DE112019007249T5

DE112019007249T5 - Drahtlose kommunikationsvorrichtung und drahtloses kommunikationsverfahren

Info

Publication number: DE112019007249T5
Application number: DE112019007249.8T
Authority: DE
Inventors: Naosuke Ito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2022-01-20
Also published as: CN113711499A; JPWO2020217294A1; JP7105991B2; CN113711499B; US20220190871A1; WO2020217294A1; US11658698B2

Abstract

Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung weist auf: eine Sendeeinheit (140), die in einem drehfähigen Teil (110) einer drehfähigen Vorrichtung bereitgestellt ist und ein drahtloses Signal sendet; eine Empfangseinheit (150), die in einem stationären Teil (120) der drehfähigen Vorrichtung bereitgestellt ist, das drahtlose Signal empfängt und eine Kommunikationsqualitätsstufe auf Basis des drahtlosen Signals berechnet; eine Kommunikationszyklusbestimmungseinheit (160), die einen Kommunikationszyklus (Tc) auf Basis der Kommunikationsqualitätsstufe (Q) so bestimmt, dass sich der Kommunikationszyklus mit einem Zyklus (Trn) synchronisiert, der ein Vielfaches eines Drehzyklus (Tr) des drehfähigen Teils (110) ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist; und eine Synchronisationsanpassungseinheit (170), die durch Vergrößern oder Verkleinern des Kommunikationszyklus (Tc) bewirkt, dass ein Zeitpunkt der Kommunikation zwischen der Sendeeinheit (140) und der Empfangseinheit dem Drehzyklus (Tr) folgt, so dass die Kommunikationsqualitätsstufe (Q) höher wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung und ein drahtloses Kommunikationsverfahren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bereits entwickelt wurde eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die physikalische Informationen, wie etwa eine Temperatur, unter Verwendung eines Sensors erfasst, der an einem drehfähigen Teil, wie etwa einem Rotor eines Motors oder einem Reifen eines Fahrzeugs, angebracht ist, ein drahtloses Signal, das die physikalischen Informationen darstellt, mit einem an dem drehfähigen Teil angebrachten Sender sendet und das drahtlose Signal mit einem Empfänger empfängt, der an einem stationären Teil, wie etwa einem Gehäuse des Motors oder einer Karosserie des Fahrzeugs, angebracht ist. Patentdokument 1 schlägt eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung vor, von der die drahtlose Kommunikation mit einer Kommunikationszeitsteuerung durchgeführt wird, die einer Drehstellung eines Rades eines Fahrzeugs entspricht.
STAND DER TECHNIK
PATENTVERWEISE
Patentdokument 1: Japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2004-359119 (beispielsweise Abschnitt 0030)
ABRISS DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Jedoch benötigt die Vorrichtung des Patentdokuments 1 eine Vorabmessung der Beziehung zwischen der Drehstellung des Rades und einer Kommunikationsqualität (z.B. einer Empfangsstufe). Wenn sich aufgrund einer Änderung der Drehzahl des Rades, einer Änderung der Funkwellenumgebung oder dergleichen die für die Kommunikation optimale Drehstellung geändert hat, ist es somit notwendig, die Beziehung zwischen der Drehstellung des Rades und der Kommunikationsqualität erneut zu messen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung und eines drahtlosen Kommunikationsverfahrens, mit denen die Kommunikation zwischen dem drehfähigen Teil und dem stationären Teil an einen optimalen Zeitpunkt angepasst werden kann.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Sendeeinheit, die in einem drehfähigen Teil einer drehfähigen Vorrichtung bereitgestellt ist und die ein drahtloses Signal sendet; eine Empfangseinheit, die in einem stationären Teil der drehfähigen Vorrichtung bereitgestellt ist, das drahtlose Signal empfängt und eine Kommunikationsqualitätsstufe auf Basis des drahtlosen Signals berechnet; eine Kommunikationszyklusbestimmungseinheit, die einen Kommunikationszyklus auf Basis der Kommunikationsqualitätsstufe so bestimmt, dass sich der Kommunikationszyklus mit einem Zyklus synchronisiert, der ein Vielfaches eines Drehzyklus des drehfähigen Teils ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist; und eine Synchronisationsanpassungseinheit, die durch Vergrößern oder Verkleinern des Kommunikationszyklus bewirkt, dass ein Zeitpunkt der Kommunikation zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit dem Drehzyklus folgt, so dass die Kommunikationsqualitätsstufe höher wird.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kommunikation zwischen dem drehfähigen Teil und dem stationären Teil an einen optimalen Zeitpunkt angepasst werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockschema, das schematisch eine Konfiguration einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Diagramm, die ein Beispiel für die Hardware-Konfiguration der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Diagramm, die ein drehfähiges Teil und ein stationäres Teil zeigt, die in der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind.
4 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel des drehfähigen Teils und einer von einer Empfangseinheit berechneten Kommunikationsqualitätsstufe zeigt.
5 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen der Zeit während der Drehung des drehfähigen Teils und der von der Empfangseinheit berechneten Kommunikationsqualitätsstufe zeigt.
6 ist ein Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Kommunikationszyklus und der Kommunikationsqualitätsstufe zeigt.
