JP6929202B2

JP6929202B2 - 地上子

Info

Publication number: JP6929202B2
Application number: JP2017218705A
Authority: JP
Inventors: 裕道大山; 博司植田; 正和薗部; 橋本　直樹; 直樹橋本
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2037-11-14
Also published as: JP2019089423A

Description

本発明は、電力波を受信して生成した直流電力によって送信動作を行う地上子に関する。

ＡＴＳ（Automatic Train Stop）システムなどの列車制御システムでは、列車に現在位置や速度制限等の地上情報を送信するため、無電源地上子が用いられている。無電源地上子は、軌道に沿って設置され、車上子が送信する電力波を電磁結合によって受信して生成した電力を電源として情報波の送信動作を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３４３４５６号公報

ところで、近年の車両性能の向上による列車の高速化に伴い、最高速度が従来よりも高速となる列車が走行する区間や、制限速度が高くなる区間が生じることが想定されるが、このような区間では、従来の無電源地上子では応動範囲（応動距離）が不足する可能性がある。つまり、列車の走行速度が高いほど、車上子が地上子の応動範囲内に位置する時間が短くなり、その結果、車上側が必要数の電文を地上子から受信できないといった事態が生じ得る。

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、無電源地上子の応動範囲を拡大することである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
電力波受信部によって電力波が受信されて生成される直流電力が動作可能電圧以上のときに当該直流電力によって送信部が送信動作を行う地上子であって、
バッテリと、
前記バッテリから常時充電電力が供給され、満充電時放電電圧が前記動作可能電圧以上であるコンデンサと、
前記コンデンサの前記送信部への放電路を開閉するスイッチと、
前記電力波受信部の受信電圧が、前記電力波の受信を開始したと判断可能な所定電圧に達すると前記スイッチを閉とし、前記所定電圧を下回ると開とする開閉制御部と、
を備えた地上子である。

第１の発明によれば、従来の無電源地上子に比較して応動範囲を拡大した地上子を実現することができる。つまり、車上子が地上子に近づいて来る際に、車上子から受信した電力波によって生成される直流電力が、電力波の受信を開始したと判断可能な所定電圧以上に達すると、送信部の動作可能電圧以上の放電電圧であるコンデンサの放電電力が送信部に供給されることで送信部は送信動作を開始する。また、車上子が地上子から離れる際に、車上子から受信した電力波によって生成される直流電圧が所定電圧を下回ると、コンデンサの放電電力の供給が停止されることで送信部は送信動作を終了する。これにより、直流電力が動作可能電圧に達するより先に送信動作を開始し、動作可能電圧を下回った後も送信動作を継続することができるため、応動範囲を拡大できる。

第２の発明は、第１の発明の地上子であって、
前記所定電圧が前記動作可能電圧未満である、
地上子である。

第２の発明によれば、所定電圧は動作可能電圧未満であるので、コンデンサの放電電力の送信部への供給を、受信した電力波によって生成される直流電力が動作可能電圧に達するより先に開始し、動作可能電圧を下回った後に終了することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明の地上子であって、
前記コンデンサが、満充電時から５〜２０ミリ秒の所定の短時間の間、放電電圧を前記動作可能電圧以上として前記送信部を動作可能とする容量を有する、
地上子である。

第３の発明によれば、コンデンサの容量は、５〜２０ミリ秒の短時間の間、放電電圧を動作可能電圧とすれば充分であるため、小容量で済む。

第４の発明は、
第１〜第３の何れかの発明の地上子であって、
前記スイッチが閉とされている状態において、前記直流電力が前記動作可能電圧以上である場合には、当該直流電力によって前記送信部が前記送信動作を行い、前記直流電力が前記動作可能電圧を下回る場合には、前記コンデンサの放電電力によって前記送信部が前記送信動作を行う、
地上子である。

第４の発明によれば、直流電力が動作可能電圧に達した後は、当該直流電力によって送信部の送信動作が行われる。つまり、送信部がコンデンサの放電電力によって送信動作を行うのは、電力波の受信が開始されてから直流電力が動作可能電圧に達するまでの間、及び、動作可能電圧を下回ってから電力波の受信を終了するまでの間、であるので、コンデンサの放電電力、つまりコンデンサを充電するバッテリの消費電力は最小限で済む。

