JP2014061831A - Ground communication equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地上通信装置に関する。 The present invention relates to a ground communication device.
本技術分野の背景技術として、特開平8−183454号公報(特許文献1)がある。この公報には、「地上子7に現示情報と方向条件別の送信情報を設定しておく。信号制御器は現示情報と方向条件を示す送信情報の制御条件を地上子7に送る。地上子7は送られた制御条件によりリレ−回路を駆動して設定されている送信情報を選択する。列車は車上子から地上子駆動用電力波を常時送信しながら走行している。列車1が地上子7に接近したときに、地上子7の送信部13は接近する列車が送信している地上子駆動用電力波を受信し、受信した電力波を電源入力として選択した送信情報を送信電文に変換して列車に送信する。」と記載されている。 As background art of this technical field, there is JP-A-8-183454 (Patent Document 1). In this publication, “present information and transmission information for each direction condition are set in the ground element 7. The signal controller sends the control condition of the transmission information indicating the present information and the direction condition to the ground element 7. The ground unit 7 selects the transmission information set by driving the relay circuit according to the transmitted control conditions, and the train is traveling while constantly transmitting the ground unit driving power wave from the vehicle top unit. When 1 approaches the ground unit 7, the transmission unit 13 of the ground unit 7 receives the ground unit driving power wave transmitted by the approaching train, and transmits the transmission information selected by using the received power wave as the power input. It is converted to a transmission message and sent to the train. "
また、電力を非接触で伝送する技術分野の背景技術として、特開2010−130800号公報(特許文献2)がある。この公報には、課題として「電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる距離の範囲を広げる。」と記載され、その解決手段として、「交流信号S1を発生する信号発生部11、および交流信号S1の供給を受けて電磁場を発生させる送信アンテナ12を有する送電装置2と、電磁場によって誘導電圧V1を発生する受信アンテナ21、および誘導電圧V1に基づいてバッテリ4に供給する電圧Voを生成する整流部23を有する受電装置3とを備え、送電装置2は、信号発生部11と送信アンテナ12との間に配設された第1整合部13、および第1整合部13を制御して信号発生部11と送信アンテナ12とを整合させる第1処理を実行する第1処理部15を備え、受電装置3は、受信アンテナ21と整流部23との間に配設された第2整合部22、および第2整合部22を制御して受信アンテナ21と整流部23とを整合させる第2処理を実行する第2処理部25を備えている。」と記載されている。
Moreover, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-130800 (patent document 2) as background art of the technical field which transmits electric power non-contact. This publication describes, as a problem, “widening the range of distance that allows good power transmission while minimizing a decrease in power transmission efficiency”. As a means for solving the problem, “a signal that generates an AC signal S1”. Supply to the battery 4 based on the induction unit V, the
電力伝送の効率化のため、特許文献2に記載の従来技術を地上通信装置に適用することが考えられる。しかしながら、車上通信装置は地上通信装置の頭上を高速で通過してしまうため、地上通信装置の受信アンテナのインピーダンスを解析し、その受信アンテナと整流部とを整合させるという手順を踏んでいると、車上通信装置に信号波を送信するための時間が圧迫されることになる。
In order to increase the efficiency of power transmission, it is conceivable to apply the conventional technique described in
また、車上通信装置の送信アンテナと地上通信装置の受信アンテナとの間隔を一定(例えば、200mm)とし、各アンテナのインピーダンスが変動しないようにすることも考えられるが、レール摩耗などの経年変化や、アンテナの取付位置の誤差などから、厳密に両アンテナの間隔を一定にすることは難しい。 It is also conceivable that the distance between the transmitting antenna of the on-board communication device and the receiving antenna of the ground communication device is constant (for example, 200 mm) so that the impedance of each antenna does not fluctuate. In addition, it is difficult to keep the distance between the two antennas strictly constant due to an error in the mounting position of the antennas.
本発明の目的は、このような問題を考慮し、移動する車上通信装置からの電力波を効率的に受信することができる地上通信装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a ground communication device capable of efficiently receiving a power wave from a moving on-vehicle communication device in consideration of such a problem.
上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電力波を受信する電力波受信部と、前記電力波受信部により受信された電力波から駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、前記駆動電圧生成部により生成された駆動電圧に対する抵抗成分を有する電圧調整部と、前記電圧調整部により出力された駆動電圧から動作電圧を生成する動作電圧生成部と、前記動作電圧生成部により生成された動作電圧を電力源として、信号波を生成する信号波生成部と、前記信号波生成部により生成された信号波を放射する信号波放射部と、を備え、前記電圧調整部に入力された駆動電圧が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする。 The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, a power wave receiving unit that receives a power wave, and a drive voltage is generated from the power wave received by the power wave receiving unit. A driving voltage generating unit; a voltage adjusting unit having a resistance component with respect to the driving voltage generated by the driving voltage generating unit; an operating voltage generating unit generating an operating voltage from the driving voltage output by the voltage adjusting unit; Using the operating voltage generated by the operating voltage generation unit as a power source, a signal wave generation unit that generates a signal wave, and a signal wave emission unit that radiates the signal wave generated by the signal wave generation unit, When the driving voltage input to the voltage adjustment unit is increased, the resistance component of the voltage adjustment unit is increased.
