JP7309386B2 - Wireless communication system, communication device, and communication method - Google Patents
Wireless communication system, communication device, and communication method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7309386B2 JP7309386B2 JP2019036706A JP2019036706A JP7309386B2 JP 7309386 B2 JP7309386 B2 JP 7309386B2 JP 2019036706 A JP2019036706 A JP 2019036706A JP 2019036706 A JP2019036706 A JP 2019036706A JP 7309386 B2 JP7309386 B2 JP 7309386B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- communication
- ring
- power transmission
- communication device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000006854 communication Effects 0.000 title claims description 168
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims description 168
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 73
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 25
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 21
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 21
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
Description
本発明は、無線による電力伝送と通信を行う無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication system for wireless power transmission and communication.
近年、近接したアンテナ間で電磁界結合による無線通信を行う近接無線通信システムが提案されている。また、無線通信を行うための通信アンテナと無線電力伝送を行うための電力伝送アンテナとを通信装置に備えることで、通信装置間における通信と電力伝送の両方を無線化することが考えられている。 2. Description of the Related Art In recent years, a close proximity wireless communication system has been proposed in which wireless communication is performed by electromagnetic field coupling between adjacent antennas. It is also considered to wirelessize both communication and power transmission between communication devices by providing a communication device with a communication antenna for wireless communication and a power transmission antenna for wireless power transmission. .
特許文献1には、カメラ装置における旋回部と据え付け部との間で無線電力伝送及び無線通信を行うことにより、旋回部の自由旋回を実現し、旋回部と据え付け部とを接続するケーブルを不要とする無線通信システムが開示されている。また、電力伝送アンテナから発生する電磁界が無線通信アンテナによる通信に与える影響を低減するために、電力伝送アンテナと無線通信アンテナとを立体的に異なる位置に配置してアンテナ間の距離を遠くする構成が開示されている。 In Patent Document 1, by performing wireless power transmission and wireless communication between the rotating portion and the mounting portion of the camera device, the rotating portion can be freely turned, and the cable connecting the rotating portion and the mounting portion is unnecessary. A wireless communication system is disclosed. In addition, in order to reduce the influence of the electromagnetic field generated from the power transmission antenna on the communication by the wireless communication antenna, the power transmission antenna and the wireless communication antenna are placed in different positions in three dimensions to increase the distance between the antennas. A configuration is disclosed.
特許文献1に記載の技術のように、電力伝送アンテナと通信アンテナとを遠ざける構成を適用した場合には、無線通信システムの小型化が困難である。 As in the technique described in Patent Literature 1, when a configuration in which the power transmission antenna and the communication antenna are kept away is applied, it is difficult to reduce the size of the wireless communication system.
本発明は上記課題に鑑み、無線通信システムにおける電力伝送アンテナと通信アンテナとの距離を長くしなくとも、無線電力伝送が無線通信に与える影響を抑制できるようにすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to suppress the influence of wireless power transmission on wireless communication without increasing the distance between a power transmission antenna and a communication antenna in a wireless communication system.
上記課題を解決するため、本発明に係る通信装置は、例えば以下の構成を有する。すなわち、無線電力伝送を行うための電力伝送アンテナと、第1の輪の形状の少なくとも一部を成す第1電極と第2の輪の形状の少なくとも一部を成す第2電極とを有する通信アンテナと、前記第1電極と他の通信装置が有する第3電極との間での電磁界結合により生じる電位と、前記第2電極と前記他の通信装置が有する第4電極との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信を制御する通信制御手段とを有し、前記電力伝送アンテナと前記第1電極との距離は前記電力伝送アンテナと前記第2電極との距離よりも長く、且つ、前記第1の輪の半径方向における前記第1電極の幅は、前記第2の輪の半径方向における前記第2電極の幅よりも大きい。 In order to solve the above problems, a communication device according to the present invention has, for example, the following configuration. That is, a communication antenna having a power transmission antenna for wireless power transmission, a first electrode forming at least a part of a first ring shape, and a second electrode forming at least a part of a second ring shape and a potential generated by electromagnetic field coupling between the first electrode and a third electrode of the other communication device, and an electromagnetic field between the second electrode and a fourth electrode of the other communication device communication control means for controlling wireless communication based on the difference between the electric potential generated by field coupling, wherein the distance between the power transmission antenna and the first electrode is longer than the distance between the power transmission antenna and the second electrode. It is long and the width of the first electrode in the radial direction of the first ring is greater than the width of the second electrode in the radial direction of the second ring .
本発明によれば、無線電力伝送により生じる電磁界が第1電極に与える影響と第2電極に与える影響とが少なくとも一部相殺されることで、無線電力伝送が無線通信に与える影響を抑制しつつ、無線通信システムの小型化を実現することができる。 According to the present invention, the influence of the electromagnetic field generated by the wireless power transmission on the first electrode and the influence of the second electrode are at least partially offset, thereby suppressing the influence of the wireless power transmission on the wireless communication. At the same time, miniaturization of the wireless communication system can be realized.
