JP2014068090A - 移動体位置検出装置、及び無線送電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地上通信装置と車上通信装置を備えて移動体の運行を制御する移動体位置検出装置において、機器の経年変化をさらに精度良く検知できる装置を提供する。
【解決手段】進路上に配置される地上通信装置と通信を行う通信アンテナを含む車上通信装置と、地上通信装置へ送信する電力波信号を増幅する電力増幅器と、電力増幅器からの進行電力波および通信アンテナから反射した反射電力波の一部を分岐させる方向性結合器と、地上通信装置から送信されるテスト信号波を生成するテスト信号生成回路とを有する。車上通信装置に含まれるアンテナは、地上通信装置と通信を行う通信アンテナと、テスト信号波を送信する送信アンテナを含む。進行電力波、反射電力波と前記テスト信号に基づき故障を判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、故障検知システムに関し、特に、移動体の速度制御等の制御を行う移動体位置検出装置に適した故障検知システムに関する。

移動体の進路上に配置される位置情報等を発信する地上通信装置と、地上通信装置へ電力を供給し地上通信装置からの位置情報等を受信する車上通信装置、その情報を受けてブレーキ等の制御を行う車上装置等により構成される。一般的な地上通信装置は無電源装置であり、車体に取り付けられた車上通信装置から送信される電力信号により動作し、予め装置内部のメモリに記憶されている信号、若しくは、外部の信号装置より絶えず入力される信号を車上通信装置に対して送信することが可能な装置である。双方間の送受信信号は２つの異なる周波数帯を用いて実現されており、車上通信装置および地上通信装置はこれに適応しなければならない。

つまり、信頼性が要求される移動体システムで用いられる通信装置は、送信および受信のそれぞれの周波数帯で動作する送受信系の動作状況を常時監視し、機器の経年劣化等による故障を検知できる機能を備えておくことが望ましい。
故障検知機能を備えた例として、特許文献１に示されている自己診断機能付地上通信装置では、地上通信装置に含まれる共振回路の共振周波数または出力電力が内蔵の自己診断回路によって常時監視され、そのどちらかが基準値を下回ったときに地上通信装置の故障検知信号を自動的に外部に出力する構造を有している。

その他、入出力の監視や故障検知機能を有している公知例としては、特許文献２の非接触型ＩＣカードリーダライタ装置のように、送信アンテナ内側の同一面上にセンサコイルを形成し、送信アンテナが発生させる磁束量の変化を検出、所定の値と比較することで通信感度の低下等影響を認知する方法が提案されている。
また、特許文献３に示されている複数の無線機を搭載する通信端末装置のように、任意の無線機が他方の無線機に対してテスト信号の送信を行い、その復調結果の正当性をもって、無線機の変復調系に問題がないことを確認するといった方法も提案されている。

特開２００２−３７０７１号公報 特開２００３−２５６７８４号公報 特開２０１０−８７７８６号公報

特許文献１記載の従来技術を、車上通信装置を含む車上装置の故障検知機能として適用する場合、以下のような構成が考えられる。まず、故障検知の対象となるループアンテナに対し、システム規定の周波数を含む周波数掃引信号を繰り返し印加し続け、ループアンテナの応答が最大となる周波数における応答信号を検出する。次にその応答信号を、システム規定の周波数のみ選択的に増幅する増幅器を通し、予め定められた基準電圧値との比較を行うことで、ループアンテナの共振周波数ずれ、または、出力電力の低下を検知することが可能となる。

しかしながら、本手法ではループアンテナの故障検知にしか対応できず、車上装置に含まれる送信系電力増幅器の故障や受信系回路が正常に動作しているかを監視することはできない。また、周波数掃引信号を発生させる回路も装置ごとに必要になるため、コストの面からも有用ではない。
なお、ループアンテナの共振周波数ずれ等の故障が生じた場合には、入力インピーダンスの変化による不整合も同時に引き起こされる。このため、ループアンテナの入出力端の反射波を監視するだけでも故障を検出することができる。

特許文献２記載の従来技術を故障検知機能として適用する場合、故障検知の対象となるループアンテナ内側の同一面上にセンサコイルを形成し、磁束量の変化を監視、所定の値と比較することでループアンテナからの送信電力の低下を検知することができる。
この場合も、前述の例と同様に送信系電力増幅器や受信系回路の故障検知に用いることはできない。また、一般に地上通信装置−車上装置間は約１０〜３０ｍ程度のケーブルで接続されることが多いため、この間を伝送する微弱な信号は、ケーブル内での減衰や外来ノイズの影響によりレベルが安定しない。したがって、車上装置では故障検知をするうえで充分なだけの信号レベルの検出精度をとれない場合がある。

