JP5384868B2 - 車両制御用地上子及び車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、無電源型の車両制御用地上子及びそれを用いた車両制御装置に関する。

地上／車上間電文送信手段として、無電源型の車両制御用地上子が知られている。無電源型の地上子は、それ自体は、電源を持たず、車両が接近したとき、車上子から送信された電力波を受信し、受信した電力波を電源入力として動作する。このような無電源型車両制御用地上子は、例えば、特許文献１及び特許文献２などで知られており、通常、鉄道の線路あるいは軌道を支持する道床の上に設置される。

鉄道の線路あるいは軌道に使われる道床としては、バラスト軌道と、スラブ軌道の２つが知られている。バラスト軌道では路盤上にバラスト（砕石）による道床を設け枕木・レールを敷設する。

一方、スラブ軌道は、コンクリート路盤上に軌道スラブと呼ばれる鉄筋コンクリート製の板を設置し、その上にレールを敷く構造となっている。鉄筋コンクリートによる軌道構造であることから、軌道狂いが発生しにくい省力化軌道の一つであり、新幹線、高架線路などに多く採用されている。

また、バラスト軌道は列車の重量・振動などによる軌道の狂いが生じやすいため定期的な保守管理を必要とするが、スラブ軌道はスラブを用いるため軌道の狂いが起こりにくく、保守管理の手間が低減される。また重量も軽いため、高架橋に用いた場合の高架橋への負荷も軽減できる。また、降雪期の鉄道車両下部には氷柱や氷塊が生じやすいが、バラスト軌道の場合にはこれらが車両から軌道に落ちてバラストが飛散し、車両本体や窓ガラスなどを損傷することがあるのに対し、スラブ軌道ではこの問題は発生しない。

ところが、上述したスラブ軌道に、無電源型車両制御用地上子を設置した場合、車上子から送信された電力波が、スラブ軌道側にも作用し、スラブ軌道に含まれる鉄筋などの金属構造物に渦電流が発生し、地上子の受信特性を悪化させることがある。このような問題点を解決するため、従来は、地上子の設置位置を変えたり、或いは、地上子の下側にアダプタを付設して、地上子と金属構造物との間の距離を拡大するなどの手段をとっていた。
しかし、本来設置したい場所に地上子を設置できないことは、設置場所設定基準の不統一性を招くし、列車制御からも好ましいことではない。また、特殊なアダプタを設置現場毎に製作して地上子に取り付ける必要があるなど、設置作業の不統一性を招く。

道床付近に存在する金属構造物の影響による受信特性の悪化を回避する手段として、地上子の送信・受信レベルを増大させる手段も考えられるが、車上装置及び地上装置は、既に、多数、現場に設置されていること、及び、地上子の寸法に制約があることなどから、この手段による対応は非常に困難である。
特開平８−１８３４５４号公報 特開平８−１８３４５５号公報

本発明の課題は、設置位置・設置作業の不統一性を招くことなく、道床付近に存在する金属構造物の影響による受信特性の悪化を回避し得る構造をもつ車両制御用地上子及びそれを用いた車両制御装置を提供することである。

本発明のもう１つの課題は、受信アンテナ形状を小型化し得る車両制御用地上子を提供することである。

本発明の更にもう一つの課題は、車両から送信する電力波の電力を低減し、省電力化に寄与しえる車両制御用及びそれを用いた車両制御装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る車両制御用地上子は、ケースと、電力波受信コイルと、回路部と、磁性シートとを含む。前記ケースは、電波透過材料で構成されている。前記電力波受信コイルは、前記ケース内に配置されており、前記回路部は、前記ケース内に配置され、前記電力波受信コイルによって受信された電力波を電力に変換し、変換された前記電力を電源として動作する。

上述した構成は、無電源型の車両制御用地上子に一般的に採用されているものである。本発明の特徴は、このような一般的な構成を持つこの種地上子において、磁性シートを有する点にある。前記磁性シートは、前記電力波受信コイルと間隔をおいて対向する位置において、前記ケースに取り付けられている。

上述したように、磁性シートが、電力波受信コイルと間隔を隔てて対向する位置において、前記ケースに取り付けられていると、車両が地上子に接近し、車上子から電力波が送信された場合、電力波がケースを貫通してスラブ軌道側に突き抜けることがない。このため、地上子の下側では、スラブ軌道に含まれる鉄筋などの金属構造物に、電力波に起因する渦電流が発生することがない。従って、渦電流による地上子の受信特性の悪化を回避することができる。

