JP2022141057A - ガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 部品コストを低減可能なガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システムを提供する。【解決手段】 ガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム１は、差動シリアル信号を送信する送信装置と、差動シリアル信号を受信する受信装置と、前記送信装置と前記受信装置とを接続する通信ケーブルであって、前記差動シリアル信号を構成する一対の信号をそれぞれ伝達するための一対の電線を含み、これらの一対の電線が平行に配置されている通信ケーブルと、を備える。前記一対の信号をそれぞれ構成する周波数成分のうちの基本波の周波数よりも高く、且つ第３次高調波の周波数よりも低い周波数をカットオフ周波数として設定されたローパスフィルタが、前記受信装置における前記一対の信号の入力部にそれぞれ設けられている。【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスエンジン駆動式空気調和装置に適用され、当該ガスエンジン駆動式空気調和装置を構成する複数の制御装置間においてデータ（シリアル信号）を送受信するための通信システムに関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、複数の制御装置間においてデータ（シリアル信号）を送受信するための通信システム（以下、「従来システム」と称呼する。）が知られている。従来システムにおいて、複数のノードが、ツイストペアケーブルを介して接続されている。そして、当該通信システムを構成するノードのうち、ツイストペアケーブル（通信経路）の終端に接続された一対のノード（最も遠く離れた２つのノード）の入力端子の直近に、シリアル信号の反射に起因する信号品質の劣化（波形の歪み）を抑制するための終端抵抗が設けられている。

特開２０１０－０２８６７０号公報

一般に、ツイストペアケーブルは、キャブタイヤケーブル（平行に配置された複数の電線から構成されたケーブル）に比べて高価である。よって、通信システム全体としての部品コストが高い。

本発明は、部品コストを低減可能なガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、ガスエンジン駆動式空気調和装置に適用され、前記ガスエンジン駆動機空気調和装置の複数の制御装置間においてデータを送受信する。
本通信システムは、
差動シリアル信号を送信する送信装置と、
差動シリアル信号を受信する受信装置と、
前記送信装置と前記受信装置とを接続する通信ケーブルであって、前記差動シリアル信号を構成する一対の信号をそれぞれ伝達するための一対の電線を含み、これらの一対の電線が平行に配置されている通信ケーブルと、
を備える。
本通信システムは、
前記一対の信号をそれぞれ構成する周波数成分のうちの基本波の周波数よりも高く、且つ第３次高調波の周波数よりも低い周波数をカットオフ周波数として設定されたローパスフィルタが、前記受信装置における前記一対の信号の入力部にそれぞれ設けられている。

ここで、交流信号（正弦波）の電気エネルギーは、通信ケーブル（伝送線路）を波として伝わる。その波長の１／４の長さに比べて、通信ケーブル（伝送線路）の全長が長いとき、通信ケーブルの特性インピーダンスと負荷インピーダンスとが整合していない状態では、通信ケーブルの終端にて、信号の反射が生じ、信号波形が歪む。また、この場合、通信ケーブルがアンテナとして作用し、電磁的ノイズが放射される。逆に言えば、送受信される信号の波長が、通信ケーブルの全長の４倍の長さより長ければ、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。

ところで、差動シリアル信号を構成する一対の信号は、矩形波を呈する。矩形波は、基本波及び奇数次の高調波から構成される。そのため、基本波のみならず、高調波が特性インピーダンス及び負荷インピーダンスから受ける影響を考慮する必要がある。

そこで、本発明において、ローパスフィルタを用いて、基本波の周波数より高い周波数の信号（つまり、基本波より高次の高調波）を減衰させるようにした。すなわち、ローパスフィルタにより、第３次高調波及びそれよりも高次の高調波の電気的エネルギーが吸収（減衰）される。よって、差動シリアル信号の伝達において、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。そのため、安価なキャブタイヤケーブルを採用できる。さらに、終端抵抗が不要である。よって、従来システムに比べて、本発明に係る通信システム１の部品コストが安い。