地上子の構成図。地上子の動作の説明図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

［構成］
図１は、本実施形態の地上子１の構成を示すブロック図である。本実施形態の地上子１は、軌道に沿って設置され、列車に搭載される車上子が送信する電力波を受信し、その電力波を動作電力として所定情報を含む情報波を送信する。図１に示すように、地上子１は、電力波受信コイル１０と、電力波受信部である電力波受信回路１２と、開閉制御部であるコンデンサ放電開始電圧検出回路１６と、バッテリ１８と、コンデンサ２０と、スイッチ２２と、送信部である電文送信回路２６と、情報波送信コイル２８とを有して構成される。

電力波受信コイル１０は、車上子が送信する電力波を、電磁結合によって受信するためのアンテナコイルである。

電力波受信回路１２は、電力波受信コイル１０で受信された電力波を平滑・整流して直流電力に変換する。また、電力波受信回路１２は、ダイオード１４を介して電文送信回路２６に接続されており、生成した直流電力が電文送信回路２６に供給可能となっている。

コンデンサ放電開始電圧検出回路１６は、電力波受信部の受信電圧である電力波受信回路１２の出力電圧（直流電圧）に応じて、スイッチ２２のオン・オフを制御する制御信号を出力する。すなわち、電力波受信回路１２の出力電圧が電力波の受信を開始したと判断可能な所定電圧であるコンデンサ放電開始電圧Ｖ１に達すると、スイッチ２２をオン（閉）する制御信号を出力し、コンデンサ放電開始電圧Ｖ１を下回ると、スイッチ２２をオフ（開）する制御信号を出力する。コンデンサ放電開始電圧Ｖ１は、電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃ未満の電圧に定められている。

バッテリ１８は、例えば、一次電池であり、常時、コンデンサ２０に一定の直流電力を充電電力として供給可能に構成されている。バッテリ１８の容量は、数秒（例えば、０．０５秒〜０．２秒程度）の充電時間をかけてコンデンサ２０を満充電にすることが可能な容量に設計される。地上子１の設計寿命の間、バッテリ１８は交換不要であるため、本実施形態の地上子１は、交換不要なバッテリ１８を有して構成されるということができる。

コンデンサ２０は、バッテリ１８からの充電電力（直流電力）によって充電される。コンデンサ２０は、満充電の状態での放電電圧である満充電時放電電圧Ｖ_ＢＦが、電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃ以上となるように設計されている。また、コンデンサ２０は、スイッチ２２、及び、ダイオード２４を介して電文送信回路２６に接続されており、放電電力が電文送信回路２６に供給可能となっている。スイッチ２２は、コンデンサ放電開始電圧検出回路１６からの制御信号によってオン・オフ制御されることで、コンデンサ２０から電文送信回路２６への放電路を開閉する。

電文送信回路２６は、電力波受信回路１２からの直流電力と、コンデンサ２０の放電電力（直流電力）とが供給され、この二つの供給電力のうち、高いほうの電圧が、電文送信回路２６への供給電圧となる。そして、供給電圧が動作可能電圧Ｖ_Ｃ以上の場合に、電文送信回路２６は所定の送信動作を行う。すなわち、送信動作として、供給される直流電力を動作電源として、予めメモリに記憶されている設置位置や速度制限等の電文を送信すべく、当該電文で所定の搬送波を変調し、情報波として情報波送信コイル２８から送信させる。

情報波送信コイル２８は、電文送信回路２６が生成する情報波を送信するためのアンテナコイルである。

［動作］
図２は、地上子１の動作を説明する図である。図２（ａ）に示すように、車上子３を搭載した列車が地上子１の上方を通過した際の地上子１の動作として、図２（ｂ）に、電力波受信回路１２が出力する直流電力（以下、「誘起電力」という）の電圧である誘起電圧の変化を示し、図２（ｃ）に、コンデンサ２０の電圧であるコンデンサ電圧の変化を示している。図２（ｂ），（ｃ）の横軸は、地上子１に対する相対的な車上子３の位置を、進行方向の距離として示しており、地上子１の中心と車上子３の中心とが最短となった状態（＝最接近した状態）を距離Ｌ３としている。従って、距離Ｌ３までは、車上子３が地上子１に近づいて最接近するまでの期間を示しており、距離Ｌ３以降は、車上子３が地上子１に最接近した後の離れていく期間を示している。また、図２（ｂ），（ｃ）の縦軸は電圧を示している。

