JP7777403B2 - Ｒｆｉｄタグシステム - Google Patents

Description

本開示は、ＲＦＩＤタグシステムに関する。

特許文献１に開示されているように、個体識別にＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentifier）タグが使用される場合がある。

特開２０１６－０９９８７６号公報

バッテリを有しないパッシブタイプのＲＦＩＤタグを読み取る場合、ＲＦＩＤタグにＲＦＩＤタグ読取装置を近付けて、ＲＦＩＤタグ読取装置からＲＦＩＤタグに電磁波を送信する必要がある。それを解決するために、特許文献１にあるように熱電変換素子を内蔵したアクティブタイプのＲＦＩＤタグが考案されている。しかし、アクティブタイプにすることによりコストが上がり、パッシブタイプのメリットである安価で使い捨てにできる特徴を失っている。パッシブタイプの安価で使い捨て可能なメリットを活かしつつ、アクティブタイプのように無線でデータを取得できるシステムが要望される。

本開示は、ＲＦＩＤタグ読取装置に電力を供給し、安価なシステムを構築することを目的とする。

本開示に従えば、ＲＦＩＤタグ読取装置と、ＲＦＩＤタグ読取装置に電力を供給する環境発電部と、を備える、ＲＦＩＤタグシステムが提供される。

本開示によれば、ＲＦＩＤタグ読取装置に電力が安価に供給される。

図１は、実施形態に係るＲＦＩＤタグシステムを模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る無線読取端末を模式的に示す図である。 図３は、実施形態に係る熱電発電モジュールを模式的に示す斜視図である。 図４は、実施形態に係る無線読取端末を示すブロック図である。 図５は、実施形態に係るＲＦＩＤタグシステムの動作を示すフローチャートである。 図６は、実施形態に係る無線読取端末を示す模式図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［ＲＦＩＤタグシステム］
図１は、実施形態に係るＲＦＩＤタグシステム１を模式的に示す図である。ＲＦＩＤタグシステム１は、無線読取端末２と、管理コンピュータ３とを備える。無線読取端末２は、複数設けられる。管理コンピュータ３は、通信システム４を介して複数の無線読取端末２のそれぞれと無線通信する。

実施形態において、無線読取端末２は、産業機械５に設置される。産業機械５として、油圧機器が例示される。無線読取端末２は、ＲＦＩＤタグ読取装置を含む。無線読取端末２は、産業機械５の交換部品に装着されたＲＦＩＤタグを読み取る。図１に示す例において、無線読取端末２は、複数の産業機械５のそれぞれに１つずつ設けられる。なお、１つの産業機械５に複数の無線読取端末２が設けられてもよい。

［無線センサ端末］
図２は、実施形態に係る無線読取端末２を模式的に示す図である。図２に示すように、無線読取端末２は、ハウジング６と、環境発電部７と、ＲＦＩＤタグ読取装置８と、コントローラ１０と、無線通信機１３とを有する。

ハウジング６は、環境発電部７、及びコントローラ１０を収容する。ハウジング６は、産業機械５に接触するように配置される。ハウジング６は、受熱部６Ａと放熱部６Ｂとを有する。受熱部６Ａは、産業機械５の表面に接触する。

環境発電部７は、無線読取端末２の電源として機能する。環境発電部７は、ＲＦＩＤタグ読取装置８、コントローラ１０、及び無線通信機１３のそれぞれに電力を供給する。環境発電部７は、環境発電部７が配置される環境の変化に基づいて発電する。実施形態において、環境発電部７は、熱電発電モジュールである。熱電発電モジュールは、産業機械５が発する熱に基づいて発電する。以下の説明において、環境発電部７を適宜、熱電発電モジュール７、と称する。

