JP5702916B2 - 車上装置 - Google Patents

Description

本発明は車上装置に係り、特に、ＡＴＳやＡＴＳ−Ｐ等の列車制御装置に用いられる車上装置に関する。

従来、ＡＴＳやＡＴＳ−Ｐ等の列車制御装置においては、列車に搭載された車上子と、軌道に沿って配置された地上子とを電磁結合させることにより、車上側から地上側に信号を送信し、地上側において所定の制御を行うとともに、地上側から車上側に信号を送信し車上側で所定の制御を行うことが行われている。

このような列車制御装置として、ＡＴＳシステムと称されるものと、ＡＴＳ−Ｐシステムと称される２つのタイプが知られている。ＡＴＳシステムは、停止を現示する信号機に列車が接近したときに、乗務員に注意を促すとともに、一定時間経過しても乗務員のブレーキ手配がなかったときは、自動的にブレーキを作動させて車両を安全に停止させるシステムである。このＡＴＳシステムとしては、車上子が地上子と結合していないときと、結合しているときとで、車上装置の発振周波数に差を持たせるいわゆる変周式ＡＴＳシステムがよく知られている。一方、ＡＴＳ−Ｐシステムは、ＡＴＳシステムを更に進化させたもので、地上子からのデジタル伝送情報によって車上側で車上速度パターンを発生させ、この速度パターンと実際の車両速度を照査しながら、車両を制御するシステムである。

このようにＡＴＳシステムとＡＴＳ−Ｐシステムとは、異なる機能を有しており、それに対応して、地上子および車上子の構成が互いに異なっている。すなわち、ＡＴＳシステム用地上子は、ＬＣ回路を主な構成要素とし、車上子と結合したときに、車上装置側の共振周波数が変化することを車両停止制御に利用するものである。これに対して、ＡＴＳ−Ｐシステム用地上子には、無電源であって、車上子からの電力波を受信して電源を生成し、この電源を利用して、地上装置に含まれる送受信装置を動作させ、地上装置と車上装置との間で、車両制御のための信号の送受信を行うものが含まれている。

そして、ＡＴＳシステムのために敷設された地上子を有する軌道においても、また、ＡＴＳ−Ｐシステムのために敷設された地上子を有する軌道においても、異なる機能を有するＡＴＳシステムまたはＡＴＳ−Ｐシステムによる車両制御ができるようにするためには、車上装置として、各システムの車上子を搭載する必要がある。

このようにＡＴＳシステムおよびＡＴＳ−Ｐシステムの車上子を搭載する場合、車両の床下に磁気的な影響を受けないように周囲に金属物体のない広いスペースを確保する必要があった。そのため、各システムの車上子重ね合わせて一体に設置するようにすれば、設置スペースを小さくすることができるが、ＡＴＳシステムとＡＴＳ−Ｐシステムにおいては、ともに枠型のループコイルを使用しているため、各システムの車上子の磁気的分離が不十分であると、それぞれのシステムで使用する電磁波が互いに干渉してしまい、性能の著しい劣化を招くという問題がある。

