JP2009268087A - Ferrite antenna, and tire condition detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タイヤを介して高周波磁界で結合させるフェライトアンテナとタイヤ情報検出装置を用いたタイヤ状態検知システムに関する。 The present invention relates to a tire condition detection system using a ferrite antenna and a tire information detection device coupled with a high-frequency magnetic field through a tire.
まず、一般的にすべてのアンテナには可逆定理が成立しているため送信特性と受信特性はまったく同じなので以下に述べる説明は断りがない限りすべて送信の場合の説明であるが、受信の場合も同様であるから説明は省略する。 First, since the reversibility theorem holds for all antennas in general, the transmission characteristics and reception characteristics are exactly the same, so the following explanation is for all transmissions unless otherwise noted. Since it is the same, description is abbreviate | omitted.
車両用タイヤの空気圧、温度等のタイヤ情報を検知するためにタイヤ内部にタイヤ情報検出装置が設けられることがある。タイヤ情報検出装置は、タイヤ内部に設けられるため、駆動電力を有線で供給することが不可能である。このため、車両のタイヤ近傍にリーダアンテナを設け、前記リーダアンテナが、高周波電磁界で駆動電力をタイヤ情報検出装置に供給し、タイヤ情報検出装置と送受信することが行われる。例えば、特許文献1には、134kHzのパワーパルスが間欠的にリーダアンテナからセンサーのアンテナに送り出されるように構成されたタイヤ用の圧力検出装置が開示されている。
図5は、単一ソレノイドで構成されたリーダアンテナを用いたタイヤ状態検知システムの構成図である。ここでは、20は高周波電源、15はリーダアンテナ、C1とC2は前記高周波電源20と前記リーダアンテナ15間の整合回路を構成するコンデンサ、300はタイヤ、320はタイヤのゴム層、310はタイヤのゴム層内部に設けた導体ワイヤや導体メッシュ、330はホイールリム、340はタイヤのバルブ、200は前記バルブ340内に収納されているタイヤ情報検出装置である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a tire condition detection system using a reader antenna configured with a single solenoid. Here, 20 is a high-frequency power source, 15 is a reader antenna, C1 and C2 are capacitors constituting a matching circuit between the high-
図5のタイヤ状態検知システムは、タイヤ300のゴム層320の側面にリーダアンテナ15を設置したものである。リーダアンテナ15は、フェライトコアの無い円形ソレノイドであり、中心軸がタイヤ300の幅方向に設定されている。このため、リーダアンテナ15は、タイヤ300の幅方向の磁界B6を照射し、磁力線(実線矢印)が導体ワイヤ310を鎖交する。このため、導体ワイヤ310に、ローレンツの法則に従って前記磁界B6を打ち消せるような誘導電流が流れ、この誘導電流の発生する磁界は誘導磁界B8である。前記誘導磁界B8は、理論的にリーダアンテナ15の発生する磁界B6と方向が逆であり、強度は前記導体ワイヤ310の配置状態、タイヤ材質や形状で決まり、理論的に前記磁界B6より弱い。
In the tire condition detection system of FIG. 5, the
図5では、前記タイヤ情報検出装置200を収納しているバルブ340がタイヤの回転で前記リーダアンテナ15に一番近い位置にあり、前記タイヤ情報検出装置200のアンテナは前記リーダアンテナ15の照射する前記磁界B6と前記誘導磁界B8の作用を受けるが、両方の磁界の方向が完全に逆、強度が略同じなので、互いに打ち消し合い、前記タイヤ情報検出装置200は高周波磁界による給電を受けられず、前記リーダアンテナ15との信号送受信は正常に行えず、または完全に途絶えてしまう。これは前記タイヤ情報検出装置200の給電特性にヌルポイント、すなわち通信電力の極めて低い通信不良な領域が生じるわけである。
In FIG. 5, the
しかし、図6では、タイヤの回転で前記タイヤ情報検出装置200を収納しているバルブ340が前記リーダアンテナ15から遠く離れた位置にあり、前記タイヤ情報検出装置200のアンテナは前記リーダアンテナ15の照射する前記磁界B6の作用をほとんど受けずに、前記誘導磁界B8の作用だけを受けることになる。結果的に、前記誘導磁界B8が前記タイヤ情報検出装置200のアンテナに誘導電流を発生させ、整流回路等を通して前記タイヤ情報検出装置200の電力源となるので、前記タイヤ情報検出装置200と前記リーダアンテナ15との送受信は正常に行えるわけである。
However, in FIG. 6, the
また、前記タイヤ情報検出装置200を収納しているバルブ340の位置は必ずしも前記リーダアンテナ15から一番遠く離れる必要はなく、前記リーダアンテナ15からの照射磁界B6の作用を受けない位置に移動すればよい。すなわち、前記タイヤ情報検出装置200を収納しているバルブ340が前記リーダアンテナ15の真正面領域から少しずれた位置にあれば前記タイヤ情報検出装置200と前記リーダアンテナ15との送受信は正常に行える。
Further, the position of the
図7乃至図10はタイヤの回転角度θと前記タイヤ情報検出装置200の給電特性の説明図である。
7 to 10 are explanatory diagrams of the tire rotation angle θ and the power feeding characteristics of the tire
