JP2597623B2 - 電磁誘導結合による電源供給方式 - Google Patents

電磁誘導結合による電源供給方式

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、分離配置された２つのユニット間で誘導コ
イルによる磁気誘導結合により一方から他方のユニット
に向けて電源を供給すようにした磁気誘導結合による電
源供給方式に関する。
［従来技術］ 従来、リーダ・ライターに対し独立したユニットとし
てメモリモジュールを設け、このメモリモジュールを適
宜の部材又は装置に装着することにより、部材又は装置
自体に情報をもたらせ、このメモリモジュールの情報を
磁気誘導結合による非接触方式で読出して部材の加工あ
るいは装置の制御等を行なうようにしたメモリモジュー
ルシステムが考えられている。
第５図は、本願発明者等がすでに提案しているメモリ
モジュールシステムの一例を示したもので、リーダ・ラ
イター１のパッケージ化されたメモリモジュール２で構
成される。
リーダ・ライター１には、書込・読出制御用のコント
ロール３が設けられ、例えばメモリモジュール２への書
込みを例にとると、外部接続されたテープリーダ等から
の情報をマルチプレクサ４に出力して正弦波発振器5,6
の発振周波数f1,f2でなる周波数信号に変換する。即
ち、コントローラ３からのビット「１」で周波数f1を選
択し、またビット「０」で周波数f2を選択する。マルチ
プレクサ４で周波数変換された信号はパワーアンプ７で
増幅された後に誘導コイル８に供給され、周波数信号に
応じた誘導磁界をメモリモジュール２に対し発生する。
メモリモジュール２には受信用の誘導コイル９が設け
られ、誘導コイル９に誘起された周波数信号は整流回路
10で整流され、定電圧回路12で一定の直流電圧、例えば
5Vとされ、メモリモジュール２内の各回路部に電源を供
給する。また誘導コイル９に誘起された周波数信号は復
調回路12で周波数f1はビット「１」に、また周波数f2は
ビット「０」に復調されてメモリコントローラ13に与え
られ、EEROM等を用いた不揮発性メモリ14に情報を書込
む。
一方、メモリモジュール２からの情報読出は、書込時
と同様に誘導コイル８による電磁誘導結合で読出制御信
号をリーダ・ライター１からメモリモジュール２に送
り、メモリコントローラ13を経由して不揮発性メモリ14
から読出されたビット情報によるマルチプレクサ15の制
御で周波数発振器16の発振周波数f3と周波数零の信号に
周波数変調し、誘導コイル17に供給する。誘導コイル17
に対してはリーダ・ライター１側に誘導コイル18が設け
られ、誘導コイル18に誘起された周波数信号は復調回路
19で増幅後に周波数f3ビット「１」、周波数零でビット
「０」に復調されてコントローラ３に与えられる。
［発明が解決しようとする問題点］ このようなメモリモジュールシステムにあっては、リ
ーダ・ライター１とメモリモジュール２とギャップ長ｌ
の増加に対し電磁誘導結合による磁界の強さは、距離の
２乗に反比例して低下する関係にあるため、メモリモジ
ュール２の整流回路10で得られる整流電圧は、第６図の
グラフ図に示すように、両者の接触状態で例えば35Vで
あったものが、ギャップ長ｌの増加に応じて減少する特
性をもつ。
一方、メモリモジュール２に設けた定電圧回路11とし
ては、通常、レギュレータが使用され、整流回路10の出
力電圧が最大ギャップ長ｌ＝０〜l1に対し例えば35〜7V
の範囲で変動するものとすると、例えば７〜35Vの定格
入力で一定出力Vc＝5Vが得られる性能のものを使用しな
ければならない。
しかしながら、このようにギャップ長ｌによって整流
回路の出力電圧が大きく変動するものにあってはギュッ
プ長が最小のときの最大整流電圧、例えば35Vに耐えら
れ情報処理装置としては比較的高い回路部品を使用しな
ければならず、またレギュレータとしても定格入力電圧
の広いものが必要となるために回路構成が複雑化して高
価になるという問題があった。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、ユニット間の磁気誘導結合の結合距離が変化し
