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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022178027
(43)【公開日】2022-12-02
(54)【発明の名称】絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置と保線車両
(51)【国際特許分類】
B61D 15/00 20060101AFI20221125BHJP
B61L 29/28 20060101ALI20221125BHJP
B61F 13/00 20060101ALI20221125BHJP
【ＦＩ】
B61D15/00 B
B61L29/28 Z
B61F13/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021084515
(22)【出願日】2021-05-19
(71)【出願人】
【識別番号】000101101
【氏名又は名称】アクト電子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100144749
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 正英
(74)【代理人】
【識別番号】100076369
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 正治
(72)【発明者】
【氏名】塩野 幸策
(72)【発明者】
【氏名】上野 洋
【テーマコード（参考）】
5H161
【Ｆターム（参考）】
5H161AA01
5H161MM02
5H161MM14
5H161NN02
5H161PP06
5H161PP12
5H161QQ05
(57)【要約】
【課題】 台車と車軸の間隔が変動しても一次コイルと二次コイル間の間隔が変動せず、確実に誘起電圧を得ることができる。給電効率を高めリレーも駆動できる電力を誘起できるようにする。
【解決手段】 絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置は、一次コイル及び二次コイルが車軸の周方向に横長形状であり、両コイルは電磁誘導結合可能な間隔をあけて車軸の外周に対向配置され、一次コイルは車軸の外周に回転可能に配置され且つ、台車側に連結されて車軸の回転時に回転しない回転止めとなり、二次コイルは車軸に固定されて車軸と共に回転するようにしてある。保線車両は、従来の保線車両の車軸に、前記絶縁・短絡切替え装置の一次コイルと二次コイルを対向配置し、一次コイルは車軸の回転時に回転せず、二次コイルは車軸の回転時に車軸とともに回転するようにしてある。スイッチボックスを車軸又は絶縁車輪の近くに配置した。
【選択図】 図１
【解決手段】 絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置は、一次コイル及び二次コイルが車軸の周方向に横長形状であり、両コイルは電磁誘導結合可能な間隔をあけて車軸の外周に対向配置され、一次コイルは車軸の外周に回転可能に配置され且つ、台車側に連結されて車軸の回転時に回転しない回転止めとなり、二次コイルは車軸に固定されて車軸と共に回転するようにしてある。保線車両は、従来の保線車両の車軸に、前記絶縁・短絡切替え装置の一次コイルと二次コイルを対向配置し、一次コイルは車軸の回転時に回転せず、二次コイルは車軸の回転時に車軸とともに回転するようにしてある。スイッチボックスを車軸又は絶縁車輪の近くに配置した。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一次コイルと二次コイルとの電磁誘導結合による誘起電圧によりスイッチが開閉操作されて、絶縁車輪の内輪と外輪が完全短絡と、完全絶縁と、部分短絡に切り替えられ、完全短絡時には遮断機が降り、表示灯が点灯し、警報機が鳴り、完全絶縁時には遮断機が降りず、表示灯が点灯せず、警報機が鳴らず、部分短絡時には遮断機が降りて表示灯が点灯するが警報機は鳴らないようにした絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置において、
一次コイル及び二次コイルは車軸の周方向に横長形状であり、両コイルは電磁誘導結合可能な間隔をあけて車軸の外周に対向配置可能であり、
一次コイルは車軸の外周に回転可能に配置され且つ台車側に連結具で連結されて車軸の回転時に回転せず、二次コイルは車軸に固定されて車軸と共に回転するように対向配置できる、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
一次コイル及び二次コイルは車軸の周方向に横長形状であり、両コイルは電磁誘導結合可能な間隔をあけて車軸の外周に対向配置可能であり、
一次コイルは車軸の外周に回転可能に配置され且つ台車側に連結具で連結されて車軸の回転時に回転せず、二次コイルは車軸に固定されて車軸と共に回転するように対向配置できる、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
【請求項2】
請求項１記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置において、
絶縁・短絡切替え装置が絶縁・短絡側の送電ユニット及び受電ユニットと、ＬＰＦ側の送電ユニット及び受電ユニットと、スイッチボックスを備え、
前記送電ユニットに一次コイルが、受電ユニットに二次コイルがあり、
前記スイッチボックスは絶縁・短絡径路とＬＰＦ径路を備え、絶縁・短絡径路とＬＰＦ径路の夫々がスイッチを備え、絶縁・短絡径路のスイッチの出力側に絶縁車輪が、ＬＰＦ径路側のスイッチの出力側にＬＰＦがあり、
前記絶縁・短絡径路とＬＰＦ径路の夫々のスイッチが、メカ式スイッチ又は半導体スイッチであり、
前記絶縁・短絡径路のスイッチは絶縁・短絡側の一次コイルと二次コイルの電磁誘導結合により得られた電圧で開閉され、ＬＰＦ径路のスイッチはＬＰＦ側の一次コイルと二次コイルの電磁誘導結合により得られた電圧で開閉され、
絶縁・短絡径路のスイッチが閉じると内輪と外輪が短絡して完全短絡となり、
絶縁・短絡径路のスイッチが開くと内輪と外輪が短絡前の完全絶縁となり、
ＬＰＦ径路のスイッチが閉じると内輪と外輪がＬＰＦを通して短絡されて低周波の遮断機・表示灯信号はＬＰＦを通過し、高周波の警報機信号はＬＰＦでカットされる部分短絡になる、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
絶縁・短絡切替え装置が絶縁・短絡側の送電ユニット及び受電ユニットと、ＬＰＦ側の送電ユニット及び受電ユニットと、スイッチボックスを備え、
前記送電ユニットに一次コイルが、受電ユニットに二次コイルがあり、
前記スイッチボックスは絶縁・短絡径路とＬＰＦ径路を備え、絶縁・短絡径路とＬＰＦ径路の夫々がスイッチを備え、絶縁・短絡径路のスイッチの出力側に絶縁車輪が、ＬＰＦ径路側のスイッチの出力側にＬＰＦがあり、
前記絶縁・短絡径路とＬＰＦ径路の夫々のスイッチが、メカ式スイッチ又は半導体スイッチであり、
前記絶縁・短絡径路のスイッチは絶縁・短絡側の一次コイルと二次コイルの電磁誘導結合により得られた電圧で開閉され、ＬＰＦ径路のスイッチはＬＰＦ側の一次コイルと二次コイルの電磁誘導結合により得られた電圧で開閉され、
絶縁・短絡径路のスイッチが閉じると内輪と外輪が短絡して完全短絡となり、
絶縁・短絡径路のスイッチが開くと内輪と外輪が短絡前の完全絶縁となり、
ＬＰＦ径路のスイッチが閉じると内輪と外輪がＬＰＦを通して短絡されて低周波の遮断機・表示灯信号はＬＰＦを通過し、高周波の警報機信号はＬＰＦでカットされる部分短絡になる、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
【請求項3】
請求項１又は請求項２記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置において、
