(57)【要約】【課題】本発明は、走行中の移動体から地上通信装置に向けて電力波を送信する際に、その送信範囲を適正な範囲に制御できるスポット伝送装置を提供する。【解決手段】本発明は、地上通信装置１０４との間で電力波１０８及び情報波１０９を送受信するアンテナ１０３を格納し、移動体の下部に保持するスポット電送装置の筐体において、該筐体の上部１０１を電波を阻害する材料で構成し、該上部の上面の周辺端部が下方に屈曲してスカート状の形状とし、筐体の下部１０２を電波を阻害しない材料で構成した。そして、筐体上部の端面とアンテナの端面との距離（１０６及び１０７）を制御することにより、電力波の送信範囲を制御できるものとした。【選択図】図４
2016001938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上通信装置と車上通信装置との間のスポット伝送を行うスポット伝送装置であって、
前記車上通信装置から前記地上通信装置に向けた電力波を送信し、かつ、前記地上通信装置から送信される情報波を受信する前記車上通信装置のアンテナと
該アンテナを格納し、移動体の下部に保持する筐体を有し、
前記筐体の上部は、上面の周辺端部が下方に屈曲してスカート状の形状をなし、電波を阻害する材料で構成されており、
前記筐体の下部は、前記筐体の上部と組み合わさり、全体として前記アンテナを内部に格納する形状をなし、電波を阻害しない材料で構成された
ことを特徴とするスポット伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスポット伝送装置であって、
前記筐体上部のスカート部下端と、前記アンテナの端面との垂直距離を変化させることにより、前記地上通信装置との通信範囲を変動させる
ことを特徴とするスポット伝送装置。
【請求項３】
請求項１に記載のスポット伝送装置であって、
前記筐体上部のスカート部下端と、前記アンテナの端面との水平距離を変化させることにより、地上通信装置との通信範囲を変動させる
ことを特徴とするスポット伝送装置。
【請求項４】
請求項３に記載のスポット伝送装置であって、
前記筐体上部のスカート部下端と前記アンテナの端面との水平距離について、
前記移動体の進行方向の水平距離を、当該進行方向以外の方向の水平距離よりも大きくしたことを特徴とするスポット伝送装置。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載のスポット伝送装置であって、
前記電波を阻害しない材料が、絶縁素材がガラス繊維を含んだ素材又は樹脂素材であり、
前記電波を阻害する材料が、金属であることを特徴とするスポット伝送装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載のスポット伝送装置であって、
前記アンテナは、ループアンテナであって、
Φｄは磁束、μｏは透磁率、Ｉはループアンテナに流れる電流、ａは車上通信装置のループアンテナを円としたときの半径、Ｚは対向する地上通信装置との距離、ｂは地上通信装置のループアンテナを円としたときの半径、Ｓは送信ループアンテナの面積としたとき、
Φｄ＝（μｏ×Ｉ２×ａ２／（（Ｚ２＋ｂ２）１．５）／２）×Ｓ
が成り立つループアンテナであることを特徴とするスポット伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動体に搭載されるスポット伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０１３−２１９８６１号公報（特許文献１）がある。この公報には、移動体フロアの下側に搭載され、外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部と、電磁界の通過を阻止する電磁界シールドと、電磁界が通過し、受電部を覆う受電部カバー、電磁界が通過し、受電部カバーを覆うアンダーカバーとを備える装置が記載さえている。
また、特開２０１３−１４６１４８号公報（特許文献２）には、受電部からの電磁波の漏えいを抑制するためのシールド部材の構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１９８６１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４６１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１及び特許文献２には、停止中の移動体が、外部の送電装置から電力波を受信する際に、受信した電磁波の漏えいを抑制するためのシールド部材が記載されている。しかし、走行中の移動体から電力波を地上に向けて送信する際に、その送信範囲を適正な範囲にするための技術は開示されていない。
