JP2004229406A - 分離トランス装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】１次側装置の結合面を任意に大きくして２次側装置との結合可能領域を拡大する。
【解決手段】分離トランスの１次側装置は、複数の磁路を形成するコイル群によって構成され、各コイルに時間や位相の異なるパルス電流や交流電流を流すことにより、結合面上に回転磁界や帯状の移動磁界などを発生する。この結合面上に２次側装置を配置することにより、エネルギや情報の伝達を行なう分離トランスを構成する。１次側装置の結合面を任意に大きくして２次側装置との結合可能領域を拡大することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】分離トランスの１次側装置は、複数の磁路を形成するコイル群によって構成され、各コイルに時間や位相の異なるパルス電流や交流電流を流すことにより、結合面上に回転磁界や帯状の移動磁界などを発生する。この結合面上に２次側装置を配置することにより、エネルギや情報の伝達を行なう分離トランスを構成する。１次側装置の結合面を任意に大きくして２次側装置との結合可能領域を拡大することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１次コイルと２次コイルの間で電磁誘導作用を利用して伝送を行なう分離トランス装置に係り、特に、電力と情報を同じく電磁誘導作用により伝送する分離トランス装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、１次側装置と２次側装置が結合する領域や位置関係に自由度がある分離トランス装置に係り、特に、１次側装置の結合面を任意に大きくすることができる分離トランス装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
局所でのみ適用可能な無線通信手段の一例として、非接触ＩＣカードを挙げることができる。
【０００４】
この種の無線通信には、一般に、電磁誘導の原理に基づいて実現される。すなわち、メモリ機能を有するＩＣカードと、ＩＣカードのメモリに対して読み書きアクセスをするカード・リーダ／ライタで構成され、一次コイルとしてのＩＣカード側のループ・コイルと２次コイルとしてのカード・リーダ／ライタ側のアンテナが系として１個のトランスを形成している。そして、カード・リーダ／ライタ側からＩＣカードに対して、電力と情報を同じく電磁誘導作用により伝送し、ＩＣカード側では供給された電力によって駆動してカード・リーダ／ライタ側からの質問信号に対して応答することができる。
【０００５】
カード・リーダ／ライタ側では、アンテナに流す電流を変調することで、ＩＣカード上のループ・コイルの誘起電圧が変調を受けるという作用により、カード・リーダ／ライタからＩＣカードへのデータ送信を行なうことができる。また、ＩＣカードは、ループ・コイルの端子間の負荷変動により、ＩＣカード・リーダ／ライタ側のアンテナ端子間のインピーダンスが変化してアンテナの通過電流や電圧が変動するという作用により、カード・リーダ／ライタへの返信を行なう。
【０００６】
ＩＣカードに代表される非接触・近接通信システムは、操作上の手軽さから、広範に普及している。例えば、暗証コードやその他の個人認証情報、電子チケットなどの価値情報などをＩＣカードに格納しておくことにより、キャッシュ・ディスペンサやコンサート会場の出入口、駅の改札口などに設置されたカード・リーダ／ライタは、利用者がかざしたＩＣカードに非接触でアクセスして、認証処理を行なうことができる。
【０００７】
図１７には、非接触通信を用いて実現される改札システム１の構成を模式的に描いている。ユーザは移動期間中も非接触ＩＣカード２を携行している。また、改札機４は、駅の改札口などに設けられて、通過扉８の開閉操作を用いて、課金処理の有無やその他の権限の有無に応じてユーザの通過の是非を制御する。カード読み書き装置６は、改札機４に設置して用いられ、改札を通過しようとすると、ユーザが所持するＩＣカード２にアクセスしてデータを読み書きする。
【０００８】
カード読み書き装置６は常にＩＣカードをポーリングしている。そして、ユーザがＩＣカード２を所持したまま改札機４に接近すると、改札機４上に設置されたカード読み書き装置６はＩＣカード２が近づいてきたことを検知して、携帯端末２との間で通信を行なう。そして、ユーザに対する課金処理や相互認証処理を経て、その通過が許可されたときには通過扉８を開成して、ユーザの改札口の通過を認める。
【０００９】
最近では、微細化技術の向上とも相俟って、比較的大容量のメモリ空間を持つＩＣカードが出現している。大容量メモリ付きのＩＣカードによれば、複数のアプリケーション（又はサービス）を同時に格納しておくことができるので、１枚のＩＣカードを複数の用途に利用することができる。例えば、１枚のＩＣカード上に、電子決済を行なうための電子マネーや、特定のコンサート会場に入場するための電子チケットなど、多数のサービスを格納しておくことにより、１枚のＩＣカードをさまざまな用途に適用させることができる。
【００１０】
また、各デバイスにＩＣカード及びカード・リーダ／ライタ双方の機能を装備することにより、ＩＣカード技術を汎用性のある双方向の近接通信インターフェースとして利用することができる。例えば、コンピュータや情報家電機器のような機器どうしで近接通信システムが構成される場合には、通信は一対一で行われる。また、ある機器が非接触ＩＣカードのような機器以外の相手デバイス（カードと呼ぶ）と通信することも可能であり、この場合においては、１つの機器と複数のカードにおける一対多の通信を行なうアプリケーションも考えられる。
【００１１】
非接触通信システムは、ユーザが物理的に近接通信を行なうデバイスどうしを近づけ、少なくとも一方の機器は相手のデバイスを発見して自動的に動作を開始することができる、簡易な無線インターフェースである。しかしながら、このように電力と情報を同じく電磁誘導作用により伝送するシステムの場合、伝送路を確立するためには１次側と２次側のコイルの位置決めが問題となる。
【００１２】
図１８には、平板上コイルを複数対向させて分離トランスを形成した非接触ＩＣカードインターフェースの２面図（従来例）を示している。
【００１３】
同図に示す分離トランスは、ＩＣカード読みとり・書き込み装置に組み込まれている１次側装置３０とそれに埋め込まれた１次側コイル３１と、ＩＣカード４０とそれに埋め込まれた１次側コイル４１から成り立っている。図示するように、ＩＣカードを１次側装置にかざすことにより、両者の間で電磁誘導による電力や情報の伝達を行なうことができる。
【００１４】
自動改札機などに用いられるこのような分離トランス装置においては、２次側装置のコイルは小さいほど良く携帯性が高いメリットがあり、その一方で１次側装置のコイルは結合可能範囲を用途に応じて任意に大きくできる方が実用上便利である。
【００１５】
図１９には、分離トランスの結合可能領域を広げようとして１次側装置５０のコイル５１を相対的に大きくした例を示している。このような方法では、１次側装置５０のちょうど中央に２次側装置４０を置いた場合に、１次側コイル５１と二次側コイル４１との間の結合が弱くなってしまう。このような傾向は、１次側コイルが大きくなればなるほど顕著である。ユーザは一般に１次側装置５０のちょうど中央を目標にしてＩＣカードをかざそうとするが、むしろ検知ミスとなり易い。このため、固定機側の結合面の大きさを、携帯機側装置の面積に比較して著しく大きくすることは困難である。
【００１６】
例えば、シェーバ本体下部にトランス２次側巻線を、充電器上部にトランス１次側まき線をそれぞれ配設して、トランス１次側とトランス２次側の間で電磁用動作用により電力と信号をともに伝達する装置がある（非特許文献１）。この場合、シェーバ本体を充電器に装着することによりトランス１次側とトランス２次側の間で所定の位置関係が形成されることから特に問題とはならない。
【００１７】
また、電力供給用の配線を必要とすることなく、駆動する電子機器の定格電力内で確実に電力供給を行なうことができる無線式電力供給装置が幾つか提供されているが（例えば特許文献１）、トランス１次側とトランス２次側の位置関係の問題について言及するものはない。
【００１８】
【特許文献】
特開平６−１３３４７６号
【非特許文献】
桂嘉志記外著「小型高効率共振トランスを用いた非接触充電器」（松下電工技報（Ｄｅｃ．２００１））
