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技術 磁界型空中線

出願人 株式会社ジェーエッチシー大阪
発明者 亀田勝裕
出願日 1999年11月11日 (20年7ヶ月経過) 出願番号 1999-321473
公開日 2001年5月25日 (19年1ヶ月経過) 公開番号 2001-144521
状態 未査定
技術分野 送受信機 線状基本アンテナ
主要キーワード 切離し回路 並列抵抗成分 端子回路網 実施回路 LC並列回路 LC直列回路 阻止回路 電磁界成分
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年5月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

従来方式では各々共振周波数の異なる送信用磁界型空中線受信用磁界型空中線の2種を有しなければならず、空中線間の相互結合に依り回路Qが抑圧される現象、又これに依り誘導成分自体をも変化を受ける為に共振条件が変化してしまう現象等の電気的影響が避けられず、これらの影響を低減しようとすれば必然的に各配置面積を広く取らざるを得ない。

解決手段

本発明においては1つの磁界型空中線のみで送信用、受信用としての機能を満たせ得る回路構成を提供する事で、従来方式が有した不具合事項をほぼ払拭し得るものである。即ち、磁界型空中線が1つで済む為に空中線の物理割当面積縮小できる事、送信周波数及び受信周波数の共振条件をほぼ独立して設定できる事、送信端受信端間に高い分離特性を有する為、送信電力受信入力端に漏れる量を最小化できる事等、従来方式に比して極めて高い優位性を実現し得たものである。

概要

背景

磁界成分を用いて無線電力伝送を行う方式の基本原理は、所謂トランスフォーマであり、電力送り手である送信用磁界型空中線をトランスフォーマの1次コイルと見做し、受信用磁界型空中線をトランスフォーマの2次コイルと見做して電力の伝送を行うものである。又、その受信電力で駆動した能動回路より送り出される信号情報周波数の異なる他の送信用磁界型空中線より他の受信用磁界型空中線へと伝送される。係る方式に於いては各装置が各々共振周波数の異なる送信用磁界型空中線と受信用磁界型空中線の2種を有しなければならない。

概要

従来方式では各々共振周波数の異なる送信用磁界型空中線と受信用磁界型空中線の2種を有しなければならず、空中線間の相互結合に依り回路Qが抑圧される現象、又これに依り誘導成分自体をも変化を受ける為に共振条件が変化してしまう現象等の電気的影響が避けられず、これらの影響を低減しようとすれば必然的に各配置面積を広く取らざるを得ない。

本発明においては1つの磁界型空中線のみで送信用、受信用としての機能を満たせ得る回路構成を提供する事で、従来方式が有した不具合事項をほぼ払拭し得るものである。即ち、磁界型空中線が1つで済む為に空中線の物理割当面積縮小できる事、送信周波数及び受信周波数の共振条件をほぼ独立して設定できる事、送信端受信端間に高い分離特性を有する為、送信電力受信入力端に漏れる量を最小化できる事等、従来方式に比して極めて高い優位性を実現し得たものである。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

500KHz以下の中、長波帯を用いて相互に無線通信を行う機器に使用されるループ状空中線、所謂磁界型空中線に関し、送信用受信用と別々に設置されるべき磁界型空中線を一つの磁界型空中線のみを用いて分波回路により送信用、受信用と各々独立して共振させる事に依り、1種の磁界型空中線のみで送信用、受信用磁界型空中線の機能を同時に満足せしめ得る回路構成を成し、その回路動作は、送信端より磁界型空中線を見た場合には送信周波数に共振していると見做せ、且つ受信端より磁界型空中線を見た場合には受信周波数に共振していると見做せ、更に送信端と受信端間には相互周波数に於いて充分な分離特性を有する回路構成を有して成る磁界型空中線。

技術分野

0001

本発明は、500KHz以下の中、長波帯を用いて相互に無線通信を行う機器に使用されるループ状空中線、所謂磁界型空中線に関する。一般的に当該周波数を用いて機能する機器としては、内部に電池等の電源を内蔵しない非接触カードコンピュータ入力装置としてのコードレスマウス等が有るが、これらは何れも空中線が放射する静電界成分磁界成分電磁界成分の内の磁界成分を用いて無線電力伝送を行う方式を採用し、その目的の為に2つの磁界型空中線を送信用受信用と別々に設置している。コードレスマウスに例を取るならば、マウスパッドよりマウスに送信用磁界型空中線で無線電力伝送を行い、マウスからの各種動作情報を受信用磁界型空中線で受けるという構成をもって機能するものの技術分野に属する。

背景技術

0002

磁界成分を用いて無線電力伝送を行う方式の基本原理は、所謂トランスフォーマであり、電力送り手である送信用磁界型空中線をトランスフォーマの1次コイルと見做し、受信用磁界型空中線をトランスフォーマの2次コイルと見做して電力の伝送を行うものである。又、その受信電力で駆動した能動回路より送り出される信号情報も周波数の異なる他の送信用磁界型空中線より他の受信用磁界型空中線へと伝送される。係る方式に於いては各装置が各々共振周波数の異なる送信用磁界型空中線と受信用磁界型空中線の2種を有しなければならない。