[システム構成]
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図1に、本実施形態における無線通信システム100(以降、システム100)のシステム構成を示す。システム100は、通信装置101と、通信装置101との間で無線通信を行う通信装置102とを有する。通信装置101は、アンテナ部201と回路部202を有する。通信装置102は、アンテナ部301、回路部302、及び制御部303を有する。
[System configuration]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of a wireless communication system 100 (hereinafter referred to as system 100) according to this embodiment. The
本実施形態では、システム100がロボットアームに実装されている場合の例について説明する。この例において、通信装置101はロボットアームのアーム部分に含まれており、通信装置102はロボットアームのハンド部分に含まれている。そして、通信装置101と通信装置102との間では、ロボットアームの動作を制御するための制御信号を伝送する無線通信と、ハンド部分を動作させるための電力の送電が行われる。
In this embodiment, an example in which the
通信装置101のアンテナ部201は、基板281と、基板281上に設置された通信アンテナ282及び電力伝送アンテナ283を有する。通信装置102のアンテナ部301は、基板381と、基板381上に設置された通信アンテナ382及び電力伝送アンテナ383を有する。電力伝送アンテナ283及び電力伝送アンテナ383は、磁界共鳴方式、電磁誘導方式、又はその両方によって無線電力伝送を行うためのアンテナとして機能するコイル状の導体である。通信アンテナ282及び通信アンテナ382は、電磁界結合に基づいて無線でデータを伝送する無線通信を行うための通信アンテナとして機能する。
The
本実施形態における電磁界結合には、電界結合と磁界結合の両方が含まれる。すなわち、アンテナ間における無線通信は電界結合によって行われてもよいし、磁界結合によって行われてもよいし、電界結合と磁界結合の両方によって行われてもよい。また以下では、電力伝送アンテナ283及び電力伝送アンテナ383をそれぞれコイル283及びコイル383とも表記し、通信アンテナ282及び通信アンテナ382をそれぞれカプラ282及びカプラ382とも表記する。
Electromagnetic field coupling in this embodiment includes both electric field coupling and magnetic field coupling. That is, wireless communication between antennas may be performed by electric field coupling, magnetic field coupling, or both electric field coupling and magnetic field coupling. Further, hereinafter, the
通信装置101の回路部202は、信号線に接続するコネクタ251と、電力線に接続するコネクタ252と、コイル283を介した送電を制御する送電回路253を有する。さらに回路部202は、カプラ282を介した無線通信を制御する通信回路254と、中央演算装置255とを有する。通信装置102の回路部302は、カプラ382を介した無線通信を制御する通信回路351と、コイル383を介した受電を制御する受電回路352を有する。すなわち、送電回路253と受電回路352により装置間の電力伝送制御が行われ、通信回路254と通信回路351により装置間の通信制御が行われる。通信装置102の制御部303は、受電回路352により受信した電力を動力源としてハンド部を駆動するモータ354と、ハンド部に掛かる圧力などを検出するセンサ353とを有する。センサ353により得られたセンサデータは、通信回路351により通信装置101へ送信される。
The
システム100は、通信装置101と通信装置102とを所定の関係(例えばアンテナ部201とアンテナ部301との距離が略一定となる位置関係)を保つように支持するための構造を有する。またシステム100は、ロボットアームのアーム部分とハンド部分との少なくとも何れかをモータ等によって回転させる不図示の駆動部を有する。駆動部による回転制御によって、アンテナ部201とアンテナ部301とが相対的に回転する。駆動部は通信装置101と通信装置102との少なくとも何れかの内部に設けられていてもよいし、通信装置101及び通信装置102とは別に設けられていてもよい。
The
なお、システム100に含まれる電力伝送アンテナ及び通信アンテナの数は図1の例に限定されない。通信装置101と通信装置102との間の無線通信及び無線電力伝送は、単方向であってもよいし双方向であってもよい。また、システム100の適用先はロボットアームに限定されない。例えば、通信装置101がネットワークカメラ等の撮像装置の据え付け部に含まれ、通信装置102が撮像装置の旋回部に含まれ、通信装置101と通信装置102との間で撮像装置により取得された画像データが無線通信により伝送されてもよい。
Note that the number of power transmission antennas and communication antennas included in
[アンテナ構成]
図2(a)はアンテナ部201とアンテナ部301の構成を示す図である。アンテナ部201のカプラ282は電極2821と電極2822を有する。本実施形態では、通信装置101は電極2821と電極2822とを介して差動信号の通信を行う場合を中心に説明する。すなわち、電極2821と電極2822には、互いに位相が逆の信号が通信回路254から入力される。なお、通信装置101は電極2821と電極2822とのうち一方をグランドとして利用し、他方を介してシングルエンド信号の通信を行ってもよい。ただし、差動信号を用いることで、通信における外部からのノイズの影響を抑制しやすくなる。
[Antenna configuration]
FIG. 2A is a diagram showing the configuration of the
カプラ282とコイル283とは、基板281上において略同一平面上で同心円状に配置されている。アンテナ部201は、FR4で構成された基板281にコイル283とカプラ282が銅パターンとして形成されている。ただしアンテナ部201の構成はこれに限らず、例えばABS等のプラスチックで構成された基板281にコイル283とカプラ282としての導体の線材が固定されていてもよい。また、基板281の中心部に空洞があってもよい。また、カプラ282とコイルとがそれぞれ異なる基板に構成されていてもよい。