ても整流回路の出力電圧の変動を抑えることのできる電
磁誘導結合による電源供給方式を提供することを目的と
する。
この目的を達成するため本発明にあっては、分離配置
された第１のユニットと第２のユニットを誘導コイルに
よる第１の電磁誘導結合手段及び第２の電磁誘導結合手
段で結合し、第１のユニットで生成した下り信号が第１
の電磁誘導結合手段を介して第２のユニットで取り出さ
れたものを第２のユニットの電源として使用し、第２の
ユニットで生成した上り信号を第２の電磁誘導結合手段
を介して第１のユニットで検出するシステムに於いて、
第２の電磁誘導結合手段によって第１のユニットに誘導
される上り信号の大きさを検出する検出手段と、検出手
段によって検出された上り信号の大きさに応じて第１の
電磁誘導結合手段に供給される下り信号のレベルを制御
する出力レベル調整回路とを設けるようにしたものであ
る。
［作用］ このような構成を備えた本発明の電磁誘導結合による
電源供給方式にあっては、例えばリーダ・ライターから
メモリモジュールに電源供給を行なう場合を例にとる
と、磁気誘導結合によるメモリモジュールからの受信信
号の信号レベル、例えばピークレベルを検出し、このピ
ークレベルがギャップ長の増加に応じて減少することか
ら、ピークレベルの減少に応じて（距離の増加に応じ
て）電源供給用の信号レベルを増加させる制御が行なわ
れ、その結果、ギャップ長が変化してもメモリモジュー
ルの整流回路からは略一定の範囲に納まった整流出力を
得ることができ、メモリモジュールの電源回路に高い耐
圧の回路部品を使用する必要がなく、またスイッチング
レギュレータ等の定電圧回路としても定格入力範囲の狭
いものを使用できる。
［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図で
ある。
第１図に於いて１はリーダ・ライター、２はメモリモ
ジュールであり、リーダ・ライター１側には電源供給と
メモリモジュール側への信号伝送を行うための誘導コイ
ル８、メモリモジュール２側からの信号受信を行う誘導
コイル18が設けられる。このリーダ・ライターの誘導コ
イル８に対向してメモリモジュール２には電源及び信号
受信用の誘導コイル９、リーダ・ライター側への信号送
出用の誘導コイル17が設けられる。ここで誘導コイル8,
9は電源及び信号の両方を伝送することから磁気コア及
びコイル径を大きくすることで強い誘導磁界を発生でき
るようにし、一方、誘導コイル17,18については信号伝
送のみに用いることから小型の磁気コアに小さい径でコ
イルを巻き回したものを使用する。
リーダ・ライター１には従来例と同様、書込読出制御
用のコントローラ３、コントローラ３からの情報ビット
を正弦波発振器5,6からの発振周波数f1,f2に周波数変調
するマルチプレクサ４、誘導コイル18に誘起されたメモ
リモジュール側からの信号を増幅して周波数f3でビット
「１」、周波数零でビット「０」に復調する復調回路19
が設けらる。又、メモリモジュール２についても従来例
と同様、誘導コイル９に誘起された周波数信号を整流す
る整流回路10、整流回路10の整流出力を受けて一定の直
流電圧Vc、例えばVc＝5Vをモジュール内の各回路部に電
源として供給する定電圧回路11、磁気誘導コイル９に誘
起された周波数信号を周波数f1でビット「１」、周波数
f2でビット「０」に復調する復調回路12、メモリコント
ローラ13、EEPROM等を用いた不揮発性メモリ14、不揮発
性メモリ14からの読出情報ビットを周波数発振起16の発
振周波数ｆの周波数信号に変調して誘導コイル17に供給
するマルチプレクサ17が設けられる。
これに加えて本発明にあっては、リーダ・ライター１
側に誘導コイル18に誘起されたメモリモジュール２から
の受信信号のピークレベルを検出するピーク検出回路20
が設けられ、ピーク検出回路20の検出出力はマルチプレ
クサ４からの周波数信号を増幅して誘導コイル８に供給
する出力レベル調整回路22に制御信号として与えられて
