JP6888016B2 - データ通信装置及びシステムのための取付構造体 - Google Patents

Description

マシン間通信は、とりわけ、エネルギー、通信、及びセキュリティ市場にとってますます重要になってきている。当該業界において使用されている監視制御データ収集（ＳＣＡＤＡ）システムは、遠隔に位置するセンサからの入力に依存して、適切に機能している。ＳＣＡＤＡシステムはまた、信号を出力して、現地における遠隔機器を起動することができる。その機器のかなりの部分（米国電気事業者に対して１８％まで）は、地中に位置し、地上機器と地中機器との無線通信を提供することは、重要な課題である。

地中ケーブルの障害の場所を位置特定するために使用される現在の方法は、依然として緩慢であり、労働集約的である。たとえ比較的短い停止時間であっても設備にとっては不都合であり、また顧客に対して速度調整することになり得るから、地中障害の場所を位置特定し止めて修理するためのより迅速な手段が求められている。

したがって、地中機器が設けられた地中機器用ボールトや他の構造体の内外へ無線信号をアクセス及び通信する必要がある。

本発明は一態様において、筐体に適用されるデータ通信システムであって、筐体の入口ポートに位置するマンホールの蓋の下側に配置されたトランシーバであって、筐体の外部のネットワークと通信するように構成されたトランシーバと、マンホールの蓋の下側にトランシーバを取り付ける取付構造体とを有し、取付構造体は、筐体の入口ポートからマンホールの蓋を取り外す間にトランシーバの損傷を防止するように構成されている。

別の態様において、マンホールの蓋の下側に配置されたトランシーバを保護する取付構造体は金属又は堅牢なプラスチック材料製であり、傾斜した側壁及び空洞を有する切頭ドーム形状又は切頭円錐台形状を有し、空洞はトランシーバを収容するように構成されており、取付構造体は、マンホールの蓋の下側に取付可能となっている。

本発明の上記の概要は、本発明の例示的実施形態の各々又はあらゆる実施態様を記載しようと意図するものではない。以下の図面及び発明を実施するための形態は、これらの実施形態をより具体的に例示する。

以下では、一部において、図面を参照しながら本発明の非限定例によって、本発明を説明する。
本発明の一態様の筐体内に配置されたデータ通信システムの部分等角図である。 本発明の他の態様のデータ通信システムの等角断面図である。 本発明の他の態様のマンホールの蓋の底側に固定された取付構造体の等角底面図である。 本発明の他の態様のトランシーバと取付構造体の分解断面図を示している。 本発明の他の実施態様の取付構造体の等角図である。 マンホールの蓋の取り外し過程を説明する図である。 マンホールの蓋の取り外し過程を説明する図である。 マンホールの蓋の取り外し過程を説明する図である。 本発明は様々な修正及び代替形態が可能であるが、その詳細を、例として図面で示すとともに詳細に説明する。しかしながら、その意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することにはないことを理解するべきである。むしろ逆に、添付の「特許請求の範囲」で記載した発明の範囲を逸脱することなく、あらゆる変更、均等物、及び代替物が含まれることを意図している。

以下の発明を実施するための形態では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す。その際、「上」、「下」、「前」、「後」、「前縁」、「前方」、「後縁」などの方向に関する用語は、説明する図面の方向を基準として用いられている。本発明の各実施形態の構成要素は多数の様々な方向で位置決めされ得るため、方向に関する用語は、説明の目的で用いられており、限定するものではない。他の実施形態を利用することもでき、また、構造的又は論理的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

ここで説明されるデータ通信装置及びシステムのための取付構造体は、地下筐体などの筐体の内部で利用することができる。取付構造体は、例えばマンホールの蓋の下側に取り付けられるトランシーバやコネクタなどの集積電子機器及び／又は、筐体内の設備と集積電子機器を接続するテザーケーブルを、筐体からマンホールの蓋を取り外す過程において損傷から保護することができる。取付構造体は、切頭ドーム状または切頭円錐台状に構成され、傾斜した側壁及び開口を有することから集積電子機器上のコネクタに対してアクセスできる。この設計は、向きに依存せず、筐体の入口ポート上においてマンホールの蓋は任意の位置に回転することができる。