一次コイルは導線を巻いたコイルが送電側基板に装備され、二次コイルは導線を巻いたコイルが受電側基板に装備されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
一次コイルは導線を巻いたコイルが送電側基板に装備され、二次コイルは導線を巻いたコイルが受電側基板に装備されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
【請求項4】
請求項３記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置において、
一次コイルが送電側基板に印刷され、二次コイルが受電側基板に印刷されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
一次コイルが送電側基板に印刷され、二次コイルが受電側基板に印刷されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
【請求項5】
請求項４記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置において、
一次コイルは導線を巻いたコイルが送電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面のコイルは巻き数が増加するように接続され、二次コイルは導線を巻いたコイルが受電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面の二次コイルの巻き数が増加するように接続されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
一次コイルは導線を巻いたコイルが送電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面のコイルは巻き数が増加するように接続され、二次コイルは導線を巻いたコイルが受電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面の二次コイルの巻き数が増加するように接続されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
【請求項6】
請求項４記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置において、
一次コイルは送電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面の一次コイルは巻き数が増加するように接続され、二次コイルは受電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面の二次コイルの巻き数が増加するように接続されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
一次コイルは送電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面の一次コイルは巻き数が増加するように接続され、二次コイルは受電側基板の表面と裏面の両面に印刷され、両面の二次コイルの巻き数が増加するように接続されている、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置において、
一次コイルと二次コイルが電磁界共振結合可能である、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
一次コイルと二次コイルが電磁界共振結合可能である、
ことを特徴とする絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置。
【請求項8】
絶縁車輪付きの車軸を二対以上備えた保線車両において、
保線車両に請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置が装備され、
車上側に電源を制御する制御盤と、制御盤を操作する操作ボックスがあり、車両の床下側に送電ユニットと受電ユニットがあり、
一次コイルと二次コイルが共に車軸の外周に、電磁誘導可能な間隔をあけて対向配置され、一次コイルは車軸の外周に回転可能に配置され且つ台車側に連結具で連結されて車軸の回転時に回転しないように回転止めにし、二次コイルは車軸に固定されて車軸と共に回転するようにした、
ことを特徴する保線車両。
保線車両に請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置が装備され、
車上側に電源を制御する制御盤と、制御盤を操作する操作ボックスがあり、車両の床下側に送電ユニットと受電ユニットがあり、
一次コイルと二次コイルが共に車軸の外周に、電磁誘導可能な間隔をあけて対向配置され、一次コイルは車軸の外周に回転可能に配置され且つ台車側に連結具で連結されて車軸の回転時に回転しないように回転止めにし、二次コイルは車軸に固定されて車軸と共に回転するようにした、
ことを特徴する保線車両。
【請求項9】
請求項８記載の保線車両において、
一次コイルを備えた送電側基板と、二次コイルを備えた受電側基板を、車軸の外周に電磁誘導結合可能な間隔をあけて対向配置した、
ことを特徴する保線車両。
一次コイルを備えた送電側基板と、二次コイルを備えた受電側基板を、車軸の外周に電磁誘導結合可能な間隔をあけて対向配置した、
ことを特徴する保線車両。
【請求項10】
請求項８又は請求項９記載の保線車両において、
スイッチボックスが車軸又は絶縁車輪の近くに配置されて、絶縁車輪を短絡するケーブルに接続されている、
ことを特徴する保線車両。
スイッチボックスが車軸又は絶縁車輪の近くに配置されて、絶縁車輪を短絡するケーブルに接続されている、
ことを特徴する保線車両。
【請求項11】
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の保線車両において、
操作ボックスが車両の前方運転席と後方運転席に一つずつ配置されており、後から操作された操作ボックスからの指令が先に操作された操作ボックスからの指令に優先して制御盤を操作できるようにした、
ことを特徴する保線車両。
操作ボックスが車両の前方運転席と後方運転席に一つずつ配置されており、後から操作された操作ボックスからの指令が先に操作された操作ボックスからの指令に優先して制御盤を操作できるようにした、
ことを特徴する保線車両。
【請求項12】
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の保線車両において、
車両の前方運転席にある操作ボックスからの指令だけで制御盤を操作できるようにした、
ことを特徴する保線車両。
車両の前方運転席にある操作ボックスからの指令だけで制御盤を操作できるようにした、
ことを特徴する保線車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は絶縁車輪の絶縁と短絡を切り替える絶縁・短絡切替え装置と、その装置を備えた保線車両に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道線路（レール：軌道）は保線車両を用いて保守作業が行われている。保守作業は、通常、夜間に行われる。踏切の保守作業も夜間に行われる。
【0003】
軌道には、踏切監視区域に列車が入ると、踏切の遮断機を降ろし、表示灯を点灯或いは点滅（以下「点灯」という。）させるための踏切制御信号（以下「遮断機・表示灯信号」という。）と、警報機を鳴らすための踏切制御信号（以下「警報機信号」という。）が流れている。遮断機・表示灯信号はＤＣ～５０Ｈｚ程度の低周波、警報機信号は８～１０ｋＨｚ程度の高周波であり、両信号は重畳されて流れている。
【0004】