図7 では、タイヤ300の中心を原点とする zy 座標系を設け、タイヤの回転で前記タイヤ情報検出装置200を収納しているバルブ340が z 軸から角度θの位置に移動する。16はリーダアンテナ15からタイヤ側面に破線17に沿って投影する位置を示し、リーダアンテナ15の照射磁界B6の最も強い領域である。ここでは、バルブ340が16領域から z 軸に対して時計回り方向に θ の角度で離れており、前記磁界B6の作用を受けずに、前記誘導磁界B8の作用だけを受けることになる。
In FIG. 7, a zy coordinate system having the origin at the center of the
図8 では、図7 を真正面からみた図である。バルブ340が時計周り方向にθの角度で前記磁界B6照射領域16の中心から離れている。
In FIG. 8, it is the figure which looked at FIG. 7 from the front. The
図9 は、同じ zy 座標系とタイヤの角度θで表す前記タイヤ情報検出装置200の給電特性で、前記リーダアンテナ15と前記タイヤ情報検出装置200間の伝送損失特性、Sパラメータで表せば S21 に相当する。ここでは、前記タイヤ情報検出装置200の給電特性18をθの極座標で表し、前記バルブ340の相対的な位置と前記タイヤ情報検出装置200の給電特性を容易に理解できる。θが 0°前後の位置では S21 が極端に低下し、ヌルポイント19を示している。
FIG. 9 shows the power feeding characteristics of the tire
また、Sパラメータの S21 から前記タイヤ情報検出装置200への給電電力や誘導電流等を容易に算出できる。
In addition, it is possible to easily calculate the power supplied to the tire
図10 は、図9 に示された極座標の給電特性を直交座標で描き直す給電特性である。θが 0または 2π付近では S21 が極端に低下し、ヌルポイント19を示している。
FIG. 10 shows the feed characteristics of the polar coordinates shown in FIG. When θ is in the vicinity of 0 or 2π, S21 decreases extremely, indicating a
前記ヌルポイントにおいて、厳密に言えば、前記タイヤ情報検出装置200にまったく電力が給電されないわけではなく、給電電力が十分でないから前記タイヤ情報検出装置200が作動できないだけである。
Strictly speaking, at the null point, power is not supplied to the tire
また、図9 に示された給電特性18に示されたように z 軸に対してθが略−45°〜+45°の範囲で前記タイヤ情報検出装置200への給電が不十分になる可能性がある。すなわち、前記タイヤ情報検出装置200を収納するタイヤ300のバルブ340が、対向するリーダアンテナ15に対して略−45°〜+45°の範囲で前記タイヤ情報検出装置200が動作不良を起こしやすいことがわかる。
Further, as shown in the
しかしながら、一般的にタイヤは、周方向の張力を補強するためにベルト層が設けられ、このベルト層の内部に複数の導体ワイヤが配列され、この導体ワイヤを編み込んで網状に形成した導体メッシュが配設されている。また、従来、リーダアンテナとして用いられるループアンテナは、タイヤの回転によりタイヤの回転角との関係を示すタイヤ情報検出装置への給電電力特性を変化させる。前記ループアンテナは、放射する高周波磁界をタイヤ内の導体ワイヤや導体メッシュに誘導電流を発生させることで、この導体ワイヤや導体メッシュから逆相の誘導磁界が放射する。前記タイヤ情報検出装置のアンテナは、前記の逆相の誘導磁界と前記リーダアンテナの放射高周波磁界の作用を受け起電力を発生させ、電力源とする。 However, in general, a tire is provided with a belt layer to reinforce the circumferential tension, and a plurality of conductor wires are arranged inside the belt layer, and a conductor mesh formed by braiding the conductor wires into a net-like shape is provided. It is arranged. Conventionally, a loop antenna used as a reader antenna changes the power supply power characteristic to the tire information detection device that indicates the relationship with the rotation angle of the tire by the rotation of the tire. The loop antenna generates an induced current in a conductor wire or a conductor mesh in a tire by radiating a high-frequency magnetic field to radiate a reverse-phase induced magnetic field from the conductor wire or the conductor mesh. The antenna of the tire information detection device generates an electromotive force by the action of the induction magnetic field having the opposite phase and the radiated high frequency magnetic field of the reader antenna, and serves as a power source.
