JP4837959B2 - 高周波ノイズの影響を打ち消すａｔｃ信号の車上制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車上部に搭載される鉄道保安装置その他の車上制御装置に係わり、特に、電車電流の接地回路を流れる高調波電流による高周波ノイズの影響を打ち消すことのできるＡＴＣ（automatic train control：自動列車制御）信号の受信動作方式に関する。

鉄道車両の車上制御装置において、高調波電流の磁束により電磁波が発生し、空間を伝播することによりＡＴＣ受電器が高周波ノイズを拾う現象が見られる。
鉄道車両の誘導電動機の主変換装置の主変圧器に流れる高調波電流から出る高周波ノイズが主なる原因として考えられており、その対策として、誘導電動機の主変換装置の主変圧器部分をシールド化する、例えば、鉄板を用いて電磁波ノイズを遮蔽するなどの方法が行われている。
また、特許文献１に記載されているように、ＡＴＣ信号の情報を送出する際に、スペクトラム拡散通信方式のような耐ノイズ性の高いディジタル信号方式を採用して、高周波ノイズの影響を防止することが行われている。
特開平５−２６２２３５号公報

鉄道車両の車上制御装置において、電車電流の接地回路とＡＴＣ受電器は構造上、近接した配置となっており、接地回路を流れる高調波電流の磁束により電磁波が発生し、空間を伝播することにより、ＡＴＣ受電器に対して高周波ノイズが発生し、その高周波ノイズが、ＡＴＣ信号に影響を及ぼしている可能性がある。
したがって、ＡＴＣ信号に影響を及ぼしている高周波ノイズの影響を防止するためには、上記に示す高周波ノイズの発生経路として電車電流の接地回路を検討することが必要である。
しかしながら、上記の各従来技術に於いては、電車電流の接地回路を流れる高調波電流の磁束によるＡＴＣ受電器に対する高周波ノイズを除去することについては何も考慮されていない。
図７及び図８に、従来例である台車付近における接地線の配線の流れを上部から見た図及び接地線の配線を側面から見た図を示す。
従来例においては、図７及び図８に示すように、接地線６０が車軸７２の片側に落ちるような構造となっている。
この場合には、電車電流５０が、接地線６０、端子台１１０、車軸７２、及び各車輪７１を介して各軌道回路１０に流れ込む。端子台１１０は車輪７１の一方の側に設置されているので、各軌道回路１０に流れ込む帰線電流値が同じ電流値ではなくなる。これらの異なった値の帰線電流が、２つのＡＴＣ受電器で異なった大きさの磁界として検出されることとなる。

本発明の目的は、接地回路を流れる帰線電流による高周波ノイズがＡＴＣ信号に影響を及ぼすことを防止するために、接地回路を流れる高調波電流による高周波ノイズの対策を、接地線の接地処理を工夫することにより行うことである。

上記目的は、鉄道車両の車上部に搭載され、ＡＴＣ受信部と電車電流の接地線とを備えた車上制御装置において、前記ＡＴＣ受信部は、左右のレール双方からＡＴＣ信号を受信可能となるように直列接続されて車上の各軌道回路の真上の位置に配置される複数のＡＴＣ受電器からＡＴＣ信号を受信しており、前記電車電流の接地線は、前記車上部の中央部から車軸の両端に落とすように配置することにより、前記複数のＡＴＣ受電器と前記接地線との距離を等しくして、高調波電流を含む前記電車電流により発生する磁界による前記複数のＡＴＣ受電器への影響を打ち消すことにより達成される。
また、鉄道車両の車上部に搭載され、ＡＴＣ受信部と電車電流の接地線とを備えた車上制御装置において、前記ＡＴＣ受信部は、左右のレール双方からＡＴＣ信号を受信可能となるように直列接続されて車上の各軌道回路の真上の位置に配置される複数のＡＴＣ受電器からＡＴＣ信号を受信しており、前記電車電流の接地線は、前記車上部の中央部から車軸の中央に落とすように配置することにより、前記複数のＡＴＣ受電器と前記接地線との距離を等しくして、高調波電流を含む前記電車電流により発生する磁界による前記複数のＡＴＣ受電器への影響を打ち消すことにより達成される。
また、鉄道車両の車上部に搭載され、ＡＴＣ受信部と電車電流の接地線とを備えた車上制御装置において、前記ＡＴＣ受信部は、左右のレール双方からＡＴＣ信号を受信可能となるように直列接続されて車上の各軌道回路の真上の位置に配置される複数のＡＴＣ受電器からＡＴＣ信号を受信しており、前記電車電流の接地線は、前記車上部の中央部から前記ＡＴＣ受電器とは反対側に取付けられている台車の車軸両端、もしくは中央に落とすように配置することにより、前記複数のＡＴＣ受電器と前記接地線との距離を等しくして、高調波電流を含む前記電車電流により発生する磁界による前記複数のＡＴＣ受電器への影響を打ち消すことにより達成される。