そこで、本発明は、走行中の移動体から地上通信装置に向けて電力波を送信する際に、その送信範囲を適正な範囲に制御できるスポット伝送装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を達成するために、本発明は、アンテナを格納し、移動体に保持するスポット電送装置の筐体において、該筐体の上部を飛来物や移動体の振動に対する耐性が高く、かつ、電波を阻害する材料で構成し、該上部の上面の周辺端部が下方に屈曲してスカート状の形状とし、筐体の下部を電波を阻害しない材料で構成した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、アンテナが飛来物や移動体の振動の影響を受けにくく、かつ、走行中の移動体から地上通信装置に向けて電力波を送信する際に、その送信範囲を適正な範囲にすることが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によりあきらかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】走行中の移動体における、車上通信装置と地上通信装置との間の電力波及び情報波の送受信の状況を示した図。
【図２】車上通信装置と地上通信装置との間の通信範囲を示した図。
【図３】車上通信装置と地上通信装置との間の通信可能範囲と電波強度の関係を示した図。
【図４】アンテナの端部と筐体上部のスカート部下端との垂直距離を調整した筐体の断面構造図。
【図５】アンテナの端部と筐体上部のスカート部下端との水平距離を調整した筐体の断面構造図。
【図６】筐体内部を移動体側から見た図（ループアンテナの形状に角が有る場合）。
【図７】筐体内部を移動体側から見た図（ループアンテナの形状に角が無い場合）。
【図８】本発明の電波を阻害する材料とループアンテナの距離による電波透過性を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（実施例１）
本実施例では、移動体に設置された車上通信装置から、ループアンテナを用いて無線による電力波を送信し無給電地上通信装置へ電力を供給し、その電力により地上通信装置が起動し、かつ地上通信装置が持つ位置情報や時刻情報等の情報をその電力を用いて情報波として車上通信装置側に送信するスポット伝送装置の例を説明する。
車上通信装置と地上通信装置との間を非接触で通信するスポット伝送装置において、車上通信装置の通信のインターフェースとなるループアンテナを格納する筐体にはさまざまな仕様が要求される。アンテナを格納する筐体は移動体の屋外、例えば移動体の床下等に設置されるため、飛来物からの保護や移動体の振動への耐性が必要とされる。飛来物や振動から保護するためには、金属等の硬度が高く経年変化の小さい材料を使用する事が望ましいのである。
【０００９】
しかし、金属を用いて車上通信装置のループアンテナを格納する筐体を構成した場合、車上通信装置からの電力波と地上通信装置からの情報波が阻害され、送受信感度が低下するため、電波を阻害する金属の使用は極力避けられてきた。
このため、飛来物による破損を防止することを目的とし、樹脂シートなどが地上通信装置と車上通信装置の間に取り付けられることがある。また、強度の高い樹脂などにより、アンテナ面の厚さを十分確保することにより、飛来物対策とする方法もあるが、強度の高い樹脂は製造コストが高いため現実的でない。
【００１０】
また、走行中の車上通信装置から地上通信装置に電力波を送信する際には、車上通信装置は、地上通信装置付近の通過中の短い時間内で目的の地上通信装置のみに電力波を供給し、地上通信装置からの情報波を受信する必要がある。
このため、車上通信装置は、必要な範囲のみに適正な強度の電力波を送信することが求められるのである。本発明は、上記のような走行中の移動体におけるスポット電送装置に要求される種々の課題を踏まえてなされたものである。
【００１１】
前記の課題の内、特に、車上通信装置から発信する電力波の送信範囲に関する課題を以下でより具体的に説明する。
