JP7351951B2 - 鉄道車両の車体の磁界測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車体が放射する磁界を測定するための鉄道車両の磁界測定方法に関するものである。

従来、身の回りの機器等には、エミッション（ＥＭＩ）およびイミュニティ（ＥＭＳ）を両立させた電磁両立性（ＥＭＣ）が求められているところ、例えば、特許文献１に開示されるようなノイズ検出装置が知られている。

そのような中、鉄道車両に発生する磁界が、沿線に設置される鉄道車両の走行用機器に悪影響を与えるおそれがあることが知られている。鉄道車両の走行用機器とは、例えば、ＡＴＳシステム等に利用される地上子である。地上子は、鉄道車両が走行する一対の軌道の間の所定位置に設置されている。鉄道車両は、地上子からの情報（例えば地点情報）取得するための車上子を有しており、車上子は、鉄道車両が地上子の上を通過する際に地上子から情報を取得する。

地上子には、電流が流されることで磁界が発生しており、車上子は、当該磁界を読み取ることで地点情報を取得する。これに対し、鉄道車両は変電所から供給される電力により走行するところ、鉄道車両の車体には様々な周波数帯の磁界が発生している。したがって、車体に発生する磁界がノイズとなり、車上子が地上子から正確に情報を取得することができないおそれがある。具体的には、車上子と地上子の情報の授受は、１．７～３．０ＭＨｚの周波数帯の磁界の干渉を受けやすい。よって、車上子が地上子から正確に情報を取得するためには、車体が放射する１．７～３．０ＭＨｚの周波数帯の磁界強度を可能な限り低減するようＥＭＩ対策が必要となる。

特開２０１３－２５０１２３号公報

従来、ＥＭＣ試験規格として、ＩＥＣ６１０００－４－３、ＩＥＣ６１０００－４－６、ＩＥＣ６１０００－４－１６等の規格が知られている。しかし、従来知られている試験規格の中には、上記１．７～３．０ＭＨｚ周波数帯に適合する試験規格が存在しない。よって、鉄道車両の車体のどこからどの程度の磁界が発生しているのか、鉄道車両の試作段階で正確に把握することができず、１．７～３．０ＭＨｚの周波数帯のノイズを減らす対策（ＥＭＩ対策）を取ることが困難となっている。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、鉄道車両の沿線に配設置される走行用機器に対するＥＭＩ対策を取ることが容易になるよう、鉄道車両の磁界測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の鉄道車両の磁界測定方法は、次のような構成を有している。

（１）鉄道車両の車体が放射する磁界を測定し、前記車体のＥＭＩ対策を容易とするための鉄道車両の車体の磁界測定方法において、前記車体の一部を模擬する電気回路を備えない試験片と、前記試験片に所定の周波数の電流を直接に印加するための信号発生器と、磁界強度を測定する計測器と、を用い、前記信号発生器から前記試験片に対して前記電流を印加し、前記計測器により、前記試験片に発生する磁界のうち、前記所定の周波数の磁界強度を測定すること、前記所定の周波数は、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下であること、を特徴とする。
（２）（１）に記載の鉄道車両の車体の磁界測定方法において、前記試験片と前記計測器との距離を一定に保つための絶縁体からなる位置決めブロックを、前記試験片に直接に載置すること、を特徴とする。

（３）（１）または（２）に記載の鉄道車両の車体の磁界測定方法において、前記試験片は、前記車体の、鉄道車両が走行する軌道と対向する底部または前記底部近傍の部位を模擬したものであること、を特徴とする。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の鉄道車両の車体の磁界測定方法において、前記計測器による前記磁界強度の測定は、鉄道車両の走行に利用される地上子および車上子の情報の授受に悪影響を与える磁界の強度を測定するものであること、を特徴とする。

上記の鉄道車両の磁界測定方法によれば、試験片を様々な条件で作成し、磁界強度を測定することにより、条件毎の磁界強度の違いを把握することが可能である。これにより、磁界強度を低減可能な条件を選定して、鉄道車両の設計に反映させることが可能となるため、鉄道車両の試作段階で、沿線に配設置される鉄道車両の走行用機器に対するＥＭＩ対策を行うことが容易となる。試験片の条件とは、例えば、材質、形状、サイズ等である。