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１次コイルと２次コイルの間で電磁誘導作用を利用して、電力と情報を同じく電磁誘導作用により好適に伝送する、優れた分離トランス装置を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、１次側装置と２次側装置が結合する領域や位置関係に自由度がある、優れた分離トランス装置を提供することにある。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、１次側装置の結合面を任意に大きくして２次側装置との結合可能領域を拡大することができる、優れた分離トランス装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、２次側装置と電磁誘導作用により結合する結合面と、
前記結合面下に配設された複数のコイルと、
前記の各コイルに所定の位相差を以って交流電流又はパルス電流を流して前記結合面上で磁路が移動又は回転する磁界を形成せしめる駆動部と、
を具備することを特徴とする分離トランスの１次側装置である。
【００２３】
ここで、前記駆動部は、所定の位相差を持った各コイルへの交流電流を発生し、前記結合面を介して電磁誘導により接続される前記２次側装置のコイルに駆動電力となるべき交流電流が生じるようにすることができる。
【００２４】
あるいは、前記駆動部は、所定の位相差を持った各コイルへの交流信号を伝送信号で変調する変調器と、該変調出力を電流に変換するドライバ回路を備え、前記結合面を介して電磁誘導により接続される前記２次側装置のコイルに伝送信号となるべき交流電流が生じるようにすることができる。
【００２５】
また、前記結合面下には、複数のコイルを、それぞれの開口が重ならないように位置をずらして配設するようにしてもよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上で磁路が移動する移動磁界を形成することができる。
【００２６】
あるいは、前記結合面下に径の異なる複数のコイルを同心円状に配設してもよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上で磁路が放射状に移動する移動磁界することができる。
【００２７】
あるいは、前記結合面下に複数のコイルを多角形状に配設してもよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上でコイルの配列に沿って磁路が移動する回転磁界を形成することができる。
【００２８】
あるいは、前記結合面下に複数のコイルを多角形格子状に配設し手もよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上でコイルの配列に沿って磁路が移動しながら回転する回転磁界を形成することができる。
【００２９】
また、前記結合面下ではコイル間に強磁性体を充填することにより、２次側装置のコイルとの電磁誘導による結合を強めることができる。
【００３０】
一方、分離トランスの２次側装置は、１個以上のコイルを備え、１次側装置の結合面上に配置された際に、前記１次側装置が発生する回転又は移動磁界の交差により電力を受信することができる。
【００３１】
また、分離トランスの２次側装置は、信号により変調された磁界から元の信号を復調する復調手段をさらに備えてもよい。
【００３２】
また、分離トランスの２次側装置においても、前記結合面下ではコイル間に強磁性体を充填することにより、１次側装置のコイルとの電磁誘導による結合を強めることができる。
【００３３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明では分離トランスの一次側装置において結合面の大きさを任意に大きくできるようにするため、複数の磁束の発生源を、連続してまたは重なり合わせて配置している。そして、それぞれの発生源から位相などが異なる磁束を発生させることにより実現している。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３５】
第１の実施形態：
図１には、本発明の第１の実施形態に係る分離トランス装置の結合面の構成を示している。同図に示すように、複数のコイルをずらして重ねた１次側装置から移動磁界を発生させるようになっている。
【００３６】
１次側装置１０には複数個のコイル１１〜１４がそれぞれ一辺の半分ずつずらして結合面下に埋め込まれ、２次側装置としてのＩＣカード４０の２次側コイル４１を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００３７】
図２には、１次側装置１０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００３８】
信号発生器６１から得られた交流信号が、ドライバ６７に直接供給されるとともに、ドライバ６８には移相回路６２を通って位相がずらされて加えられる。ここでは、例えば位相が９０度だけずれるものとする。
【００３９】
各コイル１１〜１４の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示す。つまり、図示の駆動回路においては、隣接するコイル１１と１３はそれぞれ逆周りに、隣接するコイル１２と１４もそれぞれ逆周りに電流が流れるように接続されている。
【００４０】
図３には、図２に示す駆動回路によって発生する移動磁界の様子を示している。各コイルにはそれぞれ９０度ずつ位相の異なる交流電流が流れるので、図示のように結合面上には絶えず移動する磁界が発生する。同図に示す例では、反時計回りの磁界と時計回りの磁界が交互に発生して、紙面左方に向かって移動する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００４１】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００４２】
なお、本実施形態では、２次側装置は１個の長方形状コイルとしたが、コイルの大きさや形状は任意に決定することができる。但し、２次側コイルの大きさは、１次側コイル短辺の半分から１倍までが効率の点から適切である。また、大型の２次側装置が必要な場合は、コイルの数を増やして任意に配置することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、駆動回路毎に１次側コイルを２個ずつ配置したが、隣接するコイルの電流の方向が逆回りになる条件を保ったままコイルの個数を任意に増やすことができる。また、コイルの幅も任意に広げることが可能である。同様に、移相器やドライバの数も任意に増やすことが可能である。
【００４４】
第２の実施形態：
第２の実施形態では、図１に示した構造の分離トランスを使用するが、駆動回路に変調器を使用して、電力ではなく信号を伝送するように構成される。
【００４５】
図４には、第２の実施形態に係る信号伝送用１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００４６】
搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、移相回路６２により異なる位相の搬送波信号を発生し各々変調器６４並びに６５に入力される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４並びに６５に信号が入力され、位相がずれた伝送信号によって搬送波信号が変調される。そして、位相がずれた信号を変調した信号をドライバ回路６７並びに６８を経由して各コイル１１，１２，１３，１４を駆動する。ここでは、例えば位相が９０度だけずれるものとする。
【００４７】
ここで、変調器６４，６５は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００４８】
各コイル１１〜１４の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示す。つまり、図示の駆動回路においては、隣接するコイル１１と１３はそれぞれ逆周りに、隣接するコイル１２と１４もそれぞれ逆周りに電流が流れるように接続されている。
【００４９】
図４に示す駆動回路によって発生する移動磁界は、例えば図３に示した通りとなる。各コイルにはそれぞれ９０度ずつ位相の異なる交流電流が流れるので、図示のように結合面上には絶えず移動する磁界が発生する。同図に示す例では、反時計回りの磁界と時計回りの磁界が交互に発生して、紙面左方に向かって移動する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により伝送信号を表す交流電圧が生じる。
