JP4803253B2 - 給電回路基板付き物品 - Google Patents
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Description
インダクタンス素子を含む給電回路を設けた給電回路基板と、前記給電回路と電気的に接続された無線通信用回路基板と、を備え、
前記給電回路基板と前記無線通信用回路基板のいずれか一方の基板は他方の基板に搭載されているか、又は、一体的な基板として形成されており、他方の基板又は一体的な基板は物品に搭載されており、
前記物品は前記給電回路から電磁界結合を介して供給され、かつ、前記給電回路の共振周波数で実質的に決まる周波数の送信信号を放射する、及び/又は、受け取った受信信号を電磁界結合を介して前記給電回路に供給する放射板を備えていること、を特徴とする。
本発明に係る給電回路基板付き物品における基本回路構成は、図1(A)に示すように、給電回路16が無線通信用回路(モデム)4と電気的に導通するように接続され、給電回路16は放射板20と電磁界結合されている。放射板20は以下の実施例で説明する各種物品が本来有している金属物あるいは物品に付与された金属板である。
図2は両者の組合せ例1を示し、給電回路16を含む給電回路基板10の裏面に設けた電極が無線通信用回路4と接続されるように無線通信用回路基板に形成されている電極3aと半田付けなどで接続されている。また、給電回路16は給電回路基板10の表面に設けた電極25及び導体22を介して放射板20と電磁界結合している。符号3bはグランド電極を示している。なお、電極25と導体22又は放射板20と導体22とは、導電性接着剤や半田などにより電気的に導通するように接続してもよく、あるいは、絶縁性接着剤などにより電気的に絶縁された状態で接続してもよい。
第1例である電磁結合モジュール1aは、モノポールタイプの放射板20と組み合わせたものであり、図6及び図7に示すように、無線通信用回路基板5と、上面に該回路基板5を搭載した給電回路基板10とで構成され、帯状の電極である放射板20上に貼着されている。無線通信用回路基板5は、図1(B)に示した無線通信用回路4を含み、給電回路基板10に内蔵された給電回路16と電気的に導通するように接続されている。
第2例である電磁結合モジュール1bは、図11に示すように、広い面積の絶縁性・可撓性を有するプラスチックフィルム21上に広い面積のアルミ箔などで形成した放射板20上に取り付けたもので、無線通信用回路基板5を搭載した給電回路基板10が放射板20の任意の位置に接着されている。
第3例である電磁結合モジュール1cは、図12に示すように、アルミ箔などで形成した広い面積の放射板20のメッシュ状部分に取り付けたものである。メッシュは放射板20の全面に形成されていてもよく、あるいは、部分的に形成されていてもよい。
第4例である電磁結合モジュール1dは、図13に示すように、フィルム21上の給電回路基板10との接合面を含めてそれ以外の面(ここでは全面)に放射板20を介して接着剤18が塗布されている。この接着剤18にて、電磁結合モジュール1dを備えた物品を他の物品に電磁結合モジュール1dを内側にして接着可能である。
第5例である電磁結合モジュール1eは、図14に等価回路として示すように、給電回路基板10に給電回路16としてコイル状電極からなるインダクタンス素子Lを内蔵したものである。LC並列共振回路を構成するキャパシタンス素子Cはインダクタンス素子Lのコイル状電極間の浮遊容量(分布定数型の容量)として形成される。
第6例である電磁結合モジュール1fは、図15に等価回路として示すように、ダイポールタイプの放射板20に対応した給電回路16を備えたものであり、給電回路基板に二つのLC並列共振回路からなる給電回路16を内蔵している。インダクタンス素子L1及びキャパシタンス素子C1は無線通信用回路基板5の第1ポート側に接続され、インダクタンス素子L2及びキャパシタンス素子C2は無線通信用回路基板5の第2ポート側に接続され、それぞれ、放射板20,20と対向している。インダクタンス素子L1とキャパシタンス素子C1の端部は開放端とされている。なお、第1ポートと第2ポートは差動回路のI/Oを構成している。
第7例である電磁結合モジュール1gは、図16に等価回路として示すように、ダイポールタイプの放射板20に対応した給電回路16を備えたものであり、給電回路基板に二つのLC直列共振回路からなる給電回路16を内蔵している。各インダクタンス素子L1,L2は放射板20,20と対向し、各キャパシタンス素子C1,C2はグランドに接続される。