本発明によれば、移動する車上通信装置からの電力波を効率的に受信することができる地上通信装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a ground communication device that can efficiently receive a power wave from a moving on-vehicle communication device.
以下、本発明の実施例について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本実施例では、本発明を、移動体制御システムに適用した例を説明する。 In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a mobile control system will be described.
図11は、本実施例に係る移動体制御システム1の構成図である。移動体制御システム1は、車体2が走行する進路上に設置された地上通信装置10と、車体2に取り付けられた車上通信装置11および車上装置12と、を備える。地上通信装置10はその設置位置などの情報を信号波として車上通信装置11に送信する。車上通信装置11は地上通信装置10から受信した情報を車上装置12に送信し、車上装置12はその情報に基づいて車体2の走行制御を行う。
FIG. 11 is a configuration diagram of the
地上通信装置10は、自らは電源を有さず、車上通信装置11が送信する電力波を受信して動作する、いわば電力受信装置である。車上通信装置11は高速で移動するため、地上通信装置10は、車体2が頭上を走行している間に速やかに信号波を生成し、車上通信装置11へ送信する必要がある。
The
図1は、地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、受信アンテナ100、電力分配部101、電力波整流部102、制御整流部103、電圧制御部104、動作電圧生成部105、信号波生成増幅部106、整合部107、および送信アンテナ108を備える。信号波生成増幅部106は、電文記憶部109、制御部110、変調部111、および信号波増幅部112を備える。
FIG. 1 is a block diagram of the
受信アンテナ100は、ループアンテナ等で構成され、車上通信装置11から送信される電力波を受信する。電力伝送の効率化のため、受信アンテナ100は、例えば、後段の電力分配部101や電力波整流部102との整合がとれていることが望ましい。受信アンテナ100は、電力波受信部の一例である。
The
電力分配部101は、受信アンテナ100により受信された電力波の20%を制御整流部103に出力し、残る電力波を全て電力波整流部102に出力する。制御整流部103は、電力分配部101によって分配された電力波を整流し、電圧を生成して、電圧制御部104に出力する(以下、この電圧を「制御電圧」という。)。制御電圧は、電圧制限素子などにより、例えば、後段の回路の定格電圧に制限される(後述)。電力波整流部102も電力分配部101によって分配された電力波を整流し、電圧を生成して、電圧制御部104に出力する(以下、この電圧を「駆動電圧」という。)。電力波整流部102は駆動電圧生成部の一例であり、制御整流部は103制御電圧生成部の一例である。
The
電圧制御部104は、電圧制限素子を有し、制御電圧と所定の電圧(以下、「基準電圧」という)とを比較し、制御電圧が基準電圧を上回るとき、制御電圧を基準電圧以下に制限する。制御電圧が基準電圧を下回る場合は、制御電圧がそのまま出力される。ここでの基準電圧は、例えば、動作電圧生成部105の最大定格電圧が適用される。更に電圧制御部104は、駆動電圧と制御電圧とを比較し、電位差がしきい値を超え、且つ駆動電圧が制御電圧を下回る場合にのみ駆動電圧を後段の動作電圧生成部105に出力する。その後、駆動電圧が上昇し、制御電圧に近づくと、電圧制御部104は抵抗成分を上げ、駆動電圧を調整する。更に、駆動電圧と制御電圧との電位差がしきい値を下回ったり、駆動電圧が制御電圧を上回ったりする場合には、電圧制御部104は、動作電圧生成部105への駆動電圧(言い換えると、電力)の出力を停止する。
The
動作電圧生成部105は、レギュレータなどで構成され、電圧制御部104が出力した駆動電圧(言い換えると、駆動電圧に基づく電流)が入力されると、一定の電圧を生成し、信号波生成増幅部106に出力する(以下、この電圧を「動作電圧」という。)。
The operating
信号波生成増幅部106は、動作電圧を電力源(動作源)として動作するものであり、所定の情報を有する信号波の生成を行う。
The signal wave generation /
具体的には、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって構成される電文記憶部109に予め記録されているデジタル情報を、PLD(Programmable Logic Device)やAsic(Application Specific Integrated Circuit)によって構成される制御部110が読み出す。そして、変調部111がこのデジタル情報をFSK(Frequency−shift Keying)などの変調方式に基づいて変調することにより、アナログの信号波を生成し、アンプなどによって構成される信号波増幅部112がこれを増幅する。信号波生成増幅部106は、信号波生成部の一例である。
Specifically, digital information pre-recorded in a
なお、電文記憶部109、制御部110、および変調部111は、それぞれ独立した構成としたが、PLDなどの1つの素子がそれぞれの機能をまとめて実現するようにしても良い。この場合、信号波生成増幅部106全体で省電力となる場合がある。
In addition, although the message | telegram memory |
信号波生成増幅部106によって生成された信号波は、整合部107によって周波数の整合が取られ、送信アンテナ108によって外部に放射されることによって、車上通信装置11へ送信される。送信アンテナ108は、信号波放射部の一例である。
The signal wave generated by the signal wave generating /
なお、車上通信装置11は、地上通信装置10に電力波を送信し(いわば電力送信装置)、地上通信装置10から送信された信号波を受信する。これらの機能を達成するため、車上通信装置11は、電源、ループアンテナ等で構成される送信アンテナ、信号波を受信する受信アンテナ、受信した信号波を復調する復調回路、取得したデジタル情報を車上装置12に送信する通信回路、およびこれらを制御する制御回路などを備える。
The on-board communication device 11 transmits a power wave to the ground communication device 10 (so-called power transmission device) and receives a signal wave transmitted from the
図2は、電力分配部101、電力波整流部102、制御整流部103、および電圧制御部104の回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of the
電力分配部101は、コンデンサ101a〜101eを備える。受信アンテナ100で受信された電力波は、コンデンサ101a〜101eの容量値に比例して電力波が分配される。なお、本実施例では、コンデンサ101a〜101eの容量値は同一であり、電力波が均等に分配される。なお、コンデンサ101aは、後段の制御整流部103を構成する要素でもあり、制御電圧の生成の際にも使用される。このようなコンデンサの共用により、部品点数の削減を図ることができる。