また、送信装置と機能するノード（マスターノード）から受信装置として機能する複数のノード（スレーブノード）に同時に信号を送信する際、マスターノードの出力電流量の制限から、スレーブノードの台数が制限される。従来システムにおいて、終端抵抗を用いているが、その抵抗値が比較的小さい（例えば、１２０ｏｈｍ）。よって、スレーブノードの接続可能台数が比較的少ない。

これに対し、本発明に係る通信システムにおいて、終端抵抗が不要である。すなわち、スレーブノードの入力インピーダンスが比較的大きく、スレーブノードの消費電流が比較的小さい。よって、本発明によれば、スレーブノードの接続可能台数の最大値を増大させることができる。

本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を示すブロック図である。 トランシーバの内部構造及びフィルタ回路の構成を示す回路図である。

以下、本発明の一実施形態に係るガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム１について説明する。通信システム１は、ガスエンジン駆動式空気調和装置を構成する複数の制御装置Ｃ（室外機を制御するマイクロコンピュータ、複数の室内機を制御するマイクロコンピュータなど）の間において各種データ（例えば、室内温度及び室内湿度を制御するためのデータ）を送受信する機能を備える。

通信システム１は、図１に示したように、複数の制御装置Ｃにそれぞれ対応した複数のトランシーバ１０、フィルタ回路２０、及び複数のキャブタイヤケーブル３０を含む。制御装置Ｃ、トランシーバ１０及びフィルタ回路２０が、プリント配線基板ＰＢに実装されている。

トランシーバ１０は、図２に示したように、所謂、全二重方式の通信プロトコルに対応した集積回路である。すなわち、トランシーバ１０は、ドライバー１１及びレシーバー１２を内蔵している。トランシーバ１０は、端子Ｄ／Ｒ、端子ＤＩ、端子ＲＯ、一対の端子Ａ，Ｂ、及び一対の端子Ｙ，Ｚを備えている。ドライバー１１及びレシーバー１２は、合成樹脂材からなるボディＢＤの内部に封入されている。端子Ｄ／Ｒ、端子ＤＩ、端子ＲＯ、端子Ａ及び端子Ｂの一端が、ボディＢＤ内に位置し。他端がボディＢＤの外側に位置している。なお、トランシーバ１０は、周知の通信プロトコルである「ＲＳ４８５」に準拠している。

ドライバー１１は、入力端子１１１、及び出力端子１１２，１１３を備える。また、レシーバー１２は、入力端子１２１，１２２、及び出力端子１２３を備える。

入力端子１１１は、端子ＤＩを介して、制御装置Ｃの端子ＣＴｘに接続されている。出力端子１１２及び出力端子１１３は、端子Ａ及び端子Ｂにそれぞれ接続されている。さらに、入力端子１２１及び入力端子１２２も、端子Ａ及び端子Ｂにそれぞれ接続されている。また、出力端子１２３は、端子ＲＯを介して、制御装置Ｃの端子ＣＲｘに接続されている。

ドライバー１１は、その入力端子１１１に入力されたシングルエンド方式のシリアル信号Ｔｘを、論理レベルが反対（逆相）である２つの信号Ｄ＋及び信号Ｄーからなるシリアル信号ＤＳ（差動信号）に変換する。レシーバー１２は、その入力端子１２１，１２２にそれぞれ入力された信号Ｄ＋及び信号Ｄーをシングルエンド方式のシリアル信号Ｒｘに変換する。

さらに、ドライバー１１は、入力端子１１４を備える。入力端子１１４の論理レベルが「Ｈ」であるとき、ドライバー１１は、信号Ｄ＋及び信号Ｄーを、出力端子１１２，１１３からそれぞれ出力する。一方、入力端子１１４の論理レベルが「Ｌ」であるとき、出力端子１１２，１１３は、ドライバー１１の内部回路から切り離されている。すなわち、この場合、出力端子１１２，１１３は、ハイインピーダンス状態になっている。

