JP5490837B2 - 情報伝送システム、地上装置、車上装置及び情報伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、車上装置と地上装置とがレールを介した情報伝送を行う伝送システム等に関する。

列車に搭載された車上装置と地上装置とのレールを介した情報伝送の一形態として、交流電化区間における電源同期式が知られている。例えば、特許文献１には、地上装置側が、電源信号であるパイロット信号に発振周波数を同期させ、その逓倍の信号を搬送波として用いることで送信用の信号を生成し、車上装置が、架線から供給される交流電力に発振周波数を同期させ、同じ逓倍信号を生成することで、レールからの受信信号を復調する技術が記載されている。これにより、電源に含まれる高調波などの雑音に強い通信を実現できるとしている。

特開２００７−２１４８９６号公報

上述の電源同期式は、交流電化区間のみが対象である。鉄道の電化区間には交流電化区間のほかに直流電化区間も存在するが、この直流電化区間については、原理的に上述の電源同期式をそのまま適用することはできない。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直流電化区間において、上述の電源同期式と同様の情報伝送方式を実現することである。

上記課題を解決するための第１の形態は、
直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置（例えば、図１の車上装置１００）と、地上装置（例えば、図１の地上装置２００）とがレールを介した情報伝送を行う情報伝送システム（例えば、図１の情報伝送システム１）であって、
前記地上装置は、
前記商用三相交流電力に基づいて前記リップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号を生成する地上側同期信号生成手段（例えば、図１の地上側同期信号生成部２１０）と、
前記地上側同期信号に同期した前記情報伝送用の伝送信号を生成する伝送信号生成手段（例えば、図１の変調部２３０）と、
を有し、
前記車上装置は、
架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルを抽出する抽出手段（例えば、図１のリップル抽出部１１０）と、
前記抽出手段により抽出されたリップルの周期に同期した周波数でなる車上側同期信号を生成する車上側同期信号生成手段（例えば、図１の車上側同期信号生成部１２０）と、
前記レールから受電した前記伝送信号を前記車上側同期信号を用いて復調する復調手段（例えば、図１の復調部１３０）と、
を有する、
情報伝送システムである。

また、他の形態として、
直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置に対して、レールを介した情報伝送用の伝送信号を送出する地上装置であって、
前記商用三相交流電力に基づいて前記リップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号を生成する地上側同期信号生成手段と、
前記地上側同期信号に同期した前記伝送信号を生成する伝送信号生成手段と、
を備えた地上装置を構成しても良い。

また、他の形態として、
直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置であって、
上述した地上装置によって送出された伝送信号をレールから受電する受電手段と、
架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出されたリップルの周期に同期した周波数でなる車上側同期信号を生成する車上側同期信号生成手段と、
前記受電手段により受電された伝送信号を前記車上側同期信号を用いて復調する復調手段と、
を備えた車上装置を構成しても良い。

また、他の形態として、
直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置と、地上装置とがレールを介した情報伝送を行う情報伝送方法であって、
前記地上装置が、前記商用三相交流電力に基づいて前記リップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号を生成し、当該地上側同期信号に同期した前記情報伝送用の伝送信号を生成して前記レールに送出し、
前記車上装置が、架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルを抽出して当該リップルの周期に同期した周波数でなる車上側同期信号を生成し、前記レールから受電した前記伝送信号を当該車上側同期信号を用いて復調する、
情報伝送方法を構成しても良い。

この第１の形態等によれば、商用三相交流電力を整流した直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置と地上装置との、レールを介した情報伝送が実現される。すなわち、地上装置は、商用三相交流電力を整流した直流電力に含まれるリップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号に同期した情報伝送用の伝送信号を生成し、車上装置は、レールから受電した伝送信号を、き電された直流電力に含まれるリップルの周期に同期した周波数でなる車上側同期信号を用いて復調する。整流された直流電力に含まれるリップルの周期は、整流前の商用三相交流電力の周波数によって決まる。これにより、直流電力に含まれるリップルを利用することで、直流電化区間において、交流電化区間における電源同期式に相当する車上装置と地上装置とのレールを介した情報伝送が実現される。