特許文献３記載の従来技術を故障検知機能として適用する場合には、地上通信装置および車上装置を２系統設け、システム規定の受信周波数において任意の装置から他方の装置へテスト信号を送信し、復調が正常に行われているか否かを判断することで、各受信系の正常が確認できる。
ところが、上記手法を実現するためには、受信系回路において、システム規定の受信周波数帯でテスト信号の送信を行う回路に加えて、送受信信号を分離するサーキュレータ等が別途必要になる。さらに、同一伝送線路上に同一周波数かつ同じ変調方式の送受信信号が混在することになり、テスト精度および所望受信信号の検出精度が低下してしまう。更に、ループアンテナの水平方向への指向性は極めて微弱であることを考慮すると、２系統のループアンテナ間で故障検知機能を実現することは難しい。

上記従来技術の課題も考慮したうえで、移動体システムに対して、特に車上側装置の性能監視をさらに強化し、故障発生時の故障箇所の特定を容易にする技術を開発することが望まれる。
本発明の目的は前記した状況に鑑み、特に移動体移動体の速度制御等の制御を行う移動体位置検出装置に適した、送受信系双方の性能を常時監視可能な故障検知システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、地上に設けられた地上通信装置と通信を行う通信アンテナを有する車上通信装置を備える移動体位置検出装置であって、
前記地上通信装置へ送信するための電力波信号を電力増幅する電力増幅器と、
該電力増幅器から供給された前記電力波信号の進行波を前記車上通信装置の通信アンテナに供給し、前記電力波信号の進行波の一部を分岐させ、前記通信アンテナに供給された前記電力波信号の反射波の一部を分岐させる方向性結合器と、
前記地上通信装置から送信された信号を含めて前記車上通信装置の通信アンテナで受信された受信信号を処理する受信回路と、
前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波、及び前記受信回路で処理された受信信号が供給され、これらに基づいて前記移動体位置検出装置の通信動作を監視する入出力状態監視部と、
該入出力状態監視部からの指示に基づき前記受信回路の動作を監視するためのテスト信号生成回路と、
該テスト信号生成回路で生成された前記テスト信号が供給され前記テスト信号を前記車上通信装置の通信アンテナに送信するテスト信号送信アンテナを有し、
前記入出力状態監視部は、
供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波に基づき前記電力増幅器の動作を監視し、供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波に基づき前記車上通信装置車上通信装置の通信アンテナの動作を監視し、供給された前記受信回路で処理された前記テスト信号に基づき前記受信回路を含む受信系の動作を監視する故障検知システムを備えることを特徴としている。

また本発明は、電力の供給を受ける受電装置と通信を行う通信アンテナを有する送電装置を備える無線送電装置であって、
前記受電装置へ送信するための電力波信号を電力増幅する電力増幅器と、
該電力増幅器から供給された前記電力波信号の進行波を前記送電装置の通信アンテナに供給し、前記電力波信号の進行波の一部を分岐させ、前記通信アンテナに供給された前記電力波信号の反射波の一部を分岐させる方向性結合器と、
前記受電装置から送信された信号を含めて前記送電装置の通信アンテナで受信された受信信号を処理する受信回路と、
前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波、及び前記受信回路で処理された受信信号が供給され、これらに基づいて前記移動体位置検出装置の通信動作を監視する入出力状態監視部と、
該入出力状態監視部からの指示に基づき前記受信回路の動作を監視するためのテスト信号生成回路と、
該テスト信号生成回路で生成された前記テスト信号が供給され前記テスト信号を前記充電装置の通信アンテナに送信するテスト信号送信アンテナを有し、
前記入出力状態監視部は、
供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波に基づき前記電力増幅器の動作を監視し、供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波に基づき前記車上通信装置の通信アンテナの動作を監視し、供給された前記受信回路で処理された前記テスト信号に基づき前記受信回路を含む受信系の動作を監視する故障検知システムを備えることを特徴としている。

本発明によれば、移動体の速度制御等の制御を行う移動体位置検出装置に適した故障検知システムを提供でき、安全性をいっそう向上することができるという効果がある。

本実施例における自動移動体制御装置または自動移動体運転装置の全体構成図である。 実施例１に記載の実施形態に係る故障検知システムの部分構成図である。 実施例２に記載の実施形態に係る故障検知システムの部分構成図である。 実施例３に記載の実施形態に係る故障検知システムの部分構成図である。 実施例３に記載の実施形態に係る故障検知システムの部分構成図である。 実施例３に記載の実施形態に係るパルス変調回路および受信レベル判定回路の出力信号の波形図である。 実施例４に記載の実施形態に係る電気自動車の給電システムの概念図である。

以下、本発明に係る故障検知システムについて、添付図面を参照して説明する。

図１に移動体制御システムの全体構成図を示す。車体側の構成としては、車体１０１に取り付けられる車上通信装置１０６、車上通信装置１０６への入力信号の制御および車上通信装置から受信した信号のデコード等を行う送受信部１０４、移動体の加減速等に関して制御を行う制御部１０５、送受信部１０４の制御、信号情報の処理およびその処理に基づき制御部１０５に対して制御信号を送信するシステムカーネル１０３を含んでいる。地上側には、軌道１０２上に無電源で動作する地上通信装置１０７が配置される。