The
コンデンサ101aに蓄えられた電荷、すなわち受信アンテナ100により受信された電力波の一部は、制御整流部103に出力される。制御整流部103は倍圧整流回路によって構成され、駆動電圧と比較して立ち上がりの早い制御電圧を生成する。なお、倍圧整流回路に限らず、3倍圧整流回路やその他の整流回路などを適用しても良いが、後段の電圧制御部104が即導通するよう、電圧の立ち上がりが早いコッククロフト型回路を適用することが望ましい。これにより、地上通信装置10の起動の高速化が実現できる。
The electric charge stored in the
また、コンデンサ101b〜101eに蓄えられた電荷、すなわち受信アンテナ100により受信された電力波の大部分は、電力波整流部102に出力される。電力波整流部102は、ブリッジダイオード102a〜102bを並列に配置することにより構成され、直流の駆動電圧を生成する。電力波整流部102の整流回路についても、種々の構成の適用が可能であるが、ブリッジダイオード102a〜102bを並列に配置して構成した場合、整流効率の改善と耐圧性能の確保を図ることができる。
Further, most of the electric charge stored in the
なお、図3に示す通り、耐圧性能を向上させるために、ブリッジダイオード102a〜102bの直列配置回路により電力波整流部102を構成するようにしても良い。また、図4に示す通り、2ダイオード直列ブリッジの並列配置回路などを適用しても良い。更には、ツェナ−ダイオードから構成される電力波整流部破壊防止回路500を電力波整流部102の直後に挿入しても良い。この場合、電力波整流部破壊防止回路500に適用するツェナーダイオードのツェナー電圧は、基準電圧が取り得る最大値よりも大きいものとし、後段の電圧制御部104の動作に影響を与えないようにするのが好ましい。
As shown in FIG. 3, the power
電力波整流部102および制御整流部103によって得られる駆動電圧および制御電圧は、電界効果トランジスタ104aおよびツェナーダイオード104bによって構成される電圧制御部104に入力される。
The drive voltage and the control voltage obtained by the power
電界効果トランジスタ104aは、電力波整流部102側にドレイン端子が接続され、後段の動作電圧生成部105側にソース端子が接続され、制御整流部103にゲート端子が接続されるよう配置される。ソース電圧となる駆動電圧(電界効果トランジスタなどによる電圧降下を含める)とゲート電圧となる制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧以下の場合には、ドレイン・ソース間に電流は流れないが、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を超えると、ドレイン・ソース間が導通状態となり、電圧制御部104からの駆動電圧が後段の動作電圧生成部105に出力される。駆動電圧が上昇するに連れ、ソース・ドレイン間に流れる電圧への抵抗成分は高くなる。
The
ドレイン・ソース間が導通した後、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧に近づくと、ドレイン・ソース間の抵抗値が上昇し、駆動電圧の電圧降下が生じる(電流が吸収される)。言い換えると、電界効果トランジスタ104aは、ドレイン・ソース間の導通状態を維持するよう動作する。これは、ゲート・ソース間の電位差が小さいほど、ソース・ドレイン間の抵抗成分が大きくなるという電界効果トランジスタ104aの性質を利用したものである。
When the potential difference between the drive voltage and the control voltage approaches the threshold voltage of the
なお、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を下回っている間、ドレイン・ソース間には殆ど電流が流れないため、地上通信装置10は極めて高いインピーダンスを取ることができる。
Note that while the potential difference between the drive voltage and the control voltage is lower than the threshold voltage of the
ドレイン・ソース間の駆動電圧の電圧降下によって動作電圧が変動しないように、基準電圧は少なくとも動作電圧よりも高く設定される必要がある。また、受信アンテナ100により受信された電力波の大きさが規定の最低レベル付近にあるときには、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を上回るよう電圧制御部104内の抵抗を調整する必要がある。
The reference voltage needs to be set higher than at least the operating voltage so that the operating voltage does not fluctuate due to a voltage drop of the drive voltage between the drain and source. In addition, when the magnitude of the power wave received by the receiving
また、ツェナーダイオード104bは、電界効果トランジスタ104aのゲートにかかる制御電圧の最大値を制限する。ツェナーダイオード104bのツェナー電圧には基準電圧が適用される。このツェナーダイオード104bを実装することで、過大な電力波が受信され、動作電圧生成部105の定格電圧を超える駆動電圧が電力波整流部102によって整流された場合でも、動作電圧生成部105に出力される駆動電圧の最大値をツェナーダイオードのツェナー電圧から電界効果トランジスタのしきい値電圧を引いた値よりおおよそ求まる電圧以下に抑えることができる。これに付随して、電界効果トランジスタ104aのゲート電圧が基準電圧以下に制限されるため、電圧制限部104から出力される電流を一定値以下に抑えることもできる。電界効果トランジスタ104aは、電圧調整部の一例であり、ツェナーダイオード104bは電圧制限部の一例である。
The
なお、電力に余裕のある場合などでは、ツェナーダイオード104bを、トランジスタとサイリスタなどの組み合わせによって定電圧を生成する回路に置き換えても良い。また、電界効果トランジスタ104aの代わりに、フォトMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)リレーを用いても良い。なお、本実施例では、耐圧性能を向上するために、図2のように電界効果トランジスタ104aを直列に2段に接続するようにしたが、電界効果トランジスタ104aは1個でも構わない。
Note that the
図5は、地上通信装置10における電力波と電圧との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the power wave and the voltage in the
制御電圧は、倍圧整流回路により、駆動電圧よりも電圧上昇率が高くなるよう調整されており、制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を超えると電界効果トランジスタ104aがオンとなり、動作電圧生成部105への駆動電圧の出力を開始する。制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧を超える間、駆動電圧は電力波の入力量に応じて増加する。
