(57)【要約】【課題】ＡＴＣ信号の受信死区間を生じさせないＡＴＣ車上装置を実現する。【解決手段】電流によって生じる磁界を検知して電流に含まれる制御信号を受信するための受電器（２１Ａ，２１Ｂ）と、列車速度を検出するための速度検出手段（２２）と、前記受電器で受信した信号および前記速度検出手段からの検出信号に基づいて列車速度制御を行う受信制御手段（２３）とを備え、閉塞区間が設けられ各閉塞区間のレールには制御信号（ＡＴＣ信号）を含む電流が自動列車制御用地上装置から流される鉄道レール上を走行する車両に搭載された自動列車制御用車上装置において、前記受電器を、車両の最も先頭寄りの車軸（３１，Ｘ）に対向するように設置し、一方のレールから前記車軸を経由して他方のレールへ流れる電流に含まれる制御信号を受信可能に構成した。【選択図】図４
2017200342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流によって生じる磁界を検知して電流に含まれる制御信号を受信するための受電器と、列車速度を検出するための速度検出手段と、前記受電器で受信した信号および前記速度検出手段からの検出信号に基づいて列車速度制御を行う受信制御手段とを備え、閉塞区間が設けられ各閉塞区間のレールには制御信号を含む電流が自動列車制御用地上装置から流される鉄道レール上を走行する車両に搭載された自動列車制御用車上装置であって、
前記受電器は、車両の最も先頭寄りの車軸に対向するように設置され、一方のレールから前記車軸を経由して他方のレールへ流れる電流に含まれる制御信号を受信可能に構成されていることを特徴とする自動列車制御用車上装置。
【請求項２】
前記受電器は、車両を構成する車体の下部フレームに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の自動列車制御用車上装置。
【請求項３】
前記受電器は、表面が樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動列車制御用車上装置。
【請求項４】
電流によって生じる磁界を検知して電流に含まれる制御信号を受信するための受信手段と、列車速度を検出するための速度検出手段と、前記受信手段で受信した信号および前記速度検出手段からの検出信号に基づいて列車速度制御を行う受信制御手段とを備え、閉塞区間が設けられ各閉塞区間のレールには制御信号を含む電流が自動列車制御用地上装置から流される鉄道レール上を走行する車両に搭載された自動列車制御用車上装置であって、
車両の最も先頭寄りの車軸および車輪と前記車軸に対向するように設置された受電器とを前記受信手段とし、該受信手段によってレールに流れる電流に含まれる制御信号を受信可能に構成されていることを特徴とする自動列車制御用車上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用の列車保安に使用する自動列車制御（ＡＴＣ：Automatic Train Control）装置に関し、特に車上側の装置である自動列車制御用車上装置（以下、ＡＴＣ車上装置と称する）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道用の自動列車制御装置（ＡＴＣ装置）は、ＡＴＣ信号波を送信する地上装置と、ＡＴＣ信号波を受信する車上装置とからなり、地上装置は隣接する閉塞区間で異なる周波数のＡＴＣ信号波を、レールを通して送信し、車上装置が受電器と呼ばれる検出子によって、レールに流れる電流によって生じる磁界の変化を非接触で検出することによりＡＴＣ信号波を連続的に受信するように構成されている。そして、車上装置は、フェールセーフ等の観点から、ＡＴＣ信号波を受信できない場合には非常ブレーキ制御を行う方式を採用している。
【０００３】
しかし、閉塞区間の境界では、図８（Ａ）に示すように、閉塞区間境界で絶縁されているレールＬ１１，Ｌ１２；Ｌ２１，Ｌ２２へＡＴＣ信号を送出するケーブルＳ１１，Ｓ１２；Ｓ２１，Ｓ２２を配設した場合、ＡＴＣ信号波を受信できない死区間ＤＡが生ずることが知られている。この死区間に受電器が位置した状態で列車が停止すると、ＡＴＣ信号波を受信できないこととなるため、非常ブレーキ制御が働いてしまう。そして、一旦非常ブレーキ制御が作動すると、ＡＴＣ制御を解除しない限り列車を移動させることができないように、システムが構成されている。
【０００４】
一方、運転士は、自らの判断のみでＡＴＣ制御を解除することはできず、輸送指令（指令室）からの許可を受ける必要がある。そのため、従来のＡＴＣシステムでは、ＡＴＣ信号受信の死区間ＤＡに、車両側の受電器が位置した状態で列車が停止すると、列車の運転を再開するまでにかなり長い時間を要してしまい、列車遅延を招くという課題があった。
【０００５】
従来、上記のような死区間通過時の不具合を回避するために、車上装置が直前に受信したＡＴＣ信号を、ある定められた時間（遅延時間）の間だけ保持するようにした技術がある（例えば特許文献１参照）。また、従来、図８（Ｂ）に示すように、ＡＴＣ信号を送出するケーブルＳ１１，Ｓ１２；Ｓ２１，Ｓ２２をレールＬ１１，Ｌ１２；Ｌ２１，Ｌ２２に沿って並行配設するいわゆる添え線対策技術が知られている。
【０００６】
図８（Ｂ）に示す添え線対策を実施した場合には、受電器Ｒ１，Ｒ２が閉塞区間の境界の直前に来るまで列車が近づいた際に、図９（Ａ）に破線Ｃで示すようにＡＴＣ信号を乗せた電流が添え線Ｓ２１からレールＬ２１−車輪Ｗ１−車軸Ｘ−車輪Ｗ２−レールＬ２２−添え線Ｓ２２と流れる。そのため、車両の前端に設置した受電器Ｒ１，Ｒ２によって添え線Ｓ２１，Ｓ２２に流れる電流に含まれるＡＴＣ信号を受信することで、図８（Ａ）の受信死区間ＤＡに相当する区間においてもＡＴＣ信号を受信することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−１３０８０７号公報
【特許文献２】特開２０１４−０１１８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＡＴＣ車上装置は、例えば図７に示すように、車体３２の前端（車輪の前方）に受電器２１（Ｒ１，Ｒ２）が設置されている。そのため、図９（Ｂ）に示すような位置で列車が停止すると、受電器Ｒ１，Ｒ２が添え線配設区間から外れてしまう。この場合、受電器Ｒ１，Ｒ２は次の閉塞区間側のレール上に位置する一方、車軸Ｘは手前の閉塞区間側のレール上に位置しており、次の閉塞区間のレール間は短絡状態になっていない。そのため、受電器Ｒ１，Ｒ２は次の閉塞区間のＡＴＣ信号を受信することができず、非常ブレーキ制御が働いてしまう（車上死区間が生じる）という課題がある。なお、受電器を車両の進行方向先端側に設置することは、特許文献１や特許文献２の添付図面でも明示されている。
【０００９】
本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、ＡＴＣ信号の受信死区間を生じさせないＡＴＣ車上装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、閉塞区間の境界に添え線対策を講じたり直前に受信したＡＴＣ信号を所定の遅延時間だけ保持している必要のないＡＴＣ車上装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本出願に係る発明は、
電流によって生じる磁界を検知して電流に含まれる制御信号を受信するための受電器と、列車速度を検出するための速度検出手段と、前記受電器で受信した信号および前記速度検出手段からの検出信号に基づいて列車速度制御を行う受信制御手段とを備え、閉塞区間が設けられ各閉塞区間のレールには制御信号を含む電流が自動列車制御用地上装置から流される鉄道レール上を走行する車両に搭載された自動列車制御用車上装置において、
前記受電器は、車両の最も先頭寄りの車軸に対向するように設置され、一方のレールから前記車軸を経由して他方のレールへ流れる電流に含まれる制御信号を受信可能に構成したものである。
【００１１】
上記のような手段によれば、車両が閉塞区間の境界に対してどのような位置にあったとしても、車軸には必ずいずれかの閉塞区間のレールに注入された電流が流れるため、受電器が電流に含まれる制御信号（ＡＴＣ信号）を受信できない死区間を生じさせることがない自動列車制御用車上装置（ＡＴＣ車上装置）を実現することができる。また、添え線対策を講じなくてもいつでも確実に制御信号（ＡＴＣ信号）を受信することができる。
【００１２】
ここで、望ましくは、前記受電器は、車両を構成する車体の下部フレームに固定されるように構成する。
車軸に対向するように受電器を設置する方法としては、車体の下部フレームに受電器を固定する方法と、台車枠に受電器を固定する方法とが考えられるが、上記のような構成によれば、車輪から受電器に伝わる振動を減らすことができ、耐久性を向上させることができる。
【００１３】
また、望ましくは、前記受電器は、表面が樹脂で被覆されているように構成する。
かかる構成によれば、振動による線材の破断を防止するとともに、走行中に受ける油分や粉じんの付着による絶縁性の低下を防止することができる。
【００１４】
また、本出願に係る他の発明は、
電流によって生じる磁界を検知して電流に含まれる制御信号を受信するための受信手段と、列車速度を検出するための速度検出手段と、前記受信手段で受信した信号および前記速度検出手段からの検出信号に基づいて列車速度制御を行う受信制御手段とを備え、閉塞区間が設けられ各閉塞区間のレールには制御信号を含む電流が自動列車制御用地上装置から流される鉄道レール上を走行する車両に搭載された自動列車制御用車上装置であって、
車両の最も先頭寄りの車軸および車輪と前記車軸に対向するように設置された受電器とを前記受信手段とし、該受信手段によってレールに流れる電流に含まれる制御信号を受信可能に構成したものである。
【００１５】
上記のような手段によれば、車両が閉塞区間の境界に対してどのような位置にあったとしても、車軸には必ずいずれかの閉塞区間のレールに印加されている電流が流れるため、受電器が電流に含まれる制御信号（ＡＴＣ信号）を受信できない死区間を生じさせることがない自動列車制御用車上装置（ＡＴＣ車上装置）を実現することができる。また、添え線対策を講じなくてもいつでも確実に制御信号（ＡＴＣ信号）を受信することができる。さらに、もともと車両が備える車輪および車軸を受信手段の一部として利用するため、受信手段を構成する新たな部品を追加する必要性もない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、制御信号（ＡＴＣ信号）の受信死区間を生じさせない自動列車制御用車上装置（ＡＴＣ車上装置）を実現することができる。また、閉塞区間の境界に添え線対策を講じたり直前に受信した制御信号（ＡＴＣ信号）を所定の遅延時間だけ保持している必要のない自動列車制御用車上装置（ＡＴＣ車上装置）を実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るＡＴＣ車上装置とＡＴＣ地上装置等を含むＡＴＣシステム全体の構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明に係るＡＴＣ車上装置の実施形態を示すシステム構成図である。
【図３】実施形態のＡＴＣ車上装置を構成する受電器の設置例を示す車両正面図である。
【図４】実施形態のＡＴＣ車上装置を構成する受電器の設置例を示す車両側面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、実施形態のＡＴＣ車上装置を適用した車両が添え線対策をした閉塞区間の境界部に近づいた場合におけるＡＴＣ信号受信の様子を示した説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態のＡＴＣ車上装置を適用した車両が添え線対策をしていない閉塞区間の境界部に近づいた場合におけるＡＴＣ信号受信の様子を示した説明図である。
【図７】従来のＡＴＣ車上装置を構成する受電器の設置例を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）と（Ｂ）は添え線対策をしていない閉塞区間の境界部と添え線対策をした閉塞区間の境界部の概略構成を示す構成図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、従来のＡＴＣ車上装置を使用した車両が添え線対策をした閉塞区間の境界部に近づいた場合におけるＡＴＣ信号受信の様子を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るＡＴＣ車上装置の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係るＡＴＣ車上装置とＡＴＣ地上装置等を含むＡＴＣシステム全体の構成を示すシステム構成図である。
ＡＴＣ地上装置１０は、図１に示すように、複数の閉塞区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３……ごとにＡＴＣ信号を生成してレールを通して送信するとともにＡＴＳ（自動列車停止システム）地上子または各閉塞区間に対応して設けられている軌道回路からの列車検出信号を受信する送受信部１１と、ＡＴＳ地上子または軌道回路からの信号に基づいて列車の在線位置を把握し各閉塞区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３……を走行している列車に対して送信すべきＡＴＣ信号にのせる停止進路情報（ＡＴＣ電文）を作成する制御論理部１２とを備える。送受信部１１と制御論理部１２とは、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）のような通信網１３を介して、データの送受信が可能に接続されている。ＡＴＣ信号は、例えば搬送周波数を停止進路情報で振幅変調した変調波信号として送信される。
【００１９】
図２には、図１のＡＴＣシステムを構成するＡＴＣ車上装置の構成例が示されている。
ＡＴＣ車上装置２０は、図２に示すように、レールに流れる電流からＡＴＣ信号を受信する受電器２１と、車軸の回転速度から列車速度を検出するための速度発電機２２を備える。また、ＡＴＣ車上装置２０は、受電器２１で受信した信号からＡＴＣ電文を取り出し、電文に含まれる停止進路情報を抽出して該情報と列車速度とに基づいて列車速度制御（ブレーキ制御）を行う受信制御部２３と、受信制御部２３により生成された制御指令をブレーキ系へ伝達する継電器部２４を備える。受電器２１と速度発電機２２と受信制御部２３と継電器部２４とでＡＴＣ車上装置が構成される。
【００２０】
また、ＡＴＣ車上装置２０は、ＡＴＳ（自動列車停止システム）地上子からの無線信号を受信する車上子２５と、列車位置の補正等に必要な地上子電文を受信するトランスポンダ送受信部２６と、動作記録と定期検査支援を行う検査記録部２７を備える。さらに、ＡＴＣ車上装置２０には、運転室に設置され装置の動作状態を表示するモニタ表示器２８や車内信号機付きの速度計２９、速度計２９などの表示制御信号を生成するキャブシグナル制御部３０が含まれている。なお、上記ＡＴＣ車上装置２０を構成する機器のうち受信制御部２３とトランスポンダ送受信部２６は、システムの安全性を高めるため２重系以上で構成されており、これに対応して、受電器２１も２系統以上設けられている。
【００２１】
次に、本発明の特徴である受電器２１の取付け位置について、図３および図４を用いて説明する。このうち図３は車両を前方側から見た正面図、図４は側面図である。
受電器２１は、レールに流れる電流によって生じる磁界の変化を検出することでＡＴＣ信号波を連続的に受信する検出子であり、従来は図７に示すように、レールの上面から約２０ｃｍ上方に位置するように、車両前端の車体底部にブラケット等により取り付けられていた。図示しないが、反対側のレールに対応する受電器２１もある。これに対し、本実施形態では、図３に示すように、車軸３１の上方に位置するよう車体３２の底部に一対の受電器２１Ａ，２１Ｂが取り付けられている。具体的には、車体の下部フレーム３２Ａの下面に溶接等により固着されたブラケット３３Ａ，３３Ｂに、受電器２１Ａ，２１Ｂがボルト等により着脱可能に取り付けられている。
【００２２】
また、受電器２１Ａ，２１Ｂには前記受信制御部２３へ受信した信号を送るケーブル３５（図４参照）の一端が接続されている。本実施形態では、上記受電器２１Ａ，２１Ｂの表面をポリエステル等の樹脂でコーティングすることで、振動による線材の破断を防止するとともに、走行中に受ける油分や粉じんの付着による絶縁性の低下を防止するように構成されている。ケーブル３５には、熱的安定性、可撓性、耐熱性および耐寒性に優れたＭＬＦＣケーブル（高圧口出線）を使用することで耐久性を高めるようにしてある。
なお、レールを流れる電流に含まれるＡＴＣ信号を受信するため、従来のように車体前端底部に受電器を取り付ける場合、軌道上の障害物との接触を回避するためにレールの上面から約２０ｃｍ以上上方の位置に取り付ける必要があるが、本実施形態のように、車軸３１の上方に受電器２１Ａ，２１Ｂを取り付ける場合には、そのような制約がなく、もう少し車軸に近い位置に取り付けることも可能である。
【００２３】
さらに、受電器２１Ａ，２１Ｂは、車体３２の底部ではなく台車枠３４に取り付けることも可能である。ただし、台車枠は車輪に直結しているため車体に比べて振動が大きいので、受電器２１Ａ，２１Ｂを台車枠３４に取り付ける場合には、振動吸収材を介在させて取り付ける必要がある。言い換えると、本実施形態のように受電器２１Ａ，２１Ｂを車体３２側に取り付けるようにすると、台車枠３４と車体３２との間にはもともと台車から車体へ伝わる振動を減らすためのバネが設けられているため、振動吸収材を介在させて取り付ける必要がないという利点がある。
また、本実施形態を適用すれば、ＡＴＣ信号の受信死区間を解消するために添え線対策を講じる必要もない。ただし、既に添え線対策が行われている設備では、わざわざ添え線を撤去する工事を行う必要もない。
【００２４】
次に、本実施形態を適用することで、ＡＴＣ信号の受信死区間がなくなる理由および添え線対策が不要になる理由について、図５および図６を用いて説明する。
図５（Ａ）に示すように、閉塞区間境界部の手前位置で車両が停止した場合（図９（Ａ）に対応）、送受信部１１からケーブルＳ２１を介してレールＬ２１へ流されたＡＴＣ信号を含む電流は、車輪Ｗ１−車軸Ｘ−車輪Ｗ２を通って他方のレールＬ２２へ流れ、ケーブルＳ２２を介して送受信部へ戻る。そのため、本実施形態のように、受電器２１Ａ，２１Ｂが車軸Ｘ（３１）に対向するように設置されていたとしても、何ら問題なくＡＴＣ信号を受信することができる。
【００２５】
また、車両先端部に受電器を設けていたため添え線対策をしてもＡＴＣ信号を受信できなかった図９（Ｂ）に示す位置で車両が停止した場合にも、本実施形態を適用すれば、図５（Ｂ）に破線Ｃで示すように車軸を流れる電流を受電器２１Ａ，２１Ｂで受信することができる。
さらに、添え線対策をしない場合であっても、車両の最も先頭寄りの車軸が閉塞区間の境界に達する前においては、図６（Ａ），（Ｂ）に破線Ｃで示すように、ケーブルＳ１１−レールＬ２１−車輪Ｗ１−車軸Ｘ−車輪Ｗ２−レールＬ２２−ケーブルＳ１２の経路で電流が流れるので、車軸Ｘに対向して設けられている受電器２１Ａ，２１ＢでＡＴＣ信号を受信することができる。
【００２６】
また、車両の最も先頭寄りの車軸が閉塞区間の境界を僅かに越えた位置で停止すれば、図  ６（Ｃ）に破線Ｃで示すように、レールＬ１１−車輪Ｗ１−車軸Ｘ−車輪Ｗ２−レールＬ１２の経路で電流が流れるので、車軸Ｘに対向して設けられている受電器２１Ａ，２１ＢでＡＴＣ信号を受信することができる。従って、閉塞区間の境界に添え線対策を講じたり直前に受信したＡＴＣ信号を所定の遅延時間だけ保持している必要がないという利点がある。なお、図６（Ｃ）においては、レールＬ１１，Ｌ１２が敷設されている閉塞区間の他端（進行方向の前端側）に接続されている図示しないケーブルからレールＬ１１へ流し込まれる電流の経路を示している。
【００２７】
上実施形態のようなシステムの場合、車両の最も先頭寄りの車軸が閉塞区間の境界を越えたタイミングを、列車が次の閉塞区間（軌道回路）に進入したタイミングと判定することとなるので、車両の先端側に受電器を設けている従来のＡＴＣ車上装置とは列車の位置の把握で若干のずれが生じることとなる。しかし、従来の取付け位置との差は１ｍ程度に過ぎないとともに、一般に列車制御システムでは、各閉塞区間に対応して設けられている軌道回路によって列車位置の検出を行なっており、軌道回路の場合、車両の最も先頭寄りの車軸の位置をもって列車の先頭位置とみなしているので、かかるシステムの制御との整合性の観点からも何ら支障がないといえる。
【００２８】
上記実施形態では、受電器２１Ａ，２１Ｂを検出子とし、レールに流れる電流の代わりに車軸３１に流れる電流に含まれるＡＴＣ信号を受信すると説明したが、受電器２１Ａ，２１Ｂと車輪および車軸３１を受信手段としレールに流れる電流に含まれるＡＴＣ信号を受信するシステムであるとみなすことも可能である。
従って、上記実施形態には、電流によって生じる磁界の変化を検出して電流に含まれるＡＴＣ信号を受信するための受信手段と、列車速度を検出するための速度検出手段と、前記受信手段で受信した信号および前記速度検出手段からの検出信号に基づいて列車速度制御を行う受信制御手段とを備え、閉塞区間が設けられ各閉塞区間のレールにはＡＴＣ信号を含む電流がＡＴＣ地上装置から流される鉄道レール上を走行する車両に搭載されたＡＴＣ車上装置であって、車両の最も先頭寄りの車軸および車輪と前記車軸に対向するように設置された受電器とを前記受信手段とし、該受信手段によってレールに流れる電流に含まれる信号を受信可能に構成した発明が含まれる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、受電器２１Ａ，２１Ｂを車軸３１の上方に設置した形態について説明したが、受電器２１Ａ，２１Ｂを車軸３１の上方からではなく、前方または後方から車軸に対向するように設けても良い。また、受電器２１Ａ，２１Ｂが、車体３２ではなく台車枠３４に固定されるように構成しても良い。
さらに、前記実施形態では制御系の２重化のために受電器を２個設けているが、原理的には１個で良く、３個以上設けても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ＡＴＣ地上装置
１１  送受信部
１２  制御論理部
２０  ＡＴＣ車上装置
２１Ａ，２１Ｂ  受電器
２３  受信制御部（受信制御手段）
３１  車軸
３２  車体
３３Ａ，３３Ｂ  ブラケット
３４  台車枠
【図１】
2017200342.tif 000003
【図２】
2017200342.tif 000004
【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】
2017200342.tif 000009
【図８】
2017200342.tif 000010
【図９】
2017200342.tif 000011