図２に示すように、列車が接近しておらず地上子１と車上子３とが電磁的に結合していない状態では、バッテリ１８によって継続的にコンデンサ２０が充電された状態にある。フル充電された後は、コンデンサ電圧は満充電時放電電圧Ｖ_ＢＦとなっている。また、地上子内部の誘起電圧はゼロである。そして、列車が接近して地上子１と車上子３とが電磁的に結合し、車上子３が送信する電力波を地上子１の電力波受信コイル１０が受信すると、電力波受信回路１２が誘起電力（直流電力）の生成を開始して出力し始める。この時点では、電力波受信回路１２の出力する誘起電力のみが電文送信回路２６に供給されるが、電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃより低いため、電文送信回路２６は送信動作を行わない。ただし、列車の走行によって車上子３が地上子１に徐々に接近するのに伴って、その誘起電圧は徐々に増加していく。

そして、車上子３が距離Ｌ１に到達して誘起電圧がコンデンサ放電開始電圧Ｖ１に達すると、コンデンサ放電開始電圧検出回路１６がスイッチ２２をオン（閉）してコンデンサ２０から電文送信回路２６への放電路が閉成され、これにより、コンデンサ２０の放電が開始されて、コンデンサ２０の放電電力が電文送信回路２６に供給される。このときのコンデンサ２０の放電電圧は満充電時放電電圧Ｖ_ＢＦであり、これは電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃより高いため、電文送信回路２６は送信動作を開始する。

その後も、さらなる車上子３の地上子１への接近に伴って誘起電圧が徐々に上昇していく。一方、コンデンサ２０の放電電圧は徐々に減少していく。そして、距離Ｌ２に到達した時点で地上子内部の誘起電圧がコンデンサ電圧より高くなると、電文送信回路２６は、電力波受信回路１２からの誘起電力によって送信動作を行うようになる。このときの地上子内部の誘起電圧Ｖ_ｍｉｎは、コンデンサ電圧Ｖ_Ｂ１以上であり、もちろん電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃ以上でもある。電文送信回路２６の電源が誘起電力に切り替わったことで、コンデンサ２０の放電は自然停止することとなる。なお、コンデンサ２０が放電する期間である車上子３が距離Ｌ１から距離Ｌ２まで移動する間は、数ミリ秒程度の短い期間として設計されるため、コンデンサ電圧の低下は小さく、低下後のコンデンサ電圧Ｖ_Ｂ１であっても電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃよりは高い。

そして、車上子３が地上子１に最接近する距離Ｌ３の位置に到達した時点において、地上子内部の誘起電圧が最も高くなり、以降は、車上子３が地上子１から遠ざかるに伴って、誘起電圧が徐々に低下してゆく。そして、誘起電圧がコンデンサ電圧より低くなると、電文送信回路２６の動作電源がコンデンサ２０の放電電力に自然に切り替えられる。すなわち、コンデンサ２０の放電が再開され、電文送信回路２６へのコンデンサの放電電力の供給が再開される。このときのコンデンサ電圧Ｖ_Ｂ２は、短時間ではあるがバッテリ１８から充電されることによって、放電停止時点のコンデンサ電圧Ｖ_Ｂ１よりも僅かであるが高くなっている。もちろん、コンデンサ電圧Ｖ_Ｂ２は電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃより高いため、電文送信回路２６は、コンデンサ２０の放電電力によって送信動作が継続されることとなる。

その後、誘起電圧が更に低下してコンデンサ放電開始電圧Ｖ１より低くなると、コンデンサ放電開始電圧検出回路１６がスイッチ２２をオフ（開）してコンデンサ２０から電文送信回路２６への放電路が開放され、電文送信回路２６へのコンデンサの放電電力の供給が停止される。つまり、電力波受信回路１２の出力する誘起電力のみが電文送信回路２６に供給されるが、このときの誘起電圧はコンデンサ放電開始電圧Ｖ１より低く、このコンデンサ放電開始電圧Ｖ１は電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃより低いため、電文送信回路２６は送信動作を終了する。また、コンデンサ２０はバッテリ１８の充電電力によって充電されてコンデンサ電圧が徐々に上昇し、次に車上子が地上子１に差し掛かるまでの間、例えば数秒（例えば、０．０５秒〜０．２秒程度）の間に、コンデンサ２０は満充電となる。

