(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数範囲７３〜１３０ｋＨｚで使用されるＡＴＳ装置の変周式地上子において、
該地上子を構成するコイルとして、素線をポリウレタンで絶縁した導体を３０〜５０本束ね、該束ねた導体をポリエチレンによって被覆してポリエチレン被覆線を形成し、この被覆線を長方形状のコイル枠に巻回したものを使用し、前記地上子の共振周波数が７３ｋＨｚにおいて、コイルのＱ値を２１０以上としたことを特徴とする変周式地上子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変周式の自動列車停止装置の地上子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
変周式自動列車停止装置（ＡＴＳ）は、車上子を常時発振周波数（１０５ＫＨｚあるいは１０３ＫＨｚ）に発振させておき、列車の進行方向の信号機が停止現示のときに地上子から停止信号現示情報（通常１３０ＫＨｚの信号）を送信し、その情報を受信した車上子の発振周波数を１３０ＫＨｚに変周してＡＴＳ装置を動作させるものである。車上子で停止信号現示情報を受信すると警報を発し、所定時間内に運転手が確認ボタンを操作しない場合には、自動的に非常ブレーキを作動させて列車を自動的に停止させる。
【０００３】
変周式地上子の基本的な回路は、コイルと複数のコンデンサとからなる共振回路であり、コンデンサの容量を切換えることによりその発振周波数を変化させる。この回路による変周式地上子の具体的な動作は以下の通りである。例えば、地上子の共振回路の周波数が１０３ＫＨｚで共振するように構成されている場合には、この地上子上を列車が通過しても、車上装置の発振周波数は変化せず車上装置は警報動作を行わない。次に、共振回路に接続されているコンデンサの容量が切換えられ、共振回路の周波数が１３０ＫＨｚで共振するように構成された場合には、この地上子上を列車が通過すると、車上装置の発振周波数は１３０ＫＨｚに変周され、車上装置は警報動作を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
変周式ＡＴＳ装置の開発に伴ない地上子および車上子の機能が拡張され、使用される周波数の数が増加するとともにその使用周波数帯域の幅も広範囲となってきた。
ところで、地上子の性能は共振周波数とＱ（先鋭度）によって決定され、Ｑの値は、Ｑ＝２πｆＬ／Ｒの計算式によって与えられる。従来の地上子を構成するコイルの導体部は、絶縁していない素線を複数本束ねて使用していたため、高周波では表皮効果の影響でコイルの抵抗（Ｒ）が増加し、地上子のＱが低下するという問題があった。また、使用される周波数（ｆ）が低い場合にはＱの値は小さくなり性能が低下するという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、変周式ＡＴＳ装置の機能の拡張に伴なう使用周波数の広範囲化に対応することができる変周式地上子の提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、周波数範囲７３〜１３０ｋＨｚで使用されるＡＴＳ装置の変周式地上子において、該地上子を構成するコイルとして、素線をポリウレタンで絶縁した導体を３０〜５０本束ね、該束ねた導体をポリエチレンによって被覆してポリエチレン被覆線を形成し、この被覆線を長方形状のコイル枠に巻回したものを使用し、前記地上子の共振周波数が７３ｋＨｚにおいて、コイルのＱ値を２１０以上としたことを特徴とするものである。素線を絶縁させるものとして、表皮効果の小さいポリウレタン等の樹脂を使用し、さらに、導体を被覆するものとして、誘電率、誘電損失の小さいポリエチレンを使用することによって地上子の性能を向上させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る変周式地上子の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は変周式地上子１の上面図を示し、図２は図１の側面図を示す。
変周式地上子１の内部には、略長方形に巻いたコイルＬと、コンデンサＣと、リレーＲｅ（コンデンサＣに内蔵されている）が内蔵されており、外殻８はエポキシ樹脂等の定型の成形体で固形されている。コイルＬとコンデンサＣとは変周式地上子の共振回路を構成している。この共振回路の共振周波数は、コイルＬに対するコンデンサＣの容量の切換えによって決定され、この切換えは内蔵リレーＲｅによって行われている。
【０００８】
図３は、図２に示す変周式地上子１のＰ部拡大図であり、変周式地上子１の内部に巻かれているコイルＬを示す。
コイルＬは外殻８に形成されたコイル枠７に巻かれている。また、コイルＬを構成している電線Ｗは、複数本（例えば、３０本）のポリウレタン絶縁導体を束ねたものが用いられている。
【０００９】
図４には、本発明に係るポリウレタン絶縁導体を用いた電線Ｗと、従来の非絶縁導体を用いた電線Ｗ'の構成を示す。
図４（ａ）に示すポリウレタン絶縁導体１０は、素線（軟銅線）９をポリウレタン等の樹脂（被覆部１１）によって被覆した導体であり、それぞれのポリウレタン絶縁導体１０は相互に絶縁されている。このため図４（ｂ）に示すようにそれぞれの素線（軟銅線）１５を被覆（絶縁）していない従来の電線Ｗ'に比較して表皮効果の影響が小さく、高周波でもコイルＬの抵抗値（Ｒ）の増加を抑えることができ、地上子の性能を示す先鋭度（Ｑ＝２πｆＬ／Ｒ）の値を高くすることができる。
【００１０】
また、一般的なポリウレタン導体を束ねたもの（リッツ線）は、図４（ｃ）に示すように、絹の糸１２'を巻くことによって束ねられており、絹の糸１２'の厚さは薄いものになっている。このためこのリッツ線を使用してコイルを巻くと、絹の吸湿によるコイル線間、層間の絶縁抵抗の低下や誘電損失の増加を招く。また、束ね部分（絹の糸１２'部分）が薄いことにより、コイル線間、層間の浮遊容量や誘電損失の増加を招く。これらのことから絹の糸１２'によって束ねたリッツ線を使用すると地上子の性能を高く維持することができない。これに対して電線Ｗは、ポリウレタン絶縁導体１０の束をポリエチレンによって被覆（被覆部１２）しているので、吸湿が少なく被覆部分が厚いため、コイル線間、層間の絶縁抵抗の低下、誘電率、誘電損失の増加を抑えることができ、地上子の性能を高く維持することができる。
【００１１】
更に、コイルを構成する電線の本数を増加させる（例えば、従来使用していた非絶縁導体の本数３０本から、ポリウレタン絶縁導体５０本に変更する）ことで電線Ｗの断面積を大きくして、導体抵抗を小さくし地上子の性能を高く維持している。
尚、電線の本数をさらに多くする（５０本以上）ことにより、導体抵抗を小さくすることは可能であるが、コイルが内蔵される地上子の大きさを考慮して電線の本数を決定する。
【００１２】
図５は、ポリウレタン導体電線（ポリエチレン被覆リッツ線）を使用したコイルと軟銅線電線（ポリエチレン被覆非リッツ線）を使用したコイルの実効抵抗の周波数特性を示すグラフである。
ポリエチレン被覆リッツ線は、径０.１８ｍｍの素線の表面を、厚さ０.０３ｍｍのポリウレタン系樹脂（被覆部１１）によって絶縁したポリウレタン電線１０を５０本束ねて構成したものであり、その径は１.７１ｍｍである。また、ポリウレタン導体の表面は厚さ１.１ｍｍのポリエチレンによって被覆（被覆部１２）されている。これに対してポリエチレン被覆非リッツ線は、径０.１８ｍｍの素線を絶縁せずに３０本束ねて構成したものであり、その表面はポリエチレンによって被覆（被覆部１６）されている。
【００１３】
グラフに示すように、約４００ＫＨｚ以下の周波数ではポリエチレン被覆非リッツ線を使用したコイルよりもポリエチレン被覆リッツ線を使用したコイルのほうが実効抵抗（Ｒ）が小さいという結果を得た。この結果から変周式地上子に使用されている周波数範囲（７３〜１３０ＫＨｚ）において、地上子を構成するコイルとしてポリエチレン被覆リッツ線を用いたコイルを使用することにより、従来（ポリエチレン被覆非リッツ線を用いた場合）よりも地上子の性能を示すＱ値（Ｑ＝２πｆＬ／Ｒ）を大きくすることができ、性能を向上させることができる。
【００１４】
図６は、ポリエチレン被覆リッツ線を使用したコイルとポリエチレン被覆非リッツ線を使用したコイルのＱ値の周波数特性を比較したグラフである。尚、使用するそれぞれのコイルは、前述したコイル（図５の周波数特性の測定に使用したコイル）と同一構成のものであり、また、測定は地上子コイル単体での周波数特性を測定したものである。
グラフに示すように、約４００ＫＨｚ以下の周波数ではポリエチレン被覆非リッツ線を使用したコイルよりもポリエチレン被覆リッツ線を使用したコイルのほうがＱ値を大幅に高くすることができるという結果を得た。即ち、変周式地上子に使用されている周波数範囲（７３〜１３０ＫＨｚ）において、地上子を構成するコイルとしてポリエチレン被覆リッツ線を用いたコイルを使用することにより、従来（ポリエチレン被覆非リッツ線を用いた場合）よりも性能を向上させることができる。
【００１５】
図７は、変周式地上子に使用される周波数（７３〜１３０ＫＨｚ）に対するＱ値を、コイルを構成する電線としてポリエチレン被覆非リッツ線を用いた場合とポリエチレン被覆リッツ線を用いた場合とで比較した表である。
ポリエチレン被覆非リッツ線２０を用いたコイルの構成は、径０.１８ｍｍの素線を絶縁せずに３０本束ねて構成したものであり、その表面はポリエチレンによって被覆されている（図４（ｂ）と同一の構成）。ポリエチレン被覆リッツ線２１を用いたコイルの構成は、径０.１８ｍｍの素線の表面を、厚さ０.０３ｍｍのポリウレタン系樹脂によって絶縁したものを３０本束ねて構成したものであり、ポリエチレン被覆リッツ線２２を用いたコイルの構成は、５０本束ねて構成したものである。また、サンプル番号ＮＯ１〜ＮＯ５に示すようにそれぞれ五つのサンプルについて、共振周波数（ｆ0）が７３ＫＨｚ、１０３ＫＨｚ、１３０ＫＨｚのときのＱ値を測定した。
【００１６】
表に示すように、ポリエチレン被覆リッツ線２１を用いたコイルは、ポリエチレン被覆非リッツ線２０を用いたコイルと比較して、測定したそれぞれの共振周波数においてＱ値を約１０％上げることができる。即ち、使用する電線（２１、２０）の本数は同数とし（いずれの電線も３０本用いて）、その材質をポリエチレン被覆非リッツ線からポリエチレン被覆リッツ線に変更することにより、変周式地上子に使用される周波数範囲（７３〜１３０ＫＨｚ）で地上子の性能を向上（Ｑ値２１０以上）させることができる。また、ポリエチレン被覆リッツ線２２を用いたコイルの場合には、さらにＱ値を上げることができる。即ち、コイルを構成するポリエチレン被覆リッツ線の本数を５０本に変更することにより、コイルの断面積を大きくし導体抵抗の値を小さくすることができるので、さらにＱ値を上げることができ地上子の性能を向上（Ｑ値２５０以上）させることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る変周式地上子によれば、変周式地上子のコイルに表皮効果の影響の小さいポリウレタン絶縁導体を採用したことにより、変周式地上子の用途として使用される発振周波数範囲において、従来の非絶縁導体を使用していたコイルに比べて、地上子の性能を示すＱ値を上げることができ、性能の高い地上子を実現することができる。また、ポリウレタン絶縁導体をポリエチレンによって被覆することにより、絶縁抵抗を大きくし、誘電率、誘電損失を小さくすることができるのでＱ値を高くすることができ地上子の性能を向上させることができる。更に、ポリエチレン被覆リッツ線を構成するポリウレタン電線の本数を増加させて導体の断面積を大きくすることで、導体抵抗値を小さくしＱ値を高くすることができる。これにより、新しいＡＴＳシステムの導入により要求される、共振周波数７３ＫＨｚ時におけるＱ値（Ｑ＝２１０以上）の性能に対しても十分に対応することができる。そして、地上子の性能の大幅な向上により、列車運行の安全性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る変周式地上子の上面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図２に示す変周式地上子のＰ部拡大図である。
【図４】（ａ）は、コイルを構成する電線として本発明に係るポリエチレン被覆リッツ線を用いた図である。（ｂ）は、コイルを構成する電線として従来のポリエチレン被覆非リッツ線を用いた図である。
【図５】ポリエチレン被覆リッツ線を使用したコイルとポリエチレン被覆非リッツ線を使用したコイルの実効抵抗の周波数特性を示すグラフである。
【図６】ポリエチレン被覆リッツ線を使用したコイルとポリエチレン被覆非リッツ線を使用したコイルのＱ値の周波数特性を比較したグラフである
【図７】変周式地上子の発振周波数に対するＱ値を、ポリエチレン被覆非リッツ線とポリエチレン被覆リッツ線で比較した表である。
【符号の説明】
１    地上子（変周式地上子）
３    信号機
５    レール（軌道）
７    コイル枠
８    外殻
９、１５  素線（軟銅線）
１０  ポリウレタン電線
１１、１２、１６  被覆部
Ｗ    電線
Ｌ    コイル
Ｃ    コンデンサ
Ｒｅ  リレー
【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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