WO2014118901A1 - 回転体、固定体間の電波を用いた通信装置 - Google Patents

回転体、固定体間の電波を用いた通信装置 Download PDF

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    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
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    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices

Definitions

  • the offshore wind turbine has a problem that the maintenance cost increases compared to the onshore wind turbine.
  • AC excitation generators which are often used as wind power generators, supply power to the rotor through brushes, which causes brush wear and electrical corrosion, increasing the frequency of maintenance and increasing costs.
  • Spur which is often used as wind power generators, supply power to the rotor through brushes, which causes brush wear and electrical corrosion, increasing the frequency of maintenance and increasing costs.
  • Patent Document 2 discloses a wireless communication technology for a rotating body.
  • a plurality of antennas are arranged on at least one of the rotating body and the fixed body with at least a substantially regular distribution in a direction along the periphery of the rotation.
  • the plurality of antennas are connected in parallel to the transmission device or the reception device.
  • the optical communication used as a non-contact communication means with the power converter has a narrow signal communication area because the signal linearity is strong. Therefore, in order to perform continuous communication stably even during rotation, it is necessary to expand the communicable area using a large number of optical elements. The larger the generator, the more prominent this tendency is, and a larger number of optical elements are required.
  • the temperature inside the generator will be high, in general, the lifetime of optical elements is significantly deteriorated due to high-temperature operation, and as a result, the frequency of maintenance may increase.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can perform continuous communication stably in a complex multipath environment due to multiple reflections in a conductor housing even during rotation.
  • An object of the present invention is to provide a rotating body communication device capable of N-to-N communication and bidirectional communication.
  • FIG. FIG. 4 is a perspective view of the fixed body 1 according to the first embodiment when viewed from the length direction of the rotating shaft 3. It is the figure which developed the circular curved surface which concerns on Example 1 and which has the circumference X and the distance Da between antennas in height.
  • 6 is a flowchart for explaining phase angle control processing of signals exchanged between a stationary body communication device and a rotating body communication device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a combination of phase shift amounts according to the first embodiment.
  • 7 is a modification of the transceiver 8 according to the first embodiment. It is a figure which shows the modification of the rotary body communication apparatus 200 which concerns on Example 1.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining phase angle control processing of signals exchanged between a stationary body communication device and a rotating body communication device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a phase shift amount according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of the fixed body 1 according to the fifth embodiment when viewed from the length direction of the rotating shaft 3.
  • FIG. 19 is a simplified diagram illustrating only the antenna radiating unit of FIG. 18 according to the fifth embodiment.
  • the rotating body communication device 200 is used for bidirectional wireless communication between the power converter 17 attached to the rotating body 2 and the controller 16 attached to the fixed body 1.
  • the controller 16 controls the power devices 18a to 18d constituting the power converter 17.
  • the storage unit 11 stores tables and mathematical formulas for setting the phase angle of signals exchanged between the stationary body communication device and the rotating body communication device.
  • the transceiver 8 of the fixed body communication device 6 up-converts the input control signal from the controller 16 and converts it into a high-frequency control signal.
  • the input high-frequency sensing signal is reconverted into a sensing signal, and each piece of information indicating the operating state of the power devices 18a to 18d is sent to the controller 16 and used to generate a control signal.
  • the data is sent to the storage unit 11 and the table is updated as necessary. Rotation is a repetitive motion and requires less table acquisition.
  • the high-frequency control signal and the high-frequency sensing signal here use, for example, the 2.4 GHz band to increase the tolerance of communication quality against inverter switching noise having a frequency range up to about 500 MHz and magnetic field noise from the motor. Can do.
  • a high-frequency signal between the fixed body antennas 4a to 4d and the rotating body antennas 5a to 5d is composed of a fixed body 1, a rotating body 2, and a rotating shaft 3 made of a conductor. Since an environment is formed, it is very difficult to transmit stably, and signal strength fluctuates during rotation.
  • phase angle of the signal radiated from the plurality of antennas is changed as described above, the strength of the signal intensity is controlled, and stable continuous communication can be performed even during rotation.
  • creeping discharge is an important design item because it occurs at a shorter electrode distance and lower applied voltage than space discharge. This creeping discharge can be reduced by covering the fixed antennas 5a to 5d with a dielectric material.
  • the candidate for the dielectric material is a solder resist material or a silicon-based coating material.
  • a solder resist material or a silicon-based coating material.
  • four fixed antennas and four rotating antennas are used has been described, but the effect can be obtained with two or more fixed antennas and one or more rotating antennas.
  • FIG. 2 is a perspective view of the fixed body 1 viewed from the length direction of the rotating shaft 3.
  • FIG. 3 is a developed view of the curved surface of a cylinder having the circumference X and the distance Da between the antennas at the height.
  • the fixed body antennas 4a to 4d respectively have radiation regions 44a to 44d having a beam half width ⁇ .
  • each radiation area is set to contact, it can be seen that even if the rotating body antenna 5a moves in the X direction, it always falls within the radiation areas 44a to 44d, and direct waves are covered.
  • the distance r can be reduced to such an extent that the antenna characteristics do not deteriorate significantly due to the influence of the conductor of the rotating shaft 3.
  • the interval p between the antennas for the fixed body is 1 ⁇ 2 wavelength or more, the correlation between signals between the antennas is reduced, and the effect of phase angle control is increased.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a combination of phase shift amounts.
  • the phase angle control unit 10 acquires the rotation angle ⁇ from the tachometer 15 (S101).
  • the received signal strength detectors 14a to 14d detect the signal strength S of the high frequency control signal (S105).
  • the detected signal strength information is converted into a high-frequency signal from the transmitters / receivers 13a to 13d as sensing signals together with information indicating the operation states of the power devices 18a to 18d, and the rotating antennas 5a to 5d and the fixed body.
  • the signal is input to the transmitter / receiver 8 through the antennas 4a to 4d and the signal combiner / distributor 9.
  • the phase angle control unit 10 changes the phase shift amount ⁇ of the phase angle adjustment units 12a to 12d (S109), and transmits the high frequency control signal again (S103).
  • the threshold value is larger than the noise intensity in the rotator communication apparatus, and is determined by the communication quality required for the rotator communication apparatus 200.
  • a large margin from the noise intensity in the rotator communication apparatus is set.
  • the value of ⁇ ak may be set to a value other than zero, and may be an arbitrary value in the range of 0 degrees to 360 degrees.
  • the phase shift amount ⁇ used at that time is updated as a table ⁇ ( ⁇ ) of the phase shift amount in the storage unit 11 (S110), and the rotation angle is acquired. Return to the flow of (S101).
  • the series of flows is completed when a predetermined time, a predetermined number of rotations, and a predetermined number of times are completed, or when a higher-level system command is issued.
  • a signal strength can be increased by providing a means for measuring the amount of delay until the signal from the fixed-side communication device is detected by the rotation-side signal intensity detector. Stability is obtained.
  • the rotation angle at the time of signal intensity detection is effective to calculate the rotation angle at the time of signal intensity detection from the delay amount, the rotation angle, and the rotation speed and adjust the phase angle of the signal based on this, or record it in the storage unit.
  • the combination of the phase shift amounts in FIG. 5 is an example, and it is more likely that the signal intensity can be improved by using a combination of the phase shift amounts in a wider angle range in smaller steps.
  • phase shift amounts if there are few combinations of phase shift amounts, the time required for a series of flows can be reduced. In this way, selection can be made according to system requirements such as real-time performance and communication quality.
  • the propagation characteristics of the high-frequency control signals sent from the fixed-body antennas 4a to 4d to the rotating-body antennas 5a to 5d and the high-frequency sensing signals sent from the rotating-body antennas 5a to 5d to the fixed-body antennas 4a to 4d are exactly the same due to the antenna reversibility theorem. Therefore, if the transceivers 8 and 13a to 13d have the same performance, the received signal strength detection unit includes the fixed body communication device 6 and the rotating body communication device. It may be arranged on either one of 7a to 7d.
  • the reception signal strength detection units 14a to 14d are arranged in the rotator communication devices 7a to 7d because the communication quality of the control signal has the highest priority.
  • the transceiver 8 is also provided with a function of observing the received signal strength, and the signal strength and the received signal strength detectors 14a to 14d Determining whether both signal intensities are equal to or greater than the threshold value in S108 of FIG. 4 is effective for improving the accuracy of phase angle control.
  • FIG. 6 shows a modification of the transmitter / receiver 8 on the fixed body side in the present embodiment.
  • the fixed body transceiver 45 includes transmission / reception units 46 a to 46 d and a signal synthesis / distribution unit 47.
  • connection between the transmission / reception units 46a to 46d, the controller 16, and the phase angle control unit 10 is omitted.
  • An individual control signal for each power device is input from the controller 16 to the transmission / reception units 46a to 46d.
  • the transmission / reception units 46a to 46d up-convert these control signals and convert them into high-frequency control signals. As described above, these high-frequency control signals are configured with different carrier frequencies.
  • the converted high frequency control signals are once combined by the signal combiner / distributor 47 and distributed again by the signal distributor / combiner 9.
  • the output of the signal distribution synthesizer 9 is generated by mixing a plurality of high frequency control signals.
  • the transceiver 8 can be made into a simple structure.
  • the antennas are arranged on the planar portions of the cylindrical rotating body and the fixed body, but the antennas can be attached to the curved surface of the cylinder as shown in FIG.
  • the fixed body antennas 48a to 48d are arranged at equal angular intervals on the curved surface portion of the fixed body 1, and the rotary body antennas 49a to 49d are arranged at equal angular intervals on the curved surface portion of the rotating shaft 3.
  • the antenna can be arranged in a space-saving manner, and is a means that can solve the problem of arrangement space and heat dissipation of parts such as a motor in the stationary body.
  • the polarization direction of each antenna is not limited, and linear polarization or circular polarization may be used.
  • FIG. 8 is a diagram showing the planar propagation medium 100 used for the rotator communication apparatus 200.
  • the planar propagation medium 100 sandwiches the planar dielectric 71 between the planar conductor 70 and the planar mesh conductor 72, enables electromagnetic waves to be transmitted therebetween, and via evanescent waves that ooze out in the vicinity of the planar mesh conductor 72. Enables non-contact electromagnetic energy exchange.
  • the planar mesh conductor 72 spreads in a grid pattern, and the amount of electromagnetic waves oozing out to the outside can be controlled by the mesh pitch.
  • An electromagnetic wave that exudes to the outside called an evanescent wave attenuates exponentially with respect to the propagation distance.
  • the distance at which the amplitude attenuates to 1 / e is about 1 cm (e: base of natural logarithm). Therefore, electromagnetic waves can be localized only in the vicinity of the planar mesh conductor 72, and unnecessary radiation to the outside can be made extremely small. Further, due to the reversible principle of the radiating element, it is hardly affected by interference waves from the outside.
  • the planar dielectric 71 is preferably made of a material having a low dielectric constant and a low dielectric loss tangent in consideration of propagation efficiency.
  • the end surface of the planar propagation medium 100 has an open structure, but it is desirable that the end surface be covered with a radio wave absorber and be terminated.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a modification of the rotator communication apparatus 200 using the planar propagation medium 100.
  • the planar propagation medium 73 for the fixed body is disposed on the curved surface portion of the stationary body 1, and the planar propagation media 74a to 74d for the rotating body are disposed on the curved surface portion of the rotational body 2 at equal angular intervals.