また、第２の形態として、第１の形態の情報伝送システムであって、
前記直流電化区間にき電する前記直流変電所には、６相全波整流の変電所と１２相全波整流の変電所とが混在し、
前記リップルは、６相全波整流であるか１２相全波整流であるかに応じて周期が異なり、
前記地上装置は軌道に沿って複数設けられ、
それぞれの前記地上装置の前記地上側同期信号生成手段は、１２相全波整流に応じた周波数で前記地上側同期信号を生成し、
前記車上装置は、架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルが６相全波整流に応じたリップルであるか、１２相全波整流に応じたリップルであるかを判定し、当該判定結果に応じて前記リップルを自乗するか否かを切り替えて、前記車上側同期信号を生成する、
情報伝送システムを構成しても良い。

この第２の形態によれば、６相全波整流の変電所と１２相全波整流の変電所とが混在している場合であっても、商用三相交流電力を整流した直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置と地上装置との、レールを介した情報伝送が実現される。すなわち、地上装置は、１２相全波整流に応じた周波数で地上側同期信号を生成する。そして、車上装置は、架線から供給される直流電力に含まれるリップルが、６相全波整流／１２相全波整流の何れに応じたリップルであるかを判定する。そして、この判定結果に応じて、リップルを自乗するか否かを切り替える。自乗によって２倍の周波数の信号が得られるため、走行地点が６相全波整流／１２相全波整流の何れであっても、適切な車上側同期信号を生成することができる。

情報伝送システムの構成図。 電鉄変電所における整流方式が混在している一例。 電鉄変電所における整流方式が混在している場合の車上装置の構成の一例。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［構成］
図１は、本実施形態における情報伝送システム１の構成図である。情報伝送システム１は、直流電化区間を走行する列車１０に搭載される車上装置１００と、地上装置２００とを備えて構成され、車上装置１００と地上装置２００とがレール２２を介した情報伝送を行うシステムである。

直流電化区間では、電力会社の変電所３０から供給される商用三相交流電力（商用電源）が、沿線に設置された電気鉄道用直流変電所（電鉄変電所）４０において整流されることで直流電力に変換され、架線に供給されている。この電鉄変電所４０における整流方式は、６相全波整流、或いは、１２相全波整流の何れかである。

列車１０は、架線からパンタグラフを介して取り込んだ直流電力を、インバータによって三相交流電力に変換し、主電動機を駆動して走行する。

地上装置２００は、列車１０の走行を制御するための制御信号（通信データ）を含む伝送信号を、例えば各軌道回路の進出側の境界に接続された送信器からレールに送信させる。そして、車上装置１００は、受電器１２を介してレールから受信した信号をもとに、自列車の走行制御（速度制御など）を行う。

地上装置２００は、地上側同期信号生成部２１０と、地上制御部２２０と、変調部２３０と、送信部２４０と、整合トランス２５０とを有する。

地上側同期信号生成部２１０は、整流回路２１１と、リップル抽出部２１２と、同期信号生成部２１３とを有し、変電所３０から供給される商用三相交流電力（商用電源）に含まれる電圧リップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号を生成する。

整流回路２１１は、商用三相交流電力を整流する。この整流回路２１１における整流方式は、電鉄変電所４０における整流方式（６相全波整流、或いは、１２相全波整流）と同じとなっている。リップル抽出部２１２は、整流回路２１１により整流された直流電力（直流電圧）に含まれる電圧リップルを抽出（検出）する。同期信号生成部２１３は、リップル抽出部２１２により抽出された電圧リップルの周期に同期した周波数の信号である地上側同期信号を生成する。

変調部２３０は、同期信号生成部２１３によって生成された地上側同期信号に同期した伝送信号を生成する。具体的には、当該地上側同期信号を搬送波とし、地上制御部２２０からの制御信号（通信データ）を用いて変調して伝送信号を生成する。ここでの変調方式は、ＭＳＫ（Minimum Shift Keying：最小偏移変調）やＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相変調）、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：直交周波数分割多重方式）等、何れの方式でも良い。

