(57)【要約】【課題】センサーノードを駆動するための電力をセンサーノード内で生成する。【解決手段】磁場から交流電流を生成する螺旋状の平面構造を有するコイル部２１０と、生成した交流電流を直流電流に変換する整流部２１２と、変換した直流電流を用いて所定の動作を行うＩＣチップ２１４と、を備えるセンサーノードである。センサーノードを取り付ける家電機器などが発生させる磁場を交流電流に変え、この交流電流を直流電流に変換するので、センサーノードは、電池を備えていなくてもよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場から交流電流を生成する螺旋状の平面構造を有するコイル部と、
前記生成した交流電流を直流電流に変換する変換部と、
前記変換された直流電流を用いて所定の動作を行う集積回路チップと、
を備えることを特徴とする電力発生装置。
【請求項２】
前記コイル部、前記変換部及び前記集積回路を取り付けるプレート基板あるいはフィルム類を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力発生装置。
【請求項３】
磁場の相殺を抑える金属遮蔽膜を備えることを特徴とする請求項２に記載の電力発生装置。
【請求項４】
前記金属遮蔽膜は接地されていることを特徴とする請求項３に記載の電力発生装置。
【請求項５】
前記金属遮蔽膜によりコイルに通過した磁場が反射されることを抑えるためにインピーダンスマッチングを行うＲＦ回路設計部が前記金属遮蔽膜上に配置され、あるいは前記金属遮蔽膜と前記プレート基板または前記フィルム類との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の電力発生装置。
【請求項６】
前記プレート基板または前記フィルム類上に少なくとも２つのコイル部を備えることを特徴とする請求項２に記載の電力発生装置。
【請求項７】
前記コイル部、前記変換部及び前記集積回路を取り付けるプレート基板あるいはフィルム類を備え、
前記プレート基板または前記フィルム類を複数重ねることを特徴とする請求項１に記載の電力発生装置。
【請求項８】
前記プレート基板毎または前記フィルム類毎に複数のコイル部が取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の電力発生装置。
【請求項９】
前記変換部により変換された直流電流を充電する充電部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電力発生装置。
【請求項１０】
前記コイル部の中央にフェライト成分を有する鉄心を挿入することを特徴とする請求項１に記載の電力発生装置。
【請求項１１】
螺旋状の平面構造を有するコイル部を用いて磁場から交流電流を生成するステップと、
前記生成した交流電流を直流電流に変換するステップと、
前記変換した直流電流を用いて所定の動作を行うステップと、
を含むことを特徴とする電力発生方法。
【請求項１２】
前記直流電流を充電するステップを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の電力発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を生成するセンサーノードに関し、詳細には磁場を用いて電力を生成する電力発生装置および電力発生装置の電力生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図面を参照してホームネットワークについて説明する。ここで参照する図１は、ホームネットワークを構成しているホームサーバとセンサーノードを示した図である。図１に示すようにホームネットワーク１００は、ホームサーバ１１０と、複数のセンサーノード１２０〜１３６を備える。図示しないが、ホームネットワーク１００は、ホームサーバ１１０とセンサーノード１２０〜１３６以外に、電子機器（ホーム機器）をも備える。電子機器の種類については後述する。図１は１つのホームサーバのみを図示しているが、ユーザの設定によりセンサーネットワークを少なくとも２つのホームサーバで構成することもできる。
【０００３】
センサーノード１２０〜１３６はユーザが設定したターゲット領域に関する情報を収集する。ここで、センサーノード１２０〜１３６が収集するターゲット領域の情報とは、センサーノード１２０〜１３６の周りの温度に関する情報やターゲット領域の物体の移動関する情報などがある。センサーノード１２０〜１３６は収集した情報をホームサーバ１１０に伝達する。ホームサーバ１１０はホームネットワーク１００を構成しているセンサーノード１２０〜１３６が伝送した情報を受信する。ホームサーバ１１０から一定距離内に位置しているセンサーノード１２０〜１３６は伝送する情報を直接ホームサーバ１１０に伝送する。しかし、ホームサーバ１１０から一定距離内に位置しないセンサーノードは収集された情報を直接ホームサーバ１１０に伝送する代わりに、隣接のセンサーノードに伝送する。前述のように一定距離内に位置していないセンサーノードが隣接のセンサーノードを用いて情報を伝送する理由は、情報伝送にかかる電力消耗を最小化するためである。即ち、ホームサーバ１１０とセンサーノード間の距離とセンサーノードがサーバへ情報伝送のために消耗される電力とは一般的に比例する。従って、ホームサーバ１１０から一定距離内に位置していないセンサーノードは複数のセンサーノードを介して収集された情報をホームサーバ１１０に伝送することによってデータ伝送による電力消耗を最小化することができる。
