(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の軌道に沿って該軌道に付設された給電線に交流電力を供給して前記移動体に対する非接触給電を行う非接触給電装置であって、その非接触給電装置に適用され、前記給電線を介して地上側と前記移動体との間の通信を行うための電力線搬送通信装置であって、
前記給電線上の電気的な終端とみなされる部位に、インピーダンス整合用の抵抗と、前記交流電力の周波数で共振するＬＣ直列共振回路とを設け、
前記給電線が、前記交流電力が始端に供給される平行線路からなり、前記インピーダンス整合用の抵抗と前記ＬＣ直列共振回路とが、前記平行線路をなす各線路の終端間に並列接続される
ことを特徴とする電力線搬送通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、給電線を介して通信を行う電力線搬送通信装置に関し、特に軌道上を走行する搬送車などの移動体に地上側から非接触状態で電力を供給する非接触給電装置に適用される電力線搬送通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファクトリー・オートメーション化の一環として工場の無人化が推し進められており、構内での物資の搬送が無人の搬送車により行われている。この搬送車は、地上側に設置された制御部からの指令に従って、搬送すべき物資が置かれた場所まで軌道上を自走して所定の位置に停止し、物資を積載して目的地まで搬送するようになっている。
【０００３】
この搬送車の給電装置として、搬送車に直接的に接触することなく地上側から搬送車に給電するいわゆる非接触給電装置がある。この給電装置は、軌道に付設された給電線に高周波電流（交流電力）を供給して高周波磁界を発生する一次側の回路・給電線路と、搬送車側に搭載されて上記一次側と磁気的に結合されたた二次側回路とを有し、一次側回路から二次側回路に磁界を介して電力を供給するように構成されている。この非接触給電装置の場合、いわゆるトロリー給電等と異なり、非接触で電力の給電が行われるので、ブラシ等の保守点検作業が不要となり、また、何よりも走行中のブラシ等の接触による塵や埃等の発生がなく、クリーンルームのような清浄雰囲気中での適用に好都合である。
【０００４】
この種の無人搬送システムでは、無人の搬送車を制御する必要上、地上側の制御部と搬送車との間で通信が行われ、そのための通信装置として、非接触給電装置の給電線に通信信号を重畳し、給電線を通信信号の伝送路としても使用するいわゆる電力線搬送通信装置がある。
【０００５】
図４に、従来の電力線搬送通信装置が適用された非接触給電装置の一次側回路を模式的に示す。同図において、符号１０は、高周波電流を発生する高周波電源である。符号２０は、この高周波電源１０から高周波電流が供給されて磁界を発生する給電線である。この給電線２０は、その中間付近で折り返されおり、この折り返し点までの一方の線路２０Ａと他方の線路２０Ｂとを一対の平行線路として、搬送車の走行路である軌道３０に付設されている。また、この給電線２０は高周波電源１０に接続され、線路２０Ａおよび線路２０Ｂには位相が１８０度異なる高周波電流がそれぞれ供給される。
【０００６】
ここで、電力線搬送通信装置の地上側通信トランス４０は、高周波電源１０の近くに設置されて給電線２０と磁気的に結合されており、またこの電力線搬送通信装置の搬送車側通信トランス５０は、搬送車に搭載されて給電線２０と磁気的に結合されている。電力線搬送通信装置の地上側通信装置と搬送車側通信装置（共に図示なし）は、これら通信トランスを介して給電線２０と接続されており、給電線２０を介して地上側と搬送車側の間の通信が行われる。
【０００７】
この電力線搬送通信装置によれば、例えば地上側から搬送車にディジタルコードを含む通信信号を送信する場合、論理値「０」を数百ｋＨｚの周波数の下位の周波数に対応づけ、論理値「１」をそれより上位の周波数に対応づけて、通信信号の内容に応じた周波数成分の組み合わせを、地上側通信トランス４０を介して給電線２０上の電力成分に重畳させて送信する。軌道上の搬送車は、電力成分に重畳された通信信号を搬送車側通信トランス５０を介して受信する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来技術の構成によれば、地上側通信トランス４０から給電線２０の折り返し点までの線路長が、通信信号の４分の１波長付近になると、給電線２０上に通信信号による定在波が発生し、通信不能となる領域が軌道上に発生するという問題がある。
【０００９】
このメカニズムを図５および図６を参照して説明する。
上述の図４に示す給電線２０は、分布定数回路を形成し、図５に示すように、線路２０Ａと線路２０Ｂとからなる平行線路の終端Ｔｂ（給電線２０の折り返し点に相当する部位）を短絡したものと等価となる。このため、平行線路の終端Ｔｂにおいて反射が生じ、この平行線路の始端Ｔａと終端Ｔｂとの間の線路長が通信信号の略４分の１波長になると、図６に示すように、始端Ｔａ付近に節（共振点）を有する通信信号（通信電流）の定在波が平行線路上に発生する。この結果、始端Ｔａ付近での通信信号の振幅が極めて小さくなり、搬送車は、始端Ｔａ付近に位置する場合、地上側からの通信信号を受信できなくなり、従って搬送車の制御が不能となる。
【００１０】
例えば、通信信号の周波数を上述のように数百ｋＨｚ付近に設定した場合では、その波長は少なくとも千ｍ以上となるが、給電線の内部では信号の伝搬速度が低下するため、その５分の３程度に達し、線路長が百ｍ程度になると定在波が出現することが考えられる。したがって、現実の線路長（例えば１００〜２００ｍ）の前後で、電力線搬送波通信が不能となる可能性がある。
【００１１】
これを回避するためには給電線の線路長を変えればよいが、給電線を長くすると、電力損失の増大を招き、電力の供給に支障が生じる場合があり、逆に、給電線を分割して短くすると、装置の構成が複雑になるなどの不都合がある。
【００１２】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、電力線搬送通信において通信信号による反射波や定在波が給電線上に発生することがなく、軌道上の搬送車と地上側との間の通信が全軌道上で可能な電力線搬送通信装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は、移動体の軌道に沿って該軌道に付設された給電線に交流電力を供給して前記移動体に対する非接触給電を行う非接触給電装置であって、その非接触給電装置に適用され、前記給電線を介して地上側と前記移動体との間の通信を行うための電力線搬送通信装置であって、前記給電線上の電気的な終端とみなされる部位に、インピーダンス整合用の抵抗と、前記交流電力の周波数で共振するＬＣ直列共振回路とを設け、前記給電線が、前記交流電力が始端に供給される平行線路からなり、前記インピーダンス整合用の抵抗と前記ＬＣ直列共振回路とが、前記平行線路をなす各線路の終端間に並列接続されることを特徴とする電力線搬送通信装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る電力線搬送通信装置を説明する。なお、各図において共通する要素には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００１７】
図１に、この実施の形態にかかる電力線搬送通信装置が適用された非接触給電装置の地上側（一次側回路）の構成を示す。同図において、符号１００は、高周波電流を発生する高周波電源である。符号２００は、高周波電源１００から高周波電流が供給されて磁界を発生する給電線である。この給電線２００は、線路２００Ａと線路２００Ｂとから平行線路を形成しており、搬送車（図示なし）の走行路である軌道３００に沿って付設されている。この平行線路（給電線２００）の始端Ｔａは高周波電源１００に接続され、その終端Ｔｂには、後述する終端回路６００が接続されている。
【００１８】