車上通信装置１０６および地上通信装置１０７にはループアンテナ（またはループコイルと呼ばれる）が含まれており、車上通信装置１０６側から電力波１０８が伝送され、その電力を受けた地上通信装置１０７が駆動される。駆動された地上通信装置１０７は、内蔵メモリ等に記憶された信号情報を信号波１０９として送信し、車上通信装置１０６のループアンテナがこれを受信する。送受信部１０４は、受信した信号波１０９のデコード処理や電文の切り出し等を行い、信号波１０９に含まれる地点情報等の電文をシステムカーネル１０３に報告する。

送受信部１０４より報告された地点情報や制御部１０５から取得される速度情報等を基に、システムカーネル１０３において、予め記憶された運転パターンを選択、または、演算により運転パターンを算出し、制御部１０５に対して力行、または、ブレーキパターン等の制御信号を送信する。また、送受信部１０４はシステムカーネル１０３からの命令を受けて、電力波１０８を生成し、車上通信装置１０６へ送出する機能、および、送受信系において、故障等の異常を検知した場合には、システムカーネル１０３へ異常検知信号を報告する機能等を有している。

図２に本実施例に係る送受信部１０４および車上通信装置１０６の部分構成図を示す。車上通信装置１０６は、それぞれ独立した送受信アンテナ２０１および２０２、テスト信号送信アンテナ２０３を有している。独立した送受信アンテナ２０１および２０２は、入れ子状、または、水平方向に並べて配置され、システム規定の送受信周波数にそれぞれ共振周波数を調整される。テスト信号送信アンテナ２０３は、受信アンテナとして定義されるループアンテナ２０１または２０２の近傍に配置され、システム規定の受信周波数で動作するよう共振周波数の調整を行う。本アンテナは、非共振のループアンテナとして定義しても良いが、その場合にはループ径を大きくする、もしくは、複数回巻きのコイルとして送受信感度を向上させる必要がある。また、上記全てのアンテナは、製作が容易となるよう同一平面上に設けることが望ましいが、車上通信装置１０６の筐体構造等により配置に制約がある場合には、適宜高さ方向に間隔を設けても良い。

以下は、送受信アンテナをそれぞれ、受信アンテナ２０１ならびに送信アンテナ２０２として定義した場合の構成例を示す。送受信部１０４は、主に、電力波１０８を生成する送信回路２１０と、信号波１０９の復調等を行う受信回路２１１、受信回路２１１のテストを行うテスト信号を生成するテスト信号生成回路２１２、出力信号の制御や受信信号の処理、モニタリング信号の監視を行う入出力状態監視部２１３を含んでいる。入出力状態監視部２１３は、高速に信号を処理しなければならないため、一般にＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のハードウェアデバイスが用いられる。受信アンテナ２０１は、受信回路２１１に１０〜３０ｍ程度のケーブル２１４を介して接続される。受信回路２１１は、地上通信装置１０７から受信した信号の復調処理等を行う回路である。復調された信号は、入出力状態監視部２１３において復号処理や電文の切り出し等行った後に出力端子２１３Ａに出力され、前記したシステムカーネル１０３に報告される。

送信アンテナ２０２は、送信回路２１０にケーブル２１４と同程度の長さのケーブル２０５を介して接続される。送信回路２１０は、進行波および反射波の一部を抽出する方向性結合器２０７と、電力波を増幅する電力増幅器２０８、バンドパスフィルタ２０９を含んでいる。方向性結合器２０７は、電力増幅器２０８からの進行波、および、送信アンテナ２０２からの反射波の一部を抽出する。送信アンテナ２０２の整合状態によって上記反射波の大きさが変化するため、これら２つの抽出信号を入出力状態監視部２１３に入力すれば、電力増幅器２０８からの出力の大きさと、送信アンテナ２０２の整合状態等を監視することが可能である。この方向性結合器２０７の抽出信号出力部には受信信号やノイズの影響の抑圧を目的として、バンドパスフィルタ２０９等を設けてもよい。

上記抽出信号を用いた異常検出の方法としては、車体１０１に車上通信装置１０６を設置した当初の抽出信号の値を基準値として予め記憶しておき、その基準値との差分量によって正常／異常の判断をする等の方法が考えられる。車上通信装置１０６の直下に金属板が存在するような場合、例えば鉄橋上を通過する場合にも、送信アンテナ２０２の整合状態に影響を与える可能性があるため、入出力状態監視部２１３にタイマ機能等を設け、一時的な変化か否かを判断するステップを設けておくことが望ましい。定常的な特性劣化と判断した場合には、入出力状態監視部２１３はシステムカーネル１０３に対して、出力端子２１３Ａを介して異常検知信号を送信する。

