JP2014061831A - 地上通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動する車上通信装置からの電力波を効率的に受信することができる地上通信装置を提供する。
【解決手段】 電力波を受信する電力波受信部と、前記電力波受信部により受信された電力波から駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、前記駆動電圧生成部により生成された駆動電圧に対する抵抗成分を有する電圧調整部と、前記電圧調整部により出力された駆動電圧から動作電圧を生成する動作電圧生成部と、前記動作電圧生成部により生成された動作電圧を電力源として、信号波を生成する信号波生成部と、前記信号波生成部により生成された信号波を放射する信号波放射部と、を備え、前記電圧調整部に入力された駆動電圧が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地上通信装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開平８−１８３４５４号公報（特許文献１）がある。この公報には、「地上子７に現示情報と方向条件別の送信情報を設定しておく。信号制御器は現示情報と方向条件を示す送信情報の制御条件を地上子７に送る。地上子７は送られた制御条件によりリレ−回路を駆動して設定されている送信情報を選択する。列車は車上子から地上子駆動用電力波を常時送信しながら走行している。列車１が地上子７に接近したときに、地上子７の送信部１３は接近する列車が送信している地上子駆動用電力波を受信し、受信した電力波を電源入力として選択した送信情報を送信電文に変換して列車に送信する。」と記載されている。

また、電力を非接触で伝送する技術分野の背景技術として、特開２０１０−１３０８００号公報（特許文献２）がある。この公報には、課題として「電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる距離の範囲を広げる。」と記載され、その解決手段として、「交流信号Ｓ１を発生する信号発生部１１、および交流信号Ｓ１の供給を受けて電磁場を発生させる送信アンテナ１２を有する送電装置２と、電磁場によって誘導電圧Ｖ１を発生する受信アンテナ２１、および誘導電圧Ｖ１に基づいてバッテリ４に供給する電圧Ｖｏを生成する整流部２３を有する受電装置３とを備え、送電装置２は、信号発生部１１と送信アンテナ１２との間に配設された第１整合部１３、および第１整合部１３を制御して信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合させる第１処理を実行する第１処理部１５を備え、受電装置３は、受信アンテナ２１と整流部２３との間に配設された第２整合部２２、および第２整合部２２を制御して受信アンテナ２１と整流部２３とを整合させる第２処理を実行する第２処理部２５を備えている。」と記載されている。

特開平８−１８３４５４号公報 特開２０１０−１３０８００号公報

電力伝送の効率化のため、特許文献２に記載の従来技術を地上通信装置に適用することが考えられる。しかしながら、車上通信装置は地上通信装置の頭上を高速で通過してしまうため、地上通信装置の受信アンテナのインピーダンスを解析し、その受信アンテナと整流部とを整合させるという手順を踏んでいると、車上通信装置に信号波を送信するための時間が圧迫されることになる。

また、車上通信装置の送信アンテナと地上通信装置の受信アンテナとの間隔を一定（例えば、２００ｍｍ）とし、各アンテナのインピーダンスが変動しないようにすることも考えられるが、レール摩耗などの経年変化や、アンテナの取付位置の誤差などから、厳密に両アンテナの間隔を一定にすることは難しい。

本発明の目的は、このような問題を考慮し、移動する車上通信装置からの電力波を効率的に受信することができる地上通信装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電力波を受信する電力波受信部と、前記電力波受信部により受信された電力波から駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、前記駆動電圧生成部により生成された駆動電圧に対する抵抗成分を有する電圧調整部と、前記電圧調整部により出力された駆動電圧から動作電圧を生成する動作電圧生成部と、前記動作電圧生成部により生成された動作電圧を電力源として、信号波を生成する信号波生成部と、前記信号波生成部により生成された信号波を放射する信号波放射部と、を備え、前記電圧調整部に入力された駆動電圧が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする。

本発明によれば、移動する車上通信装置からの電力波を効率的に受信することができる地上通信装置を提供することができる。

実施例１に係る地上通信装置のブロック図である。 実施例１に係る地上通信装置の回路図である。 実施例１に係る地上通信装置の回路図の他の例である。 実施例１に係る地上通信装置の回路図の他の例である。 実施例１に係る地上通信装置の受信電力波と生成電圧との関係を示す図である。 実施例２に係る地上通信装置のブロック図である。 実施例３に係る地上通信装置のブロック図である。 実施例４に係る地上通信装置のブロック図である。 実施例５に係る地上通信装置のブロック図である。 実施例５に係る地上通信装置のブロック図の他の例である。 各実施例に係る移動体制御システムの構成図である。

