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Description
本発明は、地上子に関する。 The present invention relates to a ground element.
従来から、変周式の地上子を地上側に設置し、車上側で地上子を検知して列車の停止制御や速度制御等を行う技術が知られている。車上側は、車上子が地上子と接近したときに当該地上子と電磁結合し、その結果車上子の共振周波数が変化することを利用して、地上側からの情報を受信する。 BACKGROUND ART Conventionally, a technique has been known in which a frequency-variable beacon is installed on the ground side, and the beacon is detected on the top of the train to control the stop or speed of the train. The onboard side receives information from the ground side by utilizing the fact that when the onboard child approaches the ground child, it is electromagnetically coupled to the ground child, and as a result, the resonant frequency of the onboard child changes.
また、伝送可能な情報量を増やすために、複数(例えば2つ)のインダクタを所定の重なり幅で重ねて配置した構成の地上子も知られている(特許文献1を参照)。この地上子は、上方を車上子が通過したときに当該車上子からの送信信号に対して2種類の共振周波数で同時に共振する。よって、2種類の共振周波数の組み合わせの情報を車上側へと伝送することができる。 Furthermore, in order to increase the amount of information that can be transmitted, a ground element is also known in which a plurality of (for example, two) inductors are arranged one on top of the other with a predetermined overlap width (see Patent Document 1). When the onboard element passes above the ground element, it simultaneously resonates at two types of resonance frequencies with respect to the transmission signal from the onboard element. Therefore, information on the combination of two types of resonance frequencies can be transmitted to the upper side of the vehicle.
しかし、特許文献1の技術では、車上子の通過位置によって地上子の共振周波数特性が変化し、車上側で地上子を正しく検知できない事態が生じる場合が起こり得た。すなわち、当該地上子における2つのインダクタは、列車走行方向と交差する方向(まくらぎ方向)に、各々の内側領域が所定の重なり幅の分だけが重なるようにずらして配置されている。そのため、地上子上を車上子が通過するタイミングで列車が動揺する等して車上子の通過位置がインダクタの配置方向(まくらぎ方向)にずれが生じる場合があると、2つのインダクタそれぞれに対する車上子通過位置の相対距離が大きく異なる場合が起きる可能性が考えられた。その場合、それぞれのインダクタに係る共振周波数特性(主に共振周波数での信号振幅)の変動量が異なってしまうため、地上子を適正に検知できなくなる可能性がゼロとは言えない。
However, in the technique of
なお、変周式の応用方式として共振式が知られている。変周式が、発振周波数を変化させる方式であるのに対して、共振式は、地上子側に送信された複数の周波数のうちの共振周波数の振幅を大きくさせる方式(例えば、スペクトラム拡散方式や、新変周式とも称される方式、合成波方式等)のことを指す。広義においては、共振式も変周式に含めることができると考えるが、変周式を狭義と解釈されることをおそれ、念のため、本明細書では別用語として記載する。 Note that a resonance type is known as an applied method of the variable frequency type. While the variable frequency type is a method that changes the oscillation frequency, the resonance type is a method that increases the amplitude of the resonant frequency among multiple frequencies transmitted to the ground element side (for example, a spread spectrum method or , a method also called a new variable frequency method, a composite wave method, etc.). In a broad sense, it is considered that the resonance type can also be included in the variable frequency type, but for fear that the variable frequency type may be interpreted in a narrow sense, it will be described as a different term in this specification.
本発明の課題は、伝送可能な情報量を増やしつつ、車上側で地上子を適正に検知することができる地上子の技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a beacon technology that can appropriately detect a beacon on the vehicle top side while increasing the amount of information that can be transmitted.
上記課題を解決するための第1の発明は、第1のインダクタを有し、車上子からの送信信号に対して第1の共振周波数で共振する第1の共振回路と、第2のインダクタを有し、前記送信信号に対して第2の共振周波数で共振する第2の共振回路と、を備え、前記第1のインダクタは、列車走行方向を前後方向とした上面視において、前後方向の長さが短くなるように左右中央部が凹んでおり、前記第2のインダクタは、前記上面視において、左右方向の長さが短くなるように前後中央部が凹んでおり、前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとが重ねて配置されている、地上子である。 A first invention for solving the above problems includes a first resonant circuit that has a first inductor and resonates at a first resonant frequency with respect to a transmission signal from an onboard element, and a second inductor. and a second resonant circuit that resonates at a second resonant frequency with respect to the transmission signal, and the first inductor has a front-back direction when viewed from above with the train running direction as the front-back direction. The left and right center portions of the second inductor are recessed so that the length is shortened, and the second inductor is recessed at the front and rear center portions so that the length in the left and right direction is shortened in the top view, and the second inductor is recessed so that the length in the left and right direction is shortened when viewed from the top. and the second inductor are arranged in an overlapping manner.