［作用効果］
このように、本実施形態の地上子１によれば、従来の無電源地上子に比較して、応動範囲を拡大できる。すなわち、地上子１では、電力波受信回路１２の出力電圧（誘起電圧）がコンデンサ放電開始電圧Ｖ１に達すると、コンデンサ放電開始電圧検出回路１６がスイッチ２２をオン（閉）して、コンデンサ２０の放電電力の電文送信回路２６への供給が開始されて電文送信回路２６は送信動作を開始し、誘起電圧がコンデンサ放電開始電圧Ｖ１を下回ると、コンデンサ放電開始電圧検出回路１６がスイッチ２２をオフ（開）してコンデンサ２０の放電電力の電文送信回路２６への供給が終了されて電文送信回路２６は送信動作を終了する。

コンデンサ放電開始電圧Ｖ１は、電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖ_Ｃより低い電圧に定められるので、電文送信回路２６は、誘起電圧が動作可能電圧Ｖ_Ｃに達する前に送信動作を開始し、誘起電圧が動作可能電圧Ｖ_Ｃを下回った後も、送信動作を継続することができる。これにより、誘起電圧が動作可能電圧Ｖ_Ｃ以上となる範囲である従来の無電源地上子の応動範囲と比較して、応動範囲を拡大することができる。

また、誘起電圧とコンデンサ放電開始電圧Ｖ１とを比較することで電力波の受信の開始・終了を判断して、コンデンサ２０の放電を開始・終了させるとともに、誘起電圧が動作可能電圧Ｖ_Ｃ以上である期間は、コンデンサ２０の放電が自然停止されて誘起電力によって電文送信回路２６が送信動作を行うので、必要となるコンデンサ２０の放電電力（消費電力）は最小限で済み、小容量とすることができる。具体的には、満充電時から５〜２０ミリ秒（好適には、１０ミリ秒程度）の所定の短時間の間、放電電圧を、電文送信回路２６の動作可能電圧Ｖｃ以上とする容量であれば好適である。

そして、コンデンサ２０を充電するバッテリ１８は、次に車上子が通過するまでの間、つまり、数秒から数十秒程度の比較的長い時間をかけてコンデンサ２０を満充電にできれば良いので、これも小容量で済む。具体的には、０．０５〜０．２秒（好適には、０．１秒程度）の所定の充電時間をかけてコンデンサ２０を満充電にすることが可能な容量であれば好適である。バッテリ１８として乾電池等の一次電池を用いた場合には、バッテリ１８の交換をせずに地上子の耐用年数の間、十分に使用できる容量である。

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。

１…地上子
１０…電力波受信コイル、１２…電力波受信回路、１４…ダイオード
１６…コンデンサ放電開始電圧検出回路（開閉制御部）
１８…バッテリ、２０…コンデンサ、２２…スイッチ
２６…電文送信回路（送信部）、２８…情報波送信コイル
３…車上子

Claims

電力波受信部によって電力波が受信されて生成される直流電力が動作可能電圧以上のときに当該直流電力によって送信部が送信動作を行う地上子であって、
バッテリと、
前記バッテリから常時充電電力が供給され、満充電時放電電圧が前記動作可能電圧以上であるコンデンサと、
前記コンデンサの前記送信部への放電路を開閉するスイッチと、
前記電力波受信部の受信電圧が、前記電力波の受信を開始したと判断可能な所定電圧に達すると前記スイッチを閉とし、前記所定電圧を下回ると開とする開閉制御部と、
を備えた地上子。
前記所定電圧は前記動作可能電圧未満である、
請求項１に記載の地上子。
前記コンデンサは、満充電時から５〜２０ミリ秒の所定の短時間の間、放電電圧を前記動作可能電圧以上として前記送信部を動作可能とする容量を有する、
請求項１又は２に記載の地上子。
前記スイッチが閉とされている状態において、前記直流電力が前記動作可能電圧以上である場合には、当該直流電力によって前記送信部が前記送信動作を行い、前記直流電力が前記動作可能電圧を下回る場合には、前記コンデンサの放電電力によって前記送信部が前記送信動作を行う、
請求項１〜３の何れか一項に記載の地上子。