JP5673661B2

JP5673661B2 - 無線通信ユニット及び空気調和機

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Publication number: JP5673661B2
Application number: JP2012275343A
Authority: JP
Inventors: 泰伸紙田; 浩次上野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: JP2014120964A; WO2014097797A1

Description

本発明は、通信以外の機能を主用途とする基板と、基板に積層された無線通信モジュールとを備える無線通信ユニット、及びこれを備えた空気調和機に関する。

近年、空気調和機等の電気機器に無線通信ユニットを内蔵し、携帯電話機などの通信端末から電気機器が備える各機能を遠隔操作する技術が検討されている。

上記の無線通信ユニットとしては、通信以外の機能を主用途とする基板と、基板上に配置されたアンテナと、アンテナを介して無線通信を行う無線通信モジュールとを備えたものがある。

特開２０１２−８９９１０号公報

しかしながら、上記の無線通信ユニットでは、アンテナを基板上に配置した際に、アンテナが基板上に配置されたグランドパターンの近傍にある場合には、電波の干渉が生じ、通信性能が低下する問題がある。

そこで、本発明の目的は、電波の干渉が生じることを抑制して、通信性能を向上できる無線通信ユニットを提供することである。

第１の発明にかかる無線通信ユニットは、通信以外の機能を主用途とし、グランドパターンを有する基板と、アンテナ部と制御部とを有し、前記制御部が前記基板との間に配置されるように前記基板に積層される無線通信モジュールとを備え、前記無線通信モジュールは、その外形形状が前記基板の外形形状よりも小さいとともに、前記基板の外周の一部から外側に突出した突出部分を有しており、前記アンテナ部は、前記突出部分に配置されており、前記アンテナ部と前記グランドパターンとの距離が５ｍｍより大きいことを特徴とする。

この無線通信ユニットでは、アンテナ部とグランドパターンとの距離が５ｍｍより大きいので、グランドパターンによって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。また、この無線通信ユニットでは、アンテナ部が、無線通信モジュールの突出部分に配置されるので、アンテナ部とグランドパターンとの距離を長くすることができるとともに、アンテナ部と基板自体との距離も長くすることができる。また、電波がグランドパターンや基板に反射することによる電波の干渉の問題も生じにくい。その結果、電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。さらに、アンテナ部が、無線通信モジュールの突出部分に配置されることによって、アンテナ部とグランドパターンとの距離が確保されているので、基板上においてグランドパターンを切り欠いた部分を減少させることができ、基板上のグランドパターンの面積を大きくできる。

第２の発明にかかる無線通信ユニットでは、第１の発明にかかる無線通信ユニットにおいて、前記アンテナ部と前記グランドパターンとが対向しないことを特徴とする。

この無線通信ユニットでは、アンテナ部とグランドパターンとが対向しないので、アンテナ部とグランドパターンとの距離を長くすることができる。その結果、グランドパターンによって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

第３の発明にかかる無線通信ユニットでは、第１または第２の発明にかかる無線通信ユニットにおいて、前記アンテナ部は、前記基板の一端部近傍に配置されることを特徴とする。

この無線通信ユニットでは、アンテナ部が基板の一端部近傍に配置されるので、アンテナ部が基板の中央側に配置される場合に比べて、電波がグランドパターンや基板に反射することによる電波の干渉の問題が生じにくい。その結果、電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

第４の発明にかかる無線通信ユニットでは、第３の発明にかかる無線通信ユニットにおいて、前記基板の一端部に配置されたグランドパターンが、前記アンテナ部に対応する部分の少なくとも一部において切り欠かれていることを特徴とする。

この無線通信ユニットでは、基板の一端部に配置されたグランドパターンが、アンテナ部に対応する部分の少なくとも一部において切り欠かれているので、切り欠かれている部分において、アンテナ部とグランドパターンとの距離を長くすることができる。その結果、グランドパターンによって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。また、無線通信ユニットの配置上の制約により、無線通信モジュールを基板の外側に突出させることができない場合であっても、アンテナ部とグランドパターンとの距離を確保することができる。

第５の発明にかかる無線通信ユニットでは、第１〜第４のいずれかの発明にかかる無線通信ユニットにおいて、前記基板は、前記無線通信モジュールに給電を行う電源基板であることを特徴とする。