第1の発明によれば、第1の共振回路を構成する第1のインダクタと、第2の共振回路を構成する第2のインダクタとが重ねて配置される。そして、一方の第1のインダクタは、その前後方向の長さが短くなるように左右中央部が凹んでおり、他方の第2のインダクタは、その左右方向の長さが短くなるように前後中央部が凹んでいる。このため、第1のインダクタと第2のインダクタとを重ねて配置した場合であっても、第1のインダクタの巻線内部の磁束通過領域と第2のインダクタの巻線内部の磁束通過領域との重複面積を小さくすることができる。これによれば、特許文献1の技術のように、第1のインダクタと第2のインダクタとをまくらぎ方向に大きくずらして配置する必要がなくなる。よって、列車が動揺する等して車上子の通過位置がまくらぎ方向にずれたとしても、第1のインダクタおよび第2のインダクタそれぞれに対する車上子が通過する位置の相対距離を略同等にすることができるため、それぞれのインダクタに係る共振周波数特性の変動量が略同等となる結果、地上子を適正に検知することができる。
According to the first invention, the first inductor forming the first resonant circuit and the second inductor forming the second resonant circuit are arranged in an overlapping manner. One of the first inductors is recessed at the center of the left and right so that the length in the front and back direction is shortened, and the second inductor is recessed at the center of the front and back so that the length in the left and right direction is shortened. The part is concave. Therefore, even when the first inductor and the second inductor are arranged one on top of the other, the magnetic flux passage area inside the winding of the first inductor and the magnetic flux passage area inside the winding of the second inductor are different. The overlapping area can be reduced. According to this, unlike the technique of
また、この地上子は、車上子からの送信信号に対して第1の共振周波数および第2の共振周波数の2種類の共振周波数で共振する。よって、第1の共振周波数と第2の共振周波数との組み合わせの情報を地上側から車上側へと伝送できる。 Further, this ground element resonates at two types of resonant frequencies, a first resonant frequency and a second resonant frequency, with respect to the transmission signal from the onboard element. Therefore, information on the combination of the first resonant frequency and the second resonant frequency can be transmitted from the ground side to the onboard side.
また、第2の発明は、前記第1のインダクタは、前記上面視において、前記左右中央部が、前後両方向から凹んでおり、前記第2のインダクタは、前記上面視において、前記前後中央部が、左右両方向から凹んでいる、第1の発明の地上子である。 Further, in the second invention, the first inductor has the left and right center portions recessed from both front and rear directions when viewed from the top, and the second inductor has the front and rear center portions recessed from the front and rear directions when viewed from the top. , is the ground coil of the first invention, which is recessed from both left and right directions.
第2の発明によれば、第1のインダクタを、その左右中央部が前後両方向から凹んだ形状とし、第2のインダクタを、その前後中央部が左右両方向から凹んだ形状とすることができる。 According to the second invention, the first inductor can have a shape in which its left and right center portions are recessed from both front and rear directions, and the second inductor can have a shape in which its front and rear center portions are recessed from both left and right directions.
また、第3の発明は、前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとは、前記上面視において、それぞれの中央部が重なるように配置されている、第1又は第2の発明の地上子である。 Further, a third invention provides the ground inductor according to the first or second invention, wherein the first inductor and the second inductor are arranged so that their center portions overlap in the top view. It is.
第3の発明によれば、第1のインダクタと第2のインダクタとが、それぞれの中央部が重なるように配置されることから、上方を通過する車上子の通過位置にかかわらず、当該車上子と各インダクタの中央部との間の距離が同じになる。よって、車上子の通過位置が左右方向(まくらぎ方向)にずれて中央部から離れたとしても、2つの共振回路に係る共振周波数特性が大きく変わることがない。 According to the third invention, since the first inductor and the second inductor are arranged so that their central portions overlap, the vehicle The distance between the upper child and the center of each inductor is the same. Therefore, even if the passing position of the onboard child shifts in the left-right direction (sleeper direction) and moves away from the center, the resonance frequency characteristics of the two resonance circuits do not change significantly.
また、第4の発明は、前記第1のインダクタおよび前記第2のインダクタは、前記上面視において左右対称の形状である、第1~第3の何れかの発明の地上子である。 Further, a fourth invention is the ground element according to any one of the first to third inventions, wherein the first inductor and the second inductor have symmetrical shapes when viewed from above.
第4の発明によれば、車上子の通過位置と各インダクタの中央部との間の距離に対する共振周波数の信号レベルの低減特性は、左右どちらも同じになる。つまり、車上子が中央部よりも左側を通過した場合と、中央部よりも右側を通過した場合の何れの場合も、中央部から離れた距離が同じであれば同じような信号レベルになる。したがって、地上子の左右向きやレールに対する設置位置を厳密に定めなくとも、2つの共振回路に係る共振周波数を同等に検出することができ、ひいては地上子の適正な検知が可能となる。 According to the fourth invention, the reduction characteristic of the signal level of the resonant frequency with respect to the distance between the passing position of the onboard element and the center portion of each inductor is the same on both the left and right sides. In other words, the signal level will be the same whether the vehicle passes on the left side of the center or on the right side of the center if the distance from the center is the same. . Therefore, even if the horizontal direction of the ground element and the installation position with respect to the rail are not strictly determined, the resonance frequencies related to the two resonance circuits can be equally detected, and thus the ground element can be detected properly.
