JP2005079786A - Power transmission system, power supply apparatus, power receiving apparatus, signal transmission system, signal transmission apparatus, and signal receiving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,電力伝送システム,電力供給装置,電力受電装置,信号伝送システム,信号送信装置,および,信号受信装置に関する。 The present invention relates to a power transmission system, a power supply device, a power reception device, a signal transmission system, a signal transmission device, and a signal reception device.
従来,クレジットカードやキャッシュカードといった携帯カードにおいては,ユーザ情報やユーザID(Identification)等の固定データ情報を上記携帯カードに備わる磁気記憶媒体に記憶していた。 Conventionally, in mobile cards such as credit cards and cash cards, fixed data information such as user information and user ID (Identification) has been stored in a magnetic storage medium provided in the mobile card.
近年は,半導体記憶媒体の大容量化,小型化によって上記半導体記憶媒体を携帯カードに埋設することが可能となり,上記のような固定データ情報を記憶するだけでなく,上記半導体記憶媒体を利用して高度なデータ情報の読み取り,書き込みを行うことができるようになった。 In recent years, it has become possible to embed the above-mentioned semiconductor storage medium in a portable card by increasing the capacity and downsizing of the semiconductor storage medium, not only storing the above fixed data information, but also using the above-mentioned semiconductor storage medium. Advanced data information can be read and written.
このような半導体記憶媒体を備える携帯カードは,腐食性や耐水性の観点または容易な取扱性の観点から非導電性材料で覆われ,金属端子が露出していない外観を有する。このような携帯カードは,別体の装置と非接触状態においても目的とする動作が可能なため,非接触式カードとも呼ばれる。上記非接触式カードが必要とする電力の受電や信号の送受信に関しては,上記非接触式カードと,電力もしくは信号の供給装置との対向する両面に設けられた電極板により伝送する方法(例えば,特許文献1)が知られている。 A portable card including such a semiconductor storage medium is covered with a non-conductive material from the viewpoints of corrosivity and water resistance or easy handling, and has an appearance in which metal terminals are not exposed. Such a portable card is also called a non-contact card because it can perform a desired operation even in a non-contact state with a separate device. For receiving power and transmitting / receiving signals required by the contactless card, a method of transmitting by means of electrode plates provided on both sides of the contactless card and the power or signal supply device (for example, Patent Document 1) is known.
しかし,上記のような電極板を利用した電力伝送および信号伝送においては,上記電極板の対によって生じるリアクタンスに起因した電圧降下が生じ,特に電力伝送においては電力効率の低下に大きく影響していた。 However, in the power transmission and signal transmission using the electrode plate as described above, a voltage drop due to the reactance caused by the pair of electrode plates occurs, and particularly in power transmission, the power efficiency is greatly affected. .
本発明は,従来の電力伝送または信号伝送が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の目的は,上記電極板の対によって生じるリアクタンスに起因した電圧降下を減少させ,電力伝送または信号伝送を効率良く行うことが可能な,新規かつ改良された電力伝送システム,電力供給装置,電力受電装置,信号伝送システム,信号送信装置,および,信号受信装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of conventional power transmission or signal transmission, and an object of the present invention is to reduce voltage drop due to reactance caused by the pair of electrode plates, and to transmit power. Another object is to provide a new and improved power transmission system, power supply device, power reception device, signal transmission system, signal transmission device, and signal reception device capable of efficiently performing signal transmission.
上記課題を解決するために,本発明の第1の観点によれば,電力を供給する電力供給装置と,上記電力供給装置と別体に構成され上記電力供給装置からの電力を受電する電力受電装置とからなり,電力伝送時には上記電力供給装置の供給部と上記電力受電装置の受電部が対向する位置に配置され,非接触式に電力が伝送される電力伝送システムであって:上記電力供給装置は,電力を生成する電力生成手段と,上記電力生成手段に接続され,コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する上記供給部である第1電極板とを備え;上記電力受電装置は,上記第1電極板との静電結合によりコンデンサとして機能する上記受電部である第2電極板と,上記第2電極板に接続され,上記第2電極板を介して供給された電力を受電する電力受電手段とを備え;上記第1電極板と上記第2電極板の電極対は電力伝送路の一部を形成し;上記電力供給装置または上記電力受電装置は,上記電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段をさらに含むことを特徴とする,電力伝送システムを提供する。ここで上記電力受電装置は,非接触式カードであり,上記電力供給装置は,上記非接触式カードに対して,データを読み出しおよび/または書き込みするカードリーダライタであるとしても良い。ここで,非接触式カードとは,集積回路等の電気的素子が非導電性材料に埋設され,表面に金属端子が露出していないカードを含み,電極等が他の装置の電極等と非接触状態であっても電気的に動作することが可能なカードを言う。また,非接触式とは,装置同士が接触していなくとも動作可能であることを言い,接触して動作することも含む。 In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, a power supply device that supplies power, and a power reception device that is configured separately from the power supply device and receives power from the power supply device. A power transmission system configured to transmit power in a non-contact manner, wherein the power supply unit and the power reception unit of the power reception device face each other and transmit power in a non-contact manner. The apparatus includes: a power generation unit that generates power; and a first electrode plate that is connected to the power generation unit and forms the one-side electrode plate of an electrode pair that functions as a capacitor; Is connected to the second electrode plate, which is the power receiving unit functioning as a capacitor by electrostatic coupling with the first electrode plate, and the power supplied via the second electrode plate is Power received The electrode pair of the first electrode plate and the second electrode plate forms part of a power transmission path; the power supply device or the power receiving device has a voltage drop due to reactance of the electrode pair. A power transmission system is further provided, further comprising reactance correction means for reducing. Here, the power receiving device may be a contactless card, and the power supply device may be a card reader / writer that reads data from and / or writes data to the contactless card. Here, the non-contact card includes a card in which an electrical element such as an integrated circuit is embedded in a non-conductive material and a metal terminal is not exposed on the surface, and an electrode is not connected to an electrode of another device. A card that can operate electrically even in contact. The non-contact type means that the devices can operate even if they are not in contact with each other, and includes that they operate in contact with each other.
上記第1電極板と上記第2電極板の電極対は,静電結合によりコンデンサとして機能し,上記電力供給装置から上記電力受電装置への電力伝送路となる。また,かかる電力伝送路に,上記電極対のリアクタンスをキャンセルするリアクタンス補正手段を設け,電力伝送効率を上げることができる。 The electrode pair of the first electrode plate and the second electrode plate functions as a capacitor by electrostatic coupling, and becomes a power transmission path from the power supply device to the power receiving device. In addition, reactance correction means for canceling the reactance of the electrode pair can be provided in such a power transmission path to increase the power transmission efficiency.
上記課題を解決するために,本発明の第2の観点によれば,電力を受電する電力受電装置と別体に構成され,電力伝送時には本電力供給装置の供給部と上記電力受電装置の受電部が対向し,上記電力受電装置に電力を非接触式に供給する電力供給装置であって:電力を生成する電力生成手段と;上記電力生成手段に接続され,コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する上記供給部である第1電極板と;上記電力生成手段と上記第1電極板との間に,上記第1電極板によって形成され,コンデンサとして機能する電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段とを備えることを特徴とする,電力供給装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to a second aspect of the present invention, the power receiving device is configured separately from a power receiving device that receives power, and the power receiving device and the power receiving device receive power during power transmission. A power supply device that is non-contact type and supplies power to the power receiving device in a non-contact manner; power generating means for generating power; one side of an electrode pair connected to the power generating means and functioning as a capacitor A first electrode plate serving as the supply unit forming the electrode plate; a voltage generated by reactance of an electrode pair formed by the first electrode plate and functioning as a capacitor between the power generation means and the first electrode plate; There is provided a power supply device comprising a reactance correction means for reducing a drop.
かかる構成により,電力供給目的である電力受電装置に上記電極対を介して電力を伝送できる。さらに,かかる電力受電装置を含む電力伝送路に上記電極対のリアクタンスをキャンセルするリアクタンス補正手段を設け,電力伝送効率を上げることができる。 With such a configuration, power can be transmitted to the power receiving device, which is the purpose of supplying power, via the electrode pair. In addition, reactance correction means for canceling the reactance of the electrode pair can be provided in the power transmission path including the power receiving device to increase the power transmission efficiency.
また,上記リアクタンス補正手段は,所定の自己インダクタンスを有するインダクタ;自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタ;所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せ;のいずれかにより形成されるとしても良い。 Further, the reactance correction means includes any one of an inductor having a predetermined self-inductance; an active inductor capable of adjusting a self-inductance; a combination of an inductor having a predetermined self-inductance and a variable capacitor capable of adjusting a capacitance. It may be formed by.