本発明の鉄道車両の磁界測定方法によれば、鉄道車両の沿線に配設置される走行用機器に対するＥＭＩ対策を取ることが容易になる。

本実施形態に係る鉄道車両の磁界測定方法を実施するための磁界測定システムの一例を示す図である。 図１に示す試験片のＡ－Ａ断面図である。（ａ）は試験片の締結部の第１条件を図示するものであり、（ｂ）は、試験片の締結部の第２条件を図示するものである。 試験片における磁界の発生状態を概念的に示すイメージ図である。 第１条件（図２（ａ））により構成された試験片の、周波数が１．７ＭＨｚの磁界の強度分布図である。 （ａ）は、第１条件により構成された試験片の第１測定点における磁界強度を表すグラフである。（ｂ）は、第１条件により構成された試験片の第２測定点における磁界強度を表すグラフである。（ｃ）は、第１条件により構成された試験片の第３測定点における磁界強度を表すグラフである。 第２条件（図２（ｂ））により構成された試験片の、周波数が１．７ＭＨｚの磁界の強度分布図である。 （ａ）は、第２条件により構成された試験片の第４測定点における磁界強度を表すグラフである。（ｂ）は、第２条件により構成された試験片の第５測定点における磁界強度を表すグラフである。（ｃ）は、第２条件により構成された試験片の第６測定点における磁界強度を表すグラフである。

本発明に係る鉄道車両の磁界測定方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（磁界測定システムの構成について）
図１は、本実施形態に係る鉄道車両の磁界測定方法を実施するための磁界測定システム１の一例を示す図である。なお、鉄道車両としては、電気鉄道用の車両を想定したものであり、特急車両であるか、通勤車両であるかは問わない。図２は、図１に示す試験片２のＡ－Ａ断面図である。図２（ａ）は試験片２の締結部２４Ａ，２４Ｂの第１条件を図示するものであり、図２（ｂ）は、試験片２の締結部２４Ａ，２４Ｂの第２条件を図示するものである。

鉄道車両の磁界測定システム１は、試験片２と、信号発生器３と、カメラ５と、スペクトラムアナライザ６と、制御用コンピュータ８と、を備える。これらはすべて電波暗室内に設置されている。

鉄道車両は台車に支持される車体を備えているところ、試験片２は、鉄道車両の車体の一部を模擬したものである。具体的には、車体の、軌道と対向する底部に取り付けられるフサギ板を模擬している。フサギ板を模擬しているのは、車体の底部に発生する磁界が、車上子と地上子の情報の授受に影響を与える可能性が高いためである。なお、試験片２を、フサギ板を模擬したものとするのは、あくまで一例である。車体の底部や、車体の底部の近傍に取り付けられる部材等のうち、車上子と地上子の情報の授受に影響を与える可能性があるもの（車上子近傍に設置される機器や車体配線等）を模擬すれば良い。

試験片２の材質は、試験対象となる鉄道車両ごとに選定されるものであるが、本実施形態においては、アルミ合金である。また、試験片２は、第１試験片２１と、第２試験片２２と、第３試験片２３が連結されてなり、その大きさは、長手方向の長さが１０００ｍｍ、短手方向の長さが３００ｍｍである。

第１試験片２１と第２試験片２２と第３試験片２３は、それぞれ断面コの字状に形成されている。第１試験片２１と第３試験片２３は、コの字の開口が電波暗室の地面側に向くように配置され、第２試験片２２は、コの字の開口が電波暗室の天井側に向くとともに、第１試験片２１と第３試験片２３とを横架するように配置されている。そして、第１試験片２１と第２試験片２２とが、締結部２４Ａにおいて、ボルト１２およびナット１３により締結されている（図２参照）。同様に、第２試験片２２と第３試験片２３とが、締結部２４Ｂにおいて、ボルト１２およびナット１３により締結されている。

なお、本実施形態においては、磁界強度の比較を行うため、締結部２４Ａ，２４Ｂについて、図２（ａ）に示す第１条件および図２（ｂ）に示す第２条件を用意している。第１条件は、図２（ａ）に示すように、第１試験片２１と第２試験片２２を接触させた状態で、ボルト１２およびナット１３により締結している。第２試験片２２と第３試験片２３も同様に締結されている。一方、第２条件は、図２（ｂ）に示すように、第１試験片２１と第２試験片２２の間に、厚みが１０ｍｍの絶縁座１４を配置して締結している。第２試験片２２と第３試験片２３も同様に締結されている。