第8例である電磁結合モジュール1hは、図17に示すように、モノポールタイプの放射板20と組み合わせたものであり、給電回路基板10に内蔵したインダクタンス素子Lとキャパシタンス素子CとでLC直列共振回路からなる給電回路16を構成したものである。図18に示すように、インダクタンス素子Lを構成するコイル状電極は、その巻回軸が放射板20と垂直に形成され、コイル状電極の巻回軸に平行にかつ放射板20に垂直な方向に磁界が発生する。この磁界により放射板20にうず電流が発生し、さらに、そのうず電流により発生した磁界が放射板20から放射される。
第9例である電磁結合モジュール1iは、図20に等価回路として示すように、前記第8例で示したインダクタンス素子Lのコイル状電極の巻回幅(コイル径)を放射板20に向かって徐々に大きく形成したものである。他の構成は前記第8例と同様である。
第10例である電磁結合モジュール1jは、図21に等価回路として示すように、ダイポールタイプの放射板20に対応したものであり、給電回路基板10に二つのLC直列共振回路からなる給電回路16を内蔵したものである。
第11例である電磁結合モジュール1kは、図23に示すように、セラミックあるいは耐熱性樹脂からなるリジッドな給電回路基板50の表面にコイル状電極、即ち、スパイラル型のインダクタンス素子からなる給電回路56を単層の基板50上に設けたものである。給電回路56の両端部は無線通信用回路基板5と半田バンプを介して直接的に接続され、給電回路基板50は放射板20を保持するフィルム21上に接着剤にて貼着されている。また、給電回路56を構成する互いに交差するインダクタ電極56aとインダクタ電極56b,56cは図示しない絶縁膜によって隔てられている。
第12例である電磁結合モジュール1lは、図24に示すように、給電回路56のコイル状電極を給電回路基板50に内蔵したものである。給電回路基板50は、図25に示すように、誘電体からなるセラミックシート51A〜51Dを積層、圧着、焼成したもので、接続用電極52とビアホール導体53aを形成したシート51A、インダクタ電極54aとビアホール導体53b,53cを形成したシート51B、インダクタ電極54bを形成したシート51C、無地のシート51D(複数枚)からなる。
第13例である電磁結合モジュール1mは、図26に等価回路として示すように、給電回路基板10と放射板20とを容量結合したものである。給電回路基板10には、二つのLC直列共振回路からなる給電回路16を内蔵している。インダクタンス素子L1,L2の一端は無線通信用回路基板5に接続され、他端は基板10の表面に設けられたキャパシタンス素子C1,C2を構成するキャパシタ電極72a,72b(図27参照)に接続されている。また、キャパシタンス素子C1,C2を構成するいま一つのキャパシタ電極は放射板20の端部20a,20bが担っている。
第14例である電磁結合モジュール1nは、図28に等価回路として示すように、給電回路16は互いに磁界結合するインダクタンス素子L1,L2を備え、インダクタンス素子L1はキャパシタンス素子C1a,C1bを介して無線通信用回路基板5と接続され、かつ、キャパシタンス素子C2a,C2bを介してインダクタンス素子L2と並列に接続されている。換言すれば、給電回路16は、インダクタンス素子L1とキャパシタンス素子C1a,C1bとからなるLC直列共振回路と、インダクタンス素子L2とキャパシタンス素子C2a,C2bとからなるLC直列共振回路を含んで構成されており、各共振回路は図28で相互インダクタンスMで示される磁界結合によって結合されている。そして、インダクタンス素子L1,L2の双方が放射板20と磁界結合している。
第15例である電磁結合モジュール1oは、図31に等価回路として示すように、給電回路16が互いに高い結合度をもって磁界結合するインダクタンス素子L1,L2を備えている。インダクタンス素子L1は無線通信用回路基板5に設けたインダクタンス素子L5と磁界結合し、インダクタンス素子L2はキャパシタンス素子C2とでLC直列共振回路を形成している。また、キャパシタンス素子C1は放射板20と容量結合し、キャパシタンス素子C1,C2の間にいま一つのキャパシタンス素子C3が挿入されている。
