JP5262525B2

JP5262525B2 - 列車制御用送受信装置

Info

Publication number: JP5262525B2
Application number: JP2008252145A
Authority: JP
Inventors: 剛志郎坂門; 直也冨岡; 剛竹原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010083224A

Description

本発明は、列車制御用保安装置に係り、電磁誘導を用いて軌道回路（ループコイル等）と車上装置との間で保安信号を送受信する送受信装置に関するものである。

従来の技術について図４および図５を用いて説明する。図４は送信用アンテナコイルと受信用アンテナコイルを別々に使用した例の構成図である。図５は送信用アンテナコイルと受信用アンテナコイルを一つのアンテナコイルで構成した例である。

電磁誘導を用いた送受信を行う場合、送信時はアンテナコイル１ｂへ、より多くの電流を流し大きな磁界を発生させるため、アンテナコイル１ｂとコンデンサＣ３を直列に接続した直列共振回路が使用される。また、受信時はアンテナコイル１ｃへの少ない磁界でも大きな受信信号が得られるようアンテナコイル１ｃとコンデンサＣ４を並列に接続した並列共振回路が使用される。しかし、図５に示すように一つのアンテナコイルにて送受信を行うため、送信用巻き線および受信用巻き線を用意したアンテナコイル１ｄへ直列共振用コンデンサＣ３と並列共振用コンデンサＣ４を接続すると、アンテナコイルの相互誘導作用により、お互いの共振回路が干渉し合い、別な特性の共振回路へ変化し送信信号および受信信号がお互いの回路へ廻りこみ、信号のＳ／Ｎが劣化してしまう等の問題が発生するため、アンテナコイルは送信用，受信用別々に使用するなどの方法をとる必要がある。

特開２００５−３２３４４５号公報

従来の構成のように送信用に直列共振回路を、受信用に並列共振回路を使用し、一つのアンテナにて送受信を行うため直列共振回路と並列共振回路を接続すると、アンテナコイルの相互誘導作用により、お互いの共振回路が干渉し合い、別な特性の共振回路へ変化し送信信号および受信信号がお互いの回路へ廻りこみ、信号のＳ／Ｎが劣化するという問題があった。また、列車制御用保安装置等に使用する場合、高い信頼性が求められるが、アンテナコイルを送信用，受信用別々に使用すると、送信用回路と受信用回路が別々の回路となるため、受信用の共振回路は受信信号が入力されるまで故障検知ができない問題があった。

本発明の目的は、送受信用アンテナコイルに共振回路を付加し、送信時は直列共振アンテナ、受信時は並列共振アンテナとして動作させ、送信信号の周波数帯と、受信信号の周波数帯に極値をもつ送受信特性を得ることにより、一つのアンテナコイルにて送受信しても信号がＳ／Ｎ劣化することなく、帯域が異なる周波数帯の信号を高感度で送受信できる送受信装置を提供することにある。また、送信信号により受信用共振回路を含め共振回路の劣化診断、異常診断ができることを特徴とする送受信装置を提供することにある。

上記の目的は、送受信用のアンテナコイルに受信用共振回路を送信用共振回路の一部となるよう構成した送受信用共振回路を付加し、送信時は直列共振アンテナ、受信時は並列共振アンテナとして動作させ、送信信号の周波数帯と、受信信号の周波数帯に極値をもつ送受信特性を得て、帯域が異なる特定の周波数帯の信号を高感度で送受信する送受信特性を得ることにより達成される。

