JP6698416B2 - 車上通信装置、および車両 - Google Patents

Description

本発明は、車上通信装置、および車両に関する。例えば本発明は鉄道車両において、地上−車上間で通信するために特定の周波数に対応した複数の共振回路を用いる場合に、複数の共振回路を切り替える機能を持つ車上通信装置に関する。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許第３８４２１４２号公報（特許文献１）がある。この公報には「無電源地上子を駆動するために、列車の車上装置からトランスポンダを利用して車上子から無電源地上子に送信する電力波の送信周波数を、車上装置側の切替条件で異なる周波数に切替えて、周波数の異なる無電源地上子を１種類の車上子で駆動する車上送受信装置」に関する発明として、「電力波伝送部は、２ 組の電力波周波数発振器と電力波増幅器と、電力波送信切替回路を有し、一方の電力波周波数発振器は周波数ｆ１の電力波を発生し、他方の電力波周波数発振器は周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２の電力波を発生し、一方の電力波増幅器は電力波送信周波数選択条件で周波数ｆ １ が選択されているときに、一方の電力波周波数発振器から出力される周波数ｆ １ の電力波を規定レベルまで増幅して出力し、他方の電力波増幅器は電力波送信周波数選択条件で周波数ｆ ２ が選択されているときに、他方の電力波周波数発振器から出力される周波数ｆ ２ の電力波を規定レベルまで増幅して出力し、電力波送信切替回路は電力波送信周波数選択条件に応じて周波数ｆ１の電力波と周波数ｆ２の電力波を切替えて車上子に送り、車上子の電力波送信部には周波数ｆ１の共振回路と周波数ｆ２の共振回路と、共振回路切替部を有し、周波数ｆ １ の共振回路は共振コンデンサと電力波送信アンテナの最大の巻き数で形成されるコイルで直列共振回路を構成し、周波数ｆ １ より高い周波数ｆ ２ の共振回路は共振コンデンサと電力波送信アンテナの中間タップで形成される巻き数のコイルで直列共振回路を構成し、共振回路切替部は電力波送信周波数選択条件に応じて周波数ｆ １ の共振回路と周波数ｆ ２ の共振回路を切替えて電力波伝送部から送られた電力波を送り出す」と記載されている。

特許第３８４２１４２号公報

前記特許文献１には、車上子の周波数ｆ １ の共振回路は共振コンデンサと電力波送信アンテナの最大の巻き数で形成されるコイルで直列共振回路を構成し、周波数ｆ １ より高い周波数ｆ ２ の共振回路は共振コンデンサと電力波送信アンテナの中間タップで形成される巻き数のコイルで直列共振回路を構成し、共振回路切替部は電力波送信周波数選択条件に応じて周波数ｆ １ の共振回路と周波数ｆ ２ の共振回路を切替えて電力波伝送部から送られた電力波を送り出すと記載されている。

しかし特許文献１の上記構成方法では、周波数ｆ１送信時と周波数ｆ２送信時とでは電力波送信アンテナの巻き数が変化する。つまり周波数ｆ１送信時と周波数ｆ２送信時とではアンテナの特性が変化し、アンテナ１ターンあたりのアンテナ電流と地上子に送り出す電力波の電力量との関係が変化する。仮にアンテナ送信電流をモニタして送信レベルを調整する場合、一定の電力を送信する場合にｆ１送信時とｆ２送信時とでは目標電流が変化し送信レベル調整が難しくなるので、送信レベル調整を容易にしたいという課題がある。

さらに前記特許文献１には、電力波伝送部は、２ 組の電力波周波数発振器と電力波増幅器と、電力波送信切替回路を有し、どちらの出力を選択するかは電力波送信周波数選択条件により決まることが記載されている。つまり２ 組の電力波周波数発振器と電力波増幅器のうち実際に車上子と接続して機能している電力波周波数発振器と電力波増幅器はどちらか一方であり、もう一方は機能していない。したがって上記構成では２組の回路の合計稼働率は０．５であり、実装回路を効率よく機能させることができない。また実装面積も２組分必要であることから電力波周波数切替を行わない従来の構成に対し２倍の実装面積が必要となる。

そこで本発明では、電力波周波数ｆ１送信時と周波数ｆ２送信時とで電力波送信アンテナのアンテナ巻き数を変化させずに、周波数が異なる複数の電力波に対応した複数の共振回路の切替が可能な、車上通信装置を提供する。