【００５０】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００５１】
移相器６２は、遅延回路で置き換えることができる。また、搬送波信号発生器６１は、正弦波交流に限らず、矩形波や乱数信号などに置き換えることも可能である。さらに変調器６４，６５は、ここでは振幅変調器を用いたが、周波数変調器や位相変調器、振幅位相直交変調器などの任意の変調器を用いることができ、２次側では変調器に対応した適切な復調器を選択することにより元の信号を復調することができる。
【００５２】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００５３】
第３の実施形態：
上述した第１の実施形態では、１次側装置では、結合面下に略長方形状の複数個のコイル１１〜１４をそれぞれ一辺の半分ずつずらして埋設され、各コイルに所定の位相差を以って交流信号を印加することにより、磁界が直線的に移動磁界を得るように構成されている。
【００５４】
これに対し、第３の実施形態では、図５に示すように、１次側装置８０の結合面下において、径の異なる複数の円形コイル８１〜８５が同心円状に配設されている。各コイル８１〜８５はおよそ一定間隔で配置されている。そして、２次側装置としてのＩＣカード４２の２次側コイル４３を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００５５】
図６には、１次側装置８０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００５６】
信号発生器６１から得られた交流信号が、ドライバ６７に直接供給されるとともに、ドライバ６８には移相回路６２を通って位相がずらされて加えられる。ここでは、例えば位相が９０度だけずれるものとする。
【００５７】
各コイル８１〜８５の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示す。つまり、図示の駆動回路においては、隣接するコイルはそれぞれ逆周りに電流が流れるように接続されている。
【００５８】
各コイル８１〜８５には位相のずれた交流が流れるので、同心円の内側から外側へ放射状に移動する磁界を発生する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００５９】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００６０】
また、１次側駆動回路として図７に示したものを採用してもよい。この場合、搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、移相回路６２により異なる位相の搬送波信号を発生し各々変調器６４並びに６５に入力される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４並びに６５に伝送信号が入力され、位相がずれた搬送か信号が伝送信号によって位相がずれた信号を変調した信号がドライバ回路６７，６８を経由して各コイル８１，８３，８５、並びに各コイル８２，８４を駆動する。
【００６１】
ここで、変調器６４，６５は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００６２】
各コイル８１〜８５には位相のずれた交流が流れるので、同心円の内側から外側へ放射状に移動する磁界を絶えず発生する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により伝送信号を表す交流電圧が生じる。
【００６３】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００６４】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００６５】
また、図５に示した例では、１次側装置の同心円上のコイルは５本に描いたが、２本以上任意の個数のコイルによって実現可能である。また、本実施形態の２次側装置におけるコイルは任意の場所に配置し且つ任意の個数でよい。
【００６６】
第４の実施形態：
本発明の第４の実施形態では、図８に示すように、１次側装置７０の結合面下において、複数のコイル７１ａ／ｂ〜７３ａ／ｂが多角形状（図示の例では６角形）に配設されている。そして、２次側装置としてのＩＣカード４０の２次側コイル４１を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００６７】
図９には、１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００６８】
図示の駆動回路は、搬送波発振器６１の出力がドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてからドライバ６８に供給され、さらに移相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてからドライバ６９に供給される。この結果、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６９により３群に分かれたコイル７１ａ／ｂ，７２ａ／ｂ，７３ａ／ｂを駆動する。各コイル７１〜７３の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示している。
【００６９】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上でコイルの配列に沿って磁界が移動する回転磁界が生じる。図１０には、結合面上で回転磁界が発生している様子を示している。
【００７０】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００７１】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００７２】
また、１次側駆動回路として図１１に示したものを採用してもよい。この場合、搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、変調器６４及びドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてから変調器６５及びドライバ６８に供給され、さらに位相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてから変調器６６及びドライバ６９に供給される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４、６５並びに６６に伝送信号が入力される。この結果、位相差を持つ各搬送波信号がそれぞれ伝送信号によって変調され、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６９により３群に分かれたコイル７１ａ／ｂ，７２ａ／ｂ，７３ａ／ｂを駆動する。
【００７３】
変調器６４，６５，６６は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００７４】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上でコイルの配列に沿って磁界が移動する回転磁界が生じる（図１０を参照のこと）。
【００７５】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、伝送信号となるべき交流電圧が生じる。
【００７６】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００７７】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００７８】
第５の実施形態：
本発明の第５の実施形態では、図１２に示すように、１次側装置７０の結合面下において、略同径の複数の円形コイルが３角格子状に配設されている。そして、２次側装置としてのＩＣカード４０の２次側コイル４１を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００７９】
図１３には、１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００８０】
