JP2010092195A

JP2010092195A - 無線送信機

Info

Publication number: JP2010092195A
Application number: JP2008260317A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takahara; 誠志高原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-22
Also published as: US20100087157A1; EP2175566A2

Abstract

【課題】所定の周期間隔で無線通信を行い、常時電力消費する用途に適した電源構成を有する無線通信機を提供する。
【解決手段】無線送信機１０は、所定の情報を無線伝送するための電力を消費する通信モードと、無線伝送を行わずに待機電力を消費する待機モードとを交互に繰り返す無線モジュール５０と、無線モジュール５０に電力を供給する電源部４０を備える。電源部４０は、電力を蓄電する二次電池４２と、光エネルギーを電力に変換する太陽電池４１と、太陽電池４１から二次電池４２への電力供給及び二次電池４２から無線モジュール５０への電力供給を制御する充電回路４３を備える。充電回路４３は、待機モードの期間中に太陽電池４１から二次電池４２へ電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明はセキュリティ分野等で用いられる無線送信機に関する。

従来、クレジットカードやキャッシュカードなどのカードにＩＣ（集積回路）を組み込み、ＩＣに特定の情報を記憶させて、非接触方式で読み取り／書き込み装置との間で情報を送受信又は更新する非接触型ＩＣカードシステムが運用されている。特開平１１−１３４４５６号公報には、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽電池と、この太陽電池によって充電される二次電池と、この二次電池とＩＣとの間に設けられたスイッチと、磁界を受けて誘電起電力を生じさせる薄型コイルを備え、薄型コイルに生じる誘導起電力を受けてスイッチをオンさせることにより、二次電池からＩＣに電源電圧を供給するＩＣカードが開示されている。このＩＣカードによれば、読み取り／書き込み装置から発生する磁界が微少であっても、ＩＣに安定した電源を供給することが可能となる。
特開平１１−１３４４５６号公報

しかし、上述のＩＣカードは、ＩＣカードから情報を読み出すとき或いは書き込みするときにのみＩＣに電源供給される構成となっているため、所定の周期間隔で無線通信を行い、常時電力消費する用途に適した電源構成にはなっていない。常時電力消費する用途として、例えば、携帯電話やパソコンなどを自動的にロック／アンロックする機能を備えた無線送信機が知られている。この種の無線送信機からは、認証用のＩＤが所定の周期間隔で携帯電話やパソコンに向けて送信される。携帯電話やパソコンは、所定の周期間隔で無線送信機から送信される電波の受信強度が閾値以下になると、自動的にロックし、この受信強度が閾値以上になると、自動的にアンロックする。このような用途に使用される無線送信機では、所定の周期間隔で無線通信を行い、常時電力を消費しているため、無線通信時間をできるだけ長くするための工夫が必要となる。

そこで、本発明は、所定の周期間隔で無線通信を行い、常時電力消費する用途に適した電源構成を有する無線通信機を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係わる無線送信機は、所定の情報を無線伝送するための電力を消費する通信モードと無線伝送を行わずに待機電力を消費する待機モードとを交互に繰り返す無線モジュールと、無線モジュールに電力を供給する電源部を備える。電源部は、電力を蓄電する蓄電装置と、発電素子と、発電素子から蓄電装置への電力供給及び蓄電装置から無線モジュールへの電力供給を制御する充電回路を備える。充電回路は、待機モードの期間中に発電素子から蓄電装置へ電力を供給する。通信モードの期間中に無線モジュールによって消費された蓄電装置の電力を、待機モードの期間中に発電素子から蓄電装置へ補充することで、通信時間に制限のない無線通信機器を提供できる。

本発明によれば、所定の周期間隔で無線通信を行い、常時電力消費する用途に適した電源構成を有する無線通信機を提供できる。

以下、各図を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は無線送信機１０及び端末機器６０の機能ブロック図を示す。無線送信機１０は、アンテナ２０、無線モジュール５０、及び電源部４０を備える。無線モジュール５０は、アンテナ２０、及び送信モジュール３０を備える。送信モジュール３０は、信号処理回路３１、及び高周波回路３２を備える。電源部４０は、太陽電池４１、二次電池４２、及び充電回路４３を備える。