The control voltage is adjusted by the voltage doubler rectifier circuit so that the voltage increase rate is higher than the drive voltage. When the potential difference between the control voltage and the drive voltage exceeds the threshold voltage of the
その後、制御電圧はツェナーダイオード104bのツェナー電圧に従う基準電圧に到達する。駆動電圧が更に増加し、電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧に約1V程度まで近づくと、ドレイン・ソース間の抵抗成分が上昇し、電圧制御部104への入力電流量も増加し、駆動電圧の電圧降下が発生する(飽和領域)。言い換えると、電界効果レジスタ104aは、基準電圧と駆動電圧との電位差がしきい値電圧を超えないよう振る舞う。
Thereafter, the control voltage reaches a reference voltage according to the Zener voltage of the
ドレイン・ソース間の電圧降下によっても基準電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧以下となるような、過大な電力波が入力された場合、電界効果トランジスタ104aのドレイン・ソース間が遮断され、駆動電圧の出力が停止し、動作電圧の生成も終了する。
When an excessive power wave is input such that the potential difference between the reference voltage and the drive voltage is equal to or lower than the threshold voltage of the
なお、図5に示したグラフ、および、ドレイン・ソース間の抵抗が上昇する電圧範囲などは、地上通信装置10の動作を説明するために示した一例であり、正確な値は実際の設計に基づく。
Note that the graph shown in FIG. 5 and the voltage range in which the resistance between the drain and the source rises are examples for explaining the operation of the
以上の通り、本実施例によれば、受信した電力波が大きくなると電圧制御部104の抵抗成分が上昇するため、地上通信装置10は、例えば、30〜40Ωの高いインピーダンスを維持することができ、車上通信装置11からの電力波を効率的に受信することができる。特に、制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ104aのしきい値電圧付近にあるとき、その状態を維持しようとして電界効果トランジスタ104aのドレイン・ソース間の抵抗成分が更に上昇するので、地上通信装置10のインピーダンスをより高くとることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the resistance component of the
また、受信した電力波が小さいときは、電圧制御部104の抵抗成分は低いため、電力の損失を極力防ぐことができる。これにより、地上通信装置10は低電力で動作することが可能となり、短期間で信号波を送信できるようになる。
Further, when the received power wave is small, the resistance component of the
更に、動作電圧生成部105の定格電圧を超えるような電力波が受信アンテナ100より受信された場合でも、電圧制御部104によって駆動電圧は基準電圧以下に抑えられるので、動作電圧生成部105などの破壊に至らないようにすることができる。更に、簡易な構成であるため、電力波の受信から信号波の送信までを約200us以下という短期間で実施することも可能となる。
Furthermore, even when a power wave exceeding the rated voltage of the operating
さらに本実施例によれば、車上装置12への反射電力が問題とならない場合において、入力電力が想定の範囲を逸脱する過大入力であると判断されるとき、電力波整流部102内のブリッジダイオード102aの接合容量を変動させることにより、受信アンテナ100の共振周波数をずらして取得する電力を低下させ、地上通信装置10の破壊を防止することも可能となる。受信した電力波の大きさが増加するほど、電圧制限部104により電力波整流部102にかかる電圧が上昇する。この電圧制限部104の電圧上昇と、逆電圧の大きさによって接合容量の大きさが変動するダイオードの特性を利用すれば、受信アンテナ100の共振に影響を及ぼすブリッジダイオード102aの接合容量変動により、入力電力が過大である時に地上通信装置10と車上通信装置11間の結合度ひいては取得電力を低下させられる。
Furthermore, according to the present embodiment, when the reflected power to the on-board device 12 is not a problem, when it is determined that the input power is an excessive input that deviates from the expected range, the bridge in the power
地上通信装置および車上通信装置は、例えば、これらが利用される路線によっては、仕様が異なる場合があり、地上通信装置等の仕様が異なる路線に移動体が乗り入れるとすると、地上通信装置が過大な電力を受信してしまう可能性がある。このような事態は、製造メーカ間で地上通信装置等の性能に差がある場合にも発生し得る。移動体による円滑な輸送に貢献するためにも、地上通信装置には、過大な電力を受信した場合であっても故障しないようにすることが求められる。これに対する工夫として、単に、ツェナーダイオードなどの電圧制限素子を整流回路の直後にグランドを介して実装することが考えられるが、この場合、電力の大部分がグランドに流れ、短絡状態に近づいてしまうため、地上通信装置入力インピーダンス(車上通信装置の送信アンテナから見て、地上通信装置の受信アンテナおよびこれに接続される整流回路などの全負荷を等価的に示したもの)の低下を招いてしまう。この場合、車上通信装置が地上通信装置へ出力できる電力波が低下したり、車上通信装置のインピーダンスが地上通信装置入力インピーダンスに引き込まれ、車上装置からみた車上通信装置のインピーダンスが低下し、車上装置への反射電力波が増加したりしてしまう問題もある。車上通信装置のインピーダンスの変化は、車上通信装置と地上通信装置とが近接したときなど、双方の結合度が強いほど大きい。 