しかし、タイヤの回転で前記タイヤ情報検出装置は、前記リーダアンテナに近づいたり離れたりし、前記リーダアンテナの近傍に来ると前記の逆相の誘導磁界と前記リーダアンテナの放射高周波磁界の作用を受けるが、前記リーダアンテナからちょっと離れるとほとんど前記の逆相の誘導磁界の作用だけを受けることになる。したがって、前記タイヤ情報検出装置が前記リーダアンテナから離れた位置にあるとき、前記の逆相の誘導磁界の作用しか受けないから、かなり広いタイヤの回転領域において、前記給電電力特性は安定するが、前記タイヤ情報検出装置が前記リーダアンテナの近傍にあるとき、前記の逆相の誘導磁界と前記リーダアンテナの放射高周波磁界の作用を同時に受け、両者は互いに逆相状態であるので打ち消し合うことになり、結果的に前記給電電力特性にヌルポイントが生じて、前記タイヤ情報検出装置が前記リーダアンテナの近傍に来るたびに給電を受けられず、すなわち通信不良な領域が生じる問題がある。 However, when the tire rotates, the tire information detection device approaches or moves away from the reader antenna, and when it comes close to the reader antenna, it is affected by the opposite-phase induced magnetic field and the radiated high-frequency magnetic field of the reader antenna. However, when it is slightly away from the reader antenna, it is almost only affected by the reversed-phase induced magnetic field. Therefore, when the tire information detection device is at a position away from the reader antenna, it is only affected by the opposite-phase induced magnetic field, so that the power supply power characteristics are stable in a considerably wide tire rotation region, When the tire information detection device is in the vicinity of the reader antenna, the effects of the opposite phase induction magnetic field and the radiated high frequency magnetic field of the reader antenna are simultaneously received, and both cancel each other because they are in the opposite phase state. As a result, there is a problem that a null point is generated in the power supply power characteristic, and power is not received every time the tire information detection device comes close to the reader antenna, that is, there is a poor communication area.
そこで、本発明は、前記リーダアンテナの給電電力特性のヌルポイントを抑制または改善できるフェライトアンテナ、及びこれを用いたタイヤ状態検知システムを提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the ferrite antenna which can suppress or improve the null point of the electric power feeding characteristic of the said reader antenna, and a tire condition detection system using the same.
前記課題を解決するため、本願発明はリーダアンテナとして略立方体形状のフェライトアンテナを提案する。 In order to solve the above problems, the present invention proposes a substantially cubic ferrite antenna as a reader antenna.
前記フェライトアンテナは、略立方体形状のフェライト材の表面に沿って、導体線で巻回された第1のソレノイドと、他の導体線で前記導体線と略直交する方向でフェライト材の表面に沿って巻回された第2のソレノイドとを備え、前記第1のソレノイドの断面と前記第2のソレノイドの断面とが互いに略直交し、前記第1のソレノイドの一端と前記第2のソレノイドの一端とは互いに電気的に接続され、前記第1のソレノイドの他端と前記第2のソレノイドの他端との双方が入出力端子として使用されることを特徴とする。 The ferrite antenna includes a first solenoid wound with a conductor wire along a surface of a substantially cubic ferrite material, and a surface of the ferrite material in a direction substantially orthogonal to the conductor wire with another conductor wire. A second solenoid wound around the first solenoid, wherein a cross section of the first solenoid and a cross section of the second solenoid are substantially orthogonal to each other, and one end of the first solenoid and one end of the second solenoid Are electrically connected to each other, and both the other end of the first solenoid and the other end of the second solenoid are used as input / output terminals.
前記第1のソレノイドと前記第2のソレノイドの巻き方としては、前記第1のソレノイドの発生する第1の磁界の方向がタイヤ回転軸およびタイヤ表面に略直交し、タイヤ表面から前記第1のソレノイドに向かうときは、前記第2のソレノイドの発生する第2の磁界がタイヤ回転軸に略並行し、前記タイヤ情報検出装置を収納するバルブのない側から前記バルブのある側に向かうように施す。また、前記それぞれのソレノイドに高周波電流が流れるので電流の方向が変わると、このような巻き方では、前記第1の磁界の方向が前記第1のソレノイドからタイヤ表面に向かうとき、前記第2の磁界の方向が前記タイヤ情報検出装置を収納するバルブのある側から前記バルブのない側に向かうようになる。 As a method of winding the first solenoid and the second solenoid, the direction of the first magnetic field generated by the first solenoid is substantially orthogonal to the tire rotation axis and the tire surface, and the first solenoid When going to the solenoid, the second magnetic field generated by the second solenoid is applied substantially in parallel with the tire rotation axis so as to go from the side without the valve housing the tire information detection device to the side with the valve. . In addition, when the direction of the current is changed because a high-frequency current flows through each of the solenoids, in such a winding method, when the direction of the first magnetic field is directed from the first solenoid toward the tire surface, the second The direction of the magnetic field is directed from the side with the valve housing the tire information detection device to the side without the valve.
前記第1の磁界と第2の磁界はそれぞれタイヤの導体ワイヤまたは導体メッシュに第1の誘導電流と第2の誘導電流を発生させ、やがて前記第1の誘導電流と第2の誘導電流は第1の誘導磁界と第2の誘導磁界を発生させるが、それぞれの誘導磁界の方向および強度の調整で前記リーダアンテナの給電電力特性のヌルポイントを改善することが可能である。 The first magnetic field and the second magnetic field respectively generate a first induced current and a second induced current in a conductor wire or a conductive mesh of a tire, and the first induced current and the second induced current are eventually Although one induction magnetic field and a second induction magnetic field are generated, it is possible to improve the null point of the feeding power characteristic of the reader antenna by adjusting the direction and intensity of each induction magnetic field.