走行中の移動体の車上通信装置と地上通信装置の位置関係及び通信の実施形態について図１に示す。車上通信装置１０と地上通信装置１１との位置関係は移動体の走行に伴って時間とともに変化し、図１に示した３つの位置関係が順次左から右に向けて推移する。車上通信装置は常に電力波１２を送信し続けており、地上通信装置１１は、車上通信装置１０が通過する直前に車上通信装置からの電力波を受信し起動する。車上通信装置と地上通信装置間のスポット伝送通信が成立するためには、地上通信装置から送信される情報波１３を車上通信装置が受信できることが必要となる。このため、図１の中央に示す適正な位置関係の範囲内（おおよそ６０ｃｍ程度）で地上通信装置と車上通信装置の通信が行われる。
【００１２】
また、地上通信装置と車上通信装置の通信は進行方向と垂直な方向の位置的関係上も限られた範囲で実施されるものでなければならない。図２を用いてこれを説明する。図２は、異なる２つの進路Ａ２５及び進路Ｂ２６が設定されている中で、移動体が進路Ａ２５を走行している場合を上から見た模式図で示している。それぞれの進路には、本来起動する地上通信装置２１及び隣の進路の地上通信装置２２が設置されている。移動体の車上通信装置は地上通信装置を起動させるため、ある範囲で電力波を送信しているが、その送信範囲は、移動体が走行している進路上の地上通信装置のみを起動する必要がある。これは隣の進路の地上通信装置を起動させてしまうと、隣の進路の地上通信装置から不要な情報を受信してしまい、正常な通信に支障を来す虞があるためである。したがって、車上通信装置が発信する電力波は図２の適正な通信範囲２３にのみ送信され、不適正な通信範囲２４に電力波を送信することは避ける必要がある。
【００１３】
さらに、図３を用いて、車上通信装置と地上通信装置の通信可能範囲とそれぞれの電波強度の関係について説明する。
図３の横軸は車上通信装置からの電波強度、縦軸は地上通信装置からの電波強度を示している。通常、地上通信装置はある一定の受電電力に達すると、情報波を送信する電力を飽和させるような仕組みとなっている。このため、車上通信装置からの電波強度が図に示す”検知レベルＡ”点を越えると、地上通信装置は車上通信装置に向け情報波を送信し通信可能となる。
【００１４】
つまり、地上通信装置の動作は、車上通信装置に出力が一定レベルを超えると、固定的に動作するのであるから、車上通信装置は、不必要に大きな電力を供給する必要はなく、一定の電力を適正な範囲に限定的に供給することが重要となる。
【００１５】
本発明は、かかる課題を達成するため、車上通信装置のループアンテナを格納し、移動体に保持する筐体の上部を飛来物や移動体の振動に対する耐性が高く、電波を阻害する材料で構成し、前記筺体の下部を電波を阻害しない樹脂等の材料で構成し、さらに前記筺体の上部の形状を上面の周辺端部が下方に屈曲してスカート状の形状とし、ループアンテナの格納位置と前記スカート部下端との距離を調整することにより、筐体としての保護強度を有すると同時に、走行中の移動体におけるスポット伝送通信に適した所望の電波の送受信を可能とするものである。
【００１６】
具体的な構成の１つとして、図４に例を示す。図４は車上通信装置から地上通信装置１０４へ送信される電力波１０８と地上通信装置１０４から車上通信装置へ送信される情報波１０９を示すとともに、車上通信装置の筐体の断面構造を示している。アンテナ１０３を格納・保持する筐体は２つの構造に分かれており、上部１０１は、上面の周辺端部で下方に屈曲してスカート状となっており、電波を阻害する材料である金属で構成されている。また、筐体の下部を構成し、アンテナを支持している１０２は、電波を阻害しない材料である樹脂等で構成されている。
【００１７】
筐体の上部（移動体側）を構成しているのは、電波を阻害する材料、例えばアルミや鉄等の金属であり、これらを使用することにより移動体に固定し振動対策が施され、また飛来物からの防護をしている。
筐体の下部（地上通信装置側）を構成しているのは、電波を阻害しにくい材料、例えば樹脂やガラス繊維を含んだ樹脂等の材料であり、これらを使用することにより、電波を透過し地上通信装置へ電力波１０８を送信かつ地上通信装置から情報波１０９を受信することができる。そして、ループアンテナ１０３から筐体１０１の上部面までの距離１０５は一定に保たれている。
【００１８】
このような構成においては、ループアンテナと筐体上部のスカート部下端との垂直方向距離を調整することにより、車上通信装置から送信する電力波の範囲を最適なものとすることができる。
