JP2009173214A - Ａｔｓ信号受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無共振の受信コイル１０が一台のままでもその断線を検知することができる開電路形のＡＴＳ信号受信装置を開発する。
【解決手段】受信コイル１０から軌道外へ延びる受信ケーブル２１に一次巻線が接続されて閉ループをなし二次巻線４１が受信回路１１〜１６の入力側に接続されて信号伝送を行う受信トランス４０について一次巻線を一次巻線半分４１と一次巻線半分４２とに二分割し、そこにコンデンサ４３を付加して一次巻線半分４１とコンデンサ４３と一次巻線半分４２とを直列接続し、コンデンサ４３の両端に直流電圧ＤＣ２４Ｖを印加するとともに直流電流の有無に応じて断線の有無を示す断線検知信号Ｇ２を断線検知リレー４４にて生成する断線検知回路を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄道分野におけるＡＴＳ（自動列車停止装置）の地上設備のＡＴＳ信号受信装置に関し、詳しくは、車上子から送信されて空間を伝播してきたＡＴＳ信号を地上子で受信して列車の検知を行うＡＴＳ信号受信装置に関し、更に詳しくは、地上子に無共振の受信コイルを採用した開電路形のＡＴＳ信号受信装置に係る異常検知技術に関する。

例えば点制御軌道回路を使用して列車検知を行っている踏切では、無警報や無遮断といった不所望な事象が発生するのを確実に防止して安全性の向上を図るために、列車からのＡＴＳ信号を利用して列車検知を行うＡＴＳ信号受信装置（列車検知装置、ＡＴＳ地上装置）を並設して列車検知をバックアップすることが行われている（例えば非特許文献１参照）。そして、そのようなＡＴＳ信号利用列車検知の方式として、開電路形（例えば特許文献１参照）と閉電路形（例えば特許文献２参照）とが知られているが（例えば特許文献３参照）、ここでは、本願発明の前提となる開電路形のＡＴＳ信号受信装置について、本発明の説明に役立つ部分を抜粋して説明する。

図３（ａ），（ｂ）は、開電路形のＡＴＳ信号受信装置を示し、（ａ）が地上装置の全体ブロック図、（ｂ）が受信検知状態およびリレー励磁状態の時間変化である。

このＡＴＳ信号受信装置は（図３（ａ）参照）、軌道を走行する列車の車上装置から常時発信されているＡＴＳ信号Ａを受信するために軌道内に地上子として設置された受信コイル１０（Ｌ，受信アンテナ）と、その受信状態に応じて列車の有無を示す列車検知信号Ｒ１を出力する受信回路１１〜１６とを備えたものである。受信回路１１〜１６には、アッテネータ１１（ＡＴＴ）とバンドパスフィルタ１２（ＢＰＦ）とからなる周波数弁別回路と、整流部１３とレベル検知部１４（ＳＣＨ）と復旧時間延長回路１５とからなるリレー駆動回路と、列車検知信号を出力する列車検知リレー１６とが設けられている。

アッテネータ１１は、受信コイル１０の受信信号のレベルをバンドパスフィルタ１２の入力に適したレベルに調整するためのものであり、信号レベルの増幅が必要なときにはアンプで置き換えられ、レベル調整が不要であれば省略される。バンドパスフィルタ１２は、ＡＴＳ信号Ａの周波数ｆ０成分を通過させるように通過周波数帯域幅が設定されている。そのため、これらの回路を具えた周波数弁別回路は、ＡＴＳ信号Ａの周波数ｆ０成分と、その他の周波数成分との周波数弁別を行うものとなっている。

整流部１３は、例えばダイオードスタックを用いた全波整流回路や半波整流回路に包絡線波形抽出回路等を付加したものであり、レベル検知部１４は、パルス波（矩形波・方形波）に波形整形するためのシュミット回路からなり、復旧時間延長回路１５は、レベル検知部１４の出力パルスを列車検知リレー１６の電磁駆動可能なレベルに増幅すると共に、そのパルス幅を列車検知リレー１６の確実な動作のために所定時間だけ引き延ばす波形整形処理を行うものである。