しかも、ケースの所定位置に、磁性シートを配置することにより、スラブ軌道に含まれる鉄筋などの金属構造物に、電力波に起因する渦電流が発生するのを回避するのであって、地上子の設置位置を変えたり、或いは、地上子の下側にアダプタを付設して、地上子と金属構造物との間の距離を拡大するなどの手段をとる必要がない。このため、設置環境の違いにも関わらず、地上子の設置場所設定基準・設置作業の統一性を図ることが可能になる。

更に、地上子の受信レベルを増大させる必要もないから、受信アンテナ形状を小型化し得る。また、車上装置の送信電力の増大を図る必要もないから、車両から送信する電力波の電力を低減し、省電力化に寄与し得る。

以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）設置位置・設置作業の不統一性を招くことなく、道床付近に存在する金属構造物の影響による受信特性の悪化を回避し得る構造をもつ車両制御用地上子を提供することができる。
（ｂ）受信アンテナ形状を小型化し得る車両制御用地上子を提供することができる。
（ｃ）車両側から送信する電力波の電力を低減し、省電力化に寄与しえる車両制御用地上子を提供することができる。

本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。

図１は本発明に係る車両制御用地上子を用いた車両制御装置の一例を示す概略図である。図示の車両制御装置は、車両１と、地上子３とを含む。車両１は、車上装置２２と、車上子２１とを有している。車上子２１は、例えばループアンテナからなり、車上装置２２の生成した電力波Ｓ１を、常時、地上側に送信する。

地上子３は、無電源地上子であり、ケース３１と、アンテナ部３２と、回路部３３と、磁性シート３４とを含み、スラブ軌道４の上に配置されている。ケース３１は、電波透過材料、代表的にはプラスチック材料で構成されている。磁気シールドという観点からは、ケース３１は磁性材料で構成すればよいが、ケース３１の内部にアンテナ部３２を配置してある関係上、そのような構成をとることができない。これが、電力波が地上子３を突き抜けて道床側に漏洩する原因の一つであり、本発明はそのような地上子３に固有の問題点を解決しようとするものである。

アンテナ部３２は、ケース３１の内部に配置されている。代表的には，ケース３１の天面、即ち、スラブ軌道４上に地上子３を配置したときに車両１に近い側となる面の内側に配置されている。アンテナ部３２は、少なくとも電力波受信コイルを含んでいるほか、一般には、情報送信コイルをも含んでいる。

回路部３３は、ケース３１内に配置され、アンテナ部３２に含まれる電力波受信コイルによって受信された電力波Ｓ１を電力に変換し、変換された電力を電源として動作する。アンテナ部３２及び回路部３３の具体的な構成は、後で説明する。

上述した構成は、無電源型の車両制御用地上子に一般的に採用されているものである。本発明の特徴は、このような一般的な構成を持つ地上子３において、磁性シート３４を有する点にある。磁性シート３４は、電力波受信コイルを含むアンテナ部３２と間隔を隔てて対向する位置において、ケース３１に取り付けられている。磁性シート３４としては、磁性粉と合成樹脂とを混合した複合磁性シート、フェライトなどのセラミック系磁性シート、金属磁性シートなどを利用することができる。これらのうちでも、加工性、使い易さなどの観点を重視すれば、複合磁性シートが好ましい。

磁性シート３４は、アンテナ部３２に含まれる電力波受信コイルによる電力波受信動作を障害しない位置に配置することが基本である。この要求を満たすために、磁性シート３４は、アンテナ部３２から間隔をおいて配置する。勿論、磁性シート３４は、電力波Ｓ１が地上子３を突き抜けてスラブ軌道４に漏洩するのを阻止する必要があるから、そのような条件を満足する位置に設置する。

図示実施例では、アンテナ部３２が、ケース３１の天面の内面に付設されていることに合わせて、磁性シート３４を、スラブ軌道４への設置面側となるケース３１の底部の内側に、アンテナ部３２と対向する関係で付設してある。底部に対する磁性シート３４の取り付けに当たっては、接着、粘着又は機械的固定の手段をとることができる。磁性シート３４は、ケース３１の底部の外面に付設してもよいし、底部の内部に埋設してあってもよい。

上述したように、磁性シート３４が、電力波受信コイルを含むアンテナ部３２と間隔を隔てて対向する位置において、ケース３１に取り付けられていると、車両１が地上子３に接近し、車上子２１から電力波Ｓ１が送信された場合、電力波Ｓ１がケース３１を貫通してスラブ軌道４の側に突き抜けることがない。このため、地上子３の下側では、スラブ軌道４に含まれる鉄筋などの金属構造物５に、電力波Ｓ１に起因する渦電流が発生することがない。従って、渦電流による地上子３の受信特性の悪化を回避することができる。

