JPS62213430A - 信号伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 送信側にコイルを含む共振回路が設けられ、この共振回
路の共振状態が送信すべきデータに応じて切替えられる
。受信側には上記コイルと電磁誘導結合可能なコイルを
含む発振回路が設けられ。

上記両コイルの電磁誘導結合を通して、上記共振状態の
切替えに応じてその発振出力が変化し、この変化が復調
回路によって検出される。

送信側には、上記共振回路のコイルに誘起される電圧を
整流して送信側の回路に動作電圧を供給する電源回路が
設けられている。これによって。

送信側には特別の電源（すなわち電池など）が不要とな
る。

目　　　　次 （１）発明の背景 （２）発明の概要 （２，１）発明の目的 （２，２）発明の構成１作用および効果（３）実施例の
説明 （３，１）情報伝達の原理 （３，２）送、受信装置の配置関係 （３，３）送、受信装置の電気的構成および動作（１）
発明の背景 この発明は、至近距離間において信号伝達を達成するだ
めの装置に関する。

一般にワイヤレス通信のためのシステムは、送信装置と
受信装置とから構成される装置は送るべきデータないし
は情報を何らかの伝搬エネルギ媒体（キャリア）にのせ
、受信側ではキャリアを受信してそれを情報に変換する
。この通信システムは，比較的遠距離間の通信に適して
いるが，送信側の装置ではキャリアの発生，出力等のた
めに大電力の回路が必要でありかつその構成も複雑にな
り，また受信側では受信した信号を処理の前に増幅しな
ければならないなど，構成の複雑化と大型化を招いてい
た。さらに、空中を伝搬するキャリア相互間の干渉のた
めに隣接して多くの送，受信装置を配置すると混信する
という問題も生じていた。

至近距離，たとえば数（至）程度の間の情報伝達のため
には，上記のような大規模の通信装置は不要であり，そ
れにふさわしい情報伝達装置の実現が望まれている。

（２）発明の概要 （２．１）発明の目的 この発明は，数ｃｍ程度またはそれ以下の至近距離間の
情報伝達に適し，かつ構成の簡素化，小型化を図ること
ができる信号伝達装置を提供することを目的とする。

（２．２）発明の構成．作用および効果この発明による
信号伝達装置は，共振状態を切替えるスイッチング素子
とコイルとを含む共振回路．送信すべきデータに応じて
上記スイッチング素子を制御する制御回路．および上記
コイルに誘起される電圧を整流して上記制御回路に動作
電圧を供給する電源回路を備えた送信装置，ならびに上
記共振回路のコイノμと電磁誘導結合可能なコイルを含
む発振回路，およびこの発振回路の出力の変化を検出す
る復調回路を備えた受信装置から構成されていることを
特徴とする。

この発明による信号伝達装置においては，送信装置側で
は，キャリアを発生するための回路。

キャリア送出のためにアンテナ等を励振するための増幅
回路等が不要であり，低消費電流化，構成の簡素化，小
型化を図ることができる。さらに。

送信装置側では，共振回路のコイルに誘起される電圧を
利用してその動作電力を得るようにしているので．バッ
テリイや電池等の特別の電源が不要となる。これによっ
て、電池の交換等のメンテナンスが不要となり．信頼性
も高まる。また、電池等を省略することが可能となるか
ら送信装置を移動体等に取付けて移動体と固定側との間
の通信に適用することができる。一方，受信装置側では
発振回路の出力状態が送信データに対応して変化するた
め，従来のような受信増幅回路等が不要となり，構成が
簡素となる。さらに、送信側の共振回路の上記コイルと
受信側の発振回路のコイルとの間の電磁結合を利用して
いるために，至近距離間での情報の伝達に適し，また伝
播エネルギが放射されることは殆んどなく，装置相互間
での混信または他の機器に与える誘導障害等の発生を防
止することが可能である。

（３）実施例の説明 （３．１）情報伝達の原理 第１図は，２つのコイル間の電磁誘導結合を利用した信
号伝達装置において，データないしは情報を伝達する原
理を示すものである。

発振回路１はＬＣ発振回路であって，そのコイル（イン
ダクタンス）Ｌ　および抵抗性『１が特■ 別に引出されて示されている。共振回路２は，コイルし
　およびコンデンサ（容量）Ｃ２のリアクタンス素子が
直列に接続され．その閉ループにスイッチＳＷが設けら
れることによって構成されている。上記リアクタンス素
子の抵抗性ｒ２も図示されている。このような発振回路
１のコイルＬ１と共振回路２のコイルＬ２とが対向し，
相互誘導係数Ｍによって電磁誘導結合している。

以上の回路構成において，スイッチＳＷが閉じていると
き（スイッチＳＷオン）、発振回路１のコイルＬ１の両
端ａ−ａから共振回路２をみたインピーダンスＺ１は次
式で表わされる。

２１″″ｒｌ＋ｊωＬ１ 十ω２Ｍ２／［ｒ　＋ｊ　（ωＬ２−１／ωＣ２）］［
ω２　Ｃ２ｒ　　２　＋（ω２　ＣＬ　　−１）２　］
（ωＣｒ　　＋（ω２ＣＬ　　−１）”）］）この式か
らも明らかなように１発振回路１のコイルし　に共振回
路２のコイルＬ２を誘導結合させると、一般論としては
１発振回路１の発振コイルの損失抵抗を増大させ、実効
インダクタンスを変化（増減）させるが、さらに具体的
に検討すると次のようになる。

（１）発振回路１の発振周波数ｆ１と共振回路２の共振
周波数ｆ２とが等しいとき（ｆｌ−ｆ２）この場合には
、損失抵抗が最大になるが、しかし実効インダクタンス
は変化しない。共振回路１の発振周波数ｆ１も変化しな
い。

（２）発振回路１の発振周波数ｆ１と共振回路２の共振
周波数ｆ　とが異なるとき（ｆ　≠ｆ　１両周波数は比
較的近い） この場合には、損失抵抗は増大するが上記（１）の場合
に比べてその増大量は少なく、むしろ実効インダクタン
スが変化する。実効インダクタンスの変化は上記周波数
ｆ、ｆ２の大小関係によっ■ て異なり１次のような傾向を示す。

ｆ　＜ｆ２の場合には実効インダクタンスが増大する。

これによって発振回路１の発振周波数が低くなる。これ
を（ｆ、−ΔＦ）と表わせば。

（ｆ、−ΔＦ）＜ｆｌ＜ｆ２の関係が成立つ。

ｆ　＞ｆ２の場合には実効インダクタンスが減少し１発
振回路１の発振周波数が高くなる。これを（ｆｌ＋ΔＦ
）で表わせば、（ｆｌ＋ΔＦ）＞ｆ　＞ｆ２の関係を得
る。

■ スイッチＳＷが開いているとき（スイッチＳＷオフ）に
は、共振回路２の存在は発振回路１には殆んど影響を与
えない。

したがって、共振回路２におけるスイッチＳＷをオン、
オフすると、これに応じて、上述の条件にしたがって１
発振回路１の発振出力の特性（振幅や周波数）が変化す
る。これを振幅復調または周波救世、’ｌ！すると、塩
１週された信号はスイッチＳＷのオン、オフ状態を表わ
していることになる。

以上のようにして、何らかの情報を共振回路２のスイッ
チＳＷのオン、オフ状態で表わしたときには、この情報
は発振回路１においてはその発振出力の変化として現わ
れるので、共振回路２側がら発振回路１側に上記情報が
伝達されることになる。具体的には上述の周波数ｆ　　
、ｆ　　は　１ｏ。

〜５００Ｋ　Ｈｚ程度の範ｕｌｌＩのものが使用されよ
う。

また、２つのコイルＬ　とＬ２の間の間隔は最大５　ｃ
ｍ　＜らいである。

（３，２）送、受信装置の配置関係 第２図は、信号伝達装置を構成する送信装置２゜と受信
装置ｉ！２１０との配置関係を示すものである。

受信装置１０は、受信ヘッド１１と受信信号を処理する
信号処理回路Ｉ２とから構成され、これらが伝送線で結
ばれている。もっとも、受信ヘッド１１を鎖線で示す信
号処理回路１２のケースないしはハウジングに内蔵する
ように【７てもよい。

送信装置２０と受信装置１０（またはその受信ヘッド１
１）とは、至近距離をおいて対向するように配置、固定
されるか、または装置２ｏもしくは１ｏの少なくともい
ずれか一方が移動するように構成される。たとえば、送
信装置２ｏが矢印Ｙ１で示すように受信装置１０の前を
横切るように移動するが、または矢印Ｘ１で示すように
受信装置１１に接近する方向に移動するときには１両装
置１ｏと２０とが接近したときに上述した情報伝達原理
に基づいて送信装置２０から受信装置１０にデータない
しは情報が伝達される。

送信装置２０が移動する態様では、送信装置２゜は、搬
送装置によって搬送されるパレット、箱または物品等に
取付けられるが、または無人搬送車等に取付けられる。

受信装置１０を移動させるようにしてもよいし。

両方の装置■０と２０を移動させるようにしてもよい。

上述した発振回路１は受信ヘッド１１（受信装置１０）
内に、共振回路２は送信装置２ｏ内にそれぞれ収められ
ている。これらの受信へラド１１および送信装置２０は
、第３図に示すようにコイルＬ１゜Ｌ２をそれらのケー
ス１９．２９の一部内にそれぞれ備えている。これらの
装置１０（１１）と２０が第２図に示すように配置、固
定されたときに、または装置１０（１１）と２０とが接
近したときに、これらのコイルＬ、Ｌ２が対面し相互に
電磁誘導結合する。情報伝達が充分にてきうるようにコ
イルＬ　　、Ｌの誘導結合可能な距離ｄ（たとえば数ｃ
ｍ）をできるだけ大きくとるために、コイルＬ　　、Ｌ
２の周辺には高透磁率のコア（たとえばフェライト・コ
ア）１８．２８がそれぞれ使用されている。

（３，３）送、受信装置の電気的構成および動作送信装
置と受信装置との間の信号伝達は、上述の情報伝達の原
理にしたがって、大別すると１周波数復調方式および振
幅復調方式によって行なわれるが１周波数復調方式の具
体例について以下に説明する。この発明は振幅復調方式
の装置にも適用可能であることはいうまでもない。

第４図は１周波数復調方式で動作する信号伝達装置の電
気的構成を示しており、この装置は送信装置＋！４′２
０と受信装置ＩＯとから構成されている。第５図は、そ
の動作を示す波形図である。

第４図において、送信装置！￥２０は共振回路２を含ん
でおり、この共振回路２は、コイルＬ２に対してコンデ
ンサ回路が直列に接続されてなる。コンデンサ回路は、
２つのコンデンサＣ２と０３が並列に接続されることに
より構成され、コンデンサＣ３にスイッチング素子２１
　（たとえば半導体スイッチング素子）が直列に接続さ
れている。

送信すべきデータは制御回路２２に含まれるメモリに記
憶されている。制御回路２２はメモリからデータを読出
し、それをシリアルな信号ＳＤに女換し、この信号ＳＤ
によってスイッチング素子２１のオン、オフを制御する
。

メモリとしては不揮発性メモリが好ましく。

たとえば電気的に書替え可能なＥＥＦＲＯＭ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａａ
ａ＋ａｂｌｅ　ＲｅａｄＯｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ　）を
使用することが好ましく、データがパラレルに読出され
るものの場合にはさらに制御回路２２内にＰ／Ｓ　（パ
ラレル／シリアル）変換回路が備えられる。

メモリとして、複数の多極スイッチ（たとえばディップ
・スイッチ）を採用してもよい。データの各ビットはこ
のスイッチの位置（状！ｆｊ、）として記憶される。こ
のスイッチの状態が並列人力直列出力シフト・レジスタ
に読取られ、このシフト・レジスタからシリアル信号と
してデータが出力される。

発振回路１のコイルＬ１と電磁誘導結合した共振回路２
のコイルＬ２に誘起される電圧を利用して、送信装置２
０例の動作電圧を得るために１倍電圧整流回路２７が設
けられている。この回路２７はコンデンサとダイオード
の組合せによって構成され、コイルＬ２の誘起電圧Ｅを
六方とする。この整流回路２７の出力電圧Ｖ　は、スイ
ッチング素子２１および制御回路２２にその動作電圧と
して供給される。

共振回路２のスイッチング索子２１は送信すべきデータ
を構成する各ビットによってシリアルにオン、オフ制御
される。スイッチング索子２１の制御信号ＳＤと、デー
タの各ビットの値（１または０）と、スイッチング索子
２１の状態（オンまたはオフ）とが第５図に示されてい
る。第５図には第４図の回路から出力されるその他の波
形も示されている。整流回路２７の出力Ｖ　は、後述す
るように送信装置２０が受信装置ＩＯに接近してきた状
態のものとして表現されている。

スイッチング素子２１がオフのときには共振回路２はＬ
　と０２の直列共振回路となり、その共振周波数ｆ２は
。

ｆ桐／［２π（ＬＣ）］ で与えられる。

スイッチング素子２１がオンのときには、共振回路２は
Ｌ　と（Ｃ２１１Ｃ３）の直列共振回路となす、その共
振周波数ｆ３は、　・ ｆ　　−１／［２π（Ｌ２（Ｃ２＋０３））１／２］で
与えられる。

一方、受信装置１０において１発振回路１はコイルＬ１
を含んでおり、その発振周波数ｆ１は、上述の共振周波
数ｆ　　、ｆ　　と異なる値に設定されている。したが
って、共振回路２のコイルＬ２がこの発振回路１のコイ
ルＬ１に近接して相互に誘導結合すると２発振コイルの
実効インダクタンスが変化するのでその発振周波数にｆ
±ΔＦの周波数偏移が与えられる。この周波数偏移量は
、スイッチング索子２１がオンのときと、オフのときと
で異なり、オフのときの発振回路１の発振周波数をｆ　
　オンのときのそれをｆ１３でそれぞれ表わ１２′ す。この周波数−移の様子が発振回路１の発振信号（出
力信号）Ａとして第５図に示されている。

第５図の信号Ａの周期は、コイルＬ２に誘起される信号
Ｅの周期と同じように、信号ＳＤの周期に比べてかなり
拡大して描かれている。

コイルＬ　とＬ２との結合によって発振コイル■ の損失抵抗も上述したように増大するが９発振回路１は
この損失の増大にもかかわらず発振状態が充分に維持で
きるように構成されている。

発振回路１の出力Ａは周波数復調回路１３に送られる。

この回路１３はたとえばＦ　Ｓ　Ｋ　（Ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙＳｈ１１’ｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）回路から構成され２
発振出力Ａ中からその変、″Ｊ！Ｊ信号Ｒが抽出される
。この信号Ｒは。

第５図に示されるように、スイッチング素子２１のオン
、オフ状態、すなわちメモリ２３に記憶されているデー
タを表わしている。

第６図は、送信装置２０が移動してきて（第２図の矢印
Ｙ１の移動方向）、受信装置ｌＯと対向する様子を示し
ている。このように送信装置２０と受信装置１０とのい
ずれか一方が移動して両装置１０．２０が接近してきた
場合の第４図の装置の動作は次のようになる 第４図から第６図を参照して１時刻ｔ−Ｔｏの時点では
２両コイルＬ　とＬ２とが誘導結合するはどに両装置２
０とＩＯは近づいていない。装置２０が装置１０にさら
に接近すると、コイルＬ２とＬｌとが結合されはじめ、
共振回路２のコイルＬ２には発振回路１０の発振によっ
て電圧信号Ｅが誘起され、これが整流回路２７で整流、
平滑される。回路２７の供給する動作電圧Ｖ　があるし
きい値Ｖ１を超えると（時刻ｔ−Ｔ、）、制御回路２２
が動作を開始する。制御回路２２はメモリ内のデータを
読出してそのデータに基づいてスイッチング素子２１の
オン、オフを制御する。スイッチング索子２１のオン、
オフ状態は装置ＩＯ側の復調回路１３で検出されるのは
」二連したとおりである。

上記実施例において、ｆ−ｆ　　またはｆ、−ｆ３とし
てもよい。

上記実施例では、共振回路２のコンデンサ回路における
コンデンサＣ、Ｃをスイッチング素子２１によって切替
えるようにしているが、第１図に示した原理図と同じよ
うに、または第７図に示すように、共振回路を開閉する
ようにしてもよい。スイッチング素子２１がオフとなっ
たときに整流回路２７には誘起電圧Ｅは与えられないの
で、この回路２７は充分に蓄電容量の大きなものである
ことが好ましい。

また、２以上のスイッチング素子を設けて２以上の共振
回路接続の切替えを行なうようにすると、２値のみなら
ず多値情報を伝達することが可能となり、２値の場合で
あっても２ビット以上の情報を一度に送受することがで
きるようになる。

さらに、第８図および第９図に示すように。

発振回路の発振コイルの実効インダクタンスに変化を与
える手段として、共振回路の尖鋭度Ｑ（−ωＬ／Ｒ）を
変化させるようにすることもできる。第８図および第９
図では、スイッチング索子２１のオン、オフによって抵
抗Ｒの接続を切替えるようにしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は情報伝達の原理を説明するための回路図である
。 第２図は送、受信装置の配置関係を示すものであり、第
３図は誘導結合する２つのコイルを示す断面図である。 第４図はこの発明の実施例を示す信号伝達装置の電気的
構成を示子回路図、第５図はその動作を示す波形図、第
６図は送信装置と受信装置が接近する様子を示す図であ
る。 第７図から第９図は共振回路の変形例を示す回路図であ
る。 １・・・発振回路、　　　２・・・共振回路。 １０・・・受信装置、１３・・・Ｆ　Ｍ復調回路。 ２０・・・送信装置、２１・・・スイッチング素子。 ２２・・・制御回路、２７・・・整流回路（電源回路）
。 Ｌ　、Ｌ２・・・コイル。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　　弁理士　牛　久　健　間外１名 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｒ：、　　　！　　Ｈ； 第６図 （Ａ）↑＝″ｒｏ　　　　　（Ｂ）　ｔ−”ｒ；第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 共振状態を切替えるスイッチング素子とコイルとを含む
   共振回路、送信すべきデータに応じて上記スイッチング
   素子を制御する制御回路、および上記コイルに誘起され
   る電圧を整流して上記制御回路に動作電圧を供給する電
   源回路を備えた送信装置、ならびに 上記共振回路のコイルと電磁誘導結合可能なコイルを含
   む発振回路、およびこの発振回路の出力の変化を検出す
   る復調回路を備えた受信装置、から構成される信号伝達
   装置。