これらの回路にてバンドパスフィルタ１２の出力信号を処理するリレー駆動回路は、周波数ｆ０成分の検出時には列車検知リレー１６を励磁し非検出時には列車検知リレー１６の励磁を中断するものとなっている。
列車検知リレー１６は、リレー駆動回路にて駆動される例えば直流駆動の電磁リレーであり、励磁状態（動作状態）では「列車有り」で非励磁状態（復旧状態）では「列車無し」の列車検知信号Ｒ１を出力するようになっている。

また、この開電路形のＡＴＳ信号受信装置では、地上子に無共振の受信コイル１０が採用されており、受信コイル１０で受信した信号が受信ケーブル２１を経てから受信トランス２２でのトランス結合によってアッテネータ１１へ送られるようになっている。
無共振の受信コイル１０は、例えばインダクタンスが３１０μＨ程度の大形コイルからなり、寄生容量の存在は別として、共振用のコンデンサが直列にも並列にも直に接続されることがなく、共振用のコンデンサが一体的に実装されることもない。

受信ケーブル２１は、例えば２０ｍや５０ｍといった数十ｍ程度の信号伝送用ケーブルであり、少なくとも一対の信号線を具備していて、軌道内の受信コイル１０と軌道外の受信トランス２２とを繋いでいる。
受信トランス２２は、小型で寄生容量の小さい信号伝送用のもので足り、受信コイル１０側と受信回路１１〜１６とに介在して両者間の信号伝送をトランス結合で行うために、一次巻線２３が両端を受信ケーブル２１に接続されて受信コイル１０と閉ループをなし、二次巻線２４が受信回路１１〜１６の入力段のアッテネータ１１に接続されている。

このようなＡＴＳ信号受信装置にあっては（図３（ｂ）参照）、受信コイル１０の設置された軌道を列車が走行して受信コイル１０のところを通過すると、車上装置から発信された周波数ｆ０のＡＴＳ信号Ａが受信コイル１０にて受信され、これに応じて受信回路１１〜１５が列車検知リレー１６を励磁駆動するので、列車検知リレー１６が動作して列車検知信号Ｒ１を「列車有り」の状態にする。列車の通過後や列車の来ないときには、受信コイル１０での受信が無くて受信回路１１〜１５が列車検知リレー１６を励磁駆動しないので、列車検知リレー１６が復旧して列車検知信号Ｒ１を「列車無し」の状態にする。

このように開電路形の場合、列車検知信号Ｒ１を出力する列車検知リレー１６が、常態では復旧しており（非励磁状態）、列車からのＡＴＳ信号Ａを受信したときのみ動作する（励磁状態）。なお、ＡＴＳ信号Ａの受信検知状態Ｂはレベル検知部１４のパルス出力で示され、そのパルス幅を定めるＡＴＳ信号Ａの受信時間Ｄは一般に短いため（図３（ｂ）における時刻ｔ１〜ｔ２参照）、列車検知リレー１６のリレー励磁状態Ｃにおけるパルス幅は復旧時間延長回路１５によって延長時間Ｅだけ引き延ばされ（図３（ｂ）における時刻ｔ２〜ｔ３参照）、これによって列車検知リレー１６が確実に動作する。

また、このような開電路形のＡＴＳ信号受信装置では、受信コイル１０の断線や受信回路１１〜１６の故障があれば、ＡＴＳ信号Ａの受信があっても、列車検知リレー１６は励磁されないので復旧状態を継続し続け（図３（ｂ）における時刻ｔ４以降の波線部分を参照）、列車検知信号Ｒ１は「列車無し」のままである。
そのため、受信コイル１０に加えて送信コイルも地上側に具備している閉電路形のようなフェールセーフ性を確保するには、受信コイル１０の断線や受信回路１１〜１６の故障といった異常を検知する手段を別途追加することが必要である。