すなわち、上記目的を達成する本発明の第１の手段は、信号を送受信するアンテナコイルと、アンテナコイルに入力指令値に応じた送信信号を出力する送信器と、アンテナコイルで受信した受信信号が入力される受信器と、を有する送受信装置において、インダクタンスと、コンデンサと、前記送信器と並列に接続され、受信信号周波数で直列共振して受信信号周波数でのインピーダンスが前記送信器の出力インピーダンスよりも低くなる共振子と、を備えた送受信用共振回路を有し、送受信用共振回路は、送信時はインダクタンスとアンテナコイルとコンデンサが直列に接続される直列共振回路を構成し、受信時は共振子及びアンテナコイルと、コンデンサが並列に接続される並列共振回路を構成することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の第２の手段は、上記第１の送受信装置において、送信器は、送信信号の出力電圧を検知して電圧フィードバック情報として出力する電圧検知部と、出力電流を検知して電流フィードバック情報として出力する電流検知部と、を有することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の第３の手段は、上記第１または上記第２のいずれかの送受信装置において、送信器は、入力される指令値と電圧フィードバック情報と電流フィードバック情報をもとに制御出力信号を生成する制御部と、制御出力信号を入力としてアンテナコイルに送信信号を出力する電力増幅部と、送信用整合トランスと、を備え、受信フィルタと、受信用整合トランスと、を有することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の第４の手段は、上記第１ないし上記第３のいずれかの送受信装置において、共振子は、インダクタンスとコンデンサとが直列接続で構成され、インダクタンスは、送信器と共振子の間に配置されることを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の第５の手段は、上記第１ないし上記第３のいずれかの送受信装置において、送受信用共振回路は、送信信号の周波数帯と、受信信号の周波数帯に極値をもつ送受信特性を有することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の第６の手段は、上記第２の送受信装置において、電圧検知部で検知された電圧値と電流検知部で検知された電流値を基に送受信用共振回路のインピーダンスを常時監視し、送信信号により受信時に構成される並列共振回路、及び前記送受信用共振回路の劣化診断，異常診断ができることを特徴とする。

本発明によれば、帯域が異なる周波数帯の信号を高感度で送受信できる送受信装置を提供することにある。また、送信信号により受信用共振回路を含め共振回路の劣化診断，異常診断が可能となる。

最良の形態は、下記実施例に示す。

以下、本発明の実施例を図１を用いて説明する。

図１は、本発明の第１実施例の送受信装置１３の構成を説明するブロック図である。

本発明の送受信装置１３は、送信信号ｆ１の出力電圧を検知して電圧フィードバック情報として出力する電圧検知部６と、出力電流を検知して電流フィードバック情報として出力する電流検知部７と、入力される指令値１１と電圧フィードバック情報と電流フィードバック情報をもとに制御出力信号を生成する制御部９と、制御出力信号１２を入力としてアンテナに送信信号を出力する電力増幅部１０と、送信用整合トランスＴｒ１と、からなる送信器２と、送受信用アンテナコイル１ａと、送受信用共振回路４と、受信用整合トランスＴｒ２と、受信フィルタＢＰＦ１と、受信器３を有している。送受信用共振回路４は、例えば、第１のインダクタンスＬ１と、共振子５と、第１のコンデンサＣ１から構成しており、共振子５は、第２のインダクタンスＬ２，第２のコンデンサＣ２を有した受信信号周波数ｆ２で直列共振させる共振子である。また、直列共振の場合、共振周波数ではインピーダンスが最小となることが、並列共振の場合、共振周波数ではインピーダンスが最大となることが一般的に知られている。

信号受信時の回路構成について説明する。

例えば、送信器２の出力インピーダンスは３００Ω、受信フィルタＢＰＦ１と受信器３を含めた受信用整合トランスＴｒ２の入力インピーダンスは受信周波数ｆ２が５４００Ωに、送信周波数ｆ１が２４ＫΩに設定されている。また、送信信号周波数ｆ１と受信信号周波数ｆ２は、送信信号周波数ｆ１＜受信信号周波数ｆ２となるよう設定されている。

送受信用アンテナコイル１ａは、送受信用共振回路４と接続されており、送受信用アンテナコイル１ａと共振子５と、第１のコンデンサＣ１により受信信号周波数ｆ２で並列共振回路を構成している。

共振回路５は受信信号周波数ｆ２で直列共振させる共振子であるため、受信信号周波数ｆ２での共振回路５のインピーダンスは、送信器２の出力インピーダンスよりも低くなる。したがって、受信した信号ｆ２の送信器２側への回り込みを抑えることができるため、極大値をもつ高感度な受信特性を得ることができる。

信号送信時の回路構成について説明する。

送信器２から出力された送信信号ｆ１は送受信用共振回路４へ入力される。送受信用共振回路４は送受信用アンテナコイル１ａと接続されており、第１のインダクタンスＬ１と、送受信用アンテナコイル１ａと、第１のコンデンサＣ１により送信信号周波数ｆ１で直列共振回路を構成している。