テスト信号送信アンテナ２０３は、テスト信号生成回路２１２にケーブル２１４と同程度の長さのケーブル２０６を介して接続される。テスト信号生成回路２１２は、地上通信装置１０６から送信される信号を模擬したテスト信号を生成する回路であり、システム既定の受信周波数で、テスト信号送信アンテナ２０３から送信される。このテスト信号を受信アンテナ２０１で実際に受信し、ケーブル２１４を介して受信回路２１１において復調処理を行う。更に入出力状態監視部２１３においてデコード処理まで行い、テスト信号生成回路２１２に対して入力した信号と比較することで、受信アンテナ２０１およびケーブル２１４も含めた受信系の正常／異常の判断が可能となる。デコード結果が、不正である場合には、入出力状態監視部２１３はシステムカーネル１０３に対して、出力端子２１３Ａを介して異常検知信号を送信する。

テスト信号の送信間隔は、入出力状態監視部２１３によって制御可能であり、送信間隔を短くするに従って受信系の信頼性を担保することができる。その反面、地上通信装置１０７からの信号波１０９と干渉してしまう可能性も高まってしまうため、テスト信号長、送信出力等をシステムによって最適に規定する必要がある。

上記構成によれば、送信回路２１０における電力増幅器２０８からの出力と、送信アンテナ２０２の整合状態、更には、受信アンテナ２０１およびケーブル２１４までも含めた受信系の正常／異常を監視することが可能である。即ち、電力増幅器２０８が入出力状態監視部２１３との間の構成要素も含め正常であるか否かは、方向性結合器２０７で進行波の一部を抽出することにより知ることができる。共振回路や通信アンテナパターンの破損等による送信アンテナ２０２の整合状態の異常は、方向性結合器２０７で反射波の一部を抽出し同じ方向性結合器２０７で抽出された前記進行波の一部と比較することにより知ることができる。受信系が正常であるか否かは、テスト信号生成回路２１２で生成されたテスト信号を実際に受信して評価することにより知ることが出来る。

前記した特許文献とは異なり、故障などの異常を単に検知するにとどまらず、どの構成要素に異常があるのかを知ることができることに、本実施例の一つの特徴がある。
なお、受信系においては、受信アンテナ２０１と受信回路２１１を併せて異常の検知をしている。受信アンテナ２０１に異常がある場合には、送信アンテナ２０２の整合状態にも影響を及ぼすことが多い。このため、送信アンテナ２０２の整合状態に異常がない時に受信系の異常が検知された場合には、受信回路２１１に異常があるものと推定できる。このため、異常のある構成要素を知るうえで問題となることはない。

本実施例では、実施例１における送受信アンテナを１素子とした場合の構成について記述する。なお、以下に示す移動体検出装置の部分構成例において、前述した実施例と重複する説明は省略する。
実施例１では、送受信アンテナをそれぞれ独立した受信アンテナ２０１および送信アンテナ２０２として定義したが、本実施例では、送受信アンテナを１素子の送受信アンテナ２１５として定義する。送受信アンテナを１素子にすることにより、送信回路２１０において、分波器等のデバイスが必要になってしまう半面、ケーブル２０５が一本化でき、さらに、受信アンテナ２０１、送信アンテナ２０２間の結合が無くなるため、放射効率の改善が見込めるといった利点が存在する。

図３に構成例を示す。送受信アンテナ２１５は、システム既定の送受信周波数の２周波数で共振するよう調整されており、送信回路２１０に１０〜３０ｍ程度のケーブル２０５を介して接続される。送信回路２１０は、電力波１０８の進行波および反射波の一部を抽出する方向性結合器２０７と、受信した信号波１０９を分離する分波器２１６、電力増幅器２０８、システム既定の送信周波数帯を通過させるバンドパスフィルタ２０９およびシステム既定の受信周波数帯を通過させるバンドパスフィルタ２１７を含んでいる。

方向性結合器２０７は、電力増幅器２０８から出力される電力波、および、送信アンテナ２１５から反射する電力波の一部を抽出する。上述した実施例と同様に、送受信アンテナ２１５の整合状態によって、反射する電力波の大きさが変化するため、これら２つの抽出信号を入出力状態監視部２１３に入力すれば、電力増幅器２０８からの出力の大きさと、送受信アンテナ２１５の整合状態等を監視することが可能である。送受信信号の干渉およびノイズによる影響の抑圧を目的として、方向性結合器２０７の抽出信号出力部にはバンドパスフィルタ２０９を、分波器２１６の信号波１０９出力部にはバンドパスフィルタ２１７を設けてもよい。また、方向性結合器２０７と分波器２１６の順序は入れ替えてもよい。