また、本発明では電力波送信周波数ｆ１送信時と周波数ｆ２送信時とで電力波周波数発振器の送信周波数を切替えることで２ 組の電力波周波数発振器と電力波増幅器と、電力波送信切替回路を必要とせず、１組の電力波周波数発振器と電力波増幅器のみで周波数が異なる複数の電力波送信を可能とする車上通信装置を提供する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、車両の走行路に沿って配置される地上装置と無線通信により列車制御情報を送信または受信する情報波送受信アンテナと、前記地上子を駆動するための電力波であって、周波数が異なる複数の前記電力波を送信可能な、一意の固定巻き数からなる電力波送信アンテナと、
前記電力波送信アンテナに接続し、前記周波数が異なる複数の電力波の各々と共振をとるための複数の共振コンデンサと、前記複数の共振コンデンサと前記電力波送信アンテナとの接続および切断を選択的に切替え可能な共振回路切替部と、前記共振回路切替部に対して共振コンデンサを切替えるための指示を入力する切替指令入力と、を備えた車上子と、前記切替指令入力に対する切替指令および情報波送受信アンテナに対する情報波信号の入出力および前記電力波送信アンテナに対する電力波信号の出力を行うための車上送受信器と、を備え、前記車上送受信器の電力波生成部では１組の電力波周波数発振器と電力波増幅器で電力波を生成し、電力波周波数選択部の指令に応じて前記電力波生成部から出力する電力波周波数と切替指令入力に対する切替指令を可変することで前記周波数が異なる複数の電力波と、前記車上子の共振周波数を一致させることを特徴とする。

本発明によれば、複数の異なる送信周波数の電力波を送信する場合において、周波数に応じた共振回路を切替えてもアンテナ巻き数を変化させる必要がないため、アンテナの特性が変化せず、従来の手法と比較して送信レベル制御を容易に行うことができる。アンテナ巻き数が一意の固定巻き数であるためアンテナの構造を簡略化し装置コスト低減が可能となる。

さらに本発明によれば１組の電力波周波数発振器と電力波増幅器のみで複数の異なる送信周波数の電力波を生成することが可能であり、電力波生成部の実装面積を小さくするともに、１組のみで構成可能であることから装置コストを低減することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明で示す車上通信装置の構成ついて説明する図である。 本発明で示す車上通信装置を適用した列車情報制御装置の構成について一実施例を示す構成図である。 本発明で示す車上通信装置において、共振回路の切替え手順について示すフロー図である。 本発明で示す車上通信装置において、共振回路切替部を車上送受信器内部に構成した場合の構成図である。 本発明で示す車上通信装置において、共振周波数の差に相当する共振コンデンサを接続/非接続とすることで共振回路を構成する方法を説明する図である。 本発明で示す車上通信装置において、共振回路を２組用いて共振周波数切替えを実施する場合に共振回路切替部を車上子内に有する構成図である。 本発明で示す車上通信装置において、共振回路を２組用いて共振周波数切替えを実施する場合に電力波送信アンテナをレベルモニタアンテナ兼用とする構成図である 本発明で示す車上通信装置において、共振回路を２組用いて共振周波数切替えを実施する場合に共振回路切替部を車上送受信器内に有する構成図である。 本発明で示す車上通信装置において、リレー接点を共振回路用コンデンサの両端に配置する構成図である。

以下、本発明の実施形態の一例について、図を参照しつつ詳細に説明を行う。

図１は、本発明の車上通信装置の一実施例を示す構成図である。

同図において、車上通信装置の一例としてトランスポンダ送受信システムで使用する車上送受信器１１と車上子１とを示している。車上子１は、例えば共振回路切替部１３と、電力波送信アンテナ１５および情報波送受信アンテナ１６と、電力波送信アンテナ１５と組み合わせで直列共振回路を構成する共振コンデンサ１４から構成され、艤装線（車上子接続ケーブル）１２を介して車上送受信器１１に接続する。

本実施例における車上通信装置は、例えばトランスポンダ送受信システムで使用する車上子に適用でき、トランスポンダ送受信システムを用いる鉄道用保安システムＡＴＳ−Ｐ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐ−Ｐａｔｔｅｒｎ）や、自動運転システムであるＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）、デジタル式ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などに適用できる。

図１の構成の詳細説明の前に、図２にて、本実施例品の車上通信装置を使用する環境の一例を説明する。

図２の実施形態では、例えばトランスポンダ送受信システムを用いて、列車２１と地上信号システム間で列車制御情報や運転支援用の情報などを送受信するシステムを示す。

図２に示すように、列車２１に搭載した車上子１は、車上送受信器１１からの送受信情報を車上子１から地上子２４へ電磁波として送受信し、地上側信号設備である地上子２４と通信を行う。地上子２４が自身で電源を持たない無電源地上子とよばれる地上子の場合は、列車２１から地上子２４を駆動するための電力を無線にて非接触で供給する必要があり、この無線で送信する電力を電力波と呼んでいる。電力波は一定周波数の無変調信号である。地上子２４では、この無変調の電力波を受信後整流し、直流変換した電力で自身の地上子内の回路を起動し、列車２１から電力波が供給されて回路が起動している間（つまり列車が地上子近傍に接近している間）地上子２４から車上子１に対して制御情報を送信する。この制御情報の電磁波を情報波と呼ぶ。なお、制御情報は車両からも送信している。