そして、異常検知手段が回路故障検知ならば、構成を二重系にするのが簡便である。すなわち（図３（ｃ）参照）、アッテネータ１１以降の受信回路を二重系にして両者の列車検知信号の一致不一致をチェックすることで、受信回路１１〜１６の故障を検知することができる。詳述すると、先ず、アッテネータ１１とバンドパスフィルタ１２と整流部１３とレベル検知部１４と復旧時間延長回路１５と列車検知リレー１６とそれぞれ同じアッテネータ３１とバンドパスフィルタ３２と整流部３３とレベル検知部３４と復旧時間延長回路３５と列車検知リレー３６とをやはり同様に接続して、受信回路１１〜１６と同じ受信回路３１〜３６を追加する。

さらに、不一致検出回路３７を追加したうえで、受信回路１１〜１６の出力の列車検知信号Ｒ１と受信回路３１〜３６の出力の列車検知信号Ｒ２とを不一致検出回路３７に入力して、不一致検出回路３７の出力を故障検知信号Ｇ１とする。これにより、元からある受信回路１１〜１６の列車検知信号Ｒ１（列車検知リレー１６の落下／扛上）と、追加した受信回路３１〜３６の列車検知信号Ｒ２（列車検知リレー３６の落下／扛上）とが、一致していれば故障検知信号Ｇ１が正常状態を示し、一致していなければ故障検知信号Ｇ１が故障状態を示す。電子回路部１１〜１６，３１〜３６は比較的小形のもので足りるので、このような二重系によって比較的簡便に故障を検出することができる。

日本鉄道電気技術協会編「鉄道技術者のための電気概論 信号シリーズ８ 踏切保安装置」社団法人日本鉄道電気技術協会出版、平成７年４月、ｐ．５０−５１ 実開昭６２−１４８４６６号公報、実公平５−４１９７５号公報 特開平１１−３２１６５１号公報 特開２００５−２３８８８３号公報

しかしながら、開電路形のＡＴＳ信号受信装置の場合、同様の手法で受信コイル１０の断線を検知することができない。上述したように受信コイル１０が大形であるうえ軌道内設置に耐えるよう頑丈でコスト高なため、受信コイル１０を二重系にしたのでは、閉電路形に勝る開電路形の利点である小形かつ安価という長所が損なわれるからである。
地上、特に軌道内に設置する受信コイル１０には、機械保線作業の邪魔にならないよう、数を少なくすることと、小形化することが、要請される。このため、受信回路１１〜１６の二重系に対応して受信コイル１０も一カ所に二台設置することや、受信コイル１０を二重化して大形にすることは、不都合である。
そこで、無共振の受信コイルが一台のままでもその断線を検知することができる開電路形のＡＴＳ信号受信装置を開発することが技術的な課題となる。

本発明のＡＴＳ信号受信装置は（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、軌道内に設置されてＡＴＳ信号を受信する無共振の受信コイルと、周波数弁別回路とリレー駆動回路と信号検知リレーとを有し前記受信コイルの受信状態に応じて列車の有無を示す列車検知信号を出力する受信回路と、前記受信コイルから軌道外へ延びる受信ケーブルに一次巻線が接続されて閉ループをなし二次巻線が前記受信回路の入力側に接続されて信号伝送を行う受信トランスとを備えた開電路形のＡＴＳ信号受信装置において、前記受信トランスの一次巻線を二分割し、そこにコンデンサを付加して前記一次巻線の一方の一次巻線半分と前記コンデンサと前記一次巻線の他方の一次巻線半分とを直列接続し、前記コンデンサの両端に直流電圧を印加するとともに直流電流の有無に応じて断線の有無を示す断線検知信号を出力する断線検知回路を設けたことを特徴とする。

また、本発明のＡＴＳ信号受信装置は（解決手段２）、上記解決手段１のＡＴＳ信号受信装置であって、前記受信コイルに係る共振周波数が前記ＡＴＳ信号の周波数に略一致するよう前記コンデンサの容量が選定されていることを特徴とする。

このような本発明のＡＴＳ信号受信装置にあっては（解決手段１）、正常状態ではコンデンサを介して受信コイルや受信ケーブルさらには受信トランスの一次巻線に直流電流が流れるのに対し、受信コイル等が断線した異常状態では直流電流が流れないので、受信コイルが一台のままであってもその断線を検知することができる。なお、コンデンサの介挿接続によって、受信コイルに係る閉ループが直流的には閉ループでなくなるが、ＡＴＳ信号の周波数帯域を含む交流域では閉ループ状態が維持されるので、開電路形のＡＴＳ信号受信装置としての機能が何ら損なわれることなく維持される。