図1乃至図4は、本願発明第1実施例の構成図である。 1 to 4 are configuration diagrams of the first embodiment of the present invention.
図1において、タイヤ状態検知システム給電部500は、リーダアンテナ系100と、タイヤ300と、タイヤ300のバルブ340内に収納されたタイヤ情報検出装置200とを備え、リーダアンテナ系100とタイヤ情報検出装置200とはタイヤを介して電磁界結合で送受信可能なように構成されている。このほかに、前記タイヤ状態検知システム給電部500は信号処理回路、制御回路、方向性結合回路等も有するが、本願発明と無関係なので説明を省略する。
In FIG. 1, the tire condition detection system power supply unit 500 includes a
リーダアンテナ系100は、リーダアンテナを構成するフェライトアンテナ10aと高周波電源20と、コンデンサC1,C2とを備えている。フェライトアンテナ10aは、フェライトコア5の表面に被覆導線が巻回され、互いに直交する第1のソレノイドである水平ソレノイド6と第2のソレノイドである垂直ソレノイド7とが形成されている。フェライトコア5は、対向する二面が平行であり、隣接する面が互いに直交する立方体に形成されている。なお、水平ソレノイド6及び垂直ソレノイド7の組み合わせは、1本の被覆導線が二分割されて巻回されており、電気的に直列接続された二端子の合成ソレノイドである。すなわち、水平ソレノイド6の一端と垂直ソレノイド7の一端とは、1本の被覆導線で電気的に接続されており、水平ソレノイド6の他端とソレノイド7の他端との双方が入出力端子として使用される。また、フェライトコア5は、立方体でなくとも直方体であってもよい。
The
フェライトアンテナ10aは、コンデンサC2とコンデンサC1を介して高周波電源20に接続されている。C1とC2は整合回路を構成しており、前記フェライトアンテナ10aと前記高周波電源20間のインピーダンスを整合する。なお、高周波電源20は、例えば、13.56MHzの周波数が使用される。また、水平ソレノイド6及び垂直ソレノイド7の導体線の合計長さは、高周波電源20の波長の0.05倍以下であることが望ましく、これは、cos(0.05×360°)=cos(18°)=0.95であるので、各ソレノイドが発生する高周波磁界の位相差が無視できるからである。また、フェライトコア5の最大寸法が入出力端子に入力される高周波電流の波長の(0.05/(2×4×N))倍以下であることが望ましく、ここでは、Nが前記第1ソレノイド6と前記第2ソレノイド7の巻き数の少ない方の巻き数である。
The
タイヤ300は、ホイールリム330と、ゴム層320と、バルブ340とを備えており、ゴム層320の内部には複数の導体ワイヤ310が設けられている。なお、ゴム層320は、内面に放射状に配列され、タイヤの骨格の役割を果たし、放射方向の力を支えている。なお、複数の導体ワイヤ310が周方向の力を支え、ベルト層を形成している。バルブ340は、ホイールリム330の縁部を貫通するバルブ入り口を介して、タイヤ300内に空気を注入するものであり、空気圧、温度等のタイヤ情報を検出する情報検出装置200を内部に配設している。
The
図 1 において、タイヤ300は上部半分の断面図しか示していないが、下部半分も存在し、便宜上示していないだけである。
In FIG. 1, the
フェライトアンテナ10aは、等方性フェライト材のコア5の各稜線の方向が導体ワイヤ310の方向と略一致し、あるいは略直交するように配置されている。すなわち、水平ソレノイド6がタイヤ300の幅方向である x 方向(6a)及び導体ワイヤ310の方向である y 方向(6b)に巻回されており、垂直ソレノイド7が y 方向(7b)及び径方向である z 方向(7a)に巻回されている。すなわち、水平ソレノイド6の磁界B12は z 方向(タイヤ300の外周表面の法線方向)に発生し、垂直ソレノイド7の磁界B4は x 方向(タイヤ300の外周表面に平行であり、タイヤ300の回転軸の方向)に発生する。
The
図 2 と図 3 は、フェライトアンテナが発生する磁界による影響を説明するための図であり、フェライトアンテナの各ソレノイドの巻回方向と、導体ワイヤ310の方向との位置関係による影響を説明している。
2 and 3 are diagrams for explaining the influence of the magnetic field generated by the ferrite antenna. The influence of the positional relationship between the winding direction of each solenoid of the ferrite antenna and the direction of the
図 2 は、x 方向と y 方向とに沿って被覆導線を巻回したフェライトアンテナ 10b を示し、図3 は、y 方向と z 方向とに沿って巻回したフェライトアンテナ 10c を示している。なお、図 1 のフェライトアンテナ 10a は、図 2 のフェライトアンテナ 10b の水平ソレノイドと図 3 のフェライトアンテナ 10c の垂直ソレノイドとの組み合わせであるといえる。
FIG. 2 shows a
図2のフェライトアンテナ 10b において、水平ソレノイド6を構成する被覆導体線が x 方向と y 方向に沿って巻回されているので、電流I12が流れると第1の磁界B12は z 方向に発生する。このとき、フェライトコア5の一方の xy 面から発生した磁力線は、フェライトコア5の外部を周回して対向面に戻る。また、第1の磁界B12の磁力線が鎖交することによって導体ワイヤ310に流れる電流を第1誘導電流といい、この第1の誘導電流によって第1の誘導磁界が発生する。しかし、前記第1の磁界B12の方向がほぼタイヤ表面に垂直するので前記第1誘導電流および前記第1誘導磁界は次に説明する第2の誘導電流および前記第2の誘導磁界と比べて比較的に弱く無視可能である。ここで、便宜上、前記第1の磁界B12が前記水平ソレノイド6を通過する前に、前記タイヤ情報検出装置200を収納するバルブ340のある側の磁界をB1、その反対側の磁界をB2と呼ぶことにし、実質的に第1の磁界B12と同じである。なお、図面上は、導体ワイヤ310を鎖交する磁力線が xz 面で周回しているように記載されているが、中心を通る z 軸を通過するすべての面内で磁力線が周回し、導体ワイヤ310を鎖交しない yz 面内の磁力線も存在するが、前記第1誘導電流の発生にほとんど寄与しないので説明を省略する。