この無線通信ユニットでは、基板が、無線通信モジュールに給電を行う電源基板であるので、電源を持たない無線通信モジュールを使用することができる。

第６の発明にかかる空気調和機では、第１〜第５のいずれかの発明にかかる無線通信ユニットを備えることを特徴とする。

この空気調和機では、電波の干渉が生じることを抑制して、通信性能を向上できる無線通信ユニットを備えた空気調和機を提供できる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、アンテナ部とグランドパターンとの距離が５ｍｍより大きいので、グランドパターンによって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。また、アンテナ部が、無線通信モジュールの突出部分に配置されるので、アンテナ部とグランドパターンとの距離を長くすることができるとともに、アンテナ部と基板自体との距離も長くすることができる。また、電波がグランドパターンや基板に反射することによる電波の干渉の問題も生じにくい。その結果、電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。さらに、アンテナ部が、無線通信モジュールの突出部分に配置されることによって、アンテナ部とグランドパターンとの距離が確保されているので、基板上においてグランドパターンを切り欠いた部分を減少させることができ、基板上のグランドパターンの面積を大きくできる。

第２の発明では、アンテナ部とグランドパターンとが対向しないので、アンテナ部とグランドパターンとの距離を長くすることができる。その結果、グランドパターンによって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

第３の発明では、アンテナ部が基板の一端部近傍に配置されるので、アンテナ部が基板の中央側に配置される場合に比べて、電波がグランドパターンや基板に反射することによる電波の干渉の問題が生じにくい。その結果、電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

第４の発明では、基板の一端部に配置されたグランドパターンが、アンテナ部に対応する部分の少なくとも一部において切り欠かれているので、切り欠かれている部分において、アンテナ部とグランドパターンとの距離を長くすることができる。その結果、グランドパターンによって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。また、無線通信ユニットの配置上の制約により、無線通信モジュールを基板の外側に突出させることができない場合であっても、アンテナ部とグランドパターンとの距離を確保することができる。

第５の発明では、基板が、無線通信モジュールに給電を行う電源基板であるので、電源を持たない無線通信モジュールを使用することができる。

第６の発明では、電波の干渉が生じることを抑制して、通信性能を向上できる無線通信ユニットを備えた空気調和機を提供できる。

本発明の実施形態に係る無線通信ユニットを利用した無線通信システムのシステム構成図である。（ａ）は、図１に示す無線通信ユニットの正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のII(b)-II(b)断面図である。図２に示す無線通信モジュールの背面図である。（ａ）は、図２に示す電源基板の正面図であり、（ｂ）は、背面図である。図２に示す無線通信モジュールの通信性能（効果）を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る無線通信ユニット７について説明する。

［無線通信システム１の構成］
まず、無線通信ユニット７を利用した無線通信システム１の構成について、図１を参照しつつ説明する。

図１に示すように、無線通信システム１は、通信端末２と、ネットワーク（インターネット）３と、モデム４と、無線ルータ５と、プロバイダサーバ６と、無線通信ユニット７と、電気機器８等で構成されている。通信端末２は、例えば、スマートフォン、モバイルフォンなどの携帯電話機や、ＰＤＡ、ノートパソコンなどの携帯型情報通信端末である。無線通信ユニット７は、通信端末２と無線通信を行う無線通信モジュール２０を有し、電気機器８に内蔵されている。電気機器８は、例えば空気調和機の室内機である。

この通信端末２は、電気機器８を遠隔操作することが可能である。具体的には、通信端末２をネットワーク３に接続して、通信端末２に入力した電気機器８等の操作情報を発信する。そして、無線通信モジュール２０がその操作情報を受信して電気機器８の制御部に伝達し、制御部がその操作情報に基づいて電気機器８の各機能を実行する。その結果、通信端末２を操作することにより、外出先などで、例えば、空気調和機の運転や停止、運転モードの選択、風量や温度の変更等の操作を行うことが可能となる。

［無線通信ユニット７の構成］
次に、電気機器８に内蔵された無線通信ユニット７の構成について、図２〜図４を参照しつつ説明する。無線通信ユニット７は、図２に示すように、電源基板１０と、電源基板１０に積層された無線通信モジュール２０とを備えている。なお、以下の説明において、無線通信ユニット７を正面から見たときの左右方向、前後方向、上下方向を、それぞれ単に左右方向、前後方向、上下方向と称する。