The
図2(a)に示す構成において、電極2821が成す輪の中心と電極2822が成す輪の中心とが一致し、これらの輪の半径が異なる。そして、システム100が有する駆動部は、これらの輪の中心を通る軸周りに電極2821と電極2822とを回転させる。このような構成によれば、アンテナ部201又はアンテナ部301が回転している間も安定して通信を行うことができる。なお、本実施形態では駆動部がアンテナ部201全体を回転させることで、電極2821と電極2822とが回転する場合を中心に説明する。ただしこれに限らず、駆動部は電極2821と電極2822との何れか一方を回転させてもよい。また、駆動部はアンテナ部201を回転させる代わりにアンテナ部301を回転させてもよい。また、本実施形態における電極が成す「輪」とは、厳密な円形のものに限定されず、例えば楕円形などであってもよい。
In the configuration shown in FIG. 2A, the center of the ring formed by the
アンテナ部301の構成もアンテナ部201と同様であり、アンテナ部201とアンテナ部301とは対向して配置される。すなわち、電極2821は電極3821と対向し、電極2822は電極3822と対向し、コイル283はコイル383と対向する。送電回路253によりコイル283に電圧が印加されると、磁界共鳴や電磁誘導によりコイル383に電位が生じ、受電回路352により電力が受信される。一方、通信回路351により電極3821と電極3822に電圧が印加されると、電極2821と電極3821との間での電磁界結合により電極2821に正の電位が生じ、電極2822と電極3822との間での電磁界結合により電極2822に負の電位が生じる。そして通信回路254は、電極2822に生じた電位と電極3822に生じた電位との差に基づく無線通信を制御して信号を受信する。なお、電極2821を負極とし、電極2822を正極として用いてもよい。また、通信の方向は上記に限定されず、通信回路254が電極2821及び電極2822に電圧を印加して信号を送信してもよいし、信号の送信と受信を切り替えてもよい。なお、本実施形態では、カプラ282とカプラ382との間でベースバンド方式に従って通信が行われるものとする。
The configuration of the
図2(b)は、図2(a)におけるA―B間の断面図を示している。図2(b)において、基板281の中心から外側に向けて順に、コイル283、電極2821、及び電極2822が配置される。コイル283には、例えば50W出力の無線電力伝送を行う場合に百数ボルトの電圧が印加される。一方、カプラ382への電圧の印加に応じてカプラ282に生じる電位は、例えば1ボルト程度など、コイル283に印加される電圧に比べて小さい。そのため、コイル283とカプラ282との間の距離が近い場合に、コイル283への電圧印加に応じた電磁界の影響によってカプラ282に生じる電位が通信の信号波形に干渉してノイズとなり、通信の誤りが発生することがある。図2(b)では、コイル283により生じる電磁界がカプラ282に与える影響を概念的に矢印で表現している。
FIG. 2(b) shows a cross-sectional view along AB in FIG. 2(a). In FIG. 2B, a
コイル283により生じる電磁界がカプラ282に与える影響について、図2(c)を用いて説明する。コイル283により生じる電磁界は電極2821と電極2822の両方に影響を与える。しかし、コイル283からの距離が近い電極2821の方が、距離が遠い2822と比して大きく影響を受ける。図2(c)は、電極2821が正極であり電極2822が負極であるものとして、コイル283に電圧が印加されたことに応じてノイズとして各電極に生じる電位の大きさを示している。通信回路254は差動通信を行うため、正極における電位から負極における電位を差し引いた波形が通信の信号として処理される。そのため、正極が受けるノイズの電位と負極が受けるノイズの電位が異なると、差し引き後の波形にコイル283からのノイズの影響が残ってしまう。このノイズが、カプラ282とカプラ382との間での電磁界結合により通信される信号と干渉することで、通信の誤りが生じることがある。
The effect of the electromagnetic field generated by the
一方、図2(d)は、図2(b)に示したアンテナ部201の構成と比べて、電極2822を太くした構成を示している。すなわち、コイル283からの距離が長い電極2822の表面積が、コイル283からの距離が短い電極2821の表面積よりも大きい。これにより、図2(b)の構成の場合と比較して、コイル283により生じる電磁界が電極2822に与える影響が大きくなる。その結果、図2(e)に示すように、正極が受けるノイズの電位と負極が受けるノイズの電位とが略同じ大きさになり、正極の電位から負極の電位を差し引いた波形においてはノイズの影響が相殺され、ノイズと通信信号との干渉が抑制される。
On the other hand, FIG. 2(d) shows a configuration in which the
このように、カプラ282が有する2つの電極それぞれの太さを、ノイズ源となるコイル283からの距離が離れるほど太くすることで、ノイズの影響を抑えられる。ここでは負極が正極よりも外側(ノイズ源から遠い位置)に位置するものとして説明したが、正極と負極の位置関係はこれに限定されるものではない。なお図2(d)では、図2(b)の構成に対して、コイル283から近い方の電極2821の幅を変えずに、コイル283から遠い方の電極2822を太くする例を示しているが、電極2821よりも電極2822の方が相対的に太くなっていればよい。例えば、電極2822の幅を変えずに電極2821を細くしてもよいし、電極2821を細くしつつ電極2822を太くしてもよい。このような構成によっても、図2(d)の場合と同様の原理により、無線電力伝送によるノイズと通信信号との干渉を抑制できる。
In this way, by increasing the thickness of each of the two electrodes of the
[シミュレーション結果]
