(57)【要約】【課題】  本発明は、情報伝達をノイズの影響を受けることなく高速大容量伝送が精度良く行えるようにした信号接続装置に関する。【解決手段】  上記課題を達成するため、本発明の信号接続装置２はネットワークによってデータの通信を行う際に、該ネットワークにおけるデータ通信を制御するネットワーク制御手段１５と、搬送波信号を前記データのべ一スパンド信号で変調し、周辺機器が発生するノイズ周波数より高い周波数の変調波信号を発生する信号伝送手段１４とを備え、前記変調波信号を連結された他のネットワークに伝送することを特徴とするものである。【選択図】  図１
2006115479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークによってデータの通信を行う際に、該ネットワークにおけるデータ通信を制御するネットワーク制御手段と、搬送波信号を前記データのべ一スパンド信号で変調し、周辺機器が発生するノイズ周波数より高い周波数の変調波信号を発生する信号伝送手段とを備え、前記変調波信号を連結された他のネットワークに伝送することを特徴とする信号接続装置。
【請求項２】
請求項１において、前記変調波信号を他のネットワークに伝送する接続箇所はシールド材で囲われていることを特徴とする信号接続装置。
【請求項３】
請求項１において、前記信号伝送手段から前記他のネットワークへの経路中に、直流成分信号を遮断する絶縁手段を備えたことを特徴とする信号接続装置。
【請求項４】
請求項１において、前記信号伝送手段は前記周辺機器が発生するノイズ周波数より高い周波数の変調波信号を発生し、該変調波信号を連結された他のネットワークにアンテナによって無線送信することを特徴とする信号接続装置。
【請求項５】
請求項１において、前記ネットワークは２重系のネットワークを有しており、前記信号伝送手段は、第１、第２のネットワークで異なる変調波信号を発生し、該変調波信号を連結された他のネットワークに伝送することを特徴とする信号接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズの影響を受けることなく高速大容量伝送が精度良く行えるようにした信号接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、鉄道車両においては、運用の無駄を排除することを目的として、一列車当たりの車両数が乗客数に応じて調整される。そのため、車両の分離と連結は頻繁に行われる。また、車両の定期検査の時にも、一両単位に切り離して整備するために分離と連結が行われる。このような運用形態に対応するため、車両の前後には、機械的な連結装置以外に、各車両間の情報伝送のために接続装置（信号接続装置）や空気接続装置も設置されている。
【０００３】
信号接続装置としては主にピンとコネクタで接続するものが用いられているが、切り離し後に長時間外気に晒されるために接続端子表面が酸化して酸化膜が発生する。酸化膜は絶縁物であることから、車両を再び連結したときに接続端子間の電気的な接続を阻害する。このため、接続不良が発生し、鉄道運用上の大きな阻害原因となっている。
【０００４】
また、最近の鉄道車両は駆動装置、電源装置、空調設備などはインバータ化されて数Ｈｚから数十ＭＨｚのノイズを発生している。インバータ化されたノイズ発生源の機器は、通常、車両の床下に取付けられている。
【０００５】
鉄道車両は制御信号（保守信号を含む）やサービス信号（メディア信号）などのデータ通信をネットワークを用いて行っている。データ通信装置は、車両内においては金属で作られている車体のシールド効果によって通信エラーが発生しにくくなっている。しかし、車両間は、連結器や各配線で接続されているだけであることからシールド効果が小さくなる。そのため、車両のデータ通信装置間を接続する配線にノイズが印加されて、通信エラーが発生する。
【０００６】
なお、鉄道車両において制御信号（保守信号を含む）やサービス信号（メディア信号）などのデータ通信をネットワークで行うことは、例えば、下記の非特許文献１に記載されている。
【０００７】
接続装置（信号接続装置）の接触不良を防止するには、１０Ｖを超える大きな電圧を印加して酸化膜を電気的に破壊することが知られている。具体的には、車両接続の初期に１０Ｖを越える高電圧を加え、その後は数Ｖの電圧で情報伝達をしたり、常時１０Ｖを越える電圧で情報伝達をしている。また、接続端子の表面を金などの柔らかくて化学変化しにくい導電材料でメッキすることで、接触不良を防止することも広く行われている。
【０００８】
接続初期だけ１０Ｖを越える高電圧を印加して、その後、数Ｖの低電圧で情報通信する方法は、初期の高電圧印加だけでは酸化膜の破壊が十分でなく、再び接触不良が発生する危険性がある。また、高電圧を発生する装置、低電圧の通信装置、およびこれらを切り替える装置が必要となり、構成が複雑になる。
【０００９】