以下、本発明の実施例について、添付図面を参照して説明する。

本実施例では、本発明を、移動体制御システムに適用した例を説明する。

図１１は、本実施例に係る移動体制御システム１の構成図である。移動体制御システム１は、車体２が走行する進路上に設置された地上通信装置１０と、車体２に取り付けられた車上通信装置１１および車上装置１２と、を備える。地上通信装置１０はその設置位置などの情報を信号波として車上通信装置１１に送信する。車上通信装置１１は地上通信装置１０から受信した情報を車上装置１２に送信し、車上装置１２はその情報に基づいて車体２の走行制御を行う。

地上通信装置１０は、自らは電源を有さず、車上通信装置１１が送信する電力波を受信して動作する、いわば電力受信装置である。車上通信装置１１は高速で移動するため、地上通信装置１０は、車体２が頭上を走行している間に速やかに信号波を生成し、車上通信装置１１へ送信する必要がある。

図１は、地上通信装置１０のブロック図である。地上通信装置１０は、受信アンテナ１００、電力分配部１０１、電力波整流部１０２、制御整流部１０３、電圧制御部１０４、動作電圧生成部１０５、信号波生成増幅部１０６、整合部１０７、および送信アンテナ１０８を備える。信号波生成増幅部１０６は、電文記憶部１０９、制御部１１０、変調部１１１、および信号波増幅部１１２を備える。

受信アンテナ１００は、ループアンテナ等で構成され、車上通信装置１１から送信される電力波を受信する。電力伝送の効率化のため、受信アンテナ１００は、例えば、後段の電力分配部１０１や電力波整流部１０２との整合がとれていることが望ましい。受信アンテナ１００は、電力波受信部の一例である。

電力分配部１０１は、受信アンテナ１００により受信された電力波の２０％を制御整流部１０３に出力し、残る電力波を全て電力波整流部１０２に出力する。制御整流部１０３は、電力分配部１０１によって分配された電力波を整流し、電圧を生成して、電圧制御部１０４に出力する（以下、この電圧を「制御電圧」という。）。制御電圧は、電圧制限素子などにより、例えば、後段の回路の定格電圧に制限される（後述）。電力波整流部１０２も電力分配部１０１によって分配された電力波を整流し、電圧を生成して、電圧制御部１０４に出力する（以下、この電圧を「駆動電圧」という。）。電力波整流部１０２は駆動電圧生成部の一例であり、制御整流部は１０３制御電圧生成部の一例である。

電圧制御部１０４は、電圧制限素子を有し、制御電圧と所定の電圧（以下、「基準電圧」という）とを比較し、制御電圧が基準電圧を上回るとき、制御電圧を基準電圧以下に制限する。制御電圧が基準電圧を下回る場合は、制御電圧がそのまま出力される。ここでの基準電圧は、例えば、動作電圧生成部１０５の最大定格電圧が適用される。更に電圧制御部１０４は、駆動電圧と制御電圧とを比較し、電位差がしきい値を超え、且つ駆動電圧が制御電圧を下回る場合にのみ駆動電圧を後段の動作電圧生成部１０５に出力する。その後、駆動電圧が上昇し、制御電圧に近づくと、電圧制御部１０４は抵抗成分を上げ、駆動電圧を調整する。更に、駆動電圧と制御電圧との電位差がしきい値を下回ったり、駆動電圧が制御電圧を上回ったりする場合には、電圧制御部１０４は、動作電圧生成部１０５への駆動電圧（言い換えると、電力）の出力を停止する。

動作電圧生成部１０５は、レギュレータなどで構成され、電圧制御部１０４が出力した駆動電圧（言い換えると、駆動電圧に基づく電流）が入力されると、一定の電圧を生成し、信号波生成増幅部１０６に出力する（以下、この電圧を「動作電圧」という。）。

