JPS62213432A - 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 送信側に第１のコイルを含む第１の共振回路が設けられ
、この第１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、第１のコイルと電磁
誘導結合可能な第２のコイルを含む第１の発振回路が設
けられ、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。

このような信号伝達装置において、送信側に特別の電源
（＠池等）を設けなくてすむように、電源供給手段が設
けられている。この電源供給手段は、第３のコイルを含
む第２の発振回路と、第３のコイルに電磁誘導結合可能
な第４のコイルを含む第２の共振回路と、第２の共振回
路に誘起される電圧を整流する整流回路とから構成され
ている。

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）周波数復調ｈ゛式 （３，４）振巾復調方式 （３，５）実施例 （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た
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
受信装置とがら構成され、送信装置側では送るべきデー
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
設雑になり、また受信側では受信した信号を処ｆ士の前
に増幅しなければならないなど、構成の１（准化と大型
化を招いてた。さらに、空中を伝搬するキャリア打１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ら生じていた。

至近距離、たとえば数Ｃｍ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
にふされしい情報伝達装置の実現が望まれている。

（２）発明のＩｔｅＥ要 ＜２．１）発明の目的 この発明は、数σ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１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
と第１のコイルとを含む第１の共振回路、および送信す
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
御回路を備えた送信手段、上記第１のコイルと電磁誘導
結合可能な第２のコイルを含む第１の発振回路、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
受信手段、ならびに電力供給用の第３のコイルを含む第
２の発振回路、第３のコイルと電磁誘導結合可能な第４
のコイルを含む第２の共振回路、および第２の共振回路
に誘起される電圧を整流する整流回路を備えた送信手段
の動作電力供給手段を備えていることを特徴とする。

この発明によると、送信側では、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。低消費電流であるために、上述の動作電力供給手段
によって送信側の動作電力を得ることができ、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。また、受信側では発振回路
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、送信側の第１の共振回路の第１のコイルと
受信側の第１の発振回路の第２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
の発生を防市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通
信装置において、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）Ｌｌおよび抵抗分子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Ｌ２およびコンデ
ンサ（容量）　Ｃ２のり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ｔＭ成されている。上記リアクタンス素子の抵抗分
子２も図示されている。このような発振回路１のコイル
Ｌｓ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８ｗオン）９発振回路１のフィルＬ１の両
端ａ−ａがら共振回路２をみたインピーダンスＺ１は次
式で表わされる。

Ｚ、　−ｒ、　＋ｊωＬ。

＋０２Ｍ２１［「２＋ｊ（ωＬ２−１／ωＣ２）］＝　
ｒ　＋ω’　Ｍ２Ｃ２２ｒ２／ ［ω２Ｃ２ｒ２＋（ω２ＣＬ−１）２］＋ｊω（Ｌｌ−
［０２０２Ｍ２（ω２ｃ２Ｌ２−１）／（ωＣ「　＋（
ω２ＣＬ　−１）２）］１この式からも明らかなように
１発振回路１のコイルＬ１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　２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２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。

（ｆｉ−ΔＦ）くｆｌくｆ２の関係が成立つ。

ｆｌ＞ｆ、、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（ｆ　＋Δ
Ｆ）で表わせば、（ｆ、＋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数復調すると、復調され
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側から発振回路１側に上記情報が
伝達されることになる。具体的にはＪ−述の周波数ｆ　
　、ｆ　　は１００〜５００ＫＨｚ程度の範囲のものが
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　ａ
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２０と受信
装置１０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１２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
ようにしてもよい。

送信装ｇｔ２Ｑと受信装置１０（またはその受信へラド
１１）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２０もしくはｌＯ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２０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か、または矢印Ｘ１で示すよう
に受信装置１０に接近する方向に移動するときには１両
装置１０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２０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
取付けられるか、または無人搬送用等に取付けられる。

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ＩＯ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は受信へラド１１（受（＝装置１０
）内に、共振回路２は送信装置２０内にそれぞれ収めら
れている。これらの受信ヘッド１１および送信装置２０
は、第３図に示すように信号伝達のためのコイルＬ、Ｌ
２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１Ｏ（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（１
１）と２０とが接近したときに、これらのコイルＬ　　
、Ｌ　　が対面し相互に電磁誘導結合する。情報伝達が
充分にできつるようにコイルＬ　　、Ｌ　　の誘導結合
可能な距離ｄ（たとえば数ｃｍ）をできるだけ大きくと
るために、コイルＬ　、Ｌ２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。