  • signals can be exchanged via the evanescent wave between the stationary-body planar propagation medium 73 and the rotating-body planar propagation media 74a to 74d, and unnecessary radiation to the outside can be made extremely small. .
  • planar propagation medium 73 for the fixed body and the planar propagation media 74a to 74d for the rotating body only need to face each other, the same effect can be obtained even when mounted on the planar portion of the stationary body 1 or the rotational body 2.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a wind power generation system 201 using the rotator communication apparatus 200 according to the present embodiment.
  • a main generator 21 composed of a rotor 22 and a stator 23 is connected to an auxiliary generator 24 composed of a rotor 25 and a stator 26 via a power converter 17.
  • the electric power of the system 29 is energized to the stator 26 of the auxiliary generator 24, and the electric power is supplied to the rotor 25 by the principle of the synchronous generator.
  • the power converter 17 supplies the power converted in voltage and frequency to the rotor 22 of the main generator 21 to perform a power generation operation.
  • the wind energy received by the blade 27 is converted into electric energy by the wind power generation system 201 and can be transmitted to the grid 29.
  • the power converter 17 since the power converter 17 is attached to the rotors 22 and 25, the power converter 17 rotates as the rotor rotates. Since the power converter 17 needs to be controlled in accordance with the rotation of the blade 27, the control signal is received brushlessly by the rotating body communication device 200.
  • control signals are generated from various sensing information on the rotor side, control signals and sensing information are exchanged in both directions.
  • a circuit breaker may be provided in parallel with the power converter 17. Thereby, the power converter 17 can be protected from excessive electric power applied at the time of a system failure. Further, this embodiment can be applied to a system to which a speed increaser is added.
  • the rotator communication apparatus 200 is used for wireless communication between the rotator and the stationary body, and is stable even in a complex multipath environment due to multiple reflections in the conductor housing and during rotation. Thus, continuous communication can be performed, and one-to-N communication and bidirectional communication can be realized.
  • the first embodiment to the wind power generation system, it is possible to realize a wind power generation system that does not use a brush that can improve power generation efficiency while facilitating maintenance.
  • the rotary body communication device 200 can transmit a high-frequency signal, the communication quality is resistant to the switching noise of an inverter having a frequency region up to about 500 MHz and the magnetic field noise from the motor. Can be bigger.
  • the antenna to be used utilizes resonance, it has a band-pass filter characteristic, and the noise resistance can be further enhanced.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the rotator communication apparatus 300.
  • the antenna mounting portion is shown in a perspective view.
  • the rotating body communication device 300 includes a fixed body communication device 6 and fixed body antennas 4a to 4d attached to the fixed body 1, and a rotating body communication device 51 and rotating body antennas 5a to 5d attached to the rotating body 2.
  • the rotating body communication device 51 includes insulating ICs (Integrated Circuits) 54a to 54d, and includes a signal distribution synthesizer 50, a transmitter / receiver 52, and a received signal strength detector 53.
  • the high frequency control signals received by the rotating antennas 5 a to 5 d during rotation are combined by the signal distribution / combining unit 50 of the rotating body communication device 51 and input to the transceiver 52. In the transmitter / receiver 52, it is reconverted into a control signal for each power device.
  • control signals are input to the isolation ICs 54a to 54d and input to the power devices 18a to 18d via the drive circuit.
  • Photocouplers and transformers are used for the insulated ICs, and two are required for each power device for bidirectional communication depending on the configuration of the peripheral circuit.
  • the signal strength S of the signal input to the transmitter / receiver 52 is detected by the received signal strength detector 53.
  • the detected signal intensity information is converted into a high-frequency signal from the transmitter / receiver 52 as a sensing signal together with each information indicating the operation state of the power devices 18a to 18d, and distributed by the signal distribution synthesizer 50. Sent to the antennas 5a to 5d.
  • non-detection information is sent.
  • these high frequency sensing signals have carrier frequencies different from those of the high frequency control signals, they can be separated by the filters in the transceivers 8 and 52 and do not cause interference.
  • phase angle of the signal radiated from a plurality of antennas is changed as described above, the strength of the signal intensity is controlled, and stable continuous communication can be performed even during rotation. Further, since the signal of the rotating body antenna is bundled by the signal distribution synthesizer 50, the phase angle control becomes easy. Insulation between the power devices 18a to 18d is secured by an insulation IC, but it is necessary to consider creeping discharge, and the distance between the power devices 18a to 18d must be more than the minimum creepage distance determined by safety standards (eg JISC1010-1). desirable.
  • four fixed antennas and four rotator antennas are used.
  • two or more fixed antennas and two or more rotary antennas can provide an effect.
  • the rotator communication apparatus 300 is used for wireless communication between the rotator and the fixed body, and is stable even in a complex multipath environment due to multiple reflections in the conductor housing and during rotation. Thus, continuous communication can be performed, and one-to-N communication and bidirectional communication can be realized.
  • the number of rotor communication devices can be minimized, and the size and cost can be reduced.
  • the signal of the rotating body antenna is bundled by the signal distribution synthesizer, so that the phase angle control becomes easy.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the rotator communication apparatus 400.
  • the rotating body communication device 400 includes a fixed body communication device 56 and fixed body antennas 4a to 4d attached to the fixed body 1, and a rotating body communication device 57 and rotating body antennas 5a to 5d attached to the rotating body 2. Insulating ICs 54a to 54d.
  • the fixed body communication device 56 includes a transmitter / receiver 64 and a signal synthesis / distributor 9.
  • the rotator communication device 57 includes a phase angle control unit 58, a storage unit 59, phase angle adjustment units 60a to 60d, a signal synthesis distributor 61, a transmitter / receiver 62, and a received signal strength detection unit 63.
  • the storage unit 59 stores tables and mathematical formulas for setting the phase of signals exchanged between the stationary body communication device and the rotating body communication device.
  • the transmitter / receiver 64 of the fixed body communication device 56 up-converts the input control signal from the controller 16 and converts it into a high-frequency control signal. Since the control signal to each power device is unique, it is carried as a high frequency control signal having a different carrier frequency.
  • the converted high frequency control signals are distributed by the signal synthesizer / distributor 9 and input to the fixed antennas 4a to 4d.
  • the high frequency control signals radiated from the fixed antennas 4a to 4d are received by the rotating antennas 5a to 5d that are rotating.
  • the received high-frequency control signals are each subjected to a predetermined amount of phase shift by the phase angle adjustment units 60a to 60d, and are synthesized by the signal synthesis distributor 61.
  • the phase shift amount ⁇ in the phase angle adjustment units 60a to 60d is controlled by the phase angle control unit 58.
  • phase shift amount ⁇ is set in correspondence with the current rotation angle ⁇ measured by the tachometer 15 in the rotation angle ⁇ and phase shift amount table ⁇ ( ⁇ ) recorded in the storage unit 59.
  • the synthesized high-frequency control signal is input to the transmitter / receiver 62, re-converted into a control signal, and input to the power devices 18a to 18d via the isolation ICs 54a to 54d and the drive circuit.
  • the signal strength S of the signal input to the transmitter / receiver 62 is detected by the received signal strength detector 63.
  • the detected signal strength information is sent to the phase angle control unit 58 and the storage unit 59, and the table is updated as necessary.
  • the sensing signals of the power devices 18a to 18d are converted into high frequency signals by the transmitter / receiver 62, distributed by the signal synthesizer / distributor 61, and subjected to a predetermined amount of phase shift by the phase angle adjusters 60a to 60d, respectively. It is sent to the antennas for rotating bodies 5a to 5d.
  • the high-frequency sensing signals radiated from the rotating antennas 5a to 5d are received by the fixed antennas 4a to 4d. These high frequency sensing signals are combined by the signal combiner / distributor 9 and input to the transceiver 64.
  • the input high-frequency sensing signal is reconverted into a sensing signal, and each piece of information indicating the operating state of the power devices 18a to 18d is sent to the controller 16 and used for generating a control signal.
  • the strength of the signal strength can be controlled, and stable continuous communication can be performed even during rotation.
  • four fixed antennas and four rotating antennas are used. However, only one fixed antenna may be used, and in this case, the signal distribution synthesizer 9 is unnecessary. The effect can be obtained with two or more rotating body antennas.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining processing of phase angle control between the stationary body communication device and the rotating body communication device in the present embodiment.
  • the phase angle control unit 58 acquires the rotation angle ⁇ from the tachometer 15 (S201).
  • the transmitter / receiver 62 of the rotator communication device 57 receives the high frequency control signals from the rotator antennas 5a to 5d via the phase angle adjusters 60a to 60d and the signal synthesis / distributor 61 (S204).
  • the received signal strength detector 63 detects the signal strength S of the high frequency control signal (S205).
  • the phase angle control unit 58 changes the phase shift amount ⁇ of the phase angle adjustment units 60a to 60d (S209) and receives the high frequency control signal again (S209). S204).
  • the phase shift amount ⁇ used at that time is updated as the phase shift amount table ⁇ ( ⁇ ) of the storage unit 59 (S210), and the rotation angle acquisition (S201) is performed. Return to flow.
  • the series of flows is completed when a predetermined time, a predetermined number of revolutions, and a predetermined number of times have been completed, or when there is a command from a higher system.
  • the rotator communication apparatus 400 is used for wireless communication between the rotator and the fixed body, and is stable even in a complex multipath environment due to multiple reflections in the conductor housing and during rotation. Thus, continuous communication can be performed, and one-to-N communication and bidirectional communication can be realized.
  • the phase angle adjustment unit, the received signal intensity detection unit, and the tachometer are all arranged on the rotating body side, the phase shift amount, the signal intensity, and the rotation angle are stored in the storage unit without time difference. It can be recorded and more stable communication is possible.
  • the number of fixed antennas can be minimized, and the size and cost can be reduced.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of the rotator communication apparatus 500.
  • the antenna mounting portion is shown in a perspective view.
  • the rotating body communication device 500 includes a fixed body communication device 69 and fixed body antennas 4a to 4d attached to the fixed body 1, a rotating body communication devices 7a to 7d attached to the rotating body 2, and a rotating body antenna 5a. To 5d.
  • the fixed body communication device 69 includes a transmitter / receiver 8, a signal synthesizer / distributor 9, an amplitude control unit 66, a storage unit 68, and phase angle adjustment units 67a to 67d.
  • the storage unit 68 stores tables and mathematical formulas for setting signal amplitudes.
  • the transceiver 8 of the fixed body communication device 69 up-converts the input control signal from the controller 16 and converts it into a high-frequency control signal.
  • the converted high frequency control signals are distributed by the signal synthesizer / distributor 9.
  • These high frequency control signals are subjected to a predetermined amount of amplitude adjustment by the amplitude adjusters 67a to 67d, and input to the fixed antennas 4a to 4d.
  • the amplitude adjustment amount A in the amplitude adjusters 67a to 67d is expressed by Equation 5 and is controlled by the amplitude controller 66.
  • the amplitude A is the rotation angle ⁇ recorded in the storage unit 68 and the current value measured by the tachometer 15 in Equation 6, that is, the amplitude adjustment amount table E ( ⁇ ) expressed below. Is set in correspondence with the rotation angle ⁇ .
  • the amplitude adjusters 67a to 67d may be variable gain amplifiers or high frequency switches.
