JP7800549B2 - 近距離無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の近距離無線送信装置に対して、近距離無線受信およびワイヤレス受電を行う近距離無線通信端末に関する。

特許文献１には、受電機能を備えるＲＦＩＤデバイスが記載されている。特許文献１のＲＦＩＤデバイスは、通信用アンテナと受電コイルを共用（共用アンテナ）している。

特許文献１のＲＦＩＤデバイスは、受電ラインと通信ラインを切り替えるスイッチを備える。特許文献１のＲＦＩＤデバイスは、このスイッチの制御によって受電と通信を切り替える。

米国特許１０１７６４１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、受電効率と通信性能とを両立することが難しかった。すなわち、特許文献１に記載の構成において、共用アンテナを含む回路の受電受信回路のインピーダンスを小さくすると、受電性能を所定レベルにできるが、通信の負荷変調レベルが低下してしまう。一方、受電受信回路のインピーダンスを大きくすると、通信の負荷変調レベルを向上できるが、受電性能が低下してしまう。

したがって、本発明の目的は、所定の近距離無線送信装置に対して、受信回路とワイヤレス受電回路の両方の動作を実現し、無線通信とワイヤレス受電とを並行し、且つそれぞれを効率的に実行できる近距離無線通信端末を提供することにある。

この発明の受電機能を備えた近距離無線通信装置は、受電コイル、受信アンテナ、受電共振回路、受信回路、負荷回路、および、無線通信回路を備える。受電コイルは、近距離無線を利用して電力供給を受ける。受信アンテナは、近距離無線を利用して無線通信信号を受信する。受電共振回路は、受電コイルと１つ以上の共振キャパシタとで共振回路を形成する。受信回路は、受信アンテナを含んで構成される。負荷回路は、受電共振回路に電気接続される。無線通信回路は、受信回路に電気接続される。受電共振回路は、受電コイルを用いて受電した電流を負荷回路に供給する。受信回路は、受信アンテナを用いて受信した電圧を無線通信回路に供給する。

無線通信を行う通信周波数において、受信回路から無線通信回路への無線通信用出力インピーダンスは、受電共振回路から負荷回路への受電用出力インピーダンスよりも大きい。受電を行う受電周波数において、受電用出力インピーダンスは、無線通信用出力インピーダンスよりも小さい。

この構成では、受電周波数において、受信回路の出力インピーダンスよりも受電回路の出力インピーダンスが小さいことによって、受電による電流は、負荷回路へ所定レベル以上で安定して供給される。

一方、通信周波数において、受電回路の出力インピーダンスよりも受信回路の出力インピーダンスが大きいことによって、受信回路および無線通信回路による通信周波数での共振のＱは、大きく設定できる。これにより、無線通信回路で実行される共振状態の切り替えによる負荷変調レベルは大きくなる。

この発明によれば、所定の近距離無線送信装置に対して、受信回路とワイヤレス受電回路の両方の動作を実現し、無線通信とワイヤレス受電とを並行し、且つそれぞれを効率的に実行できる近距離無線通信端末を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係る近距離無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、近距離無線通信ＩＣを用いた通信の概念説明する図である。 図４は、共振のＱの変化状態を示す概念図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、入力電圧の一例を示す波形図である。 図６は、出力インピーダンスの周波数特性の一例を示すグラフである。 図７は、負荷回路の一例を含む近距離無線通信装置の構成例を示す機能ブロック図である。 図８は、本発明の近距離無線通信装置の構造の一例を示す側面断面図である。 図９は、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１０は、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１１は、第４の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１に示すように、近距離無線通信装置１０は、受信アンテナ２１、受電コイル２２、キャパシタ３２、近距離無線通信ＩＣ４０、整流回路５０、および、負荷回路６０を備える。キャパシタ３２が本発明の「共振キャパシタ」に対応し、近距離無線通信ＩＣ４０が本発明の「無線通信回路」に対応する。また、整流回路５０と負荷回路６０とからなる構成部が本発明の「負荷回路」に対応する。

受信アンテナ２１は、例えば、ループアンテナである。受信アンテナ２１の両端は、近距離無線通信ＩＣ４０に接続する。この受信アンテナ２１によって、受信回路１０１が構成される。受信回路１０１から近距離無線通信ＩＣ４０への出力端のインピーダンスが、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１である。