信号処理回路３１は、ＣＰＵとメモリＩＣとから構成されており、消費電力を抑えるための制御やＩＤナンバーの出力処理等を行う。メモリＩＣには、ＩＤナンバーと、通信フォーマットとが予め記憶されている。ＩＤナンバーは、無線送信機を一意に識別するために割り当てられたユニークな識別情報である。通信フォーマットは、所定の通信プロトコル（例えば、４００ＭＨｚ帯特定省電力無線用の通信プロトコル）に準拠している。メモリＩＣとしては、不揮発性メモリや揮発性メモリ等の各種のメモリを適用できる。ＣＰＵは、ＩＤナンバーと共に通信フォーマットをメモリＩＣから読み出し、所定の転送レート（例えば、９６００ｂｐｓ）で変調された所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）の変調信号を高周波回路３２へ断続的かつ定期的に出力する。ＣＰＵとしては、例えば、８ビットマイコンを用いることができる。

信号処理回路３１は、消費電力を抑えるための制御として、間欠通信を実施する。間欠通信では、所定の送信サイクル（例えば、１５秒周期）のうち通信モードとして動作する送信期間（例えば、１５ｍｓｅｃ）だけＩＤナンバーが所定の通信フォーマットで出力され、それ以外の待機モード（スリープモード）として動作するスリープ期間（例えば、１４８５ｍｓｅｃ）では、信号処理回路３１及び高周波回路３２の動作は待機状態に遷移する。信号処理回路３１及び高周波回路３２は、通信モードと待機モードとを交互に繰り返すことにより、二次電池４２の消費電力を抑えている。

高周波回路３２は、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動部品、トランジスタ等の半導体素子等により構成される。高周波回路３２は、信号処理回路３１からの変調信号を受信し、通信フォーマットに従って、無線送信機１０のＩＤナンバーを含む送信信号（例えば、３００ＭＨｚ帯の２値ＦＳＫ変調信号）に変調する。アンテナ２０は、高周波回路３２によって生成された送信信号を電磁波に変換して放射する。アンテナ２０から放射される電磁波は、基本周波数３１５ＭＨｚの微弱無線規格を遵守する仕様に設計されている。

太陽電池４１は、光エネルギー（太陽光又は照明光などの光エネルギー）を直流電力に変換する発電素子である。無線送信機１０の各部（アンテナ２０、送信モジュール３０、及び電源部４０）は、光透過性材質（例えば、厚み０．２ｍｍ程度の白色ＡＢＳ材）から成る外装ケースの内部に収納されており、光エネルギーが効率よく太陽電池４１に吸収されるように構成されている。なお、発電素子は、太陽電池４１に限られるものではなく、例えば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光発電素子、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電素子、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁誘導発電素子などでもよい。

二次電池４２は、信号処理回路３１及び高周波回路３２へ供給される電力を蓄電する蓄電装置である。二次電池４２は、例えば、リチウムイオン電池であり、定格でＤＣ３Ｖの電圧を出力する。二次電池４２では、信号処理回路３１及び高周波回路３２での最低動作電圧レベルにもよるが、約１．８Ｖ〜３．３Ｖ程度の範囲で電力が消費される。なお、蓄電装置は、二次電池４２に限定されるものではなく、例えば、キャパシタなどでもよい。

充電回路４３は、太陽電池４１から二次電池４２への電力供給、及び二次電池４２から送信モジュール３０への電力供給を制御する。充電回路４３は、二次電池４２から太陽電池４１への電流の逆流を防止する機能や、二次電池４２の端子電圧を監視し、過充電時には二次電池４２への充電を停止し、過放電時には二次電池４２の過放電を停止する機能を有する。具体的には、充電回路４３は、二次電池４２が十分に充電されるまで、送信サイクルを長くしたり、或いは無線通信を一時停止したりする。