しかも、ケース３１の所定位置に、磁性シート３４を配置することにより、スラブ軌道４に含まれる鉄筋などの金属構造物５に、電力波Ｓ１に起因する渦電流が発生するのを回避するのであって、地上子３の設置位置を変えたり、或いは、地上子３の下側にアダプタを付設して、地上子３と金属構造物５との間の距離を拡大するなどの手段をとるものではない。このため、設置環境の違いにも関わらず、地上子３の設置場所の設定基準・設置作業の統一性を図ることが可能になる。

更に、地上子３の受信レベルを増大させる必要もないから、受信アンテナ形状を小型化し得る。また、スラブ軌道４の側への電力波Ｓ１の漏洩を考慮して、車上装置２２の送信電力の増大を図る必要もないから、車上装置２２及び車上子２１から送信する電力波Ｓ１の電力を低減し、省電力化に寄与し得る。

図２は、図１に示した車両制御装置における地上子３の更に具体的な構成を示すブロック図である。図において、車両１は軌道６の上を矢印Ｆで示す方向に走行する。アンテナ部３２は、電力波受信コイル３２１と情報送信コイル３２２とを含む。電力波受信コイル３２１及び情報送信コイル３２２は、一体化されていても、されていなくともよい。

回路部３３は、電力部３３１、スイッチ部３３２、信号生成部（３３３〜３３５）等を備える。電力部３２１は、例えば、整流回路であり、電力波受信コイル３２１によって受信された電力波Ｓ１を、駆動電力Ｐ１に変換する機能を有する。

スイッチ部３３２は、電力部３２１から信号生成部（３３３〜３３５）に至る電力供給回路に設けられている。スイッチ部３３２は、外部から制御信号Ｓ３が供給され、制御信号Ｓ３に応じて、電力部３２１から信号生成部（３３３〜３３５）に至る電力供給回路を開閉する機能を有する。スイッチ部３３２は、例えば、フォトカプラ、トランジスタ回路等を用いて構成してもよい。

図示のスイッチ部３３２は、リレーＰＲで構成され、その落下接点ＰＲ１を、電力部３２１から信号生成部（３３３〜３３５）に至る電力供給回路に直列に入れて、これを開閉するようになっている。制御信号Ｓ３が制御条件「あり」（以下、論理値1として表現する）となり、スイッチ部３３２のリレーＰＲが励磁され、落下接点ＰＲ１がオフになると、信号生成部（３３３〜３３５）に対する駆動電力Ｐ１の供給が遮断される。

制御信号Ｓ３が制御条件「なし」（以下、論理値0として表現する）となり、スイッチ部３３２のリレーＰＲが無励磁になると、落下接点ＰＲ１が落下してオンとなり、駆動電力Ｐ１が落下接点ＰＲ１を通って、信号生成部（３３３〜３３５）に供給される。落下接点ＰＲ１を、扛上接点に変更した場合は、接点の開閉と、制御信号Ｓ３の論理関係が上記とは逆になる。

複数の制御信号Ｓ３を、信号生成部（３３３〜３３５）のうちの電文設定部３３３に入力し，制御信号Ｓ３に応じて、電文設定部３３３に予め登録されている電文を選択し、車上に送信してもよい。

制御信号Ｓ３は、車両１の制御条件として、外部から与えられる。制御内容としては、例えば、車両１を停止させるか否かの制御、車両１を減速させるか否かの制御及び車両１に注意を喚起させる必要があるか否かの制御等を挙げることができる。

信号生成部（３３３〜３３５）は、電力部３２１から駆動電力Ｐ１の供給を受け、１種類の送信電文Ｓ２のみを生成する簡単な構造を有する。図において、信号生成部（３３３〜３３５）は、電文設定部３３３と、変調部３３４と、増幅部３３５とを含む。情報送信コイル３２２は、信号生成部（３３３〜３３５）から供給された送信電文Ｓ２を送信する機能を有する。

次に、動作について説明する。まず、車両１が地上子３に接近すると、電力波受信コイル３２１は、車両１から出力された電力波Ｓ１を受信し、受信した電力波Ｓ１を電力部３２１に供給する。電力部３２１は、電力波Ｓ１の電圧を整流して、信号生成部（３３３〜３３５）を駆動するための駆動電力Ｐ１に変換する。

このとき、制御信号Ｓ３が論理値０であれば、スイッチ部３３２のリレーＰＲが無励磁となり、落下接点ＰＲ１が落下してオンになり、駆動電力Ｐ１が落下接点ＰＲ１を通って、信号生成部（３３３〜３３５）に供給される。

信号生成部（３３３〜３３５）は、駆動電力Ｐ１が供給された場合に、１種類の送信電文Ｓ２を生成し、出力する。信号生成部（３３３〜３３５）が出力した送信電文Ｓ２は、情報送信コイル３２２を介して、車両１に送信される。具体的には、駆動電力Ｐ１が供給された場合、信号生成部（３３３〜３３５）は、電文設定部３３３により電文を設定し、変調部３３４により電文を変調し、増幅部３３５により電文を増幅して、送信電文Ｓ２を生成し、出力する。

一方、制御信号Ｓ３が論理値１になると、スイッチ部３３２のリレーＰＲが励磁され、落下接点ＰＲ１がオフとなり、信号生成部（３３３〜３３５）に対する駆動電力Ｐ１の供給が停止される。この場合は、電文設定部３３３、変調部３３４及び増幅部３３５は、動作停止状態となり、送信電文Ｓ２を生成しない。

これにより、地上子３に接近した車両１は、送信電文Ｓ２を受信したとき、送信電文Ｓ２に基づいて、所定の制御を実行し、送信電文Ｓ２を受信しないとき、所定の制御を行わないように動作させることができる。

また、別の制御方法として、地上子３に接近した車両１は、送信電文Ｓ２を受信しないとき、所定の制御を実行し、送信電文Ｓ２を受信したとき、所定の制御を行わないように動作させることもできる。

上述したように、地上子３では、電力波受信コイル３２１が、車上子２１と電磁的に結合したとき、車上子２１から送信される電力波Ｓ１を受信し、この電力波Ｓ１を電力部３２１により駆動電力Ｐ１に変換することができるから、無電源の地上子３を実現できる。

また、電力部３２１から駆動電力Ｐ１の供給を受け、信号生成部（３３３〜３３５）において送信電文Ｓ２を生成し、情報送信コイル３２２により、送信電文Ｓ２を送信することができるから、必要な情報を車両１に与えることができる。

しかも、スイッチ部３３２は、外部から供給される制御信号Ｓ３が論理値1か、論理値０かに応じて、電力部３２１から信号生成部（３３３〜３３５）に至る電力供給回路を開閉するから、信号生成部（３３３〜３３５）から送信電文Ｓ２が出力される状態と、送信電文Ｓ２が出力されない状態とを実現できる。

また、スイッチ部３３２という簡単な構成を用いて、送信電文Ｓ２を送信する状態と、送信しない状態とを選択することができるから、複数の電文設定部や、ＲＯＭ等のメモリや、これらを動作させる回路等が必要な地上子３と比較して、低コスト化を実現できる。

磁性シート３４は、アンテナ部３２の取り付けられた天面とは反対側の位置にあるケース３１の底部の内面に配置されており、回路部３３を構成する電力部３３１、スイッチ部３３２、及び、信号生成部（３３３〜３３５）は、この磁性シート３４の上に配置されている。従って、図２の実施例でも、図１を参照して述べた作用効果が得られることは明らかである。

以上、実施の形態を参照して説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々の変形、変更が可能であることは言うまでもない。

本発明に係る車両制御用地上子を用いた車両制御装置の一例を示す概略図である。 図１に示した車両制御装置における地上子の更に具体的な構成を示すブロック図である。

符号の説明

３ 地上子
３１ ケース
３２ アンテナ部
３２１ 電力波受信コイル
３２２ 情報送信コイル
３３３〜３３５ 信号生成部
３４ 磁性シート

Claims (4)

1. ケースと、電力波受信コイルと、回路部と、磁性シートとを含む車両制御用地上子であって、
   前記ケースは、電波透過材料で構成されており、
   前記電力波受信コイルは、前記ケース内において車両の存在する側に配置されており、
   前記回路部は、前記ケース内に配置され、前記電力波受信コイルによって受信された電力波を電力に変換し、変換された前記電力を電源として動作するものであり、
   前記磁性シートは、前記電力波受信コイルと間隔を隔てて対向する位置であって、前記ケースの設置面側に取り付けられ、軌道に含まれる金属構造物における渦電流の発生を防止する、
   車両制御用地上子。
2. 請求項１に記載された車両制御用地上子であって、
   前記磁性シートは、前記ケースの底部の内面に取り付けられており、
   前記電力波受信コイルは、前記ケース内において前記車両の存在する側となる天面部と、前記回路部との間であって、前記天面部の内面に配置され、
   前記回路部は、前記間隔内に配置されている、
   車両制御用地上子。
3. 請求項１又は２に記載された車両制御用地上子であって、スラブ軌道に設置される、車両制御用地上子。
4. 地上子と、車上装置とを含む車両制御装置であって、
   前記地上子は、請求項１乃至３の何れかに記載されたものであり、
   前記車上装置は、前記電力波を送信する、
   車両制御装置。
   

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