受電コイル２２は、例えば、ループコイルである。受電コイル２２の両端は、整流回路５０に接続する。受電コイル２２と受信アンテナ２１とは、別体で形成されている。

キャパシタ３２は、受電コイル２２の一方端と整流回路５０との間に直列に接続される。受電コイル２２とキャパシタ３２とは、受電共振回路を構成する。受電共振回路の共振周波数は、後述する交番磁界の周波数（例えば、ＩＳＭバンドの１３．５６ＭＨｚ）と同じになるように設定される。この受電共振回路によって、受電回路１０２が構成される。受電回路１０２から整流回路５０への出力端のインピーダンスが、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２である。

近距離無線通信ＩＣ４０および整流回路５０は、負荷回路６０に接続する。

近距離無線通信ＩＣ４０は、例えば、ＮＦＣＩＣと称されるものであり、受信アンテナ２１を用いた通信を実行する。

整流回路５０は、受電コイル２２で受電した所定周波数の交流からなる電流、電圧を整流して直流に変換し、負荷回路６０に出力する。負荷回路６０は、整流回路５０の出力電圧、出力電流によって、所定の回路動作を実行する。なお、負荷回路６０の具体的な回路動作の一例は後述する。

図２は、第１の実施形態に係る近距離無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、近距離無線通信システム１は、送信装置９０、近距離無線通信装置１０を備える。

送信装置９０は、電圧変換回路９１、送信制御回路９２、および、コイル９０1を備える。電圧変換回路９１は、外部の電源９９からの入力電圧の電圧レベルを変換して、送信制御回路９２に供給する。送信制御回路９２は、電圧変換回路９１から供給される直流電圧を、所定周波数の交流電圧に変換し、コイル９０1に印加する。この際、所定周波数は、例えば、ＩＳＭバンドの１３．５６ＭＨｚである。なお、この周波数は一例であり、他の周波数であってもよい。

コイル９０1は、例えばループコイルである。コイル９０1は、印加された交流電圧に応じた交流電流を流し、交番磁界を発生する。

近距離無線通信装置１０は、受信アンテナ２１および受電コイル２２がコイル９０1の発生する交番磁界に結合するように配置される。これにより、受信アンテナ２１および受電コイル２２は、コイル９０1の発生する交番磁界と電磁誘導して、交流電流を発生する。

受信アンテナ２１で発生した電流は、近距離無線通信ＩＣ４０に出力される。受電コイル２２で発生した電流は、整流回路５０に出力される。

ここで、受電コイル２２とキャパシタ３２との直列共振回路の共振周波数は、上述のように交番磁界の周波数（例えば、ＩＳＭバンドの１３．５６ＭＨｚ）に設定されている。これにより、受電コイル２２とコイル９０1とを用いた磁気共鳴状態が実現でき、整流回路５０には、受電電流が低損失で供給される。したがって、低損失で効率の良い受電が可能となる。

一方、近距離無線通信ＩＣ４０は、自身のインピーダンスの状態を切り替えることができる。これにより、受信アンテナ２１と近距離無線通信ＩＣ４０とによる回路は、共振のＱを切り替えられる。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、近距離無線通信ＩＣを用いた通信の概念説明する図である。図３（Ａ）は、共振のＱが高い状態を示し、図３（Ｂ）は、共振のＱが低い状態を示す。図４は、共振のＱの変化状態を示す概念図であり、横軸は周波数、縦軸は受信回路に加わる電圧値を表す。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、近距離無線通信ＩＣ４０は、キャパシタＣ４０、スイッチＳＷ４０の並列回路を備える。なお、近距離無線通信ＩＣ４０は、この構成に限るものではなく、他の回路構成を備えているが、共振のＱを調整する最低限の構成として、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す構成を備える。

近距離無線通信ＩＣ４０は、第１状態として、図３（Ａ）に示すように、スイッチＳＷ４０を開放状態（ｏｆｆ状態）にする。この状態では、近距離無線通信ＩＣ４０は、スイッチＳＷ４０の開放抵抗Ｒ４０ｏｆｆとキャパシタＣ４０との並列回路が構成される。開放抵抗Ｒ４０ｏｆｆは非常に大きいので、受信アンテナ２1から近距離無線通信ＩＣ４０に流れる電流は、近距離無線通信ＩＣ４０のキャパシタＣ４０に流れる。これにより、受信アンテナ２１とキャパシタＣ４０とによる共振回路が構成される。そして、共振回路が受信アンテナ２１とキャパシタＣ４０のみによって構成されることによって、共振のＱは高くなる（図４の実線参照）。