次に、上述した構成による干渉抑制の効果について、電磁界シミュレーションの結果を説明する。図3はシミュレーションにおけるアンテナ部301の構成を示している。図3(a)はアンテナ部301の全体の構成を示しており、図3(b)と図3(c)は、電極3822の太さが異なる2種類のアンテナ部301の構成それぞれにおける、図3(a)の破線部を拡大した図である。以下では、図3(b)の構成を構成Aと表記し、図3(c)の構成を構成Bと表記する。電極3822は正極として用いられ、電極3821は負極として用いられる。構成Aと構成Bの何れにおいても、電極3821のパターン幅は1.3mmである。一方、構成Aにおける電極3822のパターン幅は1.3mmであり、構成Bにおける電極3822のパターン幅は1.45mmである。構成Aと構成Bの何れにおいても、電極3822と電極3821との間隔は0.4mmである。なお、構成Aと構成Bのそれぞれにおいて、アンテナ部201はアンテナ部301と同様の構成であるものとする。
[simulation result]
Next, the result of an electromagnetic field simulation will be described regarding the effect of interference suppression by the above-described configuration. FIG. 3 shows the configuration of the
図4の(a)は、アンテナ部201とアンテナ部301とを対向させた様子を示している。ただし、シミュレーションにおけるカプラ282とカプラ382との間隔は1.3mmであり、図4(a)では便宜上それよりも間隔が大きく表されている。カプラ382に電圧が印加されると、電磁界結合によってカプラ282へ信号が伝送される。この際の信号の伝達特性をS21(CC)と表記する。一方、コイル383に電圧が印加されると、電極3822にノイズが生じる。このノイズの伝達特性をS21(P-)と表記する。また、同時に電極3821にもノイズが生じ、このノイズの伝達特性をS21(P+)と表記する。コイル283からカプラ382への干渉度は以下のように求められる。S21(P+)からS21(P-)を減算した結果をS21(P±)とし、S21(CC)とS21(P±)との間のアイソレーションを測定し、アイソレーションが大きければ干渉度が低いと判断できる。
(a) of FIG. 4 shows a state in which the
図4(b)は、図3(b)で示した構成Aの場合の干渉度のシミュレーション結果を示している。カプラ382からカプラ282へ送信する信号の中心的周波数を100MHzとした場合に、S21(CC)は-21.1dbである。一方、コイル383による無線電力伝送の搬送波周波数を3MHzとした場合に、S21(P±)は-95.9dbである。したがって、S21(CC)とS21(P±)との間のアイソレーションは-74.8dbとなる。
FIG. 4(b) shows a simulation result of the degree of interference in the configuration A shown in FIG. 3(b). S21(CC) is -21.1 db when the center frequency of the signal transmitted from the
図4(e)は、図3(c)で示した構成Bの場合の干渉度のシミュレーション結果を示している。カプラ382からカプラ282へ送信する信号の中心的周波数を100MHzとした場合に、S21(CC)は-20.8dbである。一方、コイル383による無線電力伝送の搬送波周波数を3MHzとした場合に、S21(P±)は-106.2dbである。したがって、S21(CC)とS21(P±)との間のアイソレーションは-85.3dbとなる。
FIG. 4(e) shows a simulation result of the degree of interference for the configuration B shown in FIG. 3(c). S21(CC) is -20.8 db when the central frequency of the signal transmitted from the
図4(b)と図4(c)を比較すると、電極3822及び電極2822が太い構成Bの方が、アイソレーション特性が10.5db良いことがわかる。すなわち、カプラ382が有する2つ電極のうちコイル383から遠い方の電極の幅を近い方の電極の幅より太くすることにより、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できることがわかる。
Comparing FIG. 4B and FIG. 4C, it can be seen that the configuration B, in which the
[変形例]
以上で説明したシステム100の構成は一例であり、電極の幅を異ならせることによる干渉の抑制方法は、その他の構成にも適用できる。以下ではシステム100の構成の変形例を説明する。なお、以下で説明するアンテナ部201の変形例は、アンテナ部301にも同様に適用できる。
[Modification]
The configuration of the
図2等を用いた説明では、電極2821及び電極2822がそれぞれ輪形状を成しており、電極2822が成す輪の半径方向における電極2822の幅が、電極2821が成す輪の半径方向における電極2821の幅より大きいものとした。ただし電極の形状はこれに限定されず、図5(a)に示すように、これらの電極が輪形状の一部を成す構成(輪がカットされたような構成、言い換えると、半径方向のスリットを有する構成)でもよい。このような構成によれば、コイル283により生じる電磁界がカプラ282による通信へ与える影響を更に抑制することができる。
In the description using FIG. 2 and the like, the
また、図5(b)に示すように、アンテナ部201にカプラを複数設けることで、双方向通信を同時に実行可能な構成としてもよい。図5(b)において、一対の電極2821と電極2822は差動信号を受信するためのカプラ282を構成し一対の電極2831と電極2832は差動信号を送信するためのカプラ284を構成する。なお、送信用のカプラと受信用のカプラの配置を逆にしてもよい。この構成において、電極2822を電極2821よりも太くし、電極2832を電極2831よりも太くすることで、上述したようにコイル283による無線電力伝送がカプラを介した通信に与える影響を抑制できる。また、各方向の通信の信号を均質に近づけるために、電極2831を電極2822よりも細くしてもよい。例えば、電極2821と電極2831の幅を略同一にし、電極2822と電極2832の幅を略同一にし、電極2821よりも電極2822の幅を太くしてもよい。また、これら2組のカプラを用いて、単方向2系統通信を行えるようにしてもよい。図5(c)に示すように、2組のカプラを用いる構成においても、図5(a)の場合と同様、電極が輪形状の一部を成すようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 5B, by providing a plurality of couplers in the
