合には、ＮＧを警報判定結果として記録し、前記警報判定結果が、一定回数にわたり、連続してＮＧの場合には警報として判定するステップを行うものであることを特徴とする請求項２に記載の鉄道信号機の故障検知装置。
【請求項４】
故障判定しきい値は、ＬＥＤの半断芯を示す信号電流値に設定された断芯判定しきい値と、断芯判定しきい値以下の電流値で、全断芯を示す下限値の２種類に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の鉄道信号機の故障検知装置。
【請求項５】
鉄道信号機は、フリッカー信号機であって、電流センサによって検知された電流値の時分割処理と、有効安定期の判定処理と、故障判定しきい値比較処理と、故障判定処理は、灯器の点滅時の信号電流について行われるものであることを特徴とする請求項１、２、３又は４の何れか１つに記載された鉄道信号機の故障検知装置。
- 【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道信号機の断芯検知装置、特にフリッカー信号機に用いられている現示用灯器の断芯（故障）を検知する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本の鉄道においては、通常、場内、出発、閉塞の各鉄道信号機には、緑色、橙黄色、赤色の３色を組み合わせた３灯または５灯の色灯式信号機が用いられている。通常の色灯式信号機は灯器の１灯又は２灯の点灯によって、その先の区間の制限速度を表示する信号、すなわち、進行信号（最高進行、進行）、減速信号、注意信号、停止信号を表示する機能を有するものである。フリッカー信号は、色灯式信号機において、進行信号と、減速信号との間に、緑色（Ｇ）、橙黄色（Ｙ）の灯器を毎回８０回点滅させて速度向上前の最高速度１０５ｋｍ／ｈの運転を実施するものである。
本発明において、その先の区間の制限速度を表示する鉄道信号機を「通常の式灯色信号機」、通常の式灯色信号機にフリッカー信号を発する機能を備えた鉄道信号機を「フリッカー信号機」として両者を区別している。
【０００３】
従来より、鉄道信号機の灯器の発光源には、信号電球が用いられていたが、高輝度のＬＥＤが開発されるようになって、鉄道信号機の発光源も現在ではＬＥＤが主流である。ＬＥＤは、電球のフィラメントのように断線することはないが、長時間使用すると、次第に光度が低下するという問題があり、光度が半減するまでの時間が寿命と定められている。ＬＥＤの寿命は、一般に1万〜３万時間と考えられているが、劣化その他不足の事態によって断芯（オープン）事故、短絡故障が発生する。
【０００４】
このような問題点を解消するため、発光源にＬＥＤを用いた信号機では、それぞれの信号灯に専用の電流センサ（カレントトランス）を接続し、各灯の消費電流値を電流センサで監視し、各信号灯ごとに検知する電流値の何れかが基準値以下の時には、その信号灯のＬＥＤが断芯（故障）であると判断し、警報を出力するという対策が講じられてきた。特許文献１には、信号現示の数より少ない電流センサを用いて信号灯の発光源に用いられたＬＥＤの全断状態の現示異常、断芯なしの現示正常、短絡状態の現示異常を判断できるＬＥＤ式信号機の故障検知装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、２個の電流センサを用いて最大５現示の点灯状態の特定と、信号灯の現示異常との６つの状態を特定できる多灯形色灯信号機の動作監視装置が記載されている。これらの装置は、要するにディスクリート構成によって、常時信号灯の電流を測定しつつ故障の状態を検知するという方式であり、このままの構成で、フリッカー信号など、２灯を同時に点滅させるものを検知しようとした場合には、緑（Ｇ）と橙黄（Ｙ）点灯−緑（Ｇ）と橙黄（Ｙ）消灯のサイクルで点灯と消灯を繰り返すため、点灯と消灯が正常に行われているかどうかを検知しなければならず、消灯時の無信号部分の電流も測定結果として得る必要があるため、ＬＥＤが断芯したかどうかの判断がむずかしい。
【０００６】
もっとも、フリッカー信号の動作状態を監視し、動作の正常、異常を判断する装置をディスクリート構成によって組み立てることは可能ではあるが、ディスクリート構成によるときは、現示数、点滅周期、判定基準などを含めて監視対象条件が変わる毎にそれぞれに専用の回路が必要であり、コストがかかるという問題がある。