図４の例においては、アンテナ１０３と筐体上部１０１のスカート部下端との垂直方向距離１０６を調整することにより、アンテナ１０３から送信する電力波を制御することが可能となる。つまり１０３と１０１の距離を十分に離せば金属筐体による電波への影響が少なくなるが、逆に近接させれば電波への影響が大きくなる。よって、距離１０６を最適化することで、電力波の送信範囲と強度等の特性を満足する設計が可能となる。
【００１９】
次に、図６及び図７によって、筐体内部を移動体側から見た図を示す。なお図は筐体上部１０１を除いている。
図６及び図７中のアンテナ１０３は図４中のアンテナ１０３と同一であり、いずれもループアンテナを用いている。図６及び図７中の距離１０７は図４中の距離１０７と同一である。図６及び図７中の筐体下部１０２は図４中の１０２と同一である。ループアンテナに電流が流れることによりループアンテナの内側に磁束が通過する。この磁束により電力波１０８が生成される。よって、金属等の存在によって磁束が阻害される場合には電力波１０８が出力されないことになる。
【００２０】
例えば、車上通信装置のループアンテナが地上通信装置に設置されているループアンテナと結合したとすると、その磁束は式（１）に求まる。
Φｄ＝（μｏ×Ｉ２×ａ２／（（Ｚ２＋ｂ２）１．５）／２）×Ｓ    ・・・（１）
このとき、Φｄは磁束、μｏは透磁率、Ｉはループアンテナに流れる電流、ａは車上通信装置のループアンテナを円としたときの半径、Ｚは対向する地上通信装置との距離、ｂは地上通信装置のループアンテナを円としたときの半径、Ｓは送信ループアンテナの面積となる。
ｂ２がＺ２比較して無視できる程度に小さいものと仮定し、送信アンテナの各定数を一定とすると、電力波の磁束は、ほぼＺで決定される。つまり電力波の強度は対向する地上通信装置との距離で決定されている。
【００２１】
例えば、ループアンテナの内径が２４０ｍｍｘ３３０ｍｍの場合、対抗する地上通信装置が同一内径のループアンテナにて結合したとすると、ループアンテナ端面と筐体上部のスカート部下端との垂直距離１０６との関係は図８に示すとおりとなる。
図８は、横軸を垂直距離１０６、縦軸を車上通信装置のループアンテナと地上通信装置のループアンテナの通過特性である。通過特性は、製造ばらつきやループアンテナの製造ばらつきにより、図８に点線で示したように特性に幅を持つ。この場合、距離１０５は６０ｍｍ以上としている。よって筐体上部１０１により電波が阻害された場合、例えば図８の特性応じて所望の改善量を推測し筐体上部のスカート部下端との垂直距離１０６を適宜決定する事が可能となる。
【００２２】
また、所定の位置における所望の磁界強度を与えるためには、以下のような関係式に基づき、設計することとなる。
ある点での磁界強度Ｈは（２）式で与えられるのが一般的である。
この場合、ａはループアンテナを円と考えた場合の半径、ｒはループアンテナの端面からある点までの距離である。
Ｈ＝（Ｉｘａ２）／（２ｘｒ３）    ・・・・（２）
【００２３】
磁界を阻害する金属等の影響をαとし、さらに筐体上部のスカート部下端との垂直距離１０６をｄとした場合、Ｈとｒが所望の値で一定だとすると、（３）の関係式が成り立つ。
ａ２＝α／ｄ    ・・・（３）
つまり、ｄが大きくなると、送信するループアンテナの内径ａを大きく（磁束を強化）する必要がある。αは、およそ２．３Ｅ−３〜３．１Ｅ−３の値となるのである。
したがって、このような関係を用いることにより、所望の磁界強度を発生するスポット電送装置を設計することが可能となる。
【００２４】
（実施例２）
図５に他の実施例を示す。この実施例２は、実施例１と比較し、筐体上部のスカート部下端との垂直距離１０６ａはほぼ０に近く、筐体上部のスカート部下端との水平距離１０７ａおよび１０７ｂが幅を持つ構成である。
【００２５】
実施例２においては、ループアンテナと筐体上部のスカート部下端とのとの水平方向距離１０７ａおよび１０７ｂを調整することにより、アンテナ１０３から放射する電力波を制御することが可能となる。つまり、１０７ａおよび１０７ｂの幅を十分に確保できれば金属筐体による電波への影響が少なくできるが、逆にその幅を狭くすると電波への影響を大きくすることができる。すなわち、１０７ａおよび１０７ｂの合計値を最適化することで、電力波の送信範囲と強度等の特性を満足する設計が可能となる。