近距離無線通信ＩＣ４０は、第２状態として、図３（Ｂ）に示すように、スイッチＳＷ４０を導通状態（ｏｎ状態）にする。この状態では、近距離無線通信ＩＣ４０は、スイッチＳＷ４０の導通抵抗Ｒ４０ｏｎとキャパシタＣ４０との並列回路が構成される。導通抵抗Ｒ４０ｏｎは非常に小さいので、受信アンテナ２１から近距離無線通信ＩＣ４０に流れる電流は、主として、近距離無線通信ＩＣ４０の導通抵抗Ｒ４０ｏｎに流れる。したがって、受信アンテナ２１とキャパシタＣ４０とのみによる共振回路を実現できず、共振のＱは低くなる（図４の破線参照）。これにより、受信アンテナ２１と近距離無線通信ＩＣ４０とによる回路は、共振のＱを切り替えられる。

この共振のＱの切り替えによって、近距離無線通信装置１０は、負荷変調を実現する。すなわち、近距離無線通信装置１０は、共振のＱの切り替えによって、受信アンテナ２１とコイル９０1との結合状態を切り替える。

送信装置９０の送信制御回路９２は、電圧監視部（図示を省略）を備える。電圧監視部は、コイル９０1の入力電圧をモニタする。ここで、上述のように、近距離無線通信装置１０による共振のＱの切り替えによって受信アンテナ２1とコイル９０1との結合状態が変化すると、この変化に応じて、コイル９０1の入力電圧は変化する。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、入力電圧の一例を示す波形図である。図５（Ａ）は本願発明の場合を示し、図５（Ｂ）は比較例の場合を示す。比較例とは、例えば、本願発明の特有の受信回路１０１のパラメータ設定を行えていない例である。

スイッチＳＷ４０の開放状態（ｏｆｆ状態）では、共振のＱが高く、受信アンテナ２１とコイル９０1とが共振状態にあり、図５（Ａ）に示すように、入力電圧Ｖｏｆｆの振幅は大きくなる。スイッチＳＷ４０が導通状態（ｏｎ状態）では、共振のＱが低く、受信アンテナ２１とコイル９０1との結合度が低下して、コイル９０1に流れる電流が低下し、入力電圧Ｖｏｎの振幅は小さくなる。このように、スイッチＳＷ４０の開放状態、導通状態の変化、すなわち、状態遷移に応じて、コイル９０1の入力電圧は変化する。電圧監視部は、この入力電圧の変化を検出する。

近距離無線通信装置１０は、送信装置９０とのデータ通信を行う際に、通信データのビットを共振のＱの変化に対応させる。送信装置９０は、コイル９０1の入力電圧の変化を検出することで、通信データのビットを復調できる。

これにより、近距離無線通信装置１０と送信装置９０とは、コイル９０1と受信アンテナ２１との電磁誘導を利用して、通信データの送信および受信、すなわち、無線通信を実現できる。

このような近距離無線通信装置１０、および、近距離無線通信システム１において、近距離無線通信装置１０は、さらに次の特徴を有する。

上述の交番磁界の周波数、言い換えれば、受電周波数ｆｐおよび通信周波数ｆｃにおいて、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２は、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１よりも小さい。逆に言えば、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２よりも大きい。

より詳細には、受電周波数ｆｐにおいて、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２は、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１よりも小さい。さらに、通信周波数ｆｃにおいて、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２よりも大きい。

図６は、出力インピーダンスの周波数特性の一例を示すグラフである。

上述のように、受信回路１０１は、受信アンテナ２１で構成される。したがって、図６に示すように、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、周波数が高くなるほど大きくなる。

受電回路１０２は、受電コイル２２とキャパシタ３２の直列共振回路で構成され、共振周波数が通信周波数ｆｃおよび受電周波数ｆｐと一致するように設定されている。したがって、図６に示すように、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２は、受電周波数ｆｐおよび通信周波数ｆｃにおいて極小となるように変化する。