また、差動信号の伝送を行う場合を中心に説明した上記の構成を、シングルエンド信号の伝送に適用してもよい。例えば、図5(a)から図5(c)における電極2821と電極2822の一方がグランドとして利用され、他方にシングルエンド信号が入力されてもよい。
Also, the above configuration, which has been described mainly for the case of transmitting differential signals, may be applied to the transmission of single-ended signals. For example, one of the
また、カプラ282とコイル283との位置関係は上述の例に限定されない。例えば、上述の例では、電極2821が成す輪の半径方向と垂直な方向から見て、電極2821が成す輪と電極2822が成す輪とが、コイル283が成す輪の外側に位置するものとした。しかし、図5(d)に示すように、電極2821が成す輪と電極2822が成す輪とが、コイル283が成す輪の内側に位置していてもよい。この場合、コイル283から遠い方の電極、即ち内側の電極2822の幅を、コイル283から近い方の電極、即ち外側の電極2821の幅よりも太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。また、図5(e)に示すように、2組のカプラを用いる構成においても、カプラの外側にコイル283を配置してもよい。さらに、図5(d)における電極が成す輪をカットしたような構成(図5(f)の構成)や、図5(e)における電極が成す輪をカットしたような構成(図5(g)の構成)も適用可能である。また、図5(h)や図5(i)に示すように、電極の形状を円弧状にしてもよい。
Also, the positional relationship between the
上述のシステム100においては、カプラ282とコイル283が略同一平面上に位置し、カプラ382とコイル383とが略同一平面上に位置するものとした。一方、図6に示すシステム600においては、無線電力伝送と無線通信とを行うアンテナ部601が立体的に構成される。アンテナ部601は固定されていてもよいし、回転可能に構成されていてもよい。システム600におけるアンテナ部601以外の構成はシステム100と同様であり、同一の符号を付している。
In the
アンテナ部601の構成の例を図7に示す。図7(a)の構成において、コイル283とコイル383は上下に並べて配置され、それらのコイル間で無線電力伝送が行われる。そして、コイル283及びコイル383に近い方から順に、電極3821、電極3822、電極2821、及び電極2822が上下方向に並べて配置される。ここで、電極2821が成す輪と垂直な方向(上下方向)は、電極2822が成す輪と垂直な方向と同一の方向である。この場合において、カプラ382が有する2つの電極のうち上下方向においてコイル383から遠い方の電極3822の幅を、コイル383から近い方の電極2821の幅より太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。カプラ282が有する電極2821と電極2822についても同様である。
An example of the configuration of the
なお、図7(b)に示すように、アンテナ部601における電極が輪形状の一部を成すようにしてもよい。また、カプラ382よりもカプラ282をコイルの近くに配置してもよい。また、コイル283よりもコイル383をカプラの近くに配置してもよい。さらに、コイルとカプラの上下関係を反転させてもよい。また、カプラ282の電極とカプラ382の電極とは形状が異なっていてもよく、例えば図7(c)に示すように、電極3821と電極3822の形状を円弧状にしてもよい。
In addition, as shown in FIG. 7B, the electrode in the
また、図7(d)に示すように、コイル283及びコイル383の上下にそれぞれ一組のカプラを設けて、双方向通信又は単方向2系統通信が可能な構成としてもよい。この場合、カプラ282及びカプラ382においては上側の電極を下側の電極よりも太くし、カプラ384及びカプラ284においては下側の電極を上側の電極よりも太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。このようにコイルの上下にカプラを配置する構成においても、図7(e)に示すように電極が輪形状の一部を成すようにしてもよく、図7(f)に示すようにカプラ282の形状とカプラ284の形状とを異ならせてもよい。
Further, as shown in FIG. 7(d), a pair of couplers may be provided above and below the
上述の各構成においては、コイルとカプラが同心円状に構成されている場合を中心に説明したが、コイルとカプラの配置はこれに限定されない。例えば図8に示すように、アンテナ部201においてコイル283とカプラ282が平面上に並べて配置されてもよい。図8(a)は、コイル283とカプラ282が配置される平面と垂直な方向からアンテナ部201を見た様子を示しており、図8(b)は平面と水平な方向から見た様子を示している。この場合において、カプラ282が有する2つの電極のうち、コイル283から遠い方の電極2822の幅を、コイル283から近い方の電極2821の幅より太くすることで、無線電力伝送と無線通信の干渉を抑制できる。
In each of the configurations described above, the case where the coil and the coupler are configured concentrically has been mainly described, but the arrangement of the coil and the coupler is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8, in the
なお、カプラ282及びカプラ382が有する電極の形状は、輪形状や輪形状の一部を成すものに限定されない。例えば、電極2822及び電極3822の形状が円形や多角形や平板状であってもよい。また、コイル283の形状も上述の例に限定されず、例えば多角形であってもよい。
The shape of the electrodes of the