主変換装置を代表とする様々な車上制御装置とＡＴＣ受電器が共存した車両において、本発明を用いることにより、各車上装置から出される高周波ノイズを含む電車電流が、ＡＴＣ受電器に与える磁界の影響をなくすことが可能であり、ＡＴＣ受電器において正常なＡＴＣ信号を受信することが可能である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
図４は、本発明の前提となる先頭車両における主要な制御機器の構成を示す図である。
電車は駆動用等の電力として、架線１０１に接触しているパンタグラフ１００により、集電を行う。パンタグラフ１０１により集電された電車電流５０は、接地線６０を通って、主変換装置８０に接続され、主変換装置８０から、接地線６０を通って、車輪７１に接地され、最終的に軌道回路１０へと電流は流れる。

図６に示されるように、パンタグラフ１００により集電された電車電流５０は、主変換装置８０の主変圧器８１の一次側を通って、車軸７２、車輪７１から軌道回路１０へと電流は流れ、主変圧器８１の二次側に発生する電流は、主変換装置８０により三相電流に変換されて、誘導電動機１２０を駆動する。

一方、車体の先頭部分において、軌道回路１０の真上に搭載された２個のＡＴＣ受電器３１、３２は、ＡＴＣ地上装置４１より軌道回路１０に出力されたＡＴＣ信号電流２０により発生する磁界を受けることにより、ＡＴＣ信号電流２０の周波数に応じた電圧を生じる。その電圧を、ＡＴＣ受信部４０が受信した後、信号の処理を行う仕組みとなっている。

図５に、本発明の鉄道車両の先頭車両における各機器の配置構成の詳細を示す。
図５において、ＡＴＣ受信部４０は、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２を２個直列に接続して使用している。

次に、各受電器におけるＡＴＣ信号２０と電車電流５０との関係について説明する。「ｉＡＴＣ［Ａ］」＝ＡＴＣ信号電流値２０とすると、受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２において誘起される電圧「Ｖａ［Ｖ］」「Ｖｂ［Ｖ］」は、
Ｖａ＝（「ｉＡＴＣ」＋「ｉａ」）×α［Ｖ］
Ｖｂ＝（「ｉＡＴＣ」−「ｉｂ」）×α［Ｖ］
と書くことができる。但し、αはＡＴＣ受電器固有の比例定数である。ＡＴＣ受信部４０における信号の受信レベルＶｃ［Ｖ］は、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２を直列に接続しているため、Ｖｃ＝（「ｉＡＴＣ」×２＋「ｉａ」−「ｉｂ」）［Ｖ］となる。