信号波生成増幅部１０６は、動作電圧を電力源（動作源）として動作するものであり、所定の情報を有する信号波の生成を行う。

具体的には、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって構成される電文記憶部１０９に予め記録されているデジタル情報を、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）やＡｓｉｃ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって構成される制御部１１０が読み出す。そして、変調部１１１がこのデジタル情報をＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）などの変調方式に基づいて変調することにより、アナログの信号波を生成し、アンプなどによって構成される信号波増幅部１１２がこれを増幅する。信号波生成増幅部１０６は、信号波生成部の一例である。

なお、電文記憶部１０９、制御部１１０、および変調部１１１は、それぞれ独立した構成としたが、ＰＬＤなどの１つの素子がそれぞれの機能をまとめて実現するようにしても良い。この場合、信号波生成増幅部１０６全体で省電力となる場合がある。

信号波生成増幅部１０６によって生成された信号波は、整合部１０７によって周波数の整合が取られ、送信アンテナ１０８によって外部に放射されることによって、車上通信装置１１へ送信される。送信アンテナ１０８は、信号波放射部の一例である。

なお、車上通信装置１１は、地上通信装置１０に電力波を送信し（いわば電力送信装置）、地上通信装置１０から送信された信号波を受信する。これらの機能を達成するため、車上通信装置１１は、電源、ループアンテナ等で構成される送信アンテナ、信号波を受信する受信アンテナ、受信した信号波を復調する復調回路、取得したデジタル情報を車上装置１２に送信する通信回路、およびこれらを制御する制御回路などを備える。

図２は、電力分配部１０１、電力波整流部１０２、制御整流部１０３、および電圧制御部１０４の回路図である。

電力分配部１０１は、コンデンサ１０１ａ〜１０１ｅを備える。受信アンテナ１００で受信された電力波は、コンデンサ１０１ａ〜１０１ｅの容量値に比例して電力波が分配される。なお、本実施例では、コンデンサ１０１ａ〜１０１ｅの容量値は同一であり、電力波が均等に分配される。なお、コンデンサ１０１ａは、後段の制御整流部１０３を構成する要素でもあり、制御電圧の生成の際にも使用される。このようなコンデンサの共用により、部品点数の削減を図ることができる。

コンデンサ１０１ａに蓄えられた電荷、すなわち受信アンテナ１００により受信された電力波の一部は、制御整流部１０３に出力される。制御整流部１０３は倍圧整流回路によって構成され、駆動電圧と比較して立ち上がりの早い制御電圧を生成する。なお、倍圧整流回路に限らず、３倍圧整流回路やその他の整流回路などを適用しても良いが、後段の電圧制御部１０４が即導通するよう、電圧の立ち上がりが早いコッククロフト型回路を適用することが望ましい。これにより、地上通信装置１０の起動の高速化が実現できる。

また、コンデンサ１０１ｂ〜１０１ｅに蓄えられた電荷、すなわち受信アンテナ１００により受信された電力波の大部分は、電力波整流部１０２に出力される。電力波整流部１０２は、ブリッジダイオード１０２ａ〜１０２ｂを並列に配置することにより構成され、直流の駆動電圧を生成する。電力波整流部１０２の整流回路についても、種々の構成の適用が可能であるが、ブリッジダイオード１０２ａ〜１０２ｂを並列に配置して構成した場合、整流効率の改善と耐圧性能の確保を図ることができる。

なお、図３に示す通り、耐圧性能を向上させるために、ブリッジダイオード１０２ａ〜１０２ｂの直列配置回路により電力波整流部１０２を構成するようにしても良い。また、図４に示す通り、２ダイオード直列ブリッジの並列配置回路などを適用しても良い。更には、ツェナ−ダイオードから構成される電力波整流部破壊防止回路５００を電力波整流部１０２の直後に挿入しても良い。この場合、電力波整流部破壊防止回路５００に適用するツェナーダイオードのツェナー電圧は、基準電圧が取り得る最大値よりも大きいものとし、後段の電圧制御部１０４の動作に影響を与えないようにするのが好ましい。

電力波整流部１０２および制御整流部１０３によって得られる駆動電圧および制御電圧は、電界効果トランジスタ１０４ａおよびツェナーダイオード１０４ｂによって構成される電圧制御部１０４に入力される。