＜無線通信モジュール２０＞
無線通信モジュール２０は、図２及び図３に示すように、矩形状の基板２１と、アンテナ部２２と、ＣＰＵ２３ａを含む制御部２３と、接続部２４等とを有し、アンテナ部２２を介して通信端末２等と無線通信を行うものである。アンテナ部２２、制御部２３、及び接続部２４は、基板２１上に配置されている。また、アンテナ部２２と制御部２３、及び制御部２３と接続部２４は、プリント配線により、それぞれ電気的に接続されている。なお、この無線通信モジュール２０は、電源を持たず、電源基板１０から給電を受けることで作動する。また、この無線通信モジュール２０は、電波法認証を受けた市販のものを使用している。そのため、この無線通信ユニット７では、電源基板１０は変更せずに、無線通信モジュール２０だけを、例えば、性能の高い最新のものに取り換えることができる。

この無線通信モジュール２０は、接続部２４が、電源基板１０上に設けられた接続部１３（図４（ａ）参照）に接続される（取り付けられる）ことにより、電源基板１０に積層されるとともに、電源基板１０と電気的に接続される。図２に示すように、アンテナ部２２及び制御部２３は、基板２１の両面のうち、接続部２４が配置される面と同じ面（裏側）に配置されているので、無線通信モジュール２０が電源基板１０に積層された状態において、アンテナ部２２及び制御部２３は、電源基板１０側を向いている。そのため、図２（ａ）では、正面から見えないアンテナ部２２、制御部２３、及び接続部２４を鎖線で示している。また、無線通信モジュール２０と電源基板１０は、螺子Ｓによって螺合されており、無線通信モジュール２０が電源基板１０から簡単に外れることがないようになっている。

また、この無線通信モジュール２０は、基板２１の一部が、電源基板１０の前方端部１４Ｆ（一端部）よりも外側に突出するように配置されている。したがって、この無線通信モジュール２０は、電源基板１０の前方端部１４Ｆよりも外側に突出した突出部分２５を有する。突出部分２５の突出長さＬ１（図２（ｂ）参照）は、約６ｍｍである。この突出部分２５には、アンテナ部２２が配置される。即ち、アンテナ部２２は、電源基板１０の前方端部１４Ｆ（一端部）近傍に配置される。

アンテナ部２２は、電波を受信するパッチアンテナ２６と、受信した電波を制御部２３に伝達するパターンアンテナ２７とから構成されている。図２（ａ）に示すように、パッチアンテナ２６は、基板２１の突出部分２５の前方側かつ左側に配置されている。パッチアンテナ２６の上下方向の厚さは約１ｍｍである。パターンアンテナ２７は、薄膜であって、正面から見てＬ字型である。このパターンアンテナ２７は、図３に示すように、突出部分２５の前方側において、左右方向に延びる第１部分２７ａと、第１部分２７ａの一端から制御部２３側に延びる第２部分２７ｂとを有する。なお、第１部分２７ａは、他端がパッチアンテナ２６に接続されている。また、第２部分２７ｂは、端部が制御部２３に接続されている。

＜電源基板１０＞
電源基板１０は、無線通信モジュール２０に給電を行う基板であり、図４に示すように、略矩形状の基板本体１１と、基板本体１１上に配置されたグランドパターン１２、接続部１３、及び図示しない各電子部品等とを有する。

グランドパターン１２は、例えば銅箔であり、図４に示すように、基板本体１１の表面１１ｆ及び裏面１１ｂに配置されている。このグランドパターン１２は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、電源基板１０の左側端部１４Ｌ、右側端部１４Ｒ、及び後方側端部１４Ｂでは、電源基板１０の外周線に略沿って配置されている。一方、電源基板１０の前方端部１４Ｆでは、前方端部１４Ｆに配置されたグランドパターン１２が、アンテナ部２２に対応する部分（以下、対応部１５とも称する）の一部において切り欠かれている。即ち、対応部１５には、電源基板１０の前方端１４Ｆａ（一端）からグランドパターン１２までの距離（例えば、距離Ｌ２）が、アンテナ部２２に対応しない部分（以下、非対応部１６とも称する）における当該距離（例えば、距離Ｌ３）よりも短い部分がある。なお、上記の距離Ｌ２は、約６ｍｍであり、距離Ｌ３は、１ｍｍ未満である。また、図２及び図４に示すグランドパターン１２は、概略矩形状であるが、実際は、種々形状の切欠きや、孔を有するものである。