また、第5の発明は、前記第2のインダクタは、前記上面視において、前記第1のインダクタを時計回り又は反時計回りに90度回転させた形状と所定の近似条件を満たす形状である、第1~第4の何れかの発明の地上子である。 Further, in a fifth invention, the second inductor has a shape that satisfies a predetermined approximation condition with a shape obtained by rotating the first inductor by 90 degrees clockwise or counterclockwise when viewed from the top. This is a ground coil according to any one of the first to fourth inventions.
第5の発明によれば、所定の近似条件を満たす形状の2つのインダクタの一方を90度回転させて配置して、地上子を構成することできる。 According to the fifth invention, the ground element can be configured by rotating one of two inductors having a shape that satisfies a predetermined approximation condition by 90 degrees.
また、第6の発明は、前記第1のインダクタおよび前記第2のインダクタは、前記上面視において重畳する領域の面積が、前記送信信号に対する共振時の前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間の電磁結合状態が所定の低減状態となる面積である、第1~第5の何れかの発明の地上子である。 Further, in a sixth aspect of the present invention, the first inductor and the second inductor have an area that overlaps in the top view with an area of the first inductor and the second inductor when resonating with the transmission signal. The ground element according to any one of the first to fifth inventions, wherein the area is such that the electromagnetic coupling state between the ground element and the ground element is in a predetermined reduced state.
第6の発明によれば、第1のインダクタおよび第2のインダクタの地上子の上面視において重畳する領域の面積を、車上子からの送信信号に対する共振時の第1のインダクタと第2のインダクタとの間の電磁結合状態が所定の低減状態となる面積として、各インダクタを重ねて配置することができる。 According to the sixth invention, the area of the overlapping region of the first inductor and the second inductor in the top view of the ground element is determined by the area of the area where the first inductor and the second inductor overlap when viewed from above of the ground element. The inductors can be arranged one on top of the other to provide an area where the electromagnetic coupling state between the inductors and the inductors is reduced to a predetermined value.
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、同一部分には同一の符号を付す。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and the forms to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiments. In addition, in the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本実施形態における地上子1の概略回路構成および当該地上子1を設置した軌道の概略を示す模式図である。図1に示すように、地上子1は、一対のレール3,3を支持するまくらぎ5の上部やまくらぎ5の間等において、左右のレール3,3間に設置される。より詳細には、地上子1は、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2の配置方向が列車走行方向(レール3,3に沿う方向)と交差する方向に沿う向きで、左右のレール3,3間に設置される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic circuit configuration of a
地上子1は、変周式又は共振式の地上子であり、上方を通過する列車の車上子からの送信信号に対して第1の共振周波数f1で共振する第1の共振回路11と、当該送信信号に対して第2の共振周波数f2で共振する第2の共振回路13と、を備える。第1の共振回路11は、第1のインダクタL1とコンデンサC1とを有し、第2の共振回路13は、第2のインダクタL2とコンデンサC2とを有する。この地上子1は、受動素子で回路が構成されており、電源を必要とせず、演算回路等のいわゆる電子回路やリレー等を搭載しておらず、他装置とのケーブル接続の必要のない、単体装置のみで設置完了となる装置である。
The
図2は、地上子1の俯瞰図であり、地上子1の上面視でみた第1のインダクタL1および第2のインダクタL2を模式的に示している。ここで、列車走行方向を前後方向とし、列車走行方向と交差する第1のインダクタL1および第2のインダクタL2の配置方向を左右方向と定義する。
FIG. 2 is an overhead view of the
図2に示すように、第1のインダクタL1で囲む領域と第2のインダクタL2で囲む領域とは、地上子1の上面視において一部の領域が重畳する形状を有する。そして、当該重畳する領域(以下「上面視重畳領域」という)の面積が、所定の面積とされる。図2では、上面視重畳領域にハッチングを付して示している。なお、このハッチングはベタパターンという意味ではなく、単に理解を容易にするための図示であり、実際の地上子1にはハッチングに相当する部材があるわけではない。第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とは、例えば、それぞれ渦巻き状のコイルパターンを基板15に印刷して実装される。コイルパターンの巻き数は適宜設定することができ、基板15の内層を増やしスルーホールを形成して各内層のコイルパターンを接続して増やすこともできる。
As shown in FIG. 2, the region surrounded by the first inductor L1 and the region surrounded by the second inductor L2 have shapes such that some of the regions overlap when the
第1のインダクタL1で囲む領域は、第1のインダクタL1の巻線内部の磁束通過領域と言うことができる。同じく、第2のインダクタL2で囲む領域は、第2のインダクタL2の巻線内部の磁束通過領域と言うことができる。そして、上面視重畳領域は、第1のインダクタL1の巻線内部の磁束通過領域と、第2のインダクタL2の巻線内部の磁束通過領域との重畳領域である。もしも仮に、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2の巻線形状を単純な円形や長方形とした場合、第1のインダクタL1の中央部と第2のインダクタL2の中央部とを重ねるように配置すると、上面視重畳領域が大きくなってしまう。上面視重畳領域を小さくしたければ、第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とを大きくずらして配置せざるを得ない。 The region surrounded by the first inductor L1 can be said to be a magnetic flux passage region inside the winding of the first inductor L1. Similarly, the area surrounded by the second inductor L2 can be said to be a magnetic flux passage area inside the winding of the second inductor L2. The overlapping region in top view is an overlapping region of the magnetic flux passing region inside the winding of the first inductor L1 and the magnetic flux passing region inside the winding of the second inductor L2. If the winding shapes of the first inductor L1 and the second inductor L2 are made into a simple circle or rectangle, the central part of the first inductor L1 and the central part of the second inductor L2 should be overlapped. If they are arranged, the overlapping region in top view becomes large. If it is desired to reduce the overlapping region in top view, it is necessary to arrange the first inductor L1 and the second inductor L2 with a large deviation.