電界効果トランジスタ１０４ａは、電力波整流部１０２側にドレイン端子が接続され、後段の動作電圧生成部１０５側にソース端子が接続され、制御整流部１０３にゲート端子が接続されるよう配置される。ソース電圧となる駆動電圧（電界効果トランジスタなどによる電圧降下を含める）とゲート電圧となる制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧以下の場合には、ドレイン・ソース間に電流は流れないが、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧を超えると、ドレイン・ソース間が導通状態となり、電圧制御部１０４からの駆動電圧が後段の動作電圧生成部１０５に出力される。駆動電圧が上昇するに連れ、ソース・ドレイン間に流れる電圧への抵抗成分は高くなる。

ドレイン・ソース間が導通した後、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧に近づくと、ドレイン・ソース間の抵抗値が上昇し、駆動電圧の電圧降下が生じる（電流が吸収される）。言い換えると、電界効果トランジスタ１０４ａは、ドレイン・ソース間の導通状態を維持するよう動作する。これは、ゲート・ソース間の電位差が小さいほど、ソース・ドレイン間の抵抗成分が大きくなるという電界効果トランジスタ１０４ａの性質を利用したものである。

なお、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧を下回っている間、ドレイン・ソース間には殆ど電流が流れないため、地上通信装置１０は極めて高いインピーダンスを取ることができる。

ドレイン・ソース間の駆動電圧の電圧降下によって動作電圧が変動しないように、基準電圧は少なくとも動作電圧よりも高く設定される必要がある。また、受信アンテナ１００により受信された電力波の大きさが規定の最低レベル付近にあるときには、駆動電圧と制御電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧を上回るよう電圧制御部１０４内の抵抗を調整する必要がある。

また、ツェナーダイオード１０４ｂは、電界効果トランジスタ１０４ａのゲートにかかる制御電圧の最大値を制限する。ツェナーダイオード１０４ｂのツェナー電圧には基準電圧が適用される。このツェナーダイオード１０４ｂを実装することで、過大な電力波が受信され、動作電圧生成部１０５の定格電圧を超える駆動電圧が電力波整流部１０２によって整流された場合でも、動作電圧生成部１０５に出力される駆動電圧の最大値をツェナーダイオードのツェナー電圧から電界効果トランジスタのしきい値電圧を引いた値よりおおよそ求まる電圧以下に抑えることができる。これに付随して、電界効果トランジスタ１０４ａのゲート電圧が基準電圧以下に制限されるため、電圧制限部１０４から出力される電流を一定値以下に抑えることもできる。電界効果トランジスタ１０４ａは、電圧調整部の一例であり、ツェナーダイオード１０４ｂは電圧制限部の一例である。

なお、電力に余裕のある場合などでは、ツェナーダイオード１０４ｂを、トランジスタとサイリスタなどの組み合わせによって定電圧を生成する回路に置き換えても良い。また、電界効果トランジスタ１０４ａの代わりに、フォトＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）リレーを用いても良い。なお、本実施例では、耐圧性能を向上するために、図２のように電界効果トランジスタ１０４ａを直列に２段に接続するようにしたが、電界効果トランジスタ１０４ａは１個でも構わない。

図５は、地上通信装置１０における電力波と電圧との関係を示す図である。

制御電圧は、倍圧整流回路により、駆動電圧よりも電圧上昇率が高くなるよう調整されており、制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧を超えると電界効果トランジスタ１０４ａがオンとなり、動作電圧生成部１０５への駆動電圧の出力を開始する。制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧を超える間、駆動電圧は電力波の入力量に応じて増加する。

その後、制御電圧はツェナーダイオード１０４ｂのツェナー電圧に従う基準電圧に到達する。駆動電圧が更に増加し、電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧に約１Ｖ程度まで近づくと、ドレイン・ソース間の抵抗成分が上昇し、電圧制御部１０４への入力電流量も増加し、駆動電圧の電圧降下が発生する（飽和領域）。言い換えると、電界効果レジスタ１０４ａは、基準電圧と駆動電圧との電位差がしきい値電圧を超えないよう振る舞う。

ドレイン・ソース間の電圧降下によっても基準電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧以下となるような、過大な電力波が入力された場合、電界効果トランジスタ１０４ａのドレイン・ソース間が遮断され、駆動電圧の出力が停止し、動作電圧の生成も終了する。

なお、図５に示したグラフ、および、ドレイン・ソース間の抵抗が上昇する電圧範囲などは、地上通信装置１０の動作を説明するために示した一例であり、正確な値は実際の設計に基づく。