一方、常時１０Ｖを越える高電圧で伝送する方法は、出力段の能動素子の電力損失が増大する。また、電圧の振幅を大きくするほど高速な出力段のトランジスタが必要となることから、最近のシリアル通信のように１０Ｍｂｐｓを越える高速大容量の伝送を実現するのは困難である。
【００１０】
【非特許文献１】雑誌「鉄道車両と技術」ＮＯ．５８、第２頁〜第８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
接続装置の接触不良を防止するには、接続装置にアンテナを設け、車両間を無線通信することが考えられる。鉄道車両のデータ通信は高速大容量化され、高速ブロードバンドネットワークを用いることが検討されている。データ信号の周波数は１０〜１００ＭＨｚ程度であり、インバータ化されたノイズ発生源のノイズの影響を受けることになる。
【００１２】
本発明の目的は、例えば、このような場合においてもノイズの影響を受けることなく高速大容量伝送が精度良く行える信号接続装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を達成するために、本発明は、ネットワークによってデータの通信を行う際に、該ネットワークにおけるデータ通信を制御するネットワーク制御手段と、搬送波信号を前記データのべ一スパンド信号で変調し、周辺機器が発生するノイズ周波数より高い周波数の変調波信号を発生する信号伝送手段とを備え、前記変調波信号を連結された他のネットワークに伝送することを特徴とする信号接続装置を提供することにある。
【００１４】
また、上記課題を達成するために、本発明は信号接続装置において、前記変調波信号を他のネットワークに伝送する接続箇所はシールド材で囲われていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記課題を達成するために、本発明は信号接続装置において、前記信号伝送手段から前記他のネットワークへの経路中に、直流成分信号を遮断する絶縁手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記課題を達成するために、本発明は信号接続装置において、前記信号伝送手段は前記周辺機器が発生するノイズ周波数より高い周波数の変調波信号を発生し、該変調波信号を連結された他のネットワークにアンテナによって無線送信することを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記課題を達成するために、本発明は信号接続装置において、前記ネットワークは２重系のネットワークを有しており、前記信号伝送手段は、第１、第２のネットワークで異なる変調波信号を発生し、該変調波信号を連結された他のネットワークに伝送することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の信号接続装置によれば、車両間のデータ伝送をノイズの影響を受けることなく行え、また、高周波の搬送波をベースバンド信号で変調した変調波信号で伝送すると、データ伝送に必要な帯域にバンドパスフィルタで周波数を制限でき電圧振幅が小さくても通信可能になる。したがって、ノイズの影響を受けることなく高速大容量伝送を精度良く行うことが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１〜図３に本発明の一実施例を示す。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明のネットワーク構成図、図２は無線伝送装置の一例詳細ブロック図、図３は信号接続装置の一例構成図である。
【００２１】
図１において、１は鉄道車両の一車両内のネットワーク構成で、ネットワーク制御装置１５と２台の無線伝送装置１４（Ａ、Ｂ）から構成される。ネットワーク制御装置１５は制御信号（保守信号を含む）やサービス信号などのデータ伝送を制御するもので、ネットワークケーブル１８（IEEE1394、Ethernet（登録商標）ケーブルなど）を通して無線伝送装置１４と接続される。連結された隣接車両とのネットワーク接続は無線伝送装置１４を介して行われ、接続ケーブルには、高周波伝送特性に優れた同軸ケーブル１７が使用される。
【００２２】
ネットワーク制御装置１５と無線伝送装置１４との接続にはEthernet（登録商標）ケーブルなどを使用し、信号（データ）伝送にはベースバンド信号を使用する。車両間の無線伝送装置１４の情報伝送には搬送波をベースバンド信号で変調した変調波信号を使用する。べースバンド信号は、符号化方法にもよるが、０と１で情報を伝送する信号で、通常、直流から数百ＭＨｚの信号帯域成分を有する。一方、変調波信号は、搬送波信号をデータ信号で変調した変調波信号で、搬送波信号の周波数を選定することで、希望の周波数に変換できる。
【００２３】
鉄道車両では、車両を駆動する高電圧インバータ駆動装置や車両内の電源を供給する電源装置など、多くのインバータ装置が使用されているため、数１０ＭＨｚ以下の大きなノイズが存在する。そのため、ベースバンド伝送はこのノイズの影響を受け易くなる。
【００２４】