For example, the specifications of the ground communication device and the on-vehicle communication device may differ depending on the route in which they are used. If a mobile unit enters a route with different specifications such as the ground communication device, the ground communication device is excessive. May receive excessive power. Such a situation can also occur when there is a difference in performance of a ground communication device or the like between manufacturers. In order to contribute to smooth transportation by a mobile object, the ground communication device is required not to break down even when excessive power is received. As a contrivance for this, it is conceivable to simply mount a voltage limiting element such as a Zener diode via the ground immediately after the rectifier circuit, but in this case, most of the power flows to the ground and approaches a short circuit state. Therefore, the input impedance of the ground communication device (when viewed from the transmitting antenna of the on-board communication device, the load antenna of the ground communication device and the total load such as the rectifier circuit connected to this is equivalently shown) is reduced. End up. In this case, the power wave that the on-board communication device can output to the ground communication device decreases, or the impedance of the on-board communication device is drawn into the input impedance of the ground communication device, and the impedance of the on-board communication device viewed from the on-board device decreases. However, there is a problem that the reflected power wave to the on-board device increases. The change in the impedance of the on-board communication device increases as the degree of coupling between the two increases, such as when the on-board communication device and the ground communication device are close to each other.
しかしながら、本実施例によれば、過大な電力波からの回路の保護と、高い地上通信装置入力インピーダンスの維持との両立を図ることができる。更に、入力した電圧によって容量値の異なるツェナーダイオードを受信アンテナ100に付加する必要がなくなるため、受信アンテナ100の整合が取りやすくなる利点も生まれる。また、地上通信装置10は、受信アンテナ100のインピーダンスの変動を検出する必要もないため、消費電力の増大を避けることもできる。
However, according to the present embodiment, it is possible to achieve both the protection of the circuit from an excessive power wave and the maintenance of a high ground communication device input impedance. Furthermore, since it is not necessary to add to the receiving
また、過大な電力波が受信された場合であっても、ツェナーダイオード104bを経由してグランドに直接流れる整流電力、つまり、回路短絡に見える成分は、受信した電力波のうちの20%程度に抑えられているため、電力の損失を極力抑えることができる。
Even when an excessive power wave is received, the rectified power that flows directly to the ground via the
なお、電力分配部101によって分配される電力波の割合は、予め規定された最低レベルの電力波が入力された時点で電圧制御部104が駆動電圧の出力を開始し、予め規定された最高レベルを超える電力波が入力された時に電圧制御部104が駆動電圧の出力を停止することができるように調整することが望ましい。制御整流部103へ分配される電力が多いほど、電界効果トランジスタ104aのドレイン・ソース間が早く導通することになり、信号波の送信までに要する時間を短いものとすることができる。一方、電力波整流部102へ分配される電力が多いほど、ツェナーダイオード104bを介してグランドに流れる電力は抑えられ、地上通信装置10のインピーダンスの低下を極力抑えることができる。
Note that the ratio of the power wave distributed by the
また、制御整流部103は倍圧整流回路により構成するものとしたが、一般的な整流回路を適用しても良い。この場合、電力分配部101により制御整流部103へ出力される分配比を、電力波整流部102へ出力される分配比よりも大きくする。
Moreover, although the
次に、本発明の実施例2について説明する。なお、本実施例における構成および効果等は、特に断りのない限り、実施例1と同じである。このため、以下では本実施例と実施例1との相違点を主に説明し、説明の重複を避けるため、共通点の説明は極力省略する。 Next, Example 2 of the present invention will be described. The configuration, effects, and the like in this example are the same as those in Example 1 unless otherwise specified. For this reason, the differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described below, and the description of the common points will be omitted as much as possible in order to avoid duplication.