【０００４】
しかし、従来技術によると、センサーノードが収集された情報を伝送し、あるいは他のセンサーノードから伝送された情報をホームサーバに伝送するのに必要な電力はセンサーノードに取り付けられている電池から供給されるため、電池の電力がなくなったとき、センサーノードは情報の収集及び収集された情報を伝送することができない。従って、ユーザは電池の電力がなくなることによる情報の伝送の停止及び情報の収集の停止を防止するため、電池を一定時間の間隔をもって交替しなければならず、この場合、電池の交替によるコストが発生してしまう問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前述問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、センサーノードを駆動するための電力をセンサーノード内で生成する方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、センサーノードを駆動するための電力をセンサーノードが直接生成することによって電池交替により生じるコスト問題を解決することにある。
【０００７】
本発明の更なる目的は、電池が消耗されてもセンサーノードの駆動が中止されることを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電力発生装置は、磁場から交流電流を生成する螺旋状の平面構造を有するコイル部と、前記生成した交流電流を直流電流に変換する変換部と、前記変換された直流電流を用いて所定の動作を行う集積回路チップと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る電力発生装置は、前記コイル部、前記変換部及び前記集積回路を取り付けるプレート基板あるいはフィルム類を備えることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る電力発生装置は、磁場の相殺を抑える金属遮蔽膜を備えることが好ましい。
【００１１】
前記金属遮蔽膜は接地されていることが好ましい。
【００１２】
前記金属遮蔽膜によりコイルに通過した磁場が反射されることを抑えるためにインピーダンスマッチングを行うＲＦ回路設計部が前記金属遮蔽膜上に配置され、あるいは前記金属遮蔽膜と前記プレート基板または前記フィルム類との間に配置されることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る電力発生装置は、前記プレート基板またはフィルム類上に少なくとも２つのコイル部を備えることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る電力発生装置は、前記コイル部、前記変換部及び前記集積回路を取り付けるプレート基板あるいはフィルム類を備え、前記プレート基板または前記フィルム類を複数重ねることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る電力発生装置は、前記プレート基板毎または前記フィルム類毎に複数のコイル部が取り付けられていることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る電力発生装置は、前記変換部により変換された直流電流を充電する充電部を更に備えることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る電力発生装置は、前記コイル部の中央にフェライト成分を有する鉄心を挿入することが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る電力発生方法は、螺旋状の平面構造を有するコイル部を用いて磁場から交流電流を生成するステップと、前記生成した交流電流を直流電流に変換するステップと、前記変換した直流電流を用いて所定の動作を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る電力発生方法は、前記直流電流を充電するステップを更に含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、空気中の磁場を用いて電流を生成し、生成した電流をセンサーノード（電力発生装置のＩＣチップ）の駆動電流として使用する。このように空気中の磁場を使用して電流を生成することから、センサーノードを駆動するための電池を、一定間隔をもって交替する必要がなく、電池交換によるコストの発生を抑えることができる。また、ユーザの不注意により電池の交替が行われないことにより発生するセンサーノードの駆動が中断されることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