また、コンデンサが受信コイルに直接接続されるのでなく受信コイルと一体的に実装されるのでもなく受信トランスの一次巻線の分割部に介挿接続されているので、工費の嵩む無共振の受信コイルの改造が避けられるばかりか、ＡＴＳ信号の受信性能に及ぼす信号劣化等の不所望な影響も最小限に抑えられる。
したがって、この発明によれば、無共振の受信コイルが一台のままでもその断線を検知することができる開電路形のＡＴＳ信号受信装置を開発することができる。

また、本発明のＡＴＳ信号受信装置にあっては（解決手段２）、軌道内設置部分では受信コイルが無共振の態様を維持するが軌道外にも及ぶ閉ループでみれば共振回路化されたことを利用して、受信コイルに係る共振周波数がＡＴＳ信号の周波数に略一致させられているため、ＡＴＳ信号は高い確度で受信する一方、ＡＴＳ信号と周波数の異なる雑音は受信の可能性が減少するので、Ｓ／Ｎ比が改善されて、列車検知性能が向上する。

このような本発明のＡＴＳ信号受信装置（列車検知装置，ＡＴＳ地上装置）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１〜２により説明する。
図１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り、図２に示した実施例２は、上述した解決手段２（出願当初の請求項２）を具現化したものである。
なお、それらの図示に際しては、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。

本発明のＡＴＳ信号受信装置の実施例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）が全体の回路ブロック図、（ｂ）が断線検知部の回路図である。

このＡＴＳ信号受信装置が既述した図３（ｃ）のものと相違するのは、受信トランス２２に代えて受信トランス４０が導入された点と、受信トランス４０の一次巻線側にコンデンサ４３が付設された点と、断線検知リレー４４を具備した断線検知回路が追加された点である。
なお、開電路形のＡＴＳ信号受信装置であることや、軌道内の設置部分を見る限り受信コイル１０が無共振の形態・状態であること、軌道内の受信コイル１０と軌道外の受信トランス４０の一次巻線とが受信ケーブル２１にて接続されること、受信トランス４０の二次巻線２４に接続された受信回路１１〜１６，３１〜３６が二重系になっていること、不一致検出回路３７が設けられていることは、引き継がれている。

上記の相違点を詳述すると、受信トランス４０は、受信トランス２２の特性を引き継ぐものであるが、一次巻線が中点で切断されて一次巻線半分４１と一次巻線半分４２とに二分割されている。一次巻線半分４１，４２を仮に直に直列接続したものは受信ケーブル２１との接続状態も含めて既述の一次巻線２３と同じになり、二次巻線には既述の二次巻線２４が受信回路１１〜１６，３１〜３６との接続状態も含めてそのまま採用されている。コンデンサ４３には、長い受信ケーブル２１の静電容量の影響を受けないように、静電容量の大きいものが選定され、例えば０．５μＦのものが採用されている。そして、コンデンサ４３の一端が一次巻線半分４１の分割端に接続されるとともに、コンデンサ４３の他端が一次巻線半分４２の分割端に接続されて、一次巻線半分４１とコンデンサ４３と一次巻線半分４２とがその順で直列に接続された状態のものとなる。

また、コンデンサ４３の一端には直流電圧ＤＣ２４Ｖの給電線対の一方たとえば正側＋が接続され、コンデンサ４３の他端には直流電圧ＤＣ２４Ｖの給電線対の他方たとえば負側−が接続され、直流電圧ＤＣ２４Ｖの給電線のどこか例えば正側＋の途中に断線検知リレー４４が介挿接続される。これにより、コンデンサ４３の両端に直流電圧ＤＣ２４Ｖが印加されるとともに、その直流電流の有無に応じて受信コイル１０と受信ケーブル２１と一次巻線半分４１，４２とにおける何処かの断線の有無を示す断線検知信号Ｇ２が断線検知リレー４４から出力されるので、断線検知リレー４４や直流電圧ＤＣ２４Ｖ等によって断線検知回路が構成される。