電力線搬送通信装置の地上側通信トランス４００は、高周波電源１００の近傍に設置されていて、給電線２００と磁気的に結合されている。また、この電力線搬送通信装置の搬送車側通信トランス５００は、搬送車（図示なし）に搭載されており、給電線２００と磁気的に結合されている。つまり、電力線搬送通信装置の地上側通信装置と搬送車側通信装置（共に図示なし）は、これら通信トランスを介して給電線２００とそれぞれ接続されており、給電線２００が通信信号の伝送路として使用される。地上側と搬送車側との間の通信は、数百ｋＨｚの周波数の通信信号を用いて行われ、論理値「０」に対応した下位周波数成分と、論理値「１」に対応した上位周波数成分とを電力に重畳させて行われる。
【００１９】
ここで、図２（ａ）に示すように、地上側通信トランス４００は、給電線２００をなす線路２００Ａおよび線路２００Ｂの双方と磁気的に結合されている。この地上側通信トランス４００の一次側巻線４００Ａには通信信号に応じた周波数の電流が供給されると、線路２００Ａおよび線路２００Ｂに通信信号の電流成分が誘導され、この通信信号の電流成分が、高周波電源１００から給電線２００（すなわち線路２００Ａおよび線路２００Ｂ）に供給される電力成分に重畳されるようになっている。
【００２０】
また、同図（ｂ）に示すように、搬送車側通信トランス５００は、軌道３００に付設された給電線２００の線路２００Ａ，２００Ｂと磁気的に結合されており、線路２００Ａおよび線路２００Ｂを流れる通信信号の電流成分によって、二次側巻線５００Ａに通信信号が誘導されるようになっている。この搬送車側通信トランス５００は、給電線２００との磁気的な結合を維持したまま、搬送車と共に給電線２００に沿って移動するようになっている。
【００２１】
さらに、図３に示すように、終端回路６００は、コイルＬおよびコンデンサＣからなるＬＣ直列共振回路６０１と、インピーダンス整合用の抵抗Ｒから構成される。これらインピーダンス整合用の抵抗ＲおよびＬＣ直列共振回路６０１は、給電線２００上の電気的な終端Ｔｂとみなされる部位、すなわち平行線路をなす線路２００Ａの終端と線路２００Ｂの終端との間に並列接続されている。
【００２２】
ここで、インピーダンス整合用の抵抗Ｒは、線路２００Ａおよび線路２００Ｂからなる給電線２００の特性インピーダンスに略等しいインピーダンスを有しており、終端Ｔｂで生じる通信信号の反射波を吸収する。また、ＬＣ直列共振回路６０１は、高周波電源１００から供給される交流電力の周波数で共振するように設定されており、この交流電力に対して平行線路の終端Ｔｂを交流的に短絡し、高周波電源１００から供給される交流電力成分を通過させる。また、通信信号の周波数において、ＬＣ直列共振回路６０１のインピーダンスが抵抗Ｒのインピーダンスよりも十分に大きくなるように、終端回路６００を構成する抵抗Ｒ、コイルＬ、コンデンサＣの各値が設定されている。
【００２３】
以下、図３を参照して、この実施の形態に係る電力線搬送通信装置の動作を説明する。
まず、高周波電源１００により給電線２００に対して電力としての高周波電流が供給されると、終端回路６００のＬＣ直列共振回路６０１が共振状態となり、終端Ｔｂにおいて線路２００Ａと線路２００Ｂとが交流的に短絡される。これにより、高周波電源１００から供給される高周波電流のほとんどがＬＣ直列共振回路６０１を介して給電線２００を流れ、この給電線２００の回りに高周波磁界を発生させる。この結果、軌道上の搬送車５０１の電源が確立し、搬送車５０１が運転可能な状態となる。このとき、高周波電源１００から供給される高周波電流のほとんどがＬＣ直列共振回路６０１を流れ、インピーダンス整合用の抵抗Ｒにはほとんど流れ込まないので、終端回路６００において電力の損失がほとんど生じない。
【００２４】
次に、地上側から軌道上の搬送車５０１に対し、例えば行き先などを指示するための通信信号を送る場合、地上側の通信装置は、地上側通信トランス４００を介して通信信号を給電線２００に出力する。これにより、地上側からの通信信号は、高周波電源１００から交流電力として供給される高周波電流に重畳されて給電線２００上を伝送される。
【００２５】
ここで、平行線路の始端Ｔａ側に設置された地上側通信トランス４００から出力された通信信号は、給電線２００上を伝搬して終端Ｔｂ側に達するが、終端回路６００の抵抗Ｒにより終端Ｔｂでのインピーダンスが整合された状態にあるので、この通信信号による反射波は発生しない。また、上述したように、通信信号の周波数では、ＬＣ直列共振回路６００は共振せず、しかもＬＣ直列共振回路６００のインピーダンスが抵抗Ｒのインピーダンスよりも十分に大きく設定されているので、通信信号の電流成分のほとんどがインピーダンス整合用の抵抗Ｒ側に流れ込む。