しかし、本実施形態によれば、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2を特異な形状としたため、中央部を重ねるように配置した図2の場合であっても、上面視重畳領域を小さくすることができる。列車が動揺する等して車上子の通過位置がまくらぎ方向にずれたとしても、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2それぞれに対する車上子が通過する位置の相対距離を略同等にすることができるため、それぞれのインダクタに係る共振周波数特性の変動量が略同等となる結果、地上子1を適正に検知することが可能となる。
However, according to the present embodiment, since the first inductor L1 and the second inductor L2 have a unique shape, even in the case of FIG. can do. Even if the passing position of the onboard child is shifted in the sleeper direction due to the movement of the train, etc., the relative distances of the passing position of the onboard child with respect to each of the first inductor L1 and the second inductor L2 are made approximately equal. As a result, the amount of variation in the resonance frequency characteristics related to each inductor becomes approximately the same, and as a result, it becomes possible to appropriately detect the
より詳細に説明する。
図3に、図2中の第1のインダクタL1を抜き出して示し、図4に、図2中の第2のインダクタL2を抜き出して示す。
This will be explained in more detail.
FIG. 3 shows an extracted first inductor L1 in FIG. 2, and FIG. 4 shows an extracted second inductor L2 in FIG.
(1)各インダクタの形状について
先ず、第1のインダクタL1は、図3に示すように、地上子1の上面視において左右中央部の前後方向の長さが左側部および右側部の前後方向の長さL23より短くなるように、その左右中央部が凹んだ形状を有する。図3の例では、左右中央部の前後方向の長さは、第1のインダクタL1の中央部(中心付近)において最も短い長さL21とされている。一方、第2のインダクタL2は、図4に示すように、当該上面視において、前後中央部の左右方向の長さが、前方部および後方部の左右方向の長さL33より短くなるように凹んでいる。図4の例では、前後中央部の左右方向の長さは、第2のインダクタL2の中央部において最も短い長さL31とされている。
(1) About the shape of each inductor First, as shown in FIG. 3, the first inductor L1 has a length in the front-rear direction of the left and right center portions when viewed from above of the
これは、次のように表現することもできる。すなわち、第1のインダクタL1は、上面視において、上辺の左右中央部分と、下辺の左右中央部分とが、互いに当該第1のインダクタL1の中央部に向かって接近するように、凹形状に屈曲した形状である。一方、第2のインダクタL2は、上面視において、左辺の上下中央部分と、右辺の上下中央部分とが、互いに当該第2のインダクタL2の中央部に向かって接近するように凹形状に屈曲した形状である。 This can also be expressed as follows. That is, the first inductor L1 is bent in a concave shape such that the left and right center portions of the upper side and the left and right center portions of the lower side approach each other toward the center of the first inductor L1 when viewed from above. It has a shape. On the other hand, the second inductor L2 is bent in a concave shape such that the upper and lower center portions of the left side and the upper and lower center portions of the right side approach each other toward the center of the second inductor L2 when viewed from above. It is the shape.
本実施形態では、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2は、左右対称の形状であって、一方のインダクタである第2のインダクタL2が、地上子1の上面視において、他方の第1のインダクタL1を時計回り又は反時計回りに90度回転させた形状と所定の近似条件を満たす形状を有する。
In this embodiment, the first inductor L1 and the second inductor L2 have a symmetrical shape, and one inductor, the second inductor L2, is the other inductor, the first inductor, in a top view of the
具体的には、例えば、図2~図4に示すように、第1のインダクタL1の形状は、地上子1の上面視において、左右中央部が、当該第1のインダクタL1の中央部を残して前後対称に山形状に切り欠かれた形状であり、第2のインダクタL2の形状は、当該上面視において、前後中央部が、当該第2のインダクタL2の中央部を残して左右対称に山形状に切り欠かれた形状となっており、外観として互いに近似する形状となっている。
Specifically, as shown in FIGS. 2 to 4, for example, the shape of the first inductor L1 is such that, when viewed from above of the
そして、これら第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とは、重ねて配置されている。本実施形態では、当該上面視において各々の中央部が重なるように配置されている。 The first inductor L1 and the second inductor L2 are arranged in an overlapping manner. In this embodiment, they are arranged so that their central portions overlap in the top view.