ここで、アンテナ部２２に対応する部分（対応部１５）とは、前方端部１４Ｆのうち、前後方向において、アンテナ部２２の左端２２Ｌから右端２２Ｒまでの範囲に含まれる部分を指す（図４中のハッチング部分）。一方、前方端部１４Ｆのうちアンテナ部２２に対応しない部分（非対応部１６）とは、前方端部１４Ｆのうち対応部１５以外の部分を指す。

＜アンテナ部２２とグランドパターン１２との関係＞
上記のように構成された無線通信ユニット７では、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離が所定より大きく、また、図２に示すように、アンテナ部２２とグランドパターン１２とが対向しないようになっている。

ここで、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離が所定より大きいとは、パッチアンテナ２６とパターンアンテナ２７を含む全てのアンテナ部２２と、電源基板１０の表裏に配置されたグランドパターン１２との距離が所定以下となる部分がないことを言う。なお、本願でいう「所定より大きい」とは、具体的には、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離が５ｍｍより大きいことを意味し、好ましくは６ｍｍ以上である。

［実施例］
次に、図５を参照しつつ本実施形態の無線通信ユニット７に使用する無線通信モジュール２０の通信性能（効果）について説明する。

図５に示すグラフは、無線通信ユニット７に使用する無線通信モジュール２０の通信性能を示すグラフである。横軸は、無線通信モジュール２０のアンテナ部２２と金属板（グランドパターン１２を想定）との距離Ｌであり、縦軸は、送信出力（設定１５ｄＢ）の損失の大きさ（ｄＢ）である。つまり、縦軸は、上に向かうにつれて、送信出力（設定１５ｄＢ）の損失が小さく、無線通信モジュール２０の通信性能が高いことを意味している。

図５から分かるように、無線通信モジュール２０のアンテナ部２２と金属板（グランドパターン１２を想定）との距離Ｌが５ｍｍを超えると、送信出力（設定１５ｄＢ）の損失が飛躍的に小さくなり、無線通信モジュール２０の通信性能が大きく向上することが分かる。また、当該距離Ｌが６ｍｍ以上であると、当該距離Ｌが５ｍｍ以下の場合に比べて、無線通信モジュール２０の通信性能が十分高いことが分かる。

［本実施形態の無線通信ユニット７の特徴］
本実施形態の無線通信ユニット７には、以下の特徴がある。

この無線通信ユニット７では、グランドパターン１２を有する電源基板１０に無線通信モジュール２０が積層される無線通信ユニット７において、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離が所定より大きいので、グランドパターン１２によって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

また、この無線通信ユニット７では、アンテナ部２２とグランドパターン１２とが対向しないので、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離を長くすることができる。その結果、グランドパターン１２によって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

また、この無線通信ユニット７では、アンテナ部２２が電源基板１０の前方端部１４Ｆ（一端部）近傍に配置されるので、アンテナ部２２が電源基板１０の中央側に配置される場合に比べて、電波がグランドパターン１２や電源基板１０に反射することによる電波の干渉の問題が生じにくい。その結果、電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

また、この無線通信ユニット７では、無線通信モジュール２０は、電源基板１０の前方端部１４Ｆよりも外側に突出した突出部分２５を有し、アンテナ部２２が突出部分２５に配置されるので、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離を長くすることができるとともに、アンテナ部２２と電源基板１０自体の距離も長くすることができる。また、電波がグランドパターン１２や電源基板１０に反射することによる電波の干渉の問題も生じにくい。その結果、グランドパターン１２及び電源基板１０によって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。さらに、アンテナ部２２が、無線通信モジュール２０の突出部分２５に配置されることによって、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離が確保されているので、電源基板１０上において、グランドパターン１２を切り欠いた部分を減少させることができ、電源基板１０上のグランドパターン１２の面積を大きくできる。