そのため、従来から、ＡＴＳ−Ｐシステムによる電力波の送信タイミングを制御して、変周式ＡＴＳシステムを用いる場合に、電力波を出力しないようにして、ＡＴＳの動作に対する干渉を防止するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０９４１７４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明によれば、ＡＴＳシステムおよびＡＴＳ−Ｐシステムの車上子を重ねて配置することにより、設置スペースの省スペース化を図ることができるものの、信号の送信タイミングを細かく制御する必要があり、制御が複雑となってしまうという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、ＡＴＳシステムとＡＴＳ−Ｐシステムとを共用する場合であっても、特別な制御が不要であり、各システムの設置スペースを小さくすることのできる車上装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、車両の走行する軌道に沿って設けられた変周式地上子と電磁結合して信号を送受信する変周式車上子と、前記軌道に沿って設けられたトランスポンダ式地上子と電磁結合して信号を送受信するトランスポンダ式車上子とを備えてなる車上装置において、
前記トランスポンダ式車上子と、前記変周式車上子とを一部重ねて配置するとともに、重なった部分と重なっていない部分で電磁結合によって発生する起電力の位相を反転させることにより、前記トランスポンダ式車上子の中心と前記変周式車上子の中心との距離は、これら前記トランスポンダ式車上子と前記変周式車上子との電磁結合が最大となる状態の約１／１００以下の電磁結合状態となる距離に設定されることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記トランスポンダ式車上子と前記変周式車上子とは、これらトランスポンダ式車上子と前記変周式車上子との電磁結合が０となる位置に配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記変周式車上子は、変周式送信コイルと変周式受信コイルとから構成されており、前記変周式送信コイルと前記変周式受信コイルとは、一部が重なるように配置されるとともに、前記車両の走行方向に沿って並べて配置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、トランスポンダ式車上子と、変周式車上子とを重ねて配置するとともに、トランスポンダ式車上子の中心と前記変周式車上子の中心との距離を、これらトランスポンダ式車上子と変周式車上子との電磁結合が最大となる状態の約１／１００以下の電磁結合状態となる距離に設置するようにしているので、ＡＴＳシステムあるいはＡＴＳ−Ｐシステムのいずれのシステムを用いる場合でも、トランスポンダ式車上子および変周式車上子の電磁結合を著しく低減させることができ、各車上子が電磁結合の影響を受けて出力が低下してしまうことなどを確実に防止して、トランスポンダ式車上子および変周式車上子を適正に動作させることができる。

請求項２に係る発明によれば、トランスポンダ式車上子と変周式車上子とを、これらトランスポンダ式車上子と変周式車上子との電磁結合が０となる位置に配置するようにしているので、ＡＴＳシステムあるいはＡＴＳ−Ｐシステムのいずれのシステムを用いる場合でも、トランスポンダ式車上子および変周式車上子が互いに電磁結合してしまうことがなく、トランスポンダ式車上子および変周式車上子を適正に動作させることができる。

請求項３に係る発明によれば、変周式送信コイルと変周式受信コイルとを、一部が重なるように配置するとともに、車両の走行方向に沿って並べて配置するようにしているので、変周式送信コイルおよび変周式受信コイルのいずれについても、トランスポンダ式車上子との電磁結合を著しく低減させることができ、トランスポンダ式車上子および変周式車上子を適正に動作させることができる。

本発明に係る車上装置を適用した車両制御装置の実施形態を示す概略構成図である。 本実施形態におけるトランスポンダ式車上子および変周式車上子を示す概略構成図である。 本実施形態におけるトランスポンダ式車上子と変周式車上子との距離と電磁結合との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る車上装置を用いた車両制御装置の実施形態を示す概略構成図であり、この車両制御装置は、車上装置１と、地上装置２とを備えており、車上装置１は、変周式車上子３と、トランスポンダ式車上子４とを備えている。

変周式車上子３は、環状を有する変周式送信コイル５と、この変周式送信コイル５に対して一部が重なり合うように配置された変周式受信コイル６とを備えており、変周式送信コイル５と、変周式受信コイル６とは、車両７の進行方向に沿って並べて配置されている。

また、トランスポンダ式車上子４は、トランスポンダ情報コイル８と、ほぼ８字状に形成されトランスポンダ情報コイル８に重ねて配置されたトランスポンダ電力コイル９とを備えている。変周式送信コイル５は、後述する地上子に対して信号を送信するとともに、変周式受信コイル６は、後述する地上子からの信号を受信するように構成されている。また、トランスポンダ情報コイル８は、後述する地上子とデジタル情報の送受信を行うものであり、トランスポンダ電力コイル９は、地上子に電力波を送信するように構成されている。

また、車上装置１は、信号処理部１０を備えている。この信号処理部１０は、変周式車上子３から送られる信号に基づいて、車両停止信号を生成するものである。また、信号処理部１０は、トランスポンダ電力コイル９に必要な電力波信号を供給するものであり、信号処理部１０は、トランスポンダ情報コイル８に情報波信号を送るとともに、トランスポンダ情報コイル８から供給された情報波信号を処理し、車両制御信号を生成するものである。