営業列車の左右一対の車輪は車軸を通して導通しており、左右一対のレールを導通している。営業列車が踏切監視区域に入ると、遮断機・表示灯信号と警報機信号が左右の車輪間に電流が流れて遮断機が降りて表示灯が点灯し、警報機が鳴るようにしてある。
【0005】
保線車両の車輪が営業列車の車輪と同じものであると、保線車両が踏切監視区域に入ったときも、踏切監視区域内で保守作業をしているときも、営業列車が通過する場合と同様の動作となり、遮断機が降り、表示灯が点灯し、警報機が鳴る。しかし、保線作業の多くは夜中に行われているため、夜中の保線作業中に警報機が鳴ると踏切付近の住民にとっては迷惑である。このため、保線車両には、内輪と外輪が絶縁材で絶縁されている絶縁車輪が装備されている。
【0006】
絶縁車輪が装備された保線車両は、踏切の保線作業時は踏切内にとどまるが、踏切監視区域内にとどまらずに踏切を通過するだけの場合もある。絶縁状態のままでは、軌道を流れる遮断機・表示灯用信号も警報機用信号も流れないため、保線車両が踏切を通過しても遮断機が降りず、表示灯が点灯せず、警報機が鳴らず、踏切が通行止めにならない。これを解消するため、保線車両が踏切を通過するだけの場合は、内輪と外輪を短絡して左右一対の絶縁車輪が車軸を通して導通し、踏切を通過するだけの場合でも遮断機が降り、表示灯が点灯し、警報機が鳴って踏切の通行が遮断される完全短絡状態（営業列車が踏切を通過する場合と同様の状態）になり、踏切内にとどまって保線作業をするときは絶縁車輪を短絡前の絶縁状態に戻して、警報機の鳴りが停止し、表示灯の点灯が停止し、遮断機が上がって踏切を通行できる完全絶縁状態になるようにしてある。これら、完全短絡状態、完全絶縁状態に切り替える装置として特許文献１～４がある。
【0007】
特許文献１、２の絶縁・短絡切替え装置は、絶縁車輪の内輪と外輪を、台車側に装備された一次コイル（給電側コイル）と車軸側に装備された二次コイル（受電側コイル）の電磁誘導結合により誘起される電圧でリレー式スイッチの接点を開閉して、完全短絡状態（通行止め）と完全絶縁状態（通行可能）に切り替えるものである。
【0008】
特許文献１、２の切替え装置を使用して完全絶縁状態にすれば、警報機が鳴らないので、踏切付近の住民に迷惑を掛けることなく、踏切付近及び踏切内で保線作業を行うことができるが、この状態では、踏切の遮断機が降りず、表示灯が点灯しないため、歩行者や自動車が踏切に侵入する恐れがあり、危険である。このため、踏切内作業時は完全短絡状態にするのではなく、遮断機は降り、表示灯は点灯するが、警報機だけが鳴らないようにする必要がある。
【0009】
特許文献３の切替え装置は、絶縁車輪の内輪と外輪を台車側に装備された一次コイルと車軸側に装備された二次コイルの電磁誘導結合により誘起される電圧で、左右一対の車輪間に設けた短絡回路のスイッチの接点を開閉し、閉時に絶縁車輪の内輪と外輪が短絡されて踏切が前記完全短絡状態になり、開時に内輪と外輪が短絡前の絶縁状態に戻って完全絶縁状態に切り替えられるようにしてある。更に、短絡回路にローパスフィルタ（ＬＰＦ）を入れることにより、遮断機が降り、表示灯は点灯するが、警報機は鳴らない部分短絡状態（通行止めであるが警報機は鳴らない）に切替え制御可能としたものである。この切替え装置を使用すれば静かで安全な状態で踏切内作業ができる。
【0010】
特許文献４の切替え装置は、本件出願人の出願であり、本件出願時には未公開であるが、特許文献１～３と同様に、完全短絡状態と完全絶縁状態に切替え可能であり、更に、台車と車軸の間隔が変動しても、一次コイルと二次コイル間で確実に誘起電圧を得ることができる。しかし、半導体スイッチを駆動できる電力を得ることはできるが、リレースイッチを駆動できる程の電力を得ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】実公平７－０１６５３４号公報
【特許文献2】特開２０００－０５２９８０号公報
【特許文献3】特開２００９－０１８５９８号公報
【特許文献4】特願２０２０－１８７４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
特許文献１～３の切替え装置では、台車側の一次コイルと車軸側の二次コイルが電磁誘導結合（トランス方式）であるため、両コイル間の電磁誘導結合を確実にするためには、両コイル間の間隔（ギャップ）を狭くしなければならない。しかし、保線車両の台車と車軸のギャップは、走行やレールが敷設されている地面の傾斜等により、左右方向（Ｘ軸方向）に横揺れしたり、縦方向（Ｙ軸方向）に上下動したり、奥行き方向（Ｚ軸方向）に傾いたりすることがある。これら変動に伴って台車と車軸の間隔が変動し、両コイル間のギャップが変動する（広くなる）。この場合、両コイル間の電磁誘導結合が不確実になり、必要な誘起電圧が得られないこともある。台車と車軸の間隔変動に対応できるようにするためには、両コイル間のギャップが広くなっても電磁誘導結合できるようにする（ギャップの動作範囲を広くする）か、機構的に間隔が広がらないようにすればよいが、広くすると両コイル間で確実な電磁誘導結合が得られないため、広くするにも限度がある。また、ギャップを広くすると一次・二次コイルが大きくなる。車両には駆動車軸と従動車軸があり、二次コイルはそのいずれの車軸にも取り付け可能であるが、駆動車軸にはギヤボックスがあるため、取り付けスペースに制約がある。このため、台車に固定される一次コイルと車軸に取り付ける二次コイルのギャップ調整に精度が要求され、車軸への二次コイルの取り付け位置の設定が難しくなり、取り付けが面倒になる。
【0013】
特許文献３では、保線車両のスイッチに、機械式接点のスイッチ（例えば、リレー）を使用しているため、リレーの駆動に比較的大きな電流が必要になる。また、リレー接点が経年劣化で迅速な開閉、正確な開閉ができなくなり、誤動作の原因になるといった難点があった。
【0014】
特許文献４は、特許文献１～３のような難点はないが、一次側・二次側のコイルの数が多いため、アッセンブリが面倒であり、コスト高にもなる。また、コイルの品質と故障率、海外製のため市場から安定供給ができ難いという難点もある。また、半導体スイッチを駆動する程度の給電能力しかなく、リレーのような機械式スイッチ（以下「メカ式スイッチ」という。）を駆動できる電力を得ることはできなかった。このため、短絡・切替えスイッチとしてリレー（リレースイッチ）を使用している従来の短絡・切替え装置には利用できないという難点もあった。
【0015】
本発明の解決課題は、ワイヤレス給電方式で、少ない数のコイルでリレーなどのメカ式スイッチを駆動するのに十分な電力を誘起でき、絶縁車輪が装備された保線車両に取り付け易く、コイルの品質信頼性も高く、故障が少なく、部品調達も、メンテナンスも容易な絶縁・短絡切替え装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置は、一次コイルと二次コイルとの電磁誘導結合による誘起電圧によりスイッチが開閉操作されて、車軸で連結されている絶縁車輪の内輪と外輪が完全短絡、完全絶縁、部分短絡に切り替えられ、軌道に流れている遮断機・表示灯信号による遮断機の昇降、表示灯の点灯・消灯、警報機信号による警報機の鳴動・停止を切替え制御できるものである。その特徴は、一次コイル及び二次コイルを車軸の周方向に細長にしたこと、一次コイルと二次コイルを共に車軸の外周に対向配置できるようにしたことである。両コイルは電磁界共振結合して電力を誘起できるようにしてある。一次コイル及び二次コイルは導線を巻いたコイルを基板に取り付けたものでも、基板にコイルを印刷したものでもよい。一次コイル、二次コイルは基板の表裏両面又は片面に設けることもできる。両面に設けた場合は両面のコイルを巻き数が増加するように接続する。
【0017】
本発明の保線車両は、前記絶縁・短絡切替え装置を装備したものであり、その特徴は、一次コイルと二次コイルを共に車軸の外周に電磁誘導結合可能なギャップをあけて対向配置し、一次コイルは、車軸が回転しても回転しないように自在継手などの連結具で台車に連結固定して回転止めにし、二次コイルは車軸の回転に伴って回転できるように車軸の外周に固定して、走行時に台車と車軸の間隔変動が発生しても、一次コイルと二次コイルの間のギャップが変化しないようにしたことにある。