第16例である電磁結合モジュール1pは、図34に等価回路として示すように、給電回路16は互いに高い結合度をもって磁界結合するインダクタンス素子L1,L2,L3を備えている。インダクタンス素子L1は無線通信用回路基板5に設けたインダクタンス素子L5と磁界結合し、インダクタンス素子L2はキャパシタンス素子C1a,C1bとでLC直列共振回路を形成し、インダクタンス素子L3はキャパシタンス素子C2a,C2bとでLC直列共振回路を形成している。また、インダクタンス素子L1,L2,L3はそれぞれ放射板20と磁界結合している。
本第17例である電磁結合モジュール1qは、給電回路基板110を単層基板で構成したものであり、その等価回路は図8と同様である。即ち、給電回路16はインダクタンス素子Lの両端にキャパシタンス素子C1,C2が接続されたLC直列共振回路にて構成されている。給電回路基板110は、誘電体からなるセラミック基板であり、図36に示すように、表面にはキャパシタ電極111a,111bが形成され、裏面にはキャパシタ電極112a,112bとインダクタ電極113が形成されている。キャパシタ電極111a,112aにてキャパシタンス素子C1が形成され、キャパシタ電極111b,112bにてキャパシタンス素子C2が形成される。
本第18例である電磁結合モジュール1rは、インダクタンス素子Lをミアンダ状のライン電極で形成したものであり、その等価回路は図8と同様である。即ち、給電回路16はインダクタンス素子Lの両端にキャパシタンス素子C1,C2が接続されたLC直列共振回路にて構成されている。給電回路基板110は、誘電体からなるセラミックの単層基板であり、図40に示すように、表面にはキャパシタ電極121a,121bが形成され、裏面にはキャパシタ電極122a,122bとミアンダ状のインダクタ電極123が形成されている。キャパシタ電極121a,122aにてキャパシタンス素子C1が形成され、キャパシタ電極121b,122bにてキャパシタンス素子C2が形成される。
第1実施例は、図41に示すように、自動車200に適用したもので、自動車200の鋼板からなる車体201を放射板として使用している。自動車200には、ETC送受信機器205、テレビ付きナビゲーション機器206、カーラジオ207などが搭載されている。そこで、それぞれの機器の信号(ETC信号、GPS信号、テレビ信号、ラジオ信号など)を受信する受信回路(及び必要であれば送信回路)を内蔵した無線通信用回路基板(モデム)を備えた電磁結合モジュール1を車体201の鋼板部分に貼着し、前記給電回路を鋼板部分(放射板)に電磁界結合させる。それぞれの機器の受信回路(及び必要であれば送信回路)と無線通信用回路基板とは電気的に接続されている。
第2実施例は、図42に示すように、高速道路に設置されている照明灯210に適用したもので、照明灯210の金属製のポール部分211を放射板として使用している。電磁結合モジュール1は、給電回路がポール部分211と電磁界結合し、コントローラ215から送信される照明灯210に対する制御信号(点灯信号、消灯信号など)を受信する。この制御信号は無線通信用回路基板(モデム)を介して照明制御部212に入力され、点灯、消灯などが実行される。なお、照明制御部212が無線通信用回路基板に内蔵されていてもよい。
第3実施例は、図43に示すように、表示画面221と額縁部分222とからなる電子ペーパー220に適用したもので、電子ペーパー220の金属製の額縁部分222を放射板として使用している。電磁結合モジュール1は、給電回路が額縁部分222と電磁界結合し、表示信号送信機器225から送信される制御信号や表示画像信号を受信する。この制御信号や表示画像信号は無線通信用基板(モデム)を介して受信回路223や表示回路224に入力され、表示画面221上に画像が表示されたり、書き換えられたりする。なお、受信回路223が無線通信用回路基板に内蔵されていてもよい。
第4実施例は、図44に示すように、デスクトップパソコンの本体230やノートパソコン235の金属製の筐体部分231,236を放射板として利用している。電磁結合モジュール1は、給電回路が筐体部分231,236と電磁界結合し、無線通信用回路基板(モデム)を介して送受信回路232,237と接続されている。この電磁結合モジュール1は無線LAN(W−LAN)241からの信号を受信し、及びW−LAN241へ信号を送信する。