  • the high frequency control signals radiated from the fixed body antennas 4a to 4d are received by the rotating body antennas 5a to 5d that are rotating.
  • the received high-frequency control signal is input to the transmitters / receivers 13a to 13d of the rotator communication devices 7a to 7d, reconverted into control signals, and input to the power devices 18a to 18d via the drive circuit.
  • the signal strength S of the signals input to the transceivers 7a to 7d is detected by the received signal strength detectors 14a to 14d.
  • the detected signal intensity information is converted into a high-frequency signal from the transmitters / receivers 13a to 13d as a sensing signal together with information indicating the operating state of the power devices 18a to 18d and sent to the rotating body antennas 5a to 5d. .
  • the high-frequency sensing signals radiated from the rotating antennas 5a to 5d are received by the fixed antennas 4a to 4d.
  • the input high-frequency sensing signal is reconverted into a sensing signal, each piece of information indicating the operating state of the power devices 18a to 18d is sent to the controller 16 to be used for generating a control signal, and the signal strength information is stored in the amplitude control unit 66 and the memory.
  • the data is sent to the unit 68, and the table is updated as necessary.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the process of amplitude control between the fixed body communication device and the rotating body communication device.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of combinations of amplitude adjustment amounts.
  • the amplitude adjusting unit 66 acquires the rotation angle ⁇ from the tachometer 15 (S301).
  • the transceiver 8 up-converts the input control signal from the controller 16, converts it into a high-frequency control signal, and transmits it via the signal synthesizer / distributor 9 and the fixed antennas 4a to 4d (S303).
  • the transceivers 13a to 13d of the rotator communication devices 7a to 7d receive the high frequency control signals from the rotator antennas 5a to 5d (S304).
  • the received signal strength detectors 14a to 14d detect the signal strength S of the high frequency control signal (S305).
  • the detected signal strength information is converted into a high-frequency signal from the transmitters / receivers 13a to 13d as sensing signals together with information indicating the operation states of the power devices 18a to 18d, and the rotating antennas 5a to 5d and the fixed body.
  • the signal is input to the transmitter / receiver 8 through the antennas 4a to 4d and the signal combiner / distributor 9.
  • the amplitude controller 66 changes the amplitude adjustment amount A of the amplitude adjusters 67a to 67d (S309), and transmits the high frequency control signal again (S303).
  • the amplitude adjustment amount A used at that time is updated as the amplitude adjustment amount table E ( ⁇ ) in the storage unit 11 (S310), and the rotation angle is acquired. Return to the flow of (S301).
  • the series of flows is completed when a predetermined time, a predetermined number of rotations, and a predetermined number of times are completed, or when a higher-level system command is issued.
  • a signal strength can be increased by providing a means for measuring the amount of delay until the signal from the fixed-side communication device is detected by the rotation-side signal intensity detector. Stability is obtained. Specifically, it is effective to calculate the rotation angle at the time of signal intensity detection from the delay amount, the rotation angle, and the rotation speed, and adjust the signal amplitude based on this, or record it in the storage unit.
  • the combination of amplitude adjustment amounts in FIG. 16 is an example, and it is more likely that the signal strength can be improved by using a combination of amplitude adjustment amounts in a wider range in smaller steps. Conversely, when there are few combinations of amplitude adjustment amounts, the time required for a series of flows can be reduced. In this way, selection can be made according to system requirements such as real-time performance and communication quality.
  • the rotator communication apparatus 500 is used for wireless communication between the rotator and the fixed body, and is stable even in a complex multipath environment due to multiple reflections in the conductor housing and during rotation. Thus, continuous communication can be performed, and one-to-N communication and bidirectional communication can be realized.
  • the rotator communication apparatus 500 can also be realized with a simple and inexpensive configuration since the amplitude adjustment unit can be configured with a high frequency switch.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of the rotator communication apparatus 600.
  • the rotating body communication device 600 includes a fixed body communication device 56 and fixed body antennas 4a to 4d attached to the fixed body 1, and a rotating body communication devices 65a to 65d attached to the rotating body 2 and a rotating body antenna 5a. To 5d.
  • the fixed body communication device 6 includes a transmitter / receiver 64 and a signal synthesis / distributor 9.
  • the transceiver 64 of the fixed body communication device 6 up-converts the input control signal from the controller 16 and converts it into a high-frequency control signal.
  • the received high-frequency control signals are respectively input to the rotator communication devices 65a to 65d, reconverted into control signals, and input to the power devices 18a to 18d via the drive circuit.
  • the polarization direction 34 is determined by the position of the feed point 33 with respect to the fixed-body antenna radiating element 32.
  • the polarization direction 34 is a direction in which the short side extends. That is, the polarization direction 34 coincides with the radiation direction around the rotation axis. The same applies to the fixed antennas 31b to 31d.
  • FIG. 19 is a simplified diagram showing only the antenna radiating element of FIG. For simplification of description, only one of the rotating body antenna radiating elements 35 is shown on the rotating body side.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of a surface including the rotation axis center line of the rotator communication apparatus 600.