【発明の効果】
【0018】
本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置は、次のような効果がある。
（１）一次コイルと二次コイルが車軸の外周方向に細長であるため、車軸の外周に対向配置すると両コイルの対向距離が長くなり、対向面積が大きくなり、少ない数のコイルでも電磁誘導結合が強くなり、確実になる。このため、リレーを使用した既存の短絡・切替え装置に適用できる。
（２）一次コイルと二次コイルの数が少なくても確実に電磁誘導結合できるため、車軸外周への一次コイルと二次コイルの取り付けが容易になり、故障も少なくなり、保守も容易になる。
（３）一次コイルと二次コイルの数が少ないため、多くのコイルを間隔をあけてリング状に配置する場合のように、隣接するコイル間にスペースがなく、コイルを小型化できるため、台車の下の狭い設置スペースにも設置し易くなる。コイルのアッセンブリも容易になり、コストも低減できる、
（４）一次コイルと二次コイルを車軸と台車の相対位置変位が変化しない機構にし、更に、電磁界共振結合できるようにしてあるので、メカ式スイッチでも駆動できる電力が得られる。
（５）一次コイル、二次コイルが基板に印刷されたものの場合は、特に故障しにくくなり、品質の信頼性が向上する。国内生産でき、安定供給ができ、交換などの保守に迅速に対応できる。
（６）一次コイル、二次コイルを、一枚の基板の両面に設けて、両面のコイルを巻き数が多くなるように接続すれば、小型の一次コイル、二次コイルでもメカ式スイッチを駆動可能な電力を誘起できる。
（１）一次コイルと二次コイルが車軸の外周方向に細長であるため、車軸の外周に対向配置すると両コイルの対向距離が長くなり、対向面積が大きくなり、少ない数のコイルでも電磁誘導結合が強くなり、確実になる。このため、リレーを使用した既存の短絡・切替え装置に適用できる。
（２）一次コイルと二次コイルの数が少なくても確実に電磁誘導結合できるため、車軸外周への一次コイルと二次コイルの取り付けが容易になり、故障も少なくなり、保守も容易になる。
（３）一次コイルと二次コイルの数が少ないため、多くのコイルを間隔をあけてリング状に配置する場合のように、隣接するコイル間にスペースがなく、コイルを小型化できるため、台車の下の狭い設置スペースにも設置し易くなる。コイルのアッセンブリも容易になり、コストも低減できる、
（４）一次コイルと二次コイルを車軸と台車の相対位置変位が変化しない機構にし、更に、電磁界共振結合できるようにしてあるので、メカ式スイッチでも駆動できる電力が得られる。
（５）一次コイル、二次コイルが基板に印刷されたものの場合は、特に故障しにくくなり、品質の信頼性が向上する。国内生産でき、安定供給ができ、交換などの保守に迅速に対応できる。
（６）一次コイル、二次コイルを、一枚の基板の両面に設けて、両面のコイルを巻き数が多くなるように接続すれば、小型の一次コイル、二次コイルでもメカ式スイッチを駆動可能な電力を誘起できる。
【0019】
本発明の保線車両は次のような効果がある。
（１）車両の車軸に、前記絶縁・短絡切替え装置が装備されているので、当該絶縁・短絡切替え装置の効果を備えた保線車両となる。
（２）一次コイルと二次コイルが共に車軸の外周に配置されているため、車両が揺れたり、振動したり、傾いたりして、台車と車軸の間隔が変動しても、両コイルの対向間隔は確保され、電磁誘導結合による誘起電力が確実に得られる。
（１）車両の車軸に、前記絶縁・短絡切替え装置が装備されているので、当該絶縁・短絡切替え装置の効果を備えた保線車両となる。
（２）一次コイルと二次コイルが共に車軸の外周に配置されているため、車両が揺れたり、振動したり、傾いたりして、台車と車軸の間隔が変動しても、両コイルの対向間隔は確保され、電磁誘導結合による誘起電力が確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置の全体概要図。
【図2】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置における操作ボックスと制御盤の説明図。
【図3】本発明における送電ユニットと受電モジュールの説明図。
【図4】本発明におけるスイッチボックスの概要説明図であり、（ａ）は切替えスイッチがリレーの場合の説明図、（ｂ）は半導体スイッチの場合の説明図。
【図5】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置における一次コイルの説明図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は基板表面のコイルと裏面のコイルの結線図。
【図6】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置における二次コイルの説明図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は基板表面のコイルと裏面のコイルの結線図。
【図7】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置を車軸へ取り付けた状態の断面図。
【図8】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置の分解図。
【図9】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置を車軸へ取り付けた状態であり、（ａ）はラジアル軸受けの取付け断面図、（ｂ）はスラスト軸受けの取付け断面図。
【図10】本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置を車軸へ取り付けた外観図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
（実施形態）
本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置（以下単に「絶縁・短絡切替え装置」と記す。）の一例を、図面を参照して説明する。
本発明の絶縁車輪の絶縁・短絡切替え装置（以下単に「絶縁・短絡切替え装置」と記す。）の一例を、図面を参照して説明する。
【0022】
図１は本発明の絶縁・短絡切替え装置の概要図であり、絶縁車輪Ｂは既存の絶縁車輪と同様に、内輪Ｂ１と外輪Ｂ２と絶縁材Ｂ３が同心円状に配置されて、内輪Ｂ１と外輪Ｂ２が絶縁されている。絶縁車輪Ｂは二つが車軸（輪軸）Ａで連結されて一本としてある。絶縁車輪は一両の車両の台車に二本以上装備されている。この場合、いずれか一本の絶縁車輪が駆動車輪、他が従動車輪である。
【0023】
［絶縁・短絡切替え装置の概要］
図１の絶縁・短絡切替え装置は、保線車両の車上側に操作ボックス１と、操作ボックス１からの操作によって動作する制御盤２がある。保線車両の床下側に絶縁・短絡側の送電ユニット３、ＬＰＦ側の送電ユニット４、絶縁・短絡側の受電モジュール８とＬＰＦ側の受電モジュール９をまとめた受電ユニット５を設け、一方の絶縁車輪Ｂにスイッチボックス１７を設けてある。スイッチボックス１７はリレー接点回路（図４（ａ））又は半導体スイッチ回路（図４（ｂ））が内蔵されている。
図１の絶縁・短絡切替え装置は、保線車両の車上側に操作ボックス１と、操作ボックス１からの操作によって動作する制御盤２がある。保線車両の床下側に絶縁・短絡側の送電ユニット３、ＬＰＦ側の送電ユニット４、絶縁・短絡側の受電モジュール８とＬＰＦ側の受電モジュール９をまとめた受電ユニット５を設け、一方の絶縁車輪Ｂにスイッチボックス１７を設けてある。スイッチボックス１７はリレー接点回路（図４（ａ））又は半導体スイッチ回路（図４（ｂ））が内蔵されている。
【0024】
［操作ボックス］