図6は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、信号装置などの外部装置200との間で、情報の送受信を行うため、通信制御回路やリレーなどで構成される通信部201を備える。外部装置200からの情報は、変調部111によって信号波に変換され、送信アンテナ108等を経由して車上通信装置11へ送信される。外部装置200は、例えば、各車体2の運行を集中的に制御することができる。
FIG. 6 is a block diagram of the
なお、車上通信装置11からの信号波を受信する受信アンテナおよび受信回路を更に設け、当該信号波に基づく情報を外部装置200に送信するようにしても良い。外部装置200は、例えば、収集した情報に基づいて、各車体2の運行状況を監視することができる。
Note that a receiving antenna and a receiving circuit for receiving a signal wave from the on-vehicle communication device 11 may be further provided, and information based on the signal wave may be transmitted to the
また、受信アンテナ100よりも径の小さい変調波検出アンテナ202と、電力波の包絡線を検波する変調波検出部203とを有し、車上通信装置11から受信した電力波のASK(Amplitude Shift Keying)を検出しても良い。この場合、制御部110はASK復調機能などを有し、復調データに応じて、信号波の送信の停止や、電文記憶部109の書き換えなどを行っても良い。
Further, it has a modulated
本実施例によれば、地上通信装置10は、車上通信装置11からの情報を外部装置200に伝達したり、外部装置200からの情報を車上通信装置11に伝達したりする中継装置として動作することができる。
According to the present embodiment, the
次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例1と同じであるため、以下では本実施例と実施例1との相違点を主に説明する。 Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. Since the configuration, effects, and the like in the present embodiment are the same as those in the first embodiment unless otherwise specified, differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described below.
図7は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、受信アンテナ100および送信アンテナ108の代わりに、送受信アンテナ700を備える。送受信アンテナ700には、予め規定された送受信周波数の2周波数で整合が取れるよう調整された2周波数整合部701が接続される。車上通信装置11から受信する電力波、および、車上通信装置11へ送信する信号波は、分波器702によって分別される。車上通信装置11から受信した電力波は、分波器702により、電力分配部101に送られる。また、地上通信装置10の信号波生成増幅部106によって生成された信号波は分波器702に入力され、そのまま2周波整合部701および送受信アンテナ700を通して車上通信装置11へ送信される。
FIG. 7 is a block diagram of the
なお、アンテナ部分と回路部分との絶縁のため、2周波数整合部701と分波器702との間に絶縁トランスを挿入しても良い。
Note that an insulating transformer may be inserted between the two-
本実施例によれば、アンテナを1素子にすることにより、新たなデバイスを追加する必要が生じるものの、受信アンテナ100と送信アンテナ108との間の電磁結合を解消し、放射効率の改善が見込める。また、電力分配部101の整流ダイオードの容量が、分波器702を介することで2周波数整合部701への影響が小さくなるため、送受信アンテナ700の整合が取りやすくなる利点も生じる。
According to the present embodiment, although it is necessary to add a new device by using one antenna, the electromagnetic coupling between the receiving
次に、本発明の実施例4について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例1と同じであるため、以下では本実施例と実施例1との相違点を主に説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Since the configuration, effects, and the like in the present embodiment are the same as those in the first embodiment unless otherwise specified, differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described below.