この実施例１のＡＴＳ信号受信装置について、その使用態様及び動作を説明する。図１（ｃ）は、受信コイル１０からケーブル２１を経て受信トランス４０に至る回路部分の周波数特性図であり、横軸には周波数を採り縦軸には感度を採ったものである。

受信コイル１０から受信トランス４０の一次側までに断線のない正常状態で、ＡＴＳ信号Ａの周波数を含む交流域の信号については、コンデンサ４３は短絡状態とみなせるので、繰り返しとなる詳細な説明は割愛するが、既述のようにして、受信コイル１０によるＡＴＳ信号Ａの受信状態に応じて列車検知信号Ｒ１，Ｒ２が生成されるとともに、その一致状態に応じて二重系の受信回路の故障検知が適切に行われる。受信コイル１０から受信トランス４０の一次側までに断線があれば、故障検知信号Ｇ１が無意味になることも既述の場合と同じであるが、このＡＴＳ信号受信装置にあっては以下のようにして断線検知も行われる。

すなわち、受信コイル１０から受信トランス４０の一次側までに断線のない正常状態では、直流電圧ＤＣ２４Ｖの正側＋の給電線から一次巻線半分４１と受信ケーブル２１と受信コイル１０と受信ケーブル２１と一次巻線半分４２とを経由して直流電圧ＤＣ２４Ｖの負側−の給電線へ直流電流が流れる。そして、この電流によって直流電圧ＤＣ２４Ｖの正側＋の給電線の途中の断線検知リレー４４が動作状態（扛上，励磁状態）を維持するので、断線検知信号Ｇ２は「断線無し」の値をとる。

これに対し、受信コイル１０と受信ケーブル２１と受信トランス４０の一次巻線半分４１，４２とのうち何処であれ断線が発生した異常時には、直流電流が断たれて、断線検知リレー４４が落下する（非励磁状態になる）ので、断線検知信号Ｇ２は「断線有り」の値をとる。また、直流電圧ＤＣ２４Ｖの給電線の断線故障、直流電圧ＤＣ２４Ｖの電源部分の故障でも、断線検知リレー４４が落下して断線検知信号Ｇ２は「断線有り」になる。こうして、この開電路形のＡＴＳ信号受信装置にあっては、無共振の受信コイル１０が一台のままでもその断線を検知することができる。さらに、故障検知信号Ｇ１と断線検知信号Ｇ２とを併用することで、受信装置全体の故障検知が可能となる。

ところで、受信コイル１０が軌道内設置部分を見れば無共振のものであると言っても、受信コイル１０が軌道外に延びる受信ケーブル２１を介して軌道外の受信トランス４０と接続されているうえ、そこにコンデンサ４３が付加されて、受信コイル１０に係る交流的な閉ループが受信コイル１０の一端から出て受信ケーブル２１の一の信号線と一次巻線半分４１と交流短絡相当のコンデンサ４３と一次巻線半分４２と受信ケーブル２１の他の信号線とを経て受信コイル１０の他端に戻るものとなっているので、コンデンサ４３や受信ケーブル２１の静電容量と、受信コイル１０や受信トランス４０さらには受信ケーブルのインダクタンスとよって、共振特性をもつこととなる。

ＡＴＳ−ＳＮ地上照査装置に応用したＡＴＳ信号受信装置について共振特性を測定してみたところ（図１（ｃ）参照）、ピークＰは１２ｋＨｚ付近にあり、そこの感度は、ＡＴＳ信号Ａの周波数１０５ｋＨｚでの感度に比べて、約１６ｄＢも高くなっている。
なお、１２ｋＨｚ帯はＪＲ（日本旅客鉄道株式会社）で主に使用されているＨ形踏切制御子の発振周波数に近いため、Ｈ形踏切制御子の送受信ケーブルの近くに受信コイル１０を設置すると軽故障出力であるが誤動作するおそれがあるので、この例のＡＴＳ信号受信装置の場合、そのような場所への設置には注意を要する。

本発明のＡＴＳ信号受信装置の実施例２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２は、（ａ）が全体の回路ブロック図、（ｂ）が断線検知部の回路図、（ｃ）が受信コイル１０からケーブル２１を経て受信トランス４０に至る回路部分の周波数特性図である。