このように、無電源地上子を起動するためには列車２１から車上子１を介して電力を供給する必要があるが、この電力波の信号周波数は、区間や事業者により異なり、複数の周波数が存在する。これは、トランスポンダ送受信システムを導入する際に、既存の列車無線や沿線の設備と周波数干渉が生じない周波数を検討のうえ、その路線での電力波周波数を決定しているためである。

したがって、複数路線を相互乗り入れしている列車などで無電源地上子を駆動するためには、ある区間１は地上子２４を駆動するための電力波として電力波周波数ｆ１を送信する必要があり、ある区間２では地上子２５を駆動するための電力波として電力波周波数ｆ２を送信する必要が出てくる。

車上子１の電力波送信アンテナ１５は、効率よく電力波を送信するために電力波送信アンテナ１５のＬとコンデンサのＣでＬＣ共振回路を構成し、特定のひとつの電力波周波数に共振周波数を合わせている。そのため、区間１と区間２で送信すべき電力波周波数が異なる場合、それぞれ区間１のｆ１を共振周波数とする区間１専用車上子と区間２のｆ２を共振周波数とする区間２専用車上子の少なくとも２台を設置することになり、車上子設置スペースが十分に確保できないことが想定される。本実施例では、このｆ１周波数の電力波とｆ２周波数の電力波を１つの車上子１で送信可能な構成とする。

図１の説明に戻ると、本実施例の車上通信装置は例えば車上子１と車上送受信器１１と車上子１と車上送受信器１１を接続する艤装線１２から構成され、車上子１は共振回路切替部１３と、共振コンデンサ１４、電力波送信アンテナ１５および情報波送受信アンテナ１６から構成され、共振回路切替部１３は共振コンデンサ１４を切替えるためのスイッチやリレー接点１３１と、スイッチやリレー接点１３１を動作させるためのリレーコイル１３２から構成され、リレーコイル１３２には切替指令入力１３３が接続され、共振コンデンサ１４は複数の異なる電力波周波数とＬＣ共振をとるための周波数ｆ１用コンデンサ”Ｃ１”１４１および周波数ｆ２用コンデンサ”Ｃ２”１４２の２種のコンデンサを備える。

車上送受信器１１は切替指令入力１３３を経由して共振回路切替部１３に対する共振回路切替指令の出力と、情報波送受信アンテナ１６に対する情報波信号の入出力と、電力波送信アンテナ１５に対する電力波信号の出力を行う。車上送受信器１１の電力波送信回路には電力波信号の出力を行う電力波生成部１１１と、送信出力する電力波周波数の選択および共振回路切替部１３へ共振回路切替信号を出力する電力波周波数選択部１１４とを備え、電力波生成部１１１は少なくとも電力波周波数を生成するための電力波周波数発振器１１２と電力波を必要なレベルまで増幅するための電力波増幅器１１３を備える。

車上子１と車上送受信器１１は艤装線１２で接続される。艤装線は電力波送信線１２１と情報波送受信線１２２と共振回路切替指令信号線１２３を備える。

地上子とデータの送受信を行うためのアンテナである情報波送受信アンテナ１６については、図１の実施構成では区間に応じて送受信周波数が変わることが無く、また共振回路を有さない構成のため共振回路切替部１３と共振コンデンサ１４を図示していないが、情報波についても共振を取る場合は電力波同様に、共振回路切替部１３および共振コンデンサ１４を構成することで共振周波数の切替が可能である。

この車上通信装置の動作を、図３の動作フローにて説明する。
車上送受信器１１の電力波周波数選択部１１４は、線区や区間に応じて周波数ｆ１またはｆ２のどちらの周波数の電力波を送信するか選択する（ステップ３０１）。このとき、送信すべき周波数がｆ２の場合、電力波周波数選択部１１４は、共振回路切替信号指令線１２３への信号印加を停止する(ステップ３０２)。ステップ３０２で共振回路切替信号指令線１２３への信号印加を停止すると、共振回路切替部１３の共振回路切替リレーコイルへ１３２の電圧印加が停止するためリレーコイルが非励磁状態となる(ステップ３０３)。リレーコイルが非励磁状態となることで共振回路切替部１３の共振回路切替リレー接点１３１が非動作状態となり(ステップ３０４)、その結果、周波数ｆ２用の共振コンデンサ”Ｃ２”１４２が電力波送信アンテナ１５に接続され、周波数ｆ１用の共振コンデンサ”Ｃ１”１４１は電力波送信アンテナ１５に非接続状態となる(ステップ３０５)。したがって電力波送信アンテナ１５のインダクタＬとｆ２用共振コンデンサ”Ｃ２”１４２のキャパシタＣにて共振周波数ｆ２となるＬＣ直列共振回路を構成し、周波数ｆ２に対する送信出力インピーダンスを最小とすることで電力波送信アンテナ１５から地上装置に対して周波数ｆ２の電力波が必要十分な電力量分送りだされる状態となる。最後に電力波周波数選択部１１４が周波数ｆ２を電力波生成部１１１に設定し、車上送受信器１１は周波数ｆ２の電力波を車上子１に入力する（ステップ３０６）。以上により電力波送信アンテナ１５から周波数ｆ２の電力波が送信される（ステップ３０７）。なおステップ３０６を先に実施後にステップ３０２以降を実施しても構わない。