図示の駆動回路は、搬送波発振器６１の出力がドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてからドライバ６８に供給され、さらに位相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてからドライバ６９に供給される。この結果、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６８により３群に分かれたコイル７１ａ，ｂ…、７２ａ，ｂ…、７３ａ，ｂ…を駆動する。各コイル群７１〜７３の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示している。
【００８１】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上で６角形上に組み合わされるコイルによって形成される回転磁界が時々刻々と移動していく。図１４には、結合面上で移動しながら回転する回転磁界が発生している様子を示している。
【００８２】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００８３】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００８４】
また、１次側駆動回路として図１５に示したものを採用してもよい。この場合、搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、変調器６４及びドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてから変調器６５及びドライバ６８に供給され、さらに位相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてから変調器６６及びドライバ６９に供給される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４、６５並びに６６に伝送信号が入力される。この結果、位相差を持つ各搬送波信号がそれぞれ伝送信号によって変調され、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６９により３群に分かれたコイル７１ａ，ｂ…、７２ａ，ｂ…、７３ａ，ｂ…を駆動する。
【００８５】
変調器６４，６５，６６は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００８６】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上で６角形上に組み合わされるコイルによって形成される回転磁界が時々刻々と移動していく（図１４を参照のこと）。
【００８７】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、伝送信号となるべき交流電圧が生じる。
【００８８】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００８９】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００９０】
第６の実施形態：
上述した本発明の各実施形態において、１次側又は２次側の装置のうち少なくとも一方の結合面下に、電磁誘導作用による結合を妨げない範囲で、フェライトなどの強磁性体をコイル間に充填することにより、さらに本発明の効果を向上させることができる。
【００９１】
図１６には、図５に示した第３の実施形態に係る分離トランス装置の１次側又は２次側の装置の双方の結合面下に強磁性体をコイル間に充填した様子を示している。
【００９２】
このような構成においても、作用は上述した各実施形態と同じであるが、磁性体の埋め込みによってむしろ結合を強めることができる。
【００９３】
強磁性体を使う方法は、図１６に示すコイルの配置に限らず、任意のコイルの配置に対して適用することができる。
【００９４】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、１次側装置と２次側装置が結合する領域や位置関係に自由度がある、優れた分離トランス装置を提供することができる。
【００９６】
また、本発明によれば、１次側装置の結合面を任意に大きくして２次側装置との結合可能領域を拡大することができる、優れた分離トランス装置を提供することができる。
【００９７】
また、本発明によれば、一次側装置の結合面上に複数の二次側装置を同時に配置することができる。このことにより、複数の二次側装置との間でエネルギーや情報を同時に伝送できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図２】１次側装置１０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図３】図２に示す駆動回路によって発生する移動磁界の様子を示した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る信号伝送用１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図６】１次側装置８０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図７】１次側装置８０において信号伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図９】１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１０】結合面上で回転磁界が発生している様子を示した図である。
【図１１】１次側装置７０において信号伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図１３】１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１４】結合面上で移動しながら回転する回転磁界が発生している様子を示した図である。
【図１５】１次側装置７０において信号伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１６】図５に示した第３の実施形態に係る分離トランス装置の１次側又は２次側の装置の双方の結合面下に強磁性体をコイル間に充填した様子を示した図である。
【図１７】非接触通信を用いて実現される改札システム１の構成を模式的に示した図である。
【図１８】平板上コイルを複数対向させて分離トランスを形成した非接触ＩＣカードインターフェースの２面図（従来例）を示した図である。
【図１９】分離トランスの結合可能領域を広げようとして１次側装置５０のコイル５１を相対的に大きくした例を示した図である。
【符号の説明】
１０，７０，８０…１次側装置
１１〜１４…１次側コイル
４０…ＩＣカード
４１，４３…２次側コイル
６１…信号発生器
６２，６３…移相器
６４，６５，６６…変調器
６７，６８，６９…ドライバ
７１〜７３…コイル
８１〜８５…円形コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、１次コイルと２次コイルの間で電磁誘導作用を利用して伝送を行なう分離トランス装置に係り、特に、電力と情報を同じく電磁誘導作用により伝送する分離トランス装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、１次側装置と２次側装置が結合する領域や位置関係に自由度がある分離トランス装置に係り、特に、１次側装置の結合面を任意に大きくすることができる分離トランス装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
局所でのみ適用可能な無線通信手段の一例として、非接触ＩＣカードを挙げることができる。
【０００４】
この種の無線通信には、一般に、電磁誘導の原理に基づいて実現される。すなわち、メモリ機能を有するＩＣカードと、ＩＣカードのメモリに対して読み書きアクセスをするカード・リーダ／ライタで構成され、一次コイルとしてのＩＣカード側のループ・コイルと２次コイルとしてのカード・リーダ／ライタ側のアンテナが系として１個のトランスを形成している。そして、カード・リーダ／ライタ側からＩＣカードに対して、電力と情報を同じく電磁誘導作用により伝送し、ＩＣカード側では供給された電力によって駆動してカード・リーダ／ライタ側からの質問信号に対して応答することができる。