(2)上面視重畳領域の面積について
次に、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2の図2中にハッチングを付して示した上面視重畳領域の面積は、車上子からの送信信号に対する共振時の第1のインダクタL1と第2のインダクタL2との間の電磁結合状態が、所定の低減状態となる面積とされる。低減状態とは、当該共振時の第1のインダクタL1と第2のインダクタL2との間の電磁結合状態が、無視できる程度に十分に小さい状態をいう。当該共振時における第1のインダクタL1と第2のインダクタL2との電磁結合の度合いは、上面視重畳領域の面積によって増減する。
(2) Regarding the area of the overlapping region in top view Next, the area of the overlapping region in top view shown with hatching in FIG. The area is set such that the electromagnetic coupling state between the first inductor L1 and the second inductor L2 at the time of resonance with respect to the signal is in a predetermined reduced state. The reduced state refers to a state in which the electromagnetic coupling state between the first inductor L1 and the second inductor L2 at the time of resonance is sufficiently small to be ignored. The degree of electromagnetic coupling between the first inductor L1 and the second inductor L2 at the time of resonance increases or decreases depending on the area of the overlapping region when viewed from above.
ここで、図5を参照し、上面視重畳領域の面積と電磁結合の度合いとの関係について説明する。図5では、簡単な説明のため、2つのインダクタL1,L2を有する地上子10であって、各インダクタL1,L2が上面視でみて長方形状を有し、互いにその内側の所定面積の領域が上面視重畳領域として重なるように配置されて構成された地上子10を示している。図5に示す地上子10は、特許文献1に開示された従来の構成の地上子である。
Here, with reference to FIG. 5, the relationship between the area of the overlapping region when viewed from above and the degree of electromagnetic coupling will be described. For simple explanation, FIG. 5 shows a
例えば、当該共振時に第1のインダクタL1に生じる磁束に着目すると、この第1のインダクタL1に生じる磁束の第2のインダクタL2を貫く向きが、第2のインダクタL2の内側領域のうちの第1のインダクタL1と重なった上面視重畳領域の部分(ハッチングを付した部分)131と、第1のインダクタL1と重なっていない部分(破線で囲った部分)133とで逆になり、各部分131,133の磁束が打ち消し合ってその総和が変動する。当該共振時に第2のインダクタL2に生じた磁束の第1のインダクタL1を貫く向きについても同様のことがいえる。したがって、各部分131,133の磁束の総和が0(ゼロ)になる(或いはゼロ相当になる)ように、換言すると、上面視重畳領域の面積を部分131と部分133とで磁束が等しくなるような面積とすれば、当該共振時の第1のインダクタL1と第2のインダクタL2との電磁結合をほぼ0の状態(ゼロ相当状態)とすることができる。
For example, focusing on the magnetic flux generated in the first inductor L1 at the time of resonance, the direction of the magnetic flux generated in the first inductor L1 passing through the second inductor L2 is the first in the inner region of the second inductor L2. The
ゼロ相当状態について別の観点から説明する。一般的に、インダクタにおける磁束密度は、巻線内部で高く、巻線外部においてはインダクタから離れるに従って低くなる。図2に示すように、本実施形態の地上子1では、その上面視において、第1のインダクタL1の中央部と第2のインダクタL2の中央部とが重なるように配置され、上面視重畳領域は、インダクタL1およびインダクタL2の何れにおいても巻線の内部領域となる。例えば、第1のインダクタL1に着目すれば、上面視重畳領域となる部分(第1のインダクタL1の内部)の磁束密度は、上面視重畳領域とならない部分(例えばインダクタL2の内部領域であり、インダクタL1の外部領域である部分)の磁束密度と比べて高い。第2のインダクタL1に着目した場合も同様である。一方、ゼロ相当状態とは、図5を参照して説明した通り、上面視重畳領域の部分131と、第1のインダクタL1と重なっていない部分133とにおいて、それぞれの磁束の総和が0(ゼロ)になる(或いはゼロ相当になる)状態のことである。上面視重畳領域の部分131は磁束密度が高いため、ゼロ相当状態にするためには、上面視重畳領域とならない部分の面積に対して上面視重畳領域の面積をやや小さくするだけでは足りず、磁束が等しくなるような相対面積比となる特定の面積にまで上面視重畳領域の面積を小さくする必要がある。
The zero-equivalent state will be explained from another perspective. Generally, the magnetic flux density in an inductor is high inside the winding, and decreases outside the winding as the distance from the inductor increases. As shown in FIG. 2, in the
よって、事前に電磁界解析を行って電磁結合状態をゼロ相当状態とする上面視重畳領域の面積を特定し、実際の上面視重畳領域の面積が特定した面積に対して所定の誤差範囲に収まるようにすれば、電磁結合状態の低減状態を実現できる。 Therefore, we perform electromagnetic field analysis in advance to identify the area of the top-view superimposition region that makes the electromagnetic coupling state equivalent to zero, and ensure that the actual area of the top-view superimposition region falls within a predetermined error range with respect to the specified area. By doing so, it is possible to realize a reduced state of electromagnetic coupling.
そこで、本実施形態では、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2を、図2~図4を参照して説明したような特異な形状とする。その上で、図2中にハッチングを付して示す上面視重畳領域の面積が前述の誤差範囲に収まるように、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2の寸法が規定される。具体的には、左側部および右側部の幅(左右方向の長さ)や前方部および後方部の幅(前後方向の長さ)、左右中央部や前後中央部の切り欠きの深さ等が規定される。これによれば、車上子からの送信信号に対する共振時にインダクタL1,L2間が電磁結合し、各共振回路11,13の共振周波数特性(図3を参照)に影響し合う事態を抑制できる。よって、共振周波数f1,f2の組み合わせの情報を地上側へと正確に伝送することが可能となる。
Therefore, in this embodiment, the first inductor L1 and the second inductor L2 have unique shapes as described with reference to FIGS. 2 to 4. Then, the dimensions of the first inductor L1 and the second inductor L2 are defined so that the area of the overlapping region shown by hatching in FIG. 2 in a top view falls within the above-mentioned error range. Specifically, the width of the left and right sides (length in the left-right direction), the width of the front and rear parts (length in the front-rear direction), the depth of the notch in the left-right center part and the front-rear center, etc. stipulated. According to this, it is possible to suppress a situation where the inductors L1 and L2 are electromagnetically coupled during resonance with a transmission signal from the onboard element, and mutually influence the resonant frequency characteristics (see FIG. 3) of the respective
また、インダクタの製造は、従来のような電線を手巻きする方式ではなく、基板15への銅箔等のパターン実装によって行う。したがって、重なり幅W1に関する地上子1の製造バラツキを、設計幅に対して5mm以下の誤差範囲に抑えることができ、特定の2つの共振周波数f1,f2で確実に共振する高品質な地上子の量産を容易かつ現実的に実現可能とすることができる。
Furthermore, the inductor is manufactured by pattern mounting of copper foil or the like on the
図6に、地上子1の共振周波数特性と、共振周波数f1,f2を検出するために車上子が送信する送信信号との概略を示す。図6に示すように、車上子は、複数の周波数成分を含んだ所定の周波数帯域fL~fHの合成信号を送信信号として出力する。周波数帯域fL~fHは、50kHz~300kHzの範囲内で適宜設定される。一方、地上子1は、上方を車上子が通過したときに、当該車上子からの送信信号に対して第1の共振周波数f1および第2の共振周波数f2の2種類の共振周波数で同時に共振する。したがって、車上側では、当該送信信号に対する地上子1の共振時に車上子に生じた周波数信号を解析することで、地上子1の共振周波数特性から振幅の大きい2種類の共振周波数f1,f2をほぼ同時に一度に検出することができる。
FIG. 6 schematically shows the resonance frequency characteristics of the
図1の説明に戻り、コンデンサC1,C2は、対応する共振周波数f1,f2に応じた必要な容量値を有する。例えば、予め用意される共振周波数の異なる複数種類(例えば9種類)のコンデンサ素子の中から異なる共振周波数に対応する2つを選択して地上子1に搭載することとして各インダクタL1,L2に接続して用いることができる。あるいは、複数種類のコンデンサ素子を地上子1に搭載しておき、コンデンサ素子を選択あるいは組み合わせるスイッチを介して選択的に各インダクタL1,L2と接続する構成でもよい。
Returning to the explanation of FIG. 1, the capacitors C1 and C2 have required capacitance values according to the corresponding resonance frequencies f1 and f2. For example, two capacitor elements corresponding to different resonance frequencies are selected from a plurality of pre-prepared types (for example, nine types) of capacitor elements with different resonance frequencies, and are mounted on the
これによれば、インダクタL1,L2は変えずにコンデンサC1,C2を変更することで、所望の2つの共振周波数f1,f2で共振する地上子1を簡単に構成できる。インダクタL1,L2が実装された基板15は共通して利用することができるため、基板15を製造するコスト面でも有利である。したがって、地上子1は、異なる共振周波数f1,f2の組み合わせが示す情報を車上側へと伝送することができる。組み合わせの総数は、共振周波数の種類をM種類、共振回路の数をNとすると、MCN通りとなる。例えば、共振回路の数が2つ(N=2)で、用意されるコンデンサ素子が9種類(M=9)の場合、36通りの情報が伝送可能となる。
According to this, by changing the capacitors C1 and C2 without changing the inductors L1 and L2, it is possible to easily configure the
以上説明したように、本実施形態によれば、車上子からの送信信号に対し、第1の共振周波数f1で共振する第1の共振回路11と、第2の共振周波数f2で共振する第2の共振回路13とを備えた地上子1を実現できる。そして、その第1のインダクタL1および第2のインダクタL2を、上面視重畳領域の面積が所定の面積となるように重ねて配置することができる。本実施形態では、第1のインダクタL1と、第2のインダクタL2とが地上子1の上面視において中央部が重なる位置に配置される。しかも、第1のインダクタL1は、その前後方向の長さが短くなるように左右中央部が凹んでおり、第2のインダクタL2は、その左右方向の長さが短くなるように前後中央部が凹んでいる。このため、第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とを重ねて配置した場合であっても、第1のインダクタL1の巻線内部の磁束通過領域と第2のインダクタL2の巻線内部の磁束通過領域との重複面積である上面視重畳領域の面積を小さくすることができる。本実施形態では、当該面積を、車上子からの送信信号に対する共振時の第1のインダクタL1と第2のインダクタL2との間の電磁結合状態が、所定の低減状態となる面積とすることができる。これにより、上面視重畳領域の面積を小さくしつつ、第1のインダクタL1の中央部と第2のインダクタL2の中央部とが重なった配置を実現している。よって、従来技術のように、第1のインダクタと第2のインダクタとをまくらぎ方向に大きくずらして配置する必要がなくなる。