【０００７】
このような理由から、フリッカー信号機そのものは従来から用いられていたものの、フリッカー信号機の使用場所，数量が限られているという事情があって、フリッカー信号機については、フリッカー信号を発生する灯器のＬＥＤの断芯検知は行われていなかったのが実情であった。
【特許文献１】実用新案登録第３０５１８３０号公報
【特許文献２】特許第３２４５７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、フリッカー信号機の断芯検知の手段は従来考えられておらず、また、ディスクリート構成によって、回路を構成しようとするときには、監視対象条件が変わる毎にそれぞれに専用の回路が必要であり、コストがかかるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、特別なハードウェアを用いることなく、ソフトウェアによって、フリッカー信号の電流を測定してフリッカー信号機の灯器の発光源に用いられたＬＥＤの故障検知を行うことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の故障検知装置によれば、灯器の発光源に用いられたＬＥＤの故障検知をＣＰＵで行うため、通常の色灯信号機或いはフリッカー信号機の区別を問わず使用が可能である。また、フリッカー信号機の監視対象条件の違いに対しては、設定を変えるだけで対応でき、取扱者への教育、管理や部品の予備品など保守管理上の手間が最小限に抑えられる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
信号電流を測定し、鉄道信号機のＬＥＤの故障検知を行うという目的を信号電流のサンプリングを常時行い、点滅時の無信号部分を排除して正確な信号電流値を抽出することによってＬＥＤの断芯（故障）の有無を判定する処理をソフトウェアで行うことによって実現した。
【実施例】
【００１２】
以下に本発明の実施例を説明する。図１は、本発明による鉄道信号機の故障検知装置のシステムの構成図である。図１において、この実施例においては、フリッカー信号機１は、５現示の鉄道信号機であり、それぞれ複数個のＬＥＤを直・並列に接続して灯器に内蔵した５個の灯器１ａ〜１ｅを有し、それぞれの灯器１ａ〜１ｅ（上から順に橙灯、橙灯、赤灯、橙灯、緑灯）は、個別に信号ケーブル２ａ〜２ｅによってリレー接点回路３に接続され、リレー接点回路３の接点の切り替え設定により、信号灯トランス４を経由して電源ケーブル５から給電された電流を各灯器１ａ〜１ｅに供給して常時信号灯の点灯回路を形成するとともに、接点条件の切り替えにより２灯〜５灯を選択的に点滅させるフリッカー信号機として動作するように設定されているものである。
【００１３】
各灯器１ａ〜１ｅを点灯或いは点滅させた信号電流は戻り配線ケーブル６から、リレー接点回路３に戻され、さらに、戻り電源ケーブル７を経て電源に戻される。本発明装置は、電流センサ８と、ＣＰＵ（中央処理装置）９と、警報器１０とによって構成されるものである。図中１１は、ＣＰＵ９及び警報器１０の電源であり、ＣＰＵ９へは、電源ケーブル５及び戻り電源ケーブル７間の電源が供給される。また、１２は、ＣＰＵ９のリセットボタンである。
【００１４】
本発明において、電流センサ８はたとえばカレントトランスであり、この実施例では、リレー接点回路３と、フリッカー信号機１の灯器１ａ〜１ｅ間の戻り配線ケーブル６のＸ点に割を入れてリレー接点回路３と、フリッカー信号機１間に直列に接続している。これによって、電流センサ８は、リレー接点回路３に設定された接点条件に従って、各フリッカー信号機１の各灯器１ａ〜１ｅに流れる電流の変化を各信号現示ごとに個別に検知し、その電流値の変化をＣＰＵ９に出力する。ＣＰＵ９は、電流センサ８によって検知された電流値を測定し、各灯器１ａ〜１ｅのＬＥＤの正常、故障（断芯）を判断し、故障（断芯）と判断したときに異常指示信号を警報器１０に出力するものである。警報器１０は、ＣＰＵ９からの異常指示信号の入力を受けて、警報用リレー接点出力、音声、音響、画面表示などの手段によって警報を発する。
【００１５】