In the
したがって、前記タイヤ情報検出装置に作用を及ぼす前記水平ソレノイド6の発生する磁界はB1だけと考えてよいわけである。
Therefore, the magnetic field generated by the
図3のフェライトアンテナ10cにおいて、垂直ソレノイド7を構成する被覆導体線が y 方向と z 方向に沿って巻回されているので、電流I4が流れると第2の磁界B4は x 方向に沿って発生し、特に、xz 面内の磁力線は導体ワイヤ310に鎖交する。また、磁力線が鎖交することによって導体ワイヤ310に流れる電流を第2誘導電流I42といい、この第2誘導電流によって第2誘導磁界B42が発生する。なお、xy 面内の磁界は、導体ワイヤ310を鎖交しない。
In the
また、図1において、第1の磁界B12がタイヤ外周側面からタイヤ内部を通して水平ソレノイド6に(+z 方向に)向かっていくときに、第2の磁界B4は情報検出装置200の収納されているバルブの反対側からバルブ側に(−x 方向に)向かっているが、高周波電源20の位相が反転したときには、第1の磁界B12が水平ソレノイド6からタイヤ内部を通してタイヤ外周側面に(−z 方向に)向かっていくときに、第2の磁界B4は情報検出装置200の収納されているバルブ側からバルブの反対側に(+x 方向に)向かっている。
Further, in FIG. 1, when the first magnetic field B <b> 12 moves from the tire outer peripheral side surface toward the horizontal solenoid 6 (in the + z direction) through the inside of the tire, the second magnetic field B <b> 4 is a valve in which the
また、水平ソレノイド6の発生する磁界B1と磁界B2はタイヤの左右側面において常に方向が逆であり、タイヤ内の中央部辺りで同じ方向に束ねるように磁界B12となる。したがって、前記磁界B1と前記磁界B2が鎖交することによって発生するタイヤの導体ワイヤや導体メッシュの第1誘導電流I1とI2の方向も互いに逆になり、結果的に前記それぞれの誘導電流で発生する第1誘導磁界 B11とB21の方向も互いに逆である。このため、タイヤ内部中央の空間における前記水平ソレノイド6の誘導磁界が互いにほとんど打ち消され、存在しないと考えてよいわけである。すなわち、タイヤ内部の空間において存在する誘導磁界は、前記垂直ソレノイド7の第2の磁界B4の誘導によって発生するタイヤの導体ワイヤや導体メッシュの第2誘導電流I4、そしてこれによって発生する第2誘導磁界B42だけである。
Further, the magnetic field B1 and the magnetic field B2 generated by the
言い換えれば、水平ソレノイド6、垂直ソレノイド7から放射する高周波磁界(磁界B1とB2、B4)は、導体ワイヤ310に誘導電流を発生させ、この誘導電流が誘導磁界を発生させるとともに、直接にアンテナとして設けたタイヤ情報検出装置200のアンテナにも作用する。しかし、前述したように、前記水平ソレノイド6による誘導磁界がタイヤ内部の空間において存在しないから、実質的に前記情報検出装置200のアンテナに作用するのは前記水平ソレノイド6の磁界B1、前記垂直ソレノイド7の第2の磁界B4と第2の磁界B4の誘導でタイヤの導体ワイヤや導体メッシュに作用して発生させる第2誘導磁界B42だけである。これらの磁界の方向は、次の通りである:
1- 第1の磁界B1は第2の磁界B4と方向が逆
2- 第1の磁界B1は第2誘導磁界B42と方向が同じ
3- 第2の磁界B4は第2誘導磁界B42と方向が逆
In other words, the high-frequency magnetic fields (magnetic fields B1, B2, and B4) radiated from the
1- First magnetic field B1 is opposite in direction to second magnetic field B4
2- The first magnetic field B1 has the same direction as the second induction magnetic field B42
3- The second magnetic field B4 has the opposite direction to the second induction magnetic field B42
また、タイヤの回転でバルブ340に収納されている前記情報検出装置200も回転し、位置的にはフェライトアンテナ10aから離れたり近づいたりする。前記フェライトアンテナ10aに近づいたとき、第1の磁界B1、第2の磁界B4と第2誘導磁界B42が同時に前記タイヤ情報検出装置200のアンテナに作用するが、前記フェライトアンテナ10aから離れたとき、第1の磁界B1と第2の磁界B4の作用はなく第2誘導磁界B42だけが前記情報検出装置200のアンテナに作用する。しかし、第1の磁界B1と第2の磁界B4は強度がほぼ同じで、方向が逆なので互いに打ち消され、結果的にほとんど強度的に変わらない第2誘導磁界B42だけが前記情報検出装置200のアンテナに作用することになる。結局、前記情報検出装置200への給電特性はほぼ円形になることがわかる。
Further, the
図4 は本願発明のフェライトアンテナとタイヤ情報検出装置との間のSパラメータのひとつである伝送損失特性 S21 を給電特性として示している。図4―(a) は極座標、図4−(b)は直交座標で描かれた前記給電特性である。破線18は、図5や図6に示されたタイヤ状態検知システムにおけるリーダアンテナ15とタイヤ情報検出装置200との間の給電特性(図9)で、ヌルポイント19を有しており、実線21はヌルポイントを除去された本願発明のフェライトアンテナ10aとタイヤ情報検出装置200との間の給電特性である。
FIG. 4 shows a transmission loss characteristic S21, which is one of S parameters between the ferrite antenna of the present invention and the tire information detection apparatus, as a feeding characteristic. FIG. 4- (a) shows the above-mentioned feeding characteristics drawn in polar coordinates, and FIG. A
本願発明のリーダアンテナであるフェライトアンテナ10aは図1が示すように前記タイヤ300の外周表面から離間して配置されたので、図5および図6に示されたようにタイヤ側面から離間して配置する場合と比べて給電特性21の強度はやや低いが、タイヤの回転に関わらずほぼ安定である。前記給電特性は実質的にリーダアンテナとタイヤ情報検出装置との間の伝送損失特性 S21 なので前記高周波電源20の出力電力を上げればタイヤの回転と関係なくリーダアンテナからタイヤ情報検出装置に必要な電力を安定的に給電可能である。
Since the
まず図1を用いて説明する。 First, a description will be given with reference to FIG.
高周波電源20から高周波電力、例えば13.56MHzの信号が、コンデンサC1とC2が構成する整合回路を通して、水平ソレノイド6と垂直ソレノイド7およびフェライトコア5で構成したリーダアンテナ10aに給電されて、前記リーダアンテナ10aはタイヤ300の外周表面から離間して配置され、第1磁界B12および第2磁界B4を発生する。ここでは、図の左側、すなわちタイヤ情報装置を収納するバルブ340側のB12をB1とし、その反対側の右側のB12をB2とする。前記第1磁界B12および第2磁界B4は、タイヤ300の導体ワイヤ310に作用し、第1の誘導電流と第2の誘導電流I42を発生させ、前記第1誘導電流と前記第2誘導電流I42が第1誘導磁界と第2誘導磁界B42をタイヤ内の空間に発生させる結果になる。タイヤ300の回転に関わらず、前記リーダアンテナ10aとタイヤ300との相対的な位置は不変なので、前記第1の誘導電流と第2の誘導電流I42の強度は変わらず、結果的に前記第1誘導磁界と第2誘導磁界B42の強度も変わらないわけである。
A high-frequency power, for example, a signal of 13.56 MHz is fed from a high-
前記高周波電源20からの給電で発生したこれらの磁界は実質的にタイヤ情報検出装置200に作用するのは第1磁界B1、第2磁界B4と第2誘導磁界B42である。タイヤの回転でバルブ340に収納されている前記情報検出装置200も回転し、位置的にはフェライトアンテナ10aから離れたり近づいたりする。前記フェライトアンテナ10aに近づいたとき、第1磁界B1、第2磁界B4と第2誘導磁界B42が同時に前記タイヤ情報検出装置200のアンテナに作用するが、前記フェライトアンテナ10aから離れたとき、第1磁界B1と第2磁界B4の作用はなく第2誘導磁界B42だけが前記情報検出装置200のアンテナに作用する。しかし、第1磁界B1と第2磁界B4は強度がほぼ同じで、方向が逆なので互いに打ち消され、結果的にほとんど強度的に変わらない第2誘導磁界B42だけが前記情報検出装置200のアンテナに作用することになる。結局、前記情報検出装置200への給電特性はほぼ円形になることがわかる。
It is the first magnetic field B1, the second magnetic field B4, and the second induction magnetic field B42 that these magnetic fields generated by the power supply from the high
前記第2誘導磁界B42は高周波磁界なので前記タイヤ情報検出装置200に備えてあるアンテナ、例えば小型ループアンテナ、を通過すると磁束の変動で誘導高周波電流を発生させ、この誘導電流が備えてある整流回路によって整流されて直流電流に変わり、タイヤ情報検出装置200の各種センサー回路や制御回路の電力源となる。また、各種センサーの測定結果は、変調回路を通してタイヤ情報を有する送信信号となり、前記小型ループアンテナを通って前記リーダアンテナ10aに戻るが、前記高周波電源20に戻らず、前記送信信号は前記リーダアンテナ10aの端子から、例えばサーキュレータのような信号の伝搬方向を変える回路を通って、信号処理回路に入力され、そこで復調作業でタイヤ情報を検出し、表示装置に表示される。ドライバーはこの表示装置からタイヤの状態を知ることができるわけである。
Since the second induction magnetic field B42 is a high-frequency magnetic field, when passing through an antenna provided in the tire
本願発明によれば、前記タイヤ情報検出装置のアンテナに作用する前記第2の磁界B4は逆方向の前記第1磁界B1によって緩和され、タイヤの導体ワイヤ又は導体メッシュに流れる第2誘導電流I42によって発生する第2誘導磁界B42だけが前記タイヤ情報検出装置のアンテナに作用することになる。結果的に、タイヤ情報検出システムの給電特性のヌルポイントの発生が抑制され、タイヤ全周の給電が実現されるわけである。 According to the present invention, the second magnetic field B4 acting on the antenna of the tire information detection device is relaxed by the first magnetic field B1 in the reverse direction, and is caused by the second induced current I42 flowing in the conductor wire or conductor mesh of the tire. Only the generated second induction magnetic field B42 acts on the antenna of the tire information detection device. As a result, the generation of null points in the power feeding characteristics of the tire information detection system is suppressed, and power feeding around the entire tire is realized.