図１は、本発明の一態様であるデータ通信システム１００を示している。本態様において、データ通信システム１００は、地中データ通信システムである。図２Ａ〜図２Ｃ及び図３は、データ通信システムの特定の部品を種々異なる図に示している。

一態様において、データ通信システム１００は、ボールト状態情報を地上のネットワーク又はＳＣＡＤＡに対して伝達する通信インフラストラクチャを提供することができ、保守技術員がマンホールの蓋を取り外してボールト又は筐体１０へ物理的に侵入又はアクセスする必要が生じた際に、通信装置を損傷から保護する。図１に示すように、データ通信システム１００は、筐体の外部のネットワークと通信するように構成されたトランシーバ１０１を有する。一態様において、トランシーバ１０１は、ハウジングの内部に取り付けられる。ハウジングは、マンホールの蓋５０に対し、取付構造体６０を介して取付可能である。図２Ｃの分解図に示すように、トランシーバのハウジングは、蓋または上部１１５及び底部１１８を含むことができる。図２Ａに示すように、トランシーバ１０１は、アンテナ及び無線器１４７も含むことができる。無線機１４７はＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘ、携帯電話（３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、ＧＳＭ）、プライベートライセンス帯域、非ライセンス帯域等の広く利用可能な地上無線通信ネットワークと通信する。別の態様において、トランシーバは、対応する無線機を備えない受動アンテナを有することができ、この場合、無線機はボールトの他の部分に収容される。トランシーバは、マンホールの蓋に形成された開口５１を密に通過するように構成された大きさを有することができる。一態様において、トランシーバの上面は、例えば図２Ａに示すように、マンホールの蓋５０の上面と実質的に面一であってよい。任意選択的に、トランシーバ１０１は、トランシーバの通信動作や、コンテンツやタイミングを制御するマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ（図示せず）を含むこともできる。

トランシーバのハウジングは、密封構造であってもよく、また、蓋とベース部のようなハウジングの部品を１つ以上含んでもよい。ハウジングのパーツの少なくともいくつかは、成形可能なプラスチック材料で製造されてもよい。ハウジングのパーツの材料は、侵襲性物質に対して耐性を有していてもよい。ハウジングは、ハウジング内に収容される無線器、アンテナ、及び他の部品を保護するために密封することができる。黒鉛含有材料などの適切な材料を用いて密封することにより、外部環境に存在しうるガソリン又はオイルのような侵襲性物質に対して更なる密封を提供することができる。他の態様において、例えばハウジングは、ポリウレタンコアを有するポリカーボネート材料製であり、ポリカーボネート材料を亀裂から防ぐ柔軟性を提供するリブ領域を有する。代替のトランシーバの構成は、その全体が参照により本明細書に援用されている米国特許仮出願第６２／１８０，４１７に記載されている。

また、図１に示すように、データ通信システム１００は、筐体１０内に取り付けられたセンサ分析ユニット（ＳＡＵ）２２０も含んでよい。この態様において、テザーケーブル２３０は、トランシーバ１０１を銅及び／またはファイバーケーブルを介してセンサ分析装置２２０に接続することができる。さらに以下に説明するように、取付構造体６０は、入口ポート５５からマンホールの蓋５０を取り外す間にトランシーバ１０１及びテザーケーブル２３０の両方を損傷から保護する。ＳＡＵ２２０は、ボールト１０に設けられた１つ以上のセンサやその他の装置に接続することができる。

本発明の別の態様において、トランシーバ１０１は、完全に集積化されたトランシーバであってもよく、このトランシーバは、少なくとも間欠的にトランシーバ１０１に対して電力を供給する電源（例えば電池や超コンデンサ）をも有することができる。