車両内では、車体が金属で作られているため、このシールド効果により比較的ノイズの影響を受けにくいが、車体間には車体のシールド効果が無く、ノイズの影響が大きくなる。そこで、車両間の伝送にはノイズ源よりも高い周波数にした変調波信号を使用する。車両内の配線には、比較的低価格に準備できるベースバンド伝送を使用する。
【００２５】
従来、車両間の伝送エラーを防止する目的で、１０Ｖ前後の電圧振幅で伝送することが行われていたが、この場合１０Ｍｂｐｓを超える高速伝送を実現することは実用上困難である。これに対し、車両間の伝送に変調波伝送を使用することで、１００Ｍｂｐｓを超える、高速な車両のネットワークが実現できる。
【００２６】
図２は無線伝送装置１４の一例詳細構成を示し、ネットワーク制御装置１５は、ルータ、集線装置（ＨＵＢ）、サーバなどで構成される。無線伝送装置１４のデータ伝送装置１９２はケーブル１８を介してネットワーク制御装置１５に接続されている。データ伝送装置１９２からのデータ信号は変調器１９３で変調され、周波数変換増幅器１９４で希望周波数に変換されると共に増幅される。
【００２７】
周波数変換増幅器１９４によって増幅された変調波信号は、バンドパスフィルタ１９５で不要な信号を取り除きサーキュレータ１９６へ送られる。サーキュレータ１９６は信号伝送に方向性を持ち、バンドパスフィルタ１９５を通過した変調波信号を同軸ケーブル１７に送信し、同軸ケーブル１７から受信した変調波信号をバンドパスフィルタ１９５に伝送せずに受信側のバンドパスフィルタ１９７に伝送する。
【００２８】
隣接車両から送信されてくる変調波信号は、サーキュレータ１９６を通り受信側のバンドパスフィルタ１９７へ送られ、通信に不要な信号が取り除かれる。バンドパスフィルタ１９７を通過した変調波信号は周波数変換増幅器１９８で復調しやすい周波数へ変換すると共に増幅され、復調器１１９で変調波信号からデータ信号が取り出される。
【００２９】
データ伝送装置１９２は、変調器１９３および復調器１９９とネットワーク制御装置１５とのデータ橋渡し処理を行う。具体的には、ネートワーク制御装置１５からのデータ信号がシリアル信号の場合はデータ抽出やクロックの再生を行い、変調器１９３へ送信する。同様に、復調器１９９からのデータ信号に対してもクロック再生などを実行し、ネットワーク処理装置１５の通信方式に合せた後に送信する。
【００３０】
なお、データ伝送装置１９２は、メモリを持ちデータを蓄えて処理しても良いが、データが車両の制御信号の場合には、遅延時間を短縮することが望まれる。具体的には、１０μｓ以下にするのが望ましい。
【００３１】
サーキュレータ１９６は必ずしも必要でなく、混合器を使用することもできる。ただし、鉄道車両では、以下の理由によってサーキュレータ１９６を設けたほうが実用上から望ましい。
【００３２】
鉄道車両では、車両の分割、併合のために伝送路の接続部に電気接続装置が必要となる。同軸ケーブルのような均一な伝送路では問題にならないが、分割併合を必要とする電気接続装置は均一に作成することが難しく、インピーダンスの不整合が発生し、この部分で反射が発生する。反射した信号は送信側へと戻り、送信部の増幅回路の誤動作を発生させる。これを防止するために、サーキュレータ１９６が使用される。
【００３３】
なお、図２は送信と受信を１本の同軸ケーブル１７で伝送する場合を示したが、送信と受信を別な同軸ケーブルで行うようにすることもできる。その場合には、送信部にアイソレータを使用し、送信信号が戻るのを防止する。
【００３４】
次に、車両間の伝送に使用する周波数の設定について説明する。図１に示すように、一車両の無線伝送装置Ａは隣接する他の車両の無線伝送装置Ｂに接続されるので、無線伝送装置Ａの出力信号（変調波信号）は無線伝送装置Ｂで受信され、無線伝送装置Ｂの出力信号（変調波信号）は無線伝送装置Ａで受信されることになる。
【００３５】
搬送波信号を使用した伝送では信号の干渉を防止する必要性から、無線伝送装置１４の送信と受信の搬送波周波数を分離し、受信側のバンドパスフィルタ１９７で自分が送信した信号を除去する必要がある。
【００３６】
また、車両を制御する制御信号（制御データ）を伝送する場合などは信頼性が要求されるので、ネットワークを２重系にするのが一般的である。２重系の場合、信号接続装置での信号の干渉を防止するため、１系と２系で異なる周波数を使用する必要がある。したがって、少なくとも４種類の周波数で伝送する必要があり、４種類の無線伝送装置１４が必要となる。無線伝送装置１４の種類を半減するために搬送波信号の周波数を次のように設定する。
【００３７】
図４は無線伝送装置１４の種類を半減する搬送波信号の周波数割り当ての一例である。この場合、無線伝送装置ＡからＢへの搬送波周波数を帯域１から選定し、１系をｆ１１、２系をｆ１２とする。また、無線伝送装置ＢからＡへの搬送波周波数は帯域２から選定し、１系をｆ２１、２系を２２とする。
【００３８】
さらに、無線伝送装置Ａにおける送信側のバンドパスフィルタ１９５の通過帯域を周波数帯域１、受信側のバンドパスフィルタ１９７の通過帯域を周波数帯域２とし、また、無線伝送装置Ｂにおける送信側のバンドパスフィルタ１９５の通過帯域は周波数帯域２、受信側のバンドパスフィルタ１９７のそれを周波数帯域１する。