いる。
即ち、メモリモジュール２のマルチプレクサ17より誘
導コイル17に供給される周波数信号は、予め定めた一定
の信号レベル（振幅レベル）をもっており、このためリ
ーダ・ライター１の誘導コイル18に誘起される周波数信
号の信号レベルはギャップ長ｌの増加に応じて減少する
関係をもつ。即ち、誘導コイル17と18の誘導結合による
磁界の強さはジャップ長ｌで与えられる結合距離の２乗
に反比例して減少する関係にあることから、ピーク検出
回路20で誘導コイル18に誘起された周波数信号のピーク
レベルを検出することで、ギャップ長ｌの増加に応じて
減少するピーク値を検出することができる。
このようにギャップ長ｌの増加に応じて減少するピー
ク検出回路20で検出されたピーク値の検出出力は、出力
レベル調整回路22の制御信号となり、ピーク値検出出力
の減少に応じて誘導コイル８に対する出力レベルを増加
させるレベル調整を行う。
このような出力レベル調整回路22の具体例としては、
自動利得制御機能付きの増幅器を使用し、ピーク値検出
回路20の検出出力をAGC制御信号とすることで実現で
き、又FET等の可変インピーダンス素子をピーク値検出
回路20で制御することで出力レベルをピーク値の減少に
応じて増加させるレベル調整を行うことができる。
次に第１図の実施例の動作を第２図の特性図を参照し
て説明する。
第２図（ａ）はギャップ長ｌに対するピーク検出回路
20の検出出力を示し、又第２図（ｂ）にピーク値検出出
力に基づく出力レベル調整回路22の出力電圧のギャップ
長ｌに対する変化を示し、更に第２図（ｃ）にメモリモ
ジュール２を設けた整流回路10の出力電圧の変化を示
す。
この第２図の特性図から明らかなように、ギャップ長
ｌ＝０のとき誘導コイル18に誘起される周波数信号の信
号レベルは最大となり、このときのピーク検出回路20の
検出出力を受けて出力レベル調整回路22は誘導コイル８
に対する出力レベルを最小レベルVminとしている。
次にギャップ長ｌが増加すると第２図（ａ）に示すよ
うに、ピーク検出回路20で検出される検出出力が低下
し、そのピーク検出出力を受けて出力レベル調整回路22
の出力電圧が第２図（ｂ）に示すように増加する。その
ため誘導コイル８から誘導コイル９に誘起される周波数
信号はギャップ長ｌが増加してもほぼ一定に保たれ、そ
の結果、第２図（ｃ）に示すように整流回路10の出力電
圧はギャップ長ｌの増加に対し一定レベルに保つことが
できる。
第３図は第１図の出力レベル調整回路22に設定する他
の制御特性を示した特性ブラフである。
即ち、第２図（ｂ）に示した出力レベル調整回路22の
出力特性にあっては、ピーク値検出出力に応じて常に整
流回路10の出力電圧が一定となるように出力レベルを調
整しているが、このような制御特性を得るためには出力
レベル調整回路22の回路構成が複雑になることから、第
３図の制御特性にあっては出力レベル調整回路22の制御
レベルを３段階に分けて行うことで回路構成を簡単にし
たことを特徴とする。
即ち、ピーク値検出回路20から与えられる第３図
（ａ）のピーク値検出出力に対し出力レベル調整回路22
には閾値Vr1とVr2が設定されており、ピーク値検出出力
が閾値Vr1以下のときには第３図（ｂ）に示すように出
力レベルを一定電圧V3とし、ピーク値検出出力が閾値Vr
1以上でVr2未満のときには出力レベルを一定電圧V2に制
御し、更にピーク検出出力が閾値Vr2以上のときには出
力レベルを一定電圧V1とする３段階の出力レベル調整を
行う。
このようにギャップ長に応じて３段階に出力レベルを
調整した場合には、第３図（ｃ）に示すように整流回路
10の出力電圧は、例えば５〜10Vの範囲でギャップ長の
増加に応じて減少するように各出力段階毎に変化する
が、整流出力の変動範囲は定電圧回路11を構成するレギ
ュレータからみて実用上は問題とならない定格入力範囲
に収めることができる。
尚、第３図の実施例は出力レベル３段階に制御する場
合を例にとるものであったが、本発明はこれに限定され
ず、２段階若しくは４段階以上の多段階制御としてもよ