第5実施例は、図45に示すように、電波時計250の金属製のケース251やバンド252を放射板として利用している。電磁結合モジュール1は、給電回路がケース251やバンド252と電磁界結合し、標準時電波が入力される。無線通信用回路基板(モデム)は時刻補正回路253に接続されている。なお、時刻補正回路253が無線通信用回路基板に内蔵されていてもよい。
第6実施例は、図46に示すように、携帯電話260の金属製筐体部分261(筐体部分が非金属製であれば、筐体に塗布された導電性塗料)を放射板として利用している。電磁結合モジュール1は、複数の周波数に対応しており、給電回路が筐体部分261あるいは導電性塗料と電磁界結合し、地上波デジタル信号、GPS信号、WiFi信号、CDMAやGSMなどの通話用信号が入力される。無線通信用回路基板(モデム)はそれぞれの信号の受信回路に接続されている。
第7実施例は、図47に示すように、テレビ320の金属製筐体部分321及びDVDレコーダ325の金属製筐体部分326をそれぞれ放射板として利用している。電磁結合モジュール1は、給電回路が筐体部分321,326と電磁界結合し、無線通信用回路基板(モデム)はそれぞれの送受信回路322,327に接続されている。本第7実施例では、無線通信用回路基板どうしがUWB通信で交信する。
第8実施例は、図48に示すように、テレビ330やラジオ335の金属製筐体部分331,336(筐体部分が非金属製であれば、筐体に塗布された導電性塗料)を放射板として利用している。電磁結合モジュール1は、複数の周波数に対応しており、給電回路が筐体部分331,336あるいは導電性塗料と電磁界結合し、地上波テレビ信号、ラジオ信号が入力される。無線通信用回路基板(モデム)はそれぞれの信号の受信回路332,337に接続されている。
第9実施例は、図49に示すように、冷蔵庫340の金属製筐体部分341を放射板として利用している。電磁結合モジュール1は、給電回路が筐体部分341と電磁界結合し、無線通信用回路基板(モデム)は送受信回路342に接続されている。本第9実施例では、無線通信用回路基板がEchonet規格のホームコントローラ(図示せず)と無線通信を行い、冷蔵庫340に内蔵されている食品の管理などを行う。冷蔵庫340に収納されている食品にも電磁結合モジュール1を貼着しておけば、賞味期限などの管理を容易に行うことができる。冷蔵庫340は常時電源が投入されているので、ホームサーバとして使用するのに最適な家庭電気機器である。
第10実施例は、図50に示すように、蛍光灯400の管内に充填されている自由電子を放射板として利用している。蛍光灯400の表面に電磁結合モジュール1を貼着することにより、給電回路が管内の自由電子と電磁界結合する。無線通信用回路基板(モデム)は送受信回路401、PLC402及びルータ403を介してインターネットに接続されている。パソコン405はその送受信回路から発せられるWiFi信号やUWB信号によって電磁結合モジュール1を介してインターネットと交信する。
なお、本発明に係る給電回路基板付き物品は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
Claims (20)
- インダクタンス素子を含む給電回路を設けた給電回路基板と、前記給電回路と電気的に接続された無線通信用回路基板と、を備え、
前記給電回路基板と前記無線通信用回路基板のいずれか一方の基板は他方の基板に搭載されているか、又は、一体的な基板として形成されており、他方の基板又は一体的な基板は物品に搭載されており、
前記物品は、前記給電回路から電磁界結合を介して供給され、かつ、前記給電回路の共振周波数で実質的に決まる周波数の送信信号を放射する、及び/又は、受け取った受信信号を電磁界結合を介して前記給電回路に供給する放射板を備えていること、
を特徴とする給電回路基板付き物品。 - 前記放射板は物品そのものが本来有している金属物であることを特徴とする請求項1に記載の給電回路基板付き物品。
- 前記放射板は放射板用に物品に付与された金属板であることを特徴とする請求項1に記載の給電回路基板付き物品。
- 前記給電回路はキャパシタンス素子とインダクタンス素子とで構成された集中定数型共振回路であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記集中定数型共振回路はLC直列共振回路又はLC並列共振回路であることを特徴とする請求項4に記載の給電回路基板付き物品。