本発明はセンサーノードが空気中に存在する磁場を用いて電力を生成し、生成した電力を用いてセンサーノードを駆動する方法を提案する。ここで、特許請求の範囲の電力発生装置がセンサーノードに相当する。
【００２２】
下記表１は電子機器から３０ｃｍ離れた地点で測定される電界強度あるいは磁界強度を示している。
【００２３】
【表１】
2006180695.tif 000003
【００２４】
一般に、電界強度と磁界強度は距離の二乗に反比例する。従って、電子機器から離れるほど測定される電界強度と磁界強度は急激に減少する。一例として、電気かみそりの場合、電気かみそりから１５ｃｍ離れた地点で測定される磁界強度が１５０ｍＧであれば、３０ｃｍ離れた地点で測定される磁界強度は２２ｍＧである。また、電気かみそりから４５ｃｍ離れた地点で測定される磁界強度は６．７ｍＧであり、６０ｃｍ離れた地点で測定される磁界強度は２.６ｍＧ、９０ｃｍ離れた地点で測定される磁界強度は１.５ｍＧである。しかし、電子機器の表面には磁界の減衰がほとんどない強力磁界が生じ、本発明の場合は電子機器の表面に取り付けられることから磁界の強度は減衰せずそのまま利用可能である。磁界と電界は相互変換できるので空気中に存在する磁界だけでなく、空気中に存在する電界によっても電力生成ができる。
【００２５】
前述のように、ホームネットワークはホーム機器から発生する電磁気波により電界と磁界が混在している。よって、本発明はホームネットワーク上に混在されている電界と磁界を用いてセンサーノードにおいて使用される電力を生成する。
【００２６】
図２は、本実施形態に係るセンサーノードの構成を示す図面である。センサーノード２００は、コイル部２１０、整流部２１２、充電部２１６、集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＩＣ）チップ２１４などから構成される。
ここで、整流部２１２が、特許請求の範囲の変換部に相当する。
コイル部２１０は空気中に混在している磁界を用いて交流電流を生成する。コイル部２１０から生成される誘導起電力は式（１）に基づいて算出される。
【００２７】
【数１】
2006180695.tif 000004
【００２８】
Ｎはコイル巻線数であり、ｄは磁束の変化量であり、ｄｔは時間の変化量を意味する。式（１）において、誘導起電力はコイルの巻線数と単位時間当り磁束の変化量に比例する。
【００２９】
整流部２１２は、コイル部２１０で生成した交流電流を整流して直流電流に変換する。
充電部２１６は、整流部２１２から伝達された直流電流のうちＩＣチップ２１４に伝達して残りの直流電流を充電する。
充電部２１６は、ＩＣチップ２１４内に設けるか、あるいは整流部２１２に設ける。なお、充電部２１６は、ＩＣチップ２１４内、整流部２１２にも設けなくてもよく、後記するフィルム類、柔軟性を有するプレート基板などに固定してもよい。
【００３０】
ＩＣチップ２１４は、整流部２１２から直流電流が供給されなければ、充電部２１６に充電されている電力を用いて所定の動作を行う。
【００３１】
ＩＣチップ２１４は、センサーノード２００に設定されている本体の動作を行う部分である。即ち、ユーザが設定した機能である周辺温度を検知したり、侵入者を検知したりするなどの機能を行う。ＩＣチップ２１４の詳細な機能は本願発明と関わっていないことから省略する。
【００３２】
図３は、第２の実施形態に係るセンサーノードを示す図面である。
図３を参照して、第２の実施形態に係るセンサーノードについて説明する。
図３に示したように、センサーノードは、コイル部２１０、整流部２１２、充電部（図３において図示せず。）、ＩＣチップ２１４を含んでいる。
【００３３】
図３に示すように、コイル部２１０は、整流部２１２とＩＣチップ２１４を中心にして螺旋状に巻かれている。コイル部２１０はその体積（厚さ）を減らすために３次元でない２次元で（平面状に）巻かれている。
【００３４】
前述のように、コイル部２１０により発生した誘導起電力は整流部２１２に伝達され、整流部２１２にて整流された誘導起電力はＩＣチップ２１４あるいは充電部に伝達される。センサーノードは、フィルム類３００に固定されている。センサーノードは、柔軟性を有するプレート基板などに固定されていてもよい。基盤やフィルム類３００は電磁気波が多く発生するホーム機器に取り付けることにより電源の発生効率を高めることができる。ホーム機器については、例えば、表１に挙げたものが考えられる。
【００３５】
図３に示すようなセンサーノードが１つのコイル部２１０を備えるだけではなく、２つ以上のコイル部を備えていてもよい。２つ以上のコイル部を形成するためには、コイル部を固定したプレート基板やフィルム類を重ねる必要がある。例えば、２つのコイル部を形成するためには、１つのコイル部を固定したプレート基板を２枚重ねる必要がある。このようにすることによってコイル部から発生する電源の大きさを増大させることができる。勿論、少なくとも２つのコイル部から構成された場合、各コイル部を互いに連結し、連結の端部のコイル部を整流部に連結したり、各コイル部を連結せず、コイル部毎に整流部と連結したりしてもよい。その他、センサーノードは誘導起電力を大きくするために、フェライト成分が塗布された磁性物（鉄心（ｉｒｏｎ  ｃｏｒｅ））をコイル部２１０の中央に設けてもよい。即ち、センサーノードが、コイル部の中心にフェライト成分の含まれた磁性物を備える場合には、生成される誘導起電力は、センサーノードが、コイル部の中心にフェライト成分を含む磁性物を備えない場合に比較して、大きな起電力を発生させることができる。