【０００５】
カード・リーダ／ライタ側では、アンテナに流す電流を変調することで、ＩＣカード上のループ・コイルの誘起電圧が変調を受けるという作用により、カード・リーダ／ライタからＩＣカードへのデータ送信を行なうことができる。また、ＩＣカードは、ループ・コイルの端子間の負荷変動により、ＩＣカード・リーダ／ライタ側のアンテナ端子間のインピーダンスが変化してアンテナの通過電流や電圧が変動するという作用により、カード・リーダ／ライタへの返信を行なう。
【０００６】
ＩＣカードに代表される非接触・近接通信システムは、操作上の手軽さから、広範に普及している。例えば、暗証コードやその他の個人認証情報、電子チケットなどの価値情報などをＩＣカードに格納しておくことにより、キャッシュ・ディスペンサやコンサート会場の出入口、駅の改札口などに設置されたカード・リーダ／ライタは、利用者がかざしたＩＣカードに非接触でアクセスして、認証処理を行なうことができる。
【０００７】
図１７には、非接触通信を用いて実現される改札システム１の構成を模式的に描いている。ユーザは移動期間中も非接触ＩＣカード２を携行している。また、改札機４は、駅の改札口などに設けられて、通過扉８の開閉操作を用いて、課金処理の有無やその他の権限の有無に応じてユーザの通過の是非を制御する。カード読み書き装置６は、改札機４に設置して用いられ、改札を通過しようとすると、ユーザが所持するＩＣカード２にアクセスしてデータを読み書きする。
【０００８】
カード読み書き装置６は常にＩＣカードをポーリングしている。そして、ユーザがＩＣカード２を所持したまま改札機４に接近すると、改札機４上に設置されたカード読み書き装置６はＩＣカード２が近づいてきたことを検知して、携帯端末２との間で通信を行なう。そして、ユーザに対する課金処理や相互認証処理を経て、その通過が許可されたときには通過扉８を開成して、ユーザの改札口の通過を認める。
【０００９】
最近では、微細化技術の向上とも相俟って、比較的大容量のメモリ空間を持つＩＣカードが出現している。大容量メモリ付きのＩＣカードによれば、複数のアプリケーション（又はサービス）を同時に格納しておくことができるので、１枚のＩＣカードを複数の用途に利用することができる。例えば、１枚のＩＣカード上に、電子決済を行なうための電子マネーや、特定のコンサート会場に入場するための電子チケットなど、多数のサービスを格納しておくことにより、１枚のＩＣカードをさまざまな用途に適用させることができる。
【００１０】
また、各デバイスにＩＣカード及びカード・リーダ／ライタ双方の機能を装備することにより、ＩＣカード技術を汎用性のある双方向の近接通信インターフェースとして利用することができる。例えば、コンピュータや情報家電機器のような機器どうしで近接通信システムが構成される場合には、通信は一対一で行われる。また、ある機器が非接触ＩＣカードのような機器以外の相手デバイス（カードと呼ぶ）と通信することも可能であり、この場合においては、１つの機器と複数のカードにおける一対多の通信を行なうアプリケーションも考えられる。
【００１１】
非接触通信システムは、ユーザが物理的に近接通信を行なうデバイスどうしを近づけ、少なくとも一方の機器は相手のデバイスを発見して自動的に動作を開始することができる、簡易な無線インターフェースである。しかしながら、このように電力と情報を同じく電磁誘導作用により伝送するシステムの場合、伝送路を確立するためには１次側と２次側のコイルの位置決めが問題となる。
【００１２】
図１８には、平板上コイルを複数対向させて分離トランスを形成した非接触ＩＣカードインターフェースの２面図（従来例）を示している。
【００１３】
同図に示す分離トランスは、ＩＣカード読みとり・書き込み装置に組み込まれている１次側装置３０とそれに埋め込まれた１次側コイル３１と、ＩＣカード４０とそれに埋め込まれた１次側コイル４１から成り立っている。図示するように、ＩＣカードを１次側装置にかざすことにより、両者の間で電磁誘導による電力や情報の伝達を行なうことができる。
【００１４】
自動改札機などに用いられるこのような分離トランス装置においては、２次側装置のコイルは小さいほど良く携帯性が高いメリットがあり、その一方で１次側装置のコイルは結合可能範囲を用途に応じて任意に大きくできる方が実用上便利である。
【００１５】
図１９には、分離トランスの結合可能領域を広げようとして１次側装置５０のコイル５１を相対的に大きくした例を示している。このような方法では、１次側装置５０のちょうど中央に２次側装置４０を置いた場合に、１次側コイル５１と二次側コイル４１との間の結合が弱くなってしまう。このような傾向は、１次側コイルが大きくなればなるほど顕著である。ユーザは一般に１次側装置５０のちょうど中央を目標にしてＩＣカードをかざそうとするが、むしろ検知ミスとなり易い。このため、固定機側の結合面の大きさを、携帯機側装置の面積に比較して著しく大きくすることは困難である。
【００１６】
例えば、シェーバ本体下部にトランス２次側巻線を、充電器上部にトランス１次側まき線をそれぞれ配設して、トランス１次側とトランス２次側の間で電磁用動作用により電力と信号をともに伝達する装置がある（非特許文献１）。この場合、シェーバ本体を充電器に装着することによりトランス１次側とトランス２次側の間で所定の位置関係が形成されることから特に問題とはならない。
【００１７】
また、電力供給用の配線を必要とすることなく、駆動する電子機器の定格電力内で確実に電力供給を行なうことができる無線式電力供給装置が幾つか提供されているが（例えば特許文献１）、トランス１次側とトランス２次側の位置関係の問題について言及するものはない。
【００１８】
【特許文献】
特開平６−１３３４７６号
【非特許文献】
桂嘉志記外著「小型高効率共振トランスを用いた非接触充電器」（松下電工技報（Ｄｅｃ．２００１））
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１次コイルと２次コイルの間で電磁誘導作用を利用して、電力と情報を同じく電磁誘導作用により好適に伝送する、優れた分離トランス装置を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、１次側装置と２次側装置が結合する領域や位置関係に自由度がある、優れた分離トランス装置を提供することにある。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、１次側装置の結合面を任意に大きくして２次側装置との結合可能領域を拡大することができる、優れた分離トランス装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、２次側装置と電磁誘導作用により結合する結合面と、
前記結合面下に配設された複数のコイルと、
前記の各コイルに所定の位相差を以って交流電流又はパルス電流を流して前記結合面上で磁路が移動又は回転する磁界を形成せしめる駆動部と、
を具備することを特徴とする分離トランスの１次側装置である。
【００２３】
ここで、前記駆動部は、所定の位相差を持った各コイルへの交流電流を発生し、前記結合面を介して電磁誘導により接続される前記２次側装置のコイルに駆動電力となるべき交流電流が生じるようにすることができる。
【００２４】
あるいは、前記駆動部は、所定の位相差を持った各コイルへの交流信号を伝送信号で変調する変調器と、該変調出力を電流に変換するドライバ回路を備え、前記結合面を介して電磁誘導により接続される前記２次側装置のコイルに伝送信号となるべき交流電流が生じるようにすることができる。
【００２５】
また、前記結合面下には、複数のコイルを、それぞれの開口が重ならないように位置をずらして配設するようにしてもよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上で磁路が移動する移動磁界を形成することができる。
【００２６】
あるいは、前記結合面下に径の異なる複数のコイルを同心円状に配設してもよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上で磁路が放射状に移動する移動磁界することができる。
【００２７】
あるいは、前記結合面下に複数のコイルを多角形状に配設してもよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上でコイルの配列に沿って磁路が移動する回転磁界を形成することができる。
【００２８】