また、この無線通信ユニット７では、電源基板１０の前方端部１４Ｆ（一端部）に配置されたグランドパターン１２が、アンテナ部２２に対応する部分（対応部１５）の一部において切り欠かれているので、切り欠かれている部分において、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離を長くすることができる。その結果、グランドパターン１２によって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。また、無線通信ユニット７の配置上の制約により、無線通信モジュール２０を電源基板１０の外側に突出させることができない場合であっても、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離を確保することができる。

また、この無線通信ユニット７では、基板が、無線通信モジュール２０に給電を行う電源基板１０であるので、電源部品を備えていない無線通信モジュール２０を使用することができる。

また、この電気機器８（空気調和機）では、上記の無線通信ユニット７を備えているので、電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる電気機器８（空気調和機）を提供できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

［変形例］
本実施形態の無線通信ユニット７では、電源基板１０を用いたが、通信以外の機能を主用途とする基板であれば、電源基板１０に限られない。

また、本実施形態の無線通信ユニット７では、電源を持たない無線通信モジュール２０を用いたが、電源を有する無線通信モジュールを使用してもよい。

また、本実施形態の無線通信ユニット７では、無線通信モジュール２０が、電源基板１０の外側に突出した突出部分２５を有し、アンテナ部２２は、基板２１の突出部分２５に配置されているが、電源基板１０の外側に突出した突出部分２５を有さずに、アンテナ部２２が、電源基板１０の上方であって、かつ電源基板１０の前方端部１４Ｆ（一端部）近傍に配置されていてもよい。その場合であっても、グランドパターン１２及び電源基板１０によって電波の干渉が生じることが抑制され、通信性能を向上できる。

また、本実施形態の無線通信ユニット７では、アンテナ部２２が、電源基板１０の前方端部１４Ｆ（一端部）近傍に配置されているが、アンテナ部２２は、電源基板１０の前方端部１４Ｆ近傍に配置されていなくてもよい。

また、本実施形態の無線通信ユニット７では、前方端部１４Ｆのグランドパターン１２が、アンテナ部２２に対応する部分（対応部１５）の一部において切り欠かれているが、前方端部１４Ｆのグランドパターン１２が、対応部１５の全部において切り欠かれていてもよい。また、前方端部１４Ｆのグランドパターン１２が、対応部１５において切り欠かれていることは必須ではない。

また、本実施形態の無線通信ユニット７では、アンテナ部２２とグランドパターン１２とが対向していないが、アンテナ部２２とグランドパターン１２との距離が所定以上であれば、アンテナ部２２とグランドパターン１２とが対向していてもよい。

また、本実施形態の無線通信ユニット７では、アンテナ部２２は、パッチアンテナ２６とパターンアンテナ２７とから構成されるが、アンテナ部２２は、これに限られるものではない。

また、本実施形態の無線通信ユニット７では、電気機器８が空気調和機の室内機である場合について説明したが、電気機器８は、これに限られるものではない。

本発明を利用すれば、電波の干渉が生じることを抑制して、通信性能を向上できる。

７無線通信ユニット
８電気機器（空気調和機）
１０電源基板（通信以外の機能を主用途とする基板）
１２グランドパターン
１４Ｆ前方端部（一端部）
１４Ｆａ前方端（一端）
１５対応部（アンテナ部に対応する部分）
２０無線通信モジュール
２２アンテナ部
２５突出部分

Claims

通信以外の機能を主用途とし、グランドパターンを有する基板と、
アンテナ部と制御部とを有し、前記制御部が前記基板との間に配置されるように前記基板に積層される無線通信モジュールとを備え、
前記無線通信モジュールは、その外形形状が前記基板の外形形状よりも小さいとともに、前記基板の外周の一部から外側に突出した突出部分を有しており、
前記アンテナ部は、前記突出部分に配置されており、
前記アンテナ部と前記グランドパターンとの距離が５ｍｍより大きいことを特徴とする無線通信ユニット。
前記アンテナ部と前記グランドパターンとが対向しないことを特徴とする請求項１に記載の無線通信ユニット。
前記アンテナ部は、前記基板の一端部近傍に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信ユニット。
前記基板の一端部に配置されたグランドパターンが、前記アンテナ部に対応する部分の少なくとも一部において切り欠かれていることを特徴とする請求項３に記載の無線通信ユニット。
前記基板は、前記無線通信モジュールに給電を行う電源基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線通信ユニット。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信ユニットを備えることを特徴とする空気調和機。