(57)【要約】集積回路（２）、抵抗ＲＡを有する空中巻線（３）、及びこれに並列で容量ＣＡを有するコンデンサ（４）から構成されるカプセル化されたトランスポンダ（１）に加えて、相互インダクタンスＭＳＡを介して前記空中巻線（３）に結合された二次巻線（７）、及び該二次巻線（７）と直列であり、より少ない巻き数、例えば１回巻の実質的により大きい一次巻線（６）から構成される結合回路（５）を備えており、搬送ユニット又はカードなどに一体化できるトランスポンダユニット。読取装置（８）とトランスポンダ（１）との間のほとんど最適なエネルギーの伝送を達成するため、及び許容できる読取り距離を増大するために、トランスポンダ（１）の受信周波数ωに対してω２≒１／（ＬＡＣＡ）が成り立ち、ＬＰ及びＬＳが一次巻線（６）及び二次巻線（７）のインダクタンスであり、ＭＰＳが両者の相互インダクタンスである場合に、相互インダクタンスＭＳＡがＭＳＡ＝√［（ＲＡ／ω）（ＬＰ＋ＬＳ±２ＭＰＳ）］の関係に従うように調整される。
2004511147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンスＬＡ及び抵抗ＲＡを有する空中巻線（３）、及び該空中巻線（３）に並列で容量ＣＡを有するコンデンサ（４）を備えたトランスポンダ（１）と、
インダクタンスＬＳを有し、前記空中巻線（３）と誘導的に結合された二次巻線（７）、及び、インダクタンスＬＰを有し、前期二次巻線（７）に直列であり、且つ相互インダクタンスＭＰＳを介して前記二次巻線（７）に誘導的に結合されたより大きな直径の一次巻線（６）を有する閉結合回路（５）とを備えたトランスポンダユニットであって、
ωがトランスポンダ（１）の受信周波数に対応してω２≒１／（ＬＡＣＡ）である場合、前記二次巻線（７）を前記空中巻線（３）に結合する相互インダクタンスＭＳＡが、ＭＳＡ＝√［（ＲＡ／ω）（ＬＰ＋ＬＳ±２ＭＰＳ）］の関係に従うことを特徴とするトランスポンダユニット。
【請求項２】
前記一次巻線（６）と前記二次巻線（７）との相互インダクタンスをＭＰＳ、及び両者のインダクタンスをＬＰ、ＬＳとした場合、ＭＰＳ≦（ＬＰ＋ＬＳ）／１００の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダユニット。
【請求項３】
前記一次巻線（６）及び前記二次巻線（７）が実質的に平面内に配置され、逆方向に巻かれていること、及び前記二次巻線（７）によって取り囲まれている領域が前記一次巻線（６）によって取り囲まれている領域と部分的に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランスポンダユニット。
【請求項４】
前記二次巻線（７）が、前記一次巻線（６）よりも大きな巻き数を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のトランスポンダユニット。
【請求項５】
前記一次巻線（６）が、１回巻きであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のトランスポンダユニット。
【請求項６】
前記空中巻線（３）の直径が１５０ｍｍを超えないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のトランスポンダユニット。
【請求項７】
前記トランスポンダ（１）がカプセル化され、前記結合回路（５）が前記カプセル化の外部に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のトランスポンダユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の集積化されたトランスポンダユニットを備えた搬送ユニットであって、
前記一次巻線（６）が、前記搬送ユニットの外側の周りに延伸していることを特徴とする搬送ユニット。
【請求項９】
パレット、コンテナ、ハンガー、又は梱包物であることを特徴とする請求項８に記載の搬送ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の集積化されたトランスポンダユニットを備えたカードであって、
前記空中巻線（３）を備えた前記トランスポンダ（１）がカプセル化され、前記結合回路（５）が前記カードに一体化されていることを特徴とするカード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、請求項１の特徴記載の先行部分によるトランスポンダユニットに関する。特に、このようなトランスポンダユニットは、異なるタイプの対象物を識別するために使用される。さらに、本発明は、トランスポンダユニットを備えた商品を搬送するための搬送ユニット、及び同様にトランスポンダユニットを備えたカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