受信用整合トランスＴｒ２の入力インピーダンスを、第１のコンデンサＣ１の送信信号周波数ｆ１でのインピーダンスよりも高く選定することにより、送信信号ｆ１の受信用整合トランスＴｒ２側への廻り込みを抑えることができるため、送受信用アンテナコイル１ａへの送信電流に極大値を持つ、高感度な送信特性を得ることができる。

したがって、この送受信装置９は帯域が異なる特定の周波数帯の信号を高感度で送受信できる。

なお、送信信号周波数ｆ１＜受信信号周波数ｆ２の場合を説明したが、送信信号周波数ｆ１＞受信信号周波数ｆ２の場合は、インダクタンスＬ１をコンデンサへ変更すれば同様の効果が得られる。

また、送受信用共振回路４のインダクタンス成分として、アンテナへの伝送路のインダクタンス成分を使用しても同様の効果が得られる。

また、送受信用共振回路４のインダクタンス成分として、整合トランスＴｒ１のリーケージインダクタンス成分を使用しても同様の効果が得られる。

また、送受信用アンテナコイル複数本数を直列接続し一つのアンテナコイルに構成した場合も同様の効果が得られる。

図２に、本発明を適用した他の実施形態を示す。

送受信用アンテナコイル１ａと、送受信用共振回路４と、送信器２と、受信用整合トランスＴｒ２と、受信フィルタＢＰＦ１と、受信器３を有する送受信装置１３にて、送受信用アンテナコイル１ａと送受信用共振回路４間に抵抗Ｒ１を接続し、この抵抗Ｒ１の値を可変することにより送受信用共振回路４のＱを可変することができる。

なお、送受信用アンテナコイル１ａと送受信用共振回路４間に抵抗Ｒ１を接続する場合を説明したが、共振子５とコンデンサＣ１間に抵抗を接続しても同様の効果が得られる。

図３は図１の構成において、送信信号により送受信用共振器４の故障検知を実現するため、制御部９が実行する故障検知フローチャートの例を示したものである。

例えば送受信用共振器４のインピーダンスは３００Ω、基準値ａは基準値ａ＞３００Ω、基準値ｂは基準値ｂ＜３００Ωに設定されている。

まず、送信信号ｆ１の出力電圧を検知して電圧検知部６より出力される電圧フィードバック値２０を取得する。次に出力電流を検知して電流検知部７より出力される電流フィードバック値３０を取得する。

手順１０４において、電圧フィードバック値２０を監視し、電圧フィードバック値２０が基準値ａと電流フィードバック値３０との乗算値を超過しているかどうか判断される。電圧フィードバック値２０が基準値ａと電流フィードバック値３０との乗算値を超過している場合は、インピーダンス増加故障として異常処理１０９が実行される。電圧フィードバック値２０が基準値ａと電流フィードバック値３０との乗算値を超過していない場合は、手順１０５に進む。

手順１０５において、電圧フィードバック値２０を監視し、電圧フィードバック値２０が基準値ｂと電流フィードバック値３０との乗算値にたいして不足していないかどうか判断される。電圧フィードバック値２０が基準値ｂと電流フィードバック値３０との乗算値にたいして不足している場合は、インピーダンス低下故障として異常処理１１１が実行される。電圧フィードバック値２０が基準値ｂと電流フィードバック値３０との乗算値にたいして不足していない場合は、送受信用共振器４は正常として処理される。

本実施の形態によれば、電圧検知部６で検知された電圧フィードバック値２０と電流検知部７で検知された電流フィードバック値３０を基に送受信用共振器４のインピーダンスを常時監視し、送信信号ｆ１による受信用共振回路を含めた共振回路の劣化診断，異常診断を行うことができる。

なお、基準値と電流フィードバック値との乗算値を使用する場合を説明したが、電圧フィードバック値から電流フィードバック値を規定回数減算し基準値と比較しても同様の効果が得られる。