  • the fixed body antennas 4a and 4b are disposed on fixed body spacers 41a and 41b installed on the fixed body.
  • the rotating body antennas 5a and 5b are disposed on the rotating body spacers 42a and 42b installed on the rotating body.
  • power can be supplied even if the number of power receiving interfaces increases.
  • the rotating body communication device 600 converts the radiation from the antenna into a propagation mode of a pseudo cylindrical waveguide formed inside the fixed body with low loss. Passage loss from the fixed antenna to the rotating antenna can be suppressed to a small value.
  • 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.

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Abstract

　基準電位の異なる回路間で電磁エネルギーを伝送させる、高い絶縁信頼性を持つ絶縁伝送媒体を、低損失、小型、低コストに実現することを課題とする。　本発明に係る回転体、固定体間の電波を用いた通信装置は、回転体に設置された少なくとも一つの回転体用通信器と、固定体に設置された一つの固定体用通信器との間で双方向通信を行う回転体、固定体間の電波を用いた通信装置において、　前記固定体用通信器は複数の固定体用アンテナに接続され、前記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、前記固定体用アンテナと前記回転体用アンテナはお互いの放射面が対向するようにそれぞれ前記固定体、前記回転体に配置され、前記回転体用通信器は信号の信号強度を検出する信号強度検出部を備え、前記固定体用通信器は、前記信号強度が所定の値以上となるよう、前記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、前記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、前記信号を分配合成する分配合成部とを備える。

Description

回転体、固定体間の電波を用いた通信装置
　本発明は、回転体と固定体の間で信号を送受する通信器に関するものであり、とくに風力発電システムの回転電機に用いられる通信器に関する。
　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、風力発電は安定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、今後洋上風車の導入量が増加すると予測されている。
　しかし、陸上風車に比べ、洋上風車はメンテナンスコストが増大するという課題がある。特に、風力用発電機として多く用いられている交流励磁発電機では、ブラシを通して回転子に電力を供給しているため、ブラシの摩耗や電食が発生し、メンテナンス頻度が多くなり、コスト増に拍車を掛ける。
　例えば、特許文献１では、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。
　この公報では、交流励磁発電機と同軸に回転励磁機と電力変換器を設け、系統の電力を直流に整流し、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、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電力を供給し、発電運転を行うように構成することが開示されている。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、電力変換器は回転する。この電力変換器は風車の回転に応じた制御が必要となるが、ブラシレスに制御信号を受信するため、光通信による制御信号伝送を用いることが記載されている。
　また、特許文献２では、回転体の無線通信技術が開示されている。回転体もしくは固定体の少なくとも一方に複数のアンテナが回転の周辺に沿う方向に少なくともほぼ規則的な分布で配置される。複数のアンテナは送信装置もしくは受信装置に並列に接続される。
　個々のアンテナの長さは、回転の周辺に沿う方向に重なり合っており、これらのアンテナは、回転軸の半径方向もしくは長手方向に、少なくとも部分的にオフセットされて配置される。送信装置から個々のアンテナへ、遅延素子により位相シフトされた信号が供給され、アンテナで受信された信号が、受信装置によって、遅延素子で位相シフトされて重ね合わせられる。すなわち、回転体側もしくは固定体側の一つのアンテナの指向性にヌル点があっても、もう一方の規則的に配置された複数のアンテナの受信信号の合成により信号強度を向上できることが記載されている。
特開２００２－１３６１９１号公報 特開２００９－２７３１２９号公報
　特許文献１記載の交流励磁発電機において、電力変換器との非接触な通信手段として用いている光通信は信号の直進性が強いため通信可能領域が狭い。したがって、回転時にも安定的に連続通信を行うには多数の光素子を用いて通信可能領域を拡大する必要がある。大型の発電機ほどこの傾向は顕著になり、より多数の光素子が必要となる。また、発電機内は高温になることも想定されるが、一般的に、光素子は高温動作により寿命が著しく劣化するため、結果的にメンテナンス頻度を増加させてしまう要因となりうる。
　特許文献２記載の回転体無線通信技術は、電波を用いるため、上述のような通信可能領域が狭いことや、短寿命の課題を改善するものである。さらに、遅延素子を用いた信号合成によりアンテナのヌル点をリカバーできる。
　しかし、本技術は、遅延素子による位相シフト量を制御する手段を持たないため、導体から成る筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下への対応が困難である。
　特に、使用する電波の波長に対して導体筐体が大きい場合、より複雑なマルチパス環境となり、回転中にも信号強度の変動を生じさせる。また、本技術は１対１の通信について記載されているが、上述の電力変換器には１対Ｎの通信が必要である。
　上述の電力変換器はＮ個の高電圧パワーデバイスから構成されており、これらのパワーデバイスは各々のタイミングでオンオフする。したがって、各パワーデバイス間では絶縁が不可欠であるため、1対Ｎの通信が求められる。さらに、ブラシレスの交流励磁発電機では、回転子側の様々なセンシング情報から制御信号が生成されるため、制御信号とセンシング情報を双方向通信によりやりとりすることも上述と併せて必要とされる。
　本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、導体筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下においても、回転時にも安定的に連続通信を行うことができ、１対Ｎ通信や双方向通信が可能な回転体通信装置を提供することを目的とする。
　本発明の代表的なものの一例を示せば、次のとおりである。
　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を備え、
　前記回転体に設置された少なくとも一つの回転体用通信器と、
　前記固定体に設置された一つの固定体用通信器との間で、電波を利用して、前記固定体用通信器から前記回転体用通信器に下り信号を伝送させ、
　前記回転体用通信器から前記固定体用通信器に上り信号を伝送させて、双方向通信を行う回転体通信装置において、
　前記固定体用通信器は複数の固定体用アンテナに接続され、前記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、
　前記固定体用アンテナと前記回転体用アンテナはお互いの放射面が対向するようにそれぞれ前記固定体、前記回転体に配置され、
　前記回転体用通信器は前記下り信号の信号強度を検出する信号強度検出部を備え、前記固定体用通信器は、前記信号強度が所定の値以上となるよう、前記下り信号および前記上り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、
　前記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、前記下り信号を前記位相角調整部に分配し、前記上り信号を合成し前記固定体用通信器に出力する分配合成部とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、導体筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下においても、回転時にも安定的に連続通信を行うことができ、１対Ｎ通信や双方向通信が可能な回転体通信装置を提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
実施例１に係る回転体通信装置２００の構成を示すブロック図である。 実施例１に係り、回転軸３の長さ方向から固定体１を見た透視図である。 実施例１に係り、円周Ｘと、アンテナ間距離Ｄａを高さに持つ円柱の曲面を展開した図である。 実施例１に係り、固定体用通信器と回転体用通信器間でやりとりされる信号の位相角制御の処理を説明するフローチャートである。 実施例１に係り、位相シフト量の組合せの一例を示す図である。 実施例１に係る送受信器８の変形例である。 実施例１に係る回転体通信装置２００の変形例を示す図である。 実施例１に係るアンテナに用いる面状伝搬媒体１００を示す図である。 実施例１に係り、面状伝搬媒体１００を用いた回転体通信装置２００の変形例を示す図である。 実施例１に係る回転体通信装置２００を用いた風力発電システム２０１の構成図である。 実施例２に係る回転体通信装置３００の構成を示すブロック図である。 実施例３に係る回転体通信装置４００の構成を示すブロック図である。 実施例３に係り、固定体用通信器と回転体用通信器間でやりとりされる信号の位相角制御の処理を説明するフローチャートである。 実施例４に係る回転体通信装置５００の構成を示すブロック図である。 実施例４に係り、固定体用通信器と回転体用通信器間でやりとりされる信号の位相角制御の処理を説明するフローチャートである。 実施例４に係り、位相シフト量の一例を示す図である。 実施例５に係る回転体通信装置６００の構成を示すブロック図である。 実施例５に係り、回転軸３の長さ方向から固定体１を見た透視図である。 実施例５に係り、図１８のアンテナ放射部のみを記載した簡略図である。 実施例５に係る回転体通信装置６００の回転軸中心線を含む面での断面図である。 実施例５に係る回転体通信装置６００の計算結果である。 実施例５に係り、回転体用通信器への電力供給手段の一例である。
　以下の実施例において、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例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、以下の実施例において、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、以下の実施例において、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。同様に、以下の実施例において、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、以下の実施例において、「導体」と言うときは、電磁波の伝搬に用いる電磁波周波数帯において導電体であるものを指し、「誘電体」と言うときは、電磁波の伝搬に用いる電磁波周波数帯において誘電体であるものを指す。
　従って、例えば直流電流に対して導体であるか半導体であるか誘電体であるか等によって、直接的には何ら制約されるものではない。また、導体と誘電体とは、電磁波との関係においてその特性により定義されるものであって、固定であるか液体であるか気体であるか等の態様または構成材料を制限するものではない。
　また、以下の実施例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。以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
　以下、本発明の実施例１に係る回転体通信装置を図１～図７を用いて説明する。
　図１は回転体通信装置２００の構成を示すブロック図である。
　アンテナの配置についての理解を容易にするため、アンテナ実装部分に関しては透視図で示している。回転体通信装置２００は、回転体２に取り付けられた電力変換器１７と、固定体１に取り付けられたコントローラ１６との間の双方向の無線通信に用いられる。コントローラ１６は、電力変換器１７を構成するパワーデバイス１８ａ～１８ｄを制御する。
　なお、図示していないが、パワーデバイス１８ａ～１８ｄにはドライバ回路も含まれる。
　円柱形状をした回転体２は、中空円筒形状をした固定体１内に回転軸３に支えられて、回転軸３を中心にモータ（図示せず）によって回転される。
　回転体通信装置２００は、固定体１に取り付けられた固定体用通信器６と固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、回転体２に取り付けられた回転体用通信器７ａ～７ｄと回転体用アンテナ５ａ～５ｄ、モニタ部５５で構成されている。
　固定体１、回転体２、回転軸３は導体で構成されている。
　固定体用通信器６は、送受信器８、信号合成分配器９、位相角制御部１０、記憶部１１、位相角調整部１２ａ～１２ｄを有する。
　記憶部１１には、固定体用通信器と回転体用通信器間でやりとりされる信号の位相角を設定するためのテーブルや数式が格納されている。