分波器２１６により分離された信号波１０９は、受信回路２１１を介して入出力状態監視部２１３に入力される。テスト信号生成回路２１２より出力されるテスト信号は、テスト信号送信アンテナ２０３を介したうえで送受信アンテナ２１５により受信され、ケーブル２０５、方向性結合器２０７、分波器２１６を通過した後、受信回路２１１に入力され、入出力状態監視部２１３に戻る。入出力状態監視部２１３において、テスト信号生成回路２１２に対して入力した信号と比較することで、受信アンテナ２１５およびケーブル２０５も含めた受信系の正常／異常の判断が可能となる。
以上述べたように、送受信アンテナが１素子である実施例においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

本実施例では、実施例１および実施例２における移動体検出装置の部分構成に、電力波モニタリングアンテナ２１８、パルス変調回路２１９および受信レベル判定回路２２０を追加したものである。したがって、前述した実施例と重複する説明は省略する。
図４に送受信アンテナを２つの独立した素子とした場合の構成例、図５に送受信アンテナを１つの素子とした場合の構成例を示す。送信回路２１０、受信回路２１１およびテスト信号生成回路２１２とそれに付帯するケーブルやアンテナ等の構成は、実施例１および２において既述しているため、本実施例では、送信アンテナ２０２または送受信アンテナ２１５から実際に出力される電力波１０８のモニタリング装置の構成例に注目し、詳述する。

図４で示すように送受信アンテナを２つの独立した素子とした場合、車上通信装置１０６は、それぞれ独立した受信アンテナ２０１および送信アンテナ２０２と、テスト信号送信アンテナ２０３、電力波モニタリングアンテナ２１８を有している。各アンテナは入れ子状、または、水平方向に並べて配置されるが、テスト信号送信アンテナ２０３は受信アンテナ２０１の近傍に、電力波モニタリングアンテナ２１８は送信アンテナ２０２の近傍に配置する必要がある。テスト信号送信アンテナ２０３はシステム規定の受信周波数で共振周波数を調整し、電力波モニタリングアンテナ２１８はシステム規定の送信周波数で共振周波数の調整を行う。テスト信号送信アンテナ２０３および電力波モニタリングアンテナ２１８は、非共振のループアンテナとして定義しても良いが、その場合にはループ径を大きくする、もしくは、複数回巻きのコイルとして送受信感度を向上させる必要がある。また、上記全てのアンテナは、製作が容易となるよう同一平面上に設けることが望ましいが、車上通信装置１０６の筐体構造等により配置に制約がある場合には、適宜高さ方向に間隔を設けても良い。

図５で示すように送受信アンテナを１つの素子とした場合、車上通信装置１０６は、１つの送受信アンテナ２１５とテスト信号送信アンテナ２０３、電力波モニタリングアンテナ２１８を含んでいる。各アンテナは入れ子状、または、水平方向に並べて配置されるが、テスト信号送信アンテナ２０３および電力波モニタリングアンテナ２１８は、送受信アンテナ２１５の近傍に配置する必要がある。テスト信号送信アンテナ２０３および電力波モニタリングアンテナ２１８は、非共振のループアンテナとして定義しても良いが、その場合にはループ径を大きくする、もしくは、複数回巻きのコイルとして送受信感度を向上させる必要がある。また、上記全てのアンテナは、製作が容易となるよう同一平面上に設けることが望ましいが、車上通信装置１０６の筐体構造等により配置に制約がある場合には、適宜高さ方向に間隔を設けても良い。

電力波モニタリングアンテナ２１８は、パルス変調回路２１９に接続される。パルス変調回路２１９は、受信信号の強度を表すＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス位置変調）やＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）をはじめとするパルス変調信号を生成する。電力モニタリングアンテナ２１８により受信した電力に応じて、パルス変調回路２１９がパルス変調信号を生成することにより、受信レベル判定回路２２０との間のケーブル２２１における減衰や周囲ノイズの影響を受け難くする。パルス変調信号は受信レベル判定回路２２０に入力され、受信レベル変換回路に含まれるコンデンサによって直流信号に変換される。この直流信号の大きさは、電力波モニタリングアンテナ２１８での受信電力に比例しているため、この直流信号を入出力状態監視部２１３に入力し、監視をおこなうことで、送信アンテナ２０２または送受信アンテナ２１５から出力される実際の電力波１０８の強度を求めることができる。

図６において、送信アンテナ２０２または送受信アンテナ２１５から出力される実際の電力波、ケーブル２２１に入力されるパルス変調回路２１９の出力波、および、受信レベル判定回路２２０の出力波形例を、上記の順に（１）（２）（３）で示す。送信アンテナ２０２または送受信アンテナ２１５に金属が近接した場合や、上記アンテナが故障した場合には、図の（１）の点線部で示すように出力が低下する。この送信レベルの低下は、電力波モニタリングアンテナ２１８における受信電力の低下と連動し、パルス変調回路の出力信号も図の（２）で示すように変化する（図ではＰＰＭであるため、出力の低下を受けて、パルスの間隔が２５ｕｓｅｃから９ｕｓｅｃと短くなっている）。本信号を受信レベル判定回路２２０に含まれるコンデンサ等により図の（３）で示すように直流化を行う。これにより、簡単な構成で安定した出力結果を示す電力波モニタリングシステムが構成できる。