熱電発電モジュール７は、ゼーベック効果を利用して発電する。産業機械５は、熱電発電モジュール７の熱源として機能する。熱電発電モジュール７は、受熱部６Ａと放熱部６Ｂとの間に配置される。熱電発電モジュール７の一方の端面が加熱されると、熱電発電モジュール７の一方の端面と他方の端面との間に温度差が与えられる。熱電発電モジュール７の一方の端面と他方の端面との間に温度差が与えられることによって、熱電発電モジュール７が発電する。実施形態において、熱電発電モジュール７の一方の端面は、伝熱部材６Ｃを介して受熱部６Ａに接続される。熱電発電モジュール７の他方の端面は、放熱部６Ｂに接続される。受熱部６Ａは、産業機械５から熱を受ける。受熱部６Ａの熱は、伝熱部材６Ｃを介して熱電発電モジュール７に伝達される。放熱部６Ｂは、熱電発電モジュール７からの熱を受ける。放熱部６Ｂの熱は、無線読取端末２の周囲の大気空間に放出される。

ＲＦＩＤタグ読取装置８は、産業機械５の交換部品５０に装着されたＲＦＩＤタグ９を読み取る。交換部品５０として、オイルフィルタが例示される。なお、産業機械５の交換部品５０は、オイルフィルタに限定されない。ＲＦＩＤタグ９は、バッテリを有しないパッシブタイプである。ＲＦＩＤタグ９は、交換部品５０に装着される。

ＲＦＩＤタグ読取装置８は、熱電発電モジュール７が発生する電力により駆動する。ＲＦＩＤタグ読取装置８は、ハウジング６の外側に配置される。ＲＦＩＤタグ読取装置８は、産業機械５の少なくとも一部に支持される。ＲＦＩＤタグ読取装置８とコントローラ１０とは、ケーブル１７を介して接続される。熱電発電モジュール７は、コントローラ１０及びケーブル１７を介してＲＦＩＤタグ読取装置８に電力を供給する。

ＲＦＩＤタグ読取装置８は、産業機械５の第１位置Ｐａに配置される。ハウジング６に収容された熱電発電モジュール７は、産業機械５の第２位置Ｐｂに配置される。第１位置Ｐａは、ＲＦＩＤタグ９が装着された交換部品５０の周囲に規定される。第２位置Ｐｂは、第１位置Ｐａよりも高い温度の位置に規定される。第２位置Ｐｂは、油圧モータの近傍に規定される。

なお、図２において、第１位置Ｐａと第２位置Ｐｂとは隣接しているが、第１位置Ｐａと第２位置Ｐｂとは十分に離れていてもよい。第１位置Ｐａと第２位置Ｐｂとの距離に基づいて、ケーブル１７の長さが調整されてもよい。

コントローラ１０は、無線読取端末２を制御する。コントローラ１０は、回路基板１１と、回路基板１１に実装されたマイクロコンピュータ１２とを含む。回路基板１１は、支持部材１４を介してハウジング６に支持される。

マイクロコンピュータ１２は、熱電発電モジュール７が発生する電力により駆動する。

無線通信機１３は、回路基板１１に実装される。熱電発電モジュール７は、無線通信機１３に電力を供給する。無線通信機１３は、熱電発電モジュール７が発生する電力により駆動する。無線通信機１３は、管理コンピュータ３と通信する。実施形態において、無線読取端末２と管理コンピュータ３とは、無線（ＯＴＡ：Over The Air）技術に基づいて通信する。無線通信機１３は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを管理コンピュータ３に無線送信する。