　回転体用通信器７ａ～７ｄはそれぞれ送受信器１３ａ～１３ｄ、受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄを有する。
　固定体用通信器６の送受信器８は、入力されたコントローラ１６からの制御信号をアップコンバートし、高周波制御信号に変換する。
　各パワーデバイスへの制御信号はそれぞれ固有であるため、異なるキャリア周波数の高周波制御信号として搬送する。
　変換された複数の高周波制御信号は、信号合成分配器９にて分配される。ここで分配された高周波制御信号はそれぞれ、複数のキャリア周波数を有している状態である。
　これらの高周波制御信号は位相角調整部１２ａ～１２ｄにて、それぞれ所定量の位相シフトを受け、固定体用アンテナ４ａ～４ｄに入力される。位相角調整部１２ａ～１２ｄでの位相シフト量Φは数１および数２で表され、位相角制御部１０にて制御される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで位相シフト量Φは、記憶部１１に記録されている回転角αと以下で表される位相シフト量のテーブルΨ（α）にて、回転計１５で計測された現在の回転角αに対応させて設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　固定体用アンテナ４ａ～４ｄから放射された高周波制御信号は、回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄで受信される。受信された高周波制御信号は回転体用通信器７ａ～７ｄの送受信器１３ａ～１３ｄにそれぞれ入力され、制御信号に再変換されて、ドライブ回路を介してパワーデバイス１８ａ～１８ｄに入力される。
　ここで、送受信器７ａ～７ｄに入力された信号は受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄにおいて、以下に示す数３の信号強度Ｓを検出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　検出された信号強度情報は、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報と併せてセンシング信号として、送受信器１３ａ～１３ｄから高周波信号に変換されて回転体用アンテナ５ａ～５ｄに送られる。
　なお、受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄで信号強度Ｓが検出されなかった場合は、不検出を示す情報が送られる。
　また、これらの高周波センシング信号は、前述した高周波制御信号とはキャリア周波数が異なるため、送受信器８および１３ａ～１３ｄ内のフィルタにて分離可能であり混信することは無い。
　回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄから放射された高周波センシング信号は、固定体用アンテナ４ａ～４ｄで受信される。これらの高周波センシング信号は位相角調整部１２ａ～１２ｄにて、前述と同量の位相シフトを受け、信号合成分配器９にて合成され、送受信器８に入力される。
　入力された高周波センシング信号はセンシング信号に再変換され、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報はコントローラ１６に送られ制御信号生成に用いられ、信号強度情報は位相角制御部１０および記憶部１１に送られ、必要に応じてテーブルが更新される。回転は反復運動であり、テーブルの取得は少なくて済む。
　例えば、回転体通信装置の起動時に所定時間、所定回転数もしくは所定回数だけテーブルを取得し、その後は記録された情報に基づき信号の位相角を調整すればよい。
　もしくは、風力発電システムなどの上位システムからの指令をトリガにしたり、一定周期毎にテーブルを取得してもよい。
　システム起動時に、パワーデバイスを切り離した状態でテーブル取得することも有効である。ここでの高周波制御信号および高周波センシング信号は、例えば２．４ＧＨｚ帯を利用することで、５００ＭＨｚ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に対する通信品質の耐性を大きくすることができる。
　さらに、用いるアンテナは共振を利用しているためバンドパスフィルタの特性を持ち、上記ノイズ耐性はさらに高めることができる。
　また、位相角制御部１０にはモニタ部５５が接続されており、回転角や位相シフト量、受信信号強度の情報を作業者が目視で確認することができる。
　なお、ここでは信号多重化方式として、周波数分割多重を用いて説明したが、時間分割多重、符号分割多重の可能性を否定するものではない。さらに、信号変調方式については、リアルタイム性が重視されるため、ＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調や、ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調等のアナログ変調が有効であり、その中でもノイズ耐性の高いＦＭ変調が望ましい。また、制御信号とセンシング信号では求められるデータレート、通信遅延が異なるため、双方向で異なる変調方式を用いてもよい。　固定体用アンテナ４ａ～４ｄと回転体用アンテナ５ａ～５ｄは回転軸３を中心に同心円状に、それぞれに対して対向して配置されている。
　固定体用アンテナ４ａ～４ｄと回転体用アンテナ５ａ～５ｄの間の高周波信号は、固定体１、回転体２、回転軸３が導体で成り、固定体１内に多重反射による複雑なマルチパス環境が形成されるため、安定して伝送させることが非常に難しく、回転中にも信号強度の変動が生じる。
　特に、使用する電波の波長に対して導体筐体が大きい場合、マルチパス環境はより複雑になる。例えば、回転体用アンテナ５ａが受ける信号は、固定体用アンテナ４ａ～４ｄの出力された信号の直接波と反射波（１回反射、２回反射、・・・）の合成になり、各アンテナの位置関係や導体までの距離等により、信号強度の強弱が生じ、弱ければ通信品質が劣化する。
　しかし、上述のように複数アンテナから放射される信号の位相角を変化させれば、信号強度の強弱がコントロールされ、回転時にも安定的に連続通信を行うことが可能になる。
　また、パワーデバイス１８ａ～１８ｄは高電圧動作し、各々のタイミングでオンオフする。
　したがって、各パワーデバイス間で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している。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。
　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る。この沿面放電は、固定体用アンテナ５ａ～５ｄを誘電体材料により被覆することで軽減も可能である。
　この誘電体材料としては、ソルダーレジスト材、シリコン系コーティング材が候補として挙げられる。なお、ここでは、固定体用アンテナ、回転体用アンテナそれぞれ４個ずつ用いた例を説明したが、固定体用アンテナは２個以上、回転体用アンテナは１個以上で効果が得られる。
　図２は、回転軸３の長さ方向から固定体１を見た透視図である。
　説明の簡素化のため、回転体用アンテナ５ａの一つのみ図示している。
　また、固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、回転体用アンテナ５ａは回転軸３の中心からの距離ｒを半径として同心円配置されている。アンテナには、遠心加重軽減のため、プリント基板で構成されるパッチアンテナ等の平面アンテナを用いている。
　図３は、この円周Ｘと、アンテナ間距離Ｄａを高さに持つ円柱の曲面を展開した図である。固定体用アンテナ４ａ～４ｄはそれぞれビーム半値幅θの放射領域４４ａ～４４ｄを有している。
　各放射領域を接するように設定しているので、回転体用アンテナ５ａがＸ方向に移動しても常に放射領域４４ａ～４４ｄ内に収まり、直接波に関してはカバーされることが分かる。
　固定体用アンテナによって全円周をカバーするには、数４で表されるＮ個の固定体用アンテナがあればよい。
　なお、遠心加重軽減のため、回転軸３の導体の影響によりアンテナ特性が著しく劣化しない程度に距離ｒを小さくできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、固定体用アンテナ同士の間隔ｐは１／２波長以上離れていると、アンテナ間の信号の相関性が小さくなり、位相角制御の効果が大きくなる。
　ここでは、パッチアンテナを例に挙げて説明したが、信号強度向上のためビームを集光させるレンズアンテナや、実装面積を削減できるロッドアンテナ、漏れ波を用いる漏洩同軸等も利用可能である。
　図４、図５を用いて、本実施例における固定体用通信器と回転体用通信器間の位相角制御の処理について説明する。
　図４は、固定体用通信器と回転体用通信器間の位相角制御の処理を説明するフローチャートである。
　図５は、位相シフト量の組合せの一例を示す図である。
　固定体用通信器６において、位相角制御部１０は回転計１５から回転角αを取得する（Ｓ１０１）。
　位相角制御部１０は取得した回転角情報に対応した位相シフト量Ψ（α）を記憶部１１より読み取り、位相シフト量Φ＝Ψ（α）となるように位相角調整部１２ａ～１２ｄを制御する（Ｓ１０２）。
　初期状態では、全回転角の位相シフト量のテーブルは図５におけるｋ＝１が記憶されている。
　つまり、各位相角調整部において位相角調整を行わない。送受信器８は、入力されたコントローラ１６からの制御信号をアップコンバートし、高周波制御信号に変換し、信号合成分配器９、固定体用アンテナ４ａ～４ｄを介して送信する（Ｓ１０３）。
　回転体用通信器７ａ～７ｄの送受信器１３ａ～１３ｄは、回転体用アンテナ５ａ～５ｄからの高周波制御信号を受信する（Ｓ１０４）。
　受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄは、高周波制御信号の信号強度Ｓを検出する（Ｓ１０５）。検出された信号強度情報は、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報と併せてセンシング信号として、送受信器１３ａ～１３ｄから高周波信号に変換されて回転体用アンテナ５ａ～５ｄ、固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、信号合成分配器９を介して送受信器８に入力される。
　このとき、信号強度Ｓが送受信器１３ａ～１３ｄおよび８の最小感度よりも小さく、想定される時間内に信号が受信されなかった場合（Ｓ１０７）、もしくは、信号強度Ｓが閾値以下の場合（Ｓ１０８）、位相角制御部１０が、位相角調整部１２ａ～１２ｄの位相シフト量Φを変更し（Ｓ１０９）、再度、高周波制御信号を送信する（Ｓ１０３）。
　このとき、位相シフト量Φは図５のｋ＝２～１９の中から各位相シフト量の変化量が最小となるように選択される。
　ｋ＝２から昇順に選んでも良いし、ランダムに選んでも構わない。
　ここで閾値は、回転体通信装置内のノイズ強度よりも大きく、回転体通信装置２００に必要とされる通信品質によって決定される。高い通信品質が要求される場合には、回転体通信装置内のノイズ強度からのマージンが大きく設定される。
　また、Ψａｋ＝０で固定としているのは以下の理由による。
　固定体用アンテナ４ａからの高周波制御信号は、固定体内部での多重反射により、回転体用アンテナ５ａに複数の伝搬経路で受信される。つまり直接波と複数の反射波との間で干渉が生じる。この干渉は、Ψａｋを０度～３６０度のいずれの値に設定しても必ず生じる。したがって、Ψａｋ＝０と固定して構わない。
　もちろん、Ψａｋの値は、ゼロ以外の値に設定されてもよく、０度～３６０度の範囲の任意の値であってもよい。
　送受信器８が、所定時間内に閾値以上の信号を受信した場合、そのとき用いた位相シフト量Φを記憶部１１の位相シフト量のテーブルΨ（α）として更新し（Ｓ１１０）、回転角取得（Ｓ１０１）のフローに戻る。
　一連のフローは、前述したように、予め定められている所定時間、所定回転数、所定回数が終了した場合、もしくは上位システムの指令があった場合に完了する。
　また、通信速度に対して回転速度が無視できない場合は、固定側の通信器からの信号が回転側の信号強度検出部で検出されるまでの遅延量の計測手段を設けることで、より信号強度の安定性が得られる。
　具体的には、遅延量と回転角、回転速度から、信号強度検出時の回転角を算出し、これに基づき信号の位相角を調整する、もしくは記憶部に記録することが有効である。
　また、図５の位相シフト量の組合せは一例であり、より小さいステップで、より広い角度範囲の位相シフト量の組合せを用いた方が信号強度向上できる可能性が高くなる。
　逆に、位相シフト量の組合せが少ないと一連のフローの所要時間を小さくできる。このように、リアルタイム性や通信品質等のシステム要求に応じて選択が可能である。
　また、固定体用アンテナ４ａ～４ｄから回転体用アンテナ５ａ～５ｄへ送られる高周波制御信号の伝搬特性と、回転体用アンテナ５ａ～５ｄから固定体用アンテナ４ａ～４ｄへ送られる高周波センシング信号の伝搬特性とは、アンテナの可逆定理により全く同じになるため、送受信器８、１３ａ～１３ｄが同一性能であるとすれば、受信信号強度検出部は固定体用通信器６と回転体用通信器７ａ～７ｄのどちらか片方に配置されれば良い。
　本実施例の回転体通信装置２００では、制御信号の通信品質が最優先されるため、受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄが回転体用通信器７ａ～７ｄ内に配置されることを説明した。実際には伝搬特性、送受信器性能は上述のように理想的ではないため、送受信器８にも受信信号強度を観測する機能を持たせ、その信号強度と受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄでの信号強度の両者が、図４のＳ１０８において閾値以上かどうかを判断することは位相角制御の高精度化につながり有効である。
　図６は、本実施例における固定体側の送受信器８の変形例である。固定体用送受信器４５は送受信部４６ａ～４６ｄと信号合成分配器４７で構成される。
　なお、本図では、送受信部４６ａ～４６ｄとコントローラ１６および位相角制御部１０との結線は省略している。コントローラ１６からは各パワーデバイスの個別の制御信号が送受信部４６ａ～４６ｄに入力される。
　送受信部４６ａ～４６ｄは、これらの制御信号をアップコンバートし、高周波制御信号に変換する。上述したようにこれらの高周波制御信号は、それぞれ異なるキャリア周波数で構成される。変換された複数の高周波制御信号は、信号合成分配器４７にて一旦合成され、信号分配合成器９で再度分配される。
　したがって、信号分配合成器９の出力は、複数の高周波制御信号を混在させて生成される。これにより、送受信器８を簡素な構成とすることができる。
　本実施例では、円柱形状の回転体、固定体の平面部分に各アンテナを配置して説明したが、図７のように円柱の曲面に取り付けることも可能である。固定体用アンテナ４８ａ～４８ｄは固定体１の曲面部分に等角度間隔で配置され、回転体用アンテナ４９ａ～４９ｄは回転軸３の曲面部分に等角度間隔で配置されている。アンテナを省スペースに配置でき、固定体内のモータ等の部品の配置スペースや放熱の問題を解決しうる手段である。
　また、本実施例は、各アンテナの偏波方向は問わず、直線偏波でも円偏波でも構わない。
　直線偏波を用いる場合は、後述する実施例５のように、偏波方向を回転軸を中心とした放射線方向と略一致させて、アンテナを等角度、同心円配置するのが望ましい。
　円偏波の場合は、軸比が劣化しないように、近傍導体の影響を考慮した設計が望ましい。
　図８、図９を用いて、本実施例にかかる回転体通信装置２００の変形例を説明する。
　図８は、回転体通信装置２００に用いる面状伝搬媒体１００を示す図である。
　面状伝搬媒体１００は面状導体７０、面状メッシュ導体７２で面状誘電体７１を挟み、その間で電磁波を伝達可能にするとともに、面状メッシュ導体７２の近傍に滲み出るエバネッセント波を介して、非接触に電磁波エネルギーのやりとりを可能にする。面状メッシュ導体７２は碁盤目状になって広がっており、メッシュのピッチによって、電磁波が外界へ滲み出す量を制御することができる。エバネッセント波と呼ばれる外界へ滲み出す電磁波は、伝搬距離に対して指数関数的に減衰する。
　典型的には、振幅が１／ｅに減衰する距離は１ｃｍ程度である（ｅ：自然対数の底）。従って、面状メッシュ導体７２近傍にのみ電磁波を局在させ、外界への不要放射を極めて小さくできる。また、放射素子の可逆原理により、外界からの妨害波からの影響をほとんど受けない。面状誘電体７１は、伝搬効率を考慮すると低誘電率かつ低誘電正接である材料が望ましい。
　図では面状伝搬媒体１００の端面は開放構造となっているが、端面を電波吸収体で覆い終端とすることが望ましい。
　また、面状伝搬媒体１００は全体の厚みを薄くし、フレキシブル性を持たせることもできる。図９は面状伝搬媒体１００を用いた回転体通信装置２００の変形例を示す図である。固定体用面状伝搬媒体７３は固定体１の曲面部分に配置され、回転体用面状伝搬媒体７４ａ～７４ｄは回転体２の曲面部分に等角度間隔で配置されている。
　この変形例を用いれば、固定体用面状伝搬媒体７３と回転体用面状伝搬媒体７４ａ～７４ｄはエバネッセント波を介して信号のやりとりが可能となり、さらに、外界への不要放射を極めて小さくできる。
　固定体用面状伝搬媒体７３と回転体用面状伝搬媒体７４ａ～７４ｄが対向していればよいので、固定体１や回転体２の平面部分に実装しても同様の効果が得られる。
　図１０は、本実施例にかかる回転体通信装置２００を用いた風力発電システム２０１の構成図である。
　回転子２２と固定子２３から成る主発電機２１が電力変換器１７を介して、回転子２５と固定子２６から成る補助発電機２４に接続されている。
　系統２９の電力が補助発電機２４の固定子２６に通電され、同期発電機の原理により回転子２５に電力が供給される。
　その後、電力変換器１７が、電圧、周波数を変換した電力を主発電機２１の回転子２２に電力を供給し、発電運転を行う。これにより、ブレード２７が受けた風のエネルギーを風力発電システム２０１が電気エネルギーに変換し、系統２９に送電することができる。
　この構成において、電力変換器１７は回転子２２、２５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１７は回転する。この電力変換器１７はブレード２７の回転に応じた制御が必要となるため、回転体通信装置２００によりブラシレスに制御信号を受信している。
　さらに、回転子側の様々なセンシング情報から制御信号が生成されるため、制御信号とセンシング情報を双方向にやりとりしている。
　なお、電力変換器１７と並列に遮断機を設けても良い。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１７を保護できる。また、本実施例は、増速機を付加したシステムへの適用も可能である。
　また、回転体通信装置２００を並列に複数個を設置することや、回転体通信装置２００を構成する固定体用通信器６または回転体用通信器７を並列に複数個を設置することにより、より高信頼な風力発電システムを実現できる。
　以上のように本実施例に係る回転体通信装置２００は、回転体と固定体間の無線通信に用いられ、導体筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下においても、回転時にも安定的に連続通信を行うことができ、１対Ｎ通信や双方向通信が実現できる。
　また、本実施形態１例を風力発電システムに適用することで、メンテナンスを容易にしつつ発電効率向上可能なブラシを用いない風力発電システムを実現できる。
　また、本実施例によれば、回転体通信装置２００は、高周波信号を伝送させることができるので、５００ＭＨｚ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に対する通信品質の耐性を大きくすることができる。
　さらに、用いるアンテナは共振を利用しているためバンドパスフィルタの特性を持ち、上記ノイズ耐性はさらに高めることができる。
　以下、本発明の実施例２に係る回転体通信装置について図１１を用いて説明する。
　図１１は回転体通信装置３００の構成を示すブロック図である。アンテナの配置についての理解を容易にするため、アンテナ実装部分に関しては透視図で示している。
　回転体通信装置３００は、固定体１に取り付けられた固定体用通信器６と固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、回転体２に取り付けられた回転体用通信器５１と回転体用アンテナ５ａ～５ｄ、絶縁ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）５４ａ～５４ｄで構成されている
　回転体用通信器５１は信号分配合成器５０、送受信器５２、受信信号強度検出部５３を有する。回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄで受信された高周波制御信号は回転体用通信器５１の信号分配合成器５０で合成され、送受信器５２に入力される。送受信器５２では、各パワーデバイスの制御信号に再変換される。
　これらの制御信号は絶縁ＩＣ５４ａ～５４ｄに入力され、ドライブ回路を介してパワーデバイス１８ａ～１８ｄに入力される。絶縁ＩＣにはフォトカプラやトランスが用いられ、周辺回路の構成によっては双方向通信用に各パワーデバイス毎に２個ずつ必要となる。
　ここで、送受信器５２に入力された信号は受信信号強度検出部５３にて信号強度Ｓを検出される。検出された信号強度情報は、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報と併せてセンシング信号として、送受信器５２から高周波信号に変換されて、信号分配合成器５０で分配され、回転体用アンテナ５ａ～５ｄに送られる。なお、受信信号強度検出部５３で信号強度が検出されなかった場合は、不検出の情報が送られる。
　また、これらの高周波センシング信号は、高周波制御信号とはキャリア周波数が異なるため、送受信器８、５２内のフィルタにて分離可能であり混信することは無い。
　上述のように複数アンテナから放射される信号の位相角を変化させれば、信号強度の強弱がコントロールされ、回転時にも安定的に連続通信を行うことが可能になる。さらに、回転体用アンテナの信号は信号分配合成器５０で束ねられるので、位相角制御が容易になる。また、パワーデバイス１８ａ～１８ｄ間の絶縁は、絶縁ＩＣが担保しているが、沿面放電に対する考慮は必要で、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とが望ましい。
　なお、ここでは、固定体用アンテナ、回転体用アンテナそれぞれ４個ずつ用いた例を説明したが、固定体用アンテナは２個以上、回転体用アンテナは２個以上で効果が得られる。
　以上のように本実施例２に係る回転体通信装置３００は、回転体と固定体間の無線通信に用いられ、導体筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下においても、回転時にも安定的に連続通信を行うことができ、１対Ｎ通信や双方向通信が実現できる。
　また、本実施例２によれば、回転体用通信器の個数を最小限にすることができ、小型化、低コスト化を図れる。
　また、本実施例２によれば、回転体用アンテナの信号は信号分配合成器により束ねられるので、位相角制御が容易になる。
　以下、本発明の実施例３に係る回転体通信装置について図１２、図１３を用いて説明する。図１２は回転体通信装置４００の構成を示すブロック図である。
　アンテナの配置についての理解を容易にするため、アンテナ実装部分に関しては透視図で示している。回転体通信装置４００は、固定体１に取り付けられた固定体用通信器５６と固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、回転体２に取り付けられた回転体用通信器５７と回転体用アンテナ５ａ～５ｄ、絶縁ＩＣ５４ａ～５４ｄで構成されている。
　固定体用通信器５６は、送受信器６４、信号合成分配器９を有する。回転体用通信器５７は、位相角制御部５８、記憶部５９、位相角調整部６０ａ～６０ｄ、信号合成分配器６１、送受信器６２、受信信号強度検出部６３を有する。
　記憶部５９には、固定体用通信器と回転体用通信器間でやりとりされる信号の位相を設定するためのテーブルや数式が格納されている。
　固定体用通信器５６の送受信器６４は、入力されたコントローラ１６からの制御信号をアップコンバートし、高周波制御信号に変換する。各パワーデバイスへの制御信号はそれぞれ固有であるため、異なるキャリア周波数の高周波制御信号として搬送する。
　変換された複数の高周波制御信号は、信号合成分配器９にて分配され、固定体用アンテナ４ａ～４ｄに入力される。
　固定体用アンテナ４ａ～４ｄから放射された高周波制御信号は、回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄで受信される。
　受信された高周波制御信号は位相角調整部６０ａ～６０ｄにて、それぞれ所定量の位相シフトを受け、信号合成分配器６１にて合成される。位相角調整部６０ａ～６０ｄでの位相シフト量Φは、位相角制御部５８にて制御される。
　ここで位相シフト量Φは、記憶部５９に記録されている回転角αと位相シフト量のテーブルΨ（α）にて、回転計１５で計測された現在の回転角αに対応させて設定される。
　合成された高周波制御信号は、送受信器６２に入力され、制御信号に再変換されて、絶縁ＩＣ５４ａ～５４ｄを経てドライブ回路を介してパワーデバイス１８ａ～１８ｄに入力される。
　ここで、送受信器６２に入力された信号は受信信号強度検出部６３にて信号強度Ｓを検出される。検出された信号強度情報は、位相角制御部５８および記憶部５９に送られ、必要に応じてテーブルが更新される。
　パワーデバイス１８ａ～１８ｄのセンシング信号は、送受信器６２で高周波信号に変換されて、信号合成分配器６１にて分配され、位相角調整部６０ａ～６０ｄにて、それぞれ所定量の位相シフトを受け、回転体用アンテナ５ａ～５ｄに送られる。
　回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄから放射された高周波センシング信号は、固定体用アンテナ４ａ～４ｄで受信される。これらの高周波センシング信号は信号合成分配器９にて合成され、送受信器６４に入力される。
　入力された高周波センシング信号はセンシング信号に再変換され、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報はコントローラ１６に送られ制御信号生成に用いられる。
　上述のように複数アンテナで受信される信号の位相角を変化させれば、信号強度の強弱がコントロールされ、回転時にも安定的に連続通信を行うことが可能になる。なお、ここでは、固定体用アンテナ、回転体用アンテナそれぞれ４個ずつ用いた例を説明したが、固定体用アンテナは１個でも良く、その場合、信号分配合成器９は不要である。また、回転体用アンテナは２個以上で効果が得られる。
　図１３は、本実施例における、固定体用通信器と回転体用通信器間の位相角制御の処理を説明するフローチャートである。
　回転体用通信器５７において、位相角制御部５８は回転計１５から回転角αを取得する（Ｓ２０１）。位相角制御部５８は取得した回転角情報に対応した位相シフト量Ψ（α）を記憶部１１より読み取り、位相シフト量Φ＝Ψ（α）となるように位相角調整部６０ａ～６０ｄを制御する（Ｓ２０２）。
　初期状態では、全回転角の位相シフト量のテーブルは図５におけるｋ＝１が記憶されている。
　つまり、各位相角調整部において位相角調整を行わない。回転体用通信器５７の送受信器６２は、回転体用アンテナ５ａ～５ｄからの高周波制御信号を位相角調整部６０ａ～６０ｄ、信号合成分配器６１を介して受信する（Ｓ２０４）。受信信号強度検出部６３は、高周波制御信号の信号強度Ｓを検出する（Ｓ２０５）。
　検出された信号強度Ｓが閾値以下の場合（Ｓ２０８）、位相角制御部５８が、位相角調整部６０ａ～６０ｄの位相シフト量Φを変更し（Ｓ２０９）、再度、高周波制御信号を受信する（Ｓ２０４）。
　送受信器６２が、閾値以上の信号を受信した場合、そのとき用いた位相シフト量Φを記憶部５９の位相シフト量のテーブルΨ（α）として更新し（Ｓ２１０）、回転角取得（Ｓ２０１）のフローに戻る。
　一連のフローは、予め定められている所定時間、所定回転数、所定回数が終了した場合、もしくは上位システムの指令があった場合に完了する。
　以上のように本実施例３に係る回転体通信装置４００は、回転体と固定体間の無線通信に用いられ、導体筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下においても、回転時にも安定的に連続通信を行うことができ、１対Ｎ通信や双方向通信が実現できる。