両装置ＩＯと２０との間の通信は」二連の情報伝達の原
理にしたがって、大別すると１周波数復１週方式および
振幅復調方式によって行なわれる。以下に、これら２つ
の方式について詳述する。

（３，３）周波数復調方式 第４図は１周波数復調力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２０と受信
装置１０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ｒべきデータはメモリ２３に記憶されている。制御
回路２２はメモリ２３からデータを読出し。

それをシリアルな信号ＳＤに変換し、この信号ＳＤによ
ってスイッチング素子２１のオン、オフを制御するもの
である。データの読出しは、クロック信号発生回路２４
から出力されるクロック信号に同期して行なわれる。

メモリ２３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ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｏｃ
ｔｒｉｃａｌｌｙ　　Ｅｒａｓａｂｌｃ　　Ｐｒｏｇｒ
ａｍａ＋ａｂｌｃ　　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、データがシリ
アルに読出されるものの場合には制御回路２２は読出し
たコードに応じてスイッチング素子２１を駆動するもの
であればよい。

メモリ２３として、■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（状態）として記憶される。この
スイッチの状態が並列入力直列出力シフト・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。

いずれにしても、共振回路２のスイッチング素子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、
スイッチング素子２■の状７！！（オンまたはオフ）と
が第５図に示されている。

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

！／２ ｆ　　　−１／［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（０２１１Ｃ３）の直列共振回路となす、その共
振周波数ｆ３は。

ｆ　　−１／［２π（Ｌ　　（Ｃ＋Ｃ））’／２］で与
えられる。

一方、受信装置ＩＯにおいて１発振回路１はコイルＬ　
を含んでおり、その発振周波数ｆ１は、」−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Ｌｌに近接して相互に誘導結合すると１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、スイッチング素子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ｆｌ３でそれぞれ表わす。この
周波数偏移の様子が発振回路１の出力信号Ｓｆとして第
５図に示されている。第５図の信号Ｓｆの周期は信号Ｓ
Ｄの周期に比べてかなり拡大して描かれている。

コイルＬ１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１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Ｓｆは周波数復調回路１３に送られる
。この回路［３はたとえばＦ　Ｓ　Ｋ　（Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙＳｈｉｌ’ｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）回路から構成され
１発振出力Ｓｆ中からその変調信号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。

変調信号Ｒは、デコーダ１４でＳ／Ｐ変換、データ・エ
ラー判定などが行なわれ、所定のデータ単位に変換され
る。デコーダ１４からのデータ出力は必要であれば表示
器ＩＢにモニタ表示されるとともに、受信装置ＩＯから
インターフェイス１５を介して、他の機器、たとえばこ
の発明が物品の供給のために利用された場合には、コン
ベア・ライン」−の振分は装置や仕分は装置にシリアル
信号としてまたはパラレル信号として伝送される。

、ｈ記実施例において、ｆｌ−ｆ２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をスイッチング索子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６図に示すように、共振回路を開閉する
ようにしてもよい。

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７図および第８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７図および第８
図では、スイッチング素子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。

（３，４）振幅復調方式 振幅復調１１式を採用した信号伝達装置の例が第９図に
示されている。この図において、第４図に示すものと同
一物には同一符号が付けられている。また、第９図の各
部の波形が第１０図に示されている。

共振回路２は、コイルＬ　とコンデンサＣ２とスイッチ
ング素子２．１とから構成されている。受信装置１０に
おける復調回路としては振幅復調回路（検波回路）　１
７が使用されている。共振回路２の共振周波数ｆ　と発
振回路１の発振周波数ｆ１は等しく設定されている。

両コイルＬ１とＬ２とが接近し誘導結合したときに、ス
イッチング素子２１がオフであれば発振回路１は正常に
発振している。ところがスイッチング索子２１がオンと
なると、上述したように発振回路１の損失が増大し９発
振振幅が小さくなり、極端な場合には発振が停止してし
まう。発振回路１の発振周波数ｆ１はスイッチング素子
２１のオン。