発明が解決しようとする課題

0003

筐体内に設置された各々共振周波数の異なる送信用磁界型空中線と受信用磁界型空中線は、その相対的物理位置が充分に離れて設置が可能であれば相互に影響し合う事は少ないが現実には相当近接して設置せざるを得ない為、送信用磁界型空中線及び受信用磁界型空中線は相互結合に依り回路Qが抑圧され、更に誘導成分自体をも変化を受ける為に共振条件が変化してしまう等、電気的影響が避けられない。又、これらの影響を低減しようとすれば必然的に各配置面積を広く取らざるを得ない。

課題を解決するための手段

0004

本発明は、磁界型空中線を送信用、受信用と2つ配置しなければならない事より生じる回路Qの低下、相互結合に拠る誘導成分の変化、必要配置面積の増大等の問題を取り除く手段として、単に1つの磁界型空中線を用いながら送信用、受信用と各々の目的周波数共振させ、且つ送信用端と受信用端間に充分な分離特性を持たせる事のできる回路を付加する事で、係る課題を解決させ得る回路構成を提供するものである。本発明の回路構成に於いては、送信端より磁界型空中線を見た場合には送信周波数のみに共振しているが如く見え受信端より磁界型空中線を見た場合には受信周波数のみに共振しているが如く見えると共に、送信端から受信端又はその逆を見た場合、送信周波数点及び受信周波数点に於いて高い非伝送特性を示す。この様な特性を示す本回路構成は次の様な各受動素子より成る。送信端より磁界型空中線を見た場合、磁界型空中線を送信周波数に共振させる為の容量成分と、受信端より見た場合の送信端切離し回路としての受信周波数に共振した並列阻止回路が用いられる。受信端より磁界型空中線を見た場合、磁界型空中線を受信周波数に共振させる為の容量成分と、送信端より見た場合の受信端切離し回路としての送信周波数に共振した並列阻止回路及び直列阻止回路が用いられる。送信端と異なり受信端に2種の阻止回路が用いられる理由は、送信端に送り込まれた強力な電力がなるべく受信端に現れない様にする為であり、送信端は受信端よりの電力的影響を受けないことに由る。上記3種の各阻止回路に依り、送信端と受信端間は送信周波数点と受信周波数点に於いて高い分離特性を有する。本発明に於いて使用する並列阻止回路は共振周波数において回路を切離すスイッチと見做せる特性を示し、直列阻止回路は共振周波数において回路を短絡するスイッチと見做せる特性を示すものであり、以下の計算式に依りその動作を証明する事ができる。なお計算の煩雑さを避ける為にLは直列抵抗成分を有さない理想インダクタンスとし、Cは並列抵抗成分を有さない理想キャパシタンスとし、ωは2πfとする。LのインピーダンスをjωL、Cのインピーダンスを1/(jωC)で表したときのLC並列回路は次の様に計算される。本発明は、磁界型空中線を送信用、受信用と2つ配置しなければならない事より生じる回路Qの低下、相互結合に拠る誘導成分の変化、必要配置面積の増大等の問題を取り除く手段として、単に1つの磁界型空中線を用いながら送信用、受信用と各々の目的周波数に共振させ、且つ送信用端と受信用端間に充分な分離特性を持たせる事のできる回路を付加する事で、係る課題を解決させ得る回路構成を提供するものである。本発明の回路構成に於いては、送信端より磁界型空中線を見た場合には送信周波数のみに共振しているが如く見え、受信端より磁界型空中線を見た場合には受信周波数のみに共振しているが如く見えると共に、送信端から受信端又はその逆を見た場合、送信周波数点及び受信周波数点に於いて高い非伝送特性を示す。この様な特性を示す本回路構成は次の様な各受動素子より成る。送信端より磁界型空中線を見た場合、磁界型空中線を送信周波数に共振させる為の容量成分と、受信端より見た場合の送信端切離し回路としての受信周波数に共振した並列阻止回路が用いられる。受信端より磁界型空中線を見た場合、磁界型空中線を受信周波数に共振させる為の容量成分と、送信端より見た場合の受信端切離し回路としての送信周波数に共振した並列阻止回路及び直列阻止回路が用いられる。送信端と異なり受信端に2種の阻止回路が用いられる理由は、送信端に送り込まれた強力な電力がなるべく受信端に現れない様にする為であり、送信端は受信端よりの電力的影響を受けないことに由る。上記3種の各阻止回路に依り、送信端と受信端間は送信周波数点と受信周波数点に於いて高い分離特性を有する。本発明に於いて使用する並列阻止回路は共振周波数において回路を切離すスイッチと見做せる特性を示し、直列阻止回路は共振周波数において回路を短絡するスイッチと見做せる特性を示すものであり、以下の計算式に依りその動作を証明する事ができる。なお計算の煩雑さを避ける為にLは直列抵抗成分を有さない理想インダクタンスとし、Cは並列抵抗成分を有さない理想キャパシタンスとし、ωは2πfとする。LのインピーダンスをjωL、Cのインピーダンスを1/(jωC)で表したときのLC並列回路は次の様に計算される。
jωL//(1/(jωC))=jωL・(1/(jωC))/(jωL+(1/(jωC)
))
=(L/C)・(jωC/(−ωωLC+1))
=jωL/(−ωωLC+1)・・・1式
1式に於いてjωL=(1/(jωC))の状態、即ち共振したとすると1式の分母項に有るωωLCは1と成り分母項はと成る。故に1式は共振周波数に於いて無限大のインピーダンス性を示し、結果、回路を開放したと同義と成る。LのインピーダンスをjωL、Cのインピーダンスを1/(jωC)で表したときのLC直列回路は次の様に計算される。
jωL+(1/(jωC))=(jjωωLC+1)/jωC
=(−ωωLC+1)/jωC・・・2式
2式に於いてjωL=(1/(jωC))の状態、即ち共振したとすると2式の分子項に有るωωLCは1と成り分子項は零と成る。故に2式は共振周波数に於いて零のインピーダンス性を示し、結果、回路を短絡したと同義と成る。