ＣＰＵ９の有する主な機能は、時分割入力機能、入力値並べ換え機能、有効安定期の判定機能及び故障判定しきい値比較機能であり、これらの機能を実行して電流値の時分割処理と、有効安定期の判定処理と、故障判定しきい値比較処理と、故障判定処理とを順次行い、各現示信号灯器の発光源を故障と判断したときに異常指示信号を警報器１０に出力する。
【００１６】
時分割処理は、一定時間ごとに常時信号電流値をサンプリングして、一定時間ごとに平均化した電流値の大きさをデータ単位ごとに作り、そのデータを蓄積する処理であり、有効安定期の判定処理は、電流値の時分割処理によって得られた電流値の測定データ単位のうち、各信号灯器の消灯時のデータ単位の電流値と、信号点灯時の突入電流や点灯から消灯切り替え時の不安定電流のデータ単位の電流値とを除き、相対的に一番多いデータ単位の組の電流値の値を有効安定期の信号電流値であるとして判断する処理であり、故障判定しきい値比較処理は、有効安定期の判定処理の結果、有効安定期の信号電流値であるとして判断されたデータ単位の電流値を故障判定しきい値と比較する処理であり、故障判定処理は、故障判定しきい値比較処理の結果、有効安定期の信号電流値の大きさが故障判定しきい値を下回ったときに異常指示信号を警報器に出力する処理である。これらの処理は以下に説明するフローチャートに従って実行される。
【００１７】
（１）ステップＳ１ （信号機の現示）
フリッカー信号機１をリレー接点回路３によって設定された条件にしたがって各信号ケーブル２ａ〜２ｅから各灯器１ａ〜１ｅの１灯又は２灯に選択的に信号電流を通電して選択された灯器を点灯、或いは点滅させる。
【００１８】
（２）ステップＳ２ （電流検知）
動作中の灯器１ａ〜１ｅの１灯又は２灯から戻り配線ケーブル６に戻される信号電流を、リレーの接点条件に従って電流センサ８で各信号現示ごとに個別に検知し、その電流値をＣＰＵ９に入力する。図３に示す波形ａは、フリッカー信号電流の１例である。この例ではフリッカー信号が毎分８０回のＯＮ、ＯＦＦ信号（矩形波）ａが信号ケーブル（２ａ〜２ｅのいずれか）を通じて灯器（１ａ〜１ｅ）の橙灯と緑灯に断続的に給電されている例である。図中、Ｋは、しきい値の大きさを示している。フリッカー信号における灯器のＯＮ信号の電流値の大きさがしきい値Ｋを下回ったときにその灯器のＬＥＤを断芯と判断する基準値である。電流センサ８は、戻り配線ケーブル６に戻される信号電流を検知し、その電流値をデジタル信号に変換して中央処理装置（ＣＰＵ）９の記憶装置に入力する。
【００１９】
（３）ステップＳ３ （時分割入力）
ＣＰＵ９では、まず、「時分割入力機能」が動作し、一定時間ごと、たとえば１．６６ｍｓ毎に常時信号電流値をサンプリングして、一定時間ごと、たとえば１００ｍｓ（１．６６×６０回）毎に平均化した電流値の大きさごとにデータ単位を作り、そのデータ単位を記録する。データ単位は、図３のデータ単位ｄ１，データ単位ｄ２，データ単位ｄ３・・・のように記録される。
【００２０】
（４）ステップＳ４ （入力値並べ換え）
ＣＰＵ９は、次いで「入力並べ換え機能」を実行し、ステップ３の時分割入力で記録されたデータ単位ｄ１，ｄ２，ｄ３・・・ごとの電流値を、その大きさの順で記録し、このデータ単位を一定の回数、例えば１０回蓄積（＝１秒経過時）した後、蓄積したデータ単位をＣＰＵにより昇順に並べ換える。並び換えた結果の１例を図４に示す。図４において、この例では、グラフの一番下位にあるデータ単位の組Ａは、各信号灯器の消灯時のデータ単位であり、中位に位置するデータ単位の組Ｂは、点灯時のデータ単位である。なお、一番上位にあるデータ単位の組Ｃは、信号点灯時の突入電流のデータ単位である。それぞれのデータ単位を線で結ぶことによって、点灯、或いは点滅中の信号灯器における電流値の昇順（降順）測定データが得られる（以下本発明においては電流値の昇順（降順）測定データとして説明する）。
【００２１】
（５）ステップＳ５ （有効安定期の判定）
ＣＰＵ９は、次いで「有効安定期の判定機能」を実行し、ステップ４で得られた電流値の昇順測定データのうち、図４のグラフの中位に位置して、相対的にデータ単位の数が一番多いデータ単位の組Ｂを有効安定期の測定結果として選別する。有効安定期とは、ＬＥＤの点灯時の通電電流の実効値を意味する。
【００２２】