［熱電発電モジュール］
図３は、実施形態に係る熱電発電モジュール７を模式的に示す斜視図である。熱電発電モジュール７は、ｐ型熱電半導体素子７Ｐと、ｎ型熱電半導体素子７Ｎと、第１電極７１と、第２電極７２と、第１基板７３と、第２基板７４とを有する。第１基板７３の表面と平行な面内において、ｐ型熱電半導体素子７Ｐとｎ型熱電半導体素子７Ｎとは、交互に配置される。第１電極７１は、ｐ型熱電半導体素子７Ｐ及びｎ型熱電半導体素子７Ｎのそれぞれに接続される。第２電極７２は、ｐ型熱電半導体素子７Ｐ及びｎ型熱電半導体素子７Ｎのそれぞれに接続される。ｐ型熱電半導体素子７Ｐの一方の端面及びｎ型熱電半導体素子７Ｎの一方の端面は、第１電極７１に接続される。ｐ型熱電半導体素子７Ｐの他方の端面及びｎ型熱電半導体素子７Ｎの他方の端面は、第２電極７２に接続される。第１電極７１は、第１基板７３に接続される。第２電極７２は、第２基板７４に接続される。

ｐ型熱電半導体素子７Ｐ及びｎ型熱電半導体素子７Ｎのそれぞれは、例えばＢｉＴｅ系熱電材料を含む。第１基板７３及び第２基板７４のそれぞれは、セラミックス又はポリイミドのような電気絶縁材料によって形成される。

第１基板７３が加熱されることによって、ｐ型熱電半導体素子７Ｐ及びｎ型熱電半導体素子７Ｎのそれぞれの一方の端部と他方の端部との間に温度差が与えられる。ｐ型熱電半導体素子７Ｐの一方の端部と他方の端部との間に温度差が与えられると、ｐ型熱電半導体素子７Ｐにおいて正孔が移動する。ｎ型熱電半導体素子７Ｎの他方の端部と一方の端部との間に温度差が与えられると、ｎ型熱電半導体素子７Ｎにおいて電子が移動する。ｐ型熱電半導体素子７Ｐとｎ型熱電半導体素子７Ｎとは第１電極７１及び第２電極７２を介して接続される。正孔と電子とによって第１電極７１と第２電極７２との間に電位差が発生する。第１電極７１と第２電極７２との間に電位差が発生することにより、熱電発電モジュール７は電力を発生する。第１電極７１にリード線７５が接続される。熱電発電モジュール７は、リード線７５を介して電力を出力する。

［コントローラ］
図４は、実施形態に係る無線読取端末２を示すブロック図である。無線読取端末２は、熱電発電モジュール７と、蓄電器７０と、ＲＦＩＤタグ読取装置８と、コントローラ１０と、無線通信機１３とを有する。

コントローラ１０は、電源制御部１５と、取得部１６とを有する。無線通信機１３は、送信部２１を有する。

蓄電器７０は、熱電発電モジュール７が発電した電力を蓄える。蓄電器７０の蓄電量が予め定められている規定値以上になった場合、蓄電器７０から電力が放出される。蓄電器７０から放出された電力は、ＲＦＩＤタグ読取装置８、コントローラ１０、及び無線通信機１３のそれぞれに消費される。すなわち、蓄電器７０から放出された電力は、ＲＦＩＤタグ読取装置８、コントローラ１０、及び無線通信機１３のそれぞれの駆動に使用される。蓄電器７０から電力が放出された後、蓄電器７０は、熱電発電モジュール７が発電した電力を再び蓄える。

実施形態において、熱電発電モジュール７が発電した電力が蓄電器７０に蓄えられる蓄電状態と、蓄電器７０に蓄えられた電力がＲＦＩＤタグ読取装置８、コントローラ１０、及び無線通信機１３のそれぞれに消費される消費状態とが繰り返される。蓄電器７０は、間欠的に蓄電する。ＲＦＩＤタグ読取装置８、コントローラ１０、及び無線通信機１３のそれぞれは、間欠的に駆動する。

電源制御部１５は、蓄電器７０から放出された電力をＲＦＩＤタグ読取装置８に供給する。電源制御部１５は、熱電発電モジュール７から供給される電力に基づいてＲＦＩＤタグ読取装置８を駆動する駆動回路を含む。なお、電源制御部１５は、マイクロコンピュータ１２の少なくとも一部により構成されてもよい。