図１に示すように、データ通信システム１００は、ここでは地下ボールト１０である例示的な地下筐体内に配置される。本実施例では、ボールト１０は、電力線２０５ａ〜２０５ｃ（例えば低、中または高圧電力を送電する）のような１つ以上の高圧電線といった様々な設備と、パワーハーベスタ２０８や関連ケーブル２３５といった関連部品及び／又は付属品を有する。ボールトは、その全体を参照することにより本明細書に援用されるＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０３６３４５号に記載の追加の設備を含みうる。

図１に示すように、この例では、例えば低、中または高圧電線２０５ａ〜２０５ｃのような電力ケーブルが、ボールト１０内に配置される。監視装置は、端末等のケーブル付属品に設けられたセンサとして構成することができる。そのようなセンサは、例えば電圧、電流及び／または温度といったケーブル状態を測定する検知能力を提供することができる。例示的な感知型端末は、その全体を参照することにより本明細書に援用される、米国特許仮出願第６１／８３９，５４３号に記載されている。

筐体又はボールト１０は、マンホールの蓋５０を具備する扉又は入口ポート５５を介して、地上からアクセスできる。マンホールの蓋は、金属製又は非金属製であってもよいし、従来のように円形であってもよい。一態様において、マンホールの蓋５０は、入口ポート５５のリング、フレームまたはフランジ構造体上に取り付けることができる。本実施形態において、ボールト１０は、電気、ガス、水道及び／又は他の公共施設によって共通に用いられる従来の地下ボールトとして構成することができる。一方、代替の態様において、地中データ通信システム１００は、別のタイプの地中筐体で利用することもでき、又はマンホール、地下階、地下室、ピット、シェルタ、管、若しくは他の地中筐体のような同様の構造体内でも利用することもできる。

ＳＡＵ２２０は、ボールト１０内の中心位置に、又は壁や他の内部ボールト構造体に沿って取り付けることができる。ＳＡＵ２２０は、そのようなデータ信号を受信し、操作し、分析し、処理し、又はその他に変換して、監視制御データ収集（ＳＣＡＤＡ）システム内で使用可能な信号にするデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はシステムオンチップ（ＳＯＣ）を備える。加えて、ＤＳＰは、ＳＣＡＤＡとは独立にいくつかの操作を実行できる。例えば、ＤＳＰでは、障害の検出、隔離、位置特定及び状況の監視と報告を実行できる。また、ＤＳＰ／ＳＡＵは、Ｖｏｌｔ、ＶＡＲ最適化、フェーザ測定（同期位相計測）、初期障害検出、負荷特性評価、事後イベント分析、署名波形の識別及びイベント捕捉、自己回復及び最適化、エネルギー監査、部分放電、高調波分析／低調波分析、フリッカ分析、並びに漏洩電流分析のような付加的な機能を提供するようにプログラムすることが可能である。他の態様においては、ＳＡＵ２２０は、例えばトランシーバ１０１が受動アンテナのみを有する場合には、無線器１４７のような無線器をさらに含むことができる。

加えて、ＳＡＵ２２０内で利用されるＤＳＰ及び他のチップは、１０Ｗ未満程度の低電力レベルしか必要としないように構成することができる。本態様においては、ＳＡＵ２２０には、パワーハーベスティングコイル２１８を介して電力が供給することができ、このパワーハーベスティングコイルは、１本の電線と結合されており、ＳＡＵ２２０に対して十分な電力を供給する。

加えて、ＳＡＵ２２０には、バックアップバッテリが実装できる（図示せず）。更に、ＳＡＵ２２０は、例えば、筐体内部の環境条件を監視する付加的なセンサを含むことができる。

