JPH09171541A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エネルギー供給中にデータ受信を確実に行うこ
とができる通信装置を実現する。 【解決手段】データ受信に用いられる受信コイル１４０
と少なくともエネルギー供給に用いられる送信コイル１
３０とを有して通信およびエネルギー供給を電磁結合に
より行う通信装置において、送信コイル１３０を用いた
エネルギー供給中に受信コイル１４０を用いたデータ受
信を行う手段を備え、受信コイル１４０は、径が送信コ
イル１３０の径よりも大きいものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通信装置に関
し、詳しくは、電磁結合に基づいて通信およびエネルギ
ー供給を行う通信装置の改良に関する。かかる通信装置
が用いられる分野としては、非接触でもデータ記憶体か
らのデータ読取等が可能なリーダライタや、構内搬送車
あるいは移動ロボット等の立ち寄る制御基地局などが挙
げられる。

【０００２】

【従来の技術】このような通信装置とその通信相手であ
るデータ記憶体２０との概要構成を図３に示すが、この
システムは、通信装置としてのリーダ（データ読取装
置）１０がデータ記憶体２０からその記憶データをコマ
ンド及びデータの送受信によって読み取るものである。
しかも、データ記憶体２０が電池無しでも動作し得るよ
うに、リーダ１０は通信用の電磁結合を利用してエネル
ギー供給も行うものとなっている。

【０００３】リーダ１０は、コマンド送出やデータ受理
等の処理を行うマイクロコンピュータ主体の制御部１１
と、制御部１１によるコマンド送出等のための制御に応
じて所定の周波数（２ω、例えば数百ｋＨｚ）の搬送波
の変調を行って送信信号Ｂを生成する変調回路１２と、
送信信号Ｂを電磁変換して外部へ磁気信号Ｃを発信する
発信回路１３と、データ記憶体２０からの磁気信号Ｆを
受け電磁変換して受信信号Ｇを生成する受信回路１４
と、受信信号Ｇから所定の受信用周波数帯域（例えば中
心周波数ω）を抽出しさらに検波等を行って受信データ
を復調等して制御部１１に送出する復調回路１５とを備
えたものである。

【０００４】発信回路１３は、図４に回路構成を図示し
たが、送信信号Ｂの電流増幅等を行うアンプと、このア
ンプの出力からＤＣ成分をカットして伝達するカップリ
ングコンデンサと、これらのアンプ及びカップリングコ
ンデンサを介して送信信号Ｂにより発振状態が制御され
る並列共振回路とを具備したものである。この並列共振
回路は、送信コイルＬｓと、これに並列接続されたコン
デンサとを具備したものであるが、制御部１１からの制
御信号Ａに応じて導通・遮断状態が切換わるスイッチ回
路ＳＷが送信コイルＬｓと並列コンデンサとの間に介挿
されて、制御部１１の制御に従って磁気信号Ｃの発信を
開始停止等するものとなっている。

【０００５】受信回路１４は、やはり図４に回路構成を
図示したが、磁気信号Ｆから受信信号Ｇへの電磁変換を
行うために、磁気信号Ｆを受けるための受信コイルＬｒ
と、受信コイルＬｒに誘起した電圧を増幅して受信信号
Ｇを生成するアンプとを具備したものとなっている。

【０００６】従来、送信コイルＬｓ及び受信コイルＬｒ
は、図５にその構造を示したが、製造工数低減やコスト
削減のために、リーダ１０内に収納される両面配線のプ
リント基板１６上にパターン形成されている。具体的に
は、プリント基板１６の表面において螺旋状に数回巻か
れた大径コイル１３ｃが、プリント基板１６の裏面にお
いて並列共振回路の配線１３ａ，１３ｂに接続されて、
送信コイルＬｓとして作用するものとなっている。ま
た、プリント基板１６の表面上で大径コイル１３ｃの内
側ほぼ同心部位において螺旋状に数回巻かれた小径コイ
ル１４ｃが、プリント基板１６の裏面において受信回路
１４の配線１４ａ，１４ｂに接続されて、受信コイルＬ
ｒとして作用するものとなっている。