電流値の昇順測定データの内の上位のデータ単位の組Ｃは、信号点灯時の突入電流や点灯から消灯切り替え時の不安定電流のデータ単位であるため、これは測定結果として用いず、各信号灯器の消灯時のデータ単位であるグラフの一番下位にあるデータ単位の組Ａとともに、これらのデータ単位を排除することにより、１秒間の間における安定した検出電流を測定結果として得ることができる。信号点灯時の突入電流や点灯から消灯切り替え時の不安定電流を表す上位のデータ単位の組Ｃは、相対的に数がデータ単位の組Ｂの数より少ないために、データ単位の組ＢとＣとの区別は容易である。
【００２３】
（６）ステップＳ６ （故障判定しきい値比較結果の記録）
ＣＰＵ９は、次に「故障判定しきい値比較機能」を実行し、ステップＳ５で得られたデータ単位の組Ｂの測定結果を故障判定しきい値、この実施例においては、断芯判定しきい値Ｋ又はさらにその下位に設定された下限値（例えば５０ｍＡ）Ｒと比較し、もし断芯判定しきい値Ｋを上回っている場合には、ＯＫを警報判定結果として記録し、断芯判定しきい値Ｋ、さらには下限値Ｒを下回っている場合には、ＮＧを警報判定結果として記録する。なお、条件の変更にあわせて故障判定しきい値（ＫおよびＲ）の値を設定できる。
【００２４】
（７）ステップＳ７ （警報の判定）
記録された警報判定結果が、一定回数、たとえば４回すなわち４秒連続ＮＧの場合には故障として判定する。故障の種類には、断芯と半断芯の２種類を設定するのが好都合である。この実施例においては、図３において、例えば全断芯は、下限値（５０ｍＡ）Ｒ以下でＮＧになった場合であり、半断芯は、断芯判定しきい値Ｋ以下、下限値Ｒ以上でＮＧになった場合に設定している。それぞれの警報は、警報ランプの色をかえるなどして、利用者に警報の種類を知らせる。なお、途中１回でもＯＫの判定が出た時は、再度４回連続ＮＧとならない限り、故障（断芯）とはならないものとして処理する。通常は、消灯した場合、少なくとも信号電流は半減するので４〜５秒以内には必ず警報となる。
【００２５】
本発明は、要するに信号灯器の点灯時の電流値を測定し、点灯時の電流値が一定以下に減少したときに、断芯、半断芯の判断を含めて故障として判定し、警報を出力するものであり、常時点灯、点滅点灯機能を合わせて有するフリッカー信号機において、各灯器の常時点灯、点滅点灯の如何に関わらず、信号現示ごとの信号電流を常時測定しつつＬＥＤの故障の有無を検知することができる。
【００２６】
なお、各灯器のＬＥＤの故障を信号灯器への通電電流の検知箇所は、以上実施例に示したようにリレー接点回路３と、灯器間の戻り配線ケーブル６のＸ点に割を入れて電流センサ８を接続した例を説明したが、この例に限らず、信号灯トランス４と、リレー接点回路３間の電源ケーブル５のＹ点或いは、信号灯トランス４と、リレー接点回路３間の戻り電源ケーブル７のＺ点に割をいれて電流センサ８を接続し、信号灯トランス４と、リレー接点回路３間の電源ケーブル５或いは戻り電源ケーブル７を流れる信号電流の大きさを測定することによっても各信号灯器の常時点灯時、点滅点灯時における信号電流の大きさを測定しつつＬＥＤの故障の有無を検知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、フリッカー信号機だけでなく、灯器の１〜２灯を点灯現示する通常の色灯信号機においても使用することができる。
- 【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１実施例を示すシステムの構成図である。
【図２】システムの動作フローを示す図である。
【図３】信号電流の処理要領を示すグラフである。
【図４】入力値並べ換えの処理を示す図である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
- 【公開番号】特開２００８−１４３３６８（Ｐ２００８−１４３３６８Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【発明の名称】鉄道信号機の故障検知装置
- 【出願番号】特願２００６−３３３４５８（Ｐ２００６−３３３４５８）
【出願日】平成１８年１２月１１日（２００６．１２．１１）
【出願人】
【識別番号】０００１４４３４８
【氏名又は名称】株式会社三工社
- 【代理人】
【識別番号】１０００７５３０６
【弁理士】
【氏名又は名称】菅野 中
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