JP2017212827A - Radio communication device and power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信装置および発電システムに関するものである。 The present invention relates to a wireless communication device and a power generation system.
再生可能エネルギー利用への取組みは、地球温暖化の原因物質の一つであるCO2の排出量削減やエネルギーの安定的供給に向けて年々活発化している。特に、風力発電は環境適合性や採算性の観点から注目されており、その中でも、大規模化、風量安定化のため、洋上風車の導入量が今後増加すると予測されている。しかしながら、陸上風車に比べ、洋上風車は、同じメンテナンス内容であってもメンテナンスコストが増大するという課題がある。 Efforts to use renewable energy are increasing year by year for reducing CO2 emissions, one of the causative agents of global warming, and for stable energy supply. In particular, wind power generation is attracting attention from the viewpoints of environmental compatibility and profitability. Among them, the introduction of offshore wind turbines is expected to increase in the future in order to increase the scale and stabilize the air volume. However, compared with a land windmill, an offshore windmill has the subject that maintenance cost increases even if it is the same maintenance content.
以下に、図14に示す、交流励磁発電機(Double−Fed Generator:DFG)を用いた従来の風力発電システム301の例を説明する。風力発電システム301は、風を受けて回転軸302経由で回転子305を回転させるブレード303と、電力系統309に発電電力を送る発電機307と、発電機307の回転子305を可変周波数で励磁する電力変換器308を備える。
Below, the example of the conventional wind
発電機307への励磁用電力は、回転子305にブラシ304を物理的に接触させて供給されている。電力変換器308は、例えば、数kVで動作するパワーデバイスで構成されており、これらへの制御信号は、フォトカプラ等の絶縁素子310bを介してコントローラ311から送られる。これらの制御信号は電力変換器308等からのセンサ信号を元にコントローラ311で生成されており、これらのセンサ信号の伝送にも同様に絶縁素子310aが用いられている。
Excitation power to the
また、コントローラ311へは、電力変換器308等からのセンサ信号の他に、回転計312で検出された回転子305の回転速度情報も、制御信号生成に用いられている。なお、電力変換器308は3相インバータと3相コンバータで構成されるため、12個のパワーデバイスを有する(1相当り2個×3相×2)。
In addition to the sensor signal from the
電力変換器308では、制御信号に従い、系統から供給された電力を6個のパワーデバイスによりAC/DC変換し、さらに6個のパワーデバイスによりDC/AC変換して発電機307の回転子305に励磁用電力を供給する。このパワーデバイスにはマイクロ秒オーダーのリアルタイム制御が求められるため、制御信号の低遅延性も重要となる。
In the
風力発電システム301では、可変速する発電機307の固定子306から系統の周波数の電力を供給する。そのため、電力変換器308により、ブラシ304を介してすべり周波数(発電機307の回転周波数と系統の周波数の差であるすべり)に応じて回転子305を励磁することで、固定子306の周波数と同期した回転磁界を発生するように制御する。
In the wind
このように、電力変換器308の周波数制御によって、風速変動に対する可変速運転が可能になり、広風速域の風エネルギーを電力に変換することができる。このようなシステムは可変速水力発電システムで技術的に実績があり、可変速運転に必要な電力変換器308の容量が回転機容量の例えば30%程度でよいことから、電力変換損失が小さく、高効率で、低コストの発電システムを実現することができる。
Thus, the frequency control of the
しかし、回転子305への給電にはブラシ304が必要であり、ブラシ304の摩耗により約1年程度で交換および磨耗くずの除去作業が必要となる。これに対し、例えば、特許文献1には、メンテナンスを容易にしつつ発電効率向上可能な回転発電機等を提供することを目的として、ブラシを用いない交流励磁発電機が記載されている。
However, the
特許文献1では、交流励磁発電機と同じ軸に回転励磁機と電力変換器を設け、系統の電力を回転励磁機の固定子に通電させ、同期発電機の原理により回転子に電力を供給した後、電力変換器により電圧及び周波数を変換した電力を交流励磁同期発電機の回転子に供給し、発電運転を行うように構成することが開示されている。 In Patent Document 1, a rotary exciter and a power converter are provided on the same shaft as the AC excitation generator, and the power of the system is energized to the stator of the rotary exciter, and power is supplied to the rotor by the principle of the synchronous generator. After that, it is disclosed that power converted in voltage and frequency by a power converter is supplied to a rotor of an AC excitation synchronous generator to perform power generation operation.
この構成によると、電力変換器は回転子に取り付けられるため、回転子の回転にともない、電力変換器も回転する。この電力変換器は,風車の回転や,系統の電圧や電流等に応じた制御を必要としており、特許文献1には、外部からブラシレスに制御信号や各種情報を受信できるように無線通信を用いることが記載されている。 According to this configuration, since the power converter is attached to the rotor, the power converter also rotates as the rotor rotates. This power converter requires control according to the rotation of the windmill, system voltage, current, and the like. Patent Document 1 uses wireless communication so that control signals and various information can be received from the outside without brushing. It is described.
一方、回転体と固定体との間で行われる無線通信技術について、例えば、特許文献2にその詳細が開示されている。固定体に取り付けられた送信装置と、回転体に取り付けられた受信装置が、回転運動中で両者が対向した際に無線通信を行うため、一の対の送信装置と受信装置による無線通信と、他の対の送信装置と受信装置による無線通信による干渉が抑制されることが記載されている。なお、送信装置と受信装置が対向しているか否かは、送信装置から送られた位置情報を元に判断するとある。 On the other hand, for example, Patent Document 2 discloses the details of the wireless communication technology performed between the rotating body and the fixed body. In order to perform wireless communication when the transmission device attached to the fixed body and the reception device attached to the rotating body face each other during rotational movement, wireless communication by a pair of transmission device and reception device, It is described that interference due to wireless communication between another pair of transmission apparatuses and reception apparatuses is suppressed. Note that whether or not the transmission device and the reception device face each other is determined based on position information sent from the transmission device.
また、携帯電話等の移動通信システムで使用する無線通信装置では、フェージング等の影響により無線信号の受信信号強度が数10dBの範囲で変動する。このため、この種の装置の受信系には、アンテナでの受信信号強度によらず良好な受信感度を維持するために、自動利得制御(Automatic Gain Control:AGC)回路が用いられる。 In addition, in a wireless communication apparatus used in a mobile communication system such as a mobile phone, the received signal strength of a wireless signal varies within a range of several tens dB due to the influence of fading or the like. For this reason, an automatic gain control (AGC) circuit is used in the reception system of this type of apparatus in order to maintain good reception sensitivity regardless of the received signal strength at the antenna.
特許文献3では、そのようなAGC回路構成の一例として以下が開示されている。無線回路から出力された中間周波帯の受信信号は、可変利得増幅器(Variable Gain Amplifier:VGA)で電圧レベルが調整されたのち二分岐されて直交検波用の乗算器に入力される。これらの乗算器では、それぞれ上記入力された中間周波帯の受信信号と、局部発振器およびπ/2移相器により生成された位相が互いにπ/2異なる局部発振信号との乗算が行なわれ、これによりベースバンドの受信信号が得られる。
これらのベースバンドの受信信号は、それぞれ低域通過フィルタ(Low Pass Filter:LPF)で不要波成分が除去されたのちVGAに入力され、ここで電圧レベルが制御されたのち電力検出回路に入力される。電力検出回路は、上記入力されたベースバンドの受信信号の受信電力を検出し、その検出値に応じて利得制御信号を生成して上記各VGAの利得を可変制御する。 Each of these baseband received signals is input to the VGA after unnecessary wave components are removed by a low pass filter (LPF), and the voltage level is controlled here and then input to the power detection circuit. The The power detection circuit detects the received power of the input baseband received signal, generates a gain control signal according to the detected value, and variably controls the gain of each VGA.
電力検出回路において、ベースバンドの受信信号は、アナログ/デジタル変換器(Analog−to−Digital Converter:ADC)により1シンボル当たり複数回サンプリングされてデジタル信号となり電力検出器に入力される。電力検出器は、デジタル化されたベースバンド受信信号を用いて二乗和演算を行なうことにより瞬時の信号電力を得る。この検出された信号電力は差分回路に入力され、ここで基準値との差が検出される。そして、この検出された差分値は平均化回路で平均化され、これにより利得制御信号となって上記VGAに供給される。 In the power detection circuit, a baseband received signal is sampled multiple times per symbol by an analog-to-digital converter (ADC) and converted into a digital signal and input to the power detector. The power detector obtains instantaneous signal power by performing a sum of squares operation using the digitized baseband received signal. The detected signal power is input to the difference circuit, where a difference from the reference value is detected. Then, the detected difference value is averaged by an averaging circuit, thereby being supplied as a gain control signal to the VGA.
さらに、特許文献4には、回転体、固定体間の電波を用いた通信装置において、固定体用通信器は複数の固定体用アンテナに接続され、回転体用通信器は少なくとも一つの回転体用アンテナに接続され、固定体用アンテナと回転体用アンテナは互いに対向するように配置され、回転体用通信器は受信信号の強度を検出する信号強度検出部を備え、固定体用通信器は、回転体用通信器の受信信号強度が所定値以上となるように送信信号の位相角を位相シフト量分増減させる位相角調整部と、位相シフト量分増減させるよう位相角調整部を制御する位相角制御部と、信号を分配合成する分配合成部と、を備えることが記載されている。
Further, in
特許文献1に記載の交流励磁発電機を高効率、高信頼化するには、電力変換器との非接触な通信手段として用いられる無線通信の高品質化が重要課題となる。特に、発電効率を向上させるには、フィードバック制御をリアルタイムに行う必要があり、低遅延に制御信号やセンサ信号の無線通信を行うことが必要になるが、これらに関する技術の記載は見当たらない。 In order to increase the efficiency and reliability of the AC excitation generator described in Patent Document 1, it is important to improve the quality of wireless communication used as non-contact communication means with the power converter. In particular, in order to improve the power generation efficiency, it is necessary to perform feedback control in real time, and it is necessary to perform wireless communication of a control signal and a sensor signal with low delay, but there is no description of the technology related to these.
また、一般的に発電機は金属筐体で保護されるため、特許文献2が、暗に前提としているような開放空間では無く、閉空間で無線通信が行われる。このような閉空間内の電波伝搬においては、複数の反射波の合成の結果として定在波が発生するため、回転変位により信号強度が変動する。信号強度低下時には通信エラー率が増大するため、信号を再送する必要が発生し、通信が成功するまでの通信遅延が増大してしまう。 In general, since the generator is protected by a metal casing, wireless communication is performed in a closed space rather than an open space as implicitly assumed in Patent Document 2. In such radio wave propagation in a closed space, a standing wave is generated as a result of the combination of a plurality of reflected waves, so that the signal intensity varies due to rotational displacement. Since the communication error rate increases when the signal strength is reduced, it is necessary to retransmit the signal, and the communication delay until the communication is successful increases.