変調部２３０によって生成された伝送信号は、送信部２４０によって増幅等され、整合トランス２５０を介してレール２２に送信される。

車上装置１００は、リップル抽出部１１０と、車上側同期信号生成部１２０と、復調部１３０と、車上制御部１４０とを有する。

リップル抽出部１１０は、架線２４から供給される直流電力（直流電圧）に含まれる電圧リップルを抽出（検出）する。車上側同期信号生成部１２０は、リップル抽出部１１０により抽出された電圧リップルの周期に同期する信号である車上側同期信号を生成する。

復調部１３０は、受電器１２を介してレール２２から受信した信号を、車上側同期信号生成部１２０により生成された車上側同期信号を用いて復調する。この復調部１３０における復調方式は、地上装置２００の変調部２３０における変調方式に対応した方式となる。

車上装置１００は、復調部１３０によって復調された制御信号（通信データ）に基づいた自列車の走行制御（速度制御）といった各種制御処理を行う。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、直流電化区間において、列車１０に搭載された車上装置１００と地上装置２００とのレール２２を介した電源同期式の情報伝送が実現される。すなわち、地上装置２００は、商用三相交流電力（商用電源）を、電鉄変電所４０における整流方式（６相全波整流或いは１２相全波整流）と同じ整流方式で整流し、整流した直流電力に含まれる電圧リップルを抽出し、このリップルに同期する信号を搬送波として用いることで、伝送信号を生成する。そして、車上装置１００は、架線２４から供給される直流電力に含まれる電圧リップルを抽出し、この電圧リップルに同期した同期信号を用いて、レール２２から受信した信号を復調する。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）変電所における整流方式が混在
上述の実施形態では、線区の全区間に亘って電鉄変電所４０における整流方式が統一されている場合（６相全波整流、或いは、１２相全波整流）を想定した。しかし、電鉄変電所４０それぞれにおける整流方式が統一されてない場合（６相全波整流と１２相全波整流とが混在する場合）もあり得る。

図２は、電鉄変電所４０における整流方式が統一されていない場合の一例である。図２に示すように、線区の沿線には複数の電鉄変電所４０が設置されているが、それぞれの整流方式が異なっている。すなわち、整流方式が６相全波整流である電鉄変電所４０Ａと、１２相全波整流である電鉄変電所４０Ｂとがある。この場合、各地上装置２００における整流方式は、高次の整流方式である１２相全波整流方式に統一する。

図３は、この場合の車上装置１００の構成の一例である。車上装置１００は、更に、整流方式判定部１５０を備えて構成される。

整流方式判定部１５０は、６相全波整流方式の場合のリップル成分を抽出する６相用フィルタ１５１、及び、当該リップル成分が抽出されたことを検出する６相用リップル検出器１５２と、１２相全波整流方式の場合のリップル成分を抽出する１２相用フィルタ１５３、及び、当該リップル成分が抽出されたことを検出する１２相用リップル検出器１５４とを有する。そして、６相用リップル検出器１５２及び１２相用リップル検出器１５４の検出有無に基づいて、架線２４にから供給される直流電力に含まれるリップルが、６相全波整流方式によるリップルであるのか１２相全波整流方式によるリップルであるのかを判定する。

リップル抽出部１１０は、６相全波整流方式の場合のリップル成分を抽出する６相用フィルタ１１１と、１２相全波整流方式の場合のリップル成分を抽出する１２相用フィルタ１１２とを有し、整流方式判定部１５０によって判定された整流方式（６相／１２相）に応じた整流方式のフィルタを用いて、架線２４から供給される直流電力に含まれる電圧リップルを抽出する。

車上側同期信号生成部１２０は、自乗回路１２１と、１２相用フィルタ１２２と、切り替え器１２３とを有する。整流方式判定部１５０によって判定された整流方式が１２相全波整流方式ならば、切り替え器１２３の入力端子を、リップル抽出部１１０の１２相用フィルタ１１２側に接続して、この１２相用フィルタ１１２の出力を、車上側同期信号として生成する。また、６相全波整流方式ならば、切り替え器１２３の入力端子を、自乗回路１２１の後段の１２相用フィルタ１２２側に接続し、リップル抽出部１１０の６相用フィルタ１１１の出力を自乗回路１２１で自乗することでその周波数を２倍とした信号を、車上側同期信号として生成する。すなわち、リップル抽出部１１０と車上側同期信号生成部１２０とによって、架線から供給される直流電力に含まれるリップルが６相全波整流に応じたリップルか、１２相全波整流に応じたリップルかに応じて、当該リップルを自乗するか否かを切り替えて、車上側同期信号を生成することとなる。