　また、本実施例３によれば、位相角調整部と受信信号強度検出部、回転計の全てが回転体側に配置されているので、位相シフト量と信号強度、回転角が時間差無く記憶部に記録でき、より安定的な通信が可能となる。
　また、本実施例３によれば、固定体用アンテナの個数を最小限にすることができ、小型化、低コスト化を図れる。
　以下、本発明の実施例４に係る回転体通信装置を図１４～図１６を用いて説明する。図１４は回転体通信装置５００の構成を示すブロック図である。
　アンテナの配置についての理解を容易にするため、アンテナ実装部分に関しては透視図で示している。
　回転体通信装置５００は、固定体１に取り付けられた固定体用通信器６９と固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、回転体２に取り付けられた回転体用通信器７ａ～７ｄと回転体用アンテナ５ａ～５ｄで構成されている。
　固定体用通信器６９は、送受信器８、信号合成分配器９、振幅制御部６６、記憶部６８、位相角調整部６７ａ～６７ｄを有する。記憶部６８には、信号振幅を設定するためのテーブルや数式が格納されている。
　固定体用通信器６９の送受信器８は、入力されたコントローラ１６からの制御信号をアップコンバートし、高周波制御信号に変換する。変換された複数の高周波制御信号は、信号合成分配器９にて分配される。
　これらの高周波制御信号は振幅調整部６７ａ～６７ｄにて、それぞれ所定量の振幅調整を受け、固定体用アンテナ４ａ～４ｄに入力される。振幅調整部６７ａ～６７ｄでの振幅調整量Ａは数５で表され、振幅制御部６６にて制御される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで振幅量Ａは、記憶部６８に記録されている回転角αと以下で表される、数６、即ち、振幅調整量のテーブルＥ（α）にて、回転計１５で計測された現在の回転角αに対応させて設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　なお、振幅調整部６７ａ～６７ｄは、可変ゲインアンプを適用しても良いし、高周波スイッチでも構わない。固定体用アンテナ４ａ～４ｄから放射された高周波制御信号は、回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄで受信される。受信された高周波制御信号は回転体用通信器７ａ～７ｄの送受信器１３ａ～１３ｄにそれぞれ入力され、制御信号に再変換されて、ドライブ回路を介してパワーデバイス１８ａ～１８ｄに入力される。
　ここで、送受信器７ａ～７ｄに入力された信号は受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄにて信号強度Ｓを検出される。検出された信号強度情報は、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報と併せてセンシング信号として、送受信器１３ａ～１３ｄから高周波信号に変換されて回転体用アンテナ５ａ～５ｄに送られる。
　回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄから放射された高周波センシング信号は、固定体用アンテナ４ａ～４ｄで受信される。
　これらの高周波センシング信号は振幅調整部６７ａ～６７ｄにて、前述と同量の振幅調整を受け、信号合成分配器９にて合成され、送受信器８に入力される。
　入力された高周波センシング信号はセンシング信号に再変換され、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報はコントローラ１６に送られ制御信号生成に用いられ、信号強度情報は振幅制御部６６および記憶部６８に送られ、必要に応じてテーブルが更新される。
　なお、ここでは、固定体用アンテナ、回転体用アンテナそれぞれ４個ずつ用いた例を説明したが、固定体用アンテナは２個以上、回転体用アンテナは１個以上で効果が得られる。
　図１５、図１６を用いて、本実施例における固定体用通信器と回転体用通信器間の振幅制御の処理について説明する。
　図１５は、固定体用通信器と回転体用通信器間の振幅制御の処理を説明するフローチャートである。
　図１６は、振幅調整量の組合せの一例を示す図である。
　固定体用通信器６９において、振幅調整部６６は回転計１５から回転角αを取得する（Ｓ３０１）。位相角制御部６６は取得した回転角情報に対応した振幅調整量Ｅ（α）を記憶部１１より読み取り、振幅調整量Ａ＝Ｅ（α）となるように位相角調整部６７ａ～６７ｄを制御する（Ｓ３０２）。
　初期状態では、全回転角の振幅調整量のテーブルは図１６におけるｋ＝１が記憶されている。つまり、各振幅調整部において振幅調整を行わない。
　送受信器８は、入力されたコントローラ１６からの制御信号をアップコンバートし、高周波制御信号に変換し、信号合成分配器９、固定体用アンテナ４ａ～４ｄを介して送信する（Ｓ３０３）。
　回転体用通信器７ａ～７ｄの送受信器１３ａ～１３ｄは、回転体用アンテナ５ａ～５ｄからの高周波制御信号を受信する（Ｓ３０４）。
　受信信号強度検出部１４ａ～１４ｄは、高周波制御信号の信号強度Ｓを検出する（Ｓ３０５）。検出された信号強度情報は、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報と併せてセンシング信号として、送受信器１３ａ～１３ｄから高周波信号に変換されて回転体用アンテナ５ａ～５ｄ、固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、信号合成分配器９を介して送受信器８に入力される。
　このとき、信号強度Ｓが送受信器１３ａ～１３ｄおよび８の最小感度よりも小さく、想定される時間内に信号が受信されなかった場合（Ｓ３０７）、もしくは、信号強度Ｓが閾値以下の場合（Ｓ３０８）、振幅制御部６６が、振幅調整部６７ａ～６７ｄの振幅調整量Ａを変更し（Ｓ３０９）、再度、高周波制御信号を送信する（Ｓ３０３）。
　このとき振幅調整量Ａは図１６のｋ＝２～１５の中から各振幅量の変化量が最小となるように選択される。
　ｋ＝２から昇順に選んでも良いし、ランダムに選んでも構わない。
　送受信器８が、所定時間内に閾値以上の信号を受信した場合、そのとき用いた振幅調整量Ａを記憶部１１の振幅調整量のテーブルＥ（α）として更新し（Ｓ３１０）、回転角取得（Ｓ３０１）のフローに戻る。
　一連のフローは、前述したように、予め定められている所定時間、所定回転数、所定回数が終了した場合、もしくは上位システムの指令があった場合に完了する。
　また、通信速度に対して回転速度が無視できない場合は、固定側の通信器からの信号が回転側の信号強度検出部で検出されるまでの遅延量の計測手段を設けることで、より信号強度の安定性が得られる。具体的には、遅延量と回転角、回転速度から、信号強度検出時の回転角を算出し、これに基づき信号振幅を調整する、もしくは記憶部に記録することが有効である。
　また、図１６の振幅調整量の組合せは一例であり、より小さいステップで、より広い範囲の振幅調整量の組合せを用いた方が信号強度向上できる可能性が高くなる。逆に、振幅調整量の組合せが少ないと一連のフローの所要時間を小さくできる。このように、リアルタイム性や通信品質等のシステム要求に応じて選択が可能である。
　以上のように本実施例４に係る回転体通信装置５００は、回転体と固定体間の無線通信に用いられ、導体筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下においても、回転時にも安定的に連続通信を行うことができ、１対Ｎ通信や双方向通信が実現できる。
　また、本実施例４によれば、回転体通信装置５００は振幅調整部を高周波スイッチで構成することも可能なので、簡易かつ廉価な構成で実現できる。
　以下、本発明の実施例５に係る回転体通信装置について図１７～図２２を用いて説明する。
　図１７は回転体通信装置６００の構成を示すブロック図である。
　アンテナの配置についての理解を容易にするため、アンテナ実装部分に関しては透視図で示している。回転体通信装置６００は、固定体１に取り付けられた固定体用通信器５６と固定体用アンテナ４ａ～４ｄ、回転体２に取り付けられた回転体用通信器６５ａ～６５ｄと回転体用アンテナ５ａ～５ｄで構成されている。
　固定体用通信器６は、送受信器６４、信号合成分配器９を有する。固定体用通信器６の送受信器６４は、入力されたコントローラ１６からの制御信号をアップコンバートし、高周波制御信号に変換する。
　変換された複数の高周波制御信号は、信号合成分配器９にて分配され、固定体用アンテナ４ａ～４ｄに入力される。固定体用アンテナ４ａ～４ｄから放射された高周波制御信号は、回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄで受信される。
　受信された高周波制御信号は回転体用通信器６５ａ～６５ｄにそれぞれ入力され、制御信号に再変換されて、ドライブ回路を介してパワーデバイス１８ａ～１８ｄに入力される。
　パワーデバイス１８ａ～１８ｄのセンシング信号はそれぞれ、回転体用通信器６５ａ～６５ｄで高周波信号に変換されて、回転体用アンテナ５ａ～５ｄに送られる。
　回転中の回転体用アンテナ５ａ～５ｄから放射された高周波センシング信号は、固定体用アンテナ４ａ～４ｄで受信される。
　これらの高周波センシング信号は信号合成分配器９にて合成され、送受信器６４に入力される。入力された高周波センシング信号はセンシング信号に再変換され、パワーデバイス１８ａ～１８ｄの動作状態等を示す各情報はコントローラ１６に送られ制御信号生成に用いられる。
　図１８は回転軸３の長さ方向から固定体１を見た透視図である。
　固定体用アンテナ３１ａ～３１ｄのみを図示し、同構成で対称配置となる回転体用アンテナは省略している。
　また、固定体用アンテナ３１ａ～３１ｄは回転軸３を中心に同心円配置されている。アンテナには、遠心加重軽減のため、プリント基板で構成されるパッチアンテナを用いている。
　すなわち、固定体用アンテナ３１ａと同サイズの設置導体と誘電体、固定体用アンテナ放射素子３２を重ね合わせて構成される。固定体用アンテナ放射素子３２に対する給電点３３の位置によって偏波方向３４が決定される。
固定体用アンテナ放射素子３２の二つの長辺の中点を結ぶライン上に給電点３３が配置されているとき、偏波方向３４は短辺が伸びる方向となる。つまり、偏波方向３４は、回転軸を中心とした放射線方向と一致する。固定体用アンテナ３１ｂ～３１ｄも同様である。
　固定体１と回転軸３は導体であるため、固定体内部は、擬似的に円筒状の導波管が形成される。この導波管の伝搬モードでは、電界方向が偏波方向３４と同じになる。したがって、固定体アンテナ放射素子３２からの放射が低損失で円筒状の導波管に変換され、固定体アンテナから回転体アンテナまでの通過損失を小さく抑えることができる。
　図１９は、図１８のアンテナ放射素子のみを記載した簡略図である。説明の簡素化のため、回転体側は回転体用アンテナ放射素子３５の一つのみ図示している。
　また、固定体用アンテナ放射素子３２ａ～３２ｄ、回転体用アンテナ放射素子３５は回転軸の中心からの距離ｒを半径として同心円配置されている。回転体用アンテナ放射素子３５は回転角αだけ回転軸を中心に回転している。
　また、回転角αは、固定体用アンテナ放射素子３２ａと回転体用アンテナ放射素子３５の偏波方向の角度差を示している。一般に、この角度差が４５度のときは、０度に比べて信号強度は１／２、９０のときはほぼゼロとなる。なお、回転軸の半径はｒ１、固定体の半径はｒ２としている。
　図２０は回転体通信装置６００の回転軸中心線を含む面での断面図である。固定体用アンテナ４ａ、４ｂは、固定体上に設置された固定体用スペーサ４１ａ、４１ｂ上に配置されている。同様に、回転体用アンテナ５ａ、５ｂは、回転体上に設置された回転体用スペーサ４２ａ、４２ｂ上に配置されている。
　固定体用スペーサ４１ａ、４１ｂ、回転体用スペーサ４２ａ、４２ｂはすべて、厚さＤｃの誘電体で構成されている。
　また、固定体用アンテナ４ａ、４ｂと回転体用アンテナ５ａ、５ｂとは距離Ｄａだけ離れている。
　固定体１が導体であるため、マルチパスにより定在波が励起されることが想定される。したがって、Ｄａは１／２実効波長の整数倍、Ｄｃは１／４実効波長の奇数倍に近づけるように設定することで、固定体用アンテナと回転体用アンテナの位置で定在波の山となり、信号強度を向上させることができる。
　また、固定体１内において定在波が起きない、もしくは複雑化しないように使用する電波の周波数を選択することも有効である。すなわち、使用する周波数を、固定体１内の閉空間の伝搬モードのカットオフ周波数と略同じ、もしくは小さく設定する。
　具体的には、（図１９においてｒ２－ｒ１）が１／２実効波長以下となるように使用周波数を選べばよい。電波が使用される空間は固定体１により略密閉状態にあるので、外部への電波漏れレベル、外部からの干渉レベルは十分小さい。また、固定体１に使用する電波の波長に比べて十分小さいメッシュ状の穴を設けて、発電機等の冷却に用いてもよい。
　図２１に、設計の一例として、上述した回転体通信装置の通過量の回転角特性の計算結果を示す。回転角αは図１９で定義される。全ての通過量には４分配回路の通過量―８ｄＢが含まれている。通過量３７は、固定体用アンテナ放射素子３２ａから回転体用アンテナ放射素子３５への通過量であり、偏波方向が一致するα＝０ｄｅｇに比べて、α＝４５ｄｅｇは－３ｄＢ（約５０％）、αが９０ｄｅｇに近づくにつれて低下していく。
　回転角が変わっても、アンテナ放射領域内であり、距離変動も小さいため、ほぼ上述した傾向となっている。
　通過量３８は、固定体用アンテナ放射素子３２ｂから回転体用アンテナ放射素子３５への通過量であり、全く逆の傾向を示す。通過量３９は、固定体用アンテナ放射素子３２ｃから回転体用アンテナ放射素子３５への通過量である。通過量４０は、固定体用アンテナ放射素子３２ｄから回転体用アンテナ放射素子３５への通過量である。通過量３９、４０は回転軸に遮蔽されるため、全体的に通過量が小さい。
　これらの通過量の合計値が合成通過量３６であるが、回転角αが０から９０ｄｅｇまで変化してもほとんど変化せず、安定した通信ができることを示している。
　なお、計算周波数は２．４ＧＨｚとしている。その他の計算パラメータは以下のとおりである。図１９において、回転軸半径ｒ１＝３０ｍｍ、アンテナ配置半径ｒ＝４９ｍｍ、固定体半径ｒ２＝６７．５ｍｍ、図２０においてアンテナ間距離Ｄａ＝５０ｍｍ、アンテナと導体間距離Ｄｔ＝２０ｍｍとした。