上記電極対は容量性のリアクタンスを有し,通常,インピーダンスの虚数軸において負で表される。従って正のリアクタンスを有するインダクタを上記電力伝送路に直列に接続することでリアクタンスの絶対値を下げ,電力伝送効率を上げることが可能となる。 The electrode pair has a capacitive reactance and is usually represented negatively on the imaginary axis of impedance. Therefore, by connecting an inductor having a positive reactance in series with the power transmission path, it is possible to reduce the absolute value of the reactance and increase the power transmission efficiency.
また,正のリアクタンスを有する,自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタを上記電力伝送路に直列に接続することで,上記同様,電力伝送効率を上げることが可能となる。さらに上記電極対のリアクタンスが一定でない場合においては,上記アクティブインダクタを調整することによって最適の電力伝送効率を得ることが可能となる。 Further, by connecting an active inductor having positive reactance and adjustable self-inductance in series with the power transmission path, it is possible to increase the power transmission efficiency as described above. Furthermore, when the reactance of the electrode pair is not constant, it is possible to obtain the optimum power transmission efficiency by adjusting the active inductor.
また,上記電極対のリアクタンスよりリアクタンスの絶対値が大きいインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せを上記電力伝送路に直列に接続することで,上記同様,電力伝送効率を上げることが可能となる。さらに上記電極対のリアクタンスが一定でない場合においては,上記可変コンデンサを調整することによって最適の電力伝送効率を得ることが可能となる。 In addition, the power transmission efficiency can be increased in the same manner as described above by connecting a combination of an inductor having a greater reactance than the reactance of the electrode pair and a variable capacitor whose capacitance can be adjusted in series to the power transmission path. It becomes possible. Further, when the reactance of the electrode pair is not constant, the optimum power transmission efficiency can be obtained by adjusting the variable capacitor.
また,上記電力に応じて,上記リアクタンス補正手段を調整する電力調整手段をさらに備えるとしても良い。ここで,電力の検知は,直接,電力を測定するとしても良いし,定電圧電源の下,電流を測定して行っても良い。 Moreover, it is good also as providing the electric power adjustment means which adjusts the said reactance correction means according to the said electric power. Here, the power detection may be performed by directly measuring the power or by measuring the current under a constant voltage power source.
リアクタンス補正手段が上記アクティブインダクタにより形成される場合,かかる電力調整手段により,アクティブインダクタの自己インダクタンス可変範囲における最小のリアクタンスを得ることが可能となる。上記リアクタンスが最小の時,電力伝送路全体のインピーダンスも最小となる。従って,上記自己インダクタンスの可変範囲においてはこの点の電力伝送効率が最大となる。上記リアクタンスは好ましくは0であり,このときの自己インダクタンスL(H)は,上記電力の周波数をf(Hz),上記電極対の静電容量をC(F)としたとき,L=1/((2πf)2×C)によって表される。 When the reactance correction means is formed by the active inductor, it is possible to obtain the minimum reactance in the self-inductance variable range of the active inductor by the power adjustment means. When the reactance is minimum, the impedance of the entire power transmission path is also minimum. Therefore, the power transmission efficiency at this point is maximized in the variable range of the self-inductance. The reactance is preferably 0, and the self-inductance L (H) at this time is L = 1 / L, where f (Hz) is the frequency of the power and C (F) is the capacitance of the electrode pair. ((2πf) 2 × C).
また,リアクタンス補正手段が上記所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せにより形成される場合,かかる電力調整手段により,上記可変コンデンサの静電容量可変範囲における最小のリアクタンスを得ることが可能となる。上記リアクタンスが最小の時,電力伝送路全体のインピーダンスも最小となる。従って,上記静電容量の可変範囲においてはこの点の電力伝送効率が最大となる。上記リアクタンスは好ましくは0であり,このときの上記可変コンデンサの静電容量Cd(F)は,上記電力の周波数をf(Hz),自己インダクタンスL(H),上記電極対の静電容量をC(F)としたとき,Cd=1/((2πf)2×L)−Cによって表される。 Further, when the reactance correcting means is formed by a combination of the inductor having the predetermined self-inductance and the variable capacitor capable of adjusting the electrostatic capacity, the power adjusting means allows the variable capacitor in the variable capacitance range. A minimum reactance can be obtained. When the reactance is minimum, the impedance of the entire power transmission path is also minimum. Therefore, the power transmission efficiency at this point is maximized in the variable capacitance range. The reactance is preferably 0, and the capacitance Cd (F) of the variable capacitor at this time is defined as f (Hz), self-inductance L (H), and capacitance of the electrode pair. When C (F), Cd = 1 / ((2πf) 2 × L) −C.
また,上記電力に応じて,上記電力生成手段で生成する電力の周波数を調整する周波数調整手段をさらに備えるとしても良い。 Moreover, it is good also as providing the frequency adjustment means which adjusts the frequency of the electric power produced | generated by the said electric power production | generation means according to the said electric power.
リアクタンス補正手段が所定の自己インダクタンスを有するインダクタで形成される場合,かかる周波数調整手段により,周波数可変範囲における最小のリアクタンスを得ることが可能となる。上記リアクタンスが最小の時,電力伝送路全体のインピーダンスも最小となる。従って,上記周波数の可変範囲においてはこの点の電力伝送効率が最大となる。上記リアクタンスは好ましくは0であり,このときの周波数f(Hz)は,上記電極対の静電容量をC(F),上記インダクタの自己インダクタンスをL(H)としたとき,f=1/(2π×√(L×C))によって表される。 When the reactance correction means is formed of an inductor having a predetermined self-inductance, the frequency adjustment means can obtain the minimum reactance in the frequency variable range. When the reactance is minimum, the impedance of the entire power transmission path is also minimum. Therefore, the power transmission efficiency at this point is maximized in the frequency variable range. The reactance is preferably 0, and the frequency f (Hz) at this time is f = 1 / F, where C (F) is the capacitance of the electrode pair and L (H) is the self-inductance of the inductor. It is represented by (2π × √ (L × C)).
ここで,上記インダクタは本電力供給装置に設けられても良いし,上記電力受電装置に設けられても良い。かかる構成により,上記インダクタが複数の電力受電装置に共通して設けられている場合,本電力供給装置ではインダクタを備える必要がない。また,このように複数の電力受電装置に設けられたインダクタの自己インダクタンスが各々相違するといった場合にも,上記周波数調整手段によって最適な電力伝送を行うことが可能となる。 Here, the inductor may be provided in the power supply apparatus, or may be provided in the power receiving apparatus. With this configuration, when the inductor is provided in common for a plurality of power receiving devices, the power supply device does not need to include an inductor. In addition, even when the self-inductances of the inductors provided in the plurality of power receiving devices are different from each other, optimal power transmission can be performed by the frequency adjusting means.
また,上記第1電極板は,1つの電力伝送路に2枚設けられ;各々の第1電極板は,上記電力生成手段のホット側とコールド側に接続され,上記電力受電装置の受電部に対向する位置で横並びに形成されるとしても良い。 In addition, two first electrode plates are provided in one power transmission path; each first electrode plate is connected to a hot side and a cold side of the power generating means, and is connected to a power receiving unit of the power receiving device. They may be formed side by side at opposing positions.
かかる電力伝送では,本電力供給装置と上記電力受電装置との電力伝送路中に少なくともホット側とコールド側の2つの電路が必要であり,かかる2つの電路を上記2枚の第1電極板で形成することができる。 In such power transmission, at least two electric circuits on the hot side and the cold side are necessary in the electric power transmission path between the power supply apparatus and the power receiving apparatus, and the two electric circuits are connected by the two first electrode plates. Can be formed.
また,上記電力生成手段により生成される電力は,交流電力であるとしても良い。かかる上記第1電極板により形成される電極対は静電結合によりコンデンサとして機能するが,コンデンサは主に交流電力を通すという特性を有している。従って,上記電力伝送を効率的に行うためには,生成される電力は交流であることが望ましい。 Further, the power generated by the power generation means may be AC power. The electrode pair formed by the first electrode plate functions as a capacitor by electrostatic coupling, but the capacitor has a characteristic of mainly passing AC power. Therefore, in order to efficiently perform the power transmission, it is desirable that the generated power is alternating current.
また,本電力供給装置は,上記電力受電装置である非接触式カードに対して,データを読み出しおよび/または書き込みするカードリーダライタであっても良い。かかる構成により上記電力受電装置である非接触式カードに効率的に電力を伝送できる。 The power supply device may be a card reader / writer that reads and / or writes data to and from the contactless card that is the power receiving device. With this configuration, power can be efficiently transmitted to the contactless card that is the power receiving apparatus.