取得部１６は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを取得する。上述のように、実施形態において、ＲＦＩＤタグ読取装置８は、間欠的に駆動される。取得部１６は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の１回の駆動期間においてＲＦＩＤタグ読取装置８から出力される検出データを取得する。取得部１６は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを取得する検出回路を含む。なお、取得部１６が、マイクロコンピュータ１２の少なくとも一部により構成されてもよい。

送信部２１は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを管理コンピュータ３に無線送信する。上述のように、無線通信機１３は、間欠的に駆動される。送信部２１は、蓄電器７０から放出された電力に基づいて、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを一定の時間間隔で送信する。

管理コンピュータ３は、無線読取端末２の送信部２１から送信されたＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを受信する。

［ＲＦＩＤタグシステムの動作］
図５は、実施形態に係るＲＦＩＤタグシステム１の動作を示すフローチャートである。産業機械５が駆動され、熱電発電モジュール７の一方の端面と他方の端面との間に温度差が与えられると、熱電発電モジュール７が発電する。実施形態において、熱電発電モジュール７は、産業機械５の駆動により温度が高くなる産業機械５の第２位置Ｐｂに配置されている。そのため、熱電発電モジュール７は、十分に発電することができる。

熱電発電モジュール７が発電した電力は、蓄電器７０に蓄えられる。蓄電器７０の蓄電量が予め定められている規定値以上になった場合、蓄電器７０から電力が放出される。ＲＦＩＤタグ読取装置８、コントローラ１０、及び無線通信機１３のそれぞれは、蓄電器７０から放出された電力に基づいて駆動する（ステップＳＡ１）。

ＲＦＩＤタグ読取装置８は、交換部品５０の周囲の産業機械５の第１位置Ｐａに配置されている。そのため、交換部品５０が交換された場合、ＲＦＩＤタグ読取装置８は、交換部品５０に装着されているＲＦＩＤタグ９を読み取ることができる。ＲＦＩＤタグ読取装置８は、交換部品５０が産業機械５に装着されたときに、交換部品５０に装着されているＲＦＩＤタグ９を読み取ることができる。

交換部品５０が適合品（正規品）である場合、適合品には正規のＲＦＩＤタグ９が付されている。交換部品５０が非適合品（模倣品）である場合、非適合品にはＲＦＩＤタグが付されていない。また、非適合品にＲＦＩＤタグが付されていても、非適合品に付されているＲＦＩＤタグが示す識別データは、適合品に付されるＲＦＩＤタグが示す正規の識別データとは異なる。したがって、ＲＦＩＤタグ読取装置８は、ＲＦＩＤタグ９を読み取ることによって、交換部品５０が適合品か否かを判別することができる。

ＲＦＩＤタグ読取装置８が正規のＲＦＩＤタグ９を読み取った場合、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データは、取得部１６により取得される（ステップＳＡ２）。

送信部２１は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを管理コンピュータ３に無線送信する（ステップＳＡ３）。

管理コンピュータ３は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを無線受信する。管理コンピュータ３は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データを記憶する（ステップＳＢ１）。

管理コンピュータ３は、ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データに基づいて、例えば交換部品５０の使用開始時期を管理することができる。管理コンピュータ３には、複数の無線読取端末２から読取データが送信される。管理コンピュータ３は、複数の産業機械５のそれぞれの交換部品５０を一元管理することができる。

［効果］
以上説明したように、実施形態によれば、ＲＦＩＤタグ読取装置８の電源として、環境発電部である熱電発電モジュール７が使用される。これにより、パッシブタイプの安価で使い捨て可能なメリットを活かしつつ、アクティブタイプのように無線でデータを取得できる安価なシステムが構築される。

実施形態において、ＲＦＩＤタグ読取装置８は、交換部品５０の周囲に固定される。これにより、交換部品５０が交換された場合、ＲＦＩＤタグ読取装置８は、交換後の交換部品５０に装着されているＲＦＩＤタグ９を円滑に読み取ることができる。