また、特許文献3に記載のAGC回路技術においては、利得制御信号の生成の中で信号が平均化される時間が必要であるため、受信信号強度が時間的に緩やかに変動する場合、つまり無線通信装置の移動速度が低速である場合、VGAの利得制御が受信信号強度の変動に追従でき、VGAの出力電力はほぼ一定とすることができる。
Further, in the AGC circuit technique described in
しかし、仮に発電機の回転子の回転速度が1500rpm(回転/分)まで上がるとすると、回転軸からの距離が1.5mの位置での移動速度は約850km/hとなるため、一般的な携帯電話等の移動通信システムと比較して発電機内の無線通信システムは移動速度が大きく、受信信号強度が高速に変動して、VGAの利得制御が追従できない可能性がある。 However, if the rotational speed of the generator rotor is increased to 1500 rpm (rotation / minute), the moving speed at a distance of 1.5 m from the rotation axis is about 850 km / h. Compared to mobile communication systems such as mobile phones, the wireless communication system in the generator has a higher moving speed, and the received signal strength fluctuates at a high speed, which may prevent VGA gain control from following.
さらに、特許文献4に記載の通信装置では、送信側で制御するため、構成が複雑になる可能性もある。
Furthermore, since the communication apparatus described in
本発明は、以上の点に鑑み、金属等で形成された閉空間内において、固定体と高速回転可能な回転体が、簡単な構成で高品質に通信する無線通信装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a wireless communication device in which a fixed body and a rotating body capable of high-speed rotation communicate with high quality with a simple configuration in a closed space formed of metal or the like in view of the above points. And
本発明に係る代表的な無線通信装置は、固定体と、前記固定体に取付けられた回転軸を中心に回転する略円柱形状の回転体と、前記固定体に設置された固定側通信部と、前記回転体に設置された回転側通信部と、を備えた無線通信装置でおいて、前記回転側通信部は、前記固定側通信部から無線信号を受信し、受信された信号を可変利得増幅器により増幅する受信部と、複数の角度と複数の制御電圧との対応付けを予め保持する記録部から、前記回転体の回転角に相当する角度に対応する制御電圧を取得して、前記可変利得増幅器を制御する信号処理部と、を含むことを特徴とする。 A representative wireless communication apparatus according to the present invention includes a fixed body, a substantially cylindrical rotating body that rotates around a rotation shaft attached to the fixed body, and a fixed-side communication unit installed on the fixed body. A rotation-side communication unit installed in the rotating body, wherein the rotation-side communication unit receives a radio signal from the fixed-side communication unit, and variable-gains the received signal. A control voltage corresponding to an angle corresponding to a rotation angle of the rotating body is acquired from a receiving unit that amplifies by an amplifier and a recording unit that holds in advance correspondence between a plurality of angles and a plurality of control voltages, and the variable And a signal processing unit for controlling the gain amplifier.
本発明によれば、金属等で形成された閉空間内において、固定体と高速回転可能な回転体が、簡単な構成で高品質に通信する無線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 wireless communication apparatus in which a fixed body and a rotating body capable of high-speed rotation communicate with high quality with a simple configuration in a closed space formed of metal or the like.
(A.概要)
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。
(A. Overview)
In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一構造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。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges. In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same structure are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted.
本実施の形態の代表的なものの一例を示せば、次のとおりである。 An example of a typical example of the present embodiment is as follows.
固定部材と、固定部材と電気的に絶縁された回転部材と、複数のセンサと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を元に、制御信号に基づき電圧及び周波数を変換した電力を、回転部材に供給する電力変換器と、回転部材の回転角、回転速度、回転加速度等の回転情報を計測する回転計と、複数のセンサおよび回転計から得られた情報を基に、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を備え、前記コントローラは前記固定部材側、前記回転部材側にそれぞれ固定側コントローラ、回転側コントローラとして分離して配置され、 前記固定側コントローラ、前記回転側コントローラ、前記センサはそれぞれ無線通信部を有し、前記無線通信部は、VGAと、VGAへ制御電圧を出力しVGAの利得を制御するVGA制御部と、前記回転部材の回転角とVGA制御電圧との対応付けを保持する記録部を備え、前記回転計からの回転情報から、前記記録部の対応付けに従い、VGA制御部によってVGAを制御し、前記無線通信部の受信信号の強度を調節することを特徴とする。 A fixed member, a rotating member electrically insulated from the fixed member, a plurality of sensors and a plurality of power devices, and the voltage and frequency are converted based on the control signal based on the power supplied from the power system. Based on information obtained from a power converter that supplies power to a rotating member, a tachometer that measures rotation information such as the rotation angle, rotation speed, and rotation acceleration of the rotating member, and a plurality of sensors and tachometers, A controller that generates a control signal and controls on / off of the plurality of power devices of the power converter by the control signal is provided. The controller is separated as a stationary controller and a rotating controller on the stationary member side and the rotating member side, respectively. The fixed controller, the rotation controller, and the sensor each have a wireless communication unit, and the wireless communication unit is a VG A VGA control unit that outputs a control voltage to the VGA and controls a gain of the VGA, and a recording unit that holds a correspondence between the rotation angle of the rotating member and the VGA control voltage, and from rotation information from the tachometer The VGA control unit controls the VGA according to the association of the recording units, and adjusts the intensity of the received signal of the wireless communication unit.
(B.実施の形態)
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(B. Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
以下、実施例1に係る無線通信装置を図1〜6を用いて説明する。 Hereinafter, the wireless communication apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
(1)発電システム
以下、一例として風力発電システムの場合について説明するが、本実施例は、これに限らず、水力、火力、揚力等の発電システムであってもよい。
(1) Power Generation System Hereinafter, the case of a wind power generation system will be described as an example. However, the present embodiment is not limited to this, and may be a power generation system such as hydraulic power, thermal power, and lift.
図6は、無線通信装置を含む風力発電システム321の例を示す図である。なお、公知の発電システムについては、例えば特許文献1、4等に記載されている。回転子322と固定子323を有する主発電機324が電力変換器104を介して、回転子325と固定子326から成る補助発電機327に接続されている。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。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a wind
回転子322及び回転子325は、共通のシャフトに固定され、共通のシャフトと共に回転する。回転軸302は共通のシャフトの一部である。共通のシャフトで回転することにより、同一軸上・同一速度で回転することが担保され、回転子322、325あるいはシャフトに配置された電力変換器104は、回転子322、325の両方に対して相対的に回転しない。
The
主発電機324の固定子323の巻線と補助発電機327の固定子326の巻線は電力系統309と接続されている。電力系統309は商用周波数をもった交流電流が流れていることから、電圧が時間的に変化し、励磁用の補助発電機327の回転子325が回転することにより、回転子325の巻線内には回転速度に応じた誘導電流が発生する。回転子325の回転により発生した誘導電流により、主発電機324の励磁電流が回転子322に流れる。
The winding of the
また、所定の電力を定常的に発電するには、主発電機324の回転子322が同期速度と異なる回転速度で回転している場合でも、主発電機324の回転子322に生ずる回転磁界の回転速度は、系統周波数に等しくする。このために、回転磁界の回転速度の系統同期化は、補助発電機327の回転子325から、すべり周波数相当の周波数成分を有する電流を、電力変換器104を通じて主発電機324の回転子322に供給する。
Further, in order to generate predetermined power constantly, even if the
なお、すべり周波数が負になる場合、正のすべり周波数の電流とは電流の流れが逆方向になる。つまり、主発電機324の回転子322から、すべり周波数の絶対値相当の周波数成分を有する電流を、電力変換器104を通じて補助発電機327の回転子325に供給することで系統同期化が実現される。電力変換器104では固定側コントローラ101からの制御信号に従い、供給された電力をパワーデバイスによりAC/DC変換し、さらに他のパワーデバイスによりDC/AC変換する。
Note that when the slip frequency is negative, the current flow is opposite to that of the positive slip frequency current. That is, system synchronization is realized by supplying a current having a frequency component corresponding to the absolute value of the slip frequency from the
固定側コントローラ101は、後で述べる複数のセンサから得られた回転子322、325間の電流値、電圧値等の情報および、回転計312で検出された回転子322、325の回転速度情報を基に生成された制御信号により、電力変換器104のパワーデバイスを制御する。この制御に従って、電力変換器104が、電圧、周波数を変換した電流を出力する。
The fixed-
このようにして、回転磁界の回転速度の系統同期化が実現され、これにより、ブレード303が受けた風のエネルギーを風力発電システム321が電気エネルギーに変換し、電力系統309に送電することができる。
In this way, system synchronization of the rotational speed of the rotating magnetic field is realized, whereby the wind energy received by the
この構成において、電力変換器104は回転子322、325に有線接続されるため、回転子322、325の回転にともない、電力変換器104も回転する。この電力変換器104は固定側コントローラ101からブラシレスの無線通信により制御するため、電力変換器104、および電力変換器104と共に回転する回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103により回転側ユニットが構成される。
In this configuration, since the
また、ブレード303で受けた風力により回転する回転軸302の回転角度を検出する回転計312と固定側コントローラ101により固定側ユニットが構成される。回転計312で検出された角度情報は、固定側コントローラ101により回転角情報(基準となる回転角の情報)および回転速度情報として回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103へ送信される。
Further, the fixed side unit is configured by the