また、地上装置２は、軌道１３に沿って設けられた変周式地上子１１と、トランスポンダ式地上子１２とを備えており、これら各変周式地上子１１とトランスポンダ式地上子１２とは、軌道１３の所定箇所に所定の間隔を保って複数個設けられるものである。変周式地上子１１は、軌道１３を構成する２本のレールの間であって一方のレール側に寄った位置に設置されるものであり、トランスポンダ式地上子１２は、軌道１３を構成する２本のレール間のほぼ中央に設置されるものである。

変周式地上子１１は、変周式車上子３と結合して、信号の送受信を行うように構成されている。また、トランスポンダ式地上子１２は、トランスポンダ電力コイル９から送信される電力波を受信して電源を生成し、この電源により動作することにより、トランスポンダ情報コイル８との間で情報波の送受信を行うように構成されている。

そして、変周式車上子３、変周式地上子１１および信号処理部１０により、変周式ＡＴＳシステムを構成するようになっており、また、トランスポンダ式車上子４、トランスポンダ式地上子１２および信号処理部１０により、ＡＴＳ−Ｐシステムを構成するようになっている。このように本実施形態においては、１つの車両７で、ＡＴＳシステムおよびＡＴＳ−Ｐシステムにいずれにも対応することができるように構成されている。

ここで、本実施形態においては、変周式車上子３とトランスポンダ式車上子４とは、重ねて配置されており、トランスポンダ式車上子４と、変周式車上子３とを重ねて配置するとともに、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３とは、これらトランスポンダ式車上子４と変周式車上子３との電磁結合が０となる位置に設置されている。

すなわち、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３とを重ね合わせた場合に、トランスポンダ式車上子４の中心と、変周式車上子３の中心との距離ｌに対するトランスポンダ式車上子４と変周式車上子３との電磁結合の関係は、図３に示すように、電磁結合が最大となる位置から距離ｌを変化させていくと、電磁結合は徐々に小さくなっていく。そして、ある距離ｌの状態で、電磁結合が０になる位置が存在する。この位置からさらに距離ｌを変化させていくと、再び、電磁結合が大きくなっていく。これは、トランスポンダ式車上子４および変周式車上子３は、それぞれ枠型コイルで構成されており、２つの枠型コイルは、その一部分を重ねると、重なった部分と重なってない部分で電磁結合によって発生する起電力の位相が反転していることから、重なり位置によって相互の電磁的結合が０になるためである。したがって本実施形態においては、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３とを、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３との電磁結合が０となる位置に設置することにより、両者の電磁結合の影響を受けずに動作が可能となる。

なお、トランスポンダ式車上子４の中心と変周式車上子３の中心との距離ｌは、トランスポンダ式車上子４および変周式車上子３の製造のばらつきが考えられるため常に一定ではない。そのため、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３との電磁結合が最大となる状態の約１／１００以下の電磁結合状態となる位置に設置すれば、ほぼ電磁結合の影響を受けない動作が可能となる。また、電磁結合が最大となる状態の約１／１００以下の電磁結合状態となる位置に設置した場合、トランスポンダ式車上子４に対する変周式車上子３のオフセット量は、従来のオフセット量に近い値となるため、変周式地上子１１およびトランスポンダ式地上子１２のいずれも既設位置を変更することなく、そのまま使用することが可能である。

次に、本実施形態の作用について説明する。

まず、ＡＴＳシステムを用いる場合は、車両７が運転を開始して車上装置１の電源が投入されたら、変周式車上子３は、軌道１３に設置された変周式地上子１１と電磁結合し、変周式車上子３と変周式地上子１１との間で信号の送受信を行う。そして、信号処理部１０は、変周式車上子３から送られる信号に基づいて車両停止信号を生成するようになっている。そして、車両停止信号に基づいて、停止を現示する信号機に列車が接近したときに、乗務員に注意を促すとともに、一定時間経過しても乗務員のブレーキ手配がなかったときは、自動的にブレーキを作動させて車両７を安全に停止させるようになっている。