（Ｂ）搬送波周波数
また、上述の実施形態では、伝送信号の搬送波周波数をリップルに同期した周波数として説明したが、これに限られるものではない。例えば、リップルに同期した周波数の逓倍を搬送波周波数として用いても良い。

１ 情報伝送システム
１００ 車上装置
１１０ リップル抽出部、１２０ 車上側同期信号生成部
１３０ 復調部、１４０ 車上制御部
２００ 地上装置
２１０ 地上側同期信号生成部
２１１ 整流回路、２１２ リップル抽出部、２１３ 同期信号生成部
２２０ 地上制御部、２３０ 変調部
２４０ 送信部、２５０ 整合トランス
１０ 車両、１２ 受電器
２２ レール、２４ 架線
３０ 変電所、４０ 電鉄変電所

Claims (5)

1. 直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置と、地上装置とがレールを介した情報伝送を行う情報伝送システムであって、
   前記地上装置は、
   前記商用三相交流電力に基づいて前記リップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号を生成する地上側同期信号生成手段と、
   前記地上側同期信号に同期した前記情報伝送用の伝送信号を生成する伝送信号生成手段と、
   を有し、
   前記車上装置は、
   架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルを抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出されたリップルの周期に同期した周波数でなる車上側同期信号を生成する車上側同期信号生成手段と、
   前記レールから受電した前記伝送信号を前記車上側同期信号を用いて復調する復調手段と、
   を有する、
   情報伝送システム。
2. 前記直流電化区間にき電する前記直流変電所には、６相全波整流の変電所と１２相全波整流の変電所とが混在し、
   前記リップルは、６相全波整流であるか１２相全波整流であるかに応じて周期が異なり、
   前記地上装置は軌道に沿って複数設けられ、
   それぞれの前記地上装置の前記地上側同期信号生成手段は、１２相全波整流に応じた周波数で前記地上側同期信号を生成し、
   前記車上装置は、架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルが６相全波整流に応じたリップルであるか、１２相全波整流に応じたリップルであるかを判定し、当該判定結果に応じて前記リップルを自乗するか否かを切り替えて、前記車上側同期信号を生成する、
   請求項１に記載の情報伝送システム。
3. 直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置に対して、レールを介した情報伝送用の伝送信号を送出する地上装置であって、
   前記商用三相交流電力に基づいて前記リップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号を生成する地上側同期信号生成手段と、
   前記地上側同期信号に同期した前記伝送信号を生成する伝送信号生成手段と、
   を備えた地上装置。
4. 直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置であって、
   請求項３に記載の地上装置によって送出された伝送信号をレールから受電する受電手段と、
   架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルを抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出されたリップルの周期に同期した周波数でなる車上側同期信号を生成する車上側同期信号生成手段と、
   前記受電手段により受電された伝送信号を前記車上側同期信号を用いて復調する復調手段と、
   を備えた車上装置。
5. 直流変電所により整流された商用三相交流電力のリップルを含む直流電力がき電された直流電化区間を走行する列車の車上装置と、地上装置とがレールを介した情報伝送を行う情報伝送方法であって、
   前記地上装置が、前記商用三相交流電力に基づいて前記リップルの周期に同期した周波数でなる地上側同期信号を生成し、当該地上側同期信号に同期した前記情報伝送用の伝送信号を生成して前記レールに送出し、
   前記車上装置が、架線から供給される直流電力に含まれる前記リップルを抽出して当該リップルの周期に同期した周波数でなる車上側同期信号を生成し、前記レールから受電した前記伝送信号を当該車上側同期信号を用いて復調する、
   情報伝送方法。

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