JP2016131283A - 非接触検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非接触検出装置としての道路鋲2は、良導体製で開口部を有する箱状の筐体20と、この筐体の開口部を閉塞する非良導体製の蓋体30と、筐体20内に収納される回路基板18と、を備える。回路基板18は、蓋体30に組み込まれたコイルアンテナ12、14を介して、道路鋲2に接近してきたタグ8を検出し、LED16を発光させることでその旨を報知する。コイルアンテナ12、14は、コイル軸が筐体の開口面に平行で互いに直交するよう蓋体30に巻回され、しかも、筐体内壁面とのクリアランスが、コイル軸直交方向よりもコイル軸方向の方が大きくなるように設定されている。
【選択図】図1
Description
そして、そのコイルアンテナと筐体内壁面との間のクリアランスは、コイルアンテナのコイル軸方向のクリアランスの方が、コイル軸と直交し且つ開口面に平行なコイル軸直交方向のクリアランスよりも大きくなるように設定されている。
そこで、本発明では、コイルアンテナと筐体内壁面との間のクリアランスの内、コイル軸方向のクリアランスの方が、コイル軸直交方向のクリアランスよりも大きくなるように設定することで、アンテナコイルの送受信時の感度を確保しつつ、筐体をより小さくできるようにしているのである。
本実施形態の非接触検出装置は、図1に例示するように、自転車や歩行者が通行する生活道路の交差点付近に埋設して使用される道路鋲2である。
また、タグ8は、送信回路や近傍磁界アンテナ等から構成され、送信回路が、タグ8の識別情報等を近傍磁界アンテナから定期的に送信させる。
また、筐体20内には、蓋体30を介して入射してくる太陽光を受けて発電する太陽電池22が設けられている。太陽電池22は、受光面が、蓋体30の筐体20側の面(内側面)に対向するように配置されており、その周囲には、発光した光を、蓋体30を介して外部に放射できるように、複数のLED16が分散して配置されている。
また、スイッチSW0は、検出部40に対し、コイルアンテナ12と同調用コンデンサ42とにより構成されるアンテナ部A1を接続するか、或いは、コイルアンテナ14と同調用コンデンサ44とにより構成されるアンテナ部A2を接続するか、を切り替えるためのものである。
また、電源部48は、太陽電池22若しくは蓄電器24から電力供給を受けて、検出部40やその周辺回路を駆動するための電源電圧(直流定電圧)を生成する定電圧回路である。
ところで、本実施形態では、コイルアンテナ12、14をコイル軸方向から見たループ形状が扁平な矩形形状になっているため、ループ形状を円形にした場合に比べて、アンテナ特性(感度)が低下し、タグ8の検知距離も低下する。
また、本実施形態では、巻線を一巻き毎に一定間隔を空けて巻回することによりコイルアンテナ12、14を構成している。
また更に、本実施形態では、コイルアンテナ12、14を蓋体30に組み付けることで、コイルアンテナ12、14を筐体20の開口部に設けることができ、しかも、コイルアンテナ12、14と筐体20の内壁面とのクリアランスを、コイル軸方向のクリアランスの方がコイル軸直交方向のクリアランスよりも大きくなるように設定できる。
次に、これらの効果1〜3を確認するためのシミュレーションを行ったので、そのシミュレーション結果について説明する。
[シミュレーション結果1]
ループ形状が矩形のコイルアンテナの近傍に金属板を配置し、他のコイルアンテナとの間の距離Lxを変化させた際の、コイルアンテナ間の結合係数を測定(シミュレーション)した。そのシミュレーション結果を、図7(a)に示す。
[シミュレーション結果2]
コイルアンテナは、一般的に、巻き数を増やすと感度が上がることが知られている。これは、巻き数を増やせば、送受信する他方のアンテナとの間の鎖交磁束が増え、コイルアンテナの実効サイズが大きくなったからと解釈できるからである。
そこで、巻き上げピッチを所定値(例えば1.5mm)に固定し、巻き数を変化させた際のコイルアンテナの巻き数と検知距離との関係、及び、コイルアンテナの奥行き(コイル軸方向の大きさ)を固定し、巻き数を変化させた際のコイルアンテナの巻き数と検知距離との関係、をそれぞれ測定(シミュレーション)した。
なお、図8において、検知距離は、送信アンテナから一定レベルの信号を送信させて、受信アンテナであるコイルアンテナを送信アンテナから徐々に離した際に、コイルアンテナからの受信信号レベル(電圧)がある一定の閾値を下回る距離としている。
[シミュレーション結果3]
次に、筐体20の強度や耐久性を確保するために、筐体20を良導体である金属製にすると、コイルアンテナ12、14と筐体20との干渉により、アンテナ特性(感度)が低下することが考えられる。
なお、図9、図10において、奥行きは、コイルアンテナのコイル軸方向のコイルアンテナと筐体内壁面との間の距離(クリアランス)を表している。
[変形例]
例えば、上記実施形態では、道路鋲2には、コイル軸12a、14aが互いに直交し且つ巻線同士が鎖交するように配置された一対のコイルアンテナ12、14が収納されるものとして説明したが、図11に示すように、筐体20内には一つのコイルアンテナ10だけを設けるようにしてもよい。
このように構成された変形例の道路鋲4においては、コイルアンテナ10のコイル軸と直交する方向にだけ受信感度が高くなるため、タグ8の検出可能範囲が、例えば、東西方向、南北方向というように、相反する2方向にだけ大きくなる。
つまり、例えば、2つの道路が直交する交差点にて、その交差点に接近してくるタグ8を検出するには、図12に示すように、その交差点に、2つの道路鋲4a、4bを、各道路鋲4a、4b内のコイルアンテナ10のコイル軸10a同士が、各道路に対応して互いに直交するように設置するようにすればよい。
Claims (10)
- 開口部を有し、壁面の一部若しくは全面が良導体製である筐体と、
前記筐体内に収納され、前記開口部を介して無線信号を送受信可能なアンテナ部と、
前記アンテナ部からの受信信号に基づき、所定の情報を取得する検出部と、
を備え、
前記アンテナ部は、前記開口部の開口面に平行なコイル軸周りに複数回巻回してなる巻線からなるコイルアンテナにて構成されており、
前記コイルアンテナと前記筐体内壁面との間のクリアランスは、前記コイルアンテナのコイル軸方向のクリアランスの方が、該コイル軸と直交し且つ前記開口面に平行なコイル軸直交方向のクリアランスよりも大きいことを特徴とする非接触検出装置。 - 前記コイルアンテナの巻線は、一巻き毎に所定の間隔を空けて巻回されていることを特徴とする請求項1に記載の非接触検出装置。
- 前記コイルアンテナは、前記検出部よりも前記筐体の開口部側に配置されており、
前記コイルアンテナと前記検出部との間には、良導体製の隔壁が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の非接触検出装置。 - 前記コイルアンテナは、前記巻線を板状の中空部周りに巻回した扁平形状であり、前記筐体内には、前記中空部の扁平な面が前記開口部の開口面と平行になるよう収納されていることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の非接触検出装置。
- 前記コイルアンテナは、前記筐体の開口部を閉塞する非良導体製の蓋体に設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の非接触検出装置。
- 前記蓋体には、前記コイルアンテナを構成する巻線の一部を、前記開口部の開口面に沿って互いに平行となるように挿通するための複数の孔、及び、各孔に挿通された巻線同士を接続して前記コイルアンテナを構成する残りの巻線を埋め込むための複数の溝、が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の非接触検出装置。
- 前記アンテナ部は、前記コイルアンテナとして、前記コイル軸同士が互いに直交して十字形状をなすように配置された一対のコイルアンテナを備え、
前記検出部は、前記受信信号を取り込むコイルアンテナを周期的に切り換えることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の非接触検出装置。 - 前記一対のコイルアンテナは、コイル同士が鎖交するように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の非接触検出装置。
- 前記一対のコイルアンテナには、それぞれ、同調用コンデンサが並列接続されており、
前記検出部は、前記受信信号を取り込むコイルアンテナを選択した際、他方のコイルアンテナと前記同調用コンデンサとの接続を遮断することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の非接触検出装置。 - 前記コイルアンテナの巻線を前記コイル軸方向から見たループ形状は、前記開口部の開口面に平行な一対の長辺と該開口面に直交する一対の短辺とにより形成される矩形形状であり、
前記各長辺及び前記各短辺は、前記コイル軸に対し直交する直交部、若しくは、該直交部と前記コイル軸に直交しない非直交部とにより形成されており、
前記各長辺及び前記各短辺の少なくとも一辺は、前記非直交部を含み、該非直交部は、当該辺の一端側に配置されていることを特徴とする請求項7〜請求項9の何れか1項に記載の非接触検出装置。
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