以上説明したように、本実施形態に係る無線通信システム(システム100及びシステム600)は、コイル283、コイル383、電極2821、電極2822、電極3821、及び電極3822を有する。コイル283と電極2822との距離はコイル283と電極2821との距離よりも長く、且つ、電極2822の表面積は電極2821の表面積よりも大きい。そして、電極2822と電極3822との間での電磁界結合により生じる電位と、電極2821と電極3821との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信が行われる。
As described above, the wireless communication system (
また、上述した各構成のアンテナ部201は、例えば以下のような方法で製造することができる。図2(a)に示すアンテナ部201を製造するためには、まず基板281上にコイル283を配置する。そして、コイル283に対して同心円状に電極2821のパターンを配置する。また、電極2821よりも表面積が大きい電極2822を、コイル283と電極2821に対して同心円状になるように配置する。ここで、電極2822の半径を電極2821の半径よりも大きくすることで、コイル283と電極2822との距離がコイル283と電極2821との距離よりも長くなるようにする。そして、コイル283に送電回路253を接続し、電極2821と電極2822に通信回路254を接続する。このようにして構成されたアンテナ部201を用いることで、上述したように、無線電力伝送と無線通信との干渉を抑制できる。なお、基板に各部材を配置する順番や部材を接続する順番は上記の例に限定されず、変更可能である。また、アンテナ部301も上記と同様の方法で製造できる。図5(a)から図5(i)、及び図7(a)から図7(f)に示したアンテナ部も、同様の方法で製造できる。
Further, the
上記のような構成によれば、無線電力伝送により生じる電磁界が電極2821に与える影響と電極2822に与える影響とが少なくとも一部相殺されることで、無線電力伝送が無線通信に与える影響を抑制することができる。これにより、コイル283とカプラ282とを近接して配置する事が可能となる。その結果、無線電力伝送と無線通信とを行う無線通信システム小型化が可能となり、当該システムを搭載する機器の薄型化、小型化、及び軽量化を実現する事ができる。
According to the above configuration, the influence of the electromagnetic field generated by the wireless power transmission on the
なお、本実施形態では、送信用のカプラと受信用のカプラとの間でベースバンド方式に従って電気信号が送受信される場合について説明した。ベースバンド方式によれば、電気信号の変調や復調を必要としないため、回路規模を小さくし且つ低遅延で通信することができる。しかしながら、ベースバンド方式では、電気信号に変復調を行って通信する方式と比べてノイズの影響を受けやすいため、無線電力伝送と無線通信との干渉を抑制する必要性が高い。そこで、本実施形態で説明したような干渉を抑制する構成を適用することで、無線電力伝送とベースバンド方式の通信とを同時に安定して行うことができる。ただし、通信方式はこれに限らず、例えば送信用のカプラから受信用のカプラへ送信される搬送波を、送信回路により生成される電気信号により変調することで、搬送通信を行ってもよい。搬送通信を行う場合、無線通信で伝送される搬送波の周波数と、無線電力伝送における搬送波の周波数とを異ならせることで、通信の干渉を抑制できる。 In this embodiment, a case has been described in which electrical signals are transmitted and received between the coupler for transmission and the coupler for reception according to the baseband system. Since the baseband system does not require modulation or demodulation of electrical signals, the circuit scale can be reduced and communication can be performed with low delay. However, the baseband system is more susceptible to noise than the system that modulates and demodulates electrical signals for communication, and there is a strong need to suppress interference between wireless power transmission and wireless communication. Therefore, by applying the configuration for suppressing interference as described in this embodiment, wireless power transmission and baseband communication can be performed stably at the same time. However, the communication method is not limited to this. For example, carrier communication may be performed by modulating a carrier wave transmitted from a transmission coupler to a reception coupler with an electrical signal generated by a transmission circuit. When carrier communication is performed, interference in communication can be suppressed by making the frequency of the carrier wave transmitted in wireless communication different from the frequency of the carrier wave in wireless power transmission.