レシーバー１２は、入力端子１２４を備える。入力端子１２４の論理レベルが「Ｌ」であるとき、レシーバー１２は、シリアル信号Ｒｘを、出力端子１２３から出力する。一方、入力端子１２４の論理レベルが「Ｈ」であるとき、出力端子１２３は、レシーバー１２の内部回路から切り離されている。すなわち、この場合、出力端子１２３は、ハイインピーダンス状態になっている。

入力端子１１４及び入力端子１２４は、端子Ｄ／Ｒを介して、制御装置Ｃの端子ＥＮに接続されている。

制御装置Ｃの端子ＥＮから選択信号ＳＥＬが出力される。選択信号ＳＥＬが、端子Ｄ／Ｒを介してドライバー１１及びレシーバー１２にそれぞれ供給される。すなわち、選択信号ＳＥＬの論理レベルが「Ｈ」であるとき、ドライバー１１は、シリアル信号ＤＳを出力可能な状態であり、且つレシーバー１２は、シリアル信号Ｒｘを出力不能な状態である。すなわち、この場合、トランシーバ１０は、送信装置として機能する。一方、選択信号ＳＥＬの論理レベルが「Ｌ」であるとき、ドライバー１１は、シリアル信号ＤＳを出力不能な状態であり、且つレシーバー１２は、シリアル信号Ｒｘを出力可能な状態である。すなわち、この場合、トランシーバ１０は、受信装置として機能する。

なお、トランシーバ１０の入力インピーダンスは、「１２ｋｏｈｍ」である。また、トランシーバ１０の最大出力電流は、「２５０ｍＡ」である。

また、プリント配線基板ＰＢには、一対のコネクタＣＮ１，ＣＮ２（ピンヘッダー））が実装されている。コネクタＣＮ１，ＣＮ２が並列接続されている。すなわち、一方のコネクタＣＮ１のピンＰａ，ピンＰｂが、他方のコネクタＣＮ２のピンＰａ，Ｐｂに接続されている。さらに、ピンＰａ，Ｐｂが、トランシーバ１０の端子Ｙ，Ｚにそれぞれ直接的に接続されるとともに、フィルタ回路２０を介して、端子Ａ，Ｂに接続されている。

フィルタ回路２０は、シリアル信号Ｄ＋、Ｄーに対応した一対のローパスフィルタＬＦ、ＬＦから構成されている。ローパスフィルタＬＦは、抵抗器２１及びコンデンサ２２から構成される。抵抗器２１の電気抵抗値は、「１８ｋｏｈｍ」であり、コンデンサ２２の静電容量は、「１００ｐＦ」である。すなわち、ローパスフィルタＬＦのカットオフ周波数は、「８６．４ｋＨｚ」である。

キャブタイヤケーブル３０は、本体部３１と一対のハウジング３２，３２を備える。本体部３１は、信号Ｄ＋に対応した電線３１ａと、信号Ｄーに対応した電線３１ｂを含む。さらに、本体部３１は、電線３１ａ及び電線３１ｂを覆うシース３１ｃを含む。シース３１ｃ内において、電線３１ａ及び電線３１ｂは略平行に配置されている。ハウジング３２，３２は、本体部３１の両端にそれぞれ設けられている。ハウジング３２は、コネクタＣＮのピンＰａ，Ｐｂにそれぞれ対応したピン３２ａ，３２ｂを内蔵している。ピン３２ａ，３２ｂに、電線３１ａ，３１ｂの端部が接続されている。ハウジング３２がコネクタＣＮに嵌合される。この状態で、ピン３２ａ，３２ｂが、ピンＰａ，Ｐｂに接触（導通）している。

２つのプリント配線基板ＰＢの一方のプリント配線基板ＰＢに実装されたコネクタＣＮ１及び他方のプリント配線基板ＰＢに実装されたコネクタＣＮ２に、キャブタイヤケーブル３０の一端及び他端がそれぞれ接続されている。すなわち、複数のトランシーバ１０（及び制御装置Ｃ）が、デイジーチェーン接続されている。複数のキャブタイヤケーブル３０により、各種データを送受信するための通信経路ＣＰが構成されている。本実施形態において、通信経路ＣＰの全長（すべてのキャブタイヤケーブル３０の長さの総和）は、略「１ｋｍ」である。また、本実施形態において、従来システムのような終端抵抗は設けられていない。また、通信速度（シリアル信号Ｔｘ、シリアル信号Ｒｘ及びシリアル信号ＤＳのビットレート）は、「１１５．２ｋｂｐｓ」である。