以上の通り、本実施例によれば、受信した電力波が大きくなると電圧制御部１０４の抵抗成分が上昇するため、地上通信装置１０は、例えば、３０〜４０Ωの高いインピーダンスを維持することができ、車上通信装置１１からの電力波を効率的に受信することができる。特に、制御電圧と駆動電圧との電位差が電界効果トランジスタ１０４ａのしきい値電圧付近にあるとき、その状態を維持しようとして電界効果トランジスタ１０４ａのドレイン・ソース間の抵抗成分が更に上昇するので、地上通信装置１０のインピーダンスをより高くとることができる。

また、受信した電力波が小さいときは、電圧制御部１０４の抵抗成分は低いため、電力の損失を極力防ぐことができる。これにより、地上通信装置１０は低電力で動作することが可能となり、短期間で信号波を送信できるようになる。

更に、動作電圧生成部１０５の定格電圧を超えるような電力波が受信アンテナ１００より受信された場合でも、電圧制御部１０４によって駆動電圧は基準電圧以下に抑えられるので、動作電圧生成部１０５などの破壊に至らないようにすることができる。更に、簡易な構成であるため、電力波の受信から信号波の送信までを約２００ｕｓ以下という短期間で実施することも可能となる。

さらに本実施例によれば、車上装置１２への反射電力が問題とならない場合において、入力電力が想定の範囲を逸脱する過大入力であると判断されるとき、電力波整流部１０２内のブリッジダイオード１０２ａの接合容量を変動させることにより、受信アンテナ１００の共振周波数をずらして取得する電力を低下させ、地上通信装置１０の破壊を防止することも可能となる。受信した電力波の大きさが増加するほど、電圧制限部１０４により電力波整流部１０２にかかる電圧が上昇する。この電圧制限部１０４の電圧上昇と、逆電圧の大きさによって接合容量の大きさが変動するダイオードの特性を利用すれば、受信アンテナ１００の共振に影響を及ぼすブリッジダイオード１０２ａの接合容量変動により、入力電力が過大である時に地上通信装置１０と車上通信装置１１間の結合度ひいては取得電力を低下させられる。

地上通信装置および車上通信装置は、例えば、これらが利用される路線によっては、仕様が異なる場合があり、地上通信装置等の仕様が異なる路線に移動体が乗り入れるとすると、地上通信装置が過大な電力を受信してしまう可能性がある。このような事態は、製造メーカ間で地上通信装置等の性能に差がある場合にも発生し得る。移動体による円滑な輸送に貢献するためにも、地上通信装置には、過大な電力を受信した場合であっても故障しないようにすることが求められる。これに対する工夫として、単に、ツェナーダイオードなどの電圧制限素子を整流回路の直後にグランドを介して実装することが考えられるが、この場合、電力の大部分がグランドに流れ、短絡状態に近づいてしまうため、地上通信装置入力インピーダンス（車上通信装置の送信アンテナから見て、地上通信装置の受信アンテナおよびこれに接続される整流回路などの全負荷を等価的に示したもの）の低下を招いてしまう。この場合、車上通信装置が地上通信装置へ出力できる電力波が低下したり、車上通信装置のインピーダンスが地上通信装置入力インピーダンスに引き込まれ、車上装置からみた車上通信装置のインピーダンスが低下し、車上装置への反射電力波が増加したりしてしまう問題もある。車上通信装置のインピーダンスの変化は、車上通信装置と地上通信装置とが近接したときなど、双方の結合度が強いほど大きい。

しかしながら、本実施例によれば、過大な電力波からの回路の保護と、高い地上通信装置入力インピーダンスの維持との両立を図ることができる。更に、入力した電圧によって容量値の異なるツェナーダイオードを受信アンテナ１００に付加する必要がなくなるため、受信アンテナ１００の整合が取りやすくなる利点も生まれる。また、地上通信装置１０は、受信アンテナ１００のインピーダンスの変動を検出する必要もないため、消費電力の増大を避けることもできる。

また、過大な電力波が受信された場合であっても、ツェナーダイオード１０４ｂを経由してグランドに直接流れる整流電力、つまり、回路短絡に見える成分は、受信した電力波のうちの２０％程度に抑えられているため、電力の損失を極力抑えることができる。