オフにかかわらず不変である。

このような発振回路１の発振出力Ｓｆを検波すると、ス
イッチング素子のオン、オフ（設定データの値１または
０）に対応したｔｇ出力Ｒが得られる。

振幅変調方式によると、上述の周波数変調方式に比べて
、コイルＬ　とＬ２との結合圧ｆｉｄを大■ きく設定できるという利点がある。

（３，５）実施例 上記の記述は信号伝達装置の一般的な構成１作用を説明
したものであり、受信装置ＩＯはもちろんのこと送信装
置２０においても１回路の動作のための電源が必要であ
ることが前提となっている。

この発明によると、送信装置２０側に電池やバッテリを
不要とすることができ、その構成の一例が第１１図およ
び第１２図に示されている。

第１１図において、もう一対ずつの発振回路３１と共振
回路３２とが設けられている。発振回路３１は電力供給
のためのコイルし。１を含み受信装置ｌＯに備えられて
いる。共振回路３２は送信装置２０に設けられ、コイル
Ｌ　とコンデンサＣｏ２との並列共振口路である。

電力送受のためのコイルＬｏｌとり。２とは、第１２図
（Ａ）に示゛４にうに、信号伝達のためのコイルＬ　と
Ｌ２とが対向したときに互いに対向するように配置され
ている。または、第１２図（Ｂ）に示すように、コイル
Ｌ　　、Ｌ２と同心状に設けてもよい。いずれにしても
、装置ＩＱ、　２０の形状、コイル間の間隔ｄ、その他
の条件にしたがってこれらのコイルの配置を設定すれば
よい。

コイルＬ０１とり。２とが高効率で電磁誘導結合するよ
うに１発振回路３１の発振周波数Ｆ１と共振回路３２の
共振周波数Ｆ２とは等しく設定する（同調させる）こと
が好ましい（Ｆｌ−Ｆ２）。また。

第３図に示すものと同じように、好ましくはコイルＬ　
　、Ｌ　　のコアとして高透磁率のものを使用する。発
振回路１のコイルＬ１と発振回路３１のコイルＬｏ１と
が相互に干渉しないように、これらの発振回路１と３１
の発振周波数ｆ１とＦｌは離調させてお（。共振周波数
Ｆ２は、共振回路３２の負荷インピーダンスが数にΩと
高いためにその並列共振点に設定する。

いずれにしても、コイルＬｏｌとＬｏ２とが誘導結合す
ると、コイルＬ。２に電圧が誘起される。この電圧は整
流平滑回路３３に人力し、ここで平滑されたのち動作電
圧Ｖ　としてスイッチング索子２１および制御回路２２
に供給される。簡便のために第１１図では制御回路２２
にメモリ２３も含まれているように図示されている。

この実施例は周波数復調方式で示されているが、この発
明は振幅復調方式にも適用できるのはいうまでもない。

【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図は誘導結合する信号伝達のための２つのコイルを示
す断面図である。 ｉ４図は周波数復調方式を採用した装置の構成を示す回
路図、第５図はその動作を示す波形図である。 第６図から第８図は共振回路の変形例を示す回路図であ
る。 第９図は振幅復調方式を採用した装置の構成を示す回路
図、第１０図はその動作を示す波形図である。 第１１図はこの発明の実施例を示す回路図、第１２図（
Ａ）　（Ｂ）は電力送受のためのコイルの配置を示す断
面図である。 １．３１・・・発振回路、　　　　２．３２・・・共振
回路。 ｌＯ・・・受信装置、２０・・・送信装置。 ２１・・・スイッチング素子、２２・・・制御回路。 ２３・・・メモリ、３３・・・整流平滑回路。 Ｌ　　、Ｌ　　、Ｌ　　、Ｌ　　・・・コイル。 以　　上

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第１のコイルと
   を含む第１の共振回路、および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を備えた送
   信手段、 上記第１のコイルと電磁誘導結合可能な第２のコイルを
   含む第１の発振回路、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手段、ならびに 電力供給用の第３のコイルを含む第２の発振回路、第３
   のコイルと電磁誘導結合可能な第４のコイルを含む第２
   の共振回路、および第２の共振回路に誘起される電圧を
   整流する整流回路を備えた送信手段の動作電力供給手段 を備えている信号伝達装置。