上記課題を解決するために,本発明の第3の観点によれば,電力を供給する電力供給装置と別体に構成され,電力伝送時には本電力受電装置の受電部と上記電力供給装置の供給部が対向し,上記電力供給装置から電力を非接触式に受電する電力受電装置であって:コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する上記受電部である第2電極板と;上記第2電極板に接続され,上記第2電極板を介して供給された電力を受電する電力受電手段と;上記電力受電手段と上記第2電極板との間に,上記第2電極板によって形成され,コンデンサとして機能する電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段とを備えることを特徴とする,電力受電装置が提供される。 In order to solve the above problem, according to a third aspect of the present invention, the power supply device is configured separately from a power supply device that supplies power, and the power reception unit of the power reception device and the supply of the power supply device are transmitted during power transmission. A power receiving device that receives power from the power supply device in a contactless manner: a second electrode plate that is the power receiving unit that forms one side electrode plate of an electrode pair that functions as a capacitor; A power receiving means connected to the second electrode plate and receiving the power supplied through the second electrode plate; formed by the second electrode plate between the power receiving means and the second electrode plate; And a reactance correction unit that reduces a voltage drop due to reactance of the electrode pair functioning as a capacitor.
かかる構成により,電力を供給する電力供給装置から上記電極対を介して電力を受電できる。さらに,かかる電力供給装置を含む電力伝送路に,上記電極対のリアクタンスをキャンセルするリアクタンス補正手段を設け,電力伝送効率を上げることができる。 With this configuration, power can be received from the power supply device that supplies power through the electrode pair. In addition, reactance correction means for canceling the reactance of the electrode pair can be provided in the power transmission path including the power supply device to increase power transmission efficiency.
また,上記リアクタンス補正手段は,所定の自己インダクタンスを有するインダクタ;自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタ;所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せのいずれかにより形成されるとしても良い。 Further, the reactance correction means includes any one of an inductor having a predetermined self-inductance; an active inductor capable of adjusting the self-inductance; and an inductor having a predetermined self-inductance and a variable capacitor capable of adjusting the capacitance. It may be formed.
上記電極対は容量性のリアクタンスを有し,通常,インピーダンスの虚数軸において負で表される。従って正のリアクタンスを有するインダクタを上記電力伝送路に直列に接続することでリアクタンスの絶対値を下げ,電力伝送効率を上げることが可能となる。 The electrode pair has a capacitive reactance and is usually represented negatively on the imaginary axis of impedance. Therefore, by connecting an inductor having a positive reactance in series with the power transmission path, it is possible to reduce the absolute value of the reactance and increase the power transmission efficiency.
また,正のリアクタンスを有する,自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタを上記電力伝送路に直列に接続することで,上記同様,電力伝送効率を上げることが可能となる。さらに上記電極対のリアクタンスが一定でない場合においては,上記アクティブインダクタを調整することによって最適の電力伝送効率を得ることが可能となる。 Further, by connecting an active inductor having positive reactance and adjustable self-inductance in series with the power transmission path, it is possible to increase the power transmission efficiency as described above. Furthermore, when the reactance of the electrode pair is not constant, it is possible to obtain the optimum power transmission efficiency by adjusting the active inductor.
また,上記電極対のリアクタンスよりリアクタンスの絶対値が大きいインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せを上記電力伝送路に直列に接続することで,上記同様,電力伝送効率を上げることが可能となる。さらに上記電極対のリアクタンスが一定でない場合においては,上記可変コンデンサを調整することによって最適の電力伝送効率を得ることが可能となる。 In addition, the power transmission efficiency can be increased in the same manner as described above by connecting a combination of an inductor having a greater reactance than the reactance of the electrode pair and a variable capacitor whose capacitance can be adjusted in series to the power transmission path. It becomes possible. Further, when the reactance of the electrode pair is not constant, the optimum power transmission efficiency can be obtained by adjusting the variable capacitor.
また,上記電力に応じて,上記リアクタンス補正手段を調整する電力調整手段をさらに備えるとしても良い。ここで,電力の検知は,直接,電力を測定するとしても良いし,定電圧電源の下,電流を測定して行っても良い。 Moreover, it is good also as providing the electric power adjustment means which adjusts the said reactance correction means according to the said electric power. Here, the power detection may be performed by directly measuring the power or by measuring the current under a constant voltage power source.
リアクタンス補正手段が上記アクティブインダクタにより形成される場合,かかる電力調整手段により,アクティブインダクタの自己インダクタンス可変範囲における最小のリアクタンスを得ることが可能となる。上記リアクタンスが最小の時,電力伝送路全体のインピーダンスも最小となる。従って,上記自己インダクタンスの可変範囲においてはこの点の電力伝送効率が最大となる。上記リアクタンスは好ましくは0であり,このときの自己インダクタンスL(H)は,上記電力の周波数をf(Hz),上記電極対の静電容量をC(F)としたとき,L=1/((2πf)2×C)によって表される。 When the reactance correction means is formed by the active inductor, it is possible to obtain the minimum reactance in the self-inductance variable range of the active inductor by the power adjustment means. When the reactance is minimum, the impedance of the entire power transmission path is also minimum. Therefore, the power transmission efficiency at this point is maximized in the variable range of the self-inductance. The reactance is preferably 0, and the self-inductance L (H) at this time is L = 1 / L, where f (Hz) is the frequency of the power and C (F) is the capacitance of the electrode pair. ((2πf) 2 × C).
また,リアクタンス補正手段が上記所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せにより形成される場合,かかる電力調整手段により,上記可変コンデンサの静電容量可変範囲における最小のリアクタンスを得ることが可能となる。上記リアクタンスが最小の時,電力伝送路全体のインピーダンスも最小となる。従って,上記静電容量の可変範囲においてはこの点の電力伝送効率が最大となる。上記リアクタンスは好ましくは0であり,このときの上記可変コンデンサの静電容量Cd(F)は,上記電力の周波数をf(Hz),自己インダクタンスL(H),上記電極対の静電容量をC(F)としたとき,Cd=1/((2πf)2×L)−Cによって表される。 Further, when the reactance correcting means is formed by a combination of the inductor having the predetermined self-inductance and the variable capacitor capable of adjusting the electrostatic capacity, the power adjusting means allows the variable capacitor in the variable capacitance range. A minimum reactance can be obtained. When the reactance is minimum, the impedance of the entire power transmission path is also minimum. Therefore, the power transmission efficiency at this point is maximized in the variable capacitance range. The reactance is preferably 0, and the capacitance Cd (F) of the variable capacitor at this time is defined as f (Hz), self-inductance L (H), and capacitance of the electrode pair. When C (F), Cd = 1 / ((2πf) 2 × L) −C.
また,上記第2電極板は,1つの電力伝送路に2枚設けられ;各々の第2電極板は,上記電力受電手段の各端子に接続され,上記電力供給装置の供給部に対向する位置で横並びに形成されるとしても良い。 In addition, two second electrode plates are provided in one power transmission path; each second electrode plate is connected to each terminal of the power receiving means and is opposed to the supply unit of the power supply device. It may be formed side by side.
かかる電力伝送では,上記電力供給装置と本電力受電装置との電力伝送路中に少なくともホット側とコールド側の2つの電路が必要であり,かかる2つの電路を上記2枚の第2電極板で形成することができる。 In such power transmission, at least two electric circuits on the hot side and the cold side are required in the electric power transmission path between the power supply device and the power receiving device, and the two electric circuits are connected by the two second electrode plates. Can be formed.
また,上記受電する電力は,交流電力であるとしても良く,上記電力受電手段は,受電された交流電力を直流電力に整流する整流回路を含むとしても良い。 The power to be received may be AC power, and the power receiving means may include a rectifier circuit that rectifies the received AC power into DC power.
かかる上記第2電極板により形成される電極対は静電結合によりコンデンサとして機能するが,コンデンサは主に交流電力を通すという特性を有している。従って,上記電力伝送を効率的に行うためには,受電する電力は交流であることが望ましい。また,かかる整流回路により,電力受電手段において直流電力を必要とする半導体記憶媒体に電力を供給することが可能となる。 The electrode pair formed by the second electrode plate functions as a capacitor by electrostatic coupling, but the capacitor has a characteristic of mainly passing AC power. Therefore, in order to efficiently perform the power transmission, it is desirable that the received power is alternating current. Further, the rectifier circuit can supply power to the semiconductor storage medium that requires DC power in the power receiving means.
また,本電力受電装置は,非接触式カードであっても良い。かかる非接触式カードとして形成された電力受電装置では,小型化された半導体記憶媒体や小型マイコンを備えることが可能であり,携帯性に優れた装置を提供できる。 Further, the power receiving device may be a contactless card. A power receiving device formed as such a contactless card can include a miniaturized semiconductor storage medium and a small microcomputer, and can provide a device with excellent portability.
また,上記リアクタンス補正手段は,上記電力供給装置と上記電力受電装置の両方に設けられるとしても良い。 The reactance correction means may be provided in both the power supply device and the power receiving device.