　また、サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍのアンテナを用いて計算している。ここでは、固定体用アンテナ、回転体用アンテナそれぞれ４個ずつ用いた例を説明したが、固定体用アンテナは３個以上、回転体用アンテナは１個以上で効果が得られる。
　図２２は本実施例にかかる回転体用通信器への電力供給手段の一例である。面状伝搬媒体７５は、図８で説明したものと同構成であり、回転体２の曲面に巻きつけるように配置されている。
　回転体用通信器７６ａ～７６ｄは面状伝搬媒体７５の面状メッシュ導体上に絶縁膜（図示せず）をはさんで設置されている。回転体用通信器７６ａ～７６ｄはエバネッセント波を受け取る受電インターフェース７９ａ～７９ｄを有しており、面状伝搬媒体７５と電力をやりとりすることができる。面状伝搬媒体７５の面状メッシュ導体上には、エバネッセント波を送る送電インターフェース７７が設置されており、送電インターフェース７７には送電装置７８が接続されている。
　送電装置７８からはマイクロ波帯の電力が送られる。受電インターフェース７９ａ～７９ｄは面状伝搬媒体７上でありさえすれば、電力が供給されるため、配置の自由度が高い。
　また、受電インターフェース数が増えても電力供給がなされる。
　絶縁膜は受電インターフェース７９ａ～７９ｄと面状伝搬媒体７５の間のインピーダンス整合と、回転体用通信器７６ａ～７６ｄ間の絶縁の役割を果たす。受電インターフェース７９ａは、多層プリント基板上で構成できるパッチアンテナやダイポールアンテナ、ループアンテナ等を用いることで、回転体用通信器７６ａを同一基板上に設けることができる。受電インターフェース７９ｂ～７９ｄについても同様である。
　送電インターフェース７７についても同様に、多層プリント基板上で構成できるアンテナを用いることで送電装置７８と一体化が可能である。
　以上により、送電装置７８から送電インターフェース７７を介して面状伝搬媒体７５に電力が送られ、受電インターフェース７９ａ～７９ｄで受電され、回転体用通信器７６ａ～７６ｄ内に内蔵された整流回路でマイクロ波から直流に整流されて、回転体用通信器７６ａ～７６ｄの電源に利用される。
　本例では、エバネッセント波を利用しているため、外界への不要放射を極めて小さくできる。
　以上のように本実施例５に係る回転体通信装置６００は、回転体と固定体間の無線通信に用いられ、導体筐体内の多重反射による複雑なマルチパス環境下においても、少ない部品点数で、回転時にも安定的に連続通信を行うことができ、１対Ｎ通信や双方向通信が実現できる。
　また、本実施例５によれば、回転体通信装置６００は、アンテナからの放射が固定体内部に形成された擬似的な円筒状の導波管の伝搬モードに低損失に変換されるため、固定体アンテナから回転体アンテナまでの通過損失を小さく抑えることができる。
　また、本実施例５によれば、回転体通信装置６００は、固定体内部の定在波環境においても、アンテナの配置を最適化し、信号強度を向上させることができる。
　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。
　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。
１　　　　　　　：固定体
２　　　　　　　：回転体
３　　　　　　　：回転軸
４ａ～４ｄ　　　：固定体用アンテナ
５ａ～５ｄ　　　：回転体用アンテナ
６　　　　　　　：固定体用通信器
７、７ａ～７ｄ　：回転体用通信器
８　　　　　　　：送受信器
９　　　　　　　：信号合成分配器
１０　　　　　　：位相角制御部
１１　　　　　　：記憶部
１２ａ～１２ｄ　：位相角調整部
１３ａ～１３ｄ　：送受信器
１４ａ～１４ｄ　：受信信号強度検出部
１５　　　　　　：回転計
１６　　　　　　：コントローラ
１７　　　　　　：電力変換器
１８ａ～１８ｄ　：パワーデバイス
１９　　　　　　：高周波制御信号
２０　　　　　　：高周波センサ信号
２１　　　　　　：主発電機
２２、２５　　　：回転子
２３、２６　　　：固定子
２７　　　　　　：ブレード
２９　　　　　　：系統
３０　　　　　　：固定体
３１ａ～３１ｄ　：固定体用アンテナ
３２　　　　　　：固定体用アンテナ放射素子
３２ａ～３２ｄ　：固定体用アンテナ放射素子
３３　　　　　　：給電点
３４　　　　　　：偏波方向
３５　　　　　　：回転体用アンテナ放射素子
３６　　　　　　：合成通過量
３７　　　　　　：通過量
３８　　　　　　：通過量
３９　　　　　　：通過量
４０　　　　　　：通過量
４１ａ、４１ｂ　：固定体用スペーサ
４２ａ、４２ｂ　：回転体用スペーサ　
４４ａ～４４ｄ　：固定体用アンテナの放射領域
４５　　　　　　：固定体用送受信器
４６ａ～４６ｄ　：送受信部
４７　　　　　　：信号合成分配器
４８ａ～４８ｄ　：固定体用アンテナ
４９ａ～４９ｄ　：回転体用アンテナ
５０　　　　　　：信号合成分配器
５１　　　　　　：回転体用通信器
５２　　　　　　：送受信器
５３　　　　　　：受信信号強度検出部
５４ａ～５４ｄ　：絶縁ＩＣ
５５　　　　　　：モニタ部
５６　　　　　　：固定体用通信器
５７　　　　　　：回転体用通信器
５８　　　　　　：位相角制御部
５９　　　　　　：記憶部
６０ａ～６０ｄ　：位相角調整部
６１　　　　　　：信号合成分配器
６２　　　　　　：送受信器
６３　　　　　　：受信信号強度検出部
６４　　　　　　：送受信器
６５ａ～６５ｄ　：回転体用通信器
６６　　　　　　：振幅制御部
６７ａ～６７ｄ　：振幅調整部
６８　　　　　　：記憶部
６９　　　　　　：固定体用通信器
７０　　　　　　：面状導体
７１　　　　　　：面状誘電体
７２　　　　　　：面状メッシュ導体
７３　　　　　　：固定体用面状伝搬媒体
７４ａ～７４ｄ　：回転体用面状伝搬媒体
７５　　　　　　：面状伝搬媒体
７６ａ～７６ｄ　：回転体用通信器
７７　　　　　　：送電インターフェース
７８　　　　　　：送電装置
７６ａ～７６ｄ　：受電インターフェース
１００　　　　　：面状伝搬媒体
２００　　　　　：回転体通信装置
２０１　　　　　：風力発電システム
３００　　　　　：回転体通信装置
４００　　　　　：回転体通信装置
５００　　　　　：回転体通信装置
６００　　　　　：回転体通信装置

Claims (15)

  1. 　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を備え、
    　前記回転体に設置された少なくとも一つの回転体用通信器と、前記固定体に設置された一つの固定体用通信器との間で、
    　電波を利用して、前記固定体用通信器から前記回転体用通信器に下り信号を伝送させ、前記回転体用通信器から前記固定体用通信器に上り信号を伝送させて、双方向通信を行う回転体、固定体間の電波を用いた通信装置において、
    　前記固定体用通信器は複数の固定体用アンテナに接続され、
    　前記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、
    　前記固定体用アンテナと前記回転体用アンテナはお互いの放射面が対向するようにそれぞれ前記固定体、前記回転体に配置され、
    　前記回転体用通信器は前記下り信号の信号強度を検出する信号強度検出部を備え、
    前記固定体用通信器は、前記信号強度が所定の値以上となるよう、前記下り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、
    　前記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、
    　前記下り信号を前記位相角調整部に分配し、前記上り信号を合成し前記固定体用通信器に出力する分配合成部と、
    　を備えることを特徴とする回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  2. 　前記固定体用通信器は、前記回転体の回転角の情報に基づき、前記位相角を増減させることを特徴とする請求項１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  3. 　前記固定体用通信器は、前記位相シフト量と、前記回転角と前記信号強度を対応付けた記録を実施することを特徴とする請求項２記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  4. 　この通信装置を制御する上位コントローラからの指令により、前記記録を所定時間もしくは所定回転数だけ実施し、以降、記録された情報に基づき、前記位相角を増減させることを特徴とする請求項３記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  5. 　前記下り信号が、前記信号強度検出部で検出されるまでの信号到達時間の計測手段を持ち、前記信号到達時間に基づき、前記記録を実施することを特徴とする請求項４記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  6. 　前記所定の値が、この通信装置内のノイズ強度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  7. 　前記下り信号および前記上り信号の振幅を増減させる振幅調整機能を前記位相調整部に加え、
    　前記振幅調整部を制御する振幅制御機能を前記位相制御部に加え、
    　前記信号強度が所定の値以上となるよう、前記位相角調整部により、前記下り信号および前記上り信号の位相角、振幅を増減させることを特徴とする請求項１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  8. 　複数のパワーデバイスを制御することに用いられ、
    　前記回転体用通信器と前記パワーデバイスの間に絶縁素子を配置することを特徴とする請求項１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。


  9. 　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を備え、
    　前記回転体に設置された一つの回転体用通信器と、前記固定体に設置された一つの固定体用通信器との間で、
    　電波を利用して、前記固定体用通信器から前記回転体用通信器に下り信号を伝送させる回転体、固定体間の電波を用いた通信装置において、
    　前記固定体用通信器は少なくとも一つの固定体用アンテナに接続され、
    　前記回転体用通信器は複数の回転体用アンテナに接続され、
    　前記固定体用アンテナと前記回転体用アンテナはお互いの放射面が対向するようにそれぞれ前記固定体、前記回転体に配置され、
    　前記回転体用通信器は前記下り信号の信号強度を検出する信号強度検出部と、
    　前記信号強度が所定の値以上となるよう、前記下り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、前記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、
    　前記位相角調整部から出力された前記下り信号を合成し前記固定体用通信器に出力する合成部と、
    　を備えることを特徴とする回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  10. 　前記下り信号の振幅を増減させる振幅調整機能を前記位相調整部に加え、
    　前記振幅調整部を制御する振幅制御機能を前記位相制御部に加え、
    　前記信号強度が所定の値以上となるよう、前記位相角調整部により、前記下り信号の位相角、振幅を増減させることを特徴とする請求項９記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  11. 　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を備え、
    　前記回転体に設置された少なくとも一つの回転体用通信器と、前記固定体に設置された一つの固定体用通信器との間で、
    　電波を利用して、前記固定体用通信器から前記回転体用通信器に下り信号を伝送させ、前記回転体用通信器から前記固定体用通信器に上り信号を伝送させて、双方向通信を行う回転体、固定体間の電波を用いた通信装置において、
    　前記固定体用通信器は複数の固定体用アンテナに接続され、
    　前記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、
    　前記固定体用アンテナと前記回転体用アンテナはお互いの放射面が対向するようにそれぞれ前記固定体、前記回転体に配置され、
    　前記下り信号を前記固定体用アンテナに分配し、前記上り信号を合成し前記固定体用通信器に出力する分配合成部と、
    　を備えることを特徴とする回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  12. 　前記回転体用アンテナ、前記固定体用アンテナの両者の偏波方向が、前記回転軸を中心とした放射線方向と略一致するように配置されることを特徴とする請求項１１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  13. 　前記回転体用アンテナ、前記固定体用アンテナの両者が円偏波動作することを特徴とする請求項１１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  14. 　前記回転体用アンテナと前記固定体用アンテナとの距離を、動作周波数の略１／２波長の整数倍とし、
    　前記回転体用アンテナを、最も近い導体からの距離を動作周波数の略１／４波長の奇数倍とし、
    　前記固定体用アンテナを、最も近い導体からの距離を動作周波数の略１／４波長の奇数倍とすることを特徴とする請求項１１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
  15. 　複数のパワーデバイスを制御することに用いられ、
    　前記回転体用通信器と前記回転体用アンテナの間に信号分配合成部を配置し、
    　前記回転体用通信器と前記パワーデバイスの間には絶縁素子を配置することを特徴とする請求項１１記載の回転体、固定体間の電波を用いた通信装置。
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