ここで、キャパシタ３２のキャパシタンスを適宜設定することによって、図６に示すように、通信周波数ｆｃおよび受電周波数ｆｐにおいて、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２を、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１よりも小さくできる。

このような構成によって、受電周波数ｆｐにおいて、受電コイル２２から出力される電流は、高効率で受電回路１０２に受電電流として流れ、整流回路５０に供給される。

これにより、受電回路１０２での損失は抑制され、受電電流は、低損失で整流回路５０に供給される。したがって、近距離無線通信装置１０は、優れた受電特性を実現できる。

また、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２程度に小さくなく、所望値に設定できる。これにより、通信周波数ｆｃにおける共振状態を適正に設定できる。

より具体的には、近距離無線通信ＩＣ４０のキャパシタ等に応じて、通信周波数ｆｃにおいて高い共振のＱが得られるように、受信アンテナ２１のインダクタンスを設定できる。これにより、近距離無線通信装置１０は、図４に示すような、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１と近距離無線通信ＩＣ４０とによる共振のＱが高い状態と共振のＱが低い状態とを適正に設定できる。したがって、近距離無線通信装置１０は、優れた通信特性を実現できる。より具体的には、近距離無線通信装置１０は、高い負荷変調レベルを実現できる。

この際、近距離無線通信装置１０は、受信アンテナ２１のインダクタンスを適宜設定して、負荷変調における受信回路１０１のインピーダンスの変化率を３０％以上にすることが好ましく、約５０％にすることがより好ましい。これにより、近距離無線通信装置１０は、より優れた通信特性を実現できる。

このように、近距離無線通信装置１０は、上述の構成を備えることによって、受信アンテナ２１と受電コイル２２を用いて、受電と受信（通信）を並行して行うことができる。

この際、近距離無線通信装置１０では、受信アンテナ２１と受電コイル２２とが別体で備えられ、受信回路１０１と受電回路１０２とが異なる回路で構成される。そして、受信回路１０１と受電回路１０２とは、電気的に接続されていない。

これにより、近距離無線通信装置１０は、受電特性と通信特性とを個別に設定できる。言い換えれば、優れた通信特性を得るために受信回路１０１の構成等を決定しても、受電回路１０２は、その影響を受けない。一方、優れた受電特性を得るために受電回路１０２の構成等を決定しても、受信回路１０１は、その影響を受けない。

したがって、近距離無線通信装置１０は、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。

（負荷回路６０の適用の一例）
図７は、負荷回路の一例を含む近距離無線通信装置の構成例を示す機能ブロック図である。図７において、近距離無線通信装置１０における負荷回路６０以外の箇所の説明は上述しており、これらの箇所の新たな説明は省略する。

図７に示すように、負荷回路６０は、電圧変換回路６１、充電回路６２、二次電池６３、電圧変換回路６４、充電制御回路６２０、および、放電制御回路６４０を備える。

電圧変換回路６１は、整流回路５０の出力電圧の電圧レベルを変換する。電圧変換回路６１は、変換後の電圧を充電回路６２に出力する。

充電回路６２は、電圧変換回路６１からの直流電圧から充電用電圧を生成し、二次電池６３を充電する。この際、充電回路６２は、充電制御回路６２０から充電制御信号に応じて充電用電圧を出力する。充電制御回路６２０は、例えば、近距離無線通信ＩＣ４０からの充電指示を参照して充電制御信号を生成する。なお、充電回路６２は、充電用電圧を電圧変換回路６４にも出力できる。

電圧変換回路６４は、充電回路６２または二次電池６３から出力電圧の電圧レベルを、近距離無線通信ＩＣ４０用の電圧レベルに変換する。電圧変換回路６４は、変換後の電圧を近距離無線通信ＩＣ４０に供給する。この際、電圧変換回路６４は、放電制御回路６４０から放電制御信号（給電制御信号）に応じて、変換後の電圧を近距離無線通信ＩＣ４０に供給する。なお、放電制御回路６４０は、例えば、近距離無線通信ＩＣ４０からの充電指示、負荷回路６０の所定箇所の電圧レベルの監視状態を参照して放電制御信号（給電制御信号）を生成する。