走行線区や区間が変化し、送信すべき周波数がｆ１となると、車上送受信器１１の電力波周波数選択部１１４は、共振回路切替信号指令線１２３へ指令信号を印加する(ステップ３０８)。よって共振回路切替部１３の共振回路切替リレーコイル１３２へリレーコイル駆動用電圧が印加されるためリレーコイルが励磁状態となる(ステップ３０９)。リレーコイルが励磁状態となることで共振回路切替部１３の共振回路切替リレー接点１３１が動作状態となり(ステップ３１０)、その結果、周波数ｆ１用の共振コンデンサ”Ｃ１”１４１が電力波送信アンテナ１５に接続され、周波数ｆ２用の共振コンデンサ”Ｃ２”１４２は電力波送信アンテナ１５に非接続状態となる(ステップ３１１)。したがって電力波送信アンテナ１５のインダクタＬとｆ１用共振コンデンサ”Ｃ１”１４１のキャパシタＣにて共振周波数ｆ１となるＬＣ直列共振回路を構成され、周波数ｆ１に対する送信出力インピーダンスを最小とすることで電力波送信アンテナ１５から地上装置に対して周波数ｆ１の電力波が必要十分な電力量分送りだされる状態となる。最後に電力波周波数選択部１１４が周波数ｆ１を電力波生成部１１１に設定し、車上送受信器１１は周波数ｆ１の電力波を車上子１に入力する（ステップ３１２）。以上により電力波送信アンテナ１５から周波数ｆ１の電力波が送信される（ステップ３１３）。なおステップ３１２を先に実施後にステップ３０８以降を実施しても構わない。

以上で示したように、本実施例での実施形態はＬＣ共振回路の切替えのみであり、電力波送信アンテナ１５は切替え前後で同一のアンテナを使用する。つまりアンテナの巻き数やＬ値はＬＣ共振回路の切替え前後で変化することはない。従って、ｆ１用共振コンデンサ”Ｃ１”１４１を接続して周波数ｆ１となる電力波を送信する場合と、ｆ２用共振コンデンサ”Ｃ２”１４２を接続して周波数ｆ２となる電力波を送信する場合とで電力波送信アンテナ１５の特性が変化することは無い。共振周波数のみがシフトすることとなる。アンテナ巻き数の変化がないため必要な電力量を地上に送信する際の電力波送信アンテナ１５のアンテナ１ターンあたりの電流値は共振回路の切替前後で変化することは無く、アンテナ電流を監視して送信レベル制御やレベル低下故障検知を行う場合に共振回路の切替前後で監視する目標値や故障判定閾値は同一とすることができる。

また本発明本実施例の図１で示すように電力波周波数選択部１１４は、図２で運転区間切替ＳＷ(スイッチ)２２や列車制御部２３で示すような車上送受信器の外部の装置から入力される電力波周波数選択条件に応じて電力波周波数発振器１１２に対して送信周波数選択指令を、共振回路切替部１３のリレーコイル１３２に対して共振回路切替指令信号を出力する。電力波周波数発振器１１２は電力波周波数と一致する任意の周波数の正弦波を演算する正弦波演算素子１１５と演算した正弦波をアナログ信号として出力するＤＡ変換器１１６を備え、正弦波演算素子１１５はマイコンやＣＰＵやＤＳＰやＦＰＧＡなどの数値演算が可能な素子により構成する。正弦波演算素子１１５とＤＡ変換器１１６は、ＤＤＳ(Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ)にて構成することも可能である。

電力波周波数選択部１１４からの指令に応じて、正弦波演算素子１１５で生成する正弦波の周波数を切替えることで、任意の複数の周波数を出力可能な発振器を構成することができ、周波数ｆ１と周波数ｆ２の両周波数を１つの電力波周波数発振器１１２で出力可能な構成となる。発振器からの出力は電力波の送信レベルまで電力波増幅器１１３で増幅したのち、電力波送信線１２１を経由して車上子１のＬＣ直列共振回路に入力されることとなる。なお、電力波増幅器１１３の出力は必要に応じてフィルタでノイズを除去してから車上子１に入力してもよい。

以上のように電力波周波数選択部１１４の周波数選択指令を電力波周波数発振器１１２に入力し、かつ電力波周波数発振器１１２の構成は複数の周波数を切替出力可能な構成とすることで１組の電力波生成部１１１で周波数ｆ１、ｆ２の２つの異なる周波数の電力波を生成することが可能となる。したがって特許文献１で示される２組の電力波周波数発振器と電力波増幅器を１組の電力波周波数発振器と電力波増幅器に削減できるだけではなく、電力波送信切替回路を排すことが可能となり、回路実装面積の縮減や実装部縮減による製造コスト低減が可能である。