このＡＴＳ信号受信装置が上述した実施例１のものと相違するのは、コンデンサ４３が静電容量の異なるコンデンサ５３になっている点である。
コンデンサ５３の容量は、受信コイル１０に係る共振周波数すなわちピークＰの周波数がＡＴＳ信号Ａの周波数１０５ｋＨｚの周波数に略一致するように選定されて、２０ｎＦになっている。また、ピークＰの周波数は約９７ｋＨｚになっている。なお、ピークＰの周波数が９５ｋＨｚ〜１１５ｋＨｚの範囲に入っていれば、それはＡＴＳ信号Ａの周波数１０５ｋＨｚの周波数に略一致していると言える。ＡＴＳ信号Ａの周波数ｆ０が他の周波数の場合、周波数ｆ０の±１０％以内が目安となる。

この場合、装置の使用態様や基本的な動作は上述の実施例１のときと同様であるが、０．５μＦのコンデンサ４３を２０ｎＦのコンデンサ５３に替えたことで、受信コイル１０に係る周波数特性に関して（図２（ｃ）参照）、受信感度最大の周波数であるピークＰの周波数が約９７ｋＨｚになったことに加えて、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚまで概ね平坦になるとともにそこの感度が１４ｄＢ〜２０ｄＢ向上している。しかも、１２ｋＨｚ帯では感度が約６ｄＢ下がっているので、Ｈ形踏切制御子の送受信ケーブルの近くでも気軽に受信コイル１０を設置することができる。なお、このような周波数特性は受信ケーブル２１の長さが６０ｍ以下であれば維持されることも測定によって確認されている。

本発明の実施例１について、ＡＴＳ信号受信装置の構成を示し、（ａ）が全体の回路ブロック図、（ｂ）が断線検知部の回路図、（ｃ）が周波数特性図である。 本発明の実施例２について、ＡＴＳ信号受信装置の構成を示し、（ａ）が全体の回路ブロック図、（ｂ）が断線検知部の回路図、（ｃ）が周波数特性図である。 開電路形の従来装置を示し、（ａ）が全体の回路ブロック図、（ｂ）が受信検知状態およびリレー励磁状態の時間変化であり、（ｃ）が故障検知機能を付加した場合のブロック図である。

符号の説明

１０…受信コイル、１１…アッテネータ、１２…バンドパスフィルタ、
１３…整流部、１４…レベル検知部、１５…復旧時間延長回路、
１６…列車検知リレー、２１…受信ケーブル、２２…受信トランス、
２３…一次巻線、２４…二次巻線、３１…アッテネータ、
３２…バンドパスフィルタ、３３…整流部、３４…レベル検知部、
３５…復旧時間延長回路、３６…列車検知リレー、３７…不一致検出回路、
４０…受信トランス、４１，４２…一次巻線半分、
４３…コンデンサ、４４…断線検知リレー、５３…コンデンサ

Claims (2)

1. 軌道内に設置されてＡＴＳ信号を受信する無共振の受信コイルと、周波数弁別回路とリレー駆動回路と信号検知リレーとを有し前記受信コイルの受信状態に応じて列車の有無を示す列車検知信号を出力する受信回路と、前記受信コイルから軌道外へ延びる受信ケーブルに一次巻線が接続されて閉ループをなし二次巻線が前記受信回路の入力側に接続されて信号伝送を行う受信トランスとを備えた開電路形のＡＴＳ信号受信装置において、前記受信トランスの一次巻線を二分割し、そこにコンデンサを付加して前記一次巻線の一方の一次巻線半分と前記コンデンサと前記一次巻線の他方の一次巻線半分とを直列接続し、前記コンデンサの両端に直流電圧を印加するとともに直流電流の有無に応じて断線の有無を示す断線検知信号を出力する断線検知回路を設けたことを特徴とするＡＴＳ信号受信装置。
2. 前記受信コイルに係る共振周波数が前記ＡＴＳ信号の周波数に略一致するよう前記コンデンサの容量が選定されていることを特徴とする請求項１記載のＡＴＳ信号受信装置。

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