また、ＡＴＳ−Ｐシステムを用いる場合は、トランスポンダ式車上子４は、軌道１３に設置されたトランスポンダ式地上子１２と電磁結合したときに、トランスポンダ電力コイル９から、信号処理部１０から送られた電力波信号をトランスポンダ式地上子１２に送るとともに、トランスポンダ情報コイル８から信号処理部１０から送られた情報波信号をトランスポンダ式地上子１２に送るようになっている。同時に、トランスポンダ式地上子１２から送られた情報波信号を信号処理部１０に送り、信号処理部１０により、車両制御信号を生成するようになっている。

このとき、本実施形態においては、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３とが、これらトランスポンダ式車上子４と変周式車上子３との電磁結合が０となる位置に設置されているので、ＡＴＳシステムあるいはＡＴＳ−Ｐシステムのいずれのシステムを用いる場合でも、トランスポンダ式車上子４および変周式車上子３が互いに電磁結合してしまうことがなく、各車上子が電磁結合の影響を受けて出力が低下してしまうことなどを確実に防止して、トランスポンダ式車上子４および変周式車上子３を適正に動作させることができる。

したがって、本実施形態においては、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３とを、これらトランスポンダ式車上子４と変周式車上子３との電磁結合が０となる位置に設置するようにしているので、ＡＴＳシステムあるいはＡＴＳ−Ｐシステムのいずれのシステムを用いる場合でも、トランスポンダ式車上子４および変周式車上子３が互いに電磁結合してしまうことがなく、各車上子が電磁結合の影響を受けて出力が低下してしまうことなどを確実に防止して、トランスポンダ式車上子４および変周式車上子３を適正に動作させることができる。

また、トランスポンダ式車上子４と変周式車上子３とを設置した状態で、トランスポンダ式車上子４に対する変周式車上子３のオフセット量は、従来のオフセット量に近い値となるため、変周式地上子１１およびトランスポンダ式地上子１２のいずれも既設位置を変更することなく、そのまま使用することが可能であり、新たな設備が不要となり、設置コストを低減させることができる。

さらに、変周式送信コイル５と変周式受信コイル６とを、車両７の走行方向に沿って並べて配置するようにしているので、変周式送信コイル５および変周式受信コイル６のいずれについても、トランスポンダ式車上子４との電磁結合を著しく低減させることができ、トランスポンダ式車上子４および変周式車上子３を適正に動作させることができる。

なお、前記実施形態においては、変周式車上子３の変周式送信コイル５および変周式受信コイル６を車両７の走行方向に対して並べて配置するようにしているが、変周式送信コイル５および変周式受信コイル６を車両７の走行方向に対して直交する方向に並べて配置するようにしてもよい。

また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１ 車上装置
２ 地上装置
３ 変周式車上子
４ トランスポンダ式車上子
５ 変周式送信コイル
６ 変周式受信コイル
７ 車両
８ トランスポンダ情報コイル
９ トランスポンダ電力コイル
１０ 信号処理部
１１ 変周式地上子
１２ トランスポンダ式地上子
１３ 軌道

Claims (3)

1. 車両の走行する軌道に沿って設けられた変周式地上子と電磁結合して信号を送受信する変周式車上子と、前記軌道に沿って設けられたトランスポンダ式地上子と電磁結合して信号を送受信するトランスポンダ式車上子とを備えてなる車上装置において、
   前記トランスポンダ式車上子と、前記変周式車上子とを一部重ねて配置するとともに、重なった部分と重なっていない部分で電磁結合によって発生する起電力の位相を反転させることにより、前記トランスポンダ式車上子の中心と前記変周式車上子の中心との距離は、これら前記トランスポンダ式車上子と前記変周式車上子との電磁結合が最大となる状態の約１／１００以下の電磁結合状態となる距離に設定されることを特徴とする車上装置。
2. 前記トランスポンダ式車上子と前記変周式車上子とは、これらトランスポンダ式車上子と前記変周式車上子との電磁結合が０となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車上装置。
3. 前記変周式車上子は、変周式送信コイルと変周式受信コイルとから構成されており、前記変周式送信コイルと前記変周式受信コイルとは、一部が重なるように配置されるとともに、前記車両の走行方向に沿って並べて配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車上装置。

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