以上のような試験片２は、不図示の絶縁体（例えば、発泡スチロールや木枠等）の上に載置されている。そして、試験片２の長手方向の両端部には、信号発生器３から出力される電流を印加するための電源線９，１０が、銅テープ１５により固定されている。なお、電源線９，１０の試験片２への固定には、銅テープ１５以外の固定方法（例えば半田付け等）を採用しても良い。

電源線９，１０にはアッテネータ４を介して信号発生器３が接続されている。信号発生器３は、一般的なＲＦ信号発生器であり、試験片２に対して、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下の周波数の電流を印加することが可能なものである。周波数を１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下としているのは、車上子と地上子の情報の授受は、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下の周波数帯の磁界に干渉を受けやすいことから、試験片２に、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下の周波数帯の磁界を発生させるためである。また、アッテネータ４は一般的な減衰器であり、信号発生器３から出力される電流によって、試験片２に対して、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下の周波数の電流を印加することが可能なものを適宜選定する。

カメラ５は、撮影範囲Ｒに試験片２全体が含まれるよう、試験片２の電波暗室の天井側（上面側）に、不図示の三脚等により固定されている。また、カメラ５は、ＵＳＢケーブル等により制御用コンピュータ８に電気的に接続されているため、カメラ５が撮影した画像は制御用コンピュータ８に出力される。

スペクトラムアナライザ６（計測器の一例）は、磁界強度を測定可能な一般的なスペクトラムアナライザであり、ループ型の磁界プローブ７を備えている。スペクトラムアナライザ６は、ＬＡＮケーブル等により制御用コンピュータ８に電気的に接続されている。これにより、スペクトラムアナライザ６は、磁界プローブ７が測定した信号を周波数解析し、周波数解析した磁界強度に関するデータを制御用コンピュータ８に出力することができる。

また、磁界プローブ７は、試験片２との距離が一定に保たれた状態で使用される。具体的には、試験片２を構成する第１試験片２１と第２試験片２２と第３試験片２３の、それぞれの上面には、発泡スチロール等の絶縁体からなる位置決めブロック１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが載置されており、磁界プローブ７は、位置決めブロック１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの上面に接するように位置されることで、試験片２との距離が一定に保たれる。本実施形態においては、試験片２と磁界プローブ７の距離（すなわち、位置決めブロック１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの厚み）を５０ｍｍとしているが、これはあくまで一例であり、試験片が模擬する鉄道車両の部位と車上子との距離等に基づいて適宜設定される。

制御用コンピュータ８は、一般的な電子計算機であり、磁界強度の測定のために専用のプログラムが記憶されている。当該プログラムは、カメラ５から出力される映像に基づき、周知技術の画像解析により、試験片２上における磁界プローブ７の位置（図１中のＸＹ方向の位置）を特定することが可能である。そして、磁界プローブ７の位置と、スペクトラムアナライザ６から出力される磁界強度に関するデータとを関連付けて、制御用コンピュータ８に記録する。そして、特定された磁界プローブ７の位置と、これに関連付けられた磁界強度に関するデータを用いて、例えば図４や図６に示すように、カメラ５により得られる試験片２の実画像に、磁界強度の分布図を重畳して表示することが可能である。なお、磁界プローブ７の位置の特定は、画像解析に限らず、磁界プローブ７が位置マーカを備えることとし、当該位置マーカの位置を検知することで行っても良い。

（磁界測定方法について）
以上の構成を備える磁界測定システム１によって、以下のように磁界の測定を行う。

まず、信号発生器３から、試験片２に対し、例えば１．７ＭＨｚの周波数の電流を印加する。なお、印加する電流の周波数は、１．７ＭＨｚに限定されるものではなく、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下の範囲内において、例えば、鉄道車両の走行用機器（地上子等）が干渉を受けやすい周波数に基づき適宜選択される。