上記課題を解決するために,本発明の第4の観点によれば,信号を送信する信号送信装置と,上記信号送信装置と別体に構成され上記信号送信装置からの信号を受信する信号受信装置とからなり,信号伝送時には上記信号送信装置の送信部と上記信号受信装置の受信部が対向する位置に配置され,非接触式に信号が伝送される信号伝送システムであって:上記信号送信装置は,信号を生成する信号生成手段と,上記信号生成手段に接続され,コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する上記送信部である第1電極板とを備え;上記信号受信装置は,上記第1電極板との静電結合によりコンデンサとして機能する上記受信部である第2電極板と,上記第2電極板に接続され,上記第2電極板を介して送信された信号を受信する信号受信手段とを備え;上記第1電極板と上記第2電極板の電極対は信号伝送路の一部を形成し;上記信号送信装置または上記信号受信装置は,上記電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段をさらに含むことを特徴とする,信号伝送システムが提供される。ここで,上記信号受信装置と上記信号送信装置は:非接触式カードと;上記非接触式カードに対して,データを読み出しおよび/または書き込みするカードリーダライタとの対であるとしても良い。 In order to solve the above-described problem, according to a fourth aspect of the present invention, a signal transmission device for transmitting a signal and a signal reception for receiving a signal from the signal transmission device configured separately from the signal transmission device. A signal transmission system in which a transmission unit of the signal transmission device and a reception unit of the signal reception device are arranged to face each other at the time of signal transmission, and a signal is transmitted in a non-contact manner: the signal transmission The apparatus includes signal generation means for generating a signal, and a first electrode plate that is connected to the signal generation means and forms the one-side electrode plate of an electrode pair that functions as a capacitor, and is the transmission unit; Is a second electrode plate which is the receiving unit that functions as a capacitor by electrostatic coupling with the first electrode plate, and a signal transmitted through the second electrode plate is connected to the second electrode plate. Signal to receive An electrode pair of the first electrode plate and the second electrode plate forms a part of a signal transmission path; the signal transmitting device or the signal receiving device has a voltage drop due to a reactance of the electrode pair. There is provided a signal transmission system, further comprising reactance correction means for reducing. Here, the signal receiving device and the signal transmitting device may be a pair of: a non-contact type card; and a card reader / writer for reading and / or writing data with respect to the non-contact type card.
上記第1電極板と上記第2電極板の電極対は静電結合によりコンデンサとして機能し,上記信号送信装置から上記信号受信装置への信号伝送路となる。また,かかる信号伝送路に,上記電極対のリアクタンスをキャンセルするリアクタンス補正手段を設け,信号伝送レベルを上げることができる。 The electrode pair of the first electrode plate and the second electrode plate functions as a capacitor by electrostatic coupling, and becomes a signal transmission path from the signal transmission device to the signal reception device. In addition, reactance correction means for canceling the reactance of the electrode pair can be provided in the signal transmission path to increase the signal transmission level.
また,上記電力供給装置と構成が実質的に同等で,伝送目的を信号とする信号送信装置と,上記電力受電装置と構成が実質的に同等で,伝送目的を信号とする信号受信装置とが提供される。さらに上記信号送信装置と上記信号受信装置は,1つの装置で構成することも可能である。 In addition, a signal transmitting apparatus having a configuration substantially the same as the power supply apparatus and having a transmission purpose as a signal, and a signal receiving apparatus having a configuration substantially the same as that of the power receiving apparatus and having a transmission purpose as a signal. Provided. Furthermore, the signal transmitting device and the signal receiving device can be configured as a single device.
以上説明したように本発明によれば,電力伝送または信号伝送において,各装置の伝送路に備わる電極板のリアクタンスに起因した電圧降下を減少させ,電力伝送または信号伝送を効率良く行うことが可能となる。 As described above, according to the present invention, in power transmission or signal transmission, it is possible to reduce the voltage drop due to the reactance of the electrode plate provided in the transmission path of each device, and to efficiently perform power transmission or signal transmission. It becomes.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施の形態)
図1は,第1の実施形態による電力伝送システムの典型例を示すイメージ図である。本実施形態においては,電力供給装置の1実施例としてカードリーダライタ110,電力受電装置の1実施例として非接触式カード112を記載する。
(First embodiment)
FIG. 1 is an image diagram showing a typical example of the power transmission system according to the first embodiment. In the present embodiment, a card reader /
上記電力伝送システムは,電力供給装置であるカードリーダライタ110と,電力受電装置である非接触式カード112から構成される。
The power transmission system includes a card reader /
上記カードリーダライタ110は,上記非接触式カード112を支持できる構造であり,上記非接触式カード112をカードリーダライタ110に添えることによって,カードリーダライタ110の供給部と非接触式カード112の受電部が対向する仕組みになっている。
The card reader /
図1に示したように,カードリーダライタ110と非接触式カード112とは,別体に構成される。非接触式カード112の動作時,即ちカードリーダライタ110から非接触式カード112への電力伝送時には,カードリーダライタ110に対向する位置に非接触式カード112が配置され,非接触式に電力が伝送される。
As shown in FIG. 1, the card reader /
図2は,上記電力伝送システムにおけるカードリーダライタ110と非接触式カード112の構成を示したブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the card reader /
上記カードリーダライタ110は,電力生成手段210と,第1電極板212と,リアクタンス補正手段214と,電力調整手段216とから構成される。
The card reader /
上記電力生成手段210は,所定電圧,所定周波数の交流電源を生成する。本実施形態のような電極対を利用した電力伝送においては,上記電極対の1/(j2πf×C)で表されるリアクタンスは,周波数が高くなるとそれに応じて低い値を示すので,伝送する周波数を高く設定すると効率良い電力伝送が可能となる。 The power generation means 210 generates an AC power supply having a predetermined voltage and a predetermined frequency. In the power transmission using the electrode pair as in the present embodiment, the reactance represented by 1 / (j2πf × C) of the electrode pair shows a lower value as the frequency becomes higher. If the value is set high, efficient power transmission becomes possible.
上記第1電極板212は,所定面積を有した金属材料で形成され,上記電力生成手段210の一端(ホット側)に接続されているホット側第1電極板218と,他端(コールド側)に接続されているコールド側第1電極板220とから構成される。かかる第1電極板212は,カードリーダライタ110と非接触式カード112との電力伝送路に設けられている。即ち非接触式カード112をカードリーダライタ110に添えたとき,上記非接触式カード112に設けられた受電部と対向して配置される。
The
上記カードリーダライタ110の供給部と上記非接触式カード112の受電部によって形成される電極対のリアクタンスは,上記供給部と上記受電部の距離に依存して大きくなる。このため,第1電極板212は,非接触式カード112と近い位置に形成されるのが望ましい。また,第1電極板212を露出して形成しない場合,カードリーダライタ110表面の非接触式カード112と対向する面には,高い比誘電率,例えば比誘電率10の誘電体で少なくとも第1電極板を覆うように形成されても良い。
The reactance of the electrode pair formed by the supply unit of the card reader /
上記リアクタンス補正手段214は,上記電力生成手段210と上記第1電極板212との間に設けられ,第1電極板212によって形成さる電極対のリアクタンスに起因した電圧降下を減少させる。具体的には,1または2以上の,インダクタ,アクティブインダクタ,または,インダクタと可変コンデンサの組合せから構成され,上記電力伝送路に直列に挿入される。図2においては,リアクタンス補正手段214として挿入される2つのアクティブインダクタの1つが,一端を電力生成手段210のホット端子に他端をホット側第1電極板218に接続され,他方のアクティブインダクタが,一端を電力生成手段210のコールド側に他端をコールド側第1電極板220に接続されている。
The
上記電極対は容量性のリアクタンスを有し,通常,インピーダンスの虚数軸において負で表される。従って正のリアクタンスを有する上記インダクタ等の構成によってリアクタンスの絶対値を下げ,電力伝送効率を上げることが可能となる。 The electrode pair has a capacitive reactance and is usually represented negatively on the imaginary axis of impedance. Therefore, the absolute value of the reactance can be lowered and the power transmission efficiency can be increased by the configuration of the inductor having the positive reactance.