- 前記集中定数型共振回路は複数のLC直列共振回路又は複数のLC並列共振回路を含んで構成されていることを特徴とする請求項5に記載の給電回路基板付き物品。
- 前記キャパシタンス素子は、前記無線通信用回路基板と前記インダクタンス素子との間に配置されていることを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記給電回路基板は複数の誘電体層又は磁性体層を積層してなる多層基板であり、前記キャパシタンス素子と前記インダクタンス素子は前記多層基板の表面及び/又は内部に形成されていること、を特徴とする請求項4ないし請求項7のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記給電回路基板は誘電体又は磁性体の単層基板であり、前記キャパシタンス素子及び/又はインダクタンス素子は前記単層基板の表面に形成されていること、を特徴とする請求項4ないし請求項7のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記給電回路基板はリジッドな樹脂製又はセラミック製の基板であることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記放射板は帯状の電極であって、その帯状の電極の長さは共振周波数の半波長の整数倍であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記無線通信用回路基板に無線通信用回路基板側電極が設けられており、かつ、前記給電回路基板に第1基板側電極が設けられており、前記無線通信用回路基板と前記給電回路基板との電気的接続は前記無線通信用回路基板側電極と前記第1基板側電極とが電気的に導通するように接続されていること、を特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記無線通信用回路基板に無線通信用回路基板側電極が設けられており、かつ、前記給電回路基板に第1基板側電極が設けられており、前記無線通信用回路基板と前記給電回路基板との電気的接続は前記無線通信用回路基板側電極と前記第1基板側電極との間の容量結合により接続されていること、を特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記無線通信用回路基板側電極及び前記第1基板側電極はそれぞれ互いに平行な平面電極であり、前記無線通信用回路基板と前記給電回路基板とは誘電性接着層を介して接合されていること、を特徴とする請求項13に記載の給電回路基板付き物品。
- 前記無線通信用回路基板に無線通信用回路基板側電極が設けられており、かつ、前記給電回路基板に第1基板側電極が設けられており、前記無線通信用回路基板と前記給電回路基板との電気的接続は前記無線通信用回路基板側電極と前記第1基板側電極との間の磁界結合により接続されていること、を特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記無線通信用回路基板側電極及び前記第1基板側電極はそれぞれコイル状電極であり、前記無線通信用回路基板と前記給電回路基板とは絶縁性又は磁性接着層を介して接合されていること、を特徴とする請求項15に記載の給電回路基板付き物品。
- 前記給電回路基板に第2基板側電極が設けられており、前記給電回路基板と前記放射板とは前記第2基板側電極と前記放射板との間の容量結合により接続されていること、を特徴とする請求項1ないし請求項16のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記第2基板側電極は前記放射板に対して平行に配置された平面電極であり、前記給電回路基板と前記放射板とは誘電性接着層を介して接合されていること、を特徴とする請求項17に記載の給電回路基板付き物品。
- 前記給電回路基板に第2基板側電極が設けられており、前記給電回路基板と前記放射板とは前記第2基板側電極と前記放射板との間の磁界結合により接続されていること、を特徴とする請求項1ないし請求項16のいずれかに記載の給電回路基板付き物品。
- 前記第2基板側電極はコイル状電極であり、前記給電回路基板と前記放射板とは絶縁性又は磁性接着層を介して接合されていること、を特徴とする請求項19に記載の給電回路基板付き物品。
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