電源線９をプラス側とし、電源線１０をマイナス側とすれば、図３に示すように、矢印Ｙの方向に電流が流れる。すると、試験片２を取り巻くように磁界Ｍが発生する（右ねじの法則）。なお、図３に示す磁界Ｍは、あくまで磁界の発生状態を概念的に示すイメージ図である。

そして、試験片２に電流を印加した状態で、磁界プローブ７を、試験片２上の全体を行き来させて、磁界Ｍの強度（磁界強度）を測定する。なお、本実施形態における磁界強度は、磁界Ｍにより磁界プローブ７に誘起された電圧値（ｄＢμＶ）により表される。

（測定結果について）
以上の磁界測定方法により得られる結果について、図４～図７を用いて、以下に説明する。

図４は、第１条件（図２（ａ））により構成された試験片２の、周波数が１．７ＭＨｚの磁界の強度分布図である。磁界の強度はドットの密度により表されており、ドットの密度が高いほど磁界強度が高いことを意味する。

図５（ａ）は、第１条件により構成された試験片２の第１測定点Ｐ１における磁界強度を表すグラフである。図５（ｂ）は、第１条件により構成された試験片２の第２測定点Ｐ２における磁界強度を表すグラフである。図５（ｃ）は、第１条件により構成された試験片２の第３測定点Ｐ３における磁界強度を表すグラフである。なお、第１測定点Ｐ１、第２測定点Ｐ２、第３測定点Ｐ３とは、それぞれ第１試験片２１、第２試験片２２、第３試験片２３の中央部である。

図６は、第２条件（図２（ｂ））により構成された試験片２の、周波数が１．７ＭＨｚの磁界の強度分布図である。なお、磁界の強度はドットの密度により表されており、ドットの密度が高いほど磁界強度が高いことを意味する。

図７（ａ）は、第２条件により構成された試験片２の第４測定点Ｐ４における磁界強度を表すグラフである。図７（ｂ）は、第２条件により構成された試験片２の第５測定点Ｐ５における磁界強度を表すグラフである。図７（ｃ）は、第２条件により構成された試験片２の第６測定点Ｐ６における磁界強度を表すグラフである。なお、第４測定点Ｐ４、第５測定点Ｐ５、第６測定点Ｐ６とは、それぞれ第１試験片２１、第２試験片２２、第３試験片２３の中央部である。

まず、第１条件により構成される試験片２により得られた結果について説明すると、周波数が１．７ＭＨｚの磁界の強度は、図４に示す分布図に表されるように、試験片２の短手方向両端部の近傍を除いて、全体的に１００ｄＢμＶを超えている。具体的な数値を挙げると、例えば、第１測定点Ｐ１においては１０５．８ｄＢμＶであり（図５（ａ）参照）、第２測定点Ｐ２においては１０５．０ｄＢμＶであり（図５（ｂ）参照）、第３測定点Ｐ３においては１０５．７ｄＢμＶであった（図５（ｃ）参照）。

そして、第２条件（図２（ｂ））により構成される試験片２により得られた結果について説明すると、周波数が１．７ＭＨｚの磁界の強度は、第１条件により構成される試験片２と比べると、７５～９０ｄＢμＶ程度と、全体的に磁界強度が低下している。試験片２の長手方向で見ると、第１試験片２１側から第３試験片２３側に向かうにつれて磁界強度が低下している。具体的な数値を挙げると、例えば、第４測定点Ｐ４においては９０．１ｄＢμＶであり（図７（ａ）参照）、第５測定点Ｐ５においては８１．８ｄＢμＶであり（図７（ｂ）参照）、第６測定点Ｐ６においては７６．１ｄＢμＶであった（図７（ｃ）参照）。

以上のように、鉄道車両の磁界測定方法および磁界測定システム１によれば、締結部２４Ａ，２４Ｂの条件の異なる試験片２を用いて磁界強度の測定を行うことで、第２条件による試験片２であれば、磁界強度の低減を図ることが可能であると把握することができた。そうであれば、実際の鉄道車両のフサギ板を第２条件と同様の締結状態により構成することで、地上子に対するＥＭＩ対策を行うことが可能であると考えることが可能である。ただし、本実施形態に示す第１条件、第２条件は、あくまでも試験片の一例として示すものであるため、フサギ板を第２条件と同様の締結状態により構成すべきことを提示するものではない。さらに複数の締結部２４Ａ，２４Ｂの条件による試験片や、様々な形状の試験片、様々な材質の試験片、様々なサイズの試験片を製作し、磁界測定を行うことで、複数の条件毎の磁界強度の違いを把握し、ＥＭＩ対策に適切なフサギ板の形状、材質、サイズ等を選定することが可能である。また、試験片がフサギ板以外の車体の部位を模擬したものであれば、様々な条件の試験片により比較試験を行うことで、その部位についての形状、材質、サイズ等を選定することが可能である。

以上説明したように、本実施形態の鉄道車両の磁界測定方法は、（１）鉄道車両の車体が放射する磁界を測定するための鉄道車両の磁界測定方法において、車体の一部を模擬する試験片２と、試験片２に所定の周波数の電流を印加するための信号発生器３と、磁界強度を測定する計測器（スペクトラムアナライザ６）と、を用い、信号発生器３から試験片２に対して電流を印加し、計測器（スペクトラムアナライザ６）により、試験片２に発生する磁界のうち、所定の周波数の磁界強度を測定すること、所定の周波数は、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下であること、を特徴とする。

（２）（１）に記載の鉄道車両の磁界測定方法において、試験片２は、車体の、鉄道車両が走行する軌道と対向する底部（例えばフサギ板）または前記底部近傍の部位を模擬したものであること、を特徴とする。

（３）（１）または（２）に記載の鉄道車両の磁界測定方法において、計測器（スペクトラムアナライザ６）による磁界強度の測定は、鉄道車両の走行に利用される地上子および車上子の情報の授受に悪影響を与える磁界の強度を測定するものであること、を特徴とする。

上記の鉄道車両の磁界測定方法によれば、試験片２を様々な条件で作成し、磁界強度を測定することにより、条件毎の磁界強度の違いを把握することが可能である。これにより、磁界強度を低減可能な条件を選定して、鉄道車両の設計に反映させることが可能となるため、鉄道車両の試作段階で、沿線に配設置される鉄道車両の走行用機器（例えば車上子と情報の授受を行う地上子）に対するＥＭＩ対策を行うことが容易となる。試験片の条件とは、例えば、材質、形状、サイズ、締結部２４Ａ，２４Ｂの締結のしかた等である。

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、本実施形態の試験片２の大きさや形状は、あくまで一例である。試験対象となる鉄道車両のフサギ板の形状や、鉄道車両の試験対象となる部位に合わせて、試験片の大きさや形状は適宜設定される。

１ 磁界測定システム
２ 試験片
３ 信号発生器
４ アッテネータ
５ カメラ
６ スペクトラムアナライザ（計測器の一例）
７ 磁界プローブ
８ 制御用コンピュータ

Claims (4)

1. 鉄道車両の車体が放射する磁界を測定し、前記車体のＥＭＩ対策を容易とするための鉄道車両の車体の磁界測定方法において、
   前記車体の一部を模擬する電気回路を備えない試験片と、前記試験片に所定の周波数の電流を直接に印加するための信号発生器と、磁界強度を測定する計測器と、を用い、
   前記信号発生器から前記試験片に対して前記電流を印加し、
   前記計測器により、前記試験片に発生する磁界のうち、前記所定の周波数の磁界強度を測定すること、
   前記所定の周波数は、１．７ＭＨｚ以上、３ＭＨｚ以下であること、
   を特徴とする鉄道車両の車体の磁界測定方法。
2. 請求項１に記載の鉄道車両の車体の磁界測定方法において、 前記試験片と前記計測器との距離を一定に保つための絶縁体からなる位置決めブロックを、前記試験片に直接に載置すること、
   を特徴とする鉄道車両の車体の磁界測定方法。
3. 請求項１または２に記載の鉄道車両の車体の磁界測定方法において、
   前記試験片は、前記車体の、鉄道車両が走行する軌道と対向する底部または前記底部近傍の部位を模擬したものであること、
   を特徴とする鉄道車両の車体の磁界測定方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の鉄道車両の車体の磁界測定方法において、
   前記計測器による前記磁界強度の測定は、鉄道車両の走行に利用される地上子および車上子の情報の授受に悪影響を与える磁界の強度を測定するものであること、
   を特徴とする鉄道車両の車体の磁界測定方法。

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