本実施例では、実施例1における受信アンテナ100に共鳴コイルが追加される。
In the present embodiment, a resonance coil is added to the receiving
図8は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。本実施例では、受信アンテナ100と結合して動作する共鳴コイル80と、電力波の周波数で共振する共振回路部801と、を備える。
FIG. 8 is a block diagram of the
従来、車上通信装置11と地上通信装置10との間の結合度が強くなるほど、車上通信装置11のインピーダンスの変動が大きくなるため、地上通信装置10の受信アンテナに、電磁的結合度を高める共鳴コイル800の付加などの対策を施し、電力伝送効率の改善を図ることが難しかった。しかし、地上通信装置入力インピーダンスの低下を抑えることにより、共鳴コイル800および共振回路部801を実装しても、車上通信装置11のアンテナの入力インピーダンスの変動を抑えることができる。共鳴コイル800などの付加によって、特に受信電力波が小さい時の電力伝送効率を大幅に改善できるため、地上通信装置10の低電力化の実現、ひいては、システム全体の低電力化を実現できる。
Conventionally, as the degree of coupling between the on-board communication device 11 and the
また、共鳴コイル800、または共振回路部801を有する共鳴コイル800の付加により、受信アンテナ100の整合を取ることができるため、アンテナ側に共振回路を設ける必要がなくなる利点も生じる。電力整流部102などに含まれるダイオードの容量は、温度などによって変動するため有用である。
Further, by adding the
なお、共鳴コイル800は、受信アンテナ100との間隔によって生じる容量成分によって電力波の周波数で共振するよう調整しても良い。また、実施例3に係る地上通信装置10(図7参照)に、共鳴コイル800等を付加するようにしても良い。この場合も同様の効果を奏する。
Note that the
次に、本発明の実施例5について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例1と同じである。但し、本実施例は実施例4と共通する点が多いため、以下では本実施例と実施例4との相違点を主に説明する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The configuration and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment unless otherwise specified. However, since the present embodiment has many points in common with the fourth embodiment, differences between the present embodiment and the fourth embodiment will be mainly described below.
図9は、本実施例に係る地上通信装置10のブロック図である。地上通信装置10は、電力分配部101の代わりに、制御電圧取得用アンテナ900を備える。制御電圧取得用アンテナ900は、受信アンテナ100よりも径の小さいアンテナで構成される。受信アンテナ100が受信する電力波は、そのまま電力波整流部102に送信され、駆動電圧が生成される。また、制御電圧取得用アンテナ900が受信する電力波は、制御整流部103に送信され、制御電圧が生成される。制御電圧用アンテナ900には、電力波周波数で共振する整合回路を設けても良い。
FIG. 9 is a block diagram of the
本実施例によれば、受信した電力波を分配する必要が無くなるため、特に小さい電力波を受信したときの特性を改善することができる。 According to the present embodiment, since it is not necessary to distribute the received power wave, it is possible to improve the characteristics when a particularly small power wave is received.
図10が示す通り、実施例3に係る地上通信装置10(図7参照)に、制御電圧取得用アンテナ900を付加するようにしても良い。この場合も本実施例と同様の効果を奏する。
As shown in FIG. 10, a control
なお、本発明は各実施例に限定されるものではなく、既に例示したものも含めて、様々な変形例が考えられる。例えば、地上通信装置10は、信号波生成増幅部106等を有することにより、車上通信装置11に信号波を送信するものとしたが、これの代わりに、車上通信装置11からの電力波を受信したことに基づいて、車体2が地上通信装置10の近傍を走行していると判定し、外部装置200等にその旨を報知するようにしても良い。
In addition, this invention is not limited to each Example, Various modifications including what was already illustrated can be considered. For example, the
また、車上通信装置11は車上装置12と別体である必要はなく、車上装置12の有する機能も備えた一体型であっても良い。また、例えば、地上通信装置が送信する電力波を受信することにより動作する無電源型の車上通信装置に本発明を適用しても良い。その他、例えば、NFC (Near Field Communication) 、RFID(Radio Frequency IDentification)、非接触電力伝送その他の無線通信方式を利用した通信システムに本発明を適用しても良い。本発明は、送信アンテナと受信アンテナとが近接することにより高い電磁結合が生じるような場合において特に有効である。 Further, the on-board communication device 11 does not need to be a separate body from the on-board device 12, and may be an integrated type having the functions of the on-board device 12. Further, for example, the present invention may be applied to a non-power-source on-board communication device that operates by receiving a power wave transmitted from a ground communication device. In addition, the present invention may be applied to a communication system using, for example, NFC (Near Field Communication), RFID (Radio Frequency IDentification), non-contact power transmission, or other wireless communication methods. The present invention is particularly effective in the case where high electromagnetic coupling occurs when the transmitting antenna and the receiving antenna are close to each other.
各実施例は本発明の理解のために詳細に説明されたものであり、本発明は、前述の各構成を全て備える必要は必ずしもない。また、ある実施例の一部を他の実施例の一部に置き換えることは可能であり、また、ある実施例の一部を他の実施例に付加することも可能である。 Each embodiment has been described in detail for the sake of understanding of the present invention, and the present invention does not necessarily have to include all the above-described configurations. A part of one embodiment can be replaced with a part of another embodiment, and a part of one embodiment can be added to another embodiment.
更に、各図面上の制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、本発明の実施に必要な制御線や情報線が全て示されているとは限らない。例えば、全ての構成が相互に接続されるようにしてもよい。逆に、本発明の実施に際して、各図面上の制御線や情報線全てを備えていなくても良い。 Furthermore, the control lines and information lines on each drawing are those that are considered necessary for explanation, and not all the control lines and information lines necessary for implementing the present invention are shown. For example, all the configurations may be connected to each other. Conversely, when implementing the present invention, it is not necessary to provide all the control lines and information lines on each drawing.