100 無線通信システム
282、382 通信アンテナ
283、383 電力伝送アンテナ
2821、2822、3821、3822 電極
100
Claims (14)
第1の輪の形状の少なくとも一部を成す第1電極と第2の輪の形状の少なくとも一部を成す第2電極とを有する通信アンテナと、
前記第1電極と他の通信装置が有する第3電極との間での電磁界結合により生じる電位
と、前記第2電極と前記他の通信装置が有する第4電極との間での電磁界結合により生じ
る電位との差に基づく無線通信を制御する通信制御手段とを有し、
前記電力伝送アンテナと前記第1電極との距離は前記電力伝送アンテナと前記第2電極
との距離よりも長く、且つ、前記第1の輪の半径方向における前記第1電極の幅は、前記第2の輪の半径方向における前記第2電極の幅よりも大きい
ことを特徴とする通信装置。 a power transmission antenna for wireless power transmission;
a communication antenna having a first electrode forming at least a portion of a first ring shape and a second electrode forming at least a portion of a second ring shape ;
A potential generated by electromagnetic field coupling between the first electrode and a third electrode of another communication device, and an electromagnetic field coupling between the second electrode and a fourth electrode of the other communication device and a communication control means for controlling wireless communication based on the difference between the potential generated by
The distance between the power transmission antenna and the first electrode is longer than the distance between the power transmission antenna and the second electrode, and the width of the first electrode in the radial direction of the first ring is the first electrode. A communication device, wherein the width of the second electrode in the radial direction of two rings is larger than that of the second electrode.
前記第1の輪の半径と前記第2の輪の半径とは異なることを特徴とする請求項1に記載
の通信装置。 the center of the first ring and the center of the second ring are aligned,
2. The communication device according to claim 1 , wherein the radius of said first ring and the radius of said second ring are different.
前記第1の輪の半径方向と垂直な方向から見て、前記第1の輪と前記第2の輪とが前記
第3の輪の外側に位置することを特徴とする請求項2に記載の通信装置。 The power transmission antenna forms a third ring shape,
3. The method according to claim 2 , wherein the first ring and the second ring are positioned outside the third ring when viewed from a direction perpendicular to the radial direction of the first ring. Communication device.
前記第1の輪の半径方向と垂直な方向から見て、前記第1の輪と前記第2の輪とが前記
第3の輪の内側に位置することを特徴とする請求項2に記載の通信装置。 the power transmission antenna is shaped like a third ring;
3. The method according to claim 2 , wherein the first ring and the second ring are positioned inside the third ring when viewed from a direction perpendicular to the radial direction of the first ring. Communication device.
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の通信装置。 5. The communication device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power transmission antenna, the first electrode, and the second electrode are located on the same substrate.
向であり、
前記同一の方向における前記電力伝送アンテナと前記第1電極との距離は、前記同一の
方向における前記電力伝送アンテナと前記第2電極との距離よりも長いことを特徴とする
請求項1に記載の通信装置。 The direction perpendicular to the radius of the first ring and the direction perpendicular to the radius of the second ring are the same direction,
The distance between the power transmission antenna and the first electrode in the same direction is longer than the distance between the power transmission antenna and the second electrode in the same direction. Communication device.
電極との少なくとも一方を回転させる回転制御手段を有することを特徴とする請求項1乃
至6の何れか1項に記載の通信装置。 the first electrode and the second electrode around an axis passing through the center of the first ring and the center of the second ring;
The communication device according to any one of claims 1 to 6 , further comprising rotation control means for rotating at least one of the electrodes.
前記他の通信装置は、前記電力伝送アンテナとの間で前記無線電力伝送を行うための他の電力伝送アンテナを有することを特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system comprising the communication device according to any one of claims 1 to 9 and the other communication device,
The wireless communication system, wherein the other communication device has another power transmission antenna for performing the wireless power transmission with the power transmission antenna.
前記他の通信装置は、前記ロボットアームの第2部分に含まれ、
前記通信制御手段は、前記ロボットアームの動作を制御するための制御信号を伝送する
前記無線通信を制御することを特徴とする請求項10に記載の無線通信システム。 the communication device is included in a first portion of a robotic arm;
the other communication device is included in a second portion of the robotic arm;
11. The wireless communication system according to claim 10 , wherein said communication control means controls said wireless communication for transmitting a control signal for controlling the operation of said robot arm.