いことは勿論である。
第４図は本発明の他の実施例を示した回路ブロック図
である。
この実施例は、第１図の実施例のピーク検出回路20の
代わりに振幅検出回路100を設けたことを特徴とする。
振幅検出回路100は、例えば包絡線検波方式により振幅
を検出するものであり、この振幅検出回路100の検出出
力により出力レベル調整回路22を第１図の実施例と同様
に制御する。尚、振幅検出回路10以外は第１図の実施例
と同じである。
［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、ユニット間
の電磁誘導結合の結合距離に応じて変化する受信信号の
大きさを検出し、この検出出力に基づく結合距離の増加
に応じて電源供給の信号レベルを増加させるように制御
する電源供給方式としたため、電磁誘導結合を行うユニ
ット間のギャップ長が変化しても電源供給を受けるユニ
ット側に設けた整流回路の出力電圧を距離の変化に対し
一定値に保つか、あるいは一定の範囲に抑えることがで
き、ギャップ長が小さいときに必要以上の整流出力が得
られることによる定電圧回路の熱損失や部品の耐圧の問
題がなくなり、定電圧回路の定格入力範囲が狭くてよい
ことから回路構成が簡略化され、エネルギーロスが少
く、且つコスト的にも安価な電源供給を実現することが
できる。
更に、定格入力電圧の範囲が狭いレギュレータでは、
入出力間の電位差の低いものがあり、レギュレータの入
力電圧が今までのものより低くてよい。つまり、整流回
路からの出力小さくても、機能するようになり、リーダ
・ライターとメモリモジュール間の距離を、更にのばす
ことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図、第
２図は第１図の実施例の制御特性の説明図、第３図は本
発明の他の実施例における制御特性の説明図、第４図は
本発明の他の実施例を示した回路ブロック図、第５図は
従来装置の回路ブロック図、第６図はギャップ長に対す
る整流出力の特性図である。 1:リーダ・ライター 2:メモリモジュール 3:コントローラ 4,15:マルチプレクサ 5,6,16:正弦波発振器 8,9,17,18:誘導コイル 10:整流回路 11:定電圧回路 12,19:復調回路 13:メモリコントローラ 14:不揮発性メモリ 20:ピーク検出回路 22:出力レベル調整回路 100:振幅検出回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−68416（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−503098（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−500340（ＪＰ，Ａ) 米国特許3555405（ＵＳ，Ａ) 米国特許4029945（ＵＳ，Ａ) 米国特許4650981（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】分離配置された第１のユニットと第２のユ
    ニットを誘導コイルによる第１の電磁誘導結合手段及び
    第２の電磁誘導結合手段で結合し、前記第１のユニット
    で生成した下り信号が前記第１の電磁誘導結合手段を介
    して前記第２のユニットで取り出されたものを前記第２
    のユニットの電源として使用し、前記第２のユニットで
    生成した上り信号を前記第２の電磁誘導結合手段を介し
    て前記第１のユニットで検出するシステムに於いて、 前記第２の電磁誘導結合手段によって前記第１のユニッ
    トに誘導される前記上り信号の大きさを検出する検出手
    段と、 前記検出手段によって検出された上り信号の大きさに応
    じて前記第１の電磁誘導結合手段に供給される下り信号
    のレベルを制御する出力レベル調整回路を備えたことを
    特徴とする電磁誘導結合による電源供給方式。
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