【００３９】
このようにすれば、バンドパスフィルタの異なる２種の無線伝送装置で、２重系のネットワークが構成できる。
【００４０】
図３は車両接続部の信号接続装置２の詳細な一例構成を示す。
【００４１】
ネットワーク制御装置１５にはネットワークケーブル１８を通して無線伝送装置１４と駆動装置１６が接続される。駆動装置１６は装置全体を駆動するために使用する。なお、ネットワーク制御装置１５と無線伝送装置１４との接続はIEEE1394やEthernet（登録商標）が用いられ、ネットワーク制御装置１５と駆動装置１６との接続はＣＡＮ（Contro1 Area Network）やDevice Netなどのリアルタイム制御に適したネットワークが用いられる。
【００４２】
無線伝送装置１４には、伝送線路１７（一般的には同軸ケーブル）が接続され、また伝送線路１７にはアンテナ１１が接続される。さらに、アンテナ１１は電気接続装置２を構成する他の車両のもう一つのアンテナ１１と面して配置されている。他の車両のもう一つのアンテナ１１は伝送線路１７を介して無線伝送装置１４に接続される。他の車両の無線伝送装置１４もネットワークケーブル１８でネットワーク制御装置１５が接続されている。
【００４３】
信号接続装置２は電磁シールド構造に形成され、アンテナ１１は金属などの導電性の材料からなる電磁シールド材１２で電気的にシールドされる。アンテナ１１はシールド材１２で囲われている。電磁シールド材１２とアンテナ１１の間には電磁波の吸収材１９が設けられると共に、アンテナ１１はポリエチレンや空気などの絶縁物１３で、電磁シールド材１２および電磁波の吸収材１９と絶縁されている。
【００４４】
無線伝送装置１４は、高周波の搬送波（一般的には正弦波）をネットワーク制御装置１５から送信されるベースバンド信号（データ信号）で変調して、変調波信号を伝送線路１７へ送信する。変調方式としては、例えば符号の大小で搬送波の振幅を変化させるＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調、搬送波の位相を変化させるＰＳＫ（Phase Shift Keying）など多く方式があり、いずれの方式を用いることができる。
【００４５】
無線伝送装置１４から送信された変調波信号はアンテナ１１で放射され他方のアンテナ１１で受信される。他方のアンテナ１１で受信された変調波信号は他方の車両の無線伝送装置１４で復調されベースバンド信号が取り出され、ネットワーク制御装置１５に加えられる。
【００４６】
図３の接続装置２は、外気に晒される車両間の信号接続をアンテナ１１で構成し、アンテナ１１へ変調は信号を伝送することで通信している。そのため車両間のネットワークを電気的に接続する必要がなく、接触不良の問題を回避できる。
【００４７】
車両間のネットワークには駆動装置１６やブレーキなどの重要な情報（制御信号）が伝送される。このため、外部からの妨害電波などで通信が途絶えると、車両の運転停止など大きな問題となる。これを防止するために、アンテナ１１の周辺を金属などの電磁シールド材１２で囲う構造にしている。なお、隣接車両（前後車両）の電磁シールド材１２は機械的に接触して電気的に接続されていてもノイズの影響を防止できる。
【００４８】
電磁シールド材１２はアンテナ１１から放射された電波が外部へ放射されるのを阻止するが、電波を反射する。一方のアンテナ１１から放射された変調波は、直接に他方のアンテナ１１へ向う直接波と、シールド材１２の表面で反射した反射波とが他方のアンテナ１１に受信される。他方のアンテナ１１は直接波と反射波を受信することになり、アンテナ表面で電波の干渉が発生し、受信性能が著しく低下する。
【００４９】
電磁波の吸収材１９はこれを防止するもので、アンテナ１１とシールド材１２の間に設置される。アンテナ１１からシールド材１２方向へ放射された電磁波は吸収剤１９で吸収されるためシールド材１２で反射しなくなる。そのため、他方のアンテナ１１は直接波のみ受信することになり、直接波と反射波の干渉が無くなり受信性能の劣化を防止できる。
【００５０】
なお、電磁波の吸収材１９は必ず必要なものではなく、アンテナ１１、絶縁物１３、およびシールド材１２の幾何学的な構造を工夫し、両アンテナ１１間に導波管のような電磁波の伝送路を形成しても直接波と反射波の干渉を防止できる。
【００５１】
また、接続装置２に使用するアンテナ１１は小さい方が好ましく、アンテナ１１を螺旋状に加工することなどにより小型化できる。ただし、アンテナ１１の大きさは波長の１／１０程度が限界である。
【００５２】
さらに、搬送波は少なくとも被搬送波（ベースバンド信号）の１０倍程度であることが望ましい。現在、実用に供されているネットワークの転送速度は少なくとも、１０ＭＨｚ程度あり、１００ＭＨｚ以上の搬送波周波数を使用することがよい。これにより、アンテナ１１の大きさは少なくとも３０ｃｍ程度にできる。
【００５３】
また、一対のアンテナ１１で双方向通信する場合は、時分割して双方向（Ａ方向とＢ方向）の通信を実行する。Ａ方向通信の場合は、図示左側の無線伝送装置１４が送信装置、図示右側の無線伝送装置１４が受信装置となる。また、Ｂ方向の時は図示左側が受信装置、図示右側が送信装置となる。このように時分割して双方向通信する方式を半二重通信と称している。
【００５４】
一対のアンテナでも常時双方向通信を行うことも可能である。これを全二重通信と称する。この場合、一本の伝送線路１７にｆ１とｆ２の二つの周波数を多重することで実施する。例えば、周波数ｆ１をＡ方向伝送、周波数ｆ２をＢ方向通信に割り当てる。図示右側の無線伝送装置１４では搬送波ｆ１を変調して伝送線路１７へ送信すると共に、伝送線路１７からバンドパスフィルタ１９７で信号ｆ２を取り出し復調する。図示右側の無線伝送装置１４ではこの逆、つまり搬送波ｆ２を変調して送信し、バンドパスフィルタ１９７でｆ１を取り出し復調する。
【００５５】
図５に接続装置２の他の例を示す。
【００５６】
図５に示す接続装置２は複数のアンテナ１１を備えている。図５（ａ）は二対のアンテナ１１を備え、異なる周波数ｆ１、ｆ２で双方向通信する。例えば、周波数ｆ１で図示の左から右へ、周波数ｆ２で図示の右から左へ通信する。したがって、全二重通信が可能となる。
【００５７】
図５（ｂ）は多数のアンテナ１１を接続装置２が備えている例である。異なる周波数ｆ１〜ｆｎで通信することにより、高速な双方向通信が達成できる。一般に、無線通信装置１４の通信速度は有線通信に比べ遅くなる。したがって、無線通信がネットワーク全体の性能を低下させることが多くなる。ネットワークケーブル１８を使用した有線通信の通信速度が半二重通信方式で１００Ｍｐｂｓ、無線通信のアンテナ一対当たりの通信速度が半二重通信方式で１０Ｍｂｐｓ等の場合には、アンテナ１１を１０組設けることによって無線通信による性能低下を防止できる。
【００５８】
図６は接続装置２の一例を示す構成図で、図６（ａ）は外観図、（ｂ）は接続部の断面図である。
【００５９】
一方の接続装置２Ａは次のように構成されている。アンテナ１１の周囲には絶縁物１３を介して金属などからなる電磁シールド材１２Ａが配置され、アンテナ１１から外界への電磁波の放射、外界電磁波の影響を防止する。なお、電磁シールド材１２Ａの内面には図３に示した電磁波の吸収材１９を設けることもできる。
【００６０】
一方の接続装置２Ａを他方の接続装置２Ｂに挿着して電気的に接続するために、他方の接続装置２Ｂのシールド材１２Ｂは、一方の接続装置２Ａのシールド材１２Ａより直径が大きく構成されている。また、各接続装置２Ａ、２Ｂのアンテナ１１は、相対して向かい合うように配置されている。アンテナ１１には伝送線路１７が接続されている。なお、伝送線１７は無線伝送装置１４に接続されている。
【００６１】
図６のように複数のアンテナ１１を一個の接続装置２Ａ、２Ｂに形成することによって、複数の接続を同時に行うができる。
【００６２】
図７は接続装置２の他の例を示す構成図である。図７（ａ）は外観図、（ｂ）は接続部の断面図である。
【００６３】
図７は電気的接続をアンテナでなくピンで構成したものである。図７は図６のアンテナ１１をピン型の接続端子２２と２３にしたものである。オス型の接続端子２２はメス型の接続端子２３の内部へ挿入されることで相互が電気的に接続される。各接続端子２２、２３は伝送線１７によって無線伝送装置１４に接続されている。この場合には、無線伝送装置１４は有線の信号伝送装置が用いられる。
【００６４】
ピン型の接続端子２２、２３は相互を電気的に接続するために設けられている。鉄道車両は接続端子２２と２３を切り離して外気に長時間晒されると、ピン２２、２３の表面が酸化して接触不良を発生する。接触不良が発生した場合、両ピン２２、２３間の寄生容量を介して流れる電流だけとなり、電圧の振幅値が１／１０から１／１００に低下する。
【００６５】
ネットワーク制御装置１５からのベースバンド信号を用いた伝送では、受信信号をある電位を基準としてそれより高電位か低電位かで判定して符号を復元する。そのため、受信信号が数分の１に低下しただけでデータの判別が不可能になる。これに対し、信号伝送装置１４で変調した変調波信号で通信すると、通常、信号レベルが１／１００００程度に減少しても通信できるようになる。
【００６６】
このようにして鉄道車両間のデータ通信を行うのであるが、搬送波をデータ周波数（ベースバンド信号）で変調した変調波信号によって車両間のデータ通信を行うようにしている。変調波信号はノイズ周波数に対して極めて高い周波数にできるので、車両間のデータ伝送をノイズの影響を受けることなく行える。また、高周波の搬送波をベースバンド信号で変調した変調波信号で伝送すると、データ伝送に必要な帯域にバンドパスフィルタで周波数を制限でき電圧振幅が小さくても通信可能になる。したがって、鉄道車両間の情報伝送をノイズの影響を受けることなく高速大容量伝送が精度良く行えるようになる。
【実施例２】
【００６７】
次に、鉄道車両に使用される駆動装置は、数ｋＶの電圧、数百Ａ以上で駆動するため、車両間に大きな電位差が発生する。そのため、図７に示すような電気的に接続された接続装置２を用いると、各車両の信号伝送装置（無線伝送装置１４に相当する有線の信号伝送装置１４）間に電流（直流電流）が流れ、信号伝送装置１４の部品が破損する。
【００６８】
図８にこのようなことを解決するための実施例を示す。なお、図８は接続装置２にアンテナを用いた例を示している。
【００６９】
図８に示すように、信号伝送装置１４と接続装置２の間を分離する絶縁装置２５を設け、直流分を遮断するようにしている。
【００７０】
図８（ｂ）、（ｃ）に絶縁装置２５の具体例を示す。絶縁装置２５としてはトランスあるいはコンデンサが用いられる。２７は増幅器である。
【００７１】
図８（ｂ）のトランスの場合、高周波信号はトランスで相互に伝送されるが、直流はトランスで阻止される。また、図８（ｃ）のコンデンサの場合は、信号とグランドに共にコンデンサを追加することで、高周波のみが相互伝送され、直流はコンデンサによって阻止される。
【００７２】
なお、周波数がＧＨｚを越えるような高周波伝送では、トランスやコンデンサは、ディスクリート部品でなく、パターン配線で基板上に作成したものが用いられる。
【実施例３】
【００７３】
図９、図１０に本発明を採用した鉄道車両のより具体的な構成を示す。
【００７４】
図９は接続装置２が一組の場合であり、図１０は二組の場合を示している。なお、接続装置２はアンテナが一対の例を記載しているが、図５のように複数のアンテナが配置された接続装置２を用いることもできる。
【００７５】
図９において、アンテナ５１はブリッジ型無線伝送装置１４Ｂに接続され、ブリッジ型無線伝送装置１４Ｂはさらにネットワーク制御装置１５へ接続されている。ネットワーク制御装置１５は、無線伝送装置３０と受信装置３１からなるローカルネットワーク（ＬＡＮ）５８に接続されている。ＬＡＮ５８は、無線でネットワークが組まれている。なお、ＬＡＮ５８は画像情報やテキストデータの伝送が主目的に用いられるので情報ＬＡＮと呼ぶことにする。
【００７６】
ネットワーク制御装置１５は、駆動装置１６と運転制御装置３２が接続されている。また、ネットワーク制御装置１５はリピータ型無線伝送装置１４Ｒに接続され、リピータ型無線伝送装置１４Ｒには電気接続装置２が接続されている。ここで、駆動装置１６と運転制御装置３２が接続されたＬＡＮでは、車両機器の制御データが伝送されることから、制御ＬＡＮ５９と呼ぶことにする。
【００７７】
図９の図示左側を先行車両、右側を後続車両とする。後続車両のネットワーク構成は、先行車両と同じなので説明を省略する。また、実際の鉄道車両では、必要に両が応じ複数の車両が接続され、１６両を越えることもある。
【００７８】
まず、ブリッジ型無線伝送装置１４Ｂとリピータ型無線伝送装置１４Ｒについて説明する。
【００７９】
ブリッジ型無線伝送装置１４Ｂは、受信情報を解析して、送信する必要があるポートにだけデータを送信する機能を持っている。一方、リピータ型無線伝送装置１４Ｒは、受信したデータを中継する装置で、入力端子からの受信データは波形成形されただけでそのまま出力端子から送信される。
【００８０】
したがって、ブリッジ型無線伝送装置１４Ｂは、データをメモリに記録して解析する作業が必要となるため、入力したデータが出力されるまでには多くの時間がかかる。これに対してリピータ型無線伝送装置１４Ｒは入力信号を波形成形してそのまま送信するので、入力端子と出力端子間の遅延時間が短くなる。
【００８１】
情報を解析してデータ送信の有無を判定する装置としてルータがある。ブリッジ型無線伝送装置１４Ｂは各機器が接続されているポートを把握していて、データを送信すべき機器がつながっているポートにだけデータを送信する。これに対し、ルータはネットワークを把握していて、データを送信すべきネットワークにだけデータを送信する。
【００８２】
アンテナ５１は列車と外部との通信に使用される。例えば駅のホームに設置された通信装置と通信することで、地上の情報を車両側へ、車両内の情報を地上側へ伝送できる。伝送する情報は、情報ＬＡＮ５８で使用する情報と制御ＬＡＮ５９で使用する情報に分類できる。情報ＬＡＮ５８で使用する情報には、映画などの画像情報、ニュース、乗客情報などがある。また、制御ＬＡＮ５９で使用する情報には、制御装置の温度や故障情報などの機器のメンテナンス情報がある。
【００８３】
アンテナ５１を使用して地上と情報伝送することにより、車両内で画像情報やニュース情報を必要に応じて逐次切り替えることが可能となる。一方、地上側では、車両故障発生時などに車両の状況を受信することで、地上の専門家が状況を的確に把握することで、迅速な対策がとれるようになる。なお、地上側から伝送された画像情報などは、車両内に設置されたハードディスクなどに記録することも可能である。これにより車両と地上間の通信が常時できない環境でも、常時、乗客に画像情報サービスを提供することができる。
【００８４】
なお、図９の場合でも、アンテナ５１に接続される無線伝送装置１４は、必ずしもブリッジ型無線伝送装置１４Ｂでなく、伝送遅延が制御ＬＡＮ５９で必要な時間以内であるならばリピータ型無線伝送装置１４Ｒを用いることもできる。また、ブリッジ型無線伝送装置１４Ｂとネットワーク制御装置１５を一体にて構成したものを用いることもできる。
【００８５】
図１０は、情報ＬＡＮ５８の情報を伝送する接続装置２と、制御ＬＡＮ５９の情報を伝送する接続装置２を分離した構成の例である。
【００８６】
アンテナ５１はブリッジ型無線伝送装置１４Ｂに接続される。ブリッジ型無線伝送装置１４Ｂには、情報ＬＡＮ５８側のネットワーク制御装置１５と、制御ＬＡＮ５９側のネットワーク制御装置１５がそれぞれ独立して接続される。情報ＬＡＮ５８は接続装置２で後続列車の情報ＬＡＮ５８に接続され、また、制御ＬＡＮ５９は接続装置２を通して後続列車の制御ＬＡＮ５９に接続されている。先行列車と後続列車の情報ＬＡＮ５８を結ぶ無線伝送装置にはブリッジ型無線伝送装置１４Ｂが用いられ、制御ＬＡＮ５９を接続する無線伝送装置にはリピータ型無線伝送装置１４Ｒが使用されている。
【００８７】
情報ＬＡＮ５９で通信される情報は、車両間で時間遅れが発生しても問題とならない。また、総ての情報を後続列車に伝送する必要の無いことも多い。そのため、伝送遅延が大きくなるがデータ送信の有無を判定する機能を持つブリッジ型無線伝送装置１４Ｂを用いることが望ましい。
【００８８】
制御ＬＡＮ５９は、複数の装置の協調を取る必要がある。具体的には、駆動装置１６やブレーキ装置（図示せず）が接続されており、例えば車両を停止させる場合、駆動装置１６とブレーキ装置で情報を相互に伝送して、駆動装置１６で足りない制動力をブレーキ装置が補うなどの協調制御を行う。したがって、制御ＬＡＮ５９ではデータの伝送遅延を極力短くする必要がある。具体的には、列車全体で１０ｍｓ以下にすることが望ましい。したがって、制御ＬＡＮ５９には伝送遅延が短いリピータ型無線伝送装置１４Ｒを使用することがよい。
【００８９】
図１１は、情報ＬＡＮ５８の接続装置として開放型のアンテナ５２と５３を使用した例である。
【００９０】
先に説明したように情報ＬＡＮ５８では、データの伝送遅延が発生しても良い。開放型のアンテナの場合、外来電波の影響により通信不良が発生することがある。しかしこのような場合でも、データを再送することで喪失したデータを復活できる。
【００９１】
また、地上側装置と無線伝送するアンテナ５１は、車両の車内または外側のどちらにも設置することができる。図９、図１０は車内に設置した例で、例えば運転席のフロントガラスの上部に設置される。ガラスは電磁波を通過させるので、地上の通信の障害とならない。図１１のように車外に設置すると、ガラスなどの障害物が無くなるために通信距離を長くできるという効果がある。
【００９２】
図１２に駆動装置１６の一例詳細構成図を示す。
【００９３】
図１２において、架線１０４から電力を供給された電力変換器１００は、可変電圧、可変周波数制御した出力を誘導電動機１０３に供給する。ここでは図示しないが、誘導電動機１０３は車両（電気車）の車輪と機械的に連結されており、電力変換器１００の出力に応じて車両を制御する。なお、駆動装置１６は、誘導電動機１０３の定数や電流値から回転速度を推定して誘導電動機１０３を制御する、速度センサレス方式の構成示している。
【００９４】
制御装置１０１には、運転制御装置３２から送られる運転パターン、電流検出器（ＣＴ）１０９で検出した各相出力電流、および電圧検出器（ＰＴ）１１０で検出したフィルタコンデンサ電圧ＥＣＦが入力される。制御装置１０１はこれらの情報をもとにフィードバック制御を行い、結果をゲート信号に変換して電力変換器１００に出力することで、電気車を制御している。
【００９５】
ここで、フィルタリアクトル（ＦＬ）１０７、フィルタコンデンサ（ＦＣ）１０８、電力変換器１００、制御装置１０１は車体の下側に設置されていることから、床下機器と呼ばれている。床下機器の制御装置１０１は、運転台に設置された運転制御装置３２と接続する必要があるため、複雑な車体内を長距離にわたって配線する必要がある。
【００９６】
また、電力変換器１００にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bippolar Transistor）などの高速スイッチングスイッチング素子を使用しているため、大きなスイッチングノイズが発生することから、耐ノイズ性を高める必要がある。
【００９７】
駆動装置１６の制御の処理周期は数百μｓの高速を要求され、このため、電流検出器（ＣＴ）１０９で検出した各相出力電流、および電圧検出器（ＰＴ）１１０で検出したフィルタコンデンサ電圧ＥＣＦなどのフィードバック信号は高速に検出する必要がある。これに対して運転制御装置３２からのパターン情報などは１０ｍｓ程度の周期でよく、高速の応答を必要としない。
【００９８】
無線伝送は有線伝送に比べ、一般的に伝送速度が遅いが、配線を必要としない。運転制御装置３２と制御装置１０１に無線送受信機１０５、１０６を接続し、運転制御装置３２からのパターン情報を無線通信することで、電磁ノイズや配線の問題を解決する。無線通信の速度は、１６ビットのデータを１０個（１６０ビット）を１ｍｓ周期で送信させるとすれば、通信速度は１６０ｋｂｐｓとなる。パターン情報の通信には少なくとも１６０ｋｂｐｓ以上の無線通信設備を使用することが望ましい。
【００９９】
比較的低速の通信でよく、また床下機器から離れた運転台との通信を無線通信させることで、床下機器まで配線が必要がなくなり、省線化が図れる。また無線の絶縁機能により耐ノイズ性向上も図ることができ、かつ床下機器配置の自由度も向上できる。
【０１００】
図１３に床下機器内部の省線化と電気品の配置の自由度を考慮した駆動装置１６の他の例を示す。なお、図１２と同じ部品には同一符号を付している。
【０１０１】
図１３はフィードバック信号であるフィルタコンデンサ（ＦＣ）１０８の電圧検出部を、Ａ／Ｄ変換器と無線機を内蔵した無線機内蔵電圧検出器１１１としたものである。検出したフィルタコンデンサ電圧は制御装置１０１へ通信する。
【０１０２】
図１４に無線機内蔵電圧検出器１１１の一例構成を示す。
【０１０３】
フィルタコンデンサ（ＦＣ）１０８の電圧を分圧器１５１で分圧した直流電圧を電源１５２に入力する。電源１５２は入力電圧が変化しても電圧一定の出力電圧を出力する電源（ＤＣ−ＤＣコンバータ）で、Ａ／Ｄ変換器１５３と無線機１５４へ電力を供給する。また、分圧器１５１の出力はＡ／Ｄ変換器１５３でディジタル信号に変換され、無線機１５４で送信される。
【０１０４】
制御装置１０１にはＡ／Ｄ変換されたフィルタコンデンサ電圧が無線で伝送されるので、フィルタコンデンサ１０８と制御装置１０１の絶縁が必要となくなるばかりでなく、従来使われていたＦＣ１０８と制御装置１０１とのアナログ配線が不要になる。このため、ＦＣ電圧の検出値がノイズの影響を受けにくくなり、制御の高精度化が実現できる。
【０１０５】
フィルタコンデンサ電圧は、２レベルインバータで１信号、３レベルインバータでも上アームと下アーム電圧の２信号であり、データ量としては少ないものとなる。現在、実用に供されている電圧制御の処理周期は２００μｓ程度であり、同等の応答速度を実現しようとすると、１２ビットのＡ／Ｄ変換器を使用しても２００ｋｂｐｓ程度の速度であれば通信は可能である。しかし、より高速に電圧データを読み取る必要のある処理もあり、１Ｍｂｐｓの通信速度とすることが望ましい。
【０１０６】
図１５は、運転制御装置３２、ＦＣ１０８に加え、無線機内蔵電流検出器１１２で検出した誘導電動機１０３のＵ、Ｖ、Ｗ相の電流検出値を無線で制御装置１０１へ通信するようにしたものである。
【０１０７】
駆動装置１６を図１５のように構成することにより、床下機器の省配線と耐ノイズ性が一層高まる。無線機内蔵電流検出器１１２の構成は基本的には無線機内蔵電圧検出器１１１と同様でよく、直流電源、Ａ／Ｄ変換器、無線機から構成される。通信速度も現状の電流制御と同様の応答速度を実現するのであれば、電圧検出と同様の１Ｍｂｐｓでよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上のように、本発明の信号接続装置は、データ伝送をノイズの影響を受けることなく行え、また、高周波の搬送波をベースバンド信号で変調した変調波信号で伝送すると、データ伝送に必要な帯域にバンドパスフィルタで周波数を制限でき電圧振幅が小さくても通信可能になる。したがって、ノイズの影響を受けることなく高速大容量伝送を精度良く行うことが要求される状況において適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の信号伝送装置の一例構成図である。
【図３】信号接続装置の一例を示す断面図である。
【図４】本発明を説明するための周波数特性図である。
【図５】信号接続装置の他の例を示す断面図である。
【図６】信号接続装置の一例を示す構成図である。
【図７】信号接続装置の他の例を示す構成図である。
【図８】本発明の他の実施例の要部を示す構成図である。
【図９】本発明を採用した鉄道車両の具体的な構成図である。
【図１０】本発明を採用した鉄道車両の具体的な他の構成図である。
【図１１】本発明を採用した鉄道車両の具体的な他の構成図である。
【図１２】駆動装置の一例詳細構成図である。
【図１３】駆動装置の他の一例詳細構成図である。
【図１４】無線機内蔵電圧検出器の一例構成図である。
【図１５】駆動装置の他の一例詳細構成図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…ネットワーク構成、２…信号接続装置、１１…アンテナ、１２…電磁シールド材、１３…絶縁材、１４…無線伝送装置、１５…ネットワーク制御装置、１６…駆動装置、１７…同軸ケーブル、１８…ネットワークケーブル、１９…電磁波吸収材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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