充電回路４３は、信号処理回路３１から出力される制御信号ＣＴＬの論理値に基づいて上述の電力供給を制御する。送信モジュール３０は、上述の如く、通信モードと待機モードとを交互に繰り返す間欠通信を常時実施する。そして、通信モードとして動作する送信期間中には、送信モジュール３０は、二次電池４２から送信モジュール３０へ動作電力（無線伝送に必要な電力）が供給され且つ太陽電池４１から二次電池４２へ充電電力が供給されないように制御信号ＣＴＬの論理値を制御し、待機モードとして動作するスリープ期間中には、送信モジュール３０は、二次電池４２から送信モジュール３０へ待機電力（待機中に消費される電力）が供給され且つ太陽電池４１から二次電池４２へ充電電力が供給されるように制御信号ＣＴＬの論理値を制御する。これにより、通信モードの期間中に送信モジュール３０によって消費された二次電池４２の電力を、待機モードの期間中に太陽電池４１から二次電池４２へ補充することができる。また、待機モード期間中の二次電池４２のインピーダンスは、通信モード期間中の二次電池４２のインピーダンスよりも低いので、二次電池４２を常時充電し続けるよりも容易に充電できるという利点を有する。

なお、通信モードで１５ｍＡの電流が消費され、待機モードで１．０μＡの電流が消費される場合を想定すると、デューティ０．１％の間欠通信によって消費される平均消費電流は１６μＡである。太陽電池４１の受光照度と発電電流との関係を示す実験データを取得したところ、オフィス内での通常使用時（例えば、胸ポケットに無線通信機１０を収納したとき）では、１００Ｌｕｘ程度の照度が得られ、この程度の照度によって得られる太陽電池４１の発電電流は約１６μＡである。適度な照度が得られる環境下に無線通信機１０を配置しておくことより、無線通信機１０の消費電力（通信モード中に消費される動作電力と待機モード中に消費される待機電力との合計電力）は、太陽電池４１によって十分に補うことが可能である。これにより、電池交換を不要とし、通信時間に制限がない無線通信機１０を提供できる。

端末機器６０は、例えば、携帯電話やパソコン等の無線通信機能を搭載した電子機器であり、無線モジュール７０、及びＣＰＵ８０を備える。無線モジュール７０は、アンテナ７１、高周波回路７２、及び信号処理回路７３を備える。無線送信機１０から無線電波として放射された送信信号に含まれるＩＤナンバーは、アンテナ７１にて受信され、高周波回路７２にて復調され、信号処理回路７３にて復号されて、所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）でＣＰＵ８０に出力される。ＣＰＵ８０は、無線モジュール７０が受信したＩＤナンバーに基づいて無線送信機１０を認証する。例えば、端末機器６０が携帯電話の場合、無線送信機１０を携帯するユーザが移動することにより、無線送信機１０と端末機器６０とがある一定の距離以上離れると、端末機器６０はロックし、無線送信機１０と端末機器６０とがある一定の距離以内に近づくと、端末機器６０はアンロックする。

本実施形態に係わる無線通信機１０によれば、通信モードの期間中に無線モジュール５０によって消費された二次電池４２の電力を、待機モードの期間中に太陽電池４１から二次電池４２へ補充することで、通信時間に制限のない無線通信機器１０を提供できる。

本実施形態に係わる無線送信機及び端末機器の機能ブロック図である。本実施形態に係わる間欠通信のタイミングチャートである。

符号の説明

１０…無線送信機２０…アンテナ３０…送信モジュール３１…信号処理回路３２…高周波回路４０…電源部４１…太陽電池４２…二次電池４３…充電回路５０…無線モジュール６０…端末機器

Claims

所定の情報を無線伝送するための電力を消費する通信モードと、前記無線伝送を行わずに待機電力を消費する待機モードとを交互に繰り返す無線モジュールと、
前記無線モジュールに電力を供給する電源部を備え、
前記電源部は、電力を蓄電する蓄電装置と、発電素子と、前記発電素子から前記蓄電装置への電力供給及び前記蓄電装置から前記無線モジュールへの電力供給を制御する充電回路を備え、
前記充電回路は、前記待機モードの期間中に前記発電素子から前記蓄電装置へ電力を供給する、無線送信機。
請求項１に記載の無線送信機であって、
前記充電回路は、前記通信モードの期間中に前記無線モジュールによって消費された前記蓄電装置の電力を、前記待機モードの期間中に前記発電素子から前記蓄電装置へ補充する、無線送信機。