上記電力調整手段216は,リアクタンス補正手段214が,アクティブインダクタまたはインダクタと可変コンデンサの組合せから構成されている場合,電力生成手段210で生成される電力に応じて,かかるアクティブインダクタや可変コンデンサを調整し,調整範囲における最適の電力を提供する。
When the
本実施形態においては,電力伝送路に電流計222を挿入し,電流計222に流れる電流値を測定することによって電力を検知する。このような構成において,アクティブインダクタや可変コンデンサを上記調整範囲内で調整し,かかる電流計222の電流値が最大になったところが,リアクタンスの最小点であり,電力の最大点となる。
In the present embodiment, power is detected by inserting an
このように電力調整手段216は,アクティブインダクタや可変コンデンサを調整して,電流計222の電流値が最大になる点を探し出し,この時の自己インダクタンスまたは静電容量を維持する。
In this way, the power adjustment means 216 adjusts the active inductor and the variable capacitor to find the point where the current value of the
かかる電力調整手段216の調整は自動的に行われ,電流計222の電流値が所定の偏差を超えて変化した場合,再度,電力最大点を探す動作が行われる。例えば,電力伝送中に上記非接触式カード112を別の非接触式カード112に置き換えた場合,または,電力伝送中の非接触式カードのカードリーダライタ110との位置関係が変化した場合等においては,上記第1電極板212で形成された電極対のリアクタンスが変化し,上記アクティブインダクタの自己インダクタンスを維持すると却って電力伝送効率が悪くなるといったことが起こり得る。このような場合,上記のように,再度,電力最大点を探す調整を行うとした方が目的に叶っている。
Such adjustment of the power adjusting means 216 is automatically performed, and when the current value of the
また,上記電力調整手段216によって調整されたリアクタンスは好ましくは0であり,このときの自己インダクタンスL(H)は,上記電力の周波数をf(Hz),上記電極対の静電容量をC(F)としたとき,L=1/((2πf)2×C)によって表される。 The reactance adjusted by the power adjusting means 216 is preferably 0, and the self-inductance L (H) at this time is such that the frequency of the power is f (Hz) and the capacitance of the electrode pair is C ( F), L = 1 / ((2πf) 2 × C).
さらに,リアクタンス補正手段をインダクタと可変コンデンサにより形成しても上記同様の効果を得ることができる。この場合も,上記リアクタンスは好ましくは0であり,このときの上記可変コンデンサの静電容量Cd(F)は,上記電力の周波数をf(Hz),自己インダクタンスL(H),上記電極対の静電容量をC(F)としたとき,Cd=1/((2πf)2×L)−Cによって表される。 Furthermore, the same effect as described above can be obtained even if the reactance correction means is formed of an inductor and a variable capacitor. Also in this case, the reactance is preferably 0, and the capacitance Cd (F) of the variable capacitor at this time is such that the frequency of the power is f (Hz), the self-inductance L (H), and the electrode pair. When the capacitance is C (F), it is expressed by Cd = 1 / ((2πf) 2 × L) −C.
また,本実施形態における非接触式カード112は,第2電極板230,電力受電手段232とから構成される。
Further, the
上記第2電極板230は,所定面積を有した金属材料で形成され,上記第1電極板212と対向した位置で第1電極板との静電結合によりコンデンサとして機能し,ホット側第1電極板218と静電結合するホット側第2電極板234と,コールド側第1電極板220と静電結合するコールド側第2電極板236とから構成される。かかる第2電極板230は,カードリーダライタ110と非接触式カード112との電力伝送路に設けられている。即ち非接触式カード112をカードリーダライタ110に添えたとき,上記カードリーダライタ110に設けられた供給部と対向して配置される。
The
ここで,カードリーダライタ110から供給される電力が正弦波等の交流電力であれば,上記第1電極板212と第2電極板230の対応する電極板は,上記に示した電極対と相違する電極対になっても構わない。即ち,ホット側第1電極板218とコールド側第2電極板236,および,コールド側第1電極板220とホット側第2電極板234とが対になって電力伝送路の一部となることも可能である。
Here, if the power supplied from the card reader /
上記電力受電手段232は,上記第2電極板230に接続され,第2電極板230を介して供給された電力を受電する。受電された電力は,非接触式カード112内に設けられた半導体記憶媒体等の負荷の電力として利用される。このような電力を消費する負荷が直流電力を必要とする場合,かかる電力受電手段232は受電された交流電力を直流電力に整流する整流回路を備えることもできる。
The
(電力調整手段216)
ここで,本実施形態の理解をより深めるため,上記電力調整手段216の調整について詳述する。上記リアクタンス補正手段214は,アクティブインダクタにより形成され,電力調整手段216は,このアクティブインダクタの自己インダクタンスを調整する。
(Power adjustment means 216)
Here, in order to deepen the understanding of the present embodiment, the adjustment of the power adjusting means 216 will be described in detail. The
図3は,電力調整手段216の動作を説明するための説明図である。ここでは,横軸310に周波数f(Hz),縦軸312にリアクタンス(Ω)を示す。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the power adjusting means 216. Here, the
このとき第1電極板212と第2電極板230で形成される電極対に起因するリアクタンスは,電力周波数fに応じて曲線316のように推移し,上記アクティブインダクタによるリアクタンスは電力周波数fに応じて直線318のように推移する。このとき,電力周波数fが低いと,電極対に起因するリアクタンスの絶対値がアクティブインダクタによるリアクタンスの絶対値より大きくなり,合成されたリアクタンスは負の方向に大きくなる。一方,電力周波数fが高いと,アクティブインダクタによるリアクタンスの絶対値が電極対に起因するリアクタンスの絶対値より大きくなり,合成されたリアクタンスは正の方向に大きくなる。
At this time, the reactance due to the electrode pair formed by the
また,本実施形態において,上記アクティブインダクタの自己インダクタは調整可能であり,図3の自己インダクタ可変範囲320において直線318の傾きを変化させることができる。
In the present embodiment, the self inductor of the active inductor can be adjusted, and the slope of the
ここで,電力生成手段210で生成される電力の周波数は一定f0であり,電力調整手段216は,上記電極対によるリアクタンスがキャンセルされるように,アクティブインダクタの自己インダクタンス,即ち直線318の傾きを変化する。このようにして電力周波数f0においてj2πfLと1/(j2πfC)の絶対値322が等しくなり,リアクタンス成分は0となる。
Here, the frequency of the power generated by the
(第2の実施の形態)
図4は,上記電力伝送システムにおける第2の実施形態によるカードリーダライタ110と非接触式カード112の構成を示したブロック図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing configurations of the card reader /
上記カードリーダライタ110は,電力生成手段210と,第1電極板212と,リアクタンス補正手段214と,周波数調整手段350とから構成される。また,非接触式カード112は,第2電極板230,電力受電手段232とから構成される。ここで,第1の実施形態における構成要素として既に述べたものについては,実質的に機能が同一なので,重複説明を省略する。
The card reader /
上記周波数調整手段350は,リアクタンス補正手段214が所定の自己インダクタを有するインダクタ等で構成されている場合,電力生成手段210で生成される電力に応じて,上記電力の周波数を調整し,調整範囲における最適の電力を提供する。
When the
本実施形態においても,電力伝送路に電流計222を挿入し,電流計222に流れる電流値を測定することによって電力を検知する。このような構成において,電力の周波数を上記調整範囲内で調整し,かかる電流計222の電流値が最大になったところが,リアクタンスの最小点であり,かつ電力の最大点となる。かかる周波数調整手段350は,電流計222の電流値が最大になる点を探し出し,この時の電力周波数を維持する。
Also in this embodiment, the power is detected by inserting the
かかる周波数調整手段350の調整は自動的に行われ,電流計222の電流値が所定の偏差を超えて変化した場合,再度,電力最大点を探す動作が行われる。例えば,電力伝送中に上記非接触式カード112を別の非接触式カード112に置き換えた場合,または,電力伝送中の非接触式カードのカードリーダライタ110との位置が変化した場合等においては,上記第1電極板212で形成された電極対のリアクタンスが変化し,上記調整された周波数を維持すると却って電力伝送効率が悪くなるといったことが起こり得る。このような場合,上記のように,再度,電力伝送効率が高くなる調整を行うとした方が目的に叶っている。
Such adjustment of the frequency adjusting means 350 is automatically performed, and when the current value of the
また,周波数調整手段350によって調整されたリアクタンスは好ましくは0であり,このときの周波数f(Hz)は,上記電極対の静電容量をC(F),上記インダクタの自己インダクタンスをL(H)としたとき,f=1/(2π×√(L×C))によって表される。 The reactance adjusted by the frequency adjusting means 350 is preferably 0, and the frequency f (Hz) at this time is the capacitance of the electrode pair C (F) and the self-inductance of the inductor L (H ), It is expressed by f = 1 / (2π × √ (L × C)).