As explained above, according to the present embodiment, the first
すなわち、図5に例示した従来の構成の地上子10では、上述したように、車上子の通過位置によって地上子10の共振周波数特性が変化し、車上側で地上子10を正しく検知できない場合があった。図5の地上子10は2つのインダクタを前後方向(列車走行方向)と交差する左右方向(まくらぎ方向)に所定の重なり幅で重ねて配置した構成であるため、車上子の通過位置が左右方向にずれると車上子から各インダクタの中央部までの距離が変わってしまい、図6に示す共振周波数特性が得られない事態が生じ得たのである。
That is, in the case of the
これに対し、本実施形態の地上子1では、第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とが地上子1の上面視において中央部が重なる位置に配置される。しかし、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2は特異な形状を有しているため、上面視重畳領域の面積を小さく、共振時の第1のインダクタL1と第2のインダクタL2との間の電磁結合状態が所定の低減状態となる面積とすることができる。よって、列車が動揺する等して車上子の通過位置がまくらぎ方向にずれたとしても、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2それぞれに対する車上子が通過する位置の相対距離を略同等にすることができるため、それぞれのインダクタに係る共振周波数特性の変動量が略同等となる結果、地上子を適正に検知することができる。したがって、車上子の通過位置が左右方向(まくらぎ方向)にずれて中央部から離れたとしても、車上側で地上子を適正に検知することができる。
On the other hand, in the
しかも、第1の共振周波数f1と第2の共振周波数f2との組み合わせの情報を一度に地上側から車上側へと伝送できるので、当該組み合わせによって伝送可能な情報量を増やすことが可能となり、当該組み合わせが示す情報を一度に確実に車上側へ伝送できる。伝送可能な情報量を増やしつつ、車上側が地上子を適正に検知することが可能となる。 Moreover, since the information on the combination of the first resonant frequency f1 and the second resonant frequency f2 can be transmitted from the ground side to the onboard side at once, it is possible to increase the amount of information that can be transmitted by this combination, The information indicated by the combination can be reliably transmitted to the top of the vehicle all at once. While increasing the amount of information that can be transmitted, it becomes possible for the vehicle's upper side to properly detect the beacon.
また、本実施形態では、第1のインダクタL1および第2のインダクタL2が、地上子1の上面視において左右対称の形状を有する。よって、車上子の通過位置と各インダクタの中央部との間の距離に対する共振周波数の信号レベルの低減特性は、車上子が中央部よりも左側を通過した場合と、中央部よりも右側を通過した場合の何れの場合も、中央部から離れた距離が同じであれば同じような信号レベルになる。したがって、地上子1の左右向きやレール3,3に対する設置位置を厳密に定めることなく、地上子を適正に検知できる。
Further, in the present embodiment, the first inductor L1 and the second inductor L2 have symmetrical shapes when viewed from above of the
なお、地上子の上面視における第1のインダクタL1および第2のインダクタL2の形状は、図2~図4に示した上記実施形態の形状に限定されない。例えば、図7に示すように、第1のインダクタL1の形状を、地上子1aの上面視において、左右中央部が、当該第1のインダクタL1の中央部を残して前後対称に矩形状に切り欠かれた形状(H字状)とし、第2のインダクタL2の形状を、当該上面視において、前後中央部が、当該第2のインダクタL2の中央部を残して左右対称に矩形状に切り欠かれた形状(H字状)とすることもできる。山形状や矩形状の他にも、図示しないが、円形状や多角形状に切り欠いた形状としてもよい。
Note that the shapes of the first inductor L1 and the second inductor L2 when the ground element is viewed from above are not limited to the shapes of the above embodiments shown in FIGS. 2 to 4. For example, as shown in FIG. 7, the shape of the first inductor L1 is cut into a rectangular shape symmetrically in the front and rear, with the left and right center portions remaining in the center portion of the first inductor L1 when viewed from above of the
図7に示す形状であっても、第1のインダクタL1は、上面視において、左右中央部の前後方向の長さが、左側部および右側部の前後方向の長さより短い長さとされる。また、第2のインダクタL2は、上面視において、前後中央部の左右方向の長さが、前方部および後方部の左右方向の長さより短い長さとされる。そして、これら第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とは、当該上面視において中央部が重なる位置に配置される。 Even in the shape shown in FIG. 7, the length of the first inductor L1 in the front-rear direction at the left and right center portions is shorter than the length in the front-rear direction of the left and right portions when viewed from above. Further, in the second inductor L2, when viewed from above, the length in the left-right direction at the front-rear center portion is shorter than the length in the left-right direction at the front portion and the rear portion. The first inductor L1 and the second inductor L2 are arranged at a position where their central portions overlap in the top view.