図４は本実施例で示す車上通信装置において、共振回路切替部１３を車上子１内部ではなく車上送受信器１１内部に構成した場合の構成図である。図４に示すように、共振回路切替部１３は車上送受信器１１内部に構成しても共振コンデンサ１４の切替は可能であり、機能上問題ない。一般的に車上子１の内部は防水・耐振動対策により樹脂モールドされるため分解不可構造である。したがって車上子１の内部に共振回路切替部１３を構成するとリレーなどの機械的駆動部のメンテナンスが課題となるが、共振回路切替部１３を車上送受信器１１の内部に構成することで機械的駆動部のメンテナンス性が向上し動作信頼性を上げることが可能である。

図５は、本実施例で示す車上通信装置において、共振周波数の差に相当する共振コンデンサを接続/非接続とすることで共振回路を構成する方法を説明する図である。情報波送受信アンテナ１６の構成は実施例１と同様であるため情報波送受信アンテナ１６の図示は省略している。実施例１では、周波数ｆ１用の共振コンデンサ”Ｃ１”１４１と周波数ｆ２用の共振コンデンサ”Ｃ２”１４２を備え、送信する周波数に応じて共振回路切替部１３にてどちらか一方の共振コンデンサ１４を選択し、電力波送信アンテナ１５に接続する方法を示した。

対して本実施例では、車上子１は共振回路切替部５１と、共振コンデンサ５３、電力波送信アンテナ１５および情報波送受信アンテナ１６(図示せず)から構成され、共振回路切替部５１は共振コンデンサ５３の”Ｃ３”５４を接続するためスイッチやリレー接点５２と、スイッチやリレー接点５２を動作させるためのリレーコイルから構成され、共振コンデンサ５３は”Ｃ３”５４および”Ｃ４”５５の２種のコンデンサを備えることを特徴とする。このとき”Ｃ４”５５の容量は周波数ｆ２において共振回路を構成する容量とし、”Ｃ３”５４の容量は、周波数ｆ１において共振回路を構成する容量から”Ｃ４”５５の容量を引いた容量とする。周波数はｆ２＞ｆ１とする。

周波数ｆ２送信時は、リレーコイルへの指令信号印加を停止することで”Ｃ４“５５を電力波送信アンテナ１５に接続する点は実施例１と同様であるが、周波数ｆ１送信時は”Ｃ４“５５を電力波送信アンテナから切り離さず、リレーコイルへの指令信号を印加することで”Ｃ３”５４を電力波送信アンテナ１５に追加接続する。このとき、”Ｃ３”５４と”Ｃ４“５５が並列接続となるように構成することで、電力波送信アンテナに接続されたコンデンサ容量はＣ３+Ｃ４となる。このＣ３+Ｃ４の容量が周波数ｆ１時の共振容量となるようにＣ３を選択することで、”Ｃ４“５５を電力波送信アンテナ１５から切り離す必要なく周波数ｆ１用の共振コンデンサ容量を構成可能となる。本実施例で示す方法を用いると、共振回路切替に用いる共振回路切替部５１のリレー接点５２の数を実施例１に対して削減可能である特徴がある。電力波送信アンテナ１５の構成は実施例１と同様であるため周波数ｆ１送信時とｆ２とでアンテナ巻き数や特性が変化することは無い。

なお、もちろん、リレー接点５２に常開接点（ａ接点）を用いるのではなく、常閉接点（ｂ接点）を用いることで、リレーコイルへの指令信号印加を停止時に“Ｃ１”５４と“Ｃ２”５５の両方が接続され周波数ｆ１と共振可能な構成とし、リレーコイルへの指令信号印加時に“Ｃ２”５５のみが接続され周波数ｆ２と共振可能な構成としてもよい。

図６で示す実施例は、図１で示す実施例の構成から、電力波送信アンテナ１５を、周波数ｆ１用共振コンデンサ“Ｃ１”１４１に常時接続する電力波送信アンテナＡ６２と、周波数ｆ２用共振コンデンサ“Ｃ２”１４２に常時接続する電力波送信アンテナＢ６３の２つのアンテナを用いる構成としたものである。本実施例においても情報波送受信アンテナは図示を省略している。共振回路切替部６１によってｆ１用共振コンデンサ“Ｃ１”１４１選択時は電力波送信アンテナＡ６２を用いて電力波を送信し、ｆ２用共振コンデンサ“Ｃ２”１４２選択時は電力波送信アンテナＢ６３を用いて電力波を送信する。

本実施例の構成のように、送信する電力波周波数に応じて複数の電力波送信アンテナを備える構成としても周波数が異なる複数の電力波送信に対応した車上通信装置を実現可能である。