なお、本構成では電力波１０８の大きさに対応したパルス変調をかけたが、振幅変調や周波数変調等、その他の変調方式を採用しても良い。ただし、一般に、車上通信装置１０６と送受信部１０４の間は１０〜３０ｍ程度のケーブルで結ばれることが多い。このため、電力波モニタリングアンテナ２１８で受信した信号をそのままレベル判定回路２２０に供給したのでは減衰やノイズの影響を受け、レベルの変動を精度良く観察することはできない。更に、伝送効率の面からも電力波１０８の電力を大きく消費することは望ましくないため、数ボルト程度の小さい電圧値でケーブル２２１間を伝送させる必要がある。復調系の構成も考えれば、パルス変調が最適ではあるが、消費電力や実装面積等システム設計に余裕がある場合にはその他の変調方式を採用しても問題はない。ただし、その場合にはレベル判定回路２２０において対応する復調回路を設ける必要がある。

上記構成によれば、受信系は既述の通りであり、送信系においても、送信回路２１０における電力増幅器２０８からの出力と、送信アンテナ２０２の整合状態、更に送信アンテナ２０２または送受信アンテナ２１５からの実際の出力を監視することができる。即ち、実施例１や実施例２に対して、車上通信装置１０６に電力波モニタリングアンテナ２１８を付け加えることで、通信アンテナから方向性結合器２０７を結ぶケーブルの特性劣化等も分離して検知することができる。

これによって、車上通信装置１０６近傍に存在する金属や、ケーブル２０５等の破損による故障も精度良く検出できる。例えば、方向性結合器２０７から出力される反射波のレベルと、受信レベル判定回路２２０のレベルが同時に変化すれば監視系が故障した可能性は低いと判定できるなど、故障の要因をいっそう精度良く検出できる。加えて、電力増幅器２０８からの電力波出力値、および、実際のアンテナからの電力波出力値を常時監視できることは性能保証の面からも有用である。

また、電力波モニタリングアンテナ２１８から取り出される出力は、電力の伝送効率面からみて微弱であることが望ましいため、ケーブル損失や外来ノイズ等の影響により不安定になり易いが、パルス変調回路２１９を設けることで上記影響を低減することができ、前記した特許文献よりも電力波の振幅を精度良く検知できるという効果もある。

図７に、本発明の実施例を電気自動車の給電システムに応用した場合の概念図を示す。近年、電気自動車の非接触充電技術が注目を集めており、その原理は上述した実施例の電力波１０８を地上通信装置１０７のアンテナに送信し駆動させる技術と同様の技術であり、本発明の適用が可能である。即ち、本発明は移動体全般に対して適用することができる。本実施例では、電気自動車３０１の下部に充電用の送受信アンテナ２１５を有する場合について記述する。

本充電技術は、送受信部１０４と送受信アンテナ２１５はケーブル２０５を介して接続されることが一般的である。例えば、電力増幅器や電源等を地中に埋めてしまうことは整備面からも難しく、地中に包埋されるのは送受信アンテナ２１５および電力波１０８や信号波１０９等を伝送するケーブル２０５のみとなる。利用シーンを考慮すれば、家庭内から駐車場への接続、路側帯から車道上への接続等、数ｍ以上のケーブル２０５が必要になると考えられる。つまり、数ｍ以上のケーブル２０５の経年劣化による損失、断線・短絡等の故障の確率は本システムにおいても無視できない。

また同時に、省電力性の観点から、充電制御の送受信アンテナ２１５および受信回路の正常性も担保する必要がある。本充電システムは無線で送電されるため、機器の認証や充電の制御も同様に無線を介して行う必要がある。信号波１０９は送受信部１０４に含まれる受信回路で処理され、システムカーネル１０３に報告される。その報告内容により、システムカーネル１０３が充電制御等の命令を行う。上記送受信アンテナ２１５または回路が故障した場合には、数十Ｗもの電力が送受信アンテナ２１５から出力され続ける可能性もあり、受信回路の動作は常に監視されていなければならない。加えて、盗電、漏電を防止するためにも送受信アンテナからの出力に関しても、常に監視されていることが望ましい。

本実施例によれば、電力波モニタリングアンテナ２１８によって、送受信アンテナ２１５からの実際の電力波１０８の出力が確認できるため、ケーブル２０５の経年劣化による損失等の故障や、盗電や漏電等に関しても出力の低下によってこれらを検知することができる。また、送受信部１０４に含まれる方向性結合器から出力される送受信アンテナ２１５からの反射波の一部も併せて監視することにより、電力波モニタリングアンテナ２１８を含む監視系の正常性を担保し、車上通信装置１０６近傍に存在する金属や、ケーブル２０５等の破損による故障を精度良く検出できる。なお、ケーブル２０５が１ｍ以下の場合には、ケーブルが破損することは少ないと考えられるので、電力波モニタリングアンテナ２１８を設けることなく、送受信部１０４に含まれる方向性結合器から出力される送受信アンテナ２１５からの反射波の一部のみ監視する簡易的な構成としても良い。

加えて、送受信部１０４に含まれる方向性結合器から出力される電力増幅器２０８からの進行波の一部を監視することで電力増幅器２０８から入出力状態監視部２１３までに含まれる送信回路部の正常性が担保される。更にテスト信号送信アンテナ２０３により、機器の認証や充電制御に関わる送受信部１０４に含まれる受信回路の正常性も確認できる。したがって、本実施例により、安全性が高く、故障箇所の特定がしやすい充電システムを提供できる。
以上で述べた実施形態は一例であって、本発明を限定するものではない。各実施形態において、例えば構成要素を増減して変更を加えた例を考えることができるが、いずれも本発明の範疇にある。

１０１…車体、１０２…進路、１０３…システムカーネル、１０４…送受信部、１０５…制御部、１０６…車上通信装置、１０７…地上通信装置、１０８…電力波、１０９…信号波、２０１…受信アンテナ、２０２…送信アンテナ、２０３…テスト信号送信アンテナ、２０５，２０６，２１４，２２１…ケーブル、２０７…方向性結合器、２０８…電力増幅器、２０９，２１７…バンドパスフィルタ、２１０…送信回路、２１１…受信回路、２１２…テスト信号生成回路、２１３…入出力状態監視部、２１５…送受信アンテナ、２１６…分波器、２１８…電力波モニタリングアンテナ、２１９…パルス変調回路、２２０…受信レベル判定回路、３０１…電気自動車、３０２…充電システム。

Claims (14)