ガスエンジン駆動式空気調和装置が起動されると、各制御装置Ｃは、所定の初期化プログラムをそれぞれ実行し、その結果として、通信経路ＣＰに接続された１つの所定の制御装置Ｃがマスターノード（送信ノード）であり、他の制御装置Ｃがスレーブノード（受信ノード）として設定される。つまり、マスターノードである制御装置Ｃ（制御装置Ｃｍ）から出力される選択信号ＳＥＬの論理レベルが「Ｈ」であり、スレーブノードである制御装置Ｃ（制御装置Ｃｓ）から出力される選択信号ＳＥＬの論理レベルが「Ｌ」である。その後、各ノード間にて各種データが送受信される。スレーブノードであるノードからデータを送信する必要が生じた場合、そのノードがマスターノードとして機能し、他のノード（それまでマスターノードであったノードを含む）がスレーブノードとして機能するように設定される。

マスターノードの制御装置Ｃｍの端子ＣＴｘから出力されたシングルエンド方式のシリアル信号Ｔｘが、端子ＤＩを介して、ドライバー１１の入力端子１１１に供給される。ドライバー１１は、シリアル信号Ｔｘをシリアル信号ＤＳ（Ｄ＋及びＤ－）に変換し、出力端子１１２，１１３から出力する。そして、このシリアル信号ＤＳ（Ｄ＋及びＤ－）が、端子Ｙ，Ｚ及びキャブタイヤケーブル３０を介して、他のトランシーバ１０（スレーブノードのトランシーバ１０）へ送信される。

マスターノードから送信されたシリアル信号ＤＳ（Ｄ＋及びＤー）が、スレーブノードのフィルタ回路２０及びトランシーバ１０の端子Ａ，Ｂを介して、レシーバー１２の入力端子１２１，１２２に供給される。レシーバー１２は、シリアル信号ＤＳ（Ｄ＋及びＤ－）をシングルエンド方式のシリアル信号Ｒｘに変換し、出力端子１２３から出力する。そして、このシリアル信号Ｒｘが、端子ＲＯを介して、スレーブノードの制御装置Ｃｓの端子ＣＲｘに供給される。

ここで、交流信号（正弦波）の電気エネルギーは、通信ケーブル（伝送線路）を波として伝わる。その波長Ｌ１の１／４の長さに比べて、通信ケーブル（伝送線路）の全長Ｌ０が長いとき（Ｌ１／４＜Ｌ０）、通信ケーブルの特性インピーダンスと負荷インピーダンスとが整合していない状態では、通信ケーブルの終端にて、信号の反射が生じ、信号波形が歪む。また、この場合、通信ケーブルがアンテナとして作用し、電磁的ノイズが放射される。

上記のように、本実施形態における通信経路ＣＰの全長Ｌ０は略「１ｋｍ」である。よって、波長Ｌ１が「４ｋｍ」」より長い信号（正弦波）を送受信する場合には、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。

ところで、シリアル信号ＤＳは、矩形波である。矩形波は、基本波及び奇数次の高調波から構成される。そのため、基本波のみならず、高調波が特性インピーダンス及び負荷インピーダンスから受ける影響を考慮する必要がある。本実実施形態のシリアル信号ＤＳの基本波の波長は、「５．２０８ｋｍ（＝（３０万ｋｍ／（１１５２００／２））／１）」であり、全長Ｌ０の４倍の長さ（「４ｋｍ」）より長い。よって、当該基本波は、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。これに対し、シリアル信号ＤＳの第３次高調波及び第５次高調波の波長は、それぞれ「１．７３６ｋｍ」及び「１。０４２ｋｍである。したがって、特性インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させるための終端抵抗を用いない場合には、第３次高調波及び第５次高調波の反射が生じ、シリアル信号ＤＳの波形が歪んでしまう虞がある。