したがって、タイヤの回転によって、リーダアンテナに対して相対的に移動するタイヤ情報検出装置への給電電力は比較的に安定し、常にリーダアンテナとタイヤ情報検出装置との間の給電およびタイヤ情報の送受信は可能になる。 Therefore, the power supplied to the tire information detection device that moves relative to the reader antenna is relatively stable due to the rotation of the tire, and power supply and transmission / reception of tire information between the reader antenna and the tire information detection device are always performed. Will be possible.
本願発明第1実施例、まず現段階では従来電池で動作するタイヤ内空気圧力や温度の検出装置と同様、タイヤ内空気圧や温度に関する情報をドライバーに提供することであるが、検出データの品質向上、すなわち細かさおよび正確さは前者と比べてかなり信頼性は高く、将来の自動車の自動運転にも応用される可能性がある。 The first embodiment of the present invention is to provide the driver with information related to the tire air pressure and temperature at the same time as in the tire air pressure and temperature detection device that operates on conventional batteries. In other words, the fineness and accuracy are much more reliable than the former, and may be applied to automatic driving of future vehicles.
本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as those described below are possible.
前記実施例のフェライトコア5は、立方体形状であったが、直方体、直径と高さとが略等しい略円柱形、略球形、及び、長軸が短軸の略4倍あるいは4倍以内の略楕円体あるいは略鶏卵形の何れかであってもよい。
The
前記実施例のいかなる形状のフェライトコア5の代わりに、フェライト材の粉末または破片を同じ形状の樹脂またはプラスティック類で固められてコアを形成してもよい。
Instead of the
5 フェライトコア
6 6a 6b 水平ソレノイド
7 7a 6b 垂直ソレノイド
10a 10b 10c フェライトアンテナ
15 リーダアンテナ
18 タイヤ情報検出装置の給電特性
19 ヌルポイント
20 高周波電源
21 本願発明フェライトアンテナの給電特性
100 リーダアンテナ系
200 タイヤ情報検出装置
300 タイヤ
310 タイヤのゴム層内部に設けた導体ワイヤやメッシュ
320 タイヤのゴム層
330 ホイールリム
340 タイヤのバルブ
500 タイヤ状態検知システム給電部
B1 B2 B4 B8 B12 B42 磁界
C1 C2 コンデンサ
I12 I42 電流
5
Claims (10)
前記フェライト材の表面に沿って、導体線で巻回された第1のソレノイドと、
他の導体線で前記導体線と略直交する方向でフェライト材の表面に沿って巻回された第2のソレノイドとを備え、
前記第1のソレノイドの断面と前記第2のソレノイドの断面とが互いに略直交し、
前記第1のソレノイドの一端と前記第2のソレノイドの一端とは互いに電気的に接続され、
前記第1のソレノイドの他端と前記第2のソレノイドの他端との双方が入出力端子として使用されることを特徴とするフェライトアンテナ。 A substantially cubic ferrite material;
A first solenoid wound with a conductor wire along the surface of the ferrite material;
A second solenoid wound along the surface of the ferrite material in a direction substantially perpendicular to the conductor wire with another conductor wire,
A cross section of the first solenoid and a cross section of the second solenoid are substantially orthogonal to each other;
One end of the first solenoid and one end of the second solenoid are electrically connected to each other;
A ferrite antenna, wherein both the other end of the first solenoid and the other end of the second solenoid are used as input / output terminals.