なお、電力分配部１０１によって分配される電力波の割合は、予め規定された最低レベルの電力波が入力された時点で電圧制御部１０４が駆動電圧の出力を開始し、予め規定された最高レベルを超える電力波が入力された時に電圧制御部１０４が駆動電圧の出力を停止することができるように調整することが望ましい。制御整流部１０３へ分配される電力が多いほど、電界効果トランジスタ１０４ａのドレイン・ソース間が早く導通することになり、信号波の送信までに要する時間を短いものとすることができる。一方、電力波整流部１０２へ分配される電力が多いほど、ツェナーダイオード１０４ｂを介してグランドに流れる電力は抑えられ、地上通信装置１０のインピーダンスの低下を極力抑えることができる。

また、制御整流部１０３は倍圧整流回路により構成するものとしたが、一般的な整流回路を適用しても良い。この場合、電力分配部１０１により制御整流部１０３へ出力される分配比を、電力波整流部１０２へ出力される分配比よりも大きくする。

次に、本発明の実施例２について説明する。なお、本実施例における構成および効果等は、特に断りのない限り、実施例１と同じである。このため、以下では本実施例と実施例１との相違点を主に説明し、説明の重複を避けるため、共通点の説明は極力省略する。

図６は、本実施例に係る地上通信装置１０のブロック図である。地上通信装置１０は、信号装置などの外部装置２００との間で、情報の送受信を行うため、通信制御回路やリレーなどで構成される通信部２０１を備える。外部装置２００からの情報は、変調部１１１によって信号波に変換され、送信アンテナ１０８等を経由して車上通信装置１１へ送信される。外部装置２００は、例えば、各車体２の運行を集中的に制御することができる。

なお、車上通信装置１１からの信号波を受信する受信アンテナおよび受信回路を更に設け、当該信号波に基づく情報を外部装置２００に送信するようにしても良い。外部装置２００は、例えば、収集した情報に基づいて、各車体２の運行状況を監視することができる。

また、受信アンテナ１００よりも径の小さい変調波検出アンテナ２０２と、電力波の包絡線を検波する変調波検出部２０３とを有し、車上通信装置１１から受信した電力波のＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）を検出しても良い。この場合、制御部１１０はＡＳＫ復調機能などを有し、復調データに応じて、信号波の送信の停止や、電文記憶部１０９の書き換えなどを行っても良い。

本実施例によれば、地上通信装置１０は、車上通信装置１１からの情報を外部装置２００に伝達したり、外部装置２００からの情報を車上通信装置１１に伝達したりする中継装置として動作することができる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例１と同じであるため、以下では本実施例と実施例１との相違点を主に説明する。

図７は、本実施例に係る地上通信装置１０のブロック図である。地上通信装置１０は、受信アンテナ１００および送信アンテナ１０８の代わりに、送受信アンテナ７００を備える。送受信アンテナ７００には、予め規定された送受信周波数の２周波数で整合が取れるよう調整された２周波数整合部７０１が接続される。車上通信装置１１から受信する電力波、および、車上通信装置１１へ送信する信号波は、分波器７０２によって分別される。車上通信装置１１から受信した電力波は、分波器７０２により、電力分配部１０１に送られる。また、地上通信装置１０の信号波生成増幅部１０６によって生成された信号波は分波器７０２に入力され、そのまま２周波整合部７０１および送受信アンテナ７００を通して車上通信装置１１へ送信される。

なお、アンテナ部分と回路部分との絶縁のため、２周波数整合部７０１と分波器７０２との間に絶縁トランスを挿入しても良い。

本実施例によれば、アンテナを１素子にすることにより、新たなデバイスを追加する必要が生じるものの、受信アンテナ１００と送信アンテナ１０８との間の電磁結合を解消し、放射効率の改善が見込める。また、電力分配部１０１の整流ダイオードの容量が、分波器７０２を介することで２周波数整合部７０１への影響が小さくなるため、送受信アンテナ７００の整合が取りやすくなる利点も生じる。

次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例１と同じであるため、以下では本実施例と実施例１との相違点を主に説明する。

本実施例では、実施例１における受信アンテナ１００に共鳴コイルが追加される。

図８は、本実施例に係る地上通信装置１０のブロック図である。本実施例では、受信アンテナ１００と結合して動作する共鳴コイル８０と、電力波の周波数で共振する共振回路部８０１と、を備える。