ここで、電車電流ｉｃ［Ａ］８３がＡＴＣ受電器３１，３２に及ぼす高周波ノイズの影響について考える。接地線６０において、誘導電動機１２０上から接地ブラシへの端子台１１０の間は、接地線６０がほぼ垂直的に落ちるようなぎ装配線がなされている。接地線６０の垂直的に落ちているぎ装配線６１を流れる電車電流ｉｃ［Ａ］５０は、ＡＴＣ受電器のコイルに対して磁界を発生させる。この磁界の影響により、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２に発生する電圧を、Ｖｓａ［Ｖ］、Ｖｓｂ［Ｖ］とすると、
Ｖａ＝（「ｉＡＴＣ」＋「ｉａ」）×α＋Ｖｓａ
Ｖｂ＝（「ｉＡＴＣ」−「ｉｂ」）×α−Ｖｓｂ
Ｖｃ＝（「ｉＡＴＣ」×２＋「ｉａ」−「ｉｂ」）×α＋Ｖｓａ−Ｖｓｂ
となる。

前述したように、従来例では、図７、８のように、接地線６０が車軸７２の片側に落ちるような構造となっている。接地線６０の垂直的に落ちているぎ装配線６１を流れる電車電流ｉｃ［Ａ］５０が、ＡＴＣ受電器のコイルに対して発生させる磁界の大きさはお互いに不平衡となる。

また、従来例では、図７、８のように、接地線６０が車軸７２の片側に落ちるような構造となっている。そのため、電車電流ｉｃ［Ａ］５０が軌道回路１０に流れ込む帰線電流ｉａ［Ａ］１１、ｉｂ［Ａ］１２の値が、同じ電流値ではなくなる。従って、帰線電流値の不平衡性により、２つのＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２が帰線電流ｉａ［Ａ］１１、ｉｂ［Ａ］１２から受ける磁界の大きさが異なる。

図１は、接地線の端子台を両端に設ける本発明の実施例１の構成を示す図である。
電車電流ｉｃ［Ａ］５０により発生する磁界の影響をＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２において等しくする方法が考えられる。その一つとして図１のように、接地線を接地する接地ブラシが収納された端子台を車軸の両端に設ける方法がある。接地線６０を車軸７２の両端に落とすことにより、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２と接地線６０との距離が等しくなる。その結果、電車電流ｉｃ［Ａ］５０により発生する磁界がＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２に及ぼす影響は等しくなり、発生する電圧は両受電器で反対方向であるため、互いに影響を打ち消すことになる。
また、本対策を講じることにより、帰線電流ｉａ［Ａ］１１、ｉｂ［Ａ］１２の不平衡性を解消することが可能である。すなわち、「ｉａ」＝「ｉｂ」より、Ｖｃ＝「ｉＡＴＣ」×２となり、帰線電流ｉａ［Ａ］１１、ｉｂ［Ａ］１２の不平衡性から生じる高周波ノイズの影響をも打ち消すことが可能となる。

図２に、接地線の端子台を中央に設ける本発明の実施例２の構成を示す。
電車電流ｉｃ［Ａ］５０により発生する磁界の影響を、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２において等しくする方法として、図２のように接地線６０を接地する接地ブラシが収納された端子台１１０を車軸７２の中央に設ける。接地線６０を車軸７２の中央に落とすことにより、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２と接地線６０との距離が等しくなる。その結果、電車電流ｉｃ［Ａ］５０により発生する磁界が、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２に及ぼす影響が等しくなり、両者その影響を打ち消すことになる。

また、本対策を講じることにより、帰線電流ｉａ［Ａ］１１、ｉｂ［Ａ］１２の不平衡を解消することが可能となる。すなわち、「ｉａ」＝「ｉｂ」より、Ｖｃ＝「ｉＡＴＣ」×２となり、磁界の影響はお互い打ち消される。

図３に、接地線を後部の台車の車軸に配線する本発明の実施例３の構成を示す。
電車電流ｉｃ［Ａ］５０により発生する磁界の影響を、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２において等しくする方法として、図３のように、接地線６０を接地する接地ブラシが収納された端子台１１０を、ＡＴＣ受電器Ｊａ３１、Ｊｂ３２とは離れた方の車輪９１に落とす方法が考えられる。なお、図３には、前輪７１、後輪９１が、一対の車輪から構成されるように記載されているが、前輪７１、後輪９１は、図５に記載されたように、前方の台車の二対の前輪７１、後方の台車の二対の後輪９１のように、ＡＴＣ受電器から遠く離れた二対の後輪９１に端子台１１０を落とすように構成することができる。