なお、複数のアンテナを備えることで、電力波送信に使用していないいずれかのアンテナを、電力波送信レベルを監視するモニタアンテナとして活用することが可能である。

図７は本実施例で示す車上通信装置において、電力波送信アンテナをレベルモニタアンテナ兼用とする構成図である。周波数ｆ１送信時に電力波送信に使用しないアンテナである電力波送信アンテナＢ６３を、電力波送信アンテナＡ６２の出力を監視するモニタアンテナとして使用し、周波数ｆ２送信時に電力波送信に使用しないアンテナである電力波送信アンテナＡ６２を、電力波送信アンテナＢ６３の出力を監視するモニタアンテナとして使用する構成を示す。例えば周波数ｆ１送信時は、電力波送信線１２１は電力波送信アンテナＡ６２に接続され、電力波送信アンテナＢ６３には接続されない。一方、電力波送信レベルモニタ線は、周波数ｆ１送信時は電力波送信アンテナＢ６３に接続され、電力波送信アンテナＡ６２には接続されない。このとき、電力波送信アンテナＡ６２から送信する周波数ｆ１の電力波の一部電力を、電力波送信アンテナＢ６３で受信し、その受信レベルを車上送受信器１１にフィードバックすることで車上送受信器１１で電力波送信アンテナＡ６２からの電力波送信レベル監視が可能となる。なお、電力波送信レベルモニタ線７２の終端抵抗７３をハイインピーダンス接続とすることで、送信レベル監視に必要なわずかな電力のみを電力波送信レベルモニタ線７２に分配し、地上子に対して送信する電力波の電力レベルを損なうことなくレベル監視が可能である。

また、図８は本実施例において共振回路切替部６１を車上送受信器内に有する構成図である。実施例２同様に機械的駆動部のメンテナンス性が向上し動作信頼性を上げることが可能である。

なお、本実施例においても電力波送信アンテナＡ６２と電力波送信アンテナＢ６３とを同巻き数のアンテナとすることで共振回路切替前後でアンテナ巻き数は変化しない一意の固定巻き数のアンテナとなり、アンテナ特性は共振回路切替前後同一とすることが可能である。ただし電力波送信アンテナＡ６２と電力波送信アンテナＢ６３とを異なる巻き数で構成することももちろん可能である。

図９は本実施例で示す車上通信装置において、リレー接点を共振回路用コンデンサの両端に配置する構成図である。共振コンデンサの両端にリレー接点(入力側)９３とリレー接点(出力側)９４を設け、この２つのリレー接点はリレーコイル９２への共振回路切替指令によって両方同時に動作する。

リレー接点を共振コンデンサの両端に設けることで、共振回路切替時に電力波送信アンテナ１５との接続を切り離すコンデンサの両端を電力波送信アンテナ１５から接続断可能となる。実施例１から実施例４の構成では、コンデンサ片端のみを電力波送信アンテナ１５から切り離す構成を示したが、実施例１から実施例４において本実施例のように両端での接続、切り離しを実施することも可能である。

図２を改めて用いて、上記実施例１から実施例５で示した構成の車上通信装置の適用例を示す。

区間１において、車上送受信器１１では地上子２４が無電源地上子である場合に、地上子２４を駆動するための電力波として周波数ｆ１の電力波を車上送受信器１１から車上子１に送信する。このとき、車上子１からは実施例１から実施例５で示したように、周波数ｆ１に応じたＬＣ共振回路が選択され、車上子１から周波数ｆ１の電力波を地上に送信する。

車上送受信器１１が周波数ｆ１を送信するための方法（条件）として、運転台などに備わる運転区間切替ＳＷ２２（スイッチ）の選択状態を車上送受信器１１の電力波周波数選択部１１４に取り込む方法、車上送受信器１１に接続する他の装置からの周波数選択情報を車上送受信器１１の電力波周波数選択部１１４で受信し、周波数ｆ１を選択する方法、
地上子２４や地上子２５内に、当該区間で必要とする電力波の周波数がいくつであるかを示すデータを格納し、格納データより地上子との通信情報内に、電力波周波数選択を示すビット情報を設け、車上送受信器１１が地上子から受信した情報より電力波周波数選択部１１４で周波数ｆ１を選択する方法、またはパルスカウンタなどを用いて走行区間を自己推定し、車上送受信器１１の電力波周波数選択部１１４で周波数ｆ１を選択する方法などが考えられる。地上子から受信した情報より電力波周波数選択部１１４で周波数ｆ１を選択する方法の場合、電力波による地上子起動を必要としなくても地上子からの情報を受信可能な有電源地上子との通信情報内に、電力波周波数選択を示すビット情報を設け、車上送受信器１１が地上子２４から受信した情報より電力波周波数選択部１１４で周波数ｆ１を選択する方法や、区間１に進入する前に送信している、ｆ１以外の電力波周波数で起動する無電源地上子との通信情報内に、電力波周波数選択を示すビット情報を設け、車上送受信器１１が地上子２４から受信した情報より電力波周波数選択部１１４で周波数ｆ１を選択する方法のどちらでも実施可能である。なおここで車上送受信器１１に接続する他の装置とは、例えばＡＴＣ、ＡＴＳなどの保安装置を含む列車制御部２３などである。