図１の操作ボックス１は絶縁ボタン１ａ、短絡ボタン１ｂ、ＬＰＦ（短絡）ボタン１ｃを備えている。これらボタンの操作により制御盤２を操作して、制御盤２からの＋２４ＶのＤＣ電圧の給電、停止を設定するものである。これらボタンは押すとランプが点灯する照光式押しボタン式にして、絶縁ボタン１ａを押すと青色、短絡ボタン１ｂを押すと赤色、ＬＰＦボタン１ｃを押すと橙色に点灯するようにしてある。各ボタンの色は何色であってもよい。図１、図２の操作ボックス１は二つあり、車両の前方運転席と後方運転席に一つずつ配置されており、後から操作された操作ボックス１からの指令が先に操作された操作ボックス１からの指令に優先して制御盤２を操作できるようにすることも、前方運転席にある操作ボックス１からの指令だけで制御盤２を操作できるようにすることもできる。
図１の操作ボックス１は絶縁ボタン１ａ、短絡ボタン１ｂ、ＬＰＦ（短絡）ボタン１ｃを備えている。これらボタンの操作により制御盤２を操作して、制御盤２からの＋２４ＶのＤＣ電圧の給電、停止を設定するものである。これらボタンは押すとランプが点灯する照光式押しボタン式にして、絶縁ボタン１ａを押すと青色、短絡ボタン１ｂを押すと赤色、ＬＰＦボタン１ｃを押すと橙色に点灯するようにしてある。各ボタンの色は何色であってもよい。図１、図２の操作ボックス１は二つあり、車両の前方運転席と後方運転席に一つずつ配置されており、後から操作された操作ボックス１からの指令が先に操作された操作ボックス１からの指令に優先して制御盤２を操作できるようにすることも、前方運転席にある操作ボックス１からの指令だけで制御盤２を操作できるようにすることもできる。
【0025】
【0026】
［送電ユニット］
図１の絶縁・短絡側の送電ユニット３と、ＬＰＦ側の送電ユニット４は同じ構成であるため、以下の説明では、絶縁・短絡側の送電ユニット３について説明し、ＬＰＦ側の送電ユニット４の説明は省略する。また、絶縁・短絡側の送電ユニット３を単に送電ユニットということもある。
図１の絶縁・短絡側の送電ユニット３と、ＬＰＦ側の送電ユニット４は同じ構成であるため、以下の説明では、絶縁・短絡側の送電ユニット３について説明し、ＬＰＦ側の送電ユニット４の説明は省略する。また、絶縁・短絡側の送電ユニット３を単に送電ユニットということもある。
【0027】
［絶縁・短絡側の送電ユニット］
図１の送電ユニット３は、図３のように送電ユニット３（４）と送電側コイル（一次コイル）Ｌ２を備えている。一次コイルＬ２は図５のように約１／４円板状の送電側基板３０の円周方向に横長である。送電側基板３０の形状は他の形状、例えば、半円板状であってもよく、この場合は、一次コイルＬ２の形状も送電側基板３０の形状に合わせて変える（略半円状にする）。
図１の送電ユニット３は、図３のように送電ユニット３（４）と送電側コイル（一次コイル）Ｌ２を備えている。一次コイルＬ２は図５のように約１／４円板状の送電側基板３０の円周方向に横長である。送電側基板３０の形状は他の形状、例えば、半円板状であってもよく、この場合は、一次コイルＬ２の形状も送電側基板３０の形状に合わせて変える（略半円状にする）。
【0028】
送電ユニット３は制御盤２から給電される＋２４ＶＤＣをＡＣ（１５０ｋＨｚ）に変換して出力するものであり、図３のように発振器１１、ゲートドライバ１２、二つのＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２、コイルＬ１、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２を備えている。コイルＬ１、コンデンサＣ１は駆動信号の方形波を正弦波に変換するＬＰＦを構成している。コンデンサＣ２は一次コイルＬ２との共振コンデンサである。
【0029】
［絶縁・短絡側の受電モジュール］
図１の受電モジュール８は、図３のように二次コイルＬ３は半円板状の受電側基板４０にコイルＬ３ａ、Ｌ３ｂを設けた半円状の二つの受電パーツ５ａ、５ｂを円形に組み合わせてある。コイルＬ３ａ、Ｌ３ｂは半円板状の受電側基板４０の半円方向に横長である。この受電モジュール８は、絶縁・短絡側とＬＰＦ側が同じ構成である。
図１の受電モジュール８は、図３のように二次コイルＬ３は半円板状の受電側基板４０にコイルＬ３ａ、Ｌ３ｂを設けた半円状の二つの受電パーツ５ａ、５ｂを円形に組み合わせてある。コイルＬ３ａ、Ｌ３ｂは半円板状の受電側基板４０の半円方向に横長である。この受電モジュール８は、絶縁・短絡側とＬＰＦ側が同じ構成である。
【0030】
図３の受電モジュール８は二次コイルＬ３（Ｌ３は半円状のコイルＬ３ａ、Ｌ３ｂを二枚使用している）に誘起される電力をスイッチボックス１７（図１、図３）に出力するものであり、図３のよう二次コイルＬ３との共振コンデンサＣ３、二次コイルＬ３に誘起される電圧を整流するブリッジ式の整流回路１５、３端子レギュレータ１６を備えている。３端子レギュレータ１６は安定化電源であり、受電モジュールの出力電圧を１２Ｖに変換してスイッチボックス１７のスイッチ回路（図４（ａ）（ｂ））に供給するものである。
【0031】
［電磁界共振結合］
一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は、電磁誘導結合可能なギャップＧ（図３）を設けて対向配置されており、二次コイルＬ３にコンデンサＣ３（図４）を入れて、非接触で電磁界共振結合するようにしてある。
一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は、電磁誘導結合可能なギャップＧ（図３）を設けて対向配置されており、二次コイルＬ３にコンデンサＣ３（図４）を入れて、非接触で電磁界共振結合するようにしてある。
【0032】
［スイッチ回路の実施例１］
図１のスイッチボックス１７は図４（ａ）のように絶縁・短絡径路２０とＬＰＦ短絡径路２１の二つの径路の夫々にメカ式スイッチ（例えば、リレーＲＬＹ１、ＲＬＹ２）ＳＷ１、ＳＷ２を備えたものである。スイッチボックス１７の絶縁・短絡径路２０のスイッチＳＷ１は絶縁・短絡側の受電モジュール８（図３）から供給される電圧によりＯＮ、ＯＦＦし、ＬＰＦ側のスイッチＳＷ２はＬＰＦ側の受電モジュール９（図３）から供給される電圧によりＯＮ、ＯＦＦする。なお、スイッチＳＷ１とＳＷ２は同時ＯＮになることはないように構成されている。
図１のスイッチボックス１７は図４（ａ）のように絶縁・短絡径路２０とＬＰＦ短絡径路２１の二つの径路の夫々にメカ式スイッチ（例えば、リレーＲＬＹ１、ＲＬＹ２）ＳＷ１、ＳＷ２を備えたものである。スイッチボックス１７の絶縁・短絡径路２０のスイッチＳＷ１は絶縁・短絡側の受電モジュール８（図３）から供給される電圧によりＯＮ、ＯＦＦし、ＬＰＦ側のスイッチＳＷ２はＬＰＦ側の受電モジュール９（図３）から供給される電圧によりＯＮ、ＯＦＦする。なお、スイッチＳＷ１とＳＷ２は同時ＯＮになることはないように構成されている。
【0033】
［スイッチ回路の実施例２］
図１のスイッチボックス１７は、可能であれば、図４（ｂ）のような構成とすることもできる。図４（ｂ）のスイッチボックス１７は絶縁・短絡径路２０とＬＰＦ径路２１の二つの径路の夫々に半導体スイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴスイッチ）ＳＷ１、ＳＷ２を使用した場合である。半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２には汎用のＭＯＳＦＥＴを使用することができる。図４（ｂ）の絶縁・短絡径路２０とＬＰＦ径路２１の夫々には表示灯（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）が挿入されている。ＬＥＤ１は絶縁・短絡径路２０のスイッチがＯＮとなると点灯して絶縁・短絡側が作動していることを表示し、ＬＥＤ２はＬＰＦ径路２１のスイッチがＯＮとなると点灯してＬＰＦ側が作動していることを表示するようにしてある。