ここで,上記インダクタは,カードリーダライタ110に設けられても良いし,非接触式カード112に設けられても良い。かかる構成により,上記インダクタが複数の非接触式カード112に共通して設けられているとした場合,カードリーダライタ110ではインダクタを備える必要がない。また,このように複数の非接触式カード112に設けられたインダクタの自己インダクタンスが各々相違する場合も,上記周波数調整手段350によって最適な電力伝送を行うことが可能である。
Here, the inductor may be provided in the card reader /
また,かかる周波数調整手段350を,上記第1の実施形態で述べた電力調整手段216と組合せて実施することも可能である。この場合,かかるリアクタンスの値を上記2つの手段で調整することが可能であり,例えば,電力調整手段216によって大まかな調整をした後,周波数調整手段350によって微調整を行うことや,非接触式カード112の交換などによるリアクタンスの大きな変化には電力調整手段216が対応し,電力伝送中の微細なリアクタンスの変化は周波数調整手段350で吸収するといった使い方ができる。
Further, the
(周波数調整手段350)
ここで,本実施形態の理解をより深めるため,上記周波数調整手段350の調整について詳述する。ここで,上記リアクタンス補正手段214は,所定の自己インダクタンスを有するインダクタにより形成されている。
(Frequency adjusting means 350)
Here, in order to deepen the understanding of the present embodiment, the adjustment of the frequency adjusting means 350 will be described in detail. Here, the reactance correction means 214 is formed of an inductor having a predetermined self-inductance.
図5は,周波数調整手段350の動作を説明するための説明図である。ここでは,横軸310に周波数f(Hz),縦軸312にリアクタンス(Ω)を示す。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the frequency adjusting means 350. Here, the
このとき第1電極板212と第2電極板230で形成される電極対に起因するリアクタンスは,電力周波数fに応じて曲線316のように推移し,所定の自己インダクタンスLを有するインダクタのリアクタンスは電力周波数fに応じて直線370のように推移する。このとき,電力周波数fが低いと,電極対に起因するリアクタンスの絶対値がインダクタによるリアクタンスの絶対値より大きくなり,合成されたリアクタンスは負の方向に大きくなる。一方,電力周波数fが高いと,インダクタによるリアクタンスの絶対値が電極対に起因するリアクタンスの絶対値より大きくなり,合成されたリアクタンスは正の方向に大きくなる。
At this time, the reactance due to the electrode pair formed by the
また,本実施形態において,電力生成手段210で生成される電力の周波数faは調整可能であり,図5の周波数可変範囲372において変化させることができる。
In the present embodiment, the frequency f a of the power generated by the
ここで,周波数調整手段350は,上記電極対によるリアクタンスがキャンセルされるように,電力の周波数faを変化する。このようにして電力の周波数faにおいてj2πfLと1/(j2πfC)の絶対値376が等しくなり,リアクタンス成分は0となる。
The frequency adjustment means 350, as the reactance due to the electrode pairs are canceled, to vary the power of the frequency f a. Thus the
(第3の実施の形態)
図6は,上記電力伝送システムにおける第3の実施形態によるカードリーダライタ110と非接触式カード112の構成を示したブロック図である。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing configurations of the card reader /
上記カードリーダライタ110は,電力生成手段210と,第1電極板212とから構成される。また,非接触式カード112は,第2電極板230,電力受電手段232,リアクタンス補正手段390と,電力調整手段392とから構成される。ここで,第1の実施形態における構成要素として既に述べたものについては,実質的に機能が同一なので,重複説明を省略する。
The card reader /
本実施形態においては,第1の実施形態においてカードリーダライタ110で実施されるリアクタンス補正手段214と電力調整手段216を,本実施形態のリアクタンス補正手段390と電力調整手段392に,機能をそのままにして置き換えたものであり,かかる手段に実質的な機能の差異はない。また,電流計394も第1の実施形態における電流計222と同等の機能を有している。ただし,上記リアクタンス補正手段390と電力調整手段392は,非接触式カード112に設けられることから大きさに制約が課せられる。
In the present embodiment, the
(第4の実施の形態)
以下に,信号伝送システムの実施形態を本願第4の実施形態として述べる。ここでは,第1の実施形態同様,図1のカードリーダライタ110および非接触式カード112を典型例として用い,信号送信装置の1実施例としてカードリーダライタ110,信号受信装置の1実施例として非接触式カード112を記載する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the signal transmission system will be described as a fourth embodiment of the present application. Here, as in the first embodiment, the card reader /
図1に示したように,カードリーダライタ110と非接触式カード112とは,別体に構成される。非接触式カード112の動作時,即ちカードリーダライタ110から非接触式カード112への信号伝送時には,カードリーダライタ110に対向する位置に非接触式カード112が配置され,非接触式に信号が伝送される。
As shown in FIG. 1, the card reader /
図7は,上記信号伝送システムにおけるカードリーダライタ110と非接触式カード112の構成を示したブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the card reader /
上記カードリーダライタ110は,信号生成手段410と,第1電極板412と,リアクタンス補正手段414と,信号調整手段416とから構成される。また,非接触式カード112は,第2電極板430,信号受信手段432とから構成される。
The card reader /
本実施形態は,第1の実施形態における電力伝送システムの伝送目的である電力を信号に置き換えたものであり,本実施形態の信号生成手段410,第1電極板412,リアクタンス補正手段414,信号調整手段416,電流計422,第2電極板430,信号受信手段432は,それぞれ第1の実施形態における電力生成手段210,第1電極板212,リアクタンス補正手段214,電力調整手段216,電流計222,第2電極板230,電力受電手段232と実質的に同一の機能を有する。かかる機能に関しては,重複説明を省略する。
In the present embodiment, the power that is the transmission purpose of the power transmission system in the first embodiment is replaced with a signal. The
(第5の実施の形態)
図8は,上記信号伝送システムにおける第5の実施形態によるカードリーダライタ110と非接触式カード112の構成を示したブロック図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing configurations of the card reader /
上記カードリーダライタ110は,信号生成手段410と,第1電極板412と,リアクタンス補正手段414と,周波数調整手段450とから構成される。また,非接触式カード112は,第2電極板430,信号受信手段432とから構成される。
The card reader /
本実施形態は,第2の実施形態における電力伝送システムの伝送目的である電力を信号に置き換えたものであり,本実施形態の信号生成手段410,第1電極板412,リアクタンス補正手段414,周波数調整手段450,電流計422,第2電極板430,信号受信手段432は,それぞれ第1の実施形態における電力生成手段210,第1電極板212,リアクタンス補正手段214,周波数調整手段350,第2電極板230,電力受電手段232と実質的に同一の機能を有する。かかる機能に関しては,重複説明を省略する。
In this embodiment, the power that is the transmission purpose of the power transmission system in the second embodiment is replaced with a signal. The signal generation means 410, the
(第6の実施の形態)
図9は,上記信号伝送システムにおける第6の実施形態によるカードリーダライタ110と非接触式カード112の構成を示したブロック図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing configurations of the card reader /
上記カードリーダライタ110は,信号生成手段410と,第1電極板412とから構成される。また,非接触式カード112は,第2電極板430,信号受信手段432,リアクタンス補正手段470と,信号調整手段472とから構成される。
The card reader /
本実施形態は,第3の実施形態における電力伝送システムの伝送目的である電力を信号に置き換えたものであり,本実施形態の信号生成手段410,第1電極板412,第2電極板430,信号受信手段432,リアクタンス補正手段470,信号調整手段472,電流計474は,それぞれ第1の実施形態における電力生成手段210,第1電極板212,第2電極板230,電力受電手段232,リアクタンス補正手段390,電力調整手段392,電流計394と同様の機能を有する。
In the present embodiment, the power that is the transmission purpose of the power transmission system in the third embodiment is replaced with a signal, and the signal generating means 410, the
このような信号伝送システムでは,通常,伝送する基の信号を例えば200MHz等の高い周波数を有する搬送波に乗せて伝送する。上記基の信号の周波数帯域が搬送波に比較して狭い場合,上記信号伝送システムは特に有効である。 In such a signal transmission system, the signal to be transmitted is usually transmitted on a carrier wave having a high frequency such as 200 MHz. The signal transmission system is particularly effective when the frequency band of the base signal is narrower than the carrier wave.