従来、車上通信装置１１と地上通信装置１０との間の結合度が強くなるほど、車上通信装置１１のインピーダンスの変動が大きくなるため、地上通信装置１０の受信アンテナに、電磁的結合度を高める共鳴コイル８００の付加などの対策を施し、電力伝送効率の改善を図ることが難しかった。しかし、地上通信装置入力インピーダンスの低下を抑えることにより、共鳴コイル８００および共振回路部８０１を実装しても、車上通信装置１１のアンテナの入力インピーダンスの変動を抑えることができる。共鳴コイル８００などの付加によって、特に受信電力波が小さい時の電力伝送効率を大幅に改善できるため、地上通信装置１０の低電力化の実現、ひいては、システム全体の低電力化を実現できる。

また、共鳴コイル８００、または共振回路部８０１を有する共鳴コイル８００の付加により、受信アンテナ１００の整合を取ることができるため、アンテナ側に共振回路を設ける必要がなくなる利点も生じる。電力整流部１０２などに含まれるダイオードの容量は、温度などによって変動するため有用である。

なお、共鳴コイル８００は、受信アンテナ１００との間隔によって生じる容量成分によって電力波の周波数で共振するよう調整しても良い。また、実施例３に係る地上通信装置１０（図７参照）に、共鳴コイル８００等を付加するようにしても良い。この場合も同様の効果を奏する。

次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例における構成および効果等も、特に断りのない限り、実施例１と同じである。但し、本実施例は実施例４と共通する点が多いため、以下では本実施例と実施例４との相違点を主に説明する。

図９は、本実施例に係る地上通信装置１０のブロック図である。地上通信装置１０は、電力分配部１０１の代わりに、制御電圧取得用アンテナ９００を備える。制御電圧取得用アンテナ９００は、受信アンテナ１００よりも径の小さいアンテナで構成される。受信アンテナ１００が受信する電力波は、そのまま電力波整流部１０２に送信され、駆動電圧が生成される。また、制御電圧取得用アンテナ９００が受信する電力波は、制御整流部１０３に送信され、制御電圧が生成される。制御電圧用アンテナ９００には、電力波周波数で共振する整合回路を設けても良い。

本実施例によれば、受信した電力波を分配する必要が無くなるため、特に小さい電力波を受信したときの特性を改善することができる。

図１０が示す通り、実施例３に係る地上通信装置１０（図７参照）に、制御電圧取得用アンテナ９００を付加するようにしても良い。この場合も本実施例と同様の効果を奏する。

なお、本発明は各実施例に限定されるものではなく、既に例示したものも含めて、様々な変形例が考えられる。例えば、地上通信装置１０は、信号波生成増幅部１０６等を有することにより、車上通信装置１１に信号波を送信するものとしたが、これの代わりに、車上通信装置１１からの電力波を受信したことに基づいて、車体２が地上通信装置１０の近傍を走行していると判定し、外部装置２００等にその旨を報知するようにしても良い。

また、車上通信装置１１は車上装置１２と別体である必要はなく、車上装置１２の有する機能も備えた一体型であっても良い。また、例えば、地上通信装置が送信する電力波を受信することにより動作する無電源型の車上通信装置に本発明を適用しても良い。その他、例えば、ＮＦＣ （Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ） 、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、非接触電力伝送その他の無線通信方式を利用した通信システムに本発明を適用しても良い。本発明は、送信アンテナと受信アンテナとが近接することにより高い電磁結合が生じるような場合において特に有効である。

各実施例は本発明の理解のために詳細に説明されたものであり、本発明は、前述の各構成を全て備える必要は必ずしもない。また、ある実施例の一部を他の実施例の一部に置き換えることは可能であり、また、ある実施例の一部を他の実施例に付加することも可能である。

更に、各図面上の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、本発明の実施に必要な制御線や情報線が全て示されているとは限らない。例えば、全ての構成が相互に接続されるようにしてもよい。逆に、本発明の実施に際して、各図面上の制御線や情報線全てを備えていなくても良い。