図１のスイッチボックス１７は、可能であれば、図４（ｂ）のような構成とすることもできる。図４（ｂ）のスイッチボックス１７は絶縁・短絡径路２０とＬＰＦ径路２１の二つの径路の夫々に半導体スイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴスイッチ）ＳＷ１、ＳＷ２を使用した場合である。半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２には汎用のＭＯＳＦＥＴを使用することができる。図４（ｂ）の絶縁・短絡径路２０とＬＰＦ径路２１の夫々には表示灯（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）が挿入されている。ＬＥＤ１は絶縁・短絡径路２０のスイッチがＯＮとなると点灯して絶縁・短絡側が作動していることを表示し、ＬＥＤ２はＬＰＦ径路２１のスイッチがＯＮとなると点灯してＬＰＦ側が作動していることを表示するようにしてある。
【0034】
スイッチボックス１７（図１）内のスイッチ回路（図４（ａ）（ｂ））は図１のようにＬＰＦ６と接続され、ＬＰＦ側の受電モジュールが動作した場合のみ動作するようにしている。また、絶縁車輪Ｂを短絡するケーブル１８（図１）とも接続する必要がある。短絡時にケーブル１８に流れる電流の最大値は約３０Ａと大きいので、太く、短い長さのケーブルを使用する必要がある。スイッチボックス１７のスイッチＳＷ１、ＳＷ２を受電ユニット５（図１）の中に組み込むと配線が長くなり内部抵抗が増加する。内部抵抗の増加を防止するためには、太いケーブルを使用しなければならなくなる。ケーブルが太くなると剛性が高まり、引き回しなどの作業性が悪くなる。本発明では、これら問題を解消するため、スイッチ回路（図４（ａ）又は図４（ｂ））を受電ユニット５（図１）とは別に、スイッチボックス１７（図１）にまとめて、一方の絶縁車輪Ｂ（図１）側に設けてある（外付けにしてある）。
【0035】
【0036】
［送電ユニットの具体的構成］
絶縁・短絡側とＬＰＦ側の送電ユニット３、４（図１、図３）の具体的構成は同じであるため、以下の説明では絶縁・短絡側の送電ユニット３の具体的構成だけを説明し、ＬＰＦ側の具体的構成は省略する。
絶縁・短絡側とＬＰＦ側の送電ユニット３、４（図１、図３）の具体的構成は同じであるため、以下の説明では絶縁・短絡側の送電ユニット３の具体的構成だけを説明し、ＬＰＦ側の具体的構成は省略する。
【0037】
［一次コイル、二次コイル］
図５は一次コイル、図６は二次コイルの説明図である。送電ユニット３の一次コイルＬ２（図３）は約１／４円板状の一枚の送電側基板３０に横長に設けてあり、取り付ける車軸Ａの周方向に横長の略半円形状である。受電ユニット５の二次コイルＬ３（図３）は半円板状の二枚の受電側基板４０の夫々に設けてあり、取り付ける車軸Ａの周方向に横長の略半円形状である。一次コイルＬ２も二次コイルＬ３も前記形状であれば、巻き径、巻き数等は任意に設計可能である。送電側基板３０、受電側基板４０は共に、絶縁性の樹脂製である。
図５は一次コイル、図６は二次コイルの説明図である。送電ユニット３の一次コイルＬ２（図３）は約１／４円板状の一枚の送電側基板３０に横長に設けてあり、取り付ける車軸Ａの周方向に横長の略半円形状である。受電ユニット５の二次コイルＬ３（図３）は半円板状の二枚の受電側基板４０の夫々に設けてあり、取り付ける車軸Ａの周方向に横長の略半円形状である。一次コイルＬ２も二次コイルＬ３も前記形状であれば、巻き径、巻き数等は任意に設計可能である。送電側基板３０、受電側基板４０は共に、絶縁性の樹脂製である。
【0038】
一次コイルＬ２は導線を図５（ａ）（ｂ）のように横長に巻いたコイルを送電側基板３０に固定するとか、送電側基板３０に印刷するなどして形成することができる。二次コイルＬ３も導線を図６（ａ）（ｂ）のように横長に巻いたコイルを受電側基板４０に固定するとか、受電側基板４０に印刷するなどして形成することができる。
【0039】
一次コイルＬ２は一枚の送電側基板３０の表裏両面に設けることも、片面にだけ設けることもできる。二次コイルＬ３も受電側基板４０の夫々の表裏両面に設けることも、片面にだけ設けることもできる。図５（ａ）（ｂ）は一次コイルＬ２を一枚の送電側基板３０の表面と裏面の両面に設けた場合の一例である。表面（図５（ａ））に設けた表面側コイル３０ａと、裏面（図５（ｂ））に設けた裏面側コイル３０ｂを同じ形状、同じ巻き径、巻き数とし、表面側コイル３０ａの巻き終端３１ｂ（図５（ａ））と、裏面側コイル３０ｂの巻き始端３１ｃ（図５（ｂ））を図５（ｃ）のように接続（結線）して、コイルを送電側基板３０の表裏いずれかの片面にだけ設けた場合の２倍の巻き数にしてある。表面側コイル３０ａの巻き始端３１ａ（図５（ａ））と裏面側コイル３０ｂの巻き終端３１ｄ（図５（ｂ））は出力端としてある。
【0040】
二次コイルＬ３を図６（ａ）（ｂ）のように、二枚の受電側基板４０の夫々の表面と裏面の両面に設けた場合も、図５（ａ）（ｂ）の一次コイルＬ２の場合と同様に、表面側コイル４０ａの巻き終端４１ｂ（図６（ａ））と、裏面側コイル４０ｂの巻き始端４１ｃ（図６（ｂ））を図６（ｃ）のように接続（結線）して、コイルを受電側基板４０の表裏いずれかの片面にだけ設けた場合の２倍の巻き数にしてある。
【0041】
［車軸への一次コイルと二次コイルの取り付け］
前記した一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は、図７、図８のように、車両の車軸Ａに取り付けられる。図７、図８では車軸Ａの外周に被せたバンド６０の外側に、半円状の二つの固定具７０をリング状に被せ、両固定具７０を螺子締めして車軸Ａに固定してある。固定具７０はその周方向に凹溝７１を備えており、その凹溝７１（図８）に半円状の二枚の支持盤８０（図８）をリング状に配置し、夫々の支持盤８０の表裏両面に一次コイルＬ２を備えた送電側基板３０を取り付け、支持盤８０の両側面に二次コイルＬ３を備えた受電側基板４０を固定し、二次コイルＬ３の外側に保護カバー９０を設けてある。
前記した一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は、図７、図８のように、車両の車軸Ａに取り付けられる。図７、図８では車軸Ａの外周に被せたバンド６０の外側に、半円状の二つの固定具７０をリング状に被せ、両固定具７０を螺子締めして車軸Ａに固定してある。固定具７０はその周方向に凹溝７１を備えており、その凹溝７１（図８）に半円状の二枚の支持盤８０（図８）をリング状に配置し、夫々の支持盤８０の表裏両面に一次コイルＬ２を備えた送電側基板３０を取り付け、支持盤８０の両側面に二次コイルＬ３を備えた受電側基板４０を固定し、二次コイルＬ３の外側に保護カバー９０を設けてある。
【0042】
バンド６０は弾性を備え、滑りにくい材質製、例えば、ゴム製や樹脂製としてある。固定具７０は金属製であり、内部が中空であり、中空部内に配線したり、電子部品を内蔵したりすることができる。
【0043】
支持盤８０は金属製であり、半円盤状であり、図７、図８のように半円弧状の内周面にラジアル軸受け８１とスラスト軸受け８２を取り付けてある。ラジアル軸受け８１とスラスト軸受け８２は凹溝７１内に嵌合配置され、図９（ａ）のように、ラジアル軸受け８１は凹溝７１の底面に回転可能に接触し、スラスト軸受け８２は図９（ｂ）のように凹溝７１の側面に接触している。また、支持盤８０の外周面に自在接手などの連結具１００（図１０）を突設し、この連結具１００を保線車両の台車に連結固定して、車軸Ａが回転して固定具７０が回転しても、ラジアル軸受け８１が回転し、支持盤８０は回転しないように回り止めにしてある。また、スラスト軸受け８２が凹溝７１の側面に接触しているため、台車が横揺れしても支持盤８０は横移動せず、一次コイルＬ２と二次コイルＬ３の対向間隔が変動しないようにもしてある。図１０の１０１は給電ケーブルであり送電ユニット３（４）（図３）に電源２４Ｖを給電するためのものである。
【0044】
一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は電磁誘導結合可能な間隔を設けて対向配置されている。この場合、支持盤８０の表面に取り付けてある一次コイルＬ２と、固定具７０の表面に取り付けて一次コイルＬ２と対向配置してある二次コイルＬ３とを絶縁・短絡側のコイルとし、支持盤８０の裏面に取り付けてある一次コイルＬ２と、固定具７０の裏面に取り付けて一次コイルＬ２と対向配置してある二次コイルＬ３とをＬＰＦ側のコイルとしてある。
【0045】
［半導体スイッチを用いた場合］
スイッチボックス１７に半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２を使用した場合（図４（ｂ））は、半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２を基板に実装する。基板は受電側基板４０であってもよく、それらとは別体の基板（図示しない）であってもよい。半導体スイッチは放熱するため、半導体スイッチの近くに放熱板を設けるのが望ましい。
スイッチボックス１７に半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２を使用した場合（図４（ｂ））は、半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２を基板に実装する。基板は受電側基板４０であってもよく、それらとは別体の基板（図示しない）であってもよい。半導体スイッチは放熱するため、半導体スイッチの近くに放熱板を設けるのが望ましい。
【0046】
［保線車両］
本発明の保線車両は、従来の保線車両と同様に、二以上の車軸に絶縁車輪Ｂを備えており、一本を駆動車輪、他は従動車輪としてある。
本発明の保線車両は、従来の保線車両と同様に、二以上の車軸に絶縁車輪Ｂを備えており、一本を駆動車輪、他は従動車輪としてある。
【0047】
本発明の保線車両は、本発明の絶縁・短絡切替え装置を図１０のように少なくとも、いずれか一本の車軸Ａに取り付けてある。また、従来の保線車両と同様に、操作ボックス１、その他の機器を備えている。
【0048】
［絶縁・短絡切替え装置の動作］
本発明の絶縁・短絡切替え装置の動作について、操作ボックス１（図２）の短絡ボタンが押された場合、絶縁ボタンが押された場合、ＬＰＦボタンが押された場合に分けて説明する。以下の説明は、一本の車軸に装備されている左右の絶縁車輪Ｂのうち、一方の絶縁車輪Ｂの外輪Ｂ２と内輪Ｂ１を常時短絡しておき（図１）、他方の絶縁車輪Ｂの外輪Ｂ２と内輪Ｂ１を絶縁・短絡して踏切の遮断機、表示灯、警報機を、前記した完全短絡状態と完全絶縁状態と部分短絡状態に切り替え操作する場合である。車両によっては、両絶縁車輪Ｂを切替え式とする場合もある。
本発明の絶縁・短絡切替え装置の動作について、操作ボックス１（図２）の短絡ボタンが押された場合、絶縁ボタンが押された場合、ＬＰＦボタンが押された場合に分けて説明する。以下の説明は、一本の車軸に装備されている左右の絶縁車輪Ｂのうち、一方の絶縁車輪Ｂの外輪Ｂ２と内輪Ｂ１を常時短絡しておき（図１）、他方の絶縁車輪Ｂの外輪Ｂ２と内輪Ｂ１を絶縁・短絡して踏切の遮断機、表示灯、警報機を、前記した完全短絡状態と完全絶縁状態と部分短絡状態に切り替え操作する場合である。車両によっては、両絶縁車輪Ｂを切替え式とする場合もある。
【0049】
［操作ボックスの短絡ボタンが押された場合］
（１）作業員が、車上の操作ボックス１（図２）の短絡ボタン１ｂを押すと、制御盤２（図２）から、＋２４ＶＤＣの電圧が絶縁・短絡側の送電ユニット３に供給される。このとき短絡ボタン１ｂが赤色に照光する。
（２）給電された＋２４ＶＤＣは、送電ユニット３で約１５０ｋＨｚの高周波に変換されて一次コイルＬ２に流れ、電磁誘導結合により二次コイルＬ３（図３）に電圧が誘起される。このとき、共振コンデンサＣ２、Ｃ３（図３）があるため、一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は電磁界共振結合して、電力が誘起される。誘起電圧は受電モジュールの整流回路１５で整流されてスイッチボックス１７（図４（ａ）又は（ｂ））に給電される。
（３）給電された電圧により絶縁・短絡径路のメカ式スイッチＳＷ（図４（ａ））又は半導体スイッチＳＷ（図４（ｂ））が作動（ＯＮ）の状態になり、絶縁車輪Ｂの内輪Ｂ１と外輪Ｂ２が短絡される。この短絡により、軌道を流れる遮断機・表示灯用信号と警報機用信号が左右の絶縁車輪に流れて遮断機が降り、表示灯が点灯し、警報機が鳴って、踏切が通行止めされる完全短絡状態になる。
（１）作業員が、車上の操作ボックス１（図２）の短絡ボタン１ｂを押すと、制御盤２（図２）から、＋２４ＶＤＣの電圧が絶縁・短絡側の送電ユニット３に供給される。このとき短絡ボタン１ｂが赤色に照光する。
（２）給電された＋２４ＶＤＣは、送電ユニット３で約１５０ｋＨｚの高周波に変換されて一次コイルＬ２に流れ、電磁誘導結合により二次コイルＬ３（図３）に電圧が誘起される。このとき、共振コンデンサＣ２、Ｃ３（図３）があるため、一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は電磁界共振結合して、電力が誘起される。誘起電圧は受電モジュールの整流回路１５で整流されてスイッチボックス１７（図４（ａ）又は（ｂ））に給電される。
（３）給電された電圧により絶縁・短絡径路のメカ式スイッチＳＷ（図４（ａ））又は半導体スイッチＳＷ（図４（ｂ））が作動（ＯＮ）の状態になり、絶縁車輪Ｂの内輪Ｂ１と外輪Ｂ２が短絡される。この短絡により、軌道を流れる遮断機・表示灯用信号と警報機用信号が左右の絶縁車輪に流れて遮断機が降り、表示灯が点灯し、警報機が鳴って、踏切が通行止めされる完全短絡状態になる。
【0050】
［操作ボックスの絶縁ボタンが押された場合］
作業員が前記操作ボックス１の絶縁ボタン１ａ（図２）を押すと、＋２４ＶＤＣが制御盤２から送電ユニットに給電されず、一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は電磁誘導結合せず、電圧が誘起されない。このため、制御回路１０（図４）のスイッチＳＷが開き、絶縁車輪Ｂの内輪Ｂ１と外輪Ｂ２が短絡されず、短絡前の絶縁状態のままとなり、軌道を流れる遮断機・表示灯用信号も警報機用信号も左右の絶縁車輪間に流れず、遮断機が上がり、表示灯が消灯し、警報機が停止して、踏切が通行可能な完全絶縁状態になる。このとき絶縁ボタン１ａが青色に照光する。
作業員が前記操作ボックス１の絶縁ボタン１ａ（図２）を押すと、＋２４ＶＤＣが制御盤２から送電ユニットに給電されず、一次コイルＬ２と二次コイルＬ３は電磁誘導結合せず、電圧が誘起されない。このため、制御回路１０（図４）のスイッチＳＷが開き、絶縁車輪Ｂの内輪Ｂ１と外輪Ｂ２が短絡されず、短絡前の絶縁状態のままとなり、軌道を流れる遮断機・表示灯用信号も警報機用信号も左右の絶縁車輪間に流れず、遮断機が上がり、表示灯が消灯し、警報機が停止して、踏切が通行可能な完全絶縁状態になる。このとき絶縁ボタン１ａが青色に照光する。
【0051】
［操作ボックスのＬＰＦボタンが押された場合］
（１）作業員が前記操作ボックス１のＬＰＦボタン１ｃ（図２）を押すと、制御盤２からの＋２４ＶＤＣが送電ユニット４（図１）に給電される。
（２）給電された＋２４ＶＤＣは、送電ユニット４（図１）の送電ユニット３（図３）で交流に変換されて一次コイルＬ２に流れ、電磁界共振結合により二次コイルＬ３（図３）に電圧が誘起される。このときも、共振コンデンサＣ２、Ｃ３があるため、送電側コイルＬ２と受電側コイルＬ３は電磁界共振結合して電圧が効率良く誘起される。誘起電圧（電流）は受電モジュールの整流回路１５（図３）で整流されてスイッチボックス１７（図３）に供給される。
（３）給電された電圧により、ＬＰＦ径路２１（図４）のメカ式スイッチＳＷ（図４（ａ））又は半導体スイッチＳＷ（図４（ｂ））が作動（ＯＮ）の状態になり、絶縁車輪Ｂの内輪Ｂ１と外輪Ｂ２が短絡される。この短絡により、軌道を流れる遮断機・表示灯用信号と警報機用信号が左右の車輪間に流れるが、ＬＰＦ６を通して流れるため、低周波の遮断機・表示灯用信号は通過するが、高周波の遮断機用信号はカットされる。このため、遮断機が降り、表示灯は点灯するが、警報機は鳴らない通行止めの状態（部分短絡状態）になり、静かな状態で踏切内の保線作業を行うことができる。このときＬＰＦボタン１ｃが橙色に照光する。