（近距離無線通信装置１０の構造の一例）
図８は、本発明の近距離無線通信装置の構造の一例を示す側面断面図である。図８に示すように、近距離無線通信装置１０は、支持基材１１、磁性シート１２、受信アンテナ２１、受電コイル２２、電子部品１９１、および、電子部品１９２を備える。なお、図８では、電子部品１９１および電子部品１９２は、1個記載しているが、電子部品１９１および電子部品１９２は、近距離無線通信装置１０の回路を構成可能な数で存在する。

支持基材１１は、平板または平膜であり、絶縁性材料を主体として、近距離無線通信装置１０の回路を実現するための導体パターンが形成されている。

受信アンテナ２１および受電コイル２２は、所定の周回数からなる巻回形の線状導体パターンによって構成される。受信アンテナ２１および受電コイル２２は、支持基材１１の一方主面に形成されている。磁性シート１２は、支持基材１１の一方主面に、例えば、受信アンテナ２１および受電コイル２２の形成領域を含むように配置される。

電子部品１９１は、実装面にはんだバンプが形成された電子部品である。電子部品１９２は、筐体の両端に端子電極を有する電子部品である。電子部品１９１は、例えば、近距離無線通信ＩＣ４０、整流回路５０のＩＣ、負荷回路６０のＩＣである。電子部品１９２は、例えば、キャパシタ３２、整流回路５０の各種受動素子、負荷回路６０の各種受動素子である。

電子部品１９１および電子部品１９２は、支持基材１１の一方主面に実装される。なお、電子部品１９１および電子部品１９２の少なくとも一部は、支持基材１１の他方主面に実装されていてもよい。また、受信アンテナ２１と受電コイル２２とは、一方主面と他方主面のそれぞれに個別に配置されていてもよい。

このような構成によって、近距離無線通信装置１０は、薄型に形成できる。また、磁性シート１２を備えることによって、受信アンテナ２１と受電コイル２２の磁束密度を高めることができる。これにより、近距離無線通信装置１０は、受電エネルギー、通信エネルギーを大きくできる。したがって、近距離無線通信装置１０は、受電効率を向上でき、通信特性を向上できる。

なお、負荷回路６０は、二次電池６３を備えなくてもよい。しかしながら、二次電池６３を備えることによって、近距離無線通信装置１０は、エネルギーを保存でき、近距離無線通信ＩＣ４０、負荷回路６０等の安定的な動作を実現できる。

また、受信アンテナ２１と受電コイル２２とは、少なくとも磁気的に結合するように配置されていてもよい。受信アンテナ２１と受電コイル２２とが磁気的に結合していても、本願発明の構成を備えることで、受信回路１０１と受電回路１０２の回路特性（出力インピーダンスＺo１０１および出力インピーダンスＺo１０２）と適正に設定できる。したがって、受信アンテナ２１と受電コイル２２とが磁気的に結合していても、近距離無線通信装置１０は、優れた受電特性と、優れた通信特性とを両立できる。

そして、受信アンテナ２１と受電コイル２２とが磁気結合するような位置関係に配置されること、すなわち、受信アンテナ２１と受電コイル２２とを近接して配置できることで、送信送電側の１つのコイル９０1に対する磁界結合状態をより最適かつ確実に実現できる。これにより、近距離無線通信装置１０は、受電と受信とを、さらに確実に且つ効率的に実現できる。また、受信アンテナ２１と受電コイル２２とを近接して配置できるので、近距離無線通信装置１０は、平面視した形状を小さくできる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図９は、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。

図９に示すように、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ａは、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置１０に対して、受信回路１０１Ａ、および、受電回路１０２Ａを備える点で異なる。近距離無線通信装置１０Ａの他の構成は、近距離無線通信装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

受信回路１０１Ａは、受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とを備える。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１は並列接続されている。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とは並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、通信周波数ｆｃと同じになるように設定されている。

受電回路１０２Ａは、受電コイル２２、キャパシタ３２、キャパシタ３３２を備える。受電コイル２２とキャパシタ３３２は並列接続されている。キャパシタ３２は、受電コイル２２とキャパシタ３３２の並列回路に直列接続されている。受電コイル２２、キャパシタ３２、および、キャパシタ３３２は、並直列共振回路を構成する。この並直列共振回路の共振周波数は、受電周波数ｆｐと同じになるように設定されている。

この際、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１Ａの出力インピーダンスＺｏ１０１Ａは、受電回路１０２Ａの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａよりも大きく設定される。さらに、受電周波数ｆｐにおける受電回路１０２Ａの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａは、受信回路１０１Ａの出力インピーダンスＺｏ１０１Ａよりも小さく設定される。

このような構成によって、近距離無線通信装置１０Ａは、受信回路１０１Ａの出力インピーダンスＺｏ１０１Ａと、受電回路１０２Ａの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａとを、それぞれ個別に適正に設定できる。

これにより、近距離無線通信装置１０Ａは、受電と通信を並行して行うことができ、受電特性と通信特性とを個別に設定でき、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。

さらに、近距離無線通信装置１０Ａでは、キャパシタ３３１を備えることによって、受信アンテナ２１のインダクタンスと近距離無線通信ＩＣ４０のキャパシタンス等を変更すること無く、受信アンテナ２１と近距離無線通信ＩＣ４０とのインピーダンス整合を実現できる。これにより、近距離無線通信装置１０Ａは、伝送損失を抑制しながら、通信に利用する高い共振のＱを、さらに確実に実現できる。

近距離無線通信装置１０Ａでは、キャパシタ３３２を備えることによって、受電コイル２２のインダクタンスを変更すること無く、受電周波数ｆｐでの共振状態を実現できる。これにより、例えば、近距離無線通信装置１０Ａは、受電コイル２２の形状やインダクタンスに制限があっても、受電周波数ｆｐでの共振状態を実現できる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図１０は、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１０に示すように、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ｂは、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ａに対して、受信回路１０１Ｂ、および、受電回路１０２Ｂを備える点で異なる。より具体的には、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａの受電回路１０２Ａのキャパシタ３２を省略し、受信回路１０１Ｂのキャパシタ３３１のキャパシタンス、受電回路１０２Ｂのキャパシタ３３２のキャパシタンスを、後述のように適宜設定した点で異なる。近距離無線通信装置１０Ｂの他の構成は、近距離無線通信装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

受信回路１０１Ｂは、受信アンテナ２１、および、キャパシタ３３１を備える。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１は並列接続されている。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とは並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、通信周波数ｆｃと同じになるように設定されている。

受電回路１０２Ｂは、受電コイル２２、および、キャパシタ３３２を備える。受電コイル２２とキャパシタ３３２は並列接続されている。受電コイル２２とキャパシタ３３２は、並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、受電周波数ｆｐと同じになるように設定されている。

この際、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｂは、受電回路１０２Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｂよりも大きく設定される。さらに、受電周波数ｆｐにおける受電回路１０２Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａは、受信回路１０１Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｂよりも小さく設定される。

このような構成によって、近距離無線通信装置１０Ｂは、受信回路１０１Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｂと、受電回路１０２Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｂとを、それぞれ個別に適正に設定できる。

これにより、近距離無線通信装置１０Ｂは、受電と通信を並行して行うことができ、受電特性と通信特性とを個別に設定でき、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。

さらに、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａと同様に、伝送損失を抑制しながら、通信に利用する高い共振のＱを、さらに確実に実現できる。また、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａと同様に、受電コイル２２の形状やインダクタンスに制限があっても、受電周波数ｆｐでの共振状態を実現できる。

また、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａに対して、キャパシタ３２を無くした構成となる。したがって、近距離無線通信装置１０Ｂは、さらに回路構成を少なくでき、より簡素な構成、および、小型化を実現できる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図１１は、第４の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１１に示すように、第４の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ｃは、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ａに対して、受信回路１０１Ｃ、受電回路１０２Ｃ、および、制御回路７０を備える点で異なる。近距離無線通信装置１０Ｃの他の構成は、近距離無線通信装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

受信回路１０１Ｃは、受信アンテナ２１、および、キャパシタ３３１を備える。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１は並列接続されている。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とは並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、通信周波数ｆｃと同じになるように設定されている。

受電回路１０２Ｃは、受電コイル２２、キャパシタ３３２、キャパシタ３２、および、スイッチ素子３９２を備える。

受電コイル２２とキャパシタ３３２は並列接続されている。キャパシタ３２は、受電コイル２２とキャパシタ３３２の並列回路に直列接続されている。受電コイル２２、キャパシタ３２、および、キャパシタ３３２は、並直列共振回路を構成する。

スイッチ素子３９２は、キャパシタ３２に並列に接続される。スイッチ素子３９２は、制御回路７０から制御信号によってオンオフ制御される。

例えば、スイッチ素子３９２がＦＥＴの場合、キャパシタ３２の受電コイル２２側の端子とスイッチ素子３９２のドレインとが接続し、キャパシタ３２の整流回路５０側の端子とスイッチ素子３９２のソースとが接続する。

スイッチ素子３９２がオフ制御されたとき、スイッチ素子３９２のドレインとソースとの間は開放になる。この場合、受電回路１０２Ｃは、受電コイル２２、キャパシタ３２、および、キャパシタ３３２の並直列共振回路によって構成される。この並直列共振回路の共振周波数ｆｐ１は、受電コイル２２が結合する交番磁界の周波数帯域に重なるように設定されている。

一方、スイッチ素子３９２がオン制御されたとき、スイッチ素子３９２のドレインとソースとは導通する。この場合、受電回路１０２Ｃは、受電コイル２２とキャパシタ３３２の並列共振回路によって構成される。この並列共振回路の共振周波数ｆｐ２は、並直列共振回路の共振周波数ｆｐ１とは異なり、受電コイル２２が結合する交番磁界の周波数帯域に重なるように設定されている。

この際、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃは、受電回路１０２Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｃよりも大きく設定される。さらに、共振周波数ｆｐ１、ｆｐ２における受電回路１０２Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｃは、受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃよりも小さく設定される。

このような構成によって、近距離無線通信装置１０Ｃは、受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃと、受電回路１０２Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｃとを、それぞれ個別に適正に設定できる。これにより、近距離無線通信装置１０Ｃは、受電と通信を並行して行うことができ、受電特性と通信特性とを個別に設定でき、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。

さらに、近距離無線通信装置１０Ｃは、スイッチ素子３９２の制御によって受電回路１０２Ｃの共振周波数を複数設定できる。これにより、例えば、近距離無線通信装置１０Ｃは、送信装置９０との結合状態の変化が生じても、この変化に適応できる。したがって、近距離無線通信装置１０Ｃは、受電時の共振状態をより確実に実現でき、より優れた受電特性を実現できる。

そして、近距離無線通信装置１０Ｃでは、受電回路１０２Ｃと受信回路１０１Ｃは、電気的に接続されていない個別の回路である。これにより、受電回路１０２Ｃの調整が生じても、受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃは変化しない。したがって、近距離無線通信装置１０Ｃは、優れた通信特性を維持できる。

なお、上述の各実施形態の構成では、通信周波数ｆｃと受電周波数ｆｐとが同じ場合を示した。しかしながら、通信周波数ｆｃと受電周波数ｆｐとが異なっていても、上述の受信回路の出力インピーダンスと受電回路の出力インピーダンスとの大小関係を確保できれば、上述の作用効果を奏することができる。ただし、このように、通信周波数ｆｃと受電周波数ｆｐとが異なる場合、通信周波数ｆｃを含む通信周波数帯域と、受電周波数ｆｐを含む受電周波数帯域との少なくとも一部が重なる方が好ましい。

１：近距離無線通信システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：近距離無線通信装置
１１：支持基材
１２：磁性シート
２１：受信アンテナ
２２：受電コイル
３２、３３１、３３２：キャパシタ
４０：近距離無線通信ＩＣ
５０：整流回路
６０：負荷回路
６１：電圧変換回路
６２：充電回路
６３：二次電池
６４：電圧変換回路
７０：制御回路
９０：送信装置
９１：電圧変換回路
９２：送信制御回路
９９：電源
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ：受信回路
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ：受電回路
１９１、１９２：電子部品
６２０：充電制御回路
６４０：放電制御回路
９０1：コイル
３９２：スイッチ素子
Ｚｏ１０１、Ｚｏ１０１Ａ、Ｚｏ１０１Ｂ、Ｚｏ１０１Ｃ：受信回路の出力インピーダンス
Ｚｏ１０２、Ｚｏ１０２Ａ、Ｚｏ１０２Ｂ、Ｚｏ１０２Ｃ：受電回路の出力インピーダンス

Claims (12)

1. 近距離無線を利用して電力供給を受ける受電コイルと、
   前記近距離無線を利用して無線通信信号を受信する受信アンテナと、
   前記受電コイルと１つ以上の共振キャパシタとで共振回路を形成する受電共振回路と、
   前記受信アンテナを含んで構成される受信回路と、
   前記受電共振回路に電気接続される負荷回路と、
   前記受信回路に電気接続される無線通信回路と、
   を備え、
   前記受電共振回路は、前記受電コイルを用いて受電した電流を前記負荷回路に供給し、
   前記受信回路は、前記受信アンテナを用いて受信した電圧を前記無線通信回路に供給し、
   前記近距離無線の通信を行う通信周波数において、前記受信回路から前記無線通信回路への無線通信用出力インピーダンスは、前記受電共振回路から前記負荷回路への受電用出力インピーダンスよりも大きく、かつ、前記受信回路および前記無線通信回路による前記通信周波数での共振のＱは、前記無線通信回路のインピーダンスの切り替えを用いた共振状態の切り替えによる負荷変調レベルの変化が大きくなるように、大きく設定され、
   前記受電を行う受電周波数において、前記受電用出力インピーダンスは、前記無線通信用出力インピーダンスよりも小さく、
   前記受電コイルと前記受信アンテナとは、少なくとも磁気的に結合するように配置され、受電と受信を並行して行う、
   受電機能を備えた近距離無線通信装置。
2. 近距離無線を利用して電力供給を受ける受電コイルと、
   前記近距離無線を利用して無線通信信号を受信する受信アンテナと、
   前記受電コイルと１つ以上の共振キャパシタとで共振回路を形成する受電共振回路と、
   前記受信アンテナを含んで構成される受信回路と、
   前記受電共振回路に電気接続される負荷回路と、
   前記受信回路に電気接続される無線通信回路と、
   を備え、
   前記受電共振回路は、前記受電コイルを用いて受電した電流を前記負荷回路に供給し、
   前記受信回路は、前記受信アンテナを用いて受信した電圧を前記無線通信回路に供給し、
   前記近距離無線の通信を行う通信周波数において、前記受信回路から前記無線通信回路への無線通信用出力インピーダンスは、前記受電共振回路から前記負荷回路への受電用出力インピーダンスよりも大きく、かつ、前記受信回路および前記無線通信回路による前記通信周波数での共振のＱは、前記無線通信回路のインピーダンスの切り替えを用いた共振状態の切り替えによる負荷変調レベルの変化が大きくなるように、大きく設定され、
   前記受電を行う受電周波数において、前記受電用出力インピーダンスは、前記無線通信用出力インピーダンスよりも小さく、
   前記受電共振回路は、
   前記受電コイルに直列に接続される直列共振キャパシタと、
   前記受電コイルに並列に接続される並列共振キャパシタと、
   を備え、
   並列共振と直並列共振とを切り替え可能にする、
   受電機能を備えた近距離無線通信装置。
3. 前記通信周波数と前記受電周波数とは、それぞれの周波数帯域の少なくとも一部が重なる、
   請求項１又は２に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
4. 前記通信周波数と前記受電周波数とは、それぞれの周波数帯域が同じである、
   請求項３に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
5. 前記通信周波数と前記受電周波数とは、それぞれの周波数帯域がＩＳＭバンドである１３．５６ＭＨｚ帯域である、
   請求項４に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
6. 前記共振キャパシタは、前記受電共振回路のみに設けられている、
   請求項１又は２に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
7. 前記受電共振回路に設けられた前記共振キャパシタと別の共振キャパシタを、前記受信回路に備える、
   請求項１又は２に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
8. 前記受電共振回路は、
   前記受電コイルに直列に接続される直列共振キャパシタと、
   前記受電コイルに並列に接続される並列共振キャパシタと、
   を備え、
   並列共振と直並列共振とを切り替え可能にする、
   請求項１に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
9. 前記受電コイルと前記受電共振回路と前記受信アンテナと前記受信回路を支持する支持基材を備え、
   前記受電コイルと前記受電共振回路と前記受信アンテナと前記受信回路は、同一平面上に配置される、
   請求項１又は２に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
10. 前記受電コイル又は前記受信アンテナに鎖交する磁束の磁路を形成する磁性体を備える、
    請求項９に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
11. 前記負荷回路は、二次電池を備える、
    請求項１又は２に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
12. 前記受信回路は、前記近距離無線の通信の負荷変調によるインピーダンスの変化率を３０％以上とする、
    請求項１又は２に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。