そこで、本実施形態では、ローパスフィルタＬＦを用いて、基本波の周波数より高い周波数の信号（つまり、基本波より高次の高調波）を減衰させるようにした。すなわち、ローパスフィルタＬＦのカットオフ周波数を、基本波の周波数である「６７．６ｋＨｚ」よりも高く、第３次高調波の周波数である「１７２．８ｋＨｚ」よりも低い周波数である「８６．４ｋＨｚ」に設定した。このローパスフィルタＬＦにより、第３次高調波及びそれよりも高次の高調波の電気的エネルギーが吸収（減衰）される。よって、マスターノードからスレーブノードへのシリアル信号ＤＳの伝達において、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスの影響をほとんど受けない。そのため、安価なキャブタイヤケーブルを採用できる。さらに、終端抵抗が不要である。よって、従来システムに比べて、本実施形態に係る通信システム１の部品コストが安い。

また、従来システムにおいて終端抵抗を用いているが、その抵抗値が比較的小さい（例えば、１２０ｏｈｍ）。ここで、ドライバー１１の出力電圧を「１２Ｖ」とし、安全率を「０．７」とすると、マスターノードのドライバー１１の出力電流の最大値が２５０ｍＡであることから、スレーブノードの台数の最大値が「３５台＝（２５０ｍＡ／（１２Ｖ／（１２ｋｏｈｍ／／（１２０ｏｈｍ／２）））×０．７」である。

一方、上記のように、本実施形態において、終端抵抗が不要である。すなわち、スレーブノードの入力インピーダンス（フィルタ回路２０のインピーダンス及びトランシーバ１０の入力インピーダンスの合成インピーダンス）が比較的大きく、スレーブノードの消費電流が比較的小さい。よって、本実施形態によれば、スレーブノードの接続可能台数の最大値を増大させることができる。具体的には、本実施形態におけるスレーブノードの接続可能台数の最大値は、「１７５台（＝２５０ｍＡ／（１２Ｖ／１２ｋｏｈｍ）×０．７」である。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、ドライバー１１とレシーバー１２とが１つのボディＢＤに封入された（パッケージ化された）トランシーバ１０を採用しているが、これに代えて、ドライバー１１とレシーバー１２とを、別体として構成してもよい。また、例えば、上記実施形態は、差動シリアル通信プロトコルの一例としての「ＲＳ４８５」に準拠している通信システムに本発明を適用した例であるが、本発明は、他の差動シリアル通信プロトコル（例えば、ＲＳ４２２）に準拠している通信システムにも適用可能である。

１…通信システム、１０…トランシーバ、１１…ドライバー（送信装置）、１２…レシーバー（受信装置）、２０…キャブタイヤケーブル（通信ケーブル）、Ｃ…制御装置、ＣＮ…コネクタ、ＤＳ…シリアル信号、ＣＰ…通信経路

Claims (1)

1. ガスエンジン駆動式空気調和装置に適用され、前記ガスエンジン駆動機空気調和装置の複数の制御装置間においてデータを送受信するためのガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システムであって、
   差動シリアル信号を送信する送信装置と、
   差動シリアル信号を受信する受信装置と、
   前記送信装置と前記受信装置とを接続する通信ケーブルであって、前記差動シリアル信号を構成する一対の信号をそれぞれ伝達するための一対の電線を含み、これらの一対の電線が平行に配置されている通信ケーブルと、
   を備え、
   前記一対の信号をそれぞれ構成する周波数成分のうちの基本波の周波数よりも高く、且つ第３次高調波の周波数よりも低い周波数をカットオフ周波数として設定されたローパスフィルタが、前記受信装置における前記一対の信号の入力部にそれぞれ設けられている、
   ガスエンジン駆動式空気調和装置の通信システム。

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