7 ist ein Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Kommunikationszyklus und der Kommunikationsqualitätsstufe zeigt.
8 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Alias-Signal und den einzelnen Frequenzen in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Alias-Signal und den einzelnen Frequenzen in demselben Zeitabschnitt in der zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ist eine Skizze, die ein drehfähiges Teil und ein stationäres Teil zeigt, die eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform aufweisen.

MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ein drahtloses Kommunikationssystem und ein drahtloses Kommunikationsverfahren gemäß den einzelnen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind nur Beispiele, und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind eine Reihe von Modifikationen möglich.
(1) Erste Ausführungsform
(1-1) Konfiguration
1 ist ein Blockschema, das schematisch eine Konfiguration einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung ist eine Vorrichtung, die in der Lage ist, ein drahtloses Kommunikationsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform auszuführen. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird in einer drehfähigen Vorrichtung 100 bereitgestellt, die ein drehfähiges Teil 110 und ein stationäres Teil 120 aufweist. Die drehfähige Vorrichtung 100 ist beispielsweise ein Motor oder dergleichen. In diesem Fall ist das drehfähige Teil 110 ein Rotor, der sich dreht, und das stationäre Teil 120 ist ein Gehäuse, das einen Stator aufweist.
Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform weist eine Abfühleinheit 130, eine Sendeeinheit 140 als Kommunikationsvorrichtung, eine Empfangseinheit 150 als Kommunikationsvorrichtung, eine Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 und eine Synchronisationsanpassungseinheit 170 auf. Die Abfühleinheit 130 und die Sendeeinheit 140 sind in dem drehfähigen Teil 110 bereitgestellt. Die Empfangseinheit 150, die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 und die Synchronisationsanpassungseinheit 170 sind in dem stationären Teil 120 bereitgestellt. Jedoch müssen die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 und die Synchronisationsanpassungseinheit 170 nicht unbedingt in dem stationären Teil 120 bereitgestellt sein. Die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 und die Synchronisationsanpassungseinheit 170 können auch in einem Computer, der mit der Empfangseinheit 150 verbunden ist, einem Server, der über ein Netz kommunikationstechnisch mit der Empfangseinheit 150 verbunden ist, oder dergleichen bereitgestellt sein.
Die Abfühleinheit 130 erfasst physikalische Informationen. Die Abfühleinheit 130 wird auch als Sensor bezeichnet. Die Sendeeinheit 140 ist beispielsweise ein Sender, der ein drahtloses Signal sendet, das die von der Abfühleinheit 130 ermittelten physikalischen Informationen angibt. In einem Fall, wo es sich bei den von der Abfühleinheit 130 ermittelten physikalischen Informationen um die Temperatur handelt, misst die Abfühleinheit 130 die Temperatur (z.B. die Temperatur einer Drehwelle) unter Verwendung eines Temperatursensors, wie etwa eines Thermoelements. Die von der Abfühleinheit 130 gemessenen physikalischen Informationen können auch andere Informationen sein, wie etwa eine Drehzahl, eine Drehwinkelbeschleunigung, ein Magnetfluss, eine Vibration oder Beschleunigung des drehfähigen Teils 110 oder eine Spannung oder ein Strom in einer Verdrahtung oder einer Wicklung, die in dem drehfähigen Teil 110 bereitgestellt ist.
Die drehfähige Vorrichtung 100 kann auch ein Fahrzeug, wie etwa ein Automobil, sein. In diesem Fall ist das drehfähige Teil 110 ein Rad (oder ein Reifen), und das stationäre Teil 120 ist die Karosserie des Fahrzeugs. In einem Fall, wo die drehfähige Vorrichtung 100 ein Helikopter ist, ist das drehfähige Teil 110 ein Blatt (d.h. ein Rotorflügel), und das stationäre Teil 120 ist der Rumpf des Helikopters. In einem Fall, wo die drehfähige Vorrichtung 100 ein Flugzeug ist, ist das drehfähige Teil 110 ein Propeller und das stationäre Teil 120 ist der Rumpf des Flugzeugs. In einem Fall, wo die drehfähige Vorrichtung 100 eine Klimaanlage ist, ist das drehfähige Teil 110 ein Gebläse, und das stationäre Teil 120 ist das Gehäuse des Gebläses. Jedoch ist das drehfähige Teil 100 nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Die Empfangseinheit 150 weist einen Empfänger auf, der das drahtlose Signal empfängt, das von der Sendeeinheit 140 gesendet wird. Die Empfangseinheit 150 berechnet eine Kommunikationsqualitätsstufe Q als Index, der eine Kommunikationsqualität darstellt, auf Basis des drahtlosen Signals. Die Kommunikationsqualitätsstufe Q, die von der Empfangseinheit 150 berechnet wird, ist ein Wert, der angibt, wie hoch die Kommunikationsqualität ist. Die Kommunikationsqualitätsstufe Q ist beispielsweise eine Empfangsstärke (RSSI: Received Signal Strength Indicator), der Kehrwert der Fehlerrate, das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR: Signal Noise Ratio) oder dergleichen. Eine höhere Kommunikationsqualitätsstufe Q bedeutet eine bessere Kommunikationsqualität. Jedoch ist die Kommunikationsqualitätsstufe Q nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 bestimmt einen Kommunikationszyklus Tc auf Basis der Kommunikationsqualitätsstufe Q so, dass der Kommunikationszyklus Tc einem Zyklus Trn (= N × Tr) [s] entspricht, der ein Vielfaches eines Drehzyklus Tr [s] des drehfähigen Teils 110 ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist (d.h. einem N-Fachen des Drehzyklus Tr). Das heißt, die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 bestimmt den Kommunikationszyklus Tc auf Basis der Kommunikationsqualitätsstufe Q so, dass Tc = Trn (= N × Tr) erfüllt ist. Der Drehzyklus Tr des drehfähigen Teils 110 ist eine Zeit, in der sich das drehfähige Teil 110 genau einmal umdreht.