列車が区間２に進入すると、運転区間切替ＳＷ２２をはじめとする上記で説明した方法により区間２内で使用する無電源地上子２５に対応した電力波周波数であるｆ２を選択する情報が車上送受信器１１に設定され、車上送受信器１１では周波数ｆ２の電力波を送信する。このとき車上子１からは実施例１から実施例５で示したように、周波数ｆ２に応じたＬＣ共振回路が選択され、車上子から周波数ｆ２の電力波を地上に送信する。

以上の構成および方法により、地上子を駆動するための電力波周波数が異なる複数の走行区間を走行する列車においても走行区間に応じて複数の周波数の電力波を送信し、地上−車上間の通信をひとつの車上子で行うことが可能となる。

なお、実施例１から実施例５では、トランスポンダ送受信システムにおける電力波周波数の切替および、周波数に応じた共振回路の切替について説明したが、もちろん、本発明は複数の信号周波数を送信し、またその複数の周波数に対応した複数の共振回路を利用する様々なシステムに適用することが可能である。

また、実施例１から実施例５では、２つの異なる信号周波数に対応した共振回路を切替える場合を例に説明したが、もちろん本発明で示す車上通信装置では３つ以上の周波数に応じて、共振回路を切替え、３つ以上の共振周波数を持つ信号を送信することも可能である。３つ以上の共振周波数を送信するためには、ＬＣ共振回路を構成するための共振用コンデンサを送信する周波数の種類分用意し、送信する電力波周波数に対応した共振用コンデンサのいずれか一つを、共振回路切替部で選択すればよい。

以上の説明のように、本発明によれば、電力波周波数ｆ１送信時と周波数ｆ２送信時とで電力波送信アンテナのアンテナ巻き数を変化させずに、周波数が異なる複数の電力波に対応した複数の共振回路の切替が可能な、車上通信装置を提供可能となる。アンテナ巻き数の変化がないため、必要な電力量を地上に送信する際の電力波送信アンテナ１５のアンテナ１ターンあたりの電流値は共振回路の切替前後で変化することは無く、アンテナ電流を監視して送信レベル制御やレベル低下故障検知を行う場合に共振回路の切替前後で監視する目標値や故障判定閾値は同一とすることができる。またアンテナ巻き数が一意の固定巻き数であるため中間タップを有さず、アンテナの構造を簡略化し装置コスト低減が可能となる。

また、本発明によれば電力波周波数発振器の送信周波数を切替え可能な構成とすることで電力波周波数ｆ１送信時と周波数ｆ２送信時とで２組の電力波周波数発振器と電力波増幅器を必要とせず、１組の電力波周波数発振器と電力波増幅器のみで周波数が異なる複数の電力波送信が可能となる車上通信装置を提供することができる。したがって本発明によれば、特許文献１で示される２組の電力波周波数発振器と電力波増幅器を１組の電力波周波数発振器と電力波増幅器に削減できるだけではなく、電力波送信切替回路を排すことが可能となる。したがって回路実装面積の縮減や実装部品縮減による製造コスト低減が可能である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、等の情報は、メモリや、ハードディスク、等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 車上子
１１ 車上送受信器
１１１ 電力波生成部
１１２ 電力波周波数発振器
１１３ 電力波増幅器
１１４ 電力波周波数選択部
１１５ 正弦波演算素子
１１６ ＤＡ変換器
１２ 艤装線
１２１ 艤装線(電力波送信線)
１２２ 艤装線(情報波送受信線)
１２３ 艤装線(共振回路切替指令信号線)
１３ 共振回路切替部(２種のコンデンサを切替える構成)
１３１ リレー接点
１３２ リレーコイル
１３３ 切替指令入力
１４ 共振コンデンサ
１４１ 周波数ｆ１用共振コンデンサＣ１
１４２ 周波数ｆ２用共振コンデンサＣ２
１５ 電力波送信アンテナ
１６ 情報波送受信アンテナ
２１ 列車
２２ 運転区間切替ＳＷ(スイッチ)
２３ 列車制御部
２４ 地上子（電力周波数ｆ１対応）
２５ 地上子（電力周波数ｆ２対応）
５１ 共振回路切替部(コンデンサを加算(減算)する構成)
５２ リレー接点
５３ 共振コンデンサ
５４ コンデンサＣ３
５５ コンデンサＣ４
６１ 共振回路切替部(２対の共振回路を切替える構成)
６２ 電力波送信アンテナＡ
６３ 電力波送信アンテナＢ
７１ 共振回路切替部
７２ 電力波送信レベルモニタ線
７３ 終端抵抗
９１ 共振回路切替部(リレー接点をコンデンサ両端とした構成)
９２ リレーコイル
９３ リレー接点(入力側)
９４ リレー接点(出力側)