第4から第6の実施形態において,実質的に電力伝送システムと同じ構成を有する信号伝送システムを説明した。かかる信号伝送システムでは,上述のようにカードリーダライタ110を信号送信装置として,非接触式カード112を信号受信装置として使用することもできるが,逆の構成をとることもできる。即ち,カードリーダライタ110を信号受信装置として,非接触式カード112を信号送信装置として使用することである。また,このようなカードリーダライタ110に信号送信装置と信号受信装置の両装置を備えることも可能であり,非接触式カード112に上記両装置を備えることも可能である。さらに,各装置を動作するための電力として,第1から第3の実施形態に示した電力伝送システムをさらに含むこともできる。
(第7の実施の形態)
In the fourth to sixth embodiments, the signal transmission system having substantially the same configuration as the power transmission system has been described. In such a signal transmission system, the card reader /
(Seventh embodiment)
以下,図10〜図16を用いて,上記電力伝送システムを実現した場合の効果を説明する。かかる説明では,(1)負荷抵抗に電力を供給する単純回路,(2)上記単純回路の電力伝送路に第1電極板212と第2電極板230とから形成される電極対を模擬したコンデンサを挿入した回路,(3)上記(2)の回路に,さらにリアクタンス補正手段を設けた回路の3回路についてシミュレーションを行い,このような回路に同電力を印加し,その時の上記負荷抵抗に生じる電圧を測定する。ここでは,測定された電圧が高い程,電力伝送効率が高いことを表す。
Hereinafter, the effect when the power transmission system is realized will be described with reference to FIGS. In this description, (1) a simple circuit that supplies power to a load resistor, (2) a capacitor that simulates an electrode pair formed by a
図10は,電力生成手段210としての交流電源510と,電力受電手段232としての整流回路512のみが接続された回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram in which only the
上記交流電源510は,電圧5V,周波数200MHzの交流電力を生成する。
The
上記整流回路512は,上記交流電源510からの交流電力を直流電力に整流し,電圧を平滑化する平滑コンデンサ514と電力を消費する負荷としての負荷抵抗516に上記直流電力を供給する。このとき,カードグランド(CGND)520に対するテストポイント(TP)522に生じる電圧を測定する。
The
図11は,上記回路において測定された電圧値を示したプロット図である。ここでは,横軸550に経過時間,縦軸552に測定されたTP電圧を示す。このような単純回路において,TP電圧は,曲線554のように推移し,最終的に3.7Vに達する。
FIG. 11 is a plot showing voltage values measured in the above circuit. Here, the
図12は,図10に示す回路の電力伝送路に第1電極板212と第2電極板230を加えた回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram in which a
かかる回路は,交流電源510と,整流回路512と,第1コンデンサ570と,第2コンデンサ572とで構成されている。上記第1コンデンサ570と,第2コンデンサ572は,第1電極板212と第2電極板230とにより形成される2つの電極対を模擬したものである。このように構成することで,上記両コンデンサの電極板間に,カードリーダライタと非接触式カードとの境界574を設けたことと等しくなり,上記交流電源510側をカードリーダライタ,上記整流回路512側を非接触式カードとみなすことができる。
Such a circuit includes an
上記第1コンデンサ570および第2コンデンサ572の電極板の大きさSを20mm×20mmとし,各電極板間の距離lを0.1mm,真空の誘電率ε0を8.86×10-12とした場合,静電容量Cは,ε0×S/l=8.86×10-12×0.0004/0.0001=3.544×10-11(F)となって,周波数200MHzの正弦波信号に対するリアクタンス−j/2πfcは,−j×1/(2π×200×106×3.544×10-11)=−j22.45(Ω)となる。
The size S of the electrode plates of the
このように大きいリアクタンス値を有するコンデンサを挿入して,シミュレーションを行うと,かかるリアクタンスによる電圧降下が顕著に現れる。 When a simulation is performed by inserting a capacitor having such a large reactance value, a voltage drop due to the reactance appears remarkably.
図13は,上記回路において測定された電圧値を示したプロット図である。ここでは,横軸550に経過時間,縦軸552に測定されたTP電圧を示す。このようなコンデンサを挿入した回路において,TP電圧は,曲線576のように推移し,最終的には1.7Vになる。コンデンサを挿入していない図11と比較しても最終値が2.0Vも下がり,上記コンデンサのリアクタンスによる電圧降下が無視できないことが確認される。
FIG. 13 is a plot showing voltage values measured in the above circuit. Here, the
図14は,図12に示す回路の電力伝送路(上記非接触式カード側)にリアクタンス補正手段を加えた回路図である。 FIG. 14 is a circuit diagram in which reactance correction means is added to the power transmission path (on the non-contact card side) of the circuit shown in FIG.
係る回路は,交流電源510と,整流回路512と,第1コンデンサ570と,第2コンデンサ572と,リアクタンス補正手段としての第1インダクタ580,第2インダクタ582とから構成されている。上記第1インダクタ580は,第1コンデンサ570と整流回路512のホット側端子との間に挿入され,第2インダクタ582は,第2コンデンサ572と整流回路512のコールド側端子との間に挿入される。
The circuit includes an
上記第1コンデンサ570と第2コンデンサ572の有するリアクタンスは,このような第1インダクタ580と第2インダクタ582の自己インダクタンスによってキャンセルされ,電力伝送効率を上げることが可能となる。
The reactance of the
図15は,上記回路において測定された電圧値を示したプロット図である。ここでは,横軸550に経過時間,縦軸552に測定されたTP電圧を示す。このようなリアクタンス補正手段を挿入した回路において,TP電圧は,曲線584のように推移し,最終的には3.1Vに達する。この結果,図13の最終値1.7Vと比較して改善していることが分かる。このようにリアクタンスをキャンセルしたとしても,図11に示したような3.7Vにはならないのは,内部抵抗等があるからである。
FIG. 15 is a plot showing voltage values measured in the circuit. Here, the
図16は,図14に示す回路の電力伝送路のリアクタンス補正手段をカードリーダライタ側に加えた場合を示した回路図である。このときも図15に示したような同様の結果が得られる。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a case where reactance correction means for the power transmission path of the circuit shown in FIG. 14 is added to the card reader / writer side. At this time, the same result as shown in FIG. 15 is obtained.
上記シミュレーションにより,リアクタンス補正手段による電力伝送効率の必要性と効果が確認される。 The above simulation confirms the necessity and effect of power transmission efficiency by reactance correction means.
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
本実施形態は,非接触式カードとカードリーダライタ間の電力伝送および信号伝送を想定して記載されているが,VTRのロータリーカップラー等の近距離,非接点タイプの電力伝送にも適用できる。また,電力受電装置や信号受信装置は,カード形状に限られないことはもちろん,電力供給装置や信号送信装置もリーダライタに限られず,他の機能を有する携帯型もしくは小型の電子装置等に搭載することも可能である。 Although this embodiment is described assuming power transmission and signal transmission between a non-contact card and a card reader / writer, it can also be applied to short-distance, non-contact type power transmission such as a VTR rotary coupler. In addition, the power receiving device and the signal receiving device are not limited to the card shape, and the power supply device and the signal transmitting device are not limited to the reader / writer, and are mounted on portable or small electronic devices having other functions. It is also possible to do.
本発明は,電力伝送システム,電力供給装置,電力受電装置,信号伝送システム,信号送信装置,および,信号受信装置に適用可能である。 The present invention can be applied to a power transmission system, a power supply device, a power reception device, a signal transmission system, a signal transmission device, and a signal reception device.
110 カードリーダライタ
112 非接触式カード
210 電力生成手段
212 第1電極板
214 リアクタンス補正手段
216 電力調整手段
230 第2電極板
232 電力受電手段
350 周波数調整手段
410 信号生成手段
416 信号調整手段
432 信号受信手段
512 整流回路
110 Card reader /
Claims (31)
前記電力供給装置は,電力を生成する電力生成手段と,
前記電力生成手段に接続され,コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する前記供給部である第1電極板とを備え;
前記電力受電装置は,前記第1電極板との静電結合によりコンデンサとして機能する前記受電部である第2電極板と,
前記第2電極板に接続され,前記第2電極板を介して供給された電力を受電する電力受電手段とを備え;
前記第1電極板と前記第2電極板の電極対は電力伝送路の一部を形成し;
前記電力供給装置または前記電力受電装置は,前記電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段をさらに含むことを特徴とする,電力伝送システム。 A power supply device that supplies power; and a power reception device that is configured separately from the power supply device and that receives power from the power supply device. During power transmission, the supply unit of the power supply device and the power reception device A power transmission system in which the power receiving unit of the device is placed at the opposite position and the power is transmitted in a contactless manner:
The power supply device includes power generation means for generating power,
A first electrode plate that is connected to the power generating means and forms the one-side electrode plate of the electrode pair that functions as a capacitor;
The power receiving device includes a second electrode plate serving as the power receiving unit that functions as a capacitor by electrostatic coupling with the first electrode plate;
Power receiving means connected to the second electrode plate and receiving power supplied via the second electrode plate;
An electrode pair of the first electrode plate and the second electrode plate forms part of a power transmission path;
The power transmission system, wherein the power supply device or the power receiving device further includes reactance correction means for reducing a voltage drop due to reactance of the electrode pair.
前記電力供給装置は,前記非接触式カードに対して,データを読み出しおよび/または書き込みするカードリーダライタであることを特徴とする,請求項1に記載の電力伝送システム。 The power receiving device is a contactless card;
The power transmission system according to claim 1, wherein the power supply device is a card reader / writer that reads and / or writes data to and from the contactless card.