Die Synchronisationsanpassungseinheit 170 passt den Zeitpunktder Kommunikation zwischen der Sendeeinheit 140 und der Empfangseinheit 150 durch Vergrößern oder Verkleinern des Kommunikationszyklus Tc auf solche Weise an, dass die Kommunikationsqualitätsstufe Q höher wird. Das heißt, die Synchronisationsanpassungseinheit 170 ändert (d.h. vergrößert oder verkleinert) den Kommunikationszyklus Tc so, dass die Kommunikationsqualitätsstufe Q höher wird, und bewirkt dadurch, dass der Kommunikationszyklus Ta nach der Änderung dem Drehzyklus Tr folgt. Dabei wird das Senden des drahtlosen Signals von der Sendeeinheit 140 an die Empfangseinheit 150 nur für eine bestimmte kurze Zeit in einem bestimmten Zyklus durchgeführt.
2 ist eine Skizze, die ein Beispiel für die Hardware-Konfiguration der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 zeigt eine Konfiguration, die in dem stationären Teil 120 bereitgestellt ist. Wie in 2 gezeigt ist, weist die drahtlose Kommunikationsvorrichtung einen Prozessor 201 als Informationsverarbeitungseinheit und einen Speicher 202 als Speichereinheit zum Speichern von Informationen auf. Der Prozessor 201 und der Speicher 202 führen in der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 durchgeführte Operationen und in der Synchronisationsanpassungseinheit 170 durchgeführte Operationen aus. Der Prozessor 201 und der Speicher 202 sind beispielsweise Teil eines Computers. In dem Speicher 202 ist ein Programm installiert. Das Programm wird beispielsweise über ein Netz oder aus einem Speichermedium, das Informationen speichert, installiert. Das Programm kann ein Programm zum Ausführen eines Kommunikationszyklusbestimmungsprozesses und eines Synchronisationsanpassungsprozesses, die weiter unten beschrieben werden, einschließen. Der Prozessor 201 führt durch Abarbeiten des in dem Speicher 202 gespeicherten Programms Prozesse auf der Seite des stationären Teils 120 der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung aus. Die Konfiguration auf der Seite des stationären Teils 120 der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung kann ganz oder teilweise mit einer Steuerschaltung ausgebildet sein, die von integrierten Halbleiterschaltungen gebildet wird. Der Speicher 202 kann verschiedene Arten von Speichervorrichtungen einschließen, wie etwa eine Halbleiterspeichervorrichtung, ein Festplattenlaufwerk und eine Vorrichtung, die Informationen auf einem entnehmbaren Aufzeichnungsmedium aufzeichnet.
Es folgt eine Beschreibung einer Beziehung zwischen einem Drehwinkel θ des drehfähigen Teils 110 und der Kommunikationsqualitätsstufe Q. 3 ist eine Skizze, die eine Beziehung zwischen dem Drehwinkel θ und dem drehfähigen Teil 110 und dem stationären Teil 120, gesehen in einer Richtung parallel zur Drehwelle, zeigt. Wie in 3 gezeigt ist, dreht sich das drehfähige Teil 110 in einer Drehrichtung um die Drehwelle. Das stationäre Teil 120 ist beispielsweise so angeordnet, dass es dem drehfähigen Teil 110 zugewandt ist, ohne das drehfähige Teil 110 zu berühren. Eine Lagebeziehung zwischen der Sendeeinheit 140 und der Empfangseinheit 150 ändert sich abhängig von dem Drehwinkel θ. Somit ändert sich ein Weg, auf dem sich das drahtlose Signal ausbreitet, abhängig von dem Drehwinkel θ, und die Kommunikationsqualitätsstufe Q schwankt gemäß der Änderung des Ausbreitungswegs. Genauer ist in einem Fall, wo das drehfähige Teil 110 ein Rotor eines Motors ist, die Drehzahl hoch, und somit ist der Einfluss des Doppler-Effekts im Vergleich zu einem Fall, wo das drehfähige Teil 110 ein Reifen eines Fahrzeugs ist, hoch. In einem Fall, wo das drehfähige Teil 110 ein Rotor eines Motors ist, ist es ferner wahrscheinlich, dass die Funkwellenumgebung von einem elektromagnetischen Abschirmeffekt und der Reflexion durch das metallische Gehäuse des Motors beeinflusst wird.