熱電発電モジュール７は、コントローラ１０及びケーブル１７を介してＲＦＩＤタグ読取装置８に電力を供給する。これにより、熱電発電モジュール７とＲＦＩＤタグ読取装置８との相対位置を簡単に調整することができる。

ＲＦＩＤタグ読取装置８の読取データは、無線通信機１３により管理コンピュータ３に無線送信される。これにより、管理コンピュータ３は、交換部品５０を管理することができる。

［その他の実施形態］
図６は、実施形態に係る無線読取端末２を示す模式図である。図６に示すように、熱電発電モジュール７は、複数のＲＦＩＤタグ読取装置８に接続されてもよい。複数のＲＦＩＤタグ読取装置８のそれぞれは、ケーブル１７を介して熱電発電モジュール７に接続される。例えば１台の産業機械５に複数の交換部品５０が存在する場合、複数の交換部品５０のそれぞれの近傍にＲＦＩＤタグ読取装置８が配置される。これにより、複数の交換部品５０のそれぞれが適合品か否かが判別される。熱電発電モジュール７は、例えば油圧モータの近傍に配置される。これにより、熱電発電モジュール７は、十分に発電することができる。

上述の実施形態において、ＲＦＩＤタグ読取装置８は、ハウジング６の外側に配置され、ケーブル１７を介してコントローラ１０に接続されることとした。ＲＦＩＤタグ読取装置８は、ハウジング６の内側に配置されてもよい。

上述の実施形態において、無線読取端末２は、産業機械５に配置されることとした。無線読取端末２は、産業機械５とは異なる機器に配置されてもよい。機器として、モータ又は発電機が例示される。

上述の実施形態において、環境発電部７は、例えば太陽光発電、振動発電、又は電磁波発電でもよい。

１…ＲＦＩＤタグシステム、２…無線読取端末、３…管理コンピュータ、４…通信システム、５…産業機械、６…ハウジング、６Ａ…受熱部、６Ｂ…放熱部、６Ｃ…伝熱部材、７…熱電発電モジュール（環境発電部）、７Ｎ…ｎ型熱電半導体素子、７Ｐ…ｐ型熱電半導体素子、８…ＲＦＩＤタグ読取装置、９…ＲＦＩＤタグ、１０…コントローラ、１１…回路基板、１２…マイクロコンピュータ、１３…無線通信機、１４…支持部材、１５…電源制御部、１６…取得部、１７…ケーブル、２１…送信部、５０…交換部品、７０…蓄電器、７１…第１電極、７２…第２電極、７３…第１基板、７４…第２基板、７５…リード線。

Claims (4)

1. 機器に配置されるハウジングに収容されるコントローラと、
   前記ハウジングの外側において前記機器に配置されるＲＦＩＤタグ読取装置と、
   前記機器に配置される前記ハウジングに収容されＲＦＩＤタグ読取装置に電力を供給する環境発電部と、
   前記ＲＦＩＤタグ読取装置と前記コントローラとを接続するケーブルと、を備え、
   前記環境発電部は、前記コントローラ及び前記ケーブルを介して前記ＲＦＩＤタグ読取装置に電力を供給し、
   前記ＲＦＩＤタグ読取装置は、前記機器の交換部品に取り付けられたＲＦＩＤタグを読み取る、
   ＲＦＩＤタグシステム。
2. 前記環境発電部は、熱電発電モジュールを含む、
   請求項１に記載のＲＦＩＤタグシステム。
3. 前記環境発電部は、複数の前記ＲＦＩＤタグ読取装置に接続される、
   請求項１又は請求項２に記載のＲＦＩＤタグシステム。
4. 前記ＲＦＩＤタグ読取装置の読取データを無線送信する無線通信機を備え、
   前記環境発電部は、前記無線通信機に電力を供給する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグシステム。