JP2019139311A

JP2019139311A - 通信装置、及び、給電装置

Info

Publication number: JP2019139311A
Application number: JP2018019342A
Authority: JP
Inventors: 秀明土田; Hideaki Tsuchida; 邦夫安藤; Kunio Ando; 宏孝竹田; Hirotaka Takeda; 輝人石橋; Teruhito Ishibashi; 道広岸元; Michihiro Kishimoto
Original assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-08-22

Abstract

【課題】本発明は、パッシブ型の無線タグを使用して、安定した無線通信を行うことを目的とする。【解決手段】本発明の通信装置１００は、基部１２０と、基部１２０に取り付けられた電源部１３０と、電源部１３０からの電力によって無線で給電をする給電部１５０と、給電部１５０が給電可能な位置に、基部１２０に対して着脱自在に取り付けられたパッシブ型の無線タグ１６０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は通信装置、及び、給電装置に関する。

従来からＲＦＩＤタグのような無線タグとリーダ装置とを有する無線システムが使われている。無線タグは、所定の信号を無線で出力する。リーダ装置は、無線タグからの信号を受信する。
無線タグには、アクティブ型の無線タグやパッシブ型の無線タグ等がある。アクティブ型の無線タグは、内蔵した電池の電力を使って無線の信号を出力する。パッシブ型の無線タグは、電池を内蔵する必要が無く、リーダ装置から受信する電磁波を電力源として、無線の信号を出力する。パッシブ型の無線タグは、アクティブ型の無線タグと比べて安価であることから広く使われている。

特許文献１には、太陽電池セルと蓄電用コンデンサとに並列にアンテナ・コイルが接続された装置が記載されている。
また、特許文献２には、太陽電池と、無線周波数識別タグと、太陽電池と無線周波数識別タグとを繋ぐ電気通信連結構造と、を有する装置が記載されている。電気通信連結構造は、銀導電ペーストをスクリーン印刷することによって形成される。

特開２００４−２５２５３７号公報実用新案登録第３２０７０２９号公報

工場の組み立てライン等では、金属を用いた設備等が多数存在し、これらの設備等は複雑な動きをすることがある。このような環境でパッシブ型の無線タグを使う場合、パッシブ型の無線タグに給電するためにリーダ装置が出力する電磁波が、設備等に遮られたり乱反射したりして、パッシブ型の無線タグに給電できないことがあり、安定した無線通信が妨げられる。
また、特許文献１や２に記載の技術は、パッシブ型の無線タグを使用するものではない。

本発明は、パッシブ型の無線タグを使用して、安定した無線通信を行うことを目的とする。

本発明の通信装置は、基部と、前記基部に取り付けられた電源部と、前記電源部からの電力によって無線で給電をする給電部と、前記給電部が給電可能な位置に、前記基部に対して着脱自在に取り付けられたパッシブ型の無線タグと、を有する。

本発明によれば、パッシブ型の無線タグを使用して、安定した無線通信を行うことができる。

無線システムの構成の一例を示す図である。通信装置の構成の一例を示す図である。通信装置の構成の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態の無線システム１について説明する。図１は、無線システム１の構成の一例を示す図である。無線システム１は、通信装置１００と、受信装置１９０と、を有する。図１は通信装置１００の外観の一例を示す。
通信装置１００は、通信装置１００が備える無線タグ１６０から、無線タグ１６０に記録されたタグＩＤ等の情報を無線で出力する。
受信装置１９０は、受信アンテナを有し、通信装置１００から出力される情報を受信アンテナで受信する。

ここで、図１、図２を参照して、通信装置１００について詳しく説明する。
通信装置１００は、給電装置１１０と、無線タグ１６０と、を有する。給電装置１１０は、後に詳しく説明するように、基部１２０と、基部に取り付けられた電源部１３０と、電源制御部１４０と、電源制御部１４０を介した電源部１３０からの電力によって無線で給電をする給電部１５０と、を有する。無線タグ１６０は、給電部１５０が給電可能な位置に、基部１２０に対して着脱自在に取り付けられたパッシブ型の無線タグである。
図２は、通信装置１００の構成の一例を示す図であり、給電部１５０、及び、無線タグ１６０を詳しく示した図である。

無線タグ１６０は、基部１６１と、基部１６１に搭載されたＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップ１６２と、基部に搭載されたアンテナ１６３と、を有する。基部１６１は、板状であるが、シート状でもよい。また、基部１６１は、可撓性があってもよく、可撓性がなくてもよい。ＩＣチップ１６２には、予め情報が記録されている。ＩＣチップ１６２に記録されている情報として、例えば、製品等を識別できるタグＩＤを挙げられるが、タグＩＤに限定されるものではない。ＩＣチップ１６２は、アンテナ１６３を介して外部から無線で供給された電力で動作し、記録された情報を含む信号を、アンテナ１６３を介して外部に無線で出力する。アンテナ１６３は、例えば、電磁波を受信することで起電力が生じ、ＩＣチップ１６２に電力を供給する。
このように、無線タグ１６０は、内部に電源を持たず、アンテナ１６３を介して供給される電力で動作するパッシブ型の無線タグである。ＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグやＩＣタグは、無線タグ１６０の例である。

給電装置１１０には、無線タグ１６０が着脱自在に取り付けられる。そして、給電装置１１０は、無線タグ１６０に無線で給電する。なお、無線タグ１６０には、給電装置１１０から無線タグ１６０を取り外した状態で、情報が記録される。
給電装置１１０は、基部１２０と、電源部１３０と、電源制御部１４０と、給電部１５０と、を有する。
基部１２０には、板状の基板が使われ、電源部１３０と、電源制御部１４０と、給電部１５０と、が取り付けられている。また、基部１２０には、無線タグ１６０が基部１２０に対して着脱自在に取り付けられている。シール等の粘着性のある部材を用いて、無線タグ１６０を基部１２０に取り付けてもよい。また、基部１２０は無線タグ１６０を収納できる収納部を有し、この収納部に無線タグ１６０を入れることで、無線タグ１６０を基部１２０に取り付けてもよい。また、基部１２０は、無線タグ１６０の端部を挟んで引掛けることで無線タグ１６０の端部を係合する引掛け片（係合部）を有し、この引掛け片に無線タグ１６０を引掛けることで、無線タグ１６０を基部１２０に取り付けてもよい。ここで説明した収納部や引掛け片は、無線タグ１６０を着脱自在に基部１２０に取り付けることができる取付部の例である。

電源部１３０は、電源制御部１４０を介して給電部１５０に電力を出力する。電源部１３０として太陽電池が使われる。より具体的には、電源部１３０として、アモルファスシリコンを用いた太陽電池が使われるが、多結晶シリコンを用いた太陽電池が使われてもよく、これら以外の太陽電池が使われてもよい。
電源制御部１４０は、電源部１３０から出力される電力を安定させて、給電部１５０に安定した電力を出力する。電源部１３０は、太陽電池であり、受光量に応じた電力を出力する。したがって、受光量の変動等によって電源部１３０が出力する電力が変動して安定しないことがある。電源制御部１４０は、電源部１３０が出力する電力が安定していない場合であっても、変動が小さく安定した電力を給電部１５０に出力する。

給電部１５０は、電源制御部１４０を介した電源部１３０からの電力によって、基部１２０に取り付けられた無線タグ１６０に無線で給電をする。給電部１５０は、図２に示すように、ＶＣＯ１５１と、アンテナ１５２と、ＰＬＬ１５３と、ＣＰＵ１５４と、を有する。
ＶＣＯ１５１は、電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）であり、無線タグ１６０に対応する発振周波数の電圧をアンテナ１５２に出力する。ＶＣＯ１５１の発振周波数は、給電装置１１０ごとに予め定められている。

アンテナ１５２は、ＶＣＯ１５１から出力される発振周波数の電圧に基づいて、無線タグ１６０に対応する周波数の電磁波を外部に出力する。アンテナ１５２は、電磁波を出力することで、基部１２０に取り付けられた無線タグ１６０に無線で給電をする。
ＰＬＬ１５３は、位相同期回路（ｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐ）であり、ＶＣＯ１５１が出力する発振周波数を安定させる。
ＣＰＵ１５４は、中央制御装置（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓＵｎｉｔ）であり、ＶＣＯ１５１やＰＬＬ１５３を制御して、電圧や周波数の微調整等を行う。

電源制御部１４０と、アンテナ１５２を除いた給電部１５０の各部と、は異なるＩＣチップで構成されるが、同一のＩＣチップで構成されてもよい。給電部１５０のアンテナ１５２は、ＩＣチップの外に設けられるが、ＩＣチップの中に設けられてもよい。
給電部１５０は、キャリアセンスが不要となる１ｍＷ以下の給電をするように構成される。キャリアセンスとは、複数の装置が同時に同じ周波数の電磁波等を出力して混信することがないように、例えば、他の装置が通信中であれば一定の時間待ってから電磁波等を出力する、とった制御を行うことである。無線タグ１６０は、基部１２０における給電部１５０が給電可能な位置に、基部１２０に対して着脱自在に取り付けられる。

次に、無線システム１の動作について説明する。無線タグ１６０が取り付けられた通信装置１００を、電源部１３０に光が当たる位置に置くと、電源部１３０から、電源制御部１４０を介して、給電部１５０に電力が出力される。すると、給電部１５０は、アンテナ１５２から無線タグ１６０に無線で給電をして、無線タグ１６０を励磁する。無線タグ１６０は、給電部１５０から給電された電力によって、無線タグ１６０に記録されたタグＩＤ等の情報を無線で出力する。こうして、電源部１３０に光が当たって電源部１３０が給電部１５０に電力を出力するかぎり、無線タグ１６０は継続して無線で情報を出力する。そして、受信装置１９０は、通信装置１００から出力される情報を、受信装置１９０の受信アンテナで受信する。

以上説明したように、通信装置１００には、給電部１５０が給電可能な位置に、基部１２０に対して着脱自在にパッシブ型の無線タグ１６０が取り付けられている。
よって、工場の組み立てライン等のように、金属を用いた設備等が多数存在し、これらの設備等は複雑な動きをするような環境であっても、給電部１５０は安定してパッシブ型の無線タグ１６０に給電できる。そして、無線タグ１６０は、記録された情報を安定して出力できる。このため、安定した無線通信を行うことができる。
特に、従来技術のようなリーダ装置を使う場合は、無線タグ１６０に対するリーダ装置の位置や無線タグ１６０からリーダ装置までの距離によっては、リーダ装置は無線タグ１６０に対して適切に給電できずに、無線通信が中断することがある。これに対して、本実施形態の通信装置１００は、給電部１５０が無線タグ１６０に直接給電する。したがって、通信装置１００を使うことで、無線タグ１６０は、記録された情報を安定して出力でき、安定した無線通信を行うことができる。

また、通信装置１００において、無線タグ１６０は着脱自在である。よって、通信装置１００用に特別な無線タグ１６０を開発等する必要が無く、通信装置１００を安価に実現できる。そして、通信装置１００では、無線タグ１６０を簡単に交換できるため、使用環境に応じた通信装置１００の提供が容易である。また、給電部１５０の周波数に対応している無線タグ１６０であれば、通信装置１００で使用できる。また、通信装置１００では、既存の無線タグ１６０の使用も可能である。
また、通信装置１００は、電源部１３０に太陽電池を用いる。したがって、通信装置１００について電池交換の作業が不要となる。

また、給電部１５０は、キャリアセンスが不要となる１ｍＷ以下の無線での給電をするように構成される。よって、通信装置１００では、キャリアセンスを行うことによる待ち時間の発生が回避でき、無線通信の遅延が抑制される。また、複数の通信装置１００が存在し、複数の受信装置１９０が存在する環境であっても、遅延なく無線通信できる。
また、通信装置１００では、無線タグ１６０を太陽光発電の電力で励磁することにより、所定の受信アンテナを備えた受信装置１９０を使用することで、例えば、２００ｍ以上の通信距離を確保できる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態の無線システムについて説明する。第１の実施形態と同様の点については、同符号を用いて説明を省略する。第２の実施形態の無線システムは、通信装置２００と、受信装置１９０と、を有する。受信装置１９０は、第１の実施形態と同様である。
通信装置２００における第１の実施形態の通信装置１００と異なる点は、図３に示すように、通信装置２００の給電装置１１０が、蓄電部２７０を有する点にある。
蓄電部２７０は、電源制御部１４０の制御に基づいて、太陽電池である電源部１３０から出力される電力を蓄電する。蓄電部２７０が電力を蓄電している場合であっても、電源部１３０は電源制御部１４０を介して給電部１５０に電力が出力し、給電部１５０はアンテナ１５２から無線タグ１６０に無線で給電をして、無線タグ１６０を励磁する。蓄電部２７０として、コンデンサや電子バッテリ等が使われる。コンデンサとして、例えば、電気二重層コンデンサが使われる。また、電源部１３０の受光量が減少する等により電源部１３０が出力する電力が定められた値以下の場合、蓄電部２７０は、電源制御部１４０の制御に基づいて、蓄電した電力を、電源制御部１４０を介して給電部１５０に出力する。このため、給電部１５０は、電源部１３０、及び、蓄電部２７０の少なくとも何れかからの電力によって、無線で給電をする。

以上説明したように、第２の実施形態は、蓄電部２７０を有する。そして、昼間等のように、通信装置２００に十分な光が照射されている場合に蓄電部２７０が蓄電し、夜間等のように、電源部１３０に十分な光が照射されない場合に蓄電部２７０が電力を出力する。したがって、通信装置２００の無線タグ１６０は、電源部１３０に光が当たらない場合であっても、タグＩＤ等の情報を無線で安定して出力できる。

＜その他の実施形態等＞
上記の実施形態では、電源部１３０には太陽電池が使われるが、電源部１３０には、化学電池等、太陽電池以外の電池が使われてもよい。
また、通信装置１００、２００は、スイッチ等の操作部を有していてもよい。そして、ＣＰＵ１５４は、操作部に対する操作に基づいて、給電部１５０が無線で給電するか否かを制御してもよい。これにより、無線タグ１６０から情報を出力するか否かを制御できるようになる。
また、ＣＰＵ１５４は、電圧や周波数の微調整等以外の制御を行ってもよい。例えば、ＣＰＵ１５４は、給電部１５０が、外部から指定された周波数を使って無線で給電するような制御を行ってもよい。これにより、通信装置１００、２００で使用できる無線タグ１６０の種類を増やすことができる。
また、給電部１５０から無線タグ１６０への給電、及び、無線タグ１６０から受信装置１９０への情報の出力には、電波方式が使われる。
また、上記の実施形態を組み合わせてもよい。

以上、上記の実施形態によれば、パッシブ型の無線タグを使用して、安定した無線通信を行うことができる。

１無線システム
１００、２００通信装置
１１０給電装置
１２０基部
１３０電源部
１４０電源制御部
１５０給電部
１６０無線タグ
１９０受信装置
２７０蓄電部

Claims

基部と、
前記基部に取り付けられた電源部と、
前記電源部からの電力によって無線で給電をする給電部と、
前記給電部が給電可能な位置に、前記基部に対して着脱自在に取り付けられたパッシブ型の無線タグと、
を有する通信装置。
前記給電部は、キャリアセンスが不要な給電をする請求項１記載の通信装置。
前記給電部は、１ｍＷ以下の給電をする請求項１又は２記載の通信装置。
前記電源部は太陽電池である請求項１乃至３何れか１項記載の通信装置。
前記電源部からの電力を蓄電する蓄電部を更に有し、
前記給電部は、前記電源部、及び、前記蓄電部の少なくとも何れかからの電力によって、無線で給電をする請求項４記載の通信装置。
前記給電部は、前記電源部から電力が定められた値以下の場合、前記蓄電部からの電力を使用して無線で給電をする請求項５記載の通信装置。
基部と、
前記基部に取り付けられた電源部と、
前記電源部からの電力によって無線で給電をする給電部と、有し、
前記給電部が給電可能な位置に、前記基部に対してパッシブ型の無線タグが着脱自在に取り付け可能である給電装置。