ＳＡＵ２２０からの処理済みデータは、トランシーバ１０１経由でネットワーク又はＳＣＡＤＡに通信することができる。

本発明の一態様において、ボールト１０は、その内部に少なくとも１つの監視装置を含むことができる。監視装置は、ボールトやボールトに配置された部品もしくは装置の物理的状況を監視することができる。かかる状況は、通常、地上から収集又は評価することが困難であろう。監視装置は、以下のセンサ：電力センサ、電圧センサ、電流センサ、温度センサ、可燃物質センサ又は燃焼副産物センサ、機械的歪みセンサ、機械的移動（例えば、毎分回転数）センサ、湿度センサ、土壌状態（酸度、含水量、鉱物の含有量）センサ、圧力センサ、危険雰囲気センサ、液体フローセンサ、漏れセンサ、部品寿命センサ又は耐用年限センサ（例えば、陰極防食センサ）、（例えば、筐体に侵入した人の有無などの）人感センサ、（例えば、筐体の開閉、またはスイッチ又はバルブの開閉、または不正使用された品目の有無などの）物理的状態センサ、光センサ、振動（地震、不正使用）センサのうち１つ又は２つ以上を備えてもよい。

図２Ａ〜図２Ｃ及び図３において詳細に示すように、取付構造体６０は、マンホールの蓋５０の下側にトランシーバ１０１を取り付けるための支持具を提供する。図２Ａに示すように、典型的なマンホールの蓋５０は、中央支持リング５２と、この中央支持リング５２からマンホールの蓋５０の外端に向かって放射状に延在するリブ５４を有する。このような典型的なマンホールの蓋は非常に重く（例えば約１５０ｌｂｓ）、マンホール蓋持ち上げ具のような工具を使用して取り外す必要がある。

取付構造体６０は、図に示されているように傾斜した側壁６４を有する切頭ドーム形状又は切頭円錐台形状を有する。この取付構造体の全体形状は、本説明により当業者に明らかとなるように、異なる形状を有してもよい。

一態様において、取付構造体６０は、中央支持リング５２の内面と整合するのに適した外径を有する円形リブ６５（図２Ｃ参照）を含むことができる。取付構造体はまた、中央支持リング５２の底面に対する支持部であるレッジ面６３を含むことができる。また、取付構造体６０はさらに窪み領域６９を含むことができる。窪み領域６９の深さは、トランシーバ１０１の大きさに対応することができる。この構成により、空洞又はポケットが、マンホールの蓋の中央リング部の内側領域と、使用時においてトランシーバ１０１を収容することのできる取付構造体の窪み領域６９との間に形成される。ボルト６８（例えばねじ付きボルト）は、マンホールの蓋や他の頑強な固定装置においてねじ切りされた又は貫通して形成されたねじ穴５８と係合するように構成されている。ボルト６８は、マンホールの蓋５０の下側に対して取付構造体６０を固定するのに用いることができる。

また、取付構造体６０はさらに、トランシーバ１０１の底部１１８に取り付けられたコネクタ１０５を取り囲むのに十分な深さ及び直径を有する下部開口６２を含むことができる。コネクタ１０５はトランシーバ１０１をテザーケーブル２３０に結合するために用いることができる。テザーケーブル２３０は、ボールト１０内に設けられたＳＡＵ２２０又は他の装置に更に接続することができる。また、図３に示すように、取付構造体６０は、取付構造体６０の側壁６４を通って、コネクタ１０５からテザーケーブル２３０が通過するのに十分な幅を有するスロット６７を含むことができる。テザーケーブルは、マンホールの蓋５０の部分５３に対して固定されるテザーストリングまたはフィラメント２３１を含むことができる。この係留によって、マンホールの蓋の取り外しの間にケーブル２３０を損傷から保護できる。任意選択的に、テザーケーブル２３０は、引張力が適度なレベルに達した際に接続を切断するように構成された、例えば従来の機械式（例えばスナップフィット）又は磁気式コネクタまたは結合器のような分離コネクタ２３２（例えば図１を参照）を含むことができる。これにより、入口ポート５５からマンホールの蓋が大きく移動させられた場合に、コネクタ１０５及び／又はＳＡＵ２２０の損傷を防止する。

一態様において、取付構造体６０は、金属又は堅牢なプラスチック材料製である。取付構造体６０の構造的一体性は、通常動作の際及びボールト１０からマンホールの蓋５０を取り外す間においてデータ通信システムのトランシーバ１０１、コネクタ１０５、及びテザーケーブル２３０を保護する点において重要である。