また、図2や図7では、各々の中央部(中心付近)が重なる位置で第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とが重ねて配置された例を示したが、両者の位置関係は、当該上面視において中心位置が完全に重なる位置関係に限らず、当該上面視において中心位置が多少ずれて配置されていてもよい。具体的には、車上子において振幅の大きい2種類の共振周波数f1,f2をほぼ同時に検出できるように、上面視重畳領域の面積が所定の低減状態となる位置関係で配置されていればよい。第1のインダクタL1の凹んだ左右中央部と、第2のインダクタL2の凹んだ前後中央部の一部又は全部が重なるように配置するとよい。 Furthermore, in FIGS. 2 and 7, an example is shown in which the first inductor L1 and the second inductor L2 are arranged in an overlapping manner at a position where their central parts (near the center) overlap, but the positional relationship between the two is The positional relationship is not limited to a positional relationship in which the center positions completely overlap in the top view, but the center positions may be slightly shifted in the top view. Specifically, it is sufficient that they are arranged in a positional relationship such that the area of the overlapping region in a top view is reduced to a predetermined state so that two types of resonance frequencies f1 and f2 with large amplitudes can be detected almost simultaneously in the onboard element. . It is preferable to arrange the recessed left and right center portions of the first inductor L1 so that part or all of the recessed front and rear center portions of the second inductor L2 overlap.
形状についても、第1のインダクタL1を左右対称の形状とし、第2のインダクタL2を上下対称の形状とする構成に限定されない。図8は、本変形例における地上子1bの第1のインダクタL1および第2のインダクタL2を説明する模式図である。地上子1bの上面視における第1のインダクタL1および第2のインダクタL2の形状は、図8に示すような形状とすることもできる。図9に、図8中の第1のインダクタL1を抜き出して示し、図10に、図8中の第2のインダクタL2を抜き出して示す。
The shape is also not limited to the configuration in which the first inductor L1 has a laterally symmetrical shape and the second inductor L2 has a vertically symmetrical shape. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the first inductor L1 and the second inductor L2 of the
すなわち、第1のインダクタL1と第2のインダクタL2とは、上面視重畳領域の面積が所定の低減状態となる面積となるように両者を重ねて配置することで、2種類の共振周波数f1,f2をほぼ同時に検出できる構成であればよい。そのため、例えば、図8~図10に示すように、第1のインダクタL1の左右の形状や第2のインダクタL2の上下の形状がそれぞれ非対称の異なる形状で構成されていてもよい。 That is, the first inductor L1 and the second inductor L2 are arranged in an overlapping manner so that the area of the overlapping region when viewed from above becomes an area where a predetermined reduction state is achieved, so that two types of resonance frequencies f1, Any configuration is sufficient as long as it can detect f2 almost simultaneously. Therefore, for example, as shown in FIGS. 8 to 10, the left and right shapes of the first inductor L1 and the upper and lower shapes of the second inductor L2 may each be configured to have different asymmetric shapes.
1,1a 地上子、11 第1の共振回路、L1 第1のインダクタ、C1 コンデンサ、13 第2の共振回路、L2 第2のインダクタ、C2 コンデンサ、15 基板、f1 第1の共振周波数、f2 第2の共振周波数、3 レール、5 まくらぎ 1, 1a ground element, 11 first resonant circuit, L1 first inductor, C1 capacitor, 13 second resonant circuit, L2 second inductor, C2 capacitor, 15 substrate, f1 first resonant frequency, f2 th 2 resonant frequency, 3 rail, 5 sleeper
Claims (6)
第2のインダクタを有し、前記送信信号に対して第2の共振周波数で共振する第2の共振回路と、
を備え、
前記第1のインダクタは、列車走行方向を前後方向とした上面視において、前後方向の長さが短くなるように左右中央部が凹んでおり、
前記第2のインダクタは、前記上面視において、左右方向の長さが短くなるように前後中央部が凹んでおり、
前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとが重ねて配置されている、
地上子。 a first resonant circuit having a first inductor and resonating at a first resonant frequency with respect to a transmission signal from the onboard element;
a second resonant circuit having a second inductor and resonating at a second resonant frequency with respect to the transmission signal;
Equipped with
The first inductor is recessed at the left and right center portions so that the length in the front and back direction is shortened when viewed from above with the train running direction as the front and back direction,
The second inductor is recessed in the front and rear central portions so that the length in the left and right direction is shortened in the top view,
the first inductor and the second inductor are arranged in an overlapping manner;
Ground child.
前記第2のインダクタは、前記上面視において、前記前後中央部が、左右両方向から凹んでいる、
請求項1に記載の地上子。 In the first inductor, when viewed from above, the left and right center portions are recessed from both front and back directions,
The second inductor is configured such that, when viewed from above, the front and rear central portions are recessed from both left and right directions.
The ground coil according to claim 1.
請求項1又は2に記載の地上子。 The first inductor and the second inductor are arranged such that their center portions overlap in the top view;
The ground coil according to claim 1 or 2.
請求項1~3の何れか一項に記載の地上子。 The first inductor and the second inductor have symmetrical shapes in the top view,
The ground coil according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4の何れか一項に記載の地上子。 The second inductor has a shape that satisfies a predetermined approximation condition with a shape obtained by rotating the first inductor by 90 degrees clockwise or counterclockwise when viewed from above.
The ground coil according to any one of claims 1 to 4.
請求項1~5の何れか一項に記載の地上子。 The area of the overlapping region of the first inductor and the second inductor in the top view is such that the electromagnetic coupling state between the first inductor and the second inductor at the time of resonance for the transmission signal is is the area that results in a predetermined reduced state,
The ground coil according to any one of claims 1 to 5.
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