（１）作業員が前記操作ボックス１のＬＰＦボタン１ｃ（図２）を押すと、制御盤２からの＋２４ＶＤＣが送電ユニット４（図１）に給電される。
（２）給電された＋２４ＶＤＣは、送電ユニット４（図１）の送電ユニット３（図３）で交流に変換されて一次コイルＬ２に流れ、電磁界共振結合により二次コイルＬ３（図３）に電圧が誘起される。このときも、共振コンデンサＣ２、Ｃ３があるため、送電側コイルＬ２と受電側コイルＬ３は電磁界共振結合して電圧が効率良く誘起される。誘起電圧（電流）は受電モジュールの整流回路１５（図３）で整流されてスイッチボックス１７（図３）に供給される。
（３）給電された電圧により、ＬＰＦ径路２１（図４）のメカ式スイッチＳＷ（図４（ａ））又は半導体スイッチＳＷ（図４（ｂ））が作動（ＯＮ）の状態になり、絶縁車輪Ｂの内輪Ｂ１と外輪Ｂ２が短絡される。この短絡により、軌道を流れる遮断機・表示灯用信号と警報機用信号が左右の車輪間に流れるが、ＬＰＦ６を通して流れるため、低周波の遮断機・表示灯用信号は通過するが、高周波の遮断機用信号はカットされる。このため、遮断機が降り、表示灯は点灯するが、警報機は鳴らない通行止めの状態（部分短絡状態）になり、静かな状態で踏切内の保線作業を行うことができる。このときＬＰＦボタン１ｃが橙色に照光する。
【0052】
保線車両は横揺れしたり、上下動したり、傾いたりする（変動する）が、本発明の絶縁・短絡切替え装置は前記したように、一次コイルＬ２と二次コイルＬ３が共に車軸Ａに取り付けられ、一次コイルＬ２を備えた支持盤８０が連結具１００で車体に連結固定され、ラジアル軸受け８１と、スラスト軸受け８２で支持されていることから、前記変動しても一次コイルＬ２と二次コイルＬ３の対向間隔が変動せず、常に安定した電磁誘導結合が可能となる。
【0053】
（他の実施形態）
前記実施形態の回路構成、回路の動作、台車及び車軸への本発明の絶縁・短絡切替え装置の取付け構造等はあくまでも一例であるため、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱せず、解決課題を解決できる限りにおいて種々の変形、変更が可能である。
前記実施形態の回路構成、回路の動作、台車及び車軸への本発明の絶縁・短絡切替え装置の取付け構造等はあくまでも一例であるため、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱せず、解決課題を解決できる限りにおいて種々の変形、変更が可能である。
【0054】
前記実施形態は、左右の絶縁車輪の一方が常時短絡（図１）で、他方を本発明の絶縁・短絡切替え装置で切替え制御する場合であるが、両方の絶縁車輪を本発明の絶縁・短絡切替え装置で切替え制御することもできる。
【0055】
前記実施形態は、絶縁・短絡側の送電ユニットと受電ユニットを同じ構成としてあるが、本発明の課題を解決できれば、異なる構成であってもよい。
【0056】
前記実施形態は、一次コイルＬ２が一つ（一次コイルＬ２を設けた送電側基板３０が一枚）、二次コイルＬ３が二つ（二次コイルＬ３を設けた受電側基板４０が二枚）の場合であるが、一次コイルＬ２も二次コイルＬ３もそれより多くの枚数（車軸Ａの外周にリング状に配置できる数枚）の基板に設けることもできる。また、一枚の基板に、二以上のコイルを横に並べて設けることもできる。
【符号の説明】
【0057】
１ 操作ボックス
１ａ 絶縁ボタン
１ｂ 短絡ボタン
１ｃ ＬＰＦ（短絡）ボタン
２ 制御盤
３ （短絡・絶縁側の）送電ユニット
４ （ＬＰＦ側の）送電ユニット
５ 受電ユニット
５ａ、５ｂ 受電パーツ
６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
８ （短絡・絶縁側の）受電モジュール
９ （ＬＰＦ側の）受電モジュール
１１ 発振器
１２ ゲートドライバ
１４ コネクタ
１５ 整流回路
１６ ３端子レギュレータ
１７ スイッチボックス
１８ ケーブル
２０ 絶縁・短絡径路
２１ ＬＰＦ径路
３０ 送電側基板
３０ａ （送電側基板の）表面側コイル（一次コイル）
３０ｂ （送電側基板の）裏面側コイル（一次コイル）
３１ａ （送電側基板の表面側コイルの）巻き始端（一次コイル）
３１ｂ （送電側基板の表面側コイルの）巻き終端（一次コイル）
３１ｃ （送電側基板の裏面側コイルの）巻き始端（一次コイル）
３１ｄ （送電側基板の裏面側コイルの）巻き終端（一次コイル）
４０ 受電側基板
４０ａ （受電側基板の）表面側コイル（二次コイル）
４０ｂ （受電側基板の）裏面側コイル（二次コイル）
４１ａ （受電側基板の表面側コイルの）巻き始端（二次コイル）
４１ｂ （受電側基板の表面側コイルの）巻き終端（二次コイル）
４１ｃ （受電側基板の裏面側コイルの）巻き始端（二次コイル）
４１ｄ （受電側基板の裏面側コイルの）巻き終端（二次コイル）
６０ バンド
７０ 固定具
７１ （固定具の）凹溝
８０ 支持盤
８１ ラジアル軸受け
８２ スラスト軸受け
９０ 保護カバー
１００ 連結具（自在継手）
１０１ 給電ケーブル
Ａ 車軸
Ｂ 絶縁車輪
Ｂ１ 内輪
Ｂ２ 外輪
Ｂ３ 絶縁材
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｇ 一次コイルと二次コイルのギャップ（間隔）
Ｌ１ コイル
Ｌ２ 送電側（一次）コイル
Ｌ３ 受電側（二次）コイル
Ｌ３ａ コイル
Ｌ３ｂ コイル
Ｑ１、Ｑ２ ＭＯＳＦＥＴ
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ（半導体スイッチ、リレースイッチ）
１ａ 絶縁ボタン
１ｂ 短絡ボタン
１ｃ ＬＰＦ（短絡）ボタン
２ 制御盤
３ （短絡・絶縁側の）送電ユニット
４ （ＬＰＦ側の）送電ユニット
５ 受電ユニット
５ａ、５ｂ 受電パーツ
６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
８ （短絡・絶縁側の）受電モジュール
９ （ＬＰＦ側の）受電モジュール
１１ 発振器
１２ ゲートドライバ
１４ コネクタ
１５ 整流回路
１６ ３端子レギュレータ
１７ スイッチボックス
１８ ケーブル
２０ 絶縁・短絡径路
２１ ＬＰＦ径路
３０ 送電側基板
３０ａ （送電側基板の）表面側コイル（一次コイル）
３０ｂ （送電側基板の）裏面側コイル（一次コイル）
３１ａ （送電側基板の表面側コイルの）巻き始端（一次コイル）
３１ｂ （送電側基板の表面側コイルの）巻き終端（一次コイル）
３１ｃ （送電側基板の裏面側コイルの）巻き始端（一次コイル）
３１ｄ （送電側基板の裏面側コイルの）巻き終端（一次コイル）
４０ 受電側基板
４０ａ （受電側基板の）表面側コイル（二次コイル）
４０ｂ （受電側基板の）裏面側コイル（二次コイル）
４１ａ （受電側基板の表面側コイルの）巻き始端（二次コイル）
４１ｂ （受電側基板の表面側コイルの）巻き終端（二次コイル）
４１ｃ （受電側基板の裏面側コイルの）巻き始端（二次コイル）
４１ｄ （受電側基板の裏面側コイルの）巻き終端（二次コイル）
６０ バンド
７０ 固定具
７１ （固定具の）凹溝
８０ 支持盤
８１ ラジアル軸受け
８２ スラスト軸受け
９０ 保護カバー
１００ 連結具（自在継手）
１０１ 給電ケーブル
Ａ 車軸
Ｂ 絶縁車輪
Ｂ１ 内輪
Ｂ２ 外輪
Ｂ３ 絶縁材
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｇ 一次コイルと二次コイルのギャップ（間隔）
Ｌ１ コイル
Ｌ２ 送電側（一次）コイル
Ｌ３ 受電側（二次）コイル
Ｌ３ａ コイル
Ｌ３ｂ コイル
Ｑ１、Ｑ２ ＭＯＳＦＥＴ
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ（半導体スイッチ、リレースイッチ）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】