Claims (6)

1. 車両（２１）の走行路に沿って配置される地上装置（２４、２５）を駆動する電力波を送信可能なアンテナであって、周波数が異なる複数の電力波を送信可能な、一意の固定巻き数からなる少なくとも一つ以上の電力波送信アンテナ（１５）と、
   前記電力波送信アンテナ（１５）に接続し、前記周波数が異なる複数の電力波の各々と共振をとる複数の共振コンデンサ（１４）と、
   前記複数の共振コンデンサ（１４）と前記電力波送信アンテナ（１５）との接続および切断を選択的に切替え可能な共振回路切替部（１３）と、
   前記共振回路切替部（１３）に対して前記複数の共振コンデンサ（１４）から任意の共振コンデンサを切替えるための切替指令入力（１３３）と、
   前記周波数が異なる複数の電力波を生成し、電力波信号を出力する電力波生成部（１１１）と、
   前記電力波信号の周波数選択及び切替指令信号を出力する電力波周波数選択部（１１４）を備え、
   前記電力波生成部（１１１）は１組の電力波周波数発振器（１１２）と電力波増幅器（１１３）と、
   を備えた車上通信装置において、
   前記電力波信号は前記電力波送信アンテナ（１５）に対する入力信号であり、前記切替指令信号は前記切替指令入力（１３３）に対する指令信号であり、
   前記電力波周波数選択部（１１４）の指令に応じて前記切替指令信号の出力と前記電力波生成部（１１１）が出力する前記電力波信号の周波数を決定することで前記電力波送信アンテナ（１５）から送信する電力波の周波数と、前記電力波送信アンテナ（１５）の共振周波数を一致させ、
   前記複数の共振コンデンサ（１４）は前記周波数が異なる複数の電力波の中で最も高い周波数の電力波に対応した共振容量となるコンデンサＣｆｍａｘ（５５）と、
   前記最も高い周波数の電力波とそれ以外の周波数の電力波の周波数差分に応じた容量のコンデンサＣｄｉｆｆ（５４）を、前記最も高い周波数の電力波以外で、送信することができる電力波の数に応じて備え、
   前記共振回路切替部（１３）は電力波周波数に応じて、前記最も高い周波数の電力波送信時は前記コンデンサＣｆｍａｘ（５５）のみを前記電力波送信アンテナ（１５）に接続し、それ以外の周波数の電力波送信時はコンデンサＣｆｍａｘ（５５）に加え、周波数差分に応じた前記コンデンサＣｄｉｆｆ（５４）を前記電力波送信アンテナ（１５）に追加接続する構成であることを特徴とする車上通信装置。
2. 請求項１に記載の車上通信装置であって、
   前記電力波送信アンテナ（１５）と、前記複数の共振コンデンサ（１４）と、前記共振回路切替部（１３）と、前記切替指令入力（１３３）と、からなる車上子（１）と、
   前記電力波生成部（１１１）と、前記電力波周波数選択部（１１４）と、からなる車上送受信器（１１）により構成することを特徴とする車上通信装置。
3. 請求項１に記載の車上通信装置であって、
   前記電力波送信アンテナ（１５）と、前記複数の共振コンデンサ（１４）と、からなる車上子（１）と、
   前記共振回路切替部（１３）と、前記切替指令入力（１３３）と、前記電力波生成部（１１１）と、前記電力波周波数選択部（１１４）と、からなる車上送受信器（１１）により構成することを特徴とする車上通信装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の車上通信装置であって、
   前記共振回路切替部（１３）は、前記複数の共振コンデンサ（１４）のうち１つ以上を選択的に切替えて前記電力波送信アンテナ（１５）に接続するためのリレー接点（１３１）と、
   前記切替指令入力（１３３）に基づいて前記リレー接点（１３１）を駆動するためのリレーコイル（１３２）と、を備えることを特徴とする車上通信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の車上通信装置であって、
   前記車両（２１）の走行路に沿って配置される地上装置（２４、２５）は、前記地上装置各々を設置する区間に応じた電力波の周波数を示す情報である電力波周波数切替指令を情報波信号として前記車上通信装置に送信し、
   前記車上通信装置は、前記情報波信号を送受信する情報波送受信アンテナ（１６）を備え、
   前記車上通信装置の前記電力波周波数選択部（１１４）は、地上装置（２４、２５）から受信した前記情報波信号に含まれる前記電力波周波数切替指令に従って、
   前記電力波周波数選択部（１１４）から前記電力波生成部（１１１）および前記切替指令入力（１３３）に対する出力指令を決定することを特徴とする車上通信装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の車上通信装置を搭載した車両（２１）であって、前記車両（２１）が走行する区間の地上装置（２４、２５）に対応した前記電力波の周波数を選択する手段を備える車両。

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