電力を生成する電力生成手段と;
前記電力生成手段に接続され,コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する前記供給部である第1電極板と;
前記電力生成手段と前記第1電極板との間に,前記第1電極板によって形成され,コンデンサとして機能する電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段と;
を備えることを特徴とする,電力供給装置。 A power supply device configured separately from a power receiving device for receiving power, wherein a power supply unit and a power receiving unit of the power power receiving device are opposed to each other during power transmission and supply power to the power power receiving device in a contactless manner. :
Power generation means for generating power;
A first electrode plate that is connected to the power generating means and forms the one-side electrode plate of the electrode pair that functions as a capacitor;
Reactance correction means for reducing a voltage drop due to reactance of an electrode pair formed by the first electrode plate and functioning as a capacitor between the power generation means and the first electrode plate;
A power supply device comprising:
自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタ;
所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せ;
のいずれかにより形成されることを特徴とする,請求項3に記載の電力供給装置。 The reactance correction means includes an inductor having a predetermined self-inductance;
Active inductor with adjustable self-inductance;
A combination of an inductor having a predetermined self-inductance and a variable capacitor with adjustable capacitance;
The power supply device according to claim 3, wherein the power supply device is formed of any one of the following.
各々の第1電極板は,前記電力生成手段のホット側とコールド側に接続され,
前記電力受電装置の受電部に対向する位置で横並びに形成されることを特徴とする,請求項3に記載の電力供給装置。 Two first electrode plates are provided in one power transmission path;
Each first electrode plate is connected to a hot side and a cold side of the power generating means,
The power supply device according to claim 3, wherein the power supply device is formed side by side at a position facing a power reception unit of the power reception device.
コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する前記受電部である第2電極板と;
前記第2電極板に接続され,前記第2電極板を介して供給された電力を受電する電力受電手段と;
前記第2電極板と前記電力受電手段との間に,前記第2電極板によって形成され,コンデンサとして機能する電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段と;
を備えることを特徴とする,電力受電装置。 A power receiving device configured separately from a power supply device that supplies power, wherein a power receiving unit and a supply unit of the power supply device face each other during power transmission and receive power from the power supply device in a contactless manner. :
A second electrode plate that is the power receiving unit forming one electrode plate of an electrode pair that functions as a capacitor;
Power receiving means connected to the second electrode plate and receiving power supplied via the second electrode plate;
Reactance correction means for reducing a voltage drop due to reactance of an electrode pair formed by the second electrode plate and functioning as a capacitor between the second electrode plate and the power receiving means;
A power receiving device comprising:
自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタ;
所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せ;
のいずれかにより形成されることを特徴とする,請求項10に記載の電力受電装置。 The reactance correction means includes an inductor having a predetermined self-inductance;
Active inductor with adjustable self-inductance;
A combination of an inductor having a predetermined self-inductance and a variable capacitor with adjustable capacitance;
The power receiving device according to claim 10, wherein the power receiving device is formed of any one of the following.
各々の第2電極板は,前記電力受電手段の各端子に接続され,
前記電力供給装置の供給部に対向する位置で横並びに形成されることを特徴とする,請求項10に記載の電力受電装置。 Two second electrode plates are provided in one power transmission path;
Each second electrode plate is connected to each terminal of the power receiving means,
The power receiving apparatus according to claim 10, wherein the power receiving apparatus is formed side by side at a position facing a supply unit of the power supply apparatus.
前記信号送信装置は,信号を生成する信号生成手段と,
前記信号生成手段に接続され,コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する前記送信部である第1電極板とを備え;
前記信号受信装置は,前記第1電極板との静電結合によりコンデンサとして機能する前記受信部である第2電極板と,
前記第2電極板に接続され,前記第2電極板を介して送信された信号を受信する信号受信手段とを備え;
前記第1電極板と前記第2電極板の電極対は信号伝送路の一部を形成し;
前記信号送信装置または前記信号受信装置は,前記電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段をさらに含むことを特徴とする,信号伝送システム。 A signal transmission device that transmits a signal, and a signal reception device that is configured separately from the signal transmission device and receives a signal from the signal transmission device, and at the time of signal transmission, the transmission unit of the signal transmission device and the signal reception A signal transmission system in which signals are transmitted in a contactless manner, with the receiving part of the device facing each other:
The signal transmission device includes signal generation means for generating a signal,
A first electrode plate that is connected to the signal generating means and that forms the one-side electrode plate of the electrode pair that functions as a capacitor;
The signal receiving device includes a second electrode plate which is the receiving unit that functions as a capacitor by electrostatic coupling with the first electrode plate;
Signal receiving means connected to the second electrode plate and receiving a signal transmitted through the second electrode plate;
An electrode pair of the first electrode plate and the second electrode plate forms part of a signal transmission path;
The signal transmission system according to claim 1, wherein the signal transmission device or the signal reception device further includes reactance correction means for reducing a voltage drop due to reactance of the electrode pair.
非接触式カードと;前記非接触式カードに対して,データを読み出しおよび/または書き込みするカードリーダライタと;
の対であることを特徴とする,請求項17に記載の信号伝送システム。 The signal receiving device and the signal transmitting device are:
A contactless card; and a card reader / writer for reading and / or writing data to the contactless card;
The signal transmission system according to claim 17, wherein the signal transmission system is a pair.
信号を生成する信号生成手段と;
前記信号生成手段に接続され,コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する前記送信部である第1電極板と;
前記信号生成手段と前記第1電極板との間に,前記第1電極板によって形成され,コンデンサとして機能する電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段と;
を備えることを特徴とする,信号送信装置。 A signal transmission device configured separately from a signal reception device that receives a signal, wherein a transmission unit and the reception unit of the signal reception device face each other during signal transmission, and transmits a signal to the signal reception device in a contactless manner. :
Signal generating means for generating a signal;
A first electrode plate that is connected to the signal generating means and forms the one-side electrode plate of an electrode pair that functions as a capacitor;
Reactance correction means for reducing a voltage drop due to reactance of an electrode pair which is formed by the first electrode plate and functions as a capacitor between the signal generating means and the first electrode plate;
A signal transmission device comprising:
自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタ;
所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せ;
のいずれかにより形成されることを特徴とする,請求項19に記載の信号送信装置。 The reactance correction means includes an inductor having a predetermined self-inductance;
Active inductor with adjustable self-inductance;
A combination of an inductor having a predetermined self-inductance and a variable capacitor with adjustable capacitance;
The signal transmission device according to claim 19, wherein the signal transmission device is formed by any one of the following.
各々の第1電極板は,前記信号生成手段の各端子に接続され,
前記信号受信装置の受信部に対向する位置で横並びに形成されることを特徴とする,請求項19に記載の信号送信装置。 Two first electrode plates are provided in one signal transmission path;
Each first electrode plate is connected to each terminal of the signal generating means,
The signal transmission device according to claim 19, wherein the signal transmission device is formed side by side at a position facing a reception unit of the signal reception device.
コンデンサとして機能する電極対の片側電極板を形成する前記受信部である第2電極板と;
前記第2電極板に接続され,前記第2電極板を介して送信された信号を受信する信号受信手段と;
前記第2電極板と前記信号受信手段との間に,前記第2電極板によって形成され,コンデンサとして機能する電極対のリアクタンスによる電圧降下を減少させるリアクタンス補正手段と;
を備えることを特徴とする,信号受信装置。 A signal receiving device configured separately from a signal transmitting device for transmitting a signal, wherein a receiving unit and a transmitting unit of the signal transmitting device face each other at the time of signal transmission and receive a signal from the signal transmitting device in a non-contact manner. :
A second electrode plate serving as the receiving unit for forming one electrode plate of the electrode pair functioning as a capacitor;
Signal receiving means connected to the second electrode plate and receiving a signal transmitted through the second electrode plate;
Reactance correction means for reducing a voltage drop due to reactance of an electrode pair formed by the second electrode plate and functioning as a capacitor between the second electrode plate and the signal receiving means;
A signal receiving device comprising:
自己インダクタンスを調整可能なアクティブインダクタ;
所定の自己インダクタンスを有するインダクタと,静電容量を調整可能な可変コンデンサとの組合せ;
のいずれかにより形成されることを特徴とする,請求項26に記載の信号受信装置。 The reactance correction means includes an inductor having a predetermined self-inductance;
Active inductor with adjustable self-inductance;
A combination of an inductor having a predetermined self-inductance and a variable capacitor with adjustable capacitance;
27. The signal receiving device according to claim 26, wherein the signal receiving device is formed of any one of the following.
各々の第2電極板は,前記信号受信手段の各端子に接続され,
前記信号送信装置の送信部に対向する位置で横並びに形成されることを特徴とする,請求項26に記載の信号受信装置。 Two of the second electrode plates are provided in one signal transmission path;
Each second electrode plate is connected to each terminal of the signal receiving means,
27. The signal receiving apparatus according to claim 26, wherein the signal receiving apparatus is formed side by side at a position facing a transmitting unit of the signal transmitting apparatus.
27. The signal receiving apparatus according to claim 26, wherein the signal receiving apparatus is a contactless card or a card reader / writer that reads and / or writes data to and from the contactless card.
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