あるいは、前記結合面下に複数のコイルを多角形格子状に配設し手もよい。このような場合、前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、前記結合面上でコイルの配列に沿って磁路が移動しながら回転する回転磁界を形成することができる。
【００２９】
また、前記結合面下ではコイル間に強磁性体を充填することにより、２次側装置のコイルとの電磁誘導による結合を強めることができる。
【００３０】
一方、分離トランスの２次側装置は、１個以上のコイルを備え、１次側装置の結合面上に配置された際に、前記１次側装置が発生する回転又は移動磁界の交差により電力を受信することができる。
【００３１】
また、分離トランスの２次側装置は、信号により変調された磁界から元の信号を復調する復調手段をさらに備えてもよい。
【００３２】
また、分離トランスの２次側装置においても、前記結合面下ではコイル間に強磁性体を充填することにより、１次側装置のコイルとの電磁誘導による結合を強めることができる。
【００３３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明では分離トランスの一次側装置において結合面の大きさを任意に大きくできるようにするため、複数の磁束の発生源を、連続してまたは重なり合わせて配置している。そして、それぞれの発生源から位相などが異なる磁束を発生させることにより実現している。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３５】
第１の実施形態：
図１には、本発明の第１の実施形態に係る分離トランス装置の結合面の構成を示している。同図に示すように、複数のコイルをずらして重ねた１次側装置から移動磁界を発生させるようになっている。
【００３６】
１次側装置１０には複数個のコイル１１〜１４がそれぞれ一辺の半分ずつずらして結合面下に埋め込まれ、２次側装置としてのＩＣカード４０の２次側コイル４１を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００３７】
図２には、１次側装置１０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００３８】
信号発生器６１から得られた交流信号が、ドライバ６７に直接供給されるとともに、ドライバ６８には移相回路６２を通って位相がずらされて加えられる。ここでは、例えば位相が９０度だけずれるものとする。
【００３９】
各コイル１１〜１４の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示す。つまり、図示の駆動回路においては、隣接するコイル１１と１３はそれぞれ逆周りに、隣接するコイル１２と１４もそれぞれ逆周りに電流が流れるように接続されている。
【００４０】
図３には、図２に示す駆動回路によって発生する移動磁界の様子を示している。各コイルにはそれぞれ９０度ずつ位相の異なる交流電流が流れるので、図示のように結合面上には絶えず移動する磁界が発生する。同図に示す例では、反時計回りの磁界と時計回りの磁界が交互に発生して、紙面左方に向かって移動する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００４１】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００４２】
なお、本実施形態では、２次側装置は１個の長方形状コイルとしたが、コイルの大きさや形状は任意に決定することができる。但し、２次側コイルの大きさは、１次側コイル短辺の半分から１倍までが効率の点から適切である。また、大型の２次側装置が必要な場合は、コイルの数を増やして任意に配置することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、駆動回路毎に１次側コイルを２個ずつ配置したが、隣接するコイルの電流の方向が逆回りになる条件を保ったままコイルの個数を任意に増やすことができる。また、コイルの幅も任意に広げることが可能である。同様に、移相器やドライバの数も任意に増やすことが可能である。
【００４４】
第２の実施形態：
第２の実施形態では、図１に示した構造の分離トランスを使用するが、駆動回路に変調器を使用して、電力ではなく信号を伝送するように構成される。
【００４５】
図４には、第２の実施形態に係る信号伝送用１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００４６】
搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、移相回路６２により異なる位相の搬送波信号を発生し各々変調器６４並びに６５に入力される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４並びに６５に信号が入力され、位相がずれた伝送信号によって搬送波信号が変調される。そして、位相がずれた信号を変調した信号をドライバ回路６７並びに６８を経由して各コイル１１，１２，１３，１４を駆動する。ここでは、例えば位相が９０度だけずれるものとする。
【００４７】
ここで、変調器６４，６５は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００４８】
各コイル１１〜１４の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示す。つまり、図示の駆動回路においては、隣接するコイル１１と１３はそれぞれ逆周りに、隣接するコイル１２と１４もそれぞれ逆周りに電流が流れるように接続されている。
【００４９】
図４に示す駆動回路によって発生する移動磁界は、例えば図３に示した通りとなる。各コイルにはそれぞれ９０度ずつ位相の異なる交流電流が流れるので、図示のように結合面上には絶えず移動する磁界が発生する。同図に示す例では、反時計回りの磁界と時計回りの磁界が交互に発生して、紙面左方に向かって移動する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により伝送信号を表す交流電圧が生じる。
【００５０】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００５１】
移相器６２は、遅延回路で置き換えることができる。また、搬送波信号発生器６１は、正弦波交流に限らず、矩形波や乱数信号などに置き換えることも可能である。さらに変調器６４，６５は、ここでは振幅変調器を用いたが、周波数変調器や位相変調器、振幅位相直交変調器などの任意の変調器を用いることができ、２次側では変調器に対応した適切な復調器を選択することにより元の信号を復調することができる。
【００５２】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００５３】
第３の実施形態：
上述した第１の実施形態では、１次側装置では、結合面下に略長方形状の複数個のコイル１１〜１４をそれぞれ一辺の半分ずつずらして埋設され、各コイルに所定の位相差を以って交流信号を印加することにより、磁界が直線的に移動磁界を得るように構成されている。
【００５４】
これに対し、第３の実施形態では、図５に示すように、１次側装置８０の結合面下において、径の異なる複数の円形コイル８１〜８５が同心円状に配設されている。各コイル８１〜８５はおよそ一定間隔で配置されている。そして、２次側装置としてのＩＣカード４２の２次側コイル４３を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００５５】
図６には、１次側装置８０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００５６】
信号発生器６１から得られた交流信号が、ドライバ６７に直接供給されるとともに、ドライバ６８には移相回路６２を通って位相がずらされて加えられる。ここでは、例えば位相が９０度だけずれるものとする。
【００５７】
各コイル８１〜８５の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示す。つまり、図示の駆動回路においては、隣接するコイルはそれぞれ逆周りに電流が流れるように接続されている。
【００５８】
各コイル８１〜８５には位相のずれた交流が流れるので、同心円の内側から外側へ放射状に移動する磁界を発生する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００５９】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００６０】