回転子322、325間の電流値、電圧値等のセンサ情報は、電力変換器104内のセンサから得られて、センサ情報処理器103により固定側コントローラ101へ送信される。以上のように、固定側ユニットと回転側ユニットとは無線通信装置を構成する。なお、電力変換器104には並列に遮断機が設けられてもよい。これにより、系統故障時に加わる過大な電力から、電力変換器104を保護できる。また、風力発電システム321には増速機が付加されてもよい。
Sensor information such as a current value and a voltage value between the
(2)無線通信装置の構成
図1は、無線通信装置の例を示すブロック図である。以下、無線通信の回路として、ダイレクトコンバージョン受信器を用いた周波数多重の全二重通信の例を説明する。無線通信装置は、発電機の筐体等の固定部材に取り付けられた固定側コントローラ101および回転計312を有する固定側ユニットと、回転部材に取り付けられた回転側コントローラ102、センサ情報処理器103および電力変換器104を有する回転側ユニットを備える。
(2) Configuration of Radio Communication Device FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a radio communication device. Hereinafter, an example of frequency-multiplexed full-duplex communication using a direct conversion receiver will be described as a wireless communication circuit. The wireless communication apparatus includes a fixed-side unit having a fixed-
電力変換器104は、12個のパワーデバイス、6個の電流センサおよび1個の電圧センサを備えており、詳細については後述する。固定側コントローラ101は、6個の電流センサおよび1個の電圧センサから得られた電流値、電圧値等の情報を基に制御信号を生成して電力変換器104のパワーデバイスを制御する。
The
固定側コントローラ101は、信号合成分配器1、送信部2、受信部3、信号生成部4、信号処理部5およびADC6から成る。受信部3は、電圧および電流情報を含むパケット化された信号(以下、電圧電流パケット信号とする)を受信し、信号処理部5へ出力する。信号処理部5は、電圧電流パケット信号から電圧および電流情報を抽出し、信号生成部4へ送る。また、信号生成部4は、回転計312で検出された回転子322、325の角度情報も、ADC6でアナログ/デジタル変換されて受け取る。
The fixed
信号生成部4は、これらの情報と、図示を省略した情報であって予め設定された電力系統の周波数等の情報を基に、電力変換器104の各パワーデバイスを制御するPWM(Pulse Width Modulation)パルスの波形情報、すなわちPWM情報を生成する。このPWM情報は、パルスの立上り時間と立下り時間、立上り時間とパルス幅、デューティ比等、PWMパルスの波形を表現する情報であれば、特に組合せが限定されるものではない。
The
信号生成部4は、このPWM情報と回転子322、325の回転角情報および回転速度情報を含むパケット化された信号(以下、PWMパケット信号とする)を送信部2に送る。送信部2は、12個の異なる周波数の無線キャリアに、各パワーデバイス固有のPWMパケット信号をそれぞれ重畳して、回転側コントローラ102それぞれへ送信する。
The
さらに信号生成部4は、回転子322、325の回転角情報および回転速度情報がパケット化された信号(以下、回転角パケット信号)を送信部2に送る。送信部2は、12個の周波数とは異なる周波数の無線キャリアに重畳して、センサ情報処理器103へ送信する。なお、信号合成分配器1は、送信部2から出力される信号と受信部3に入力される信号を束ねるものであり、文字通りの合成分配器であってもよいし、デュプレクサであってもよい。
Further, the
12個の回転側コントローラ102のそれぞれは、電力変換器104内の12個のパワーデバイスのそれぞれに接続され、受信部11a、信号処理部12aおよびゲートドライバ13を備え、各回転側コントローラ102の間は絶縁される。回転側コントローラ102の受信部11aは、固定側コントローラ101から送信されたPWMパケット信号の中から、無線キャリアの周波数に基づいて、接続されたパワーデバイス用のPWMパケット信号を選択して受信する。
Each of the twelve rotation-
回転側コントローラ102の信号処理部12aは、受信したPWMパケット信号からPWM情報を抽出してゲートドライバ13へ送り、受信したPWMパケット信号から回転角情報および回転速度情報を抽出して利得情報へ変換し、受信の利得を制御する。
The
センサ情報処理器103は、電力変換器104内の6個の電流センサおよび1個の電圧センサに接続され、信号合成分配器31、受信部11b、信号処理部12b、送信部15、信号生成部16およびADC36を備える。信号合成分配器31は、送信部15から出力される信号と受信部11bに入力される信号を束ねるものであり、文字通り合成分配器であってもよいし、デュプレクサであってもよい。
The
固定側コントローラ101から送信され、信号合成分配器31を経由した回転角パケット信号を、受信部11bが受信して信号処理部12bへ出力する。受信部11bおよび信号処理部12bは、回転側コントローラ102で説明した受信部11aおよび信号処理部12aと同じであるので説明を省略する。(以下で、受信部11aと受信部11bとを特に区別することなく表す場合は受信部11と表し、他の符号も同様に表現する。)
ADC36は電圧、電流情報を受け取り、デジタル信号に変換して信号生成部16へ送る。信号生成部16は、回転角パケット信号を受けたタイミングで、電圧、電流情報を電圧電流パケット信号にパケット化して送信部15へ送る。送信部15は信号合成分配器31を経由で、無線信号として固定側コントローラ101へ送信する。
The rotation angle packet signal transmitted from the fixed-
The
図2Aは回転側コントローラ102の例を示すブロック図である。受信部11aは、LNA21a、ミキサ22a、LPF23a、VGA24a、ADC25aおよびDAC26aで構成される。LNA21aは低雑音増幅器(Low Noise Amplifier:LNA)であり、固定側コントローラ101から送られてきた12個のPWMパケット信号が混在した無線信号を増幅し、ミキサ22aへ出力する。
FIG. 2A is a block diagram illustrating an example of the rotation-
ミキサ22aは、図示を省略したローカル発振器が接続されている。このローカル発振器は、各パワーデバイス固有のPWMパケット信号が重畳された無線キャリアの周波数で発振するように設定されている。これにより、ミキサ22aはLNA21aから受け取った無線信号をダウンコンバートし、ベースバンド信号をLPF23aへ出力する。LPF23aは、各PWMパケット信号が混在したベースバンド信号から、各パワーデバイス固有のPWMパケット信号のみを抽出し、VGA24aへ出力する。
A local oscillator (not shown) is connected to the
VGA24aは、次に説明するDAC26aによって設定された利得値で、LPF23aから受け取ったPWMパケット信号を増幅し、ADC25aへ出力する。ADC25aは、VGA24aから受け取ったPWMパケット信号をアナログ/デジタル変換し、信号処理部12へ出力する。
The
信号処理部12aは、パケット処理部28a、VGA制御部29aおよびテーブル30aで構成される。パケット処理部28aは、固定側コントローラ101から送られてきたPWMパケット信号に含まれる回転角情報もしくは回転速度情報と内部カウンタにより回転子322、325の現在の回転角を計算し、VGA制御部29aに送る。
The
テーブル30は、回転角とVGA制御電圧の対比表を保持しており、VGA制御部29aは、パケット処理部28aから受け取った回転角に対応するVGA制御電圧をテーブル30から読み取り、読み取られたVGA制御電圧をDAC26aで変換してVGA24aに設定する。ここで、DAC26aは、デジタル/アナログ変換器(Digital−to−Analog Converter:DAC)であり、デジタル信号をアナログ信号に変換する。
The table 30 holds a comparison table of the rotation angle and the VGA control voltage. The
また、信号処理部12aのパケット処理部28aは、PWMパケット信号に含まれるCRC(Cyclic Redundancy Check)等のエラー検出符号を用いて信号エラーの有無を検出する。信号エラーが検出された場合、パケット処理部28aはゲートドライバ13へはゲートをオフする信号を送り、パワーデバイスを強制的にオフして、インバータを構成する2つのパワーデバイスの同時オンを防止する。
The
信号エラーが検出されなかった場合、パケット処理部28aは、PWMパケット信号からPWM情報を抽出してPWMパルスを復元し、ゲートドライバ13へ送る。ゲートドライバ13は、受け取ったPWMパルスを基に、パワーデバイスをオン/オフさせる電流や電圧を生成し、電力変換器104内のパワーデバイスへ送る。
If no signal error is detected, the
この例では、ベースバンド信号を増幅するアンプを利得可変すなわちVGA24aとして、利得が制御されたが、LNA21aを利得可変として利得が制御されてもよいし、VGA24aと利得可変なLNA21aの両方を併せて利得が制御されてもよい。パケット処理部28aは、予め実測もしくは計算された通信遅延分を補正し、回転角を計算するようにしてもよい。
In this example, the gain is controlled by using an amplifier that amplifies the baseband signal as a variable gain, that is,
図2Bはセンサ情報処理器103の例を示すブロック図である。センサ情報処理器103の受信部11bは、LNA21b、ミキサ22b、LPF23b、VGA24b、ADC25bおよびDAC26bで構成されるが、これらはPWMパケット信号の代わりに回転角パケット信号を処理の対象とするものの、回転側コントローラ102のLNA21a、ミキサ22a、LPF23a、VGA24a、ADC25aおよびDAC26aのそれぞれと同じ動作をするものであるので説明を省略する。
FIG. 2B is a block diagram illustrating an example of the
センサ情報処理器103の信号処理部12bは、パケット処理部28b、VGA制御部29bおよびテーブル30bで構成されるが、VGA制御部29bおよびテーブル30bは回転側コントローラ102のVGA制御部29aおよびテーブル30aのそれぞれと同じ動作をするものであるので説明を省略する。パケット処理部28bは、固定側コントローラ101から送られてきた回転角パケット信号に含まれる回転角情報もしくは回転速度情報と内部カウンタにより回転子322、325の現在の回転角を計算し、VGA制御部29bに送る。
The
センサ情報処理器103の信号生成部16とADC36は、図1を用いて説明したとおりである。センサ情報処理器103の送信部15は、パワーアンプ32、ミキサ33、LPF34およびDAC35で構成される。DAC35は、信号生成部16から受け取った電圧電流パケット信号をデジタル/アナログ変換し、LPF34を経由して、ミキサ33へ送る。
The
ミキサ33は、図示を省略したローカル発振器が接続されている。このローカル発振器は、PWMパケット信号とは異なる無線キャリアの周波数で発振するように設定されているが、回転角パケット信号と同じ無線キャリア周波数でもよい。ミキサ33は、受け取った電圧電流パケット信号をアップコンバートし、パワーアンプ32へ出力する。パワーアンプ32は、受け取った信号を増幅し、信号合成分配器31を経由して、無線信号として固定側コントローラ101へ送信する。
The
図2Cは、固定側コントローラ101の例を示すブロック図である。固定側コントローラ101は、信号合成分配器1、送信部2、受信部3、信号生成部4、信号処理部5およびADC6から成る。信号生成部4は図1を用いて説明したとおりであり、PWMパケット信号と回転角パケット信号を送信部2へ送る。送信部2は、パワーアンプ41、ミキサ42、LPF43およびDAC44で構成される。
FIG. 2C is a block diagram illustrating an example of the fixed
DAC44は、信号生成部4で生成されたPWMパケット信号12個と回転角パケット信号1個のOFDM(orthogonal frequency−division multiplexing)データをデジタル/アナログ変換し、LPF43を経由して、ミキサ42に入力する。ミキサ42には、図示を省略したローカル発振器が接続される。
The
このローカル発振器は、OFDMデータがアップコンバートされてOFDM信号となった後に、PWMパケット信号および回転角パケット信号が各無線キャリアに重畳されるように発振周波数が設定されている。パワーアンプ41は、このOFDM信号を増幅し、信号合成分配器1を経由して、無線信号として回転側ユニットへ送信する。
In this local oscillator, the oscillation frequency is set so that the PWM packet signal and the rotation angle packet signal are superimposed on each radio carrier after the OFDM data is up-converted into an OFDM signal. The
受信部3は、LNA45、ミキサ46、LPF47、VGA48、ADC49およびDAC50で構成される。信号処理部5には、パケット処理部52、VGA制御部53およびテーブル54が含まれる。テーブル54は、回転角とVGA制御電圧の対比表を保持している。VGA制御部53は、信号生成部4から現在の回転角を受け取り、現在の回転角に対応したVGA制御電圧をテーブル54から読み取って、読み取られたVGA制御電圧をDAC50で変換してVGA48に設定する。
The receiving
LNA45は、センサ情報処理器103から無線信号として送られてきた電圧電流パケット信号を増幅し、ミキサ46へ出力する。ミキサ46には、図示を省略したローカル発振器が接続されており、このローカル発振器は、センサ情報処理器103内の送信部15のローカル発振器と同一周波数で発振するように設定されている。
The
ミキサ46は、無線信号をダウンコンバートし、LPF47を介して、ベースバンド信号をVGA48へ出力する。VGA48は、ベースバンド信号となった電圧電流パケット信号をDAC50経由で設定された利得値で増幅し、ADC49へ出力する。ADC49は、受け取った電圧電流パケット信号をアナログ/デジタル変換し、信号処理部5へ出力する。
The
信号処理部5のパケット処理部52は、電圧電流パケット信号に含まれるCRC等のエラー検出符号を用いて信号エラーの有無を検出する。信号エラーが検出されなかった場合は、電圧電流パケット信号に含まれる電圧および電流情報により、信号生成部4のPWM情報を生成するための情報が更新される。
The packet processing unit 52 of the
この例では、ベースバンド信号を増幅するアンプを利得可変すなわちVGA48として、利得が制御されたが、LNA45を利得可変として利得が制御されてもよいし、VGA48と利得可変なLNA45の両方を併せて利得可変として利得が制御されてもよい。
In this example, the gain is controlled by using an amplifier that amplifies the baseband signal as a variable gain, that is,
また、この例のように、PWMパケット信号および回転角パケット信号が異なる周波数の無線キャリアで送ることに限定されるものではない。異なる周波数の無線キャリアで送られるべきかどうかはシステムの許容遅延時間次第である。許容遅延時間に余裕があるシステムでは、全ての信号もしくは全ての信号を2〜6分割したものに、IDをつけてまとめてパケット化し、回転側ユニットで自身の信号だけを抽出させてもよく、これは周波数有効活用の点で効果的である。 Further, as in this example, the PWM packet signal and the rotation angle packet signal are not limited to being transmitted by radio carriers having different frequencies. Whether it should be sent on a radio carrier of a different frequency depends on the allowable delay time of the system. In a system with a margin of allowable delay time, all signals or all signals divided into 2 to 6 may be packetized together with an ID, and the rotation side unit may extract only its own signal, This is effective in terms of effective frequency utilization.