【００３６】
図４は、第３の実施形態に係るセンサーノードを示す図面である。以下、図４を参照して第３の形態に係るセンサーノードについて説明する。
【００３７】
図４に示すように、ｎ個のコイル部２１０−１〜２１０−ｎは、１つのフィルム類４００に固定されている。なお、複数のコイル部を固定したプレート基板やフィルム類４００を複数重ねてもよい。各コイル部２１０−１〜２１０−ｎは図４に示すように互いに連結して構成され、あるいは各コイル部２１０−１〜２１０−ｎは独立して構成されることもでき、起電力を発生させ、発生させた起電力を整流部２１２に伝達する。また、起電力の発生効率を高めるために複数のコイル部を固定したプレート基板やフィルム類を重ねることができる。この場合、各プレート基板やフィルム類に固定されているコイル部を連結して、連結の端部のコイル部を整流部に連結してもよく、プレート毎に固定されたコイル部を連結し、連結の端部のコイル部を整流部に連結してもよく、各コイル部を連結せずに各コイル部を整流部に連結してもよい。第２の実施形態と同様に、フェライト成分が塗布された磁性物をコイル部２１０−１〜２１０−ｎの中央に設けてもよい。
【００３８】
また、図４に示すように、大きな起電力を発生させるために、プレート基板やフィルム類４００の後面に電磁気波の相殺を抑えることのできる遮蔽膜４１０を設けることもできる。即ち、遮蔽膜４１０を形成しない場合、コイル部２１０−１〜２１０−ｎの前面から後面に向う電磁気波と、コイル部２１０−１〜２１０−ｎの後面から前面に向う電磁気波とが共存することとなる。この場合、コイル部２１０−１〜２１０−ｎの前面から後面に向う電磁気波とコイル部２１０−１〜２１０−ｎの後面から前面に向う電磁気波とが相互衝突する。この衝突により単位時間当り変化する磁束の量は減少し、これにより生じる起電力の大きさも減少する。
【００３９】
従って、プレート基板やフィルム類４００の後面に遮蔽膜４１０を形成することによりコイル部２１０−１〜２１０−ｎの後面から前面に向う電磁気波を遮断することができる。もちろんプレート基板やフィルム類４００の前面に遮蔽膜４１０を形成しても同じ効果が得られる。遮蔽膜４１０は金属膜を用いて形成できる。
【００４０】
その他、本発明は、コイル部２１０−１〜２１０−ｎの前面から後面に向う電磁気波が遮蔽膜４１０により反射されることを抑える方法を提案する。遮蔽膜４１０により反射される電磁気波は前述したように、コイル部２１０−１〜２１０−ｎの後面から前面に向う電磁気波と同じ影響をコイル部２１０−１〜２１０−ｎの前面から後面に向う電磁気波に与える。
【００４１】
従って、遮蔽膜４１０により反射される電磁気波を取除くために遮蔽膜４１０は電磁気波を吸収しなければならない。電磁気波を吸収する方法は遮蔽膜４１０を接地する方法およびインピーダンスマッチングを用いる方法がある。
【００４２】
遮蔽膜４１０を接地させる方法は、低周波にて主に使用され、インピーダンスマッチングを用いる方法は高周波にて使用される。インピーダンスマッチングを行う方法は、２つのインピーダンスの差（遮蔽膜４１０とプレート基板）の間に１/４波長の長さの中間的インピーダンスを挿入する方法がある。インピーダンスマッチングを行う方法は、スミスチャートとＬＣ素子を用いるＲＦ回路部を、遮蔽膜４１０上あるいは遮蔽膜４１０とプレート基板やフィルム類４００との間に具現する方法がある。インピーダンスマッチングを用いて電磁気波を吸収する方法についてはその説明は省略する。但し、インピーダンスマッチングを行うことのできるＲＦチップを遮蔽膜４１０上、または遮蔽膜４１０とプレート基板やフィルム類４００との間に挿入できる。
【００４３】
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。すなわち、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づいて判断されなければならない。例えば、本実施形態ではホームネットワークを構成しているセンサーノードに関して記述しているが、それに限定されるものではない。つまり、電力を用いて所定の動作を行う機器のすべてに応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ホームネットワークを構成しているホームサーバとセンサーノードを示した図である。
【図２】本実施形態に係るセンサーノードの構成を示す図面である。
【図３】第２の実施形態に係るセンサーノードを示す図面である。
【図４】第３の実施形態に係るセンサーノードを示す図面である。
【符号の説明】
【００４５】
２００    センサーノード
２１０    コイル部
２１２    整流部
２１４    ＩＣチップ
２１６    充電部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006180695.tif 000007
【図４】
2006180695.tif 000008