また、１次側駆動回路として図７に示したものを採用してもよい。この場合、搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、移相回路６２により異なる位相の搬送波信号を発生し各々変調器６４並びに６５に入力される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４並びに６５に伝送信号が入力され、位相がずれた搬送か信号が伝送信号によって位相がずれた信号を変調した信号がドライバ回路６７，６８を経由して各コイル８１，８３，８５、並びに各コイル８２，８４を駆動する。
【００６１】
ここで、変調器６４，６５は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００６２】
各コイル８１〜８５には位相のずれた交流が流れるので、同心円の内側から外側へ放射状に移動する磁界を絶えず発生する。したがって、移動磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により伝送信号を表す交流電圧が生じる。
【００６３】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した磁界を受ける。合成磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００６４】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００６５】
また、図５に示した例では、１次側装置の同心円上のコイルは５本に描いたが、２本以上任意の個数のコイルによって実現可能である。また、本実施形態の２次側装置におけるコイルは任意の場所に配置し且つ任意の個数でよい。
【００６６】
第４の実施形態：
本発明の第４の実施形態では、図８に示すように、１次側装置７０の結合面下において、複数のコイル７１ａ／ｂ〜７３ａ／ｂが多角形状（図示の例では６角形）に配設されている。そして、２次側装置としてのＩＣカード４０の２次側コイル４１を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００６７】
図９には、１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００６８】
図示の駆動回路は、搬送波発振器６１の出力がドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてからドライバ６８に供給され、さらに移相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてからドライバ６９に供給される。この結果、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６９により３群に分かれたコイル７１ａ／ｂ，７２ａ／ｂ，７３ａ／ｂを駆動する。各コイル７１〜７３の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示している。
【００６９】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上でコイルの配列に沿って磁界が移動する回転磁界が生じる。図１０には、結合面上で回転磁界が発生している様子を示している。
【００７０】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００７１】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００７２】
また、１次側駆動回路として図１１に示したものを採用してもよい。この場合、搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、変調器６４及びドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてから変調器６５及びドライバ６８に供給され、さらに位相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてから変調器６６及びドライバ６９に供給される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４、６５並びに６６に伝送信号が入力される。この結果、位相差を持つ各搬送波信号がそれぞれ伝送信号によって変調され、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６９により３群に分かれたコイル７１ａ／ｂ，７２ａ／ｂ，７３ａ／ｂを駆動する。
【００７３】
変調器６４，６５，６６は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００７４】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上でコイルの配列に沿って磁界が移動する回転磁界が生じる（図１０を参照のこと）。
【００７５】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、伝送信号となるべき交流電圧が生じる。
【００７６】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００７７】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００７８】
第５の実施形態：
本発明の第５の実施形態では、図１２に示すように、１次側装置７０の結合面下において、略同径の複数の円形コイルが３角格子状に配設されている。そして、２次側装置としてのＩＣカード４０の２次側コイル４１を結合面上に重ねてこれと電磁誘導させる。
【００７９】
図１３には、１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示している。
【００８０】
図示の駆動回路は、搬送波発振器６１の出力がドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてからドライバ６８に供給され、さらに位相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてからドライバ６９に供給される。この結果、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６８により３群に分かれたコイル７１ａ，ｂ…、７２ａ，ｂ…、７３ａ，ｂ…を駆動する。各コイル群７１〜７３の巻き始め記号●は、巻き始め記号から流し込んだ電流が、結合面から見てそれぞれ時計回りに流れることを示している。
【００８１】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上で６角形上に組み合わされるコイルによって形成される回転磁界が時々刻々と移動していく。図１４には、結合面上で移動しながら回転する回転磁界が発生している様子を示している。
【００８２】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、電磁誘導作用により駆動電力となるべき交流電圧が生じる。
【００８３】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で２次側コイル４１に発生した交流電圧は図示しない整流回路を通して直流電圧に変換され、携帯機器などの電源として供給される。
【００８４】
また、１次側駆動回路として図１５に示したものを採用してもよい。この場合、搬送波信号発生器６１が発生した搬送波信号は、変調器６４及びドライバ６７に直接供給されるとともに、移相回路６２ａを通って位相がずらされてから変調器６５及びドライバ６８に供給され、さらに位相回路６３ａを通って位相がさらにずらされてから変調器６６及びドライバ６９に供給される。また、伝送信号源６０からは、変調器６４、６５並びに６６に伝送信号が入力される。この結果、位相差を持つ各搬送波信号がそれぞれ伝送信号によって変調され、位相がずれた３種類の信号を生成することができ、これに基づいて３組のドライバ回路６７〜６９により３群に分かれたコイル７１ａ，ｂ…、７２ａ，ｂ…、７３ａ，ｂ…を駆動する。
【００８５】
変調器６４，６５，６６は、例えば振幅変調、位相変調、周波数変調、又はこれらの組み合わせからなる変調方式を採用することができる。