4 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Drehwinkel θ des drehfähigen Teils 110 und der von der Empfangseinheit 150 berechneten Kommunikationsqualitätsstufe Q zeigt. Wie in 4 gezeigt ist, ändert sich die Kommunikationsqualitätsstufe Q, wenn sich das drehfähige Teil 110 dreht und sich der Drehwinkel θ ändert. Durch Durchführen der Kommunikation zwischen der Sendeeinheit 140 und der Empfangseinheit 150, wenn der Drehwinkel θ ein Drehwinkel ist, der die Kommunikationsqualitätsstufe Q maximiert (d.h. Drehwinkel θ = θp), wird die Stabilität der Kommunikation erhöht.
5 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen der Zeit während der Drehung des drehfähigen Teils 110 und der von der Empfangseinheit berechneten Kommunikationsqualitätsstufe 150 zeigt. Wie aus 5 erkennbar ist, schwankt die Kommunikationsqualitätsstufe Qwiederholt mit dem Drehzyklus Tr. Die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 erfasst als Kommunikationszeitpunkt einen Zeitpunkt, die dem die Kommunikationsqualitätsstufe Q maximierenden Drehwinkel θ entspricht, der beim Drehzyklus Tr erscheint.
Wie aus 5 hervorgeht, ist die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 in der Lage, den Drehzyklus Tr auf Basis der Schwankung der Kommunikationsqualitätsstufe Q zu schätzen. Zum Beispiel ist die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 in der Lage, den Drehzyklus Tr durch Erfassen von Spitzenintervallen in der Kommunikationsqualitätsstufe Q zu schätzen. Ferner ist die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 in der Lage, den Drehzyklus Tr durch wiederholtes Erfassen eines Signals unter Verwendung einer Autokorrelationsverarbeitung zu schätzen. Ferner ist die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 in der Lage, den Drehzyklus Tr durch Berechnen einer Frequenzkennlinie unter Verwendung einer Fourier-Analyse zu berechnen. Durch Durchführen einer Fourier-Analyse an der Kommunikationsqualitätsstufe Q wird eine Kennlinie in der Frequenzdomäne erhalten, die einen Peak beim Drehzyklus Tr aufweist. Jedoch ist das Verfahren der Schätzung des Drehzyklus Tr nicht auf diese Verfahren beschränkt. Ferner kann die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 die Genauigkeit dadurch erhöhen, dass sie die Schätzung des Drehzyklus Tr häufiger durchführt als die Bestimmung des Kommunikationszeitpunkts.
Die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 bestimmt den Kommunikationszyklus Tc beispielsweise durch Bestimmen des Kommunikationszeitpunkts als Zeitpunkt, der um den Zyklus Trn (= N × Tr), der ein Vielfaches des Drehzyklus Tr ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist (d.h. das N-Fache des Drehzyklus Tr), später kommt als der Zeitpunkt, bei dem die Kommunikationsqualität in der Zeitspanne des Drehzyklus Tr am höchsten ist. Das heißt, die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 bestimmt den Kommunikationszyklus Tc so, dass der Kommunikationszyklus Tc dem Zyklus Trn entspricht, der ein Vielfaches des Drehzyklus Trn ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist. Auf welches Vielfache des Drehzyklus Tr der Kommunikationszyklus Tc eingestellt werden sollte, das heißt der Wert von N, sollte innerhalb eines Bereichs, in dem die Kommunikationsqualitätsstufe Q bei einem zufriedenstellenden Zeitpunktermittelt werden kann, so groß wie möglich eingestellt werden. Mit dieser Einstellung wird die Zeit für die Kommunikation zwischen der Sendeeinheit 140 und der Empfangseinheit 150 kurz, und der Leistungsverbrauch in der Sendeeinheit 140 kann niedrig gehalten werden. Ferner kann in einem Fall, wo eine Sendeeinheit, die nicht die Sendeeinheit 140 ist, (d.h. eine andere Sendeeinheit) in dem drehfähigen Teil 110 bereitgestellt ist, durch Einstellen des Wertes von N auf einen großen Wert eine gegenseitige Störung einer Mehrzahl von Sendeeinheiten verhindert werden.
Die Synchronisationsanpassungseinheit 170 bewirkt, dass der Kommunikationszeipunkt der Synchronisation folgt, durch Berechnen des Einflusses der Vergrößerung oder Verkleinerung des Kommunikationszyklus Tc auf die Erhöhung oder Erniedrigung der Kommunikationsqualitätsstufe Q und Vergrößern oder Verkleinern des Kommunikationszyklus Tc auf solche Weise, dass die Kommunikationsqualitätsstufe Q höher wird. Wenn die Synchronisationsanpassungseinheit 170 bewirkt, dass der Kommunikationszeiptunkt der Synchronisation folgt, vergrößert oder verkleinert die Synchronisationsanpassungseinheit 170 den Kommunikationszyklus Tc nicht auf einen Zyklus Trn als ein integrales Vielfaches des Drehzyklus Tr, sondern vergrößert oder verkleinert den Kommunikationszyklus Tc nur um ΔTc, das heißt, sie ändert den Kommunikationszyklus Tc in Tc + ΔTc oder Tc - ΔTc, um den Kommunikationszyklus Tc fein zu ändern.