この場合、アンテナ筐体内のループアンテナの内径およびループに流れる電流が等しく、かつ１０７ａと１０７ｂの加算距離が等しく、かつ１０７ａと１０７ｂが同一幅であれば実施例１と同様の効果が得られることになる。
【００２６】
また、１０７ａと１０７ｂの合計幅を同一とし、１０７ａと１０７ｂの幅に差を設けると、幅の広い側つまり金属筐体からの距離が遠い側から放射される磁束が強まる。つまり、車上通信装置アンテナから放射される磁束が前後左右で非対称となり、地上通信装置との結合に必要な磁束の設計パラメータとして１０７ａと１０７ｂを使用することができる。
このため、必要な方向にのみ電波強度を向上させることも可能となる。具体的には、移動体の進行方向側に電力波の送信範囲を拡大しておけば、地上通信装置の起動を早めるとともに、地上通信装置からの情報波の受信能力を高めることができるので、有効通信距離を長くすることが可能となり、スポット伝送通信の安定性を向上させることが可能となる。
【００２７】
なお、本発明は、実施例に示したアンテナ形状や材料に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。実施例１内の式（１）に示すように、車上通信装置のアンテナから送受信される電波は、ループアンテナの内側を通過する磁束にて強度が決定されるのであるから、ループアンテナ面積が重要であって、図６及び図７に代表される一般的な形状のアンテナに限定されるものではない。他の形状のアンテナであっても本発明が適用可能であることは明らかである。
すなわち、ループアンテナ面積が同一かつループアンテナに流れる電流が同一とすれば、筐体上部のスカート部の下端とループアンテナの端面の垂直距離１０６を設計パラメータとして用いることにより、実施例１と同様の効果が得られるのである。
同様に、筐体上部のスカート部の下端とループアンテナの端面の水平距離１０７を設計パラメータとして用いることにより、実施例２と同様の効果が得られるのである。
【００２８】
以上説明したように、任意の点での磁界強度を所望の値にするために、電波を阻害する金属等で覆われている筐体上部とループアンテナとの端面の距離をある有限の範囲内で変動させることが有効であることが判明し、これを用いれば、スポット伝送を正確に且つ効率的におこなうことが可能となる。
つまり、本発明は、特定の範囲にのみ電力源となる磁界を電力波として送信するよう、特殊な装置やループアンテナ形状を用いず、ループアンテナを格納する筐体により磁束を制御することを可能としている。
さらに、上記のようにアンテナの近傍に金属部材が固定的に設置されているため、強度的に十分な機能を果たすと同時に、周囲の無用な電波の影響を受けにくくなる。よって、車上通信装置を移動体に実装した場合や、他の製品が本発明の車上通信装置近傍に設置された場合においても、安定した電波出力が得られる。
【符号の説明】
【００２９】
１０      車上通信装置
１１      地上通信装置
１２      車上通信装置から送信される電力波
１３      地上通信装置から送信される情報波
２１      起動する地上通信装置
２２      隣の進路の地上通信装置
２３      適正な通信範囲
２４      不適正な通信範囲
２５      進路Ａ
２６      進路Ｂ
３１      通信可能範囲
３２      検知レベルＡ
１０１    電波を阻害し、飛来物や移動体の振動に耐えうる材料で作られた筐体上部
１０２    電波を阻害しない材料で作られた筐体下部
１０３    アンテナ
１０４    地上通信装置
１０５    筐体上部の上面とアンテナ間の距離
１０６    筐体上部のスカート部端面とアンテナ端面との垂直距離
１０６ａ  １０６に同じ
１０７    筐体上部のスカート部端面とアンテナ端面との水平距離
１０７ａ  １０７に同じ
１０７ｂ  １０７に同じ
１０８    車上通信装置から送信される電力波
１０９    地上通信装置から送信される情報波
【図１】
2016001938.tif 000003
【図２】
2016001938.tif 000004
【図３】
2016001938.tif 000005
【図４】
2016001938.tif 000006
【図５】
2016001938.tif 000007
【図６】
2016001938.tif 000008
【図７】
2016001938.tif 000009
【図８】
2016001938.tif 000010