前記通信装置は、前記撮像装置の第2部分に含まれ、
前記通信制御手段は、前記撮像装置により取得された画像データを伝送する前記無線通
信を制御することを特徴とする請求項10に記載の無線通信システム。 the communication device is included in a first portion of an imaging device;
the communication device is included in a second portion of the imaging device;
11. The wireless communication system according to claim 10 , wherein said communication control means controls said wireless communication for transmitting image data acquired by said imaging device.
極と、第4電極とを有する無線通信システムによる通信方法であって、
前記第1電力伝送アンテナと前記第1電極との距離は前記第1電力伝送アンテナと前記
第2電極との距離よりも長く、且つ、前記第1の輪の半径方向における前記第1電極の表幅は、前記第2の輪の半径方向における前記第2電極の幅よりも大きく、
前記第1電極と前記第3電極との間での電磁界結合により生じる電位と、前記第2電極
と前記第4電極との間での電磁界結合により生じる電位との差に基づく無線通信を制御す
る通信制御工程を有することを特徴とする通信方法。 a first power transmission antenna, a second power transmission antenna, a first electrode forming at least a portion of a first ring shape , a second electrode forming at least a portion of a second ring shape , and a third A communication method by a wireless communication system having an electrode and a fourth electrode,
The distance between the first power transmission antenna and the first electrode is longer than the distance between the first power transmission antenna and the second electrode, and the surface of the first electrode in the radial direction of the first ring the width is greater than the width of the second electrode in the radial direction of the second ring ;
Wireless communication based on a difference between a potential generated by electromagnetic field coupling between the first electrode and the third electrode and a potential generated by electromagnetic field coupling between the second electrode and the fourth electrode A communication method characterized by having a communication control step for controlling.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019036706A JP7309386B2 (en) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | Wireless communication system, communication device, and communication method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019036706A JP7309386B2 (en) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | Wireless communication system, communication device, and communication method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020141328A JP2020141328A (en) | 2020-09-03 |
JP7309386B2 true JP7309386B2 (en) | 2023-07-18 |
Family
ID=72280710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019036706A Active JP7309386B2 (en) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | Wireless communication system, communication device, and communication method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7309386B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010541202A (en) | 2007-09-20 | 2010-12-24 | ボクシス,インク. | Transmission line applied to non-contact slip ring |
JP2014096612A (en) | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Sony Corp | Antenna module, information communication device and information communication system |
JP2018056215A (en) | 2016-09-26 | 2018-04-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Non-contact transmission module, imaging device, and robot hand |
JP2018113577A (en) | 2017-01-11 | 2018-07-19 | キヤノン株式会社 | Radio communication system, communication device, and communication method |
-
2019
- 2019-02-28 JP JP2019036706A patent/JP7309386B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010541202A (en) | 2007-09-20 | 2010-12-24 | ボクシス,インク. | Transmission line applied to non-contact slip ring |
JP2014096612A (en) | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Sony Corp | Antenna module, information communication device and information communication system |
JP2018056215A (en) | 2016-09-26 | 2018-04-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Non-contact transmission module, imaging device, and robot hand |
JP2018113577A (en) | 2017-01-11 | 2018-07-19 | キヤノン株式会社 | Radio communication system, communication device, and communication method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020141328A (en) | 2020-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5752936B2 (en) | Transmission line applied to non-contact slip ring | |
JP7263568B2 (en) | Wireless communication system, wireless communication system control method, and communication device | |
WO2015182063A1 (en) | Imaging apparatus | |
JP2022080160A (en) | Wireless transmission system, control method, and program | |
JP7114221B2 (en) | Wireless communication system, communication device and communication method | |
JP7158834B2 (en) | Communication device | |
US11128346B2 (en) | Antenna module and transmission system | |
JP2023009244A (en) | Communication system and communication method | |
JP7009179B2 (en) | Wireless communication system, communication device and communication method | |
JP6573182B2 (en) | Imaging device | |
JP7309386B2 (en) | Wireless communication system, communication device, and communication method | |
US11342673B2 (en) | Wireless system and method for controlling wireless system | |
JPH0918393A (en) | Noncontact type high frequency signal transmitter | |
JP5322177B2 (en) | Electromagnetic coupler and information communication equipment using the same | |
JP6273787B2 (en) | COMMUNICATION DEVICE, COMMUNICATION SYSTEM, AND ANTENNA STRUCTURE | |
JP7577488B2 (en) | Communication Equipment | |
JP2023132454A (en) | Communication device and communication system | |
JP2024037361A (en) | Antenna apparatus and wireless power transmission device having the same | |
JP2017184119A (en) | Antenna device | |
JP2021083030A (en) | Rotary joint | |
JPH05227064A (en) | Rotary non-contact coupler | |
KR20140096193A (en) | Wireless communication interface apparatus for wireless data and power transmission |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220225 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221122 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221227 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230606 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230705 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7309386 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |