JPS5936764B2 - 移動体位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一定走行路上を走行する移動体の走行路に沿つ
て分割した区間中の存在区間位置を、地上固定装置（地
上局という）側および移動体側にて共用の装置にて誘導
線による非接触結合状態で検出すると共に、移動体の区
間進入、進出も地上局にて同時に検出できることが特徴
である。

従来は誘導結合方法を用いる場合には、走行路に沿つて
走行路の定められた区分に合わせて交差を行つた交差形
平行２線式誘導線を展張してこれに特定周波数の信号電
流を流す、また移動体には誘導線と結合するループコイ
ル（アンテナ）および振幅レベル検知器を載置して移動
時に上記誘導線路の交差位置における振幅レベルの変化
を検出し、その検出回数を計数することによつて移動体
側で走行路上の位置を自己検知する方法、またはこれと
は逆に移動体側に特定周波数の信号発生器を載置してそ
のループコイルに信号電流を流し、このループコイルを
上記のような交差形２線誘導線路と結合させながら移動
させるとき、上記誘導線の一端に設けた振輻レベル検知
器で交差位置における誘起電圧、または電流の振幅レベ
ル変化を検出し、その検出回数を計数することによつて
移動体の位置を地上側で検知する方法などが用いられて
いる。しかしこれらの方法は、いずれも誘導線交差位置
における電圧または電流の大きな振幅変化を検出するも
のであるから、雑音妨害による振幅変化の誤り検知があ
れば計数の誤りを発生するという欠点がある。そして上
記から明らかなように、一方から信号波を送出して他方
がこれを受信し位置の検出を行うものであるから、両方
が位置検出を必要とする場合には、異なる信号波を用い
た２重装置が必要であつた。本発明では地上局と移動局
の設備が誘導結合されたとき帰還発振ループ回路を構成
させ、その発振周波数が走行路の分割区間の区分点にお
ける誘導線の交差点を移動体が通過する度に変化するこ
とを利用して移動体の区間位置を知ることが特徴で、上
記従来の雑音妨害および走行に伴う結合損失変動に十分
強く信頼性が高いこと、地上局と移動局が同時に位置検
出を行うことができるので、たとえば列車、車両、クレ
ーンなどの自動運転に低廉で信頼性の高い装置を提供す
ることができるなど広い用途がある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。第１図は本
発明に用いる誘導線と結合ループコイルの構成原理図で
ある。

図中の１，１′，２は平行３線式誘導線、３，４は（結
合用）変成器、５は誘導線の終端抵抗、６，７は結合用
ループコイル、ＣＳは誘導結合区間である。第１図ａの
ように、１，１′，２の誘導線はたとえば３０（１−J
モV１の一定間隔で同一平面に展張する。また結合用変
成器（Ｔ１）３は誘導線２の一端と変成器（Ｔ２）４の
１次側コイル中点間に、結合用変成器（Ｔ２）４は誘導
線１と１７の一端間にそれぞれ接続し、各誘導線のもう
一方の端には終端抵抗器５を接続する。第１図ｂに示し
た結合ループコイル６は交差形の例で、このときコイル
６は破線で示した誘導線と結合して、図ａの実線矢印方
向の電流によつて誘起電圧を発生する（換言すれば誘導
線と結合する）、しかし破線矢印方向の電流によつては
相殺され、誘起電圧はゼロすなわち誘導線との結合はな
い。また結合ループコイル７はループコイル６とは逆に
破線矢印方向の電流に対しては結合され、実線矢印方向
の電流に対しては結合がないという特性をもつている。
従つて第１図から容易に理解されるように、結合用変成
器３の入力５は結合ループ６に出力５を発生して誘導結
合による信号の伝達が行われ、結合用変成器４の入力５
は結合ループ７に出力５を発生して信号の伝達が行われ
る。また変成器３，４への５，５両入力による電流の位
相はそれぞれ図ａの実線矢印と破線矢印のようであり、
結合ループコイル６と７は一方が交差形、他方が非交差
形で同等寸法形状であるから結合がなく、５−（ｉ）Ｃ
５−５７間の詰合損失は、誘導線の区間長ＣＳの大きさ
、信号周波数等によつて相違があるが、約６０ｄＢが得
られる。なお本説明では結合コイル６と７にはループコ
イルを用いているが、これは磁性心（バ一）コイルでも
よく、コイル６と７は重ね合わせて置くこともできる。
また５−５ａ５→Ｖ間の結合抑圧をさらに強化するため
に、結合用変成器３，４の接続部分と端子間や終端抵抗
器５に平衡用可変抵抗器を接続し、あるいは各誘導線間
に平衡用コンデンサを接続するなど、公知の平衡手段を
施しておくものとする。このようにして誘導線のＣＳ区
間を平行３線誘導線路として結合コイル６および７それ
ぞれに対する信号伝送路を構成することができる。第２
図は本発明装置の構成例図であり、図中の１，１′，２
，３，４，５，６，７は第１図と共通で、８は増幅器、
９，１２は周波数弁別器、１０，１３は低域濾波器を含
む方形波変換器で、９と１０，１２と１３はそれぞれ区
間位置信号発生回路を構成する。

１１は発振増幅回路で、その構成素子として１１１−１
，１１１−２はそれぞれ共振周波数がＦｌ，ｆ２である
高Ｑ共振子回路、１１２一１，１１２−２は移相器（位
相シフタ）、１１３は増幅器（以下１１３を第１、８を
第２の増幅器という）である。

また走行路に沿つた誘導線の展張区間ＣＳはＡ，Ｂ，Ｃ
，Ｄの区間に分割され、誘導線１，１７は区間の区分点
毎に交差を施すものとする。さて誘導線１と１１で構成
される平行２線は１端を終端抵抗５（２個）にて終端し
、他端には結合用変成器４の１次側コイルを接続するが
、変成器４の２次側は発振増幅回路１１の入力側に接続
してあるから、変成器４から入力信号があれば２つの共
振子１１１−１および１１１−２にそれぞれ与えられ、
ｆ１またはＦ２の周波数成分のものが抽出され、それぞ
れ位相シフタ１１２−１および１１２−２を経たものが
第１増幅器１１３にて増幅され、結合変成器３に出力さ
れる。

また変成器３はその入力を誘導線１，１′および２で構
成した平行３線に第１図ａに示す実線矢印のような信号
電流を流す。ｆ１とＦ２の差△ｆは５０〜５００Ｈｚの
もので、位相シフタについては後に説明する。第２図に
おいて１，１′，２の平行３線誘導線と１，１７０）平
行２線誘導線の結合、換言すれば変成器３の入力が変成
器４に出力するとき、またはその逆のときの損失すなわ
ち結合損失は実測によつてもＦｌ，ｆ２が３０ｋＨｚ〜
３００ｋＨｚ０ＬＦ帯では６０ｄＢ以上で、この結合損
失をＭ。で表わすものとすれば第２図中の１１３−３−
ＭＯ−４−１１１１１２−１１３の帰還ループ回路が形
成されるので、第１増幅器１１３の利得μとこのループ
回路の３〜１１２入力間の帰還率βの間にμβく１かつ
帰還位相ψ＼Ｏが成立するように設定しておくことが可
能であり、従つて移動体のループコイル６，７との結合
のないときは発振しない。この非発振時、発振増幅回路
１１の出力は周波数弁別器１２に入力するが、正常な弁
別出力が発生されることなく次の方形波変換器１３から
出力が発生されることもない。他方移動体側ではループ
コイル６と７が誘導線と結合していない状態では、ルー
プコイル６は増幅器（ＡＭＰ）８の入力に、ループコイ
ル７はＡＭＰ８の出力に接続されて、８−Jヨ黷U−８の
帰還ループ発振回路が形成されているが、ループコイル
６は交差形、ループコイル７は非交差形であるため、こ
れら２つのコイルは重ね合わせてもその結合損失は約６
０ｄＢもあつて、ＡＭＰ８の利得をμつ上記ループ唄路
の帰還率をβ２としてμ７β（１が成立するように設定
することが可能で、このときは発振しない。

次に移動体が走行路上ＣＯ誘導線区間にあるときは、ル
ープコイル６は上記平行３線式誘導線と結合し、ループ
コイル７は１，１′の平行２線式誘線と結合する。

いまループコイル６と平行３線式誘導線間の結合損失を
Ｍ１、ループコイル７と平行２線式誘導線間の結合損失
をＭ２とすれば、誘導線とループコイルが正常に結合さ
れたときの帰還ループ回路は、８−Jヨ黷l２一誘導線１
，１／−４−１１−３一誘導線１・１′・２−Ｍ１−６
−８のように形成される。

ここで発振増幅回路１１の第１増幅器１１３の利得をμ
、第２増幅器８の利得をμ７とし、また帰還率β２は結
合損失Ｍｌ，Ｍ２およびその他の損失を合わせたものと
する。たマし上記その他の損失である変成器３と４、共
振子１１１および位相シフタ１１２の合成損失はＭ１お
よびＭ２に比べて著しく小さいので、β２＋Ｍ１×Ｍ２
とみてよくこの帰還ループ回路の発振条件の１つである
次式を満足させることができる。μ〆β２〉１ ・・・
・・・・・・・・・・・・ （１）実例としてμおよび
μ７を共に４０ｄＢ．Ｍ１，Ｍ２をいずれも−３０ｄＢ
とすることは容易で、この場合にはμ〆β２＝４０＋４
０−６０＝２０ｄＢとなり、発振条件の１つが満足され
る。

さらに上記帰還ループ回路で誘導線とループコイル６，
７との結合がなく発振してはならぬ条件、すなわち１・
１７・２による平行３線誘導線と１・１１こよる平行２
線誘導線どうしによる結合のみでは発振しない条件μβ
く１ならびにループコイル６と７との結合のみで第２増
幅器８が発振しない条件〆β＜１も、μ＝μ／−４０ｄ
Ｂ（１）ときβおよびμ７を最低でも５０ｄＢ以下とす
ることは容易で、μβ＝４０−５０＝−１０ｄＢく１、
〆β′＜１のように満足される。

次に誘導線とループコイルの結合が正常なときもう１つ
の発振条件となる帰還ループ回路の帰還電圧の位相につ
いて説明する。

上記８−一Ｍ２・・・−Ｍ１−一８の帰還ループ回路の
回路素子はそれぞれ固有の位相シフト量を持つているた
め、この帰還ループ回路にはＦｌ，ｆ２毎の位相シフタ
（ＰＳ）１１２を設けて、ループ回路の位相シフトを発
振時ψ＝０を、発振停止時ψ＝π（１８００）となるよ
うにあらかじめ調整しておく。具体的に説明すればルー
プコイル６，７がＣＳ区間内のＡ区間およびＣ区間にお
いて誘導線を介して結合しているとき、たとえば高Ｑ共
振子１１１−１のルートにてｆ１波の発振を行わせるた
め、第１増幅器１１３を２段増幅器と仮定すれば第１増
幅器１１３の入力位相を出力位相と同相にするように位
相シフタ１１２−１を調整し、正帰還（ψ＝００）とし
て安定に発振させる。またループコイル６，７がＢ区間
およびＤ区間において誘導線を介して結合するときには
、１，１′平行２線に交差が施されているので、変成器
４の１次側コイルの入力位相が反転（すなわち１８０１
シフト）し、第１増幅器１１３の入力位相はＡ，Ｃ区間
の場合に対し逆相（ψ＝１８００）となつて負帰還とな
るため上記ｆ１波による発振は停止する。他方この場合
に高Ｑ共振子１１１−２によつて定まるＦ２波を発振さ
せるために、位相シフタ１１２−２を調整して第１増幅
器１１３の入力と出力の位相を同相とすれば、上記帰還
ループ回路によるＦ２波発振が安定に行われる。このよ
うに位相シフタ１１２−１および１１２−２を調整すれ
ば、ループコイル６と７がＡ−Ｄの各区間に移動したと
き、１，１′平行２線式誘導線の交差点を通過する毎に
帰還ループ回路を用いた発振回路の発振周波数ｆ１から
Ｆ２に、またＦ２からｆ１に切り替わる。上記のように
第２図の例では、ループコイル７がＡまたはＣ区間に結
合したときはＦ，波を、ＢまたはＤ区間に結合したとき
はＦ２波を発振するようにすることができるが、もしＡ
ＭＰｌｌ３の利得μが大きく、かつＰＳｌｌ２−１また
はＰＳｌｌ２−２による位相調整が前記の１１３−３一
ＭＯ−４−１１１−１１２−１１３ループ回路の帰還位
相ψをたまたま００とするようであれば不都合なので、
ＡＭＰ８に位相シフタを附設しｆ１およびＦ２波に対し
て上記１１３→１１３ループ回路のψ＼０たとえばψ＝
±π／２とし、かつ上記の８−Ｍ２−Ｍ１−８のループ
回路ではψ＝０記を満足させればよい。

またＭ，およびＭ２はβやｙより小さい結合損失となる
ように各ループコイルと誘導線とを結合させることは容
易である。たとえばＭｌ，Ｍ２は共に約４０ｄＢ以下の
結合損失、β，β７は約６０ｄＢ０）帰還率とすること
ができるが、このときはμおよびμ７は４０ｄＢ以上で
６０ｄＢ以下に設定することが必要である。さで走行路
のＣＳ内では移動体がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各区間を移動す
る毎にＦ，波とＦ２波を交互に発振するから、地上局お
よび移動体ではそれぞれその増幅器ＡＭＰｌｌ３とＡＭ
Ｐ８の出力から弁別器ＤＩＳＣｌ２とＤＩＳＣ９によつ
てｆ１波かＦ２波かの弁別を行えば２値の状態検出が得
られる。

すなわち、たとえばＤＩＳＣｌ２の出力は次段方形波変
換器ＳＴｌ３に入力すると、まず雑音を除去するための
低域濾波器を通り続いて方形波に変換されて２値（１，
０またはＨ，Ｌレベル）の出力ＤＰｌを発生する。同様
にして移動体側ではＳＴｌＯからＤＰ２を出力する。Ｄ
Ｐｌ，ＤＰ２はループコイル７が誘導線の交差点を通過
する毎に１，０またはレベルが反転する出力となるから
、これを計数回路（図示省略した）などに導いて番地コ
ードに変換出力させることができ、地上局と移動体の双
方で移動体の位置を検知することができることは明らか
である。なお移動体のループコイルと誘導線の結合損失
が走行時に大きく変動するような場合には、周波数弁別
器９および１２の入力側に振幅リミツタを付加すればよ
く、これは一定振幅波の周波数弁別のみでなく、外来の
衝撃性雑音の振幅制限によるＳ／Ｎ比改善にも役立つこ
とである。

また特に増幅器８にｆ１およびＦ２を通過させるＢＰＦ
を付設し、帰還増幅回路の外来雑音に対するＳ／Ｎ比の
改善も必要に応じて行うことになる。さらに上記第２図
の例は地上局側に発振増幅回路１１を、移動体側に増幅
器８をそれぞれ設けた場合であるが、これとは逆に回路
１１を移動体に、増幅器８を地上局側にそれぞれ設けて
も同じ動作が得られることは明らかである。さて第２図
のような装置を実際の移動体走行路に適用するには、た
とえば走行路を長区間（第２図のＣＳ区間）毎に区分し
、さらにそのうちの位置検知が必要な長区間内を任意数
の短区間（Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・・・・）に区分すると共
に、この長区間毎に上記の平行３線式誘導線を布設しか
つ短区間区分に合わせて平行３線の外側２線に交差を施
して、その長区間誘導線の一端に第２図のような地上局
設備を設置する。

ただし上記の各長区間（ＣＳ）内に本発明第２図の車載
装置を載置した移動体を複数存在させた場合には、Ｆ，
波またはＦ２波の発振が不安定どなり移動体の位置検知
が不可能となるので、１つの長区間内には移動体は１つ
に限られる。実用上には複数移動体を走行路上を走行さ
せる場合、移動体の間隔は移動体の走行制御性能から決
定され、長区間毎の間隔最小限がそれによつて規制され
ると共に、１つの長区間には移動体は１台のみ存在でき
るという走行制御が行われることが必要である。従つて
これらの長区間内に移動体が進入すれば、その分割区間
毎にｆｌ波またはＦ２波による発振が行われ、移動体が
長区間から進出すればＦｌ，ｆ２の発振が停止するので
、その長区間ＣＳに対する地上局設備からＣＳ区間内の
移動体の存否も検知でき、前記の説明のようにＡ−Ｄ等
の小区間別の移動体位置が移動体の進行に伴つて検出さ
れる。本発明装置では上記のようにｆｌ波とＦ２波の周
波数弁別器の前段に振幅リミツタを、周波数弁別器出力
には１・１’による平行２線式誘導線の交差位置を移動
体が通過する最高速度に見合う遮断周波数を有する低域
濾波器をそれぞれ設け（いずれも図示省略）、また第２
増幅器８にはｆｌとＦ２双方を通過させる帯域濾波器（
図示省略）を設けることによつて、帰還ループ発振回路
に進入、発生する衝撃性雑音を抑圧し、Ｓ／Ｎ比を改善
できるので誤つた位置検知出力の発生が抑止され、地上
局側では上記のように長区間毎の移動体の進入、進出の
検知と、存在長区間内の短区間毎の連続位置検出が行わ
れ、移動体側では特に短区間毎の連続位置検出を全長区
間に亘つて同一般備でかつ各地上局と共通の装置を用い
て行うので設備費は低価格になること、軌道などを利用
しないのでゴムタイヤ車輪を用いた車両に対しても、一
定走行路を走行する場合の区間位置検知が高い信頼度で
行われること等実用上著しい効果が得られる。

さらに詳細な説明は省略するが、たとえば第２図の装置
を共用し僅かな付加回路によつて地上局と移動体間の情
報信号伝送装置を構成させることは容易で、これを併設
すれば列車車両等の自動走行制御、地上局の車両運行管
理などにおいて移動体の区間位置検出、停止位置検出等
の広い用途がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる誘導線とループコイルの構成原
理図、第２図は本発明装置の原理図である。 １，１’，２・・・・・・平行３線式誘導線、３，４・
・・・・・変成器、５・・・・・・終端抵抗、６，Ｔ・
・・・・・ループコイル、８，１１３・・・・・・増幅
器（ＡＭＰ）、９，１２・・・・・・周波数弁別器（Ｄ
ＩＳＣ）、１０，１３・・・・・・方形波変換器、１１
・・・・・・発振増幅回路、１１１・・・・・・高Ｑ共
振子、１１２・・・・・・位相シフタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ あらかじめ区間区分が行われた一定走行路上を移動
   する移動体の、区間別の位置検出を地上固定設備側と移
   動体の双方にて行う装置として、走行路の所要区間毎に
   走行路に沿つて同一平面内に等間隔の平行３線を展張し
   、その外側２線を上記区間内をさらに分割した小区間の
   区分点に合わせて交差を施すと共に、平行３線の一方の
   終端には終端抵抗を接続し、反対側終端には平行３線中
   の外側２線間に第１変成器の１次コイルを接続し、かつ
   平行３線中の中央線終端と第１変成器１次コイルの中間
   点に第２変成器の１次コイルを接続して成る交差形平行
   ３線式誘導線と、移動体に載置され上記区間内において
   上記交差形平行３線式誘導線と誘導結合し、かつ相互直
   接にはほとんど結合しない無交差ループコイルと、交差
   形ループコイルの一対よりなる移動体アンテナと、それ
   ぞれ異る周波数の２組の共振子、位相シフタおよび共通
   の第１増幅器よりなる発振増幅回路と、上記２つの異な
   る周波数を共通に増幅する第２の増幅器と、これら発振
   増幅回路と第２増幅器のそれぞれの出力に接続され、上
   記２つの周波数を判別する周波数弁別器と、その出力を
   整形する方形波変換器とより成る移動体側と、地上固定
   設備側の各区間位置信号発生回路とを具備し、かつ上記
   発振増幅回路を上記第１変成器と第２変成器の各２次コ
   イル間に、上記第２増幅器を上記一対の移動体アンテナ
   間に接続するか、あるいは上記発振増幅回路を上記一対
   の移動体アンテナ間に、上記第２増幅器を上記第１変成
   器と第２変成器の各２次コイル間に接続して、移動体が
   上記分割区間にあるときのみ、上記第１、第２変成器と
   交差形平行３線式誘導線と、移動体の交差形ループコイ
   ルと無交差形ループコイルと、発振増幅回路と第２増幅
   器との間に帰還発振回路を形成するように構成して、移
   動体が位置検出区間の１小区間から隣りの小区間に移る
   とき、無交差ループコイルと交差形平行３線式誘導線の
   外側２線との結合による誘起電圧の位相が反転すること
   から、上記小区間通過毎に上記帰還発振回路に上記２つ
   の共振子によつて定めてある２周波数のいづれか一方の
   発振から、他方の周波数の発振に切替わる交互周波数変
   化の発振を行わせ、発振の発生と移動体の現在位置まで
   の発振周波数の変化数によつて移動体の位置を、地上固
   定側設備と移動体の双方にて検知できるようにしたこと
   を特徴とする移動体位置検出装置。