本手法の場合においても、帰線電流ｉａ［Ａ］１１、ｉｂ［Ａ］１２に乗ずる高周波成分による不平衡性を解消するため、接地線６０を接地する接地ブラシが収納された端子台１１０は、車軸７２の両端、もしくは車軸７２の中央に設けることが望ましい。

接地線の端子台を両端に設ける本発明の実施例１の構成を示す図。 接地線の端子台を中央に設ける本発明の実施例２の構成を示す図。 接地線を後部の台車の車軸に配線する本発明の実施例３の構成を示す図。 先頭車両における主要な制御機器の構成を示す図。 先頭車両における各機器の配置構成を示す図。 主回路のツナギを示す図。 従来例の台車付近における接地線の配線の流れを上部から見た図。 従来例の台車付近における接地線の配線を側面から見た図。

符号の説明

１０ 軌道回路
１１ 帰線電流ｉａ［Ａ］
１２ 帰線電流ｉｂ［Ａ］
２０ ＡＴＣ信号電流ｉＡＴＣ［Ａ］
３１ ＡＴＣ受電器Ｊａ
３２ ＡＴＣ受電器Ｊｂ
４０ ＡＴＣ受信部
４１ ＡＴＣ地上装置
５０ 電車電流ｉｃ［Ａ］
６０ 接地線
７１ 前輪
７２ 車軸
８０ 主変換装置
８１ 主変圧器
９１ 後輪
１００ パンタグラフ
１０１ 架線
１１０ 端子台
１２０ 誘導電動機

Claims (3)

1. 鉄道車両の車上部に搭載され、ＡＴＣ受信部と電車電流の接地線とを備えた車上制御装置において、
   前記ＡＴＣ受信部は、左右のレール双方からＡＴＣ信号を受信可能となるように直列接続されて車上の各軌道回路の真上の位置に配置される複数のＡＴＣ受電器からＡＴＣ信号を受信しており、
   前記電車電流の接地線は、前記車上部の中央部から車軸の両端に落とすように配置することにより、前記複数のＡＴＣ受電器と前記接地線との距離を等しくして、
   高調波電流を含む前記電車電流により発生する磁界による前記複数のＡＴＣ受電器への影響を打ち消すことを特徴とするＡＴＣ信号の車上制御装置。
2. 鉄道車両の車上部に搭載され、ＡＴＣ受信部と電車電流の接地線とを備えた車上制御装置において、
   前記ＡＴＣ受信部は、左右のレール双方からＡＴＣ信号を受信可能となるように直列接続されて車上の各軌道回路の真上の位置に配置される複数のＡＴＣ受電器からＡＴＣ信号を受信しており、
   前記電車電流の接地線は、前記車上部の中央部から車軸の中央に落とすように配置することにより、前記複数のＡＴＣ受電器と前記接地線との距離を等しくして、
   高調波電流を含む前記電車電流により発生する磁界による前記複数のＡＴＣ受電器への影響を打ち消すことを特徴とするＡＴＣ信号の車上制御装置。
3. 鉄道車両の車上部に搭載され、ＡＴＣ受信部と電車電流の接地線とを備えた車上制御装置において、
   前記ＡＴＣ受信部は、左右のレール双方からＡＴＣ信号を受信可能となるように直列接続されて車上の各軌道回路の真上の位置に配置される複数のＡＴＣ受電器からＡＴＣ信号を受信しており、
   前記電車電流の接地線は、前記車上部の中央部から前記ＡＴＣ受電器とは反対側に取付けられている台車の車軸両端、もしくは中央に落とすように配置することにより、前記複数のＡＴＣ受電器と前記接地線との距離を等しくして、
   高調波電流を含む前記電車電流により発生する磁界による前記複数のＡＴＣ受電器への影響を打ち消すことを特徴とするＡＴＣ信号の車上制御装置。

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