(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の平面円形コイル及び第二の平面円形コイルからなる低周波通信用コイルと、０の字コイルからなる高周波通信用コイルと、８の字コイルからなる電力供給用コイルとを備えた自動列車停止装置用の車上アンテナであって、
前記低周波通信用コイルの中心点と前記高周波通信用コイルの中心点と前記電力供給用コイルの中心点とが重なるように配置され、
前記第一の平面円形コイルの中心点と前記第二の平面円形コイルの中心点とを結んだ前記低周波通信用コイルの中心線と、前記０の字コイルを線対称に分割する高周波通信用コイルの中心線と、前記８の字を上下に分割する電力供給用コイルの中心線とが重なるように配置されたことを特徴とする車上アンテナ。
【請求項２】
低周波通信用コイルの面と高周波通信用コイルの面と電力供給用コイルの面とが並行になるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車上アンテナ。
【請求項３】
低周波通信用コイルで発生する磁束と電力供給用コイルで発生する磁束とが打ち消しあい、
高周波通信用コイルで発生する磁束と前記電力供給用コイルで発生する磁束とが打ち消しあうことを特徴とする請求項１または２に記載の車上アンテナ。
【請求項４】
高周波通信用コイルおよび電力供給用コイルによる低周波通信用コイルの出力に対する干渉を除去する干渉除去手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車上アンテナ。
【請求項５】
低周波通信用コイルの中心線は、列車の進行方向に並行するように配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車上アンテナ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の車上アンテナを用いたことを特徴とする自動列車停止システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動列車停止システムにおける列車と地上との間で相互に情報伝送を行うために用いる車上装置で送受信のための用いる車上アンテナに関するものである。また、当該車上アンテナを用いた自動列車停止システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動列車停止システムは、列車に設置された車上装置と地上に設置された地上装置とで構成され、車上装置に接続された車上アンテナと地上装置に接続された地上アンテナとの間で相互に情報伝送を行うことで、列車の運行制御を行うシステムである。低周波通信用としては変周方式のアンテナを用い、高周波通信用としてはトランスポンダ方式のアンテナを用いるため、車上装置に用いられる車上アンテナは、それぞれの方式に対応した車上アンテナを車両に設置しなければならない。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７８７９７号公報
【非特許文献１】鉄道電気技術者のための信号概論、信号シリーズＮＯ.７「ＡＴＳ  ＡＴＣ」（日本鉄道電気技術協会発行）、５１頁から５３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、変周方式の車上アンテナとトランスポンダ式の車上アンテナとを近接設置して使用すると互いに干渉して送受信できなくなるとされてきた。特に、高周波通信用については従来から干渉対策がなされているが、低周波通信用の変周方式では、干渉対策が十分ではなかった。この互いの干渉を避けるためには、低周波通信用車上アンテナと高周波通信用車上アンテナとの間隔を十分に離す必要があり、例えば、非特許文献１には７ｍ以上離して設置する必要があるとされており、列車の先頭下面と中央下面に低周波通信用の車上アンテナと高周波通信用の車上アンテナを設置するといった具合である。低周波通信用の車上アンテナと高周波通信用の車上アンテナとが離れて設置されるため、車両の限られたスペースに設置するには困難を極め、自動列車停止システムの車上装置の大型化を招くという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る車上アンテナは、第一の平面円形コイル及び第二の平面円形コイルからなる低周波通信用コイルと、０の字コイルからなる高周波通信用コイルと、８の字コイルからなる電力供給用コイルとを備えた自動列車停止システム用の車上アンテナであって、低周波通信用コイルの中心点と高周波通信用コイルの中心点と電力供給用コイルの中心点とが重なるように配置され、第一の平面円形コイルの中心点と第二の平面円形コイルの中心点とを結んだ低周波通信用コイルの中心線と、０の字コイルを線対称に分割する高周波通信用コイルの中心線と、８の字を上下に分割する電力供給用コイルの中心線とが重なるように配置されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る車上アンテナは、第一の平面円形コイル及び第二の平面円形コイルからなる低周波通信用コイルと、０の字コイルからなる高周波通信用コイルと、８の字コイルからなる電力供給用コイルとを備えた自動列車停止システム用の車上アンテナであって、低周波通信用コイルの中心点と高周波通信用コイルの中心点と電力供給用コイルの中心点とが重なるように配置され、第一の平面円形コイルの中心点と第二の平面円形コイルの中心点とを結んだ低周波通信用コイルの中心線と、０の字コイルを線対称に分割する高周波通信用コイルの中心線と、８の字を上下に分割する電力供給用コイルの中心線とが重なるように配置したので、車上アンテナを小型化でき、省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、自動列車停止システムの概略を示す図である。車上装置に設けられた車上アンテナ７０２は列車７０１の先頭の下面に取り付けられ、地上装置の地上アンテナ７０３は軌道７０４内に取り付けられる。自動列車停止システムは列車７０１に設置された車上装置と地上に設置された地上装置とで構成され、車上装置に接続された車上アンテナ７０２と地上装置に接続された地上アンテナ７０３との間で相互に情報伝送を行い列車の運行制御を行うシステムである。
【０００８】
図２は、車上アンテナ７０２の低周波通信用コイルの概略図である。低周波通信用コイル１００は、送信コイル１０１と受信コイル１０２とで構成されている。送信コイル１０１と受信コイル１０２とは、それぞれ導線を同一直径で所定の数だけ巻いて構成されている。送信コイル１０１と受信コイル１０２とは、通信に支障をきたさない所定の範囲内で重畳している。Ｌ１は送信コイル１０１の中心点Ｏ１と受信コイル１０２の中心点Ｏ２を通る線であって、低周波通信用コイル１００の中心線である。Ｏ３は低周波通信用コイル１００の中心線Ｌ１上にあって、送信コイル１０１中心点Ｏ１と受信コイル１０２の中心点Ｏ２から等距離にある点で、低周波通信用コイル１００の中心点である。Ｌ２は中心点Ｏ３を通り、中心線Ｌ１と直交する線分である。
【０００９】
従来の低周波通信用コイルは、線分Ｌ２が列車の進行方向と並行になるように配置されていた。これに対して、本発明においては、低周波通信用コイル１００は低周波通信用コイル中心線Ｌ１が列車７０１の進行方向と並行となるように配置されている。よって、従来の低周波通信用コイルと設置される向きが９０度異なることになる。
【００１０】
車上アンテナ７０２は、低周波通信用には低周波通信用コイル１００を用いて、いわゆる変周方式で通信を行っている。送信コイル１０１と受信コイル１０２とは、相互誘導に伴う結合度が低くなるように重畳して配置されている。車上装置は低周波通信用車上アンテナを用いて自走発振しており、低周波通信用車上アンテナと地上装置の地上アンテナコイルとが結合すると発振周波数が変化する。伝送情報と発振周波数を予め対応させ、地上と車上とで情報伝送をおこなうことができる。
【００１１】
図３は、車上アンテナ７０２の高周波通信用コイルの概略図である。高周波通信用コイル２００は、導線をＯの字に所定の数だけ巻いて構成されている。いわゆる０の字コイル（Ｏの字コイル）と呼ばれるものである。ここで、０の字（Ｏの字）と称しているが、図３にもあるように長方形状のコイル、方形のコイルである。ここでは、高周波通信用コイル２００を送信用と受信用とで一つのコイルとして説明しているが、別々に構成して送信用コイルと受信用コイルとで二つに分けてもよい。
【００１２】
Ｌ３は高周波通信用コイル２００の平行になっているどちらか一対の辺と垂直に交わり高周波通信用コイル２００を二等分する線であり、高周波通信用コイル２００の中心線である。Ｏ４は高周波通信用コイル２００の中心点を示している。高周波通信用コイル２００は高周波通信用コイル２００の中心線Ｌ３が列車７０１の進行方向と並行となるように配置されている。すなわち、長方形状になっているコイルの一対の辺は、列車７０１の進行方向に向いており、他の一対の辺は進行方向に垂直となるように設置されることになる。
【００１３】
図４は、車上アンテナ７０２の電力供給用コイルの概略図である。電力供給用コイル３００は導線を８の字状に所定の数だけ巻いて構成されている。いわゆる８の字コイルと呼ばれるものである。ここで、８の字状と称しているが、コイルの中心で導線が交差する構造のことをいっているに過ぎない。このため、８の字状と称しているが、コイルの４隅は直角になっている。Ｏ５は８の字の交点で電力供給用コイル中心点である。Ｌ４は８の字の交点を通過し８の字の両ループを線対称に二つのループに分割する線であり、電力供給用コイル３００の中心線である。よって、中心線Ｌ４は、電力供給用コイル３００の８の字を上下に分割して二つのループとする線となる。電力供給用コイル３００は電力供給用コイル３００の中心線Ｌ４が列車の進行方向と並行となるように配置されている。
【００１４】
車上アンテナ７０２は、高周波通信用には高周波通信用コイル２００と電力供給用コイル３００を用いて、いわゆるトランスポンダ方式で通信を行っている。高周波通信にはトランスポンダを使用し、車上アンテナ７０２と地上アンテナ７０３との間でデジタル情報を伝送する。トランスポンダとは、トランスミッタ（送信機）とレスポンダ（応答機）とで構成される通信機器で、多情報を高品質かつ高速度で伝達する機能を有している。また、無電源の地上装置を駆動させるため、電力を供給するための電力波を電力供給用コイル３００から放射している。
【００１５】
図５，図６および図７は、車上アンテナの構成を説明するための概略図であり、車上アンテナの構成には種々の組合せがあることを説明するための図である。なお、車上アンテナの部品番号として、７０２と４００とを用いているが、両者は同じものを指している。車上アンテナ７０２は車上アンテナの機能または役割を説明する際に主として用いており、一方、車上アンテナ４００は車上アンテナの内部の構造を説明する際に主として用いているに過ぎない。
【００１６】
また、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。なお、部品番号が複雑に表示されることを避けるため、図５以下の図においては、部品番号の表示を省略して記載している箇所がある。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００１７】
車上アンテナ４００は、低周波通信用コイル１００と高周波通信用コイル２００と電力供給用コイル３００とから構成されている。図において、低周波通信用コイル１００の中心線Ｌ１と、高周波通信用コイル２００の中心線Ｌ３と、電力供給用コイル３００の中心線Ｌ４とが、重なるように配置される構成になっている。また、低周波通信用コイル１００の中心点Ｏ３と、高周波通信用コイル２００の中心点Ｏ４と、電力供給用コイル３００の中心点Ｏ５とが、重なるように配置される構成になっている。このため、車上アンテナ４００は、低周波通信用コイル１００の面と高周波通信用コイル２００の面と電力供給用コイル３００の面とが、並行になるように重ねて配置されることになる。
【００１８】
ここで、重要なことは、中心線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４が所定の平面に投影した場合に一致することであり、中心点Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５が所定の平面に投影した場合に一致することである。よって、図５から図７のように、低周波通信用コイル１００、高周波通信用コイル２００、電力供給用コイル３００のコイルの大きさが、常識の範囲内で異なってもよい。
【００１９】
また、低周波通信用コイル１００、高周波通信用コイル２００、電力供給用コイル３００コイルは、同等の性能を有する手段であれば導線以外で構成してもよい。例えば、プリント基板を用いて各コイルを構成してもよい。また、多層プリント基板を用いて各層に各コイルを作製し一枚のプリント基板で構成してもよい。
【００２０】
高周波通信用コイル２００で受信されうる信号については、従来から干渉対策がなされている。一方、低周波通信用コイル１００については十分な干渉対策がなされていなかった。そこで、以下では低周波通信用コイル１００における干渉対策について説明する。なぜならば、低周波通信用コイル１００における干渉の問題が改善すれば、高周波通信用コイル２００と低周波通信用コイル１００とを一体化してコンパクトな車上アンテナ４００を実現できるからである。
【００２１】
図８，図９，図１０，図１１は、低周波通信用コイル１００の受信コイル１０２で受信されうる信号の周波数スペクトルと帯域除去フィルタ特性を示す概念図である。横軸は周波数を示し、縦軸は低周波通信用コイル１００で受信されうる信号の周波数スペクトルを示している。図８および図９は、車上アンテナ４００，７０２の中心線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４が一致し、中心点Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５が一致する場合である。一方、図１０および図１１は、車上アンテナ４００，７０２の中心線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４が略一致し、中心点Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５が略一致する場合である。ここで、略一致とは、中心線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４がずれている場合、中心点Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５がずれている場合を指している。
【００２２】
低周波通信信号は７０ｋＨｚから１３０ｋＨｚの帯域には低周波通信スペクトル５０１、電力供給信号は２４５ｋＨｚを中心とした帯域には電力供給スペクトル５０２，５０７、高周波通信信号は１．７ｋＨｚおよび３．０ｋＨｚを中心とした帯域には高周波通信スペクトル５０３が、それぞれスペクトルのピークとして存在している。
【００２３】
図８では、帯域除去フィルタ特性５０４の特性をもつノッチフィルタを用いて電力供給スペクトル５０２と高周波通信スペクトル５０３を除去することができる。これとは別に、図９のようにして、帯域除去フィルタ特性５０５の特性を持つノッチフィルタと帯域除去フィルタ５０６の特性をもつローパスフィルタとを２段接続して、電力供給スペクトル５０２と高周波通信スペクトル５０３を除去することができる。
【００２４】
なお、低周波通信用コイル１００の受信コイル１０２の出力に電力供給用コイル３００と高周波通信用コイル２００とで送受信されている電力供給スペクトル５０２と高周波通信用スペクトル５０３とを除去する帯域除去フィルタを取り付けてもよい。
【００２５】
一方、車上アンテナ４００，７０２の中心線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４が略一致し、中心点Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５が略一致する場合である図１０および図１１においては、低周波通信スペクトル５０１、電力供給スペクトル５０７、高周波通信スペクトル５０３が観測される。中心線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４が略一致、中心点Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５が略一致であるため、電力供給スペクトル５０７は、電力供給スペクトル５０２と比較して大きくなる。
【００２６】
図１０において、帯域除去フィルタ特性５０８の特性をもつノッチフィルタを用いて電力供給スペクトル５０７と高周波通信スペクトル５０３とを除去することができる。これとは別に、図１１のようにして、帯域除去フィルタ特性５０９の特性を持つノッチフィルタと帯域除去フィルタ５１０の特性をもつローパスフィルタとを２段接続しても電力供給スペクトル５０７と高周波通信スペクトル５０３とを除去することができる。このように、帯域除去フィルタなどを用いることで車上アンテナ４００の構成において、各コイルの中心線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４または中心点Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５は、低周波通信および高周波通信に支障をきたさない所定の範囲内で離すことができることが分かる。
【００２７】
高周波通信用コイル２００および電力供給用コイル３００による低周波通信用コイル１００の出力に対する干渉を除去する干渉除去手段を備えることで、低周波通信用コイル１００への干渉を除去できる。
【００２８】
図１２は、磁束の発生を説明するための図である。電力供給用コイル３００に電流が流れると、８の字状に構成される二つのループで逆向きとなる磁束６０１が発生する。本実施の形態の車上アンテナ４００は中心線Ｌ１で線対称の構造になっているため、例えば、低周波通信用コイル１００の送信コイル１０１は、中心線Ｌ１に対して向きは反対で絶対値が同じ磁束６０１が発生するため、送信コイル１０１内でも送信コイル１０１外でも磁束６０１のトータルは打ち消しあうことで０になる。車上アンテナ４００は中心線Ｌ１で線対称の構造になっているため、同様に低周波通信用コイル１００の受信コイル１０２および高周波通信用コイル２００でも、磁束６０１は打ち消しあうことになる。つまり、低周波通信用コイル１００で発生する磁束と電力供給用コイル３００で発生する磁束６０１とが打ち消しあうことができる。また、高周波通信用コイル２００で発生する磁束と電力供給用コイル３００で発生する磁束６０１とが打ち消しあうことができる。
【００２９】
本実施の形態によれば、電力供給スペクトル５０２は、低周波通信用コイル１００を通過する電力供給用コイル３００で発生した磁束６０１の総和を車上装置の動作および通信に影響を及ぼさないレベルまで減少させるように、高周波通信用コイル２００と電力供給コイル３００とを配置することになる。これによって、低周波通信と高周波通信とを同時に行うことができる。
【００３０】
以上のように、車上アンテナは、第一の平面円形コイル及び第二の平面円形コイルからなる低周波通信用コイルと、０の字コイルからなる高周波通信用コイルと、８の字コイルからなる電力供給用コイルとを添えた自動列車停止システム用の車上アンテナであって、低周波通信用コイルの中心点と高周波通信用コイルの中心点と電力供給用コイルの中心点とが重なるように配置され、第一の平面円形コイルの中心点と第二の平面円形コイルの中心点とを結んだ低周波通信用コイルの中心線と、０の字コイルを線対称に分割する高周波通信用コイルの中心線と、８の字を上下に分割する電力供給用コイルの中心線とが重なるように配置したので、車上アンテナを小型化でき、省スペース化を図ることができる。
【００３１】
また、低周波通信用コイルの面と高周波通信用コイルの面と電力供給用コイルの面とが並行になるように配置されことで、さらに車上アンテナを小型化でき、省スペース化を図ることができる。
【００３２】
さらに、低周波通信用コイルで発生する磁束と電力供給用コイルで発生する磁束とが打ち消しあい、高周波通信用コイルで発生する磁束と電力供給用コイルで発生する磁束とが打ち消しあうことができる。
【００３３】
また、高周波通信用コイルおよび電力供給用コイルによる低周波通信用コイルの出力に対する干渉を除去する干渉除去手段を備えたので、低周波通信用コイルへの干渉を除去できる。
【００３４】
さらに、低周波通信用コイルの中心線は、列車の進行方向に並行するように配置されることで、車上アンテナを一カ所に集約することがで、小型化でき、省スペース化を図ることができる。
【００３５】
本実施の形態の車上アンテナを用いた自動列車停止システムとすることで、一台の車上アンテナで変周方式とトランスポンダ方式に対応できるようになる。また、小型化でき、省スペース化を図ることで、費用も安くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】自動列車停止システムの概略を示す図である。
【図２】車上アンテナの低周波通信用コイルの概略図である。
【図３】車上アンテナの高周波通信用コイルの概略図である。
【図４】車上アンテナの電力供給用コイルの概略図である。
【図５】車上アンテナの構成を説明するための概略図である。
【図６】車上アンテナの構成を説明するための概略図である。
【図７】車上アンテナの構成を説明するための概略図である。
【図８】周波数スペクトルと帯域除去フィルタ特性を示す概念図である。
【図９】周波数スペクトルと帯域除去フィルタ特性を示す概念図である。
【図１０】周波数スペクトルと帯域除去フィルタ特性を示す概念図である。
【図１１】周波数スペクトルと帯域除去フィルタ特性を示す概念図である。
【図１２】磁束の発生を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  低周波通信用コイル、１０１  送信コイル、１０２  受信コイル、２００  高周波通信用コイル、３００  電力供給用コイル、４００  車上アンテナ、５０１  低周波通信スペクトル、５０２  電力供給スペクトル、５０３  高周波通信スペクトル、
５０４  帯域除去フィルタ特性、５０５  帯域除去フィルタ特性、５０６  帯域除去フィルタ特性、５０７  電力供給スペクトル、５０８  帯域除去フィルタ特性、５０９  帯域除去フィルタ特性、５１０  帯域除去フィルタ特性、６０１  磁束、７０１  列車、７０２  車上アンテナ、７０３  地上アンテナ、７０４  軌道、Ｏ１  送信コイル中心点、Ｏ２  受信コイル中心点、Ｏ３  低周波通信用コイル中心点、Ｏ４  高周波通信用コイル中心点、Ｏ５  電力供給用コイル中心点、Ｌ１  低周波通信用コイル中心線、Ｌ２  低周波通信用コイル中心線と直交する線、Ｌ３  高周波通信用コイル中心線、Ｌ４  電力供給用コイル中心線。
【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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