【０００７】なお、リーダ１０の通信相手であるデータ
記憶体２０は、一般に携帯容易なコイン形やカード形等
をしており、コンデンサの直列回路とダイオードの直列
回路とが並列接続された電源回路と、一端がそれらのコ
ンデンサの接続点に接続され他端がそれらのダイオード
の接続点に接続されたコイルＬを有して電磁変換を行う
伝送部２１と、コイルＬの他端の電圧に対応した伝送部
２１からの受信信号Ｄを受けてＰＬＬ（位相ロックルー
プ）等により搬送波の再生等を行って復調信号を生成す
る復調回路２２と、この復調信号によるコマンドの受理
やコマンドに応じてメモリ２４の記憶データを送信デー
タとして送出する等の処理を行うＭＰＵ（マイクロコン
ピュータ）２３と、再生された搬送波を２分周（ω）し
て送信用搬送波を生成しこれをＭＰＵ２３からの送信デ
ータに応じて変調して送信信号Ｅを生成する変調回路２
５とを備えている。そして、データ記憶体２０は、磁気
信号Ｃを受けると、電源回路のコンデンサを充電してエ
ネルギーを確保するとともに、コマンド受信およびこれ
に応じたデータ送信を行うものとなっている。

【０００８】このような構成のリーダ１０がデータ記憶
体２０から記憶データを読み取るときのデータ等の送受
信およびエネルギーの授受について、図６の交信チャー
トの例を引用して説明する。なお、図６は模式図であ
り、磁気信号Ｃ及び磁気信号Ｆについては、波形は典型
的な部分だけを枠で囲って示し、その枠の幅で振幅を示
した。

【０００９】従来、データ等の送受信およびエネルギー
の授受は、異なるタイミングで順次に行われていた。す
なわち、エネルギー授受のみ、エネルギー授受＋コマン
ド送受信、データ送受信のみの３ステージの処理を順に
繰り返すことで行われる。

【００１０】先ず、第１ステージにおいては、リーダ１
０では、制御部１１によって制御信号Ａがアクティブ
（有意）にされて発信回路１３の並列共振回路が発振可
能状態になるとともに、送信信号Ｂは初期状態のままに
維持される。これにより、発信回路１３具体的には送信
コイルＬｓから発信される磁気信号Ｃは搬送波だけを含
んだものとなる。このとき、データ記憶体２０では、コ
イルＬが磁気信号Ｃを受けると、コイルＬからの誘導電
流によって電源回路のコンデンサが充電され、電源電圧
Ｖccが上昇する。こうして、この間は、リーダ１０から
データ記憶体２０へのエネルギー供給のみが行われる。

【００１１】次に、第２ステージにおいては、リーダ１
０では、制御信号Ａがアクティブにされている状態で、
制御部１１及び変調回路１２によって送信信号Ｂがデー
タ読出用コマンドに応じて周波数変調や位相変調等され
る。これにより、磁気信号Ｃは搬送波が変調されたもの
となる。このとき、データ記憶体２０では、磁気信号Ｃ
を受けたコイルＬからの誘導電流によって電源回路のコ
ンデンサが充電されるとともに、ＭＰＵ２３によるコマ
ンド受理の処理が行われる。こうして、このときは、リ
ーダ１０からデータ記憶体２０へのエネルギー供給に加
えて、コマンドの送受信も行われる。

【００１２】その後、第３ステージにおいては、リーダ
１０では、制御部１１によって制御信号Ａがインアクテ
ィブ（非有意）にされて発信回路１３の並列共振回路が
発振を停止する。そして、磁気信号Ｃは発信されなくな
る。これに対し、この間のデータ記憶体２０では、受理
コマンドに応じてメモリ２４の該当アドレスからＭＰＵ
２３によって読み出された記憶データが、変調回路２５
及び伝送部２１により磁気信号Ｆとされて、リーダ１０
に送出される。この間、データ記憶体２０では、第１，
第２ステージでコンデンサに蓄えておいたエネルギーが
消費されて、電源電圧Ｖccが降下し、磁気信号Ｆの振幅
も小さくなる。一方、発振そして送信を停止したリーダ
１０では、データ記憶体２０からの記憶データが、受信
回路１４及び復調回路１５を介して、制御部１１によっ
て受理される。こうして、このときは、データ記憶体２
０からリーダ１０へのデータ送受信だけが行われる。

【００１３】そして、これらの処理が順次所要回数繰り
返えされて、リーダ１０によるデータ記憶体２０からの
記憶データの読取が完了する。つまり、リーダ１０は、
エネルギー供給とデータ受信とを交互に又は順次に行っ
て、通信用の電磁結合を利用したエネルギー供給を行っ
ている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の通
信装置が通信用の電磁結合を利用したエネルギー供給に
際してエネルギー供給とデータ受信とを交互に行うの
は、これらを並列に行うとデータ記憶体等の相手方通信
装置の伝送能力が不所望に低下してしまうためである。
すなわち、相手方通信装置の伝送用コイルの端子電圧が
通信装置からの搬送波によって支配されるため、コイル
への駆動電流がその搬送波の影響を受けて不所望に変形
することから、コイルへの駆動電流に含まれるデータ返
送用搬送波成分が少なくなって、伝送能力が低くなるの
である。

【００１５】そして、このような順次処理を前提とし
て、限られた時間内に十分なエネルギーを供給するため
に、通信装置は、送信能力が大きいことを重視した構成
となっている。具体的には、通信装置は、大径コイルが
送信コイルとして用いられ（図５（ｂ）の二点鎖線で示
した３Ｖの誘起曲線参照）、残りの小径コイルが受信コ
イルとして用いられているのである（図５（ｂ）の一点
鎖線で示した３Ｖの誘起曲線参照）。

【００１６】これに対し、エネルギー授受とデータ送受
信とを交互にしか行わないのではデータ伝送のスループ
ットが低くて好ましくないことから、エネルギー授受と
データ送受信とを並列に行っても十分な伝送能力を発揮
する相手方通信装置が発明された。この発明は、同一出
願人により特願平７−２４０１９５号の出願に詳しく開
示されているが、相手方通信装置としてのデータ記憶体
において伝送コイルへの駆動電流の送出を正負何れか一
方の向きに限定したものである。そこで、このような相
手方通信装置を用いてエネルギー授受とデータ送受信と
を並列に行うことにより、データ伝送のスループット向
上が達成されることとなったのである。

【００１７】しかしながら、上述したような従来の通信
装置についてその制御部の処理手順を一部変更して、エ
ネルギー授受とデータ送受信とを並列に行うようにした
ところ、この通信装置では次のような不都合が発生し
た。すなわち、この場合、送信コイルは共振状態の維持
のために（アンプによる直接駆動であればアンプの低い
出力インピーダンスのために）データ受信時にもその両
端間が低インピーダンスで接続された状態となってしま
うが、これに対して受信コイルはアンプの高い入力イン
ピーダンスのためにその両端間が高インピーダンスで接
続された状態となっている。このため、相手方通信装置
からの磁気信号のエネルギーは、多くが送信コイルへの
無用な誘起に費やされて、受信コイルへは有効に伝達さ
れないのである。

【００１８】これに対し、受信能力を高めるようとし
て、受信コイルの径を送信コイルの径と同じにまで拡張
したところ、送信コイルによる受信コイルの誘起電圧が
高くなりすぎて受信アンプが破壊されるという不都合も
発生した。また、両コイルを同径とすることには、配線
の引出し等のために立体的な配線処理や多層配線基板を
必要とするため、コスト面からの不都合もある。

【００１９】そこで、データ伝送のスループットを向上
させるために、エネルギー授受とデータ送受信とを並列
に行うに際し、上述したような不都合を解消して、デー
タの送受信を確実に行うようにすることが課題となる。

【００２０】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、エネルギー供給中にデータ受
信を確実に行うことができる通信装置を実現することを
目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１の解決手段について、その構成
および作用効果を以下に説明する。

【００２２】［第１の解決手段］第１の解決手段の通信
装置は（、出願当初の請求項１に記載の如く）、データ
受信に用いられる受信コイルと少なくともエネルギー供
給に用いられる送信コイルとを有して通信およびエネル
ギー供給を電磁結合により行う通信装置において、前記
送信コイルを用いたエネルギー供給中に前記受信コイル
を用いたデータ受信を行う手段を備え、前記受信コイル
は、径が前記送信コイルの径よりも大きいものであるこ
とを特徴とするものである。

【００２３】ここで、上記の「少なくともエネルギー供
給に用いられ」とは、エネルギー供給に加えてコマンド
送信等に用いられてもよいことを明示したものである。
また、上記の「径が大きい」とは、直截的なスパイラル
状コイルの径が大きいことに限定されるのではなく、四
角形状などのコイルであっても内接・外接円の径などに
基づく間接的な基準での比較結果に応じてコイルの大き
さが大きいものはこれを含む意味である。

【００２４】このような第１の解決手段の通信装置にあ
っては、送信コイルを用いたエネルギー供給中に受信コ
イルを用いたデータ受信が行なわれる。すなわち、相手
方通信装置へのエネルギー供給のための送信を中断する
ことなく継続したままで、相手方通信装置からのデータ
を受信する。これにより、エネルギー授受とデータ送受
信とが並列に行なわれるので、順次に行う従来装置に較
べて、データ伝送のスループットとともにエネルギー供
給能力も向上する。そこで、従来のものより小径の送信
コイルでも十分なエネルギーを相手方に供給することが
できる。

【００２５】しかも、受信コイルの径が送信コイルとの
同一状態を超えてさらに広がって送信コイルの径よりも
大きくなったことから、送信コイルの両端間が低インピ
ーダンス状態であっても、相手方通信装置からの磁気信
号のエネルギーは、かなり有効に受信コイルへ伝達され
ることになる。これにより、小径の送信コイルを用いて
エネルギー供給を継続中であっても、大径の受信コイル
に磁気信号が確実に伝達されるので、確実にデータ受信
を行うことができる。なお、上記のように小径の送信コ
イルで十分なエネルギー供給が可能となったことによ
り、両コイルの径における関係が従来と逆転しても、コ
イル部全体としての規模は、従来とほぼ同規模に抑制さ
れる。

【００２６】また、両コイルの径が異なることから、両
者の結合度が小さくなる。具体的には、エネルギー供給
のために送信コイル周りに誘起された磁束が送信コイル
内外で逆向きとなるが、その大部分が大径の受信コイル
の内側に含まれて、受信コイルにおける誘起電圧が、相
殺されて、小さくなる。これにより、送信コイルによる
受信コイルの誘起電圧が高くなりすぎて受信アンプが破
壊されるという事態は、回避することができる。

【００２７】したがって、この発明によれば、エネルギ
ー供給中にデータ受信を行うことができ、しかも確実に
行うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】このような第１の解決手段を実施
するために、本発明の第１の実施形態にあっては、上記
の第１の解決手段の通信装置であって、前記送信コイル
及び前記受信コイルは、プリント基板の同一面上におい
てほぼ同心状にパターン形成されたものであることを特
徴とする。

【００２９】これにより、一般的な両面配線のプリント
基板を用いた場合でも、コイル形成面の裏面を利用して
配線の引出し等を行うことができるので、実装が容易か
つ安価になる。

【００３０】

【実施例】本発明の通信装置の実施例について、その具
体的な構成を、図面を引用して説明する。すなわち、通
信装置としてのリーダ１００がデータ記憶体２０からそ
の記憶データを電磁結合に基づくコマンド及びデータの
送受信によって読み取るとともに、その通信用の電磁結
合を利用してエネルギー供給も行う例について説明す
る。図１は、その送信コイル及び受信コイルの構造を示
す模式図であり、従来例の図５に対応する。なお、全体
構成図等は、従来例のものと同様なので、割愛した。具
体的には、従来例の図３，４におけるリーダ１０がリー
ダ１００となり、制御部１１が制御部１１０となっただ
けである。そこで、図１を参照しながら、従来との相違
点を述べる。

【００３１】リーダ１００では、送信コイルＬｓ及び受
信コイルＬｒがリーダ１００内に収納される両面配線の
プリント基板１６上において同心状にパターン形成され
ているのは従来通りであるが、配線１３ａ，１３ｂ，１
４ａ，１４ｂの引出し方が相違している。具体的には、
プリント基板１６の表面上で螺旋状に数回巻かれた小径
コイル１３０が、プリント基板１６の裏面において並列
共振回路の配線１３ａ，１３ｂに接続されて、送信コイ
ルＬｓとして作用するものとなっている。また、プリン
ト基板１６の表面上で小径コイル１３０を囲む部位にお
いて螺旋状に数回巻かれた大径コイル１４０が、プリン
ト基板１６の裏面において受信回路１４の配線１４ａ，
１４ｂに接続されて、受信コイルＬｒとして作用するも
のとなっている。これにより、データ受信に用いられる
受信コイルは、その径が、エネルギー供給等に用いられ
る送信コイルの径よりも大きいものとなっている。な
お、受信コイルＬｒを送信コイルＬｓと同様に裏面にプ
リント形成してもよい。

【００３２】また、制御部１１０は、エネルギー供給ま
たは通信を開始するとそれ以後は制御信号Ａを継続して
アクティブに保つように、マイクロコンピュータのプロ
グラムが変更されている。そして、発信回路１３では小
径コイル１３０即ち送信コイルＬｓに共振電流が流れ続
けて磁気信号Ｃが常時出力される。返送データで変調さ
れた磁気信号Ｆを受信回路１４で受け復調回路１５及び
制御部１１０によってそのデータを受理する際にも、磁
気信号Ｃは出力される。なお、周波数２ωの磁気信号Ｆ
は復調回路１５によって周波数ωの磁気信号Ｃから弁別
される。これにより、リーダ１００は、送信コイルを用
いたエネルギー供給中に受信コイルを用いたデータ受信
を行う手段を備えものとなっている。

【００３３】この実施例の通信装置について、その具体
的な動作および使用態様を、図面を引用して説明する。
図２は、従来例の図６に対応するものであり、リーダ１
００とデータ記憶体２０との交信例を示すチャートであ
る。なお、図２は模式図であり、磁気信号Ｃ及び磁気信
号Ｆについては、波形は典型的な部分だけを枠で囲って
示し、その枠の幅で振幅を示した。

【００３４】この場合、データ等の送受信およびエネル
ギーの授受は、重複して行われる。すなわち、エネルギ
ー授受は常時行われ、これと並列にコマンド送受信およ
びデータ送受信が交互に行われる。

【００３５】先ず、第１ステージにおいては、リーダ１
００では、制御部１１０によって制御信号Ａがアクティ
ブにされて発信回路１３の並列共振回路が発振可能状態
になるとともに、送信信号Ｂは初期状態のままに維持さ
れる。これにより、発信回路１３の送信コイルＬｓ具体
的には小径コイル１３０から磁気信号Ｃが発信され、こ
の磁気信号Ｃには搬送波だけが含まれる。このとき、デ
ータ記憶体２０では、コイルＬが磁気信号Ｃを受ける
と、コイルＬからの誘導電流によって電源回路のコンデ
ンサが充電され、電源電圧Ｖccが上昇する。こうして、
この間は、リーダ１００からデータ記憶体２０へのエネ
ルギー供給のみが行われる。

【００３６】次に、第２ステージにおいては、リーダ１
００では、制御信号Ａがアクティブに保たれ、この状態
で、制御部１１０及び変調回路１２によって送信信号Ｂ
がデータ読出用コマンドに応じて周波数変調や位相変調
等される。これにより、磁気信号Ｃは搬送波が変調され
たものとなる。このとき、データ記憶体２０では、磁気
信号Ｃを受けたコイルＬからの誘導電流によって電源回
路のコンデンサが充電されるとともに、ＭＰＵ２３によ
るコマンド受理の処理が行われる。こうして、このとき
は、リーダ１００からデータ記憶体２０へのエネルギー
供給に加えて、リーダ１００からデータ記憶体２０への
コマンドの送受信も行われる。

【００３７】その後、第３ステージにおいては、リーダ
１００では、依然として制御部１１０によって制御信号
Ａがアクティブに保たれ、この状態で、送信信号Ｂが初
期状態又は他の一定状態に保持される。そこで、第１ス
テージ同様に、リーダ１００からのデータ記憶体２０へ
のエネルギー授受が行われる。また、この間のデータ記
憶体２０では、受理コマンドに応じてメモリ２４の該当
アドレスからＭＰＵ２３によって読み出された記憶デー
タが、変調回路２５及び伝送部２１により磁気信号Ｆと
されて、リーダ１００に送出される。

【００３８】この間、データ記憶体２０では、第１，第
２ステージでコンデンサに蓄えておいたエネルギーが消
費されて、電源電圧Ｖccが降下するが、消費だけでなく
充電も継続しているので、電源電圧Ｖccの降下は従来よ
りも穏やかである。磁気信号Ｆの振幅もなかなか小さく
ならない。一方、リーダ１００では、データ記憶体２０
からの記憶データが、受信回路１４及び復調回路１５を
介して、制御部１１０によって受理される。こうして、
このときは、リーダ１００からデータ記憶体２０へのエ
ネルギー供給に加えて、データ記憶体２０からリーダ１
００へのデータ送受信が行われる。

【００３９】そして、リーダ１００によるデータ記憶体
２０からの記憶データの読取が完了するまで、第２，第
３ステージの処理だけが所要回数繰り返し行われる。な
お、データ記憶体２０の返送データ長を長くしたり伝送
能力を上げたりして返送データ送信時におけるエネルギ
ー消費が多いときには、第２，第３ステージの処理に加
えて第１ステージの処理も繰り返すようにしてもよい
が、その場合でも第１ステージの期間は従来より短くす
ることができる。

【００４０】こうして、リーダ１００は、エネルギー供
給とデータ受信とを並列に行って通信用の電磁結合を利
用したエネルギー供給を行う。しかも、受信能力を強化
した構成の採用により、具体的には、大径コイル１４０
が受信コイルＬｒとして用いられ（図１（ｂ）の一点鎖
線で示した３Ｖの誘起曲線参照）、残りの小径コイル１
３０が送信コイルＬｓとして用いられた（図１（ｂ）の
二点鎖線で示した３Ｖの誘起曲線参照）ことにより、デ
ータ受信を確実に行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段の通信装置にあっては、送信コイルと
受信コイルとの径における大小関係を逆転させたことに
より、エネルギー供給中にデータ受信を行うことがで
き、しかも確実に行うことができるという有利な効果が
有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の通信装置の実施例について、その送
信コイル及び受信コイルの構造を示す模式図である。

【図２】 それとデータ記憶体との交信チャートであ
る。

【図３】 従来の通信装置の概要構成を示すブロック図
である。

【図４】 その伝送部についてのブロック図である。

【図５】 その送信コイル及び受信コイルの構造を示す
模式図である。

【図６】 それとデータ記憶体との交信チャートであ
る。

【符号の説明】

１０ リーダ（データ読取装置；通信装置） １１ 制御部 １２ 変調回路 １３ 発信回路（電磁変換回路；伝送部） １３ｃ 大径コイル（送信コイル；電磁変換素子） １４ 受信回路（電磁変換回路；伝送部） １４ｃ 小径コイル（受信コイル；電磁変換素子） １５ 復調回路 １６ プリント基板 ２０ データ記憶体（相手方通信装置） ２１ 伝送部（電磁変換回路；送受信回路） ２２ 復調回路 ２３ ＭＰＵ（マイクロコンピュータ） ２４ メモリ ２５ 変調回路 １３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ 配線 １００ リーダ（データ読取装置；通信装置） １１０ 制御部 １３０ 小径コイル（送信コイル；電磁変換素子） １４０ 大径コイル（受信コイル；電磁変換素子）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】データ受信に用いられる受信コイルと少な
   くともエネルギー供給に用いられる送信コイルとを有し
   て通信およびエネルギー供給を電磁結合により行う通信
   装置において、前記送信コイルを用いたエネルギー供給
   中に前記受信コイルを用いたデータ受信を行う手段を備
   え、前記受信コイルは、径が前記送信コイルの径よりも
   大きいものであることを特徴とする通信装置。