JP2016149709A - 無線通信システム及び発電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無線通信システムは、(1)第1のアンテナ部と第1の無線通信部を配置した第一の物体と、(2)第2のアンテナ部と第2の無線通信部を配置した、前記第一の物体から物理的に分離された第二の物体とを有し、前記第1及び第2のアンテナ部は、いずれも前記第一の物体および前記第二の物体によって形成された閉空間内または前記第一の物体によって形成された閉空間内に設けられる電界アンテナと磁界アンテナとを有し、1個以上の前記電界アンテナの幾何的な重心と、1個以上の前記磁界アンテナの幾何的な重心を一致するように配置する。
【選択図】図3
Description
(1)第1のアンテナ部と第1の無線通信部を配置した第一の物体と、
(2)第2のアンテナ部と第2の無線通信部を配置した、前記第一の物体から物理的に分離された第二の物体と
を有する無線通信システムである。
ここでの前記第1及び第2のアンテナ部は、いずれも
(1)前記第一の物体および前記第二の物体によって形成された閉空間内または前記第一の物体によって形成された閉空間内に設けられた、電界に比例した受信を行う電界アンテナと、
(2)前記閉空間に設けられた、磁界に比例した受信を行う磁界アンテナと、
(3)前記電界アンテナからの出力と前記磁界アンテナからの出力とを合成して、対応する前記無線通信部へ入力すると共に、対応する前記無線通信部からの出力を分配して前記電界アンテナ及び前記磁界アンテナへ入力する信号合成分配器と
を有する。
また、前記第1及び第2のアンテナ部は、いずれも
(1)前記電界アンテナと前記磁界アンテナのうち一方を複数個以上、もう一方を少なくとも1個以上有すると共に、
(2)1個以上の前記電界アンテナの幾何的な重心と、1個以上の前記磁界アンテナの幾何的な重心を一致するように配置する。
(1)回転エネルギーにより発生された電力を電力系統に送電するための固定子と、前記固定子に取付けられた回転軸を中心に回転するための回転子とを有する主発電機と、
(2)補助固定子と、前記回転子と共通の回転軸を有する補助回転子と有する補助発電機と、
(3)複数のセンサと複数のパワーデバイスとを有し、前記電力系統の電力が前記補助発電機の前記補助固定子に通電されることにより、前記補助回転子の回転子巻線に電力が供給され、前記電力系統から供給された電力の電圧及び周波数を制御信号に基づいて変換した電力を、前記主発電機の前記回転子に供給する電力変換器と、
(4)前記電力変換器の前記複数のセンサから得られた電流値及び電圧値の情報に基づいて前記制御信号を生成し、前記制御信号により前記複数のパワーデバイスをオン/オフ制御するコントローラと
を有する発電システムである。
ここで、前記コントローラは、前記固定子の側の第1のコントローラと、前記回転子の側の第2のコントローラとに分離して配置される。
また、前記第1のコントローラ、前記第2のコントローラ、前記複数のセンサは、それぞれ無線通信部とアンテナ部とを有している。
さらに、前記アンテナ部は、
(1)前記固定子と前記回転子によって形成された閉空間内に設けられた、電界に比例した受信を行う電界アンテナと、
(2)前記閉空間内に設けられた、磁界に比例した受信を行う磁界アンテナと、
(3)前記電界アンテナからの出力と前記磁界アンテナからの出力とを合成して前記無線通信部へ入力すると共に、前記無線通信部からの出力を分配して前記電界アンテナ及び前記磁界アンテナへ入力する信号合成分配器と
を有する。
さらに、前記アンテナ部は、
(1)前記電界アンテナと前記磁界アンテナのうち一方を複数個以上、もう一方を少なくとも1個以上有すると共に、
(2)1個以上の前記電界アンテナの幾何的な重心と、1個以上の前記磁界アンテナの幾何的な重心を一致するように配置する。
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(1)固定部材、
(2)固定部材と電気的に絶縁された回転部材、
(3)複数のセンサ、
(4)複数のパワーデバイスを有し、電力系統から供給された電力の電圧及び周波数を制御信号に基づいて変換した電力を回転部材に供給する電力変換器、
(5)複数のセンサから得られた情報に基づいて制御信号を生成し、制御信号により前記電力変換器の前記複数のパワーデバイスをオン/オフ制御するコントローラ。
ここでのコントローラは、固定部材の側に配置される固定子側コントローラと、回転部材の側に配置される回転子側コントローラとに分離されている。また、固定子側コントローラ、回転子側コントローラ、複数のセンサは、それぞれ双方向に非接触通信するための無線通信部を有している。さらに、無線通信部は、固定部材および回転部材によって形成された閉空間内で無線信号をやりとりするアンテナ部を有している。アンテナ部に備えられた2個の電界アンテナの幾何的な重心と、同じくアンテナ部に備えられた1個の磁界アンテナの幾何的な重心とが一致するように2個の電界アンテナと1個の磁界アンテナが配置され、信号合成分配器がこれらアンテナの出力を合成する。
[形態例1]
以下、形態例1に係る無線通信システムを、図1〜図7を用いて説明する。
ここでは、発電システムの一例として風力発電システムについて説明するが、本明細書で提案する発明は、水力、火力、揚力等の各種の発電システムにも適用することができる。
主発電機324は、回転子322と固定子323を有する。補助発電機327は、回転子325と固定子326を有する。主発電機324は、電力変換器15を介して、補助発電機327に接続される。電力系統309の電力が補助発電機327の固定子326に通電され、同期発電機の原理により回転子325に電力が供給される。
次に、固定子側と回転子側のそれぞれに実装されるアンテナの構成について説明する。円柱形状をした回転子は、中空円筒形状をした固定子内に回転軸に支えられて、回転軸を中心にモータによって回転される。ここでは、理解を容易にするため、回転子側のアンテナ部および回転子側の無線通信部を全て4個として説明するが、この形態に限定されないことは上述の通りである。
図4では、電界アンテナが2個、磁界アンテナが1個である場合を例に説明したが、それぞれの個数を増やしてもよいし、個数の大小関係を逆にしてもよい。
図6を用いて、アンテナ部の変形例について説明する。図6は、アンテナ部140の構成図であり、図3における回転子側アンテナ部205a〜205dまたは固定子側アンテナ部204に相当する。アンテナ部140は、主に、電界アンテナ131a〜131dと、磁界アンテナ132a及び132bと、信号合成分配回路137a及び137bと、ダイバーシティ部141とで構成される。
以上説明したように、本形態例に係る無線通信システムは、金属等で形成された(定在波が発生する)閉空間内において、固定子側ユニットと回転子側ユニットの間で無線通信器による通信を、低遅延かつ高品質に行うことができる。
以下、形態例2に係る無線通信システムを、図8〜図9を用いて説明する。図8は、本形態例に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。この無線通信システムは、形態例1と同様に、発電機の筐体等の固定部材に取り付けられた固定子側コントローラ1を有する固定子側ユニットと、回転部材に取り付けられた回転子側コントローラ21と、センサ情報処理器(図8では、回転子側コントローラ21の信号処理部23を兼用)と、電力変換器15とを有する回転子側ユニットとを備える。
形態例3に係る無線通信システムは、エレベータの昇降路(シャフト)内に構築され、昇降路内の壁に固定された無線通信部と乗りかごに搭載された無線通信部との間で無線通信を行う。乗りかご側の無線制御は、無線給電と併せて、乗りかごの軽量化に向けたテールコード撤廃を実現するのに欠かせない技術である。
前述した各形態例に係る無線通信システムは、金属等で形成された閉空間内(定在波が存在する環境下)における、互いに分離された複数の物体間での無線通信を低遅延かつ高品質に行うことができる。例えば定在波環境下における回転子と固定子の関係のように、回転子側のアンテナ部の回転変位により受信される信号強度が変動する場合でも、形態例に係るアンテナ部では、電界アンテナの受信信号強度と磁界アンテナの受信信号強度の相補的な変化が保証される。このため、通信品質が不安定化することがなく、低遅延(リアルタイム)かつ高品質な無線通信が実現される。
本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
102 :磁界アンテナ
103a、103b :電界アンテナ重心
104 :磁界アンテナ重心
121a、121b :ダイポールパターン
122 :スロット
123a、123b :ダイポールアンテナ重心
124 :スロットアンテナ重心
125 :誘電体基板
126 :グランドパターン
127a、127b :ダイポールパターン
131a〜131d :電界アンテナ
132a、132b :磁界アンテナ
133a〜133d :電界アンテナ重心
134a、134b :磁界アンテナ重心
137a、137b :信号合成分配器
140 :アンテナ部
151a〜151d :ダイポールパターン
152a、152b :スロット
153a〜153d :ダイポールアンテナ重心
154a、154b :スロットアンテナ重心
155 :誘電体基板
156 :グランドパターン
157a〜157d :ダイポールパターン
405 :アンテナ部
408 :アンテナ部
411 :アンテナ部
Claims (14)
- 第1のアンテナ部と第1の無線通信部を配置した第一の物体と、
第2のアンテナ部と第2の無線通信部を配置した、前記第一の物体から物理的に分離された第二の物体と
を有し、
前記第1及び第2のアンテナ部は、いずれも
前記第一の物体および前記第二の物体によって形成された閉空間内または前記第一の物体によって形成された閉空間内に設けられた、電界に比例した受信を行う電界アンテナと、
前記閉空間に設けられた、磁界に比例した受信を行う磁界アンテナと、
前記電界アンテナからの出力と前記磁界アンテナからの出力とを合成して、対応する前記無線通信部へ入力すると共に、対応する前記無線通信部からの出力を分配して前記電界アンテナ及び前記磁界アンテナへ入力する信号合成分配器と
を有し、
前記第1及び第2のアンテナ部は、
前記電界アンテナと前記磁界アンテナのうち一方を複数個以上、もう一方を少なくとも1個以上有し、かつ、1個以上の前記電界アンテナの幾何的な重心と、1個以上の前記磁界アンテナの幾何的な重心を一致するように配置する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載された無線通信システムにおいて、
1個以上の前記電界アンテナの幾何的な重心と、1個以上の前記磁界アンテナの幾何的な重心の一致の範囲が動作周波数の1/4波長以内である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載された無線通信システムにおいて、
前記電界アンテナおよび前記磁界アンテナが同一の誘電体基板上に形成されている
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項3に記載された無線通信システムにおいて、
前記電界アンテナとしてダイポールアンテナを、前記磁界アンテナとしてスロットアンテナを用いて前記誘電体基板上に配置されている
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載された無線通信システムにおいて、
前記電界アンテナ、前記磁界アンテナおよび前記信号合成分配器が同一の誘電体基板上に形成されている
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載された無線通信システムにおいて、
前記電界アンテナと前記磁界アンテナが両者とも直線偏波を送受信し、その偏波方向が略一致するように配置されている
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載された無線通信システムにおいて、
前記アンテナ部および前記信号合成分配器を複数セット備え、
前記電界アンテナおよび前記磁界アンテナが送受信する偏波の方向をセット毎に異ならせ、
各セットの前記信号合成分配器からの出力をダイバーシティ処理するダイバーシティ部を備える
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項7に記載された無線通信システムにおいて、
前記アンテナ部および前記信号合成分配器を2セット備え、
前記電界アンテナおよび前記磁界アンテナが送受信する偏波の方向をセット間で略90度異ならせる
ことを特徴とする無線通信システム。 - 回転エネルギーにより発生された電力を電力系統に送電するための固定子と、前記固定子に取付けられた回転軸を中心に回転するための回転子とを有する主発電機と、
補助固定子と、前記回転子と共通の回転軸を有する補助回転子と有する補助発電機と、
複数のセンサと複数のパワーデバイスとを有し、前記電力系統の電力が前記補助発電機の前記補助固定子に通電されることにより、前記補助回転子の回転子巻線に電力が供給され、前記電力系統から供給された電力の電圧及び周波数を制御信号に基づいて変換した電力を、前記主発電機の前記回転子に供給する電力変換器と、
前記電力変換器の前記複数のセンサから得られた電流値及び電圧値の情報に基づいて前記制御信号を生成し、前記制御信号により前記複数のパワーデバイスをオン/オフ制御するコントローラと
を有し、
前記コントローラは、前記固定子の側の第1のコントローラと、前記回転子の側の第2のコントローラとに分離して配置され、
前記第1のコントローラ、前記第2のコントローラ、前記複数のセンサは、それぞれ無線通信部とアンテナ部とを有し、
前記アンテナ部は、
前記固定子と前記回転子によって形成された閉空間内に設けられた、電界に比例した受信を行う電界アンテナと、
前記閉空間内に設けられた、磁界に比例した受信を行う磁界アンテナと、
前記電界アンテナからの出力と前記磁界アンテナからの出力とを合成して前記無線通信部へ入力すると共に、前記無線通信部からの出力を分配して前記電界アンテナ及び前記磁界アンテナへ入力する信号合成分配器と
を有し、
前記アンテナ部は、
前記電界アンテナと前記磁界アンテナのうち一方を複数個以上、もう一方を少なくとも1個以上有し、かつ、1個以上の前記電界アンテナの幾何的な重心と、1個以上の前記磁界アンテナの幾何的な重心を一致するように配置する
ことを特徴とする発電システム。 - 請求項9に記載された発電システムにおいて、
1個以上の前記電界アンテナの幾何的な重心と、1個以上の前記磁界アンテナの幾何的な重心の一致の範囲が動作周波数の1/4波長以内である
ことを特徴とする発電システム。 - 請求項9に記載された発電システムにおいて、
前記電界アンテナおよび前記磁界アンテナが同一の誘電体基板上に形成されている
ことを特徴とする発電システム。 - 請求項11に記載された発電システムにおいて、
前記電界アンテナとしてダイポールアンテナを、前記磁界アンテナとしてスロットアンテナを用いて前記誘電体基板上に配置されている
ことを特徴とする発電システム。 - 請求項9に記載された発電システムにおいて、
前記電界アンテナと前記磁界アンテナが両者とも直線偏波を送受信し、その偏波方向が略一致するように配置されている
ことを特徴とする発電システム。 - 請求項9に記載された発電システムにおいて、
前記アンテナ部および前記信号合成分配器を複数セット備え、
前記電界アンテナおよび前記磁界アンテナが送受信する偏波の方向をセット毎に異ならせ、
各セットの前記信号合成分配器からの出力をダイバーシティ処理するダイバーシティ部を備える
ことを特徴とする発電システム。
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---|---|---|---|
JP2015026710A JP2016149709A (ja) | 2015-02-13 | 2015-02-13 | 無線通信システム及び発電システム |
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WO2014118901A1 (ja) * | 2013-01-30 | 2014-08-07 | 株式会社日立製作所 | 回転体、固定体間の電波を用いた通信装置 |
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2015
- 2015-02-13 JP JP2015026710A patent/JP2016149709A/ja active Pending
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