前記フェライト材に沿って、導体線で巻回された第1のソレノイドと、
他の導体線で前記導体線と略直交する方向でフェライト材の表面に沿って巻回された第2のソレノイドとを備え、
前記フェライト材は、直径と高さとが略等しい略円柱形、略球形、及び、長軸が短軸の略4倍あるいは4倍以内の略楕円体あるいは略鶏卵形の何れかの形状であり、
前記第1のソレノイドの断面と前記第2のソレノイドの断面とが互いに略直交し、
前記第1のソレノイドの一端と前記第2のソレノイドの一端とは電気的に接続され、
前記第1のソレノイドの他端と前記第2のソレノイドの他端との双方が入出力端子として使用されることを特徴とするフェライトアンテナ。 Ferrite material,
A first solenoid wound with a conductor wire along the ferrite material;
A second solenoid wound along the surface of the ferrite material in a direction substantially perpendicular to the conductor wire with another conductor wire,
The ferrite material has a substantially cylindrical shape, a substantially spherical shape, and a substantially elliptical shape or a substantially hen egg shape whose major axis is approximately 4 times or less than 4 times the minor axis,
A cross section of the first solenoid and a cross section of the second solenoid are substantially orthogonal to each other;
One end of the first solenoid and one end of the second solenoid are electrically connected;
A ferrite antenna, wherein both the other end of the first solenoid and the other end of the second solenoid are used as input / output terminals.
前記フェライト材は、その最大寸法が前記入出力端子に入力される高周波電流の波長の(0.05/(2×4×N))倍以下であることを特徴とする請求項1に記載のフェライトアンテナ。 When the smaller number of turns in the first solenoid and the second solenoid is N,
2. The ferrite material according to claim 1, wherein a maximum dimension of the ferrite material is not more than (0.05 / (2 × 4 × N)) times a wavelength of a high-frequency current input to the input / output terminal. Ferrite antenna.
前記フェライトアンテナのコアはフェライト材の粉末や破片で樹脂またはプラスティック類で固められて形成されることを特徴とするフェライトアンテナ。 In the ferrite antenna according to any one of claims 1 to 6,
The ferrite antenna is characterized in that the core of the ferrite antenna is formed of a ferrite material powder or debris which is hardened with resin or plastic.
前記タイヤの外周表面から離間して配置された、請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のフェライトアンテナと、
前記タイヤの内部に配置され、前記タイヤ内の情報を検出し、この検出した情報を送信するタイヤ情報検出装置とを備え、
前記第1のソレノイドの発生する第1の磁界の方向は、前記タイヤの外周表面の法線方向であり、
前記第2ソレノイドの発生する第2の磁界の方向は、前記タイヤの回転軸に対して略平行であり、
前記第1の磁界、及び前記第2の磁界は、前記タイヤ情報検出装置のアンテナに作用して電力源となることにより、前記タイヤ情報検出装置を駆動させることを特徴とするタイヤ状態検知システム。 A tire having a conductor wire or a conductor mesh;
The ferrite antenna according to any one of claims 1 to 7, which is disposed apart from an outer peripheral surface of the tire,
A tire information detection device that is arranged inside the tire, detects information in the tire, and transmits the detected information;
The direction of the first magnetic field generated by the first solenoid is a normal direction of the outer peripheral surface of the tire,
The direction of the second magnetic field generated by the second solenoid is substantially parallel to the rotation axis of the tire,
The tire state detection system, wherein the first magnetic field and the second magnetic field act on an antenna of the tire information detection device to become a power source, thereby driving the tire information detection device.
前記タイヤ内の情報は、タイヤ内空気の圧力、タイヤ内空気の温度、タイヤ内空気の酸性度、加速度等のような情報であることを特徴とする請求項8に記載のタイヤ状態検知システム。 The conductor wire or conductor mesh is provided on the outer periphery of the tire,
9. The tire condition detection system according to claim 8, wherein the information in the tire is information such as a pressure of air in the tire, a temperature of air in the tire, an acidity of air in the tire, an acceleration, and the like.
前記タイヤの外周表面の法線方向であり、
前記第1の磁界がタイヤ外周表面から前記第1のソレノイドに向かっているときに、前記第2の磁界が前記タイヤ情報検出装置のない側からタイヤを通過し、前記タイヤ情報検出装置のある側に向かうように、あるいは、
前記第1の磁界が前記第1のソレノイドから前記タイヤ外周表面に向かっているとき、前記第2の磁界が前記タイヤ情報検出装置のある側からタイヤを通過し、前記タイヤ情報検出装置のない側に向かうように、前記フェライトアンテナが構成されていることを特徴とする請求項8及び請求項9に記載のタイヤ状態検知システム。 The direction of the first magnetic field generated by the first solenoid is:
The normal direction of the outer peripheral surface of the tire,
When the first magnetic field is directed from the outer peripheral surface of the tire toward the first solenoid, the second magnetic field passes through the tire from the side without the tire information detection device, and the side with the tire information detection device Or head to
When the first magnetic field is directed from the first solenoid toward the tire outer peripheral surface, the second magnetic field passes through the tire from the side where the tire information detection device is present, and the side where the tire information detection device is not present 10. The tire state detection system according to claim 8, wherein the ferrite antenna is configured to go to
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