【００８６】
ここで、例えば搬送波信号を正弦波として、各移相回路６２ａ，６３ａをそれぞれ１２０度正弦波の位相をずらす回路とすることにより、結合面上で６角形上に組み合わされるコイルによって形成される回転磁界が時々刻々と移動していく（図１４を参照のこと）。
【００８７】
したがって、この回転磁界上の任意の位置に置いた２次側コイルはその場所にかかわらず１次側コイルと好適に結合し、伝送信号となるべき交流電圧が生じる。
【００８８】
２次側装置は、これを配置した位置により、複数のドライバによって駆動された異なるコイルによって発生した磁界を合成した回転磁界を受ける。回転磁界による電磁誘導で発生した起電力を図示していない復調器に入力することにより、元の伝送信号を復調することができる。
【００８９】
なお、１次側コイル駆動回路を、時分割、周波数分割、又は符号分割を利用して、電力伝送、信号伝送、位置検出用移動磁界伝送、クロック伝送のうち２以上の伝送を同時に行なうように構成してもよい。
【００９０】
第６の実施形態：
上述した本発明の各実施形態において、１次側又は２次側の装置のうち少なくとも一方の結合面下に、電磁誘導作用による結合を妨げない範囲で、フェライトなどの強磁性体をコイル間に充填することにより、さらに本発明の効果を向上させることができる。
【００９１】
図１６には、図５に示した第３の実施形態に係る分離トランス装置の１次側又は２次側の装置の双方の結合面下に強磁性体をコイル間に充填した様子を示している。
【００９２】
このような構成においても、作用は上述した各実施形態と同じであるが、磁性体の埋め込みによってむしろ結合を強めることができる。
【００９３】
強磁性体を使う方法は、図１６に示すコイルの配置に限らず、任意のコイルの配置に対して適用することができる。
【００９４】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、１次側装置と２次側装置が結合する領域や位置関係に自由度がある、優れた分離トランス装置を提供することができる。
【００９６】
また、本発明によれば、１次側装置の結合面を任意に大きくして２次側装置との結合可能領域を拡大することができる、優れた分離トランス装置を提供することができる。
【００９７】
また、本発明によれば、一次側装置の結合面上に複数の二次側装置を同時に配置することができる。このことにより、複数の二次側装置との間でエネルギーや情報を同時に伝送できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図２】１次側装置１０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図３】図２に示す駆動回路によって発生する移動磁界の様子を示した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る信号伝送用１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図６】１次側装置８０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図７】１次側装置８０において信号伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図９】１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１０】結合面上で回転磁界が発生している様子を示した図である。
【図１１】１次側装置７０において信号伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る分離トランス装置において結合面下に埋設されたコイルの構成を示した図である。
【図１３】１次側装置７０において電力伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１４】結合面上で移動しながら回転する回転磁界が発生している様子を示した図である。
【図１５】１次側装置７０において信号伝送を行なうための１次側コイル駆動回路の構成を模式的に示した図である。
【図１６】図５に示した第３の実施形態に係る分離トランス装置の１次側又は２次側の装置の双方の結合面下に強磁性体をコイル間に充填した様子を示した図である。
【図１７】非接触通信を用いて実現される改札システム１の構成を模式的に示した図である。
【図１８】平板上コイルを複数対向させて分離トランスを形成した非接触ＩＣカードインターフェースの２面図（従来例）を示した図である。
【図１９】分離トランスの結合可能領域を広げようとして１次側装置５０のコイル５１を相対的に大きくした例を示した図である。
【符号の説明】
１０，７０，８０…１次側装置
１１〜１４…１次側コイル
４０…ＩＣカード
４１，４３…２次側コイル
６１…信号発生器
６２，６３…移相器
６４，６５，６６…変調器
６７，６８，６９…ドライバ
７１〜７３…コイル
８１〜８５…円形コイル
Claims (11)
- ２次側装置と電磁誘導作用により結合する結合面と、
前記結合面下に配設された複数のコイルと、
前記の各コイルに所定の位相差を以って交流電流又はパルス電流を流して前記結合面上で磁路が移動又は回転する磁界を形成せしめる駆動部と、
を具備することを特徴とする分離トランスの１次側装置。 - 前記駆動部は、所定の位相差を持った各コイルへの交流電流を発生し、前記結合面を介して電磁誘導により接続される前記２次側装置のコイルに駆動電力となるべき交流電流が生じるようにする、
ことを特徴とする請求項１に記載の分離トランスの１次側装置。 - 前記駆動部は、所定の位相差を持った各コイルへの交流信号を伝送信号で変調する変調器と、該変調出力を電流に変換するドライバ回路を備え、前記結合面を介して電磁誘導により接続される前記２次側装置のコイルに伝送信号となるべき交流電流が生じるようにする、
ことを特徴とする請求項１に記載の分離トランスの１次側装置。 - 前記結合面下の複数のコイルは、開口が重ならないように位置をずらして配設され、
前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、
前記結合面上で磁路が移動する移動磁界が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の分離トランスの１次側装置。 - 前記結合面下に径の異なる複数のコイルを同心円状に配設し、
前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、
前記結合面上で磁路が放射状に移動する移動磁界が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の分離トランスの１次側装置。 - 前記結合面下に複数のコイルを多角形状に配設し、
前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、
前記結合面上でコイルの配列に沿って磁路が移動する回転磁界が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の分離トランスの１次側装置。 - 前記結合面下に複数のコイルを多角形格子状に配設し、
前記駆動部は、隣接コイル間で発生する磁界がずれるようにコイル電流を生成し、
前記結合面上でコイルの配列に沿って磁路が移動しながら回転する回転磁界が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の分離トランスの１次側装置。 - 前記結合面下ではコイル間に強磁性体が充填されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の分離トランスの１次側装置。 - １個以上のコイルを備え、１次側装置の結合面上に配置された際に、前記１次側装置が発生する回転又は移動磁界の交差により電力を受信する、
ことを特徴とする分離トランスの２次側装置。 - 信号により変調された磁界から元の信号を復調する復調手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項９に記載の分離トランスの２次側装置。
- コイル間に強磁性体が充填されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の分離トランスの２次側装置。
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