1. 地上に設けられた地上通信装置と通信を行う通信アンテナを有する車上通信装置を備える移動体位置検出装置であって、
   前記地上通信装置へ送信するための電力波信号を電力増幅する電力増幅器と、
   該電力増幅器から供給された前記電力波信号の進行波を前記車上通信装置の通信アンテナに供給し、前記電力波信号の進行波の一部を分岐させ、前記通信アンテナに供給された前記電力波信号の反射波の一部を分岐させる方向性結合器と、
   前記地上通信装置から送信された信号を含めて前記車上通信装置の通信アンテナで受信された受信信号を処理する受信回路と、
   前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波、及び前記受信回路で処理された受信信号が供給され、これらに基づいて前記移動体位置検出装置の通信動作を監視する入出力状態監視部と、
   該入出力状態監視部からの指示に基づき前記受信回路の動作を監視するためのテスト信号生成回路と、
   該テスト信号生成回路で生成された前記テスト信号が供給され前記テスト信号を前記車上通信装置の通信アンテナに送信するテスト信号送信アンテナを有し、
   前記入出力状態監視部は、
   供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波に基づき前記電力増幅器の動作を監視し、
   供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波に基づき前記車上通信装置の通信アンテナの動作を監視し、
   供給された前記受信回路で処理された前記テスト信号に基づき前記受信回路を含む受信系の動作を監視する故障検知システム
   を備えることを特徴とする移動体位置検出装置。
2. 請求項１に記載の移動体位置検出装置において、
   前記車上通信装置の通信アンテナは信号の送信と受信で共用されており、
   該車上通信装置の通信アンテナと前記方向性結合器との間、または該方向性結合器と前記電力増幅器との間に送信信号と受信信号を分波する分波器を有し、
   前記受信回路には、前記分波器で分波された前記受信信号が供給される
   ことを特徴とする移動体位置検出装置。
3. 請求項１に記載の移動体位置検出装置において、
   前記車上通信装置の通信アンテナから送信される前記電力波信号の一部を受信する電力波モニタリングアンテナと、
   該電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルを判定して前記入出力状態監視部に供給するレベル判定回路を有し、
   前記入出力状態監視部は、
   供給された前記信号レベルに基づき、前記方向性結合器から出力された前記電力波信号が前記車上通信装置の通信アンテナに到る経路を監視する故障検知システム
   を備えることを特徴とする移動体位置検出装置。
4. 請求項３に記載の移動体位置検出装置において、
   前記レベル判定回路はパルス変調信号を復調するパルス復調回路であり、
   前記電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルに応じたパルス変調信号を生成するパルス変調回路が前記電力波モニタリングアンテナと前記レベル判定回路の間に設けられたことを特徴とする移動体位置検出装置。
5. 請求項２に記載の移動体位置検出装置において、
   前記車上通信装置の通信アンテナから送信される前記電力波信号の一部を受信する電力波モニタリングアンテナと、
   該電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルを判定して前記入出力状態監視部に供給するレベル判定回路を有し、
   前記入出力状態監視部は、
   供給された前記信号レベルに基づき、前記方向性結合器から出力された前記電力波信号が前記車上通信装置の通信アンテナに到る経路を監視する故障検知システム
   を備えることを特徴とする移動体位置検出装置。
6. 請求項５に記載の移動体位置検出装置において、
   前記レベル判定回路はパルス変調信号を復調するパルス復調回路であり、
   前記電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルに応じたパルス変調信号を生成するパルス変調回路が前記電力波モニタリングアンテナと前記レベル判定回路の間に設けられたことを特徴とする移動体位置検出装置。
7. 請求項１に記載の移動体位置検出装置において、
   前記移動体の加減速を行う制御部と、
   該制御部に対して制御信号を供給するシステムカーネルを有し、
   前記入出力状態監視部は、
   前記電力波信号の進行波、反射波、及び前記受信回路で処理された受信信号に基づき前記移動体位置検出装置の通信動作を監視して得た故障検知の結果を、前記システムカーネルに供給することを特徴とする移動体位置検出装置。
8. 請求項７に記載の移動体位置検出装置において、
   前記入出力状態監視部は、
   前記電力波信号の進行波、反射波、及び前記受信回路で処理された受信信号のレベルが所定値よりも小さい場合に故障を検知することを特徴とする移動体位置検出装置。
9. 請求項３に記載の移動体位置検出装置において、
   前記移動体の加減速を行う制御部と、
   該制御部に対して制御信号を供給するシステムカーネルを有し、
   前記入出力状態監視部は、
   前記電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルを監視して得た故障検知の結果を、前記システムカーネルに供給することを特徴とする移動体位置検出装置。
10. 請求項９に記載の移動体位置検出装置において、
    前記入出力状態監視部は、
    前記電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルが所定値よりも小さい、または信号レベルが得られない場合に故障を検知することを特徴とする移動体位置検出装置。
11. 電力の供給を受ける受電装置と通信を行う通信アンテナを有する送電装置を備える無線送電装置であって、
    前記受電装置へ送信するための電力波信号を電力増幅する電力増幅器と、
    該電力増幅器から供給された前記電力波信号の進行波を前記送電装置の通信アンテナに供給し、前記電力波信号の進行波の一部を分岐させ、前記通信アンテナに供給された前記電力波信号の反射波の一部を分岐させる方向性結合器と、
    前記受電装置から送信された信号を含めて前記送電装置の通信アンテナで受信された受信信号を処理する受信回路と、
    前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波、及び前記受信回路で処理された受信信号が供給され、これらに基づいて前記移動体位置検出装置の通信動作を監視する入出力状態監視部と、
    該入出力状態監視部からの指示に基づき前記受信回路の動作を監視するためのテスト信号生成回路と、
    該テスト信号生成回路で生成された前記テスト信号が供給され前記テスト信号を前記充電装置の通信アンテナに送信するテスト信号送信アンテナを有し、
    前記入出力状態監視部は、
    供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波に基づき前記電力増幅器の動作を監視し、
    供給された前記方向性結合器で一部が分岐された前記電力波信号の進行波と反射波に基づき前記車上通信装置の通信アンテナの動作を監視し、
    供給された前記受信回路で処理された前記テスト信号に基づき前記受信回路を含む受信系の動作を監視する故障検知システム
    を備えることを特徴とする無線送電装置。
12. 請求項１１に記載の無線送電装置において、
    前記送電の制御を行う制御部と、
    該制御部に対して制御信号を供給するシステムカーネルを有し、
    前記入出力状態監視部は、
    前記電力波信号の進行波、反射波、及び前記受信回路で処理された受信信号に基づき前記無線送電装置の通信動作を監視して得た故障検知の結果を、前記システムカーネルに供給することを特徴とする移動体位置検出装置。
13. 請求項１１に記載の無線送電装置において、
    前記充電装置の通信アンテナから送信される前記電力波信号の一部を受信する電力波モニタリングアンテナと、
    該電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルを判定して前記入出力状態監視部に供給するレベル判定回路を有し、
    前記入出力状態監視部は、
    供給された前記信号レベルに基づき、前記方向性結合器から出力された前記電力波信号が前記充電装置の通信アンテナに到る経路を監視する故障検知システム
    を備えることを特徴とする無線送電装置。
14. 請求項１３に記載の無線送電装置において、
    前記送電の制御を行う制御部と、
    該制御部に対して制御信号を供給するシステムカーネルを有し、
    前記入出力状態監視部は、
    前記電力波モニタリングアンテナで受信された前記電力波信号の信号レベルを監視して得た故障検知の結果を、前記システムカーネルに供給することを特徴とする無線送電装置。

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