【００２６】
このため、インピーダンス整合用の抵抗Ｒにより通信信号の反射波が有効に抑制され、しかもＬＣ直列共振回路６００による通信信号の損失がほとんど生じない。したがって、給電線２００の線路長が例えば通信信号の４分の１波長であっても、給電線２００上に通信信号の定在波が形成されることがなく、搬送車５０１は、軌道３００の全域で地上側から送信された通信信号を受信することができる。
【００２７】
逆に、搬送車５０１から地上側に通信信号を送信する場合を考えると、搬送車５０１から出力された通信信号が終端Ｔｂに到達しても、同様に終端Ｔｂのインピーダンスが整合した状態にあるので、この通信信号による反射波は発生せず、定在波が形成されない。したがって、搬送車５０１が軌道上のどこに位置していても、地上側の通信装置は、搬送車５０１からの通信信号を受信することができる。
【００２８】
上述したように、この実施の形態によれば、電力の損失を生じることなく、終端でのインピーダンスを整合させることができるので、通信信号による反射波や定在波の発生が抑制され、全軌道上で給電線２００を介した双方向通信が可能となる。
【００２９】
また、給電線２００の終端での反射波が抑制されるので、給電線２００の線路長がどのようであっても、通信信号による反射波や定在波が給電線２００上に形成されることがない。したがって、全軌道上で通信信号の振幅が一様となり、全軌道にわたってＳＮ比を安定させることが可能となる。
【００３０】
以上、この発明の一実施の形態を説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述の実施の形態では、給電線２００を構成する線路２００Ａおよび線路２００Ｂの双方に通信信号を出力するものとしたが、これに限定されることなく、片側の線路にのみ通信信号を出力するものとしてもよい。
また、ＬＣ直列共振回路６０１により電力成分のみを通過させるものとしたが、このＬＣ直列共振回路６０１に代えて、例えばフィルタ回路を使用することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、給電線上の電気的な終端とみなされる部位に、インピーダンス整合用の抵抗と、給電線に供給される交流電力の周波数で共振する共振回路とを設けたので、電力線搬送通信において通信信号による反射波や定在波が給電線上に発生することがなく、軌道上の搬送車と地上側との間の通信が全軌道上で可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態に係る電力線搬送通信装置が適用された非接触給電装置の地上側の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態に係る電力線搬送通信装置の地上側通信トランスおよび搬送車側通信トランスの構成を示す回路図である。
【図３】  この発明の実施の形態に係る電力線搬送通信装置の終端回路の構成を示す回路図である。
【図４】  従来技術に係る電力線搬送通信装置が適用された非接触給電装置の構成を示す図である。
【図５】  従来技術に係る電力線搬送通信装置の動作を説明するための図である。
【図６】  従来技術に係る電力線搬送通信装置による給電線上の定在波の波形を示す図である。
【符号の説明】
１００：高周波電源
２００：給電線
２００Ａ，２００Ｂ；線路（平行線路）
３００：軌道
４００；地上側通信トランス
４００Ａ：地上側通信トランスの一次側巻線
５００；搬送車側通信トランス
５００Ａ；搬送車側通信トランスの二次側巻線
５０１；搬送車
Ｃ；コンデンサ
Ｌ；コイル
Ｒ；インピーダンス整合用の抵抗
Ｔａ；始端
Ｔｂ；終端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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