(1-2) Funktionsweise
6 ist ein Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Kommunikationszyklus und der Kommunikationsqualitätsstufe Q in der ersten Ausführungsform zeigt. Wenn durch Ausführen der Kommunikation zu einem bestimmten Kommunikationszeitpunkt A, der ein Zeitpunkt ist, der früher kommt als ein Zeitpunkt, bei dem erwartet wird, dass die Kommunikationsqualität hoch ist, eine Kommunikationsqualitätsstufe Qa ermittelt wird, nachdem der Prozess zur Bestimmung des Kommunikationszyklus Tc durch die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 abgeschlossen wurde, ändert die Synchronisationsanpassungseinheit 170 den Kommunikationszyklus Tc in einen längeren Kommunikationszyklus Tc + ΔTc, das heißt einen geänderten Kommunikationszyklus Ta, so dass die Kommunikationsqualitätsstufe Q auf eine höhere Kommunikationsqualitätsstufe Qb steigt. Es wird klar, dass durch diese Funktionsweise die Kommunikationsqualität bei dem nächsten Kommunikationszeiptunkt B verbessert ist. Nachdem die Kommunikationsqualität verbessert wurde, ist es auch möglich, dass die Synchronisationsanpassungseinheit 170 den Kommunikationszyklus zum Kommunikationszyklus Tc zurückbringt und den Kommunikationszeitpunkt anzupassen.
7 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen dem Kommunikationszyklus und der Kommunikationsqualitätsstufe Q in der ersten Ausführungsform zeigt. Wenn durch Ausführen der Kommunikation zu einem bestimmten Kommunikationszeitpunkt C, der eine Zeitpunkt ist, der später kommt als ein Zeitpunkt, bei dem erwartet wird, dass die Kommunikationsqualität hoch ist, eine Kommunikationsqualitätsstufe Qc ermittelt wird, nachdem der Prozess zur Bestimmung des Kommunikationszyklus Tc durch die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 abgeschlossen wurde, ändert die Synchronisationsanpassungseinheit 170 den Kommunikationszyklus Tc in einen längeren Kommunikationszyklus Tc + ΔTc, die Kommunikationsqualitätsstufe Q sinkt auf Qd und die Kommunikationsqualität verschlechtert sich bei dem nächsten Kommunikationszeitpunkt D. Wenn sich die Kommunikationsqualität nach Ändern des Kommunikationszyklus Tc wie oben angegeben verschlechtert, wird das Vorzeichen eines Änderungsbetrags des Kommunikationszyklus Tc geändert. Das heißt, wenn die Kommunikationsqualitätsstufe Qc durch Ausführen der Kommunikation zu dem bestimmten Kommunikationszeitpunkt C ermittelt wird, der ein Zeitpunkt ist, die später kommt als ein Zeitpunkt, bei dem erwartet wird, dass die Kommunikationsqualität hoch ist, steigt die Kommunikationsqualitätsstufe Q auf Qe und die Kommunikationsqualität verbessert sich bei dem nächsten Kommunikationszeitpunkt E, wenn die Synchronisationsanpassungseinheit 170 den Kommunikationszyklus Tc in einen kürzeren Kommunikationszyklus Tc - ΔTc ändert. Durch Wiederholen dieser Operationen oder durch Wiederholen des Prozesses während einer Änderung des Wertes von ΔQ ist die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 in der Lage, den Kommunikationszyklus mit dem Drehzyklus Tr zu synchronisieren.
Die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 kann dabei die Operation des Bestimmens des Kommunikationszyklus Tc entweder konstant ausführen oder die Operation des Bestimmens des Kommunikationszyklus Tc zu vorgegebenen Zeitintervallen ausführen, um die Rechenlast zu verringern. In einem Fall, wo der Drehzyklus Tr des drehfähigen Teils 110 konstant und nicht variabel ist, kann beispielsweise die Synchronisationsanpassungseinheit 170 veranlasst werden, so zu arbeiten, dass der Kommunikationszeitpunkt dem Drehzyklus Tr folgt, ohne zu bewirken, dass die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 arbeitet.
In einem Fall, wo sich der Drehzyklus Tr des drehfähigen Teils 110 ändert, führt die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 jedes Mal, wenn sich der Drehzyklus Tr ändert, die Operation der Bestimmung des Kommunikationszyklus Tc aus, und nach der Bestimmung des Kommunikationszyklus Tc operiert die Synchronisationsanpassungseinheit 170 so, dass der Kommunikationszeitpunkt dem Drehzyklus Tr folgt.
(1-3) Wirkung
Wie oben beschrieben, kann mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Kommunikationszeitpunkt veranlasst wird, dem optimalen Drehwinkel θ zu folgen, die Stabilität der Kommunikation erhöht werden.
Auch in einem Fall, wo die optimale Drehposition in einer Umgebung wie einem Motor, in dem die Drehzahl hoch ist, schwankt, und die Funkwellenumgebung aufgrund einer Reflexion durch Metall schwankt, kann der Kommunikationszeitpunkt, der der dynamischen optimalen Drehposition entspricht, bestimmt werden und die Stabilität der Kommunikation kann erhöht werden.
Ferner kann in einem Fall, wo die Autokorrelationsverarbeitung oder Fourier-Analyse von der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 durchgeführt wird, bewirkt werden, dass der Kommunikationszeitpunkt dem Drehzyklus Tr des drehfähigen Teils 110 folgt, und die Stabilität der Kommunikation auch in einer Umgebung erhöht wird, in der die Kommunikationsqualitätsstufe Q wahrscheinlich schwanken wird.
Da die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform keine Einrichtung zur Erfassung des Drehwinkels θ des drehfähigen Teils 110 (z.B. einen Drehsensor oder einen Drehzyklussensor) aufweist, ist es darüber hinaus möglich, den Installationsraum zu verkleinern und zu der Verkleinerung der Konfiguration auf der Seite des stationären Teils 120 beizutragen.
Außerdem kann die Genauigkeit, mit welcher der Synchronisation gefolgt wird, dadurch erhöht werden, dass die Synchronisationsanpassungseinheit 170 veranlasst wird, die Richtung der Vergrößerung/Verkleinerung des Kommunikationszyklus Tc auf Basis der Änderung der gemessenen Kommunikationsqualitätsstufe Q zu bestimmen.
(2) Zweite Ausführungsform
Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160, wenn der Kommunikationszyklus größer ist als der Drehzyklus Tr, den Kommunikationszyklus auf Basis eines Alias-Signals, das gemäß dem Abtasttheorem erscheint, mit dem Zyklus Trn synchronisiert, der ein Vielfaches des Drehzyklus Tr ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, abgesehen von der Funktionsweise der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160. Somit wird auch in der folgenden Beschreibung der zweiten Ausführungsform auf 1 bis 3 Bezug genommen.
8 und 9 sind Skizzen, die Beispiele für die Frequenzkennlinie der Kommunikationsqualitätsstufe Q zeigen. 8 und 9 zeigen eine Beziehung zwischen dem Alias-Signal und den einzelnen Frequenzen in Form von Grafiken. Durch Durchführen einer Fourier-Analyse an der Kommunikationsqualitätsstufe Q wird eine Kennlinie in der Frequenzdomäne erhalten, die einen Peak bei der Drehfrequenz fr aufweist. 8 zeigt deutlich eine Beziehung zwischen einer Kommunikationsfrequenz fc (d.h. dem Kehrwert des Kommunikationszyklus Tc), der Drehfrequenz fr (d.h. dem Kehrwert des Drehzyklus Tr) und dem Alias-Signal der Drehfrequenz fr in der Frequenzdomäne. Wenn in diesem Fall die Drehfrequenz fr größer ist als die Hälfte der Kommunikationsfrequenz fc, das heißt einer Frequenz, bei der die Kommunikationsqualitätsstufe Q ermittelt wird, erscheint das Alias-Signal fa, das der Drehfrequenz fr entspricht, bei fa = |fr - Nfc| (N: eine ganze Zahl, mit der fr < fc/2 erfüllt ist), wie in 8 gezeigt ist. Daher kann die Drehfrequenz fr (oder der Drehzyklus Tr) nicht direkt aus dem erfassten Alias-Signal fa berechnet werden, und die Synchronisation kann nicht auf einfache Weise eingerichtet werden.
Um den Kommunikationszyklus Tc mit dem Zyklus Trn zu synchronisieren, der ein Vielfaches des Drehzyklus Tr ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist, muss die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 lediglich die Kommunikationsfrequenz fc so ändern, dass fa = 0 erfüllt ist. 9 zeigt ein Beispiel für die Frequenzkennlinie der Kommunikationsqualitätsstufe Q nach Einrichtung der Synchronisation. Das heißt, die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 muss lediglich die Kommunikationsfrequenz fc um Δfc ändern, so dass | fr - N(fc + Δfc) | = 0 erfüllt wird. Wenn N unbekannt ist, muss die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 lediglich Δfc, mit dem | fr - N(fc + Δfc) | = 0 erfüllt wird, durch Wiederholen der Änderung der Kommunikationsfrequenz fc und der Berechnung der Frequenzkennlinie ermitteln.
Wie oben beschrieben, kann mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unter Verwendung des Alias-Signals, das gemäß dem Abtasttheorem erscheint, die Synchronisation auch dann eingerichtet werden, wenn der Kommunikationszyklus Tc lang ist, das heißt, auch wenn die Frequenz, mit der die Kommunikationsqualitätsstufe Q ermittelt wird, niedrig ist. Demgemäß ist die drahtlose Kommunikationsvorrichtung in der Lage, die Synchronisation auch in einer Umgebung einzurichten, wo der Drehzyklus Tr kurz ist, das heißt in einer Umgebung, wo die Drehzahl hoch ist, wie in einem Motor. Ferner ist die drahtlose Kommunikationsvorrichtung auch in einer Umgebung, wo der Kommunikationszyklus Tc lang ist, das heißt in einer Umgebung, in der die Kommunikationsfrequenz niedrig ist, in der Lage, die Synchronisation einzurichten und den Leistungsverbrauch niedrig zu halten.
(3) Dritte Ausführungsform
Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform darin, dass die Synchronisationsanpassungseinheit 170, wenn die Differenz des Kommunikationszyklus Tc zu einem vorgegebenen Kommunikationszyklusbefehlswert T0 mindestens so groß geworden ist wie ein vorgegebener Schwellenwert Th, den Kommunikationszyklus Tc auf einen Zyklus Trn umstellt, das heißt ein Vielfaches eines Drehzyklus Tr, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist, der von dem Wert, der von der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 eingestellt worden ist, verschieden ist, um den Kommunikationszyklus Tc dem Kommunikationszyklusbefehlswert T0 anzunähern. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ist die gleiche wie die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform, abgesehen von der Funktionsweise der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit. Somit wird auch in der folgenden Beschreibung der zweiten Ausführungsform auf 1 bis 3 Bezug genommen.
Damit der Kommunikationszyklus Tc dem Drehzyklus Tr folgt, ändert die Synchronisationsanpassungseinheit 170, wenn sich der Drehzyklus Tr ändert, den Kommunikationszyklus Tc gemäß der Änderung des Drehzyklus Tr. Wenn in diesem Fall der Drehzyklus Tr sehr viel kleiner wird (d.h. die Drehfrequenz fr sehr viel größer wird), wird die Kommunikation häufiger als nötig durchgeführt. Wenn dagegen der Drehzyklus Tr sehr viel größer wird (d.h. die Drehfrequenz fr sehr viel kleiner wird), wird es unmöglich, die Kommunikation mit einer ausreichend hohen Frequenz durchzuführen.
Um dieses Problem zu lösen, stellt die Synchronisationsanpassungseinheit 170 in der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, wenn die Differenz des Kommunikationszyklus Tc zu einem vorgegebenen Kommunikationszyklusbefehlswert T0 mindestens so groß geworden ist wie ein vorgegebener Schwellenwert Th, den Kommunikationszyklus Tc auf einen Zyklus Trn um, der ein Vielfaches des Drehzyklus Tr ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist, der von dem Wert, der von der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 eingestellt worden ist, verschieden ist, um den Kommunikationszyklus Tc dem Kommunikationszyklusbefehlswert T0 anzunähern. Wenn der Kommunikationszyklus Tc größer ist als der Drehzyklus Tr und N unbekannt ist, ändert die Synchronisationsanpassungseinheit 170 den Kommunikationszyklus Tc in einen Zyklus Trn, der ein ganzzahliges Vielfaches ist, oder in einen Zyklus, der durch Teilen durch eine ganze Zahl erhalten wird, um den Kommunikationszyklus Tc dem Kommunikationszyklusbefehlswert T0 anzunähern. In dem Fall, dass der Kommunikationszyklus Tc in einen Zyklus geändert wird, der durch Teilen durch eine ganze Zahl erhalten wird, kann die Synchronisation verloren gehen, und somit muss hier der Prozess durch die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160 erneut ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben, kann die Kommunikation mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform mit einem Zyklus durchgeführt werden, der dem Kommunikationszyklusbefehlswert T0 als Ziel nahekommt.
(4) Vierte Ausführungsform
10 ist eine Skizze, die ein drehfähiges Teil 110 und ein stationäres Teil 120 zeigt, die eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform aufweisen. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von den drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform darin, dass eine Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160a eine Drehzyklusabfühleinheit 161 zum Abfühlen des Drehzyklus Tr des drehfähigen Teils 110 aufweist und den Kommunikationszyklus Tc mit dem Zyklus Trn synchronisiert, der ein Vielfaches des Drehzyklus Tr ist, der mit einer ganze Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist. Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ist die gleiche wie die drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform, abgesehen von der Funktionsweise der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160a. Somit wird auch in der folgenden Beschreibung der vierten Ausführungsform auf 1 bis 3 Bezug genommen.
Wie in 10 gezeigt ist, wird in der vierten Ausführungsform der Drehzyklus Tr unter Verwendung der Drehzyklusabfühleinheit 161 ermittelt, und der Kommunikationszyklus Tc wird mit dem Drehzyklus Tr synchronisiert. Die Drehzyklusabfühleinheit 161 ist beispielsweise ein magnetischer Drehzahlsensor, ein optischer Drehzahlsensor oder dergleichen. Die Drehzyklusfühlereinheit 161 kann dabei auch außerhalb der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit 160a bereitgestellt sein.
Wie oben beschrieben, können mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform durch Ausführen des Synchronisationsprozesses unter Verwendung des Drehzyklus Tr, der durch Abfühlen erhalten wird, der Kommunikationszyklus Tc und der Drehzyklus Tr mit hoher Genauigkeit synchronisiert werden. Auch in dem Fall, wo der Drehzyklus direkt abgefühlt wird, kann ferner durch Anpassen des Kommunikationszyklus abhängig von der Kommunikationsqualitätsstufe die Kommunikation zu geeigneten Zeitpunkten in Bezug auf den Drehwinkel durchgeführt werden.
Ferner kann mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform die Verarbeitungszeit im Vergleich zu den in der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Vorrichtungen verkürzt werden, da der Prozess des Berechnens des Drehzyklus Tr überflüssig ist.
(5) Modifikation
Es ist möglich, die Konfigurationen der drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen in der oben genannten ersten bis vierten Ausführungsform zu kombinieren.
Bezugszeichenliste

100: drehfähige Vorrichtung,
110: drehfähiges Teil,
120: stationäres Teil,
130: Abfühleinheit,
140: Sendeeinheit,
150: Empfangseinheit,
160, 160a: Kommunikationszyklusbestimmungseinheit,
161: Drehzyklusabfühleinheit,
170: Synchronisationsanpassungseinheit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004359119 [0003]

Claims

Drahtlose Kommunikationsvorrichtung, umfassend: eine Sendeeinheit, die in einem drehfähigen Teil einer drehfähigen Vorrichtung bereitgestellt ist und ein drahtloses Signal sendet; eine Empfangseinheit, die in einem stationären Teil der drehfähigen Vorrichtung bereitgestellt ist, das drahtlose Signal empfängt und eine Kommunikationsqualitätsstufe auf Basis des drahtlosen Signals berechnet; eine Kommunikationszyklusbestimmungseinheit, die einen Kommunikationszyklus auf Basis der Kommunikationsqualitätsstufe so bestimmt, dass sich der Kommunikationszyklus mit einem Zyklus synchronisiert, der ein Vielfaches eines Drehzyklus des drehfähigen Teils ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist; und eine Synchronisationsanpassungseinheit, die durch Vergrößern oder Verkleinern des Kommunikationszyklus bewirkt, dass ein Zeitpunkt der Kommunikation zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit dem Drehzyklus folgt, so dass die Kommunikationsqualitätsstufe höher wird.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner eine Abfühleinheit umfassend, die in dem drehfähigen Teil bereitgestellt ist und physikalische Informationen erfasst, wobei die Sendeeinheit das drahtlose Signal sendet, das die physikalischen Informationen darstellt.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Synchronisationsanpassungseinheit auf Basis eines Ergebnisses einer Berechnung eines Einflusses der Vergrößerung oder Verkleinerung des Kommunikationszyklus auf die Kommunikationsqualitätsstufe den Kommunikationszyklus so vergrößert oder verkleinert, dass die Kommunikationsqualitätsstufe höher wird.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit, wenn der Kommunikationszyklus größer ist als der Drehzyklus, den Kommunikationszyklus auf Basis eines Alias-Signals, das gemäß dem Abtasttheorem erscheint, mit dem Zyklus synchronisiert, der ein Vielfaches des Drehzyklus ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Synchronisationsanpassungseinheit, wenn die Differenz des Kommunikationszyklus zu einem vorgegebenen Kommunikationszyklusbefehlswert mindestens so groß geworden ist wie ein vorgegebener Schwellenwert, den Kommunikationszyklus auf einen Zyklus umstellt, der ein Vielfaches des Drehzyklus ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist, der von dem Wert, der von der Kommunikationszyklusbestimmungseinheit eingestellt worden ist, verschieden ist, um den Kommunikationszyklus dem Kommunikationszyklusbefehlswert anzunähern.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit eine Beziehung zwischen dem Kommunikationszyklus und dem Drehzyklus durch Durchführen einer Autokorrelationsverarbeitung an den erhaltenen Kommunikationsqualitätsstufen unter Verwendung eines festen Kommunikationszyklus über einer Zeitspanne berechnet und dadurch den Kommunikationszyklus mit einem Zyklus synchronisiert, der ein Vielfaches des Drehzyklus ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit eine Beziehung zwischen dem Kommunikationszyklus und dem Drehzyklus durch Durchführen einer Fourier-Analyse von den erhaltenen Kommunikationsqualitätsstufen unter Verwendung eines festen Kommunikationszyklus über eine vorbestimmte Zeitspanne berechnet und dadurch den Kommunikationszyklus mit einem Zyklus synchronisiert, der ein Vielfaches des Drehzyklus ist, der multipliziert mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner eine Drehzyklusabfühleinheit umfassend, die den Drehzyklus des drehfähigen Teils erfasst, wobei die Kommunikationszyklusbestimmungseinheit den Kommunikationszyklus mit einem Zyklus synchronisiert, der ein Vielfaches des von der Drehzyklusabfühleinheit erfassten Drehzyklus ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die drehfähige Vorrichtung ein Motor ist.
Drahtloses Kommunikationsverfahren zum Empfangen eines drahtlosen Signals, das von einer Sendeeinheit gesendet wird, die in einem drehfähigen Teil einer drehfähigen Vorrichtung enthalten ist, umfassend: einen Schritt des Berechnens einer Kommunikationsqualitätsstufe auf Basis des drahtlosen Signals; einen Schritt des Bestimmens eines Kommunikationszyklus auf Basis der Kommunikationsqualitätsstufe, so dass sich der Kommunikationszyklus mit einem Zyklus synchronisiert, der ein Vielfaches eines Drehzyklus des drehfähigen Teils ist, der mit einer ganzen Zahl größer oder gleich 1 multipliziert worden ist; und einen Schritt, in dem durch Vergrößern oder Verkleinern des Kommunikationszyklus bewirkt wird, dass ein Zeitpunkt der Kommunikation mit der Sendeeinheit dem Drehzyklus folgt, so dass die Kommunikationsqualitätsstufe höher wird.