次に、無線通信装置の動作の例について、図3のフローチャートを用いて説明する。説明の簡素化のため、固定側ユニット、回転側ユニットで分けて図示し、回転側ユニットの中の回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103を分けずに記載し、パワーデバイスおよびセンサは複数個あるうちの一つであるとして記載している。
Next, an example of the operation of the wireless communication device will be described using the flowchart of FIG. For simplification of description, the fixed side unit and the rotating side unit are illustrated separately, the
まず、固定側ユニットの固定側コントローラ101は、回転子322、325の回転角情報を回転計312より取得し、回転速度を計算する(ステップS101)。次に、固定側コントローラ101は、電力変換器104のセンサで検出された電圧および電流情報、ステップS101で計算された回転速度等の情報を基に各パワーデバイス固有のPWM情報を生成し、回転角情報、回転速度情報と誤り検出符号もしくは誤り訂正符号をまとめてパケット化したPWMパケット信号を生成する(ステップS102)。
First, the fixed-
また、ステップS102で、回転角情報、回転速度情報と誤り検出符号もしくは誤り訂正符号をまとめてパケット化した回転角パケット信号も生成する。そして、固定側コントローラ101は、生成されたPWMパケット信号を無線キャリアに重畳して、回転側コントローラ102へ送信し、生成された回転角パケット信号を無線キャリアに重畳して、センサ情報処理器103へ送信する(ステップS103)。
In step S102, a rotation angle packet signal obtained by packetizing the rotation angle information, the rotation speed information, and the error detection code or error correction code is also generated. Then, the fixed-
固定側コントローラ101は、回転角とVGA制御電圧の対比表を保持したテーブル54を参照し、現在の回転角に対応したVGA制御電圧を読み取り、読み取られたVGA制御電圧をVGA48に設定し(ステップS104)、回転側ユニットからの信号を待機する(ステップS105)。
The fixed-
一方、受信待機状態(ステップS201)であった回転側ユニットの回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103は、固定側ユニットから、それぞれPWMパケット信号と回転角パケット信号を受信する(ステップS202)。そして、回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103のそれぞれは、各パケット信号に含まれたCRC等のエラー検出符号を用いたエラー検出により信号エラーの有無を検出する(ステップS203)。
On the other hand, the rotation-
信号エラーが検出された場合すなわちステップS203でYESの場合、回転側コントローラ102においては、パケットを破棄して、パワーデバイスを強制的にオフし(ステップS204)、インバータを構成する二つのパワーデバイスの同時オンを防止する。センサ情報処理器103においては、パケットを破棄し、電圧、電流情報を送信するために後述するステップS210へ移行する。
If a signal error is detected, that is, if YES in step S203, the rotation-
信号エラーが検出されなかった場合すなわちステップS203でNOの場合、回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103が持つ内部カウンタがリセットされる(ステップS205)。次に、回転側コントローラ102のそれぞれは、それぞれ受信されたPWMパケット信号から各パワーデバイス固有のPWM情報を抽出し、PWMパルスを生成し(ステップS206)、各パワーデバイスへ送る(ステップS207)。
If no signal error is detected, that is, if NO in step S203, the internal counters of the rotation-
その後、回転側コントローラ102は、PWMパケット信号に含まれる回転角情報、もしくは回転速度情報と内部カウンタにより現在の回転子の回転角を計算し、センサ情報処理器103は、回転角パケット信号に含まれる回転角情報、もしくは回転速度情報と内部カウンタにより現在の回転角を計算する(ステップS208)。
Thereafter, the rotation-
回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103は、回転角とVGA制御電圧の対比表を保持したテーブル30を参照して、計算された現在の回転角に対応するVGA制御電圧を読み取り、DAC26を介して、その電圧をVGA24に設定する(ステップS209)。ここで、ステップS208〜S209は、ステップS206〜S207と並列に進めてもよい。
The rotation-
センサ情報処理器103は、回転角パケット信号を受けたタイミングで、電圧電流パケット信号として、センサから送られる電圧および電流情報を、誤り検出符号もしくは誤り訂正符号を含めてパケット化し(ステップS210)、パケット化された電圧電流パケット信号を固定側コントローラ101に送信する(ステップS211)。
The
ステップS105から受信待機状態であった固定側ユニットの固定側コントローラ101は、センサ情報処理器103から電圧電流パケット信号を受信すると(ステップS106)、ステップS203と同様に、電圧電流パケット信号に含まれたCRC等のエラー検出符号を用いたエラー検出により信号エラーの有無を検出する(ステップS107)。
When receiving the voltage / current packet signal from the sensor information processor 103 (step S106), the fixed-
信号エラーが検出されなかった場合、固定側コントローラ101においては、電圧および電流情報を更新し(ステップS108)、ステップS101に戻って一連の動作フローを繰り返す。また、信号エラーが検出されれば、固定側コントローラ101においては、電圧および電流情報を更新することなく、ステップS101へ戻る。
If no signal error is detected, the fixed
現在の回転角の計算は、内部カウンタがリセット後に時間をカウントし、カウントされた時間と回転速度情報とを乗算することにより、リセット後に生じた回転角を計算し、計算された回転角と基準の回転角に関する回転角情報とを加算する計算であってもよい。乗算されるカウントされた時間は、リセット時点から乗算時点までの時間であってもよいし、この時間に、回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103の所定の動作の時間であって予め設定された時間が加減算された時間であってもよい。
The current rotation angle is calculated by counting the time after the internal counter is reset, and multiplying the counted time by the rotation speed information to calculate the rotation angle that occurs after the reset. It is also possible to calculate by adding rotation angle information related to the rotation angle. The counted time to be multiplied may be a time from the reset point to the multiplication point, or a predetermined operation time of the rotation-
なお、PWMパケット信号と回転角パケット信号には回転角に関する情報として、回転角情報と回転速度情報が含まれるが、より高精度の回転角度演算を行うために、回転加速度の情報が追加されてもよい。このために、ステップS101で回転加速度が計算されてもよい。 Note that the PWM packet signal and the rotation angle packet signal include rotation angle information and rotation speed information as information on the rotation angle. However, in order to perform a more accurate rotation angle calculation, information on rotational acceleration is added. Also good. For this purpose, the rotational acceleration may be calculated in step S101.
テーブル30は、回転角の微小なピッチごとに回転角とVGA制御電圧値との対応付けを含み、360度を網羅してもよいし、代表的な回転角を含んでその間の回転角は補間されてもよい。また、テーブル30に含まれるVGA制御電圧値は数値でなく、回転角の関数式であってもよい。そして、テーブル30は図示を省略した入力装置あるいはネットワークから設定されてもよい。 The table 30 includes a correspondence between the rotation angle and the VGA control voltage value for each minute pitch of the rotation angle, and may cover 360 degrees, and the rotation angle between them including the representative rotation angle is interpolated. May be. Further, the VGA control voltage value included in the table 30 is not a numerical value but may be a function expression of the rotation angle. The table 30 may be set from an input device or a network (not shown).
以上のような定常動作に移る前に、固定側コントローラ101と回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103との間で、回転角情報の同期(同期した回転角情報に基づくVGA設定電圧)が必要となる。この同期には、風力発電の場合、風力によってブレードが回り始めるスタート風速から、発電運転が始まるカットイン風速に達するまでの間に以下の処理を実施すればよい。
Before shifting to the steady operation as described above, synchronization of rotation angle information (VGA set voltage based on synchronized rotation angle information) is required between the fixed
まず、回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103は、予め決められた基準角に対応したVGA設定電圧を設定して待機する。一方、固定側コントローラ101は、回転計312からの回転角情報をモニタしておき、回転側コントローラ102等と同じ基準角に達するタイミングで、トリガ信号を回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103へ送信する。
First, the rotation-
回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103は、このトリガ信号を基準角で同期して受信することができ、内部カウンタの動作を開始させ、以降は現在の回転角を計算し、正常受信したことを示す信号(ACK信号)を固定側コントローラ101へ送信する。固定側コントローラ101は、カットイン風速後に通信する回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103からのACK信号を受信した後、カットイン風速まで待機する。
The rotation-
また、基準角での同期に限定されるものではなく、以下の処理を実施してもよい。回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103は、テーブル30に設定されたVGA設定電圧の範囲の中心値をVGA24設定して待機する。固定側コントローラ101は、常に現在の回転角情報を回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103を送り続ける。
Moreover, it is not limited to the synchronization at the reference angle, and the following processing may be performed. The rotation-
回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103は、固定側コントローラ101から常に送信される回転角情報を正常に受信すると、内部カウンタの動作を開始させ、以降は現在の回転角を計算し、ACK信号を固定側コントローラ101へ送信する。固定側コントローラ101は、カットイン風速後に通信する回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103からのACK信号が揃った後、カットイン風速まで待機する。
When the rotation-
図4は、電力変換器104の例を示すブロック図である。電力変換器104は12個のパワーデバイス17、6個の電流センサ18および1個の電圧センサ19を備える。例えば、風力発電システム321の電力変換器104は、2レベルの3相インバータ(U相、V相、W相)と2レベルの3相コンバータ(R相、T相、S相)で構成されるため、12個のパワーデバイスを有する(1相当り2個×3相×2)。また、3相の各電流値を2系統分(3×2個)、及び、インバータの電圧値(1個)をセンシングするため、7個のセンサを有する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the
無線通信装置の構成は以上のとおりであるが、固定側コントローラ101は、無線キャリアごとに異なるPWM情報を送信する代わりに、複数の無線キャリアに同じPWM情報を重畳させて送信してもよい。回転側コントローラ102は、複数の無線キャリアのPWM情報が一致するかを検証することにより、通信の高信頼化が図れる。
Although the configuration of the wireless communication device is as described above, the fixed-
また、発電機内は1GHz程度までの周波数領域を持つインバータのスイッチングノイズや、モータから磁界ノイズが存在し、これらのノイズは通信品質に大きく影響する。このため、固定側コントローラ101、回転側コントローラ102およびセンサ情報処理器103は、無線信号を送受信するアンテナを除き、それぞれ電磁波や磁界に対してシールド効果のある材料でパッケージングされることが望ましい。
In addition, switching noise of an inverter having a frequency region up to about 1 GHz and magnetic field noise from the motor are present in the generator, and these noises greatly affect communication quality. For this reason, it is desirable that the fixed-
(3)アンテナの構成
次に、固定側および回転側に実装されるアンテナについて説明する。図6に示した例において、円柱形状をした回転子322、325は、中空円筒形状をした固定子323、326内で回転軸302に支えられて、回転軸302を中心にブレード303の受けた風力によって回転される。
(3) Configuration of Antenna Next, antennas mounted on the fixed side and the rotating side will be described. In the example shown in FIG. 6, the
図5は、アンテナの例を示すブロック図である。図5に示した例では、説明を簡単にするため、回転側アンテナ部205を4個、回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103の合計を4個として説明するが、4個に限定されるものではなく、3個以下でも5個以上でもよい。また、固定側アンテナ部204と回転側アンテナ部205の配置についての理解を容易にするため、アンテナ実装部分を透視図で示している。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of an antenna. In the example shown in FIG. 5, for the sake of simplicity of explanation, the explanation will be made assuming that the rotation
図5に示した固定側コントローラ109aと固定側アンテナ部204は、図1、6に示した固定側コントローラ101を構成し、固定子323、326と物理的に結合された固定部材201に実装される。図5に示した回転側コントローラ105と回転側アンテナ部205a〜205cは、図1、6に示した回転側コントローラ102を構成し、回転子322、325と物理的に結合された回転部材202に実装されている。図5に示したセンサ情報処理器106と回転側アンテナ部205dは、センサ情報処理器103を構成し、回転部材202に実装されている。
The fixed-side controller 109a and the fixed-
固定側コントローラ109aから出力されたPWMパケット信号と回転角パケット信号は、固定側アンテナ部204に入力され、固定側アンテナ部204から回転側アンテナ部205が実装された面に向かって同一の無線信号が放射される。放射された無線信号は、4個の回転側アンテナ部205のそれぞれで受信され、回転側コントローラ105とセンサ情報処理器106へ送られる。
The PWM packet signal and the rotation angle packet signal output from the fixed-side controller 109a are input to the fixed-
一方、センサ情報処理器106から出力された電圧電流パケット信号は、回転側アンテナ部205dに入力され、回転側アンテナ部205dから固定側アンテナ部204が実装された面に向かって無線信号が放射される。放射された無線信号は、固定側アンテナ部204にて受信され、固定側コントローラ109aへ送られる。
On the other hand, the voltage / current packet signal output from the
ここで、固定部材201、回転部材202および回転軸203は電波を反射する金属等の材料で構成されるため、図5に示すように、いわゆる閉空間内で無線信号が送受信されることになる。風力発電機の発電容量にも依存するが、固定部材201の半径は数メートルにも及び、それに応じた閉空間が構成される。
Here, since the fixed
例えば、無線LAN等で一般的に用いられる2.5GHz帯の電波の波長は12cmであるので、10波長以上の規模の閉空間が構成されることになる。このような大規模な閉空間内の電波伝搬においては、複数の反射波の合成の結果として定在波が発生し、閉空間内の送信と受信の相対位置に応じて、受信される無線信号の強度が大きく異なる。 For example, since the wavelength of a 2.5 GHz band radio wave generally used in a wireless LAN or the like is 12 cm, a closed space having a scale of 10 wavelengths or more is formed. In radio wave propagation in such a large closed space, a standing wave is generated as a result of the synthesis of a plurality of reflected waves, and a radio signal received according to the relative position of transmission and reception in the closed space The strength of is greatly different.
図5に示した例では、回転部材202の回転角にしたがって、送信と受信の相対位置が決まるため、回転角にしたがって、受信される無線信号の強度も決まり、回転角に応じて利得を制御することにより、無線信号を安定した信号に変換することができる。
In the example shown in FIG. 5, since the relative positions of transmission and reception are determined according to the rotation angle of the rotating
また、4個の回転側アンテナ部205の間、4個の回転側コントローラ105およびセンサ情報処理器106の間には絶縁が不可欠であり、安全規格(例えば、JISC1010−1)で決められている最小沿面距離以上離す。これは、気体と誘電体の境界に2つの電極があるケースにおいて、コロナ放電あるいは火花放電によって誘電体の表面に沿って樹枝状の放電路が形成される、いわゆる沿面放電の発生を防止するための規格である。
Insulation is indispensable between the four rotation-
一般的に沿面放電は空間放電よりも短い電極間距離、低い印加電圧で発生するため、重要な設計項目であり、同じく絶縁の観点から、4個の回転側アンテナ部205のそれぞれは絶縁材を介して回転部材202に固定されることが有効である。
In general, creeping discharge is generated with a shorter electrode distance and lower applied voltage than space discharge, and is therefore an important design item. Similarly, from the viewpoint of insulation, each of the four rotating
以上のように本実施の形態に係る無線通信装置は、金属等で形成された閉空間内において、固定側ユニットと回転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。特に受信信号を調整できるため、回転角パケット信号、PWMパケット信号、電圧電流パケット信号の信号エラーを減らすことができ、再送による正しい受信までの遅延時間を低減できる。また、受信側で処理することにより、複数の送信用のアンテナ部は不要であり、簡単な構成で実現できる。 As described above, the wireless communication apparatus according to the present embodiment performs communication by the wireless communication device between the fixed side unit and the rotating side unit with low delay and high quality in a closed space formed of metal or the like. be able to. In particular, since the received signal can be adjusted, signal errors of the rotation angle packet signal, the PWM packet signal, and the voltage / current packet signal can be reduced, and the delay time until correct reception by retransmission can be reduced. Further, by performing processing on the receiving side, a plurality of transmitting antenna units are not necessary and can be realized with a simple configuration.
以下、図7〜9を用いて実施例2を説明する。実施例1では常に回転角を使用する例であったが、実施例2では回転速度に応じて回転角を使用する例である。図7は、受信部11cおよび信号処理部60の例を示すブロック図である。受信部11cは、図2Aに示した受信部11aおよび図2Bに示した受信部11bと同じ構成であり、同じ動作をするため、説明を省略する。
Hereinafter, Example 2 is demonstrated using FIGS. In the first embodiment, the rotation angle is always used, but in the second embodiment, the rotation angle is used according to the rotation speed. FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of the reception unit 11 c and the
信号処理部60は、図2Aに示した信号処理部12aおよび図2Bに示した信号処理部12bの代わりとなるものである。そして、図1に示した無線通信装置において、回転側コントローラ102の信号処理部12aおよびセンサ情報処理器103の信号処理部12bを信号処理部60に置き換えたものが、実施例2の無線通信装置となる。なお、固定側コントローラ101の信号処理部5を信号処理部60に置き換えてもよい。
The
信号処理部60は、パケット処理部28c、VGA制御部29c、テーブル30cおよび信号モニタ部59を含む。パケット処理部28cは、PWMパケット信号あるいは回転角パケット信号に含まれる回転速度情報の値が所定値以上であるかを判定し、所定値以上であると判定すると、実施例1と同様に、回転角を計算してVGA制御部29cへ送る。
The
また、パケット処理部28cは、ADC25cから入力された信号を信号モニタ部59へ転送する。パケット処理部28cのその他の処理は、パケット処理部28a、28bのそれぞれと同じであり、例えばPWMパケット信号の信号エラーを検出して、信号処理部60の外のゲートドライバ13を制御したりするが、実施例1で既に説明したため、説明を省略する。
In addition, the
VGA制御部29cは、パケット処理部28cから回転角が送られると、その回転角に対応するVGA制御電圧をテーブル30cから読み取り、読み取られたVGA制御電圧をDAC26cで変換してVGA24cに設定する。ここで、テーブル30cはテーブル30a、30bと同じである。また、パケット処理部28cから回転角が送られないと、信号モニタ部59から送られた値をDAC26cへ転送し、DAC26cで変換してVGA24cに設定する。
When the rotation angle is sent from the
すなわち、回転速度情報の値が所定値よりも小さければ、AGCの処理に移行し、信号モニタ部59は、パケット処理部28cから転送される信号の強度を、一定時間モニタし続け、その平均値を計算してVGA制御部29cへ送る。ここで、VGA制御部29cは、信号モニタ部59から送られた値を変換してもよく、その変換は、VGA24cの出力がADC25cの入力レンジの例えば90%となるような変換であってもよい。
That is, if the value of the rotational speed information is smaller than the predetermined value, the process proceeds to AGC processing, and the
さらに、VGA制御部29cは、信号モニタ部59から値が送られる場合、送られた値に基づいてテーブル30cに保持されているVGA制御電圧を更新してもよい。このように更新する場合、パケット処理部28cは、回転速度情報の値が所定値未満であると判定しても、計算した回転角をVGA制御部29cへ送り、回転速度情報の値が所定値未満であったという情報をVGA制御部29cへ送ってもよい。
Furthermore, when a value is sent from the
次に、実施例2の無線通信装置の動作の例について、図8のフローチャートを用いて説明する。説明の簡素化のため、図3と同じように記載している。また、図8に示したステップS101〜S103、S105、S201〜S207は、図3を用いて説明したステップS101〜S103、S105、S201〜S207と同じであるので、同じ符号を付して説明を省略する。ただし、ステップS204の後は、ステップS225へ移行される。 Next, an example of the operation of the wireless communication apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. For simplification of description, the description is the same as FIG. Further, steps S101 to S103, S105, and S201 to S207 shown in FIG. 8 are the same as steps S101 to S103, S105, and S201 to S207 described with reference to FIG. Omitted. However, after step S204, the process proceeds to step S225.
ステップS207の後、パケット処理部28cは、PWMパケット信号あるいは回転角パケット信号に含まれる回転速度情報の値が所定値以上であるかを判定する(ステップS221)。所定値以上であると判定すると、ステップS208と同じように現在の回転角を計算する(ステップS222)。そして、テーブル30cを参照して、計算された現在の回転角に対応するVGA制御電圧を読み取り、DAC26cを介して、その電圧をVGA24cに設定する(ステップS224)。
After step S207, the
一方、所定値よりも小さいと判定すると、信号モニタ部59が信号の強度を一定時間モニタし続け、その平均値を計算する(ステップS223)。そして、その計算された平均値に基づき、VGA24cの出力がADC25cの入力レンジの例えば90%となるように、VGA制御部29cがDAC26c経由でVGA24cを制御する(ステップS224)。
On the other hand, if it is determined that the value is smaller than the predetermined value, the
ステップS223あるいはステップ224において、このVGA24cを制御するためのVGA制御電圧に基づき、テーブル30cに保持されているVGA制御電圧が更新されてもよい。また、ステップS221〜S224は、ステップS206〜S207と並列に進められてもよい。
In step S223 or step 224, the VGA control voltage held in the table 30c may be updated based on the VGA control voltage for controlling the
センサ情報処理器103は、回転角パケット信号を受けたタイミングで、電圧電流パケット信号として、センサから送られる電圧および電流情報を、誤り検出符号もしくは誤り訂正符号を含めてパケット化し(ステップS225)、パケット化された電圧電流パケット信号を固定側コントローラ101に送信する(ステップS226)。
The
図8に示したステップS105から受信待機状態であった固定側ユニットの固定側コントローラ101のステップS106、S107は、図3を用いて説明したステップS106、S107と同じであるので、同じ符号を付して説明を省略する。ステップS107で信号エラーが検出されなかった場合、ステップS221と同じように、回転速度が所定値以上であるかを判定する(ステップS110)。
Steps S106 and S107 of the fixed-
所定値以上であると判定すると、固定側コントローラ101のテーブル54を参照して、現在の回転角に対応したVGA制御電圧を読み取り、DAC50を介して、その電圧をVGA48に設定する(ステップS112)。
If it is determined that the value is equal to or greater than the predetermined value, the VGA control voltage corresponding to the current rotation angle is read with reference to the table 54 of the fixed
一方、回転速度が所定値よりも小さいと判定すると、図7に示した信号モニタ部59に相当する図2Cでは図示を省略した信号モニタ部が信号の強度を一定時間モニタし続け、その平均値を計算する(ステップS111)。その計算された平均値に基づき、VGA48の出力がADC49の入力レンジの例えば90%となるように、VGA制御部53がDAC50経由でVGA48を制御する(ステップS112)。
On the other hand, if it is determined that the rotation speed is smaller than the predetermined value, the signal monitor unit (not shown in FIG. 2C) corresponding to the
ここで、ステップS111あるいはステップ112において、このVGA48を制御するためのVGA制御電圧に基づき、テーブル54に保持されているVGA制御電圧が更新されてもよい。
Here, in step S111 or step 112, the VGA control voltage held in the table 54 may be updated based on the VGA control voltage for controlling the
次に、固定側コントローラ101は、電圧および電流情報を更新し(ステップS113)、ステップS101に戻って一連の動作フローを繰り返す。また、ステップS107で、信号エラーが検出されれば、電圧および電流情報を更新せずにステップS101ステップへ戻る。
Next, the fixed-
なお、回転速度の判定に使用される所定値は、一回のPWMパケット信号の通信時間において、回転により移動する回転側アンテナ部205が、無線キャリアの波長の20分の1の移動距離となる速度であってもよい。
Note that the predetermined value used for the determination of the rotation speed is a movement distance of 1/20 of the wavelength of the radio carrier by the rotation-
また、信号モニタ部59が平均化のために信号の強度をモニタし続ける時間は、回転速度に応じて変更されてもよい。回転速度が大きい時は時間を短くし、回転速度が小さい時は時間を長くしてもよく、これにより制御精度を上げることができる。さらに、回転速度が小さく、AGCの処理を実施する際にも、VGA制御電圧の初期値をテーブル30cから読み取って用いることは、システム高信頼化に大きく貢献するものである。
In addition, the time during which the
また、実施例2の構成を用いると、風力発電システム321を動作させてテーブル30cの値を入力することができる。図9は、無線通信装置のテーブル30cへの入力動作の例を示すフローチャートである。風力発電システム321の構成は、図1〜7を用いて説明した構成である。
Moreover, if the structure of Example 2 is used, the value of the table 30c can be input by operating the wind
風力によってブレード303が回り始めるスタート風速となったら、まず、固定側ユニットの固定側コントローラ101は、回転計312から回転角情報を取得し(ステップS301)、回転側ユニットの回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103へ回転角パケット信号を送信する(ステップS302)。その後、固定側コントローラ101は、回転側ユニットから信号が来るまで、ステップS301とステップS302を繰り返して、現在の回転角に基づく回転角パケット信号を送り続ける。
When the wind speed at which the
一方、受信待機状態(ステップS401)であった回転側ユニットの回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103は、回転角パケット信号を受信すると(ステップS402)、送り続けられる回転角パケット信号を受信し続けて、信号モニタ部59にて信号の強度を一定時間モニタし続け、その平均値を計算する(ステップS403)。
On the other hand, when receiving the rotation angle packet signal (step S402), the rotation-
そして、回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103は、計算された平均値が所定範囲以内(例えばVGA24cの出力がADC25cの入力レンジの75〜95%となるVGA制御電圧の範囲内)であるかを判定する(ステップS404)。所定範囲以内ではないと判定した場合、所定範囲以内となるようにVGA制御電圧を更新し(ステップS405)、ステップS403に戻る。
Whether the rotation-
一方、所定範囲以内であると判定した場合、回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103は、回転角パケット信号から現在の回転角を計算し(ステップS406)、内部カウンタを更新する。計算された回転角とVGA制御電圧の情報をテーブル30cに入力する(ステップS407)。そして、テーブル30cに入力された情報を信号として固定側コントローラ101へ送信する(ステップS408)。
On the other hand, when it is determined that it is within the predetermined range, the rotation-
固定側コントローラ101は、ステップS408で送信された信号を受信し(ステップS304)、信号に含まれる回転角の情報に基づいて、所定角度単位で360度のテーブル30cが作成完了したか判定し(ステップS304)、完了したと判定すると、カットイン風速となるまで待機する(ステップS305)。
The fixed-
以上では、回転側ユニットのテーブル30cの入力について説明したが、テーブル30cに相当する固定側ユニットのテーブル54の入力についても、回転側ユニットから、回転角パケット信号の代わりにダミー信号を常に送信するようにしておけば、同様の処理で実現できる。 The input to the table 30c of the rotation side unit has been described above, but a dummy signal is always transmitted from the rotation side unit instead of the rotation angle packet signal for the input of the table 54 of the fixed side unit corresponding to the table 30c. By doing so, the same processing can be realized.
以上のように、本実施の形態に係る無線通信装置は、回転速度に応じてVGAの制御を選択でき、その結果、システム高信頼化に貢献できる。また、風力発電機として組み付けた後にテーブルを入力することができるため、一部の準備工程を省くことができる。テーブルの入力においても、受信側で処理することにより、送信側のように一つの回転角に対して複数のパラメタが関係することはない。 As described above, the radio communication apparatus according to the present embodiment can select VGA control according to the rotation speed, and as a result, can contribute to high system reliability. Moreover, since a table can be input after assembling as a wind power generator, a part of preparation process can be omitted. Even in the input of the table, by processing on the receiving side, a plurality of parameters are not related to one rotation angle unlike the transmitting side.
以下、図10、図11を用いて実施例3を説明する。実施例1、2では回転側コントローラ102とセンサ情報処理器103を分けた例であったが、実施例3では両方の動作をする回転側コントローラ107の例である。図10は、実施例3の無線通信装置の例を示すブロック図である。以下、無線通信の回路方式として、ダイレクトコンバージョン受信器を用いた周波数多重の全二重通信を例に取り説明する。
Hereinafter, Example 3 will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In the first and second embodiments, the rotation-
回転側コントローラ107の個数は例えば12個であり、12個の回転側コントローラ107は電力変換器104内の12個のパワーデバイスにそれぞれ接続されている。また、12個の中の7個の回転側コントローラ107は7個のセンサにそれぞれ接続されている。なお、センサの接続されない5個の回転側コントローラ107は、図1を用いて説明した回転側コントローラ102であってもよい。
The number of rotation-
回転側コントローラ107は、信号合成分配器31、受信部11、信号処理部12、ゲートドライバ13、送信部15、信号生成部16およびADC36を備える。これらの中で信号処理部12d、12eと信号生成部16d、16e以外は、図1を用いて説明した各部と同じ動作をするため、説明を省略する。ただし、送信部15d、15eそれぞれのローカル発振器は、PWMパケット信号および他の電圧電流パケット信号とは異なる無線キャリアの周波数で発信するように設定されている。
The rotation-
信号処理部12d、12eは、図1を用いて説明した回転側コントローラ102の信号処理部12aと同じ動作をするとともに、センサ情報処理器103の信号処理部12bと同じ動作をする。信号生成部16d、16eは、ADC36d、36eから7個のセンサのいずれかの電圧情報あるいは電流情報を受け取り、回転角情報を含むPWMパケット信号を受けたタイミングで、電圧情報もしくは電流情報を、誤り検出符号もしくは誤り訂正符号を含めてパケット化し、電圧電流パケット信号として送信部15d、15eへ送る。
The
固定側コントローラ111は、信号合成分配器1d、送信部2、受信部3、信号生成部4d、信号処理部5およびADC6から成り、PWM情報と回転角情報を含むPWMパケット信号を送信し、電圧電流パケット信号を受信する。受信部3と信号処理部5は複数であり、信号生成部4dは複数の信号処理部5と接続し、信号合成分配器1dは複数の受信部3と接続するので、図11を用いて説明する。
The fixed-
図11は、固定側コントローラ111の例を示すブロック図である。固定側コントローラ111のパワーアンプ41、ミキサ42、LPF43およびDAC44を含む送信部2とADC6は、それぞれ図2Cを用いて説明したとおりである。また、固定側コントローラ111のLNA45、VGA48、LPF47、ADC49およびDAC50を含む受信部3と、パケット処理部52、VGA制御部53およびテーブル54を含む信号処理部5も、それぞれ図2Cを用いて説明したとおりであるが、受信部3と信号処理部5はそれぞれ並列に7個備えられる。
FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of the fixed-
ミキサ46d、46eには、図示を省略したローカル発振器がそれぞれ接続されており、これらの発振器は、回転側コントローラ107内の送信部15d、15eのローカル発振器とそれぞれ同一周波数で発振するように設定されている。また、信号合成分配器1dは、回転側コントローラ107d、107eからの電圧電流パケット信号を区別することなく受信部3d、3eへ入力する。これにより、受信部3d、3eのそれぞれは、回転側コントローラ107d、107eのそれぞれが送信する電圧電流パケット信号を、信号処理部5d、5eへ送る。
Local oscillators (not shown) are connected to the
固定側コントローラ111の信号生成部4dは、回転計312からADC6を介して送られてきた回転角情報に基づき、図5に示した回転側アンテナ部205のように、複数の回転側コントローラ107d、107eそれぞれで異なる回転側アンテナ部の相対回転角を計算し、各回転側アンテナ部の現在の角度をVGA制御部53d、53eのそれぞれに送る。
Based on the rotation angle information sent from the
以上のように、各センサの電圧および電流情報を一つにまとめず個別に、複数個ある回転側コントローラにそれぞれ入力し、システムの小型化を図ることができる。このように、回転子ユニットの送信部、受信部、信号処理部および信号生成部はそれぞれに必要な機能を持ちさえすれば共用することができる。 As described above, the voltage and current information of each sensor can be individually input to a plurality of rotary controllers without being integrated into one, and the system can be reduced in size. As described above, the transmission unit, the reception unit, the signal processing unit, and the signal generation unit of the rotor unit can be shared as long as they have necessary functions.
以下、図12、図13を用いて実施例3を説明する。実施例1〜3では回転側コントローラ102、107が複数である例を示したが、実施例4では回転側コントローラ108が1個である例を示す。図12は、実施例4の無線通信装置の例を示すブロック図である。以下、無線通信の回路方式として、ダイレクトコンバージョン受信器を用いた周波数多重の全二重通信を例に取り説明する。
Hereinafter, Example 3 will be described with reference to FIGS. In the first to third embodiments, an example in which there are a plurality of rotation-
回転側コントローラ108は電力変換器104内の12個のパワーデバイスに接続されている。このために、回転側コントローラ108は12個のゲートドライバ13f、13gおよび12個の絶縁素子57f、57gを備える。また、回転側コントローラ108は、信号合成分配器31f、受信部11f、信号処理部12f、送信部15f、信号生成部16fおよびADC36fを備え、これらの中で信号処理部12f以外は、図1、2A、2Bを用いて説明した各部と同じ動作をするため、説明を省略する。
The rotation-
信号処理部12fは、図10を用いて説明した回転側コントローラ107の信号処理部12と同じ動作をするが、1個のPWMパケット信号から12個のPWM情報を抽出し、抽出されたPWM情報を絶縁素子57経由で各ゲートドライバ13へ送る。ここで、絶縁素子57f、57gは回転側コントローラ108の内部回路とゲートドライバ13f、13gそれぞれとを絶縁し、これによりゲートドライバ13f、13g間も絶縁する。絶縁素子57f、57gはパルストランスやフォトカプラ、光ファイバを伝送路とした光通信器などでもよい。
The signal processing unit 12f operates in the same manner as the signal processing unit 12 of the rotation-
なお、受信部11fでは、図2Aを用いて説明したように、LNAを利得可変として利得が制御されてもよい。実施例4の構成においては、妨害波が少ないため、ミキサが飽和しない範囲で、ダウンコンバート前のLNAの利得を制御することが有効である。これにともない、VGAを固定利得のベースバンドアンプとしてもよい。 Note that, in the receiving unit 11f, as described with reference to FIG. 2A, the gain may be controlled by changing the gain of the LNA. In the configuration of the fourth embodiment, since there are few interference waves, it is effective to control the gain of the LNA before down-conversion within a range where the mixer is not saturated. Accordingly, the VGA may be a fixed gain baseband amplifier.
固定側コントローラ121は、信号合成分配器1、送信部2f、受信部3、信号生成部4f、信号処理部5およびADC6を備え、回転計312に接続されている。これらの中で送信部2fと信号生成部4f以外は、図1、2Cを用いて説明した各部と同じ動作をするため、説明を省略する。
The fixed
信号生成部4fは、パワーデバイス12個のPWM情報と回転子322、325の回転角情報および回転速度情報を含むパケット化されたPWMパケット信号を送信部2fに送る。1個のPWMパケット信号に含まれる12個のPWM情報それぞれにIDを付けて識別できるようにしてもよい。送信部2fは、電圧電流パケット信号とは異なる周波数の無線キャリアに、PWMパケット信号を重畳して、回転側コントローラ108へ送信する。
The signal generation unit 4f sends a packetized PWM packet signal including PWM information of 12 power devices and rotation angle information and rotation speed information of the
ここで、PWM情報は必ずしもパワーデバイス個数分を含める必要はなく、例えば、各相1個ずつのPWM情報を送り、デッドタイム分を考慮して他方のPWMパルスを生成してもよい。 Here, the PWM information does not necessarily include the number of power devices. For example, the PWM information for each phase may be sent and the other PWM pulse may be generated in consideration of the dead time.
図13は、実施例4のアンテナの例を示すブロック図である。固定側アンテナ部204と回転側アンテナ部205fの配置についての理解を容易にするため、アンテナ実装部分を透視図で示し、固定部材201、回転部材202、回転軸203は、図5と同じであるので、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of an antenna according to the fourth embodiment. In order to facilitate understanding of the arrangement of the fixed
図13に示した固定側コントローラ109fと固定側アンテナ部204は、図12に示した固定側コントローラ121を構成し、図13に示した回転側コントローラ110fと回転側アンテナ部205fは、図12に示した回転側コントローラ108を構成する。
The fixed-
固定側コントローラ109fから出力されたPWMパケット信号と回転角パケット信号は、固定側アンテナ部204に入力され、固定側アンテナ部204から回転側アンテナ部205fが実装された面に向かって同一の無線信号が放射される。放射された無線信号は、回転側アンテナ部205fで受信され、回転側コントローラ110fへ送られる。
The PWM packet signal and the rotation angle packet signal output from the fixed-
一方、回転側コントローラ110fから出力された電圧電流パケット信号は、回転側アンテナ部205fに入力され、回転側アンテナ部205fから固定側アンテナ部204が実装された面に向かって無線信号が放射される。放射された無線信号は、固定側アンテナ部204にて受信され、固定側コントローラ109fへ送られる。このように、実施例1での説明と同様に、固定部材201、回転部材202および回転軸203で構成された閉空間内で無線信号が送受信されることになる。
On the other hand, the voltage / current packet signal output from the rotation-
以上のように、妨害波が少ない構成の場合には、利得が制御される増幅回路をアンテナに近い位置に設けて、全体のSN改善を図ることができる。また、回転側ユニットに絶縁素子57f、57gを介して各ゲートドライバ13f、13gにPWMパルスを出力することで、固定側ユニットと回転側ユニットとの間の無線通信を少ないチャネル数(無線キャリアの周波数の個数)で実現でき、無線通信部の簡素化に貢献できる。さらに、PWMパルスを回転側コントローラ108で生成できるため、通信エラーや遅延に対しての許容性が増し、より堅牢なシステムを実現できる。
As described above, in the case of a configuration with few interference waves, it is possible to improve the overall SN by providing an amplifier circuit whose gain is controlled near the antenna. In addition, by outputting PWM pulses to the
(C.実施例の効果)
以上の実施例に係る無線通信装置は、金属等で形成された閉空間内において、回転体と固定体の間で信号を送受する無線通信装置による通信を、低遅延かつ高品質に行い、風力、水力、火力等の発電システムの回転電機等に高信頼な無線通信装置を提供することができる。
(C. Effect of embodiment)
The wireless communication apparatus according to the above embodiment performs communication by a wireless communication apparatus that transmits and receives signals between a rotating body and a fixed body in a closed space formed of metal or the like with low delay and high quality. It is possible to provide a highly reliable wireless communication device for a rotating electrical machine of a power generation system such as hydraulic power and thermal power.
(D.付記)
なお、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、上記した実施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。
(D. Appendix)
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
また、ある実施例の構成例の一部を、同じ実施例の他の構成例または他の実施例の構成例に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成例に、同じ実施例の他の構成例または他の実施例の構成例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Further, a part of a configuration example of a certain embodiment can be replaced with another configuration example of the same embodiment or a configuration example of another embodiment, and the configuration example of a certain embodiment can be replaced with the same embodiment. It is also possible to add configurations of other configuration examples or configuration examples of other embodiments. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現されてもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 In addition, each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized in hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
また、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、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
11: 受信部
12: 信号処理部
24: VGA
28: パケット処理部
29: VGA制御部
30: テーブル
101: 固定側コントローラ
102: 回転側コントローラ
103: センサ情報処理器
104: 電力変換器
321: 風力発電システム
322: 回転子
323: 固定子
324: 主発電機
325: 回転子
326: 固定子
327: 補助発電機
11: Receiver 12: Signal processor 24: VGA
28: Packet processing unit 29: VGA control unit 30: Table 101: Fixed side controller 102: Rotation side controller 103: Sensor information processor 104: Power converter 321: Wind power generation system 322: Rotor 323: Stator 324: Main Generator 325: Rotor 326: Stator 327: Auxiliary generator
Claims (15)
前記固定体に取付けられた回転軸を中心に回転する略円柱形状の回転体と、
前記固定体に設置された固定側通信部と、
前記回転体に設置された回転側通信部と、を備えた無線通信装置でおいて、
前記回転側通信部は、
前記固定側通信部から無線信号を受信し、受信された信号を可変利得増幅器により増幅する受信部と、
複数の角度と複数の制御電圧との対応付けを予め保持する記録部から、前記回転体の回転角に相当する角度に対応する制御電圧を取得して、前記可変利得増幅器を制御する信号処理部と、を含む
ことを特徴とする無線通信装置。 A fixed body,
A substantially cylindrical rotating body that rotates about a rotating shaft attached to the fixed body;
A fixed-side communication unit installed on the fixed body;
In a wireless communication device comprising a rotation side communication unit installed in the rotating body,
The rotation side communication unit is
A receiver that receives a radio signal from the fixed-side communication unit and amplifies the received signal by a variable gain amplifier;
A signal processing unit for controlling the variable gain amplifier by acquiring a control voltage corresponding to an angle corresponding to a rotation angle of the rotating body from a recording unit that holds in advance correspondence between a plurality of angles and a plurality of control voltages. And a wireless communication apparatus.
前記固定側通信部は、
計測された回転角に基づいて回転角に関する情報を前記回転側通信部へ送信し、
前記回転側通信部では、
前記受信部が回転角に関する情報を受信し、
前記信号処理部が回転角に関する情報から前記回転体の回転角を取得する
ことを特徴とする無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 1,
The fixed-side communication unit is
Based on the measured rotation angle, information on the rotation angle is transmitted to the rotation side communication unit,
In the rotation side communication unit,
The receiving unit receives information about the rotation angle,
The wireless communication apparatus, wherein the signal processing unit acquires a rotation angle of the rotating body from information on a rotation angle.
前記回転側通信部では、
前記信号処理部が前記受信部での信号の強度を計測し、前記記録部から取得された制御電圧と、計測された信号の強度とのいずれかにより前記可変利得増幅器を制御する
ことを特徴とする無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 1,
In the rotation side communication unit,
The signal processing unit measures the signal strength at the receiving unit, and controls the variable gain amplifier according to either the control voltage acquired from the recording unit or the measured signal strength. Wireless communication device.
前記固定側通信部では、
計測された回転角に基づき回転速度を計算し、計測された回転角と計算された回転速度を、回転角に関する情報として前記回転側通信部へ送信し、
前記回転側通信部では、
前記信号処理部が回転角に関する情報に含まれる計測された回転角と計算された回転速度に基づいて現在の回転角を計算し、計算された現在の回転角に相当する角度に対応する制御電圧を前記記録部から取得する
ことを特徴とする無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 2,
In the fixed side communication unit,
Calculate the rotation speed based on the measured rotation angle, and transmit the measured rotation angle and the calculated rotation speed as information about the rotation angle to the rotation side communication unit,
In the rotation side communication unit,
The signal processing unit calculates a current rotation angle based on the measured rotation angle and the calculated rotation speed included in the information on the rotation angle, and a control voltage corresponding to the angle corresponding to the calculated current rotation angle Is acquired from the recording unit.
前記回転側通信部では、
前記信号処理部が計測された信号の強度に応じて前記記録部に保持された制御電圧を変更する
ことを特徴とする無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 3,
In the rotation side communication unit,
The wireless communication apparatus, wherein the signal processing unit changes a control voltage held in the recording unit in accordance with a measured signal strength.
前記回転側通信部では、
前記信号処理部が前記回転体の回転速度に応じて所定時間を変更し、計測された信号の強度を所定時間で平均化して、平均化された強度により前記可変利得増幅器を制御する
ことを特徴とする無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 3,
In the rotation side communication unit,
The signal processing unit changes a predetermined time according to the rotational speed of the rotating body, averages the intensity of the measured signal over a predetermined time, and controls the variable gain amplifier based on the averaged intensity. A wireless communication device.
前記回転側通信部では、
前記信号処理部が前記記録部から取得された制御電圧により前記可変利得増幅器に第1の制御を行い、
前記受信部が前記第1の制御の行われた前記可変利得増幅器により、受信された信号を増幅して第1の信号とし、
前記信号処理部が第1の信号の強度を計測し、計測された第1の信号強度により前記可変利得増幅器に第2の制御を行う
ことを特徴とする無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 3,
In the rotation side communication unit,
The signal processing unit performs a first control on the variable gain amplifier according to a control voltage acquired from the recording unit,
The receiving unit amplifies the received signal as the first signal by the variable gain amplifier subjected to the first control,
The wireless communication apparatus, wherein the signal processing unit measures the intensity of the first signal and performs second control on the variable gain amplifier based on the measured first signal intensity.
前記回転側通信部では、
前記信号処理部が前記回転体の回転速度が所定値以下であると判定すると、前記受信部での信号の強度を計測し、計測された信号の強度により前記可変利得増幅器を制御する
ことを特徴とする無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 3,
In the rotation side communication unit,
When the signal processing unit determines that the rotation speed of the rotating body is equal to or less than a predetermined value, the signal processing unit measures the signal strength at the receiving unit, and controls the variable gain amplifier based on the measured signal strength. A wireless communication device.
電力系統から電力が供給されて磁界を発生する補助固定子と、前記回転子とともに回転し、前記補助固定子の磁界により電力を発生する補助回転子と、を有する補助発電機と、
前記補助回転子に発生した電力の電圧および周波数を変換し、前記回転子へ供給する電力変換器と、
前記回転子とともに回転する回転側コントローラと、
前記固定子とともに固定され、前記回転側コントローラと無線通信する固定側コントローラと、を備えた発電システムにおいて、
前記固定側コントローラは、
前記電力変換器の変換を制御する情報を無線信号として前記回転側コントローラへ送信し、
前記回転側コントローラは、
前記固定側コントローラから無線信号を受信し、受信された信号を可変利得増幅器により増幅する受信部と、
増幅された信号から情報を抽出して、前記電力変換器の変換を制御し、複数の角度と複数の制御電圧との対応付けを保持する記録部から、前記回転子の回転角に相当する角度に対応する制御電圧を取得して、前記可変利得増幅器を制御する信号処理部と、を含む
ことを特徴とする発電システム。 A rotor that rotates around an axis of rotation with an external force and generates a magnetic field with supplied power; and a stator that positions the axis of rotation and transmits electric power generated by a change in the magnetic field of the rotor to an electric power system. A main generator having
An auxiliary generator having an auxiliary stator that is supplied with electric power from an electric power system to generate a magnetic field, and an auxiliary rotor that rotates together with the rotor and generates electric power by the magnetic field of the auxiliary stator;
A power converter that converts the voltage and frequency of power generated in the auxiliary rotor and supplies the converted power to the rotor;
A rotation-side controller that rotates together with the rotor;
In a power generation system comprising a fixed controller fixed together with the stator and wirelessly communicating with the rotating controller,
The fixed controller is
Sending information to control the conversion of the power converter as a radio signal to the rotating controller,
The rotation-side controller is
A receiver that receives a radio signal from the fixed-side controller and amplifies the received signal with a variable gain amplifier;
An angle corresponding to the rotation angle of the rotor from a recording unit that extracts information from the amplified signal, controls conversion of the power converter, and holds associations between a plurality of angles and a plurality of control voltages And a signal processing unit that acquires the control voltage corresponding to and controls the variable gain amplifier.
前記固定側コントローラは、
計測された回転角に基づいて回転角に関する情報を前記回転側コントローラへ送信し、
前記回転側コントローラでは、
前記受信部が回転角に関する情報を受信し、
前記信号処理部が回転角に関する情報から前記回転子の回転角を取得する
ことを特徴とする発電システム。 The power generation system according to claim 9, wherein
The fixed controller is
Based on the measured rotation angle, information on the rotation angle is transmitted to the rotation side controller,
In the rotation side controller,
The receiving unit receives information about the rotation angle,
The power generation system, wherein the signal processing unit acquires a rotation angle of the rotor from information on a rotation angle.
前記回転側コントローラでは、
前記信号処理部が前記受信部での信号の強度を計測し、前記記録部から取得された制御電圧と、計測された信号の強度とのいずれかにより前記可変利得増幅器を制御する
ことを特徴とする発電システム。 The power generation system according to claim 9, wherein
In the rotation side controller,
The signal processing unit measures the signal strength at the receiving unit, and controls the variable gain amplifier according to either the control voltage acquired from the recording unit or the measured signal strength. Power generation system.
前記固定側コントローラは、
計測された回転角に基づき回転速度を計算し、計測された回転角と計算された回転速度を、回転角に関する情報として前記回転側コントローラへ送信し、
前記回転側コントローラでは、
前記信号処理部が回転角に関する情報に含まれる計測された回転角と計算された回転速度に基づいて現在の回転角を計算し、計算された現在の回転角に相当する角度に対応する制御電圧を前記記録部から取得する
ことを特徴とする発電システム。 The power generation system according to claim 10, wherein
The fixed controller is
Calculate the rotation speed based on the measured rotation angle, and transmit the measured rotation angle and the calculated rotation speed to the rotation side controller as information on the rotation angle,
In the rotation side controller,
The signal processing unit calculates a current rotation angle based on the measured rotation angle and the calculated rotation speed included in the information on the rotation angle, and a control voltage corresponding to the angle corresponding to the calculated current rotation angle Is obtained from the recording unit.
前記回転側コントローラでは、
前記信号処理部が計測された信号の強度に応じて前記記録部に保持された制御電圧を変更する
ことを特徴とする発電システム。 The power generation system according to claim 11, wherein
In the rotation side controller,
The power generation system, wherein the signal processing unit changes a control voltage held in the recording unit in accordance with a measured signal strength.
前記回転側コントローラでは、
前記信号処理部が前記回転子の回転速度に応じて所定時間を変更し、計測された信号の強度を、変更された所定時間で平均化して、平均化された強度により前記可変利得増幅器を制御する
ことを特徴とする発電システム。 The power generation system according to claim 11, wherein
In the rotation side controller,
The signal processing unit changes a predetermined time according to the rotation speed of the rotor, averages the measured signal intensity over the changed predetermined time, and controls the variable gain amplifier based on the averaged intensity A power generation system characterized by
前記回転側コントローラでは、
前記信号処理部が前記記録部から取得された制御電圧により前記可変利得増幅器に第1の制御を行い、
前記受信部が前記第1の制御の行われた前記可変利得増幅器により、受信された信号を増幅して第1の信号とし、
前記信号処理部が第1の信号の強度を計測し、計測された第1の信号強度により前記可変利得増幅器に第2の制御を行う
ことを特徴とする発電システム。 The power generation system according to claim 11, wherein
In the rotation side controller,
The signal processing unit performs a first control on the variable gain amplifier according to a control voltage acquired from the recording unit,
The receiving unit amplifies the received signal as the first signal by the variable gain amplifier subjected to the first control,
The power generation system, wherein the signal processing unit measures the intensity of the first signal and performs second control on the variable gain amplifier based on the measured first signal intensity.
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JP2016105482A JP2017212827A (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Radio communication device and power generation system |
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2016
- 2016-05-26 JP JP2016105482A patent/JP2017212827A/en active Pending
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