実施例中で述べたように、送受信用のアンテナコイルに受信用共振回路を送信用共振回路の一部となるよう構成した送受信用共振回路を付加し、送信時は直列共振アンテナ、受信時は並列共振アンテナとして動作させ、送信信号の周波数帯と、受信信号の周波数帯に極値をもつ送受信特性を得て、帯域が異なる特定の周波数帯の信号を高感度で送受信できる送受信装置を提供することが可能となる。また、電圧検知部で検知された電圧フィードバック情報と電流検知部で検知された電流フィードバック情報を基に送受信用共振器のインピーダンスを常時監視し、送信信号による受信用共振回路を含めた共振回路の劣化診断，異常診断を行うことが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を説明するための構成図である。本発明にかかる他の実施例を説明するための図である。図１に示す実施の形態の処理フローチャートである。本発明の背景技術を説明するための構成図である。本発明の背景技術を説明するための構成図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄアンテナコイル
２送信器
３受信器
４送受信用共振器
５受信用共振子
６電圧検知部
７電流検知部
８出力電流を検知するセンサ
９，１２制御部
１０電力増幅部
１１指令値
１３送受信装置
２０電圧フィードバック値
３０電流フィードバック値
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２インダクタンス
ｆ１送信信号周波数
ｆ２受信信号周波数
Ｔｒ１送信用整合トランス
Ｔｒ２受信用整合トランス
ＢＰＦ１受信フィルタ
Ｒ１抵抗
１０２電流フィードバック取り込み
１０３電圧フィードバック取り込み
１０４，１０５インピーダンス監視
１０６共振回路正常
１０８インピーダンス増加故障
１０９インピーダンス増加異常処理
１１０インピーダンス低下故障
１１１インピーダンス低下異常処理

Claims

信号を送受信するアンテナコイルと、
前記アンテナコイルに入力指令値に応じた送信信号を出力する送信器と、
前記アンテナコイルで受信した受信信号が入力される受信器と、
を有する送受信装置において、
インダクタンスと、
コンデンサと、
前記送信器と並列に接続され、受信信号周波数で直列共振して受信信号周波数でのインピーダンスが前記送信器の出力インピーダンスよりも低くなる共振子と、
を備えた送受信用共振回路を有し、
前記送受信用共振回路は、
送信時は前記インダクタンスと前記アンテナコイルと前記コンデンサが直列に接続される直列共振回路を構成し、
受信時は前記共振子及び前記アンテナコイルと、前記コンデンサが並列に接続される並列共振回路を構成すること
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項１に記載の送受信装置において、
前記送信器は、
前記送信信号の出力電圧を検知して電圧フィードバック情報として出力する電圧検知部と、
出力電流を検知して電流フィードバック情報として出力する電流検知部と、
を有すること
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の送受信装置において、
前記送信器は、
入力される指令値と電圧フィードバック情報と電流フィードバック情報をもとに制御出力信号を生成する制御部と、
制御出力信号を入力として前記アンテナコイルに前記送信信号を出力する電力増幅部と、
送信用整合トランスと、を備え、
受信フィルタと、
受信用整合トランスと、
を有することを特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の列車制御用送受信装置において、
前記共振子は、インダクタンスとコンデンサとが直列接続で構成され、
前記インダクタンスは、前記送信器と前記共振子の間に配置されること
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の列車制御用送受信装置において、
前記送受信用共振回路は、前記送信信号の周波数帯と、受信信号の周波数帯に極値をもつ送受信特性を有すること
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の列車制御用送受信装置において、
前記アンテナコイルに付加する前記送受信用共振回路のインダクタンス成分として、前記アンテナコイルへの伝送路のインダクタンス成分を使用すること
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項３に記載の列車制御用送受信装置において、
前記アンテナコイルに付加する前記送受信用共振回路のインダクタンス成分として、前記送信用整合トランスのリーケージインダクタンス成分を使用すること
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の列車制御用送受信装置において、
信号を送受信するアンテナコイル複数本数を直列接続し一つのアンテナコイルに構成したこと
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の列車制御用送受信装置において、
送信時に構成される前記直列共振回路に抵抗を直列に接続し、前記抵抗の値を変えることにより、前記送受信用共振回路のＱを可変としたこと
を特徴とする列車制御用送受信装置。
請求項２に記載の列車制御用送受信装置において、
前記電圧検知部で検知された電圧値と前記電流検知部で検知された電流値を基に前記送受信用共振回路のインピーダンスを常時監視し、
前記送信信号により受信時に構成される前記並列共振回路、及び前記送受信用共振回路の劣化診断，異常診断ができること
を特徴とする列車制御用送受信装置。