１ 移動体制御システム
２ 車体
１０ 地上通信装置
１１ 車上通信装置
１２ 車上装置
１００ 受信アンテナ
１０１ 電力分配部
１０２ 電力波整流部
１０３ 制御整流部
１０４ 電圧制御部
１０５ 動作電圧生成部
１０６ 信号波生成増幅部
１０７ 整合部
１０８ 送信アンテナ
１０９ 電文記憶部
１１０ 制御部
１１１ 変調部
１１２ 信号波増幅部
２００ 外部装置
２０１ 通信部
２０２ 変調波検出アンテナ
２０３ 変調波検出部
５００ 電力波整流部破壊防止回路
７００ 送受信アンテナ
７０１ ２周波数整合部
７０２ 分波器
８００ 共鳴コイル
８０１ 共振回路部
９００ 制御電圧取得用アンテナ

Claims (12)

1. 電力波を受信する電力波受信部と、
   前記電力波受信部により受信された電力波から駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、
   前記駆動電圧生成部により生成された駆動電圧に対する抵抗成分を有する電圧調整部と、
   前記電圧調整部により出力された駆動電圧から動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
   前記動作電圧生成部により生成された動作電圧を電力源として、信号波を生成する信号波生成部と、
   前記信号波生成部により生成された信号波を放射する信号波放射部と、を備え、
   前記電圧調整部に入力された駆動電圧が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする地上通信装置。
2. 前記電力波受信部により受信された電力波から、前記駆動電圧よりも高い制御電圧を生成する制御電圧生成部を備え、
   前記電圧調整部は、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を入力し、
   前記電圧調整部に入力された駆動電圧と制御電圧との差が大きくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする請求項１に記載の地上通信装置。
3. 前記電力波受信部により受信された電力波から、前記駆動電圧よりも高い制御電圧を生成する制御電圧生成部と、
   前記制御電圧を所定の電圧以下に制限する電圧制限部と、を備え、
   前記電圧調整部は、前記制御電圧生成部により生成された制御電圧を入力し、
   前記電圧調整部に入力された駆動電圧と制御電圧との差が小さくなると、前記電圧調整部の抵抗成分が高くなることを特徴とする請求項１に記載の地上通信装置。
4. 前記電圧調整部は、入力された駆動電圧と制御電圧との差がしきい値を超える場合、前記駆動電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載の地上通信装置。
5. 前記電圧調整部は、入力された駆動電圧と制御電圧との差がしきい値以下の場合、前記駆動電圧を出力しないことを特徴とする請求項３に記載の地上通信装置。
6. 前記電圧制限部は、所定の電圧を超えた制御電圧を接地することを特徴とする請求項３に記載の地上通信装置。
7. 外部装置からの所定の情報を受信する通信部を備え、
   前記信号波生成部は、前記通信部により受信された所定の情報を有する信号波を生成することを特徴とする請求項１に記載の地上通信装置。
8. 前記電力波受信部と前記信号波放射部とは一のアンテナを共用することを特徴とする請求項１に記載の地上通信装置。
9. 前記電力波受信部により受信される電力波の周波数で共振する共振部を備えることを特徴とする請求項１に記載の地上通信装置。
10. 前記電力波受信部は、電力波を受信するアンテナを複数有し、一のアンテナにより受信された電力波から前記駆動電圧を生成し、他のアンテナにより受信された前記電力波から制御電圧を生成することを特徴とする請求項２に記載の地上通信装置。
11. 電力波を受信する受信アンテナと、
    前記受信アンテナにより受信された電力波に基づいて動作電圧を生成する動作電圧生成部と、
    前記動作電圧生成部により生成された動作電圧にて信号波を生成する信号波生成部と、
    前記信号波生成部により生成された信号波を放射する送信アンテナと、を備えた地上通信装置であって、
    前記受信アンテナにより受信された電力波を分配する複数のコンデンサと、
    前記複数のコンデンサにより分配された電力波を整流して駆動電圧を生成する整流回路と、
    前記複数のコンデンサにより分配された電力波を整流して制御電圧を生成する倍圧整流回路と、
    前記整流回路側にドレイン端子が接続され、前記信号波生成部側にソース端子が接続され、前記倍圧整流回路側にゲート端子が接続された電界効果トランジスタと、
    を備えることを特徴とする地上通信装置。
12. 前記倍圧整流回路により生成された制御電圧を所定の電圧以下に制限するツェナーダイオードを備えることを特徴とする請求項１１に記載の地上通信装置。

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