取り外しの間は、マンホールの蓋は、様々な側又は角度から開放され、及び／又は入口ポートから乱暴に引き離されることがしばしばである。この取り外し過程は、図４Ａ〜４Ｃに示されている。図４Ａは、マンホールの蓋が通常の組立位置にある状態を示している。取付構造体６０は、トランシーバ１０１／コネクタ１０５の深さを超えて延在する傾斜した側壁６４を有することにより、トランシーバ１０１／コネクタ１０５／ケーブル２３０を保護する。図４Ｂにおいて、マンホールの蓋は、入口ポートから取り外される。その重量のために、マンホールの蓋５０の底側は、通常、入口ポート５５の側面に対して引きずられる。このようにして、取付構造体６０は、トランシーバ及びコネクタ１０５／テザーケーブル２３０が、入口ポート５５の側面に対して直接接触することを防止する。また、取付構造体がない場合、そのような接触によりデータ通信システムが実質的に損傷しうる。また、取付構造体が傾斜した側壁６４を有することにより、マンホールの蓋を連続的に取り外すことができ、取付構造体／トランシーバが入口ポートの側面に対して止まり、又は引っかかってしまいさらに取り外しが困難となってしまうといったことがない。この観点で、傾斜した側壁は、取付構造体の中心軸に対して約２０度から約７０度の角度を有することができる。例えば図４Ｃに示すように、マンホールの蓋が入口ポート５５から完全に取り外される際、取付構造体６０の堅牢な構造がマンホールの蓋５０の重量を支持することができ、ケーブル２３０の通過を可能にし、表面が（例えばコンクリート、アスファルト、砂利等の）粗いこと又は平滑であることによるトランシーバ１０１やコネクタ１０５への損傷を防止できる。

これまで、本発明について、いくつかの個々の実施形態を参照して説明してきた。上記の詳細な説明は、あくまで理解を助けるために示したものに過ぎない。詳細な説明から、不必要に限定して理解又は解釈されるべきではない。方向についての言及並びに右、左、前、後ろ、上、及び下についての言及は全て、単なる例示であって、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態において多くの変更を行うことができることが当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲は、本明細書で説明した詳細及び構造に限定すべきではなく、むしろ請求項の文言で説明されている構造及びこれらの構造の均等物によって限定すべきである。

Claims (4)

1. 筐体に適用されるデータ通信システムであって、
   前記筐体の入口ポートに位置するマンホールの蓋の下側に配置されたトランシーバであって、前記筐体の外部のネットワークと通信するように構成されたトランシーバと、
   前記マンホールの蓋の下側に前記トランシーバを取り付ける取付構造体と、を有し、前記取付構造体は、前記筐体の前記入口ポートから前記マンホールの蓋を取り外す間に前記トランシーバの損傷を防止するように構成され、
   前記取付構造体は、傾斜した側壁を有する切頭円錐台形状又は切頭ドーム形状を有する、データ通信システム。
2. 前記筐体の内部に配置された監視装置又はセンサからのデータを処理し、処理されたデータ信号を生成し、前記処理されたデータ信号を前記トランシーバに通信するセンサ分析ユニットと、
   前記トランシーバの底部に設けられたコネクタと、
   前記センサ分析ユニットを前記トランシーバに前記コネクタを介して接続するケーブルと、を更に備え、
   前記取付構造体は、前記コネクタを取り囲むのに十分な深さ及び直径を有する下部開口を備える、請求項１に記載のデータ通信システム。
3. 前記ケーブルはテザーケーブルを含み、前記テザーケーブルは、前記ケーブルに結合された、前記マンホールの蓋の下側に取り付けられるテザーストリング又はフィラメントを有する、請求項２に記載のデータ通信システム。
4. マンホールの蓋の下側に配置されたトランシーバを保護する取付構造体であって、前記取付構造体は金属又は堅牢なプラスチック材料製であるとともに傾斜した側壁及び空洞を有する切頭ドーム形状又は切頭円錐台形状を有し、前記空洞はトランシーバを収容するように構成されており、前記取付構造体は、前記マンホールの蓋の下側に取付可能である、取付構造体。

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