発明を実施するための最良の形態

0005

本発明を実施するに当り、説明上の前提条件として送信周波数は受信周波数より充分に高い周波数であるものとする。送信端より磁界型空中線方向を2端子回路網として見た場合、まず磁界型空中線の誘導成分(Lant)とで送信周波数に共振する為の容量成分(Ct3)が並列に接続される。次に、受信周波数に共振した誘導成分(Lr1)と容量成分(Cr1)で成る並列回路が直列に磁界型空中線へと接続される。この並列回路は受信周波数に於いて送信端と受信端とを切離すが、前提条件として送信周波数は受信周波数より充分に高い周波数であるので、送信周波数に於いては容量性を示して伝送路繋ぐ。受信端より磁界型空中線方向を2端子回路網として見た場合、まず磁界型空中線の誘導成分(Lant)とで受信周波数に共振する為の容量成分(Cr2)と送信周波数に共振した誘導成分(Lt2)と容量成分(Ct2)とで成る直列回路が各々並列に接続される。次に、送信周波数に共振した誘導成分(Lt1)と容量成分(Ct1)とで成る並列回路が直列に磁界型空中線へと接続される。この並列回路は送信周波数に於いて送信端と受信端とを切離すが、前提条件として受信周波数は送信周波数より充分に低い周波数であるので、受信周波数に於いては誘導性を示して伝送路を繋ぐ。なお送信周波数に共振した誘導成分(Lt2)と容量成分(Ct2)とで成る直列回路は送信周波数に於いて伝送路を短絡するが、受信周波数に於いては容量性を示してCr2と共に受信周波数に共振する条件を満たす為の容量分の一部を構成する。目的とする初期回路特性を満たす為に使用された各種阻止回路は、等価的に共振周波数以外に於いて容量性若しくは誘導性を示す事より、各共振条件を同時に全てを満たす為の定数計算は相当煩雑であり、又素子製造誤差等も無視できない為、実際的には実験の結果より具体的定数値を求めざるを得ない。

0006

発明の効果

0007

従来方式が各々共振周波数の異なる送信用磁界型空中線と受信用磁界型空中線の2種を有しなければならず、空中線間の相互結合に依り回路Qが抑圧される現象、又これに依り誘導成分自体をも変化を受ける為に共振条件が変化してしまう現象等の電気的影響が避けられず、これらの影響を低減しようとすれば必然的に各配置面積を広く取らざるを得ないという隘路事項を、本発明においては1つの磁界型空中線のみで送信用、受信用としての機能を満たせ得る回路構成を提供する事で、従来方式が有した不具合事項をほぼ払拭し得るものである。即ち、磁界型空中線が1つで済む為に空中線の物理割当面積縮小できる事、送信周波数及び受信周波数の共振条件をほぼ独立して設定できる事、送信端と受信端間に高い分離特性を有する為、送信電力受信入力端に漏れる量を最小化できる事等、従来方式に比して極めて高い優位性を実現し得たものである。

図面の簡単な説明

0008

図1本発明の実施例による、実施回路図である。
図2本発明の実施例による、送信端共振特性である。
図3本発明の実施例による、受信端共振特性である。
図4本発明の実施例による、送信端と受信端間の分離特性である。

--

0009

Lant:磁界型空中線、Ct3:送信周波数での共振条件を与える容量成分、Lr1:受信周波数阻止用並列回路の誘導成分、Cr1:受信周波数阻止用並列回路の容量成分、Lt1:送信周波数阻止用並列回路の誘導成分、Ct1:送信周波数阻止用並列回路の容量成分、Lt2:送信周波数阻止用直列回路の誘導成分、Ct2:送信周波数阻止用直列回路の容量成分、Cr2:受信周波数での共振条件を与える容量成分。

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