JP2005045327A

JP2005045327A - 移動体通信用結合器

Info

Publication number: JP2005045327A
Application number: JP2003200052A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nagasawa; 総長澤
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: JP4003707B2

Abstract

【課題】移動体通信用結合器と誘導線路の結合感度が向上するようにする。
【解決手段】平行２線路からなる平衡給電線１０に対してループ状に形成されている結合器２０を近接して移動体に取り付け、移動体と平衡給電線１０の結合を行う。
結合器の内部には絶縁された内部導体が置かれ、その周辺が外部導体によってシールドされ、主に磁界結合となるようにしているので、通信に使用可能な微弱高周波信号強度を高くすることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば誘導線路に沿って移動する移動体に信号を供給すると共に、移動体から前記誘導線路に対して信号を伝達する際に好適な移動体通信用結合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、超精密加工を施す半導体回路（ＩＣ回路）の製造工場、または機械部品製造工場等では、省力化のために多くの自動作業機械が導入されており、これらの各部の作業機械に供給する材料や、加工後の製品、及び各種のツールを搬送するために、誘導線路に沿って所定の箇所まで自動的に移動できるように設定される移動体、例えば輸送ロボットや、搬送台車が利用されている。
【０００３】
これら移動体には、工場や倉庫内に敷設されている誘導線路（例えば平衡給電線等）と電磁誘導結合により非接触の状態で通信を行う結合器が配置されており、該結合器を介して、移動体への制御信号又は移動体からの各種信号で変調された高周波を相互に送受信することにより、誘導線路側に接続されている固定通信装置等との間で双方向の通信が行われるようになっている。
【０００４】
図１０はかかる移動体の概要を示す模式図であって、１は地上又は天井等に敷設されている誘導線路で、通常２本の平行導線１ａ、１ｂを誘電体材料１ｃによって支持している平衡給電線である。
また、２は移動台車３の所定の箇所に配置されている受信素子、又は送信アンテナに相当する結合器であり、通常はループ状のコイル２ａによって上記給電線１から漏洩している高周波（特に誘導磁界）を受信すると共に、移動台車から各種情報を送信するものである。
受信された高周波から、図示しない受信回路によって復調した制御信号は、移動台車３の駆動機構等を制御する。例えば移動台車３の走行および停止を制御すると同時に、制御信号によっては搬送している製品の積み替え、積み卸し等を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような移動台車３の設置環境には多くの自動制御機械や、駆動機構が混在しているため、できるだけ外部に放射される電磁波のレベルは小さくすることが要請されるが、誘導線路１に注入される電磁波の強度が小さくなると、受信時、又は送信時に結合器の入出力信号のＳ／Ｎが低下し誤動作の原因になる。
また、誘導線路として２本の導体１ａ、１ｂによって構成されている平衡給電線１が長くなったり、その方向等が変化すると平衡給電線の特性インピーダンスＺが位置により変化することにより、インピーダンスのミスマッチが容易に発生し、これによって平衡給電線１に定在波が乗りこの定在波によって受信信号強度が移動体の位置で変動し誤作動を生じるという問題が生じる。
【０００６】
そこで、比較的定在波の発生が少ない漏洩同軸等を給電線として用いることも考えられるが、漏洩同軸は高価であり、その取り付け作業も容易ではない。
【特許文献】特開昭６１−２２４７３５号公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の移動体通信用結合器はかかる問題点を低減することを目的としてなされたもので、使用電磁波の波長に対して１／１０程度以下の直径の微少なループ状に形成した導体を移動体の一部に配置し、上記ループ状の導体が誘導線路に近接して上記移動体と共に移動するように配置すると共に、上記誘導線路と上記ループ状に形成した導体との間で形成される誘導磁界を主結合媒体として交信するように、上記ループ状に形成した導体の表面が外部導体によってシールドされていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、上記誘導線路は平行する２線の導体によって構成することにより安価に敷設することができるようにするとともに、上記誘導線路、または移動体の結合器が発生する電界強度は、国内の電波法に定める微弱電波の規格内とされるように設定し、電波の利用が有効に行われるようにした。
【０００９】
【作用】
誘電線路としての平衡給電線と移動体を接続するための結合器が、主に１／Ｒ^３成分の磁界によってのみ結合される磁界結合となるようになされているので、国内の電波法で定める微弱電波の規格を満足するようにした場合であっても、他の放射電磁界を含めて授受する結合器に比較し、通信に使用可能な高周波信号強度を高くすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明の移動体通信用結合部の要部を模式的に示したもので、１０は平行する２本の導線１０ａ、１０ｂを誘電物１０ｃによって保持している平衡給電線（以下、単に給電線という）であり、その一部が断面図とされＹ方向に延びている。
２０はループ状に形成され、前記給電線１０に距離ｄを介して近接して配置されている結合器を示し、この結合器２０は、後述するようにほぼ円形に加工されている内部導体と外部導体によって構成されている同軸ケーブルを加工することにより構成される。
【００１１】
そして、結合器２０は給電線１０と例えば距離ｄで、ｘ、ｙ平面上に載置されるように、図示されていない移動体に固定され、先に述べたようにこの移動体の送受信回路３０に接続され、給電線１０との間でデータの送受信を行う。
すなわち、例えば工場内のシステムコントローラから出力されるコントロールデータで変調された高周波により前記給電線１０から放出する漏洩磁界をピックアップすると共に、この結合器２０から、当該移動体の情報を誘導磁界で前記給電線１０に送出し、給電線１０に接続されているコントロールシステムに対して、移動体の識別番号や状態を伝送するようにしている。
なお、給電線１０はその１端部に整合インピーダンスＺ、または他端部に送信出力源Ｓ、又は受信端子が付加されることになる。
【００１２】
図２（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例を示す結合器２０の形状例を示したもので、例えば、使用周波数が数１００ＭＨｚの場合には、直径が数ｍｍ程度の同軸ケーブル２１を、直径Ｄが数１０ｍｍ程度の円形に加工し、この円形の同軸ケーブル２１の上下にスリット（切り込み）２２及び２３を入れている。
但し、図２の（ｂ）の場合は、１本の同軸ケーブルを加工しているので下方のスリット２３が省略される。
内部導体２１ａは切り込み２２においてはそのまま露出するように接続されており、図２（ａ）の場合は、切り込み２３においては内部導体２１ａの一方の端部は第２の同軸ケーブル２４の内部導体２１ａと接続され、他方の端部は外部導体２１ｂと接続されているが、図２（ｂ）の場合は他方の端部は直接外部導体２１ｂに接続されている。
図２（ａ）の場合は同軸ケーブル２１と信号の入出力を行っている第２の同軸ケーブル２４の外部導体２１ｂも、同時にアース点となるように接続されているが、図２（ｂ）の場合は１本の同軸ケーブルで構成されるため外部導体２１ｂの接続が容易になる。
この結合器２０の入出力端子は第２の同軸ケーブル２４の他方の端子から送受信機回路３０に接続されることにより、整合状態で信号の入力及び出力が行われる。
【００１３】
上記したような結合器の主要部の構成は、いわゆるシールデッドループアンテナとしての構成となっており、外部導体２１ｂが給電線１０に対して静電遮蔽効果を示すと共に、ループ状に形成されている内部導体２１ａが給電線１０の漏れ磁束に対して磁界結合することになる。したがって、給電線１０から放射される電界成分に対して殆ど影響されることなく磁界結合を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態である移動体の結合器において、国内の電波法に定める微弱電波の規定に対してこのような磁界結合器が有効である理由を示す。
【００１４】
図３に示すように波長に比べて十分に小さいループアンテナから放出される電磁界は微少な磁気ダイポールアンテナの電磁界を解析することにより知ることができる。
この図においてｘ、ｙ、ｚ軸上の原点（波源）に仮想の磁気ダイポールを形成するループに囲まれた面積をＳ、ループに流れる電流をＩとすれば、原点からｚ軸に対してθ、ｘ軸に対してΦ、原点からの距離Ｒ点におけるＰ点の微少ループアンテナの電磁界は、微少電気ダイポールアンテナの電磁界を示す式の双対性から以下のような式によって示される。
【数１】

但し、ｋは波数でｋ＝２π（ラジアン）／λ（波長）（伝搬常数）
この式において磁界の成分を示すＨ_Ｒおよびθ方向の磁界成分Ｈ_θは、距離Ｒに反比例する成分と、距離Ｒ^２に反比例する成分、及び距離Ｒ^３に反比例する成分を有する。
【００１５】
すなわち、原点から放射される電磁界の強度は図４に示すように波源からの距離Ｒに対応して変化する成分に分けることができ、良く知られているように近距離の電界成分を示す１／Ｒ^３の成分は準静電磁界であり、また、１／Ｒ^２の成分は誘導界と呼ばれてこれらは遠距離に到達しない。
これに対して１／Ｒの成分は、いわゆる放射電磁界となって比較的遠距離に届く成分ある。
ここでループの直径が波長に比べて十分小さい、例えば、１００〜２００ＭＨｚの周波数帯以上では、原点付近では１／Ｒ^３の成分が支配的になり、３ｍ位離れると１／Ｒの成分（放射電磁界）が支配的になる。
【００１６】
ところで、国内で使用できる微弱電波の規格は例えば３ｍの距離だけ離間したときに５００μＶ／ｍ以下の電界強度と規定されているので、本願発明が対象とする移動体側から発生する電界強度が微弱電波の規定を満たすようにしなければならない。
本発明のループ状の結合器はその寸法が使用波長に対して十分小さく、かつ使用周波数ｆ（１５０〜２００ＭＨｚ）の波長λに対して十分に小さい距離Ｒ、例えば、λ／３０〜λ／２００（１０ｍｍ〜５０ｍｍ）により給電線１０と結合されているので、１／Ｒ^３に比例する誘導磁界成分が十分大きなレベルとなるが、十分に遠くまで伝搬する１／Ｒに比例する成分は殆ど生じない。
その結果、給電線１０に近接している結合器２０から出力される電力を大きくしても十分に微弱電波の規格をクリアすることができる。
【００１７】
図５、図６は従来の結合器と本願発明の結合器の放射電界の比較を示すもので、横軸は周波数ｆ、縦軸は受信感度である。
図５（ａ）（ｂ）は先に示した従来例の結合器から測定アンテナ迄の距離Ｒが周波数がそれぞれ２２０ＭＨｚ、１５０ＭＨｚ付近で、３ｍの地点の電界強度を示したものであり、図６（ａ）（ｂ）は同一電力同一周波数、及び同一距離Ｒで送受信された本発明の結合器で生じる電界強度を示す。
【００１８】
この両者の比較から分かるように、図５の従来の結合器の場合はある周波数領域では白三角点で示すように約−４１ｄＢ及び−３７ｄＢのように十分減衰されていない強度を持つ場合があるが、本願発明のループ状のシールデッド結合器の場合は、図６の（ａ）（ｂ）にみられるように−６０ｄＢ〜−８０ｄＢの範囲を越えるような電界強度は殆ど存在せず、比較的遠距離まで到達する１／Ｒ成分の電界強度が抑圧されていることが分かる。
【００１９】
また、図７（ａ）（ｂ）、および図８（ａ）（ｂ）は本願発明のループ状シールデッド結合器２０と、給電線１０との相対的な位置関係を各図に示されているように変化（ループ２０を９０度回転しながら給電線１０と結合する）しながら両者の結合量（平衡線路とループ状シールデッドアンテナ型結合器の結合強度）を示す周波数特性で、横軸はセンター周波数５５０ＭＨｚ、１目盛１００ＭＨｚとし、縦軸の結合量は１目盛を−１０ｄＢとしたものである。但し、給電線と結合器間の距離は２０ｃｍとした。
このデータ図から理解されるように、本発明のループ状シールデッド型の結合器は、各図とも周波数特性のフラットな領域がほぼ−４２ｄＢ付近で変化が少なく、特に送受の周波数として採用される白三角１，２，３の近傍はどのような位置関係でもほぼ一定の結合量（すなわち、平衡線路とループ状シールデッドアンテナ型結合器の結合強度）を示している。
したがって、本発明のループ状のシールデッド結合器は、１個の結合器を例えばスイッチまたは分波器で切り換えながら送信用周波数及び受信用の周波数に兼用することができるというメリットがある。
【００２０】
なお、図９は従来のコイル状の結合器、すなわち、電界及び磁界の両方の成分の結合がある結合器の周波数特性を、本願発明の結合器と比較するために示したデータ図であって、同様に横軸は周波数ｆ、縦軸は結合量を示すデータであり、（ａ）と（ｂ）は結合器の向きが反対（移動体の走行方向が反対）になっている場合である。
このデータ図からその結合量は、従来の結合器は走行方向の変化に応じても大きく変動していることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の移動体通信用結合器は誘導線路にそって走行する移動体に載置する結合器として、静電的にシールドされた磁界結合器を使用すると共に、その形状が制御用の信号で変調された電磁波の波長λに対して小さくなるように設定されているので、主に電界強度が１／Ｒ^３となるような成分を使用することになり、遠距離まで伝達する１／Ｒ成分が抑圧されて微弱電波の国内規定を容易にクリアしながら、送受電力を増加し受信信号のＳ／Ｎ比を高くして誤りデータの発生率を低下することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の移動体通信用結合器と平衡給電線の関係を示す主要部の模式図である。
【図２】本実施例に採用されるループ状のシールドデッド結合器の説明図である。
【図３】微少磁気ダイポールアンテナ放射電磁界を説明するための説明図である。
【図４】微少ダイポールアンテナから放射される電磁界の距離に対する電磁界成分を説明する説明図である。
【図５】３ｍ離れた点の従来の結合器に対する電界強度の実験グラフである。
【図６】３ｍ離れた点の本発明のシールデッド結合器の電界強度図を示す実験グラフである。
【図７】本発明のループ状シールデッド結合器の周波数特性を示す実験グラフである。
【図８】本発明のループ状シールデッド結合器の周波数特性を示す実験グラフである。
【図９】従来のコイル状結合器の周波数特性を示す実験グラフである。
【図１０】従来のコイル型の結合器と誘導線路の結合状態を説明する模式図である。
【符号の説明】
１０平衡給電線
２０シールドされたループ状の結合器
２１ａ内部導体
２１ｂ外部導体
２２，２３切り込み
２４第２の同軸ケーブル

Claims

ループ状に形成した導体を移動体の一部に配置し、上記ループ状の導体が誘導線路に近接して上記移動体と共に移動するように配置すると共に、上記誘導線路と上記ループ状に形成された導体との間で形成される誘導磁界を主結合媒体として交信するように上記ループ状に形成した導体の表面が外部導体によってシールドされていることを特徴とする移動体通信用結合器。
上記誘導線路は平衡給電線によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用結合器。
上記交信時に上記誘導線路、または移動体の結合器が発生する電界は、国内の電波法に定める微弱電波の規格内とされていることを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用結合器。