1 移動体制御システム
2 車体
10 地上通信装置
11 車上通信装置
12 車上装置
100 受信アンテナ
101 電力分配部
102 電力波整流部
103 制御整流部
104 電圧制御部
105 動作電圧生成部
106 信号波生成増幅部
107 整合部
108 送信アンテナ
109 電文記憶部
110 制御部
111 変調部
112 信号波増幅部
200 外部装置
201 通信部
202 変調波検出アンテナ
203 変調波検出部
500 電力波整流部破壊防止回路
700 送受信アンテナ
701 2周波数整合部
702 分波器
800 共鳴コイル
801 共振回路部
900 制御電圧取得用アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記電力波受信部により受信された電力波から駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、
前記駆動電圧生成部により生成された駆動電圧に対する抵抗成分を有する電圧調整部と、
前記電圧調整部により出力された駆動電圧から動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
前記動作電圧生成部により生成された動作電圧を電力源として、信号波を生成する信号波生成部と、
前記信号波生成部により生成された信号波を放射する信号波放射部と、を備え、
前記電圧調整部に入力された駆動電圧が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする地上通信装置。 A power wave receiver that receives the power wave;
A driving voltage generating unit that generates a driving voltage from the power wave received by the power wave receiving unit;
A voltage adjusting unit having a resistance component with respect to the driving voltage generated by the driving voltage generating unit;
An operating voltage generating unit that generates an operating voltage from the driving voltage output by the voltage adjusting unit;
A signal wave generator that generates a signal wave using the operating voltage generated by the operating voltage generator as a power source;
A signal wave radiation unit that radiates the signal wave generated by the signal wave generation unit,
The ground communication device according to claim 1, wherein when the driving voltage input to the voltage adjustment unit increases, a resistance component of the voltage adjustment unit increases.
前記電圧調整部は、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を入力し、
前記電圧調整部に入力された駆動電圧と制御電圧との差が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。 A control voltage generator that generates a control voltage higher than the drive voltage from the power wave received by the power wave receiver;
The voltage adjustment unit inputs the control voltage generated by the control voltage generation unit,
The ground communication device according to claim 1, wherein a resistance component of the voltage adjustment unit increases as a difference between the drive voltage and the control voltage input to the voltage adjustment unit increases.
前記制御電圧を所定の電圧以下に制限する電圧制限部と、を備え、
前記電圧調整部は、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を入力し、
前記電圧調整部に入力された駆動電圧と制御電圧との差が小さくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。 A control voltage generating unit that generates a control voltage higher than the drive voltage from the power wave received by the power wave receiving unit;
A voltage limiting unit that limits the control voltage to a predetermined voltage or less,
The voltage adjustment unit inputs the control voltage generated by the control voltage generation unit,
The ground communication device according to claim 1, wherein when the difference between the drive voltage and the control voltage input to the voltage adjustment unit is reduced, a resistance component of the voltage adjustment unit is increased.
前記信号波生成部は、前記通信部により受信された所定の情報を有する信号波を生成することを特徴とする請求項1に記載の地上通信装置。 A communication unit for receiving predetermined information from an external device;
The ground communication apparatus according to claim 1, wherein the signal wave generation unit generates a signal wave having predetermined information received by the communication unit.
前記受信アンテナにより受信された電力波に基づいて動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
前記動作電圧生成部により生成された動作電圧にて信号波を生成する信号波生成部と、
前記信号波生成部により生成された信号波を放射する送信アンテナと、を備えた地上通信装置であって、
前記受信アンテナにより受信された電力波を分配する複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサにより分配された電力波を整流して駆動電圧を生成する整流回路と、
前記複数のコンデンサにより分配された電力波を整流して制御電圧を生成する倍圧整流回路と、
前記整流回路側にドレイン端子が接続され、前記信号波生成部側にソース端子が接続され、前記倍圧整流回路側にゲート端子が接続された電界効果トランジスタと、
を備えることを特徴とする地上通信装置。 A receiving antenna for receiving power waves;
An operating voltage generator for generating an operating voltage based on the power wave received by the receiving antenna;
A signal wave generating unit that generates a signal wave with the operating voltage generated by the operating voltage generating unit;
A terrestrial communication device comprising: a transmission antenna that radiates a signal wave generated by the signal wave generation unit;
A plurality of capacitors for distributing a power wave received by the receiving antenna;
A rectifier circuit that rectifies power waves distributed by the plurality of capacitors to generate a drive voltage;
A voltage doubler rectifier circuit that rectifies a power wave distributed by the plurality of capacitors to generate a control voltage;
A field effect transistor having a drain terminal connected to the rectifier circuit side, a source terminal connected to the signal wave generator side, and a gate terminal connected to the voltage doubler rectifier circuit side;
A ground communication apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|---|
JP2020006837A (en) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | 株式会社日立製作所 | Ground radio device and method of controlling the same |
-
2012
- 2012-09-24 JP JP2012209094A patent/JP2014061831A/en active Pending
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