それぞれの場合に、集積回路及び空中アンテナを備えているトランスポンダが、例えばカードに一体化されたトランスポンダユニットが従来から知られている（例えば、ＵＳ−Ａ−５　８００　７６３を参照）。トランスポンダによる信号の発信に加えて、読取装置によって放射された交流電磁場の磁気成分が空中巻線内で交流電流を誘導し、それが整流されて、例えばコンデンサを充電するために使用されることにより、トランスポンダが読取装置によって読取られた時に、空中巻線が集積回路にエネルギーを供給するように機能する。遠い読取り距離、及び対応する低い電磁場強度においても十分なエネルギー消費を確保するために、空中巻線によって囲まれる面積はできるだけ大きくすべきであり、そのオーム抵抗はできるだけ小さくすべきである。また、比較的大きな巻き数が、原則としてエネルギー消費にとって有利である。
【０００３】
これらの要件を満たすことは困難である。特に、大きな巻き数の大きな巻線は生産が困難であり、従来技術の機械では生産できず、対応するトランスポンダは大きくて不便であり、そのパッケージ方法及びそのカプセル化に至っては複雑かつ高価である。さらに、巻き数は、しばしば制限されているか、又は他の要件によって実質的に決定される。
【０００４】
ＥＰ−Ｂ−０　６５７　８３６は、一般的なタイプ、特に自動車タイヤを識別するためのトランスポンダユニットを提案しており、その中には、データ伝送が読取装置が正確に位置することに依存することを低減する観点で、タイヤの円周を辿る比較的大きな一次巻線を備える一方、二次巻線が空中巻線と比較的弱く誘導的に結合された結合回路が提案されている。データがトランスポンダから読み取られた時、読取装置が、直接誘導的に、特に一次巻線に結合する一方、二次巻線がトランスポンダの空中巻線とさらに結合する。読取装置が一次巻線から遠すぎない場合、読取装置の一次巻線との、従ってトランスポンダとの結合が読取りに十分であるため、読取装置の相対位置が許容される空間領域は、一次巻線のより大きな寸法に対応して、結合回路のない既知のトランスポンダユニットの場合よりも実質的に大きい。
【０００５】
しかし、二次巻線がトランスポンダの空中巻線と弱く結合されているのみであるため、読取装置からトランスポンダへのエネルギーの伝送は、全体として十分ではなく、トランスポンダの十分なエネルギー消費は、電磁場強度が比較的高い、即ち読取装置と一次巻線との間の距離が短い場合にのみ確実となる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の目的は、トランスポンダの十分なエネルギー吸収が、低い電磁場強度においても確実である一般的なタイプのトランスポンダユニットを提供することにある。本目的は、請求項１の特徴記載部分における特徴によって達成される。
【０００７】
本発明に係るトランスポンダユニットにおいて、結合回路の二次巻線は、トランスポンダが低い電磁場強度においてさえ、比較的大量のエネルギーを吸収し、それによってトランスポンダが遠い読取り距離にあっても、高い信頼性で動作するように、緊密に、且つ特別な方法で空中巻線に結合されている。逆に、同様に高度に効果的な結合により、トランスポンダによって放射された信号は、比較的広い空間領域にわたって、読取装置の高い信頼性の応答に対して十分な電磁場強度を有する。従って、トランスポンダと読取装置との相互位置は、より低い正確さで制御されればよい。
【０００８】
これは、例えば、トランスポンダが読取装置から比較的遠く離れた地点においても読取られ得る、本発明に係る集積トランスポンダユニットから構成される本発明に係る搬送ユニットの場合においてもあてはまる。しかし、本発明に係るトランスポンダユニットは、例えば、クレジットカード形式のカードの場合にも有利に使用され得る。空中アンテナは、容易に生産でき、又は集積回路に集積化できるように比較的小さく保つことができ、予め組み立てられたトランスポンダは、小型でカプセル化が簡単である一方、カードに集積化することができる結合回路によって、エネルギー吸収及び信号出力が実質的に改善され、よって許容できる読取り距離が遠くなる。
【０００９】
本発明は、実施の形態のみを示す図面を参照して以下に説明されている。
【００１０】
【好ましい実施形態の説明】
トランスポンダユニットは、内部抵抗ＲＴを有する集積回路２、及び整流器、及びエネルギー貯蔵部として機能するコンデンサ４が接続されている集積回路２の接続部に両端が接続されている空中巻線３を備えている既知のタイプのトランスポンダ１を備えている（図１）。空中巻線３は、インダクタンスＬＡ及び抵抗ＲＡを有する。集積回路２の接続部の間には、容量ＣＡを有するコンデンサ４がさらに存在する。さらに、集積回路２は、コネクトされた対象物を識別するために機能するデジタルデータ用不揮発性デジタルメモリ、及びデータが符号化され、送信され、同様に集積回路２の接続部に接続された送信手段を含む。トランスポンダ１は、概ね、例えば適切なプラスチック筐体又はＩＳＯカード内にカプセル化されている。
【００１１】
トランスポンダ１から電気的に絶縁されている結合回路５は、一次巻線６、及びこの一次巻線６と直列の二次巻線７を備え、この巻線は共に、閉じたコンダクタループ配置を形成している。詳細には後述するように、多くの場合において、２つの巻線が各々低い自己インダクタンスのみを有していれば有利である。さらに、結合回路５の抵抗が小さいことが望ましい。これに反する他の設計基準がなければ、製造を大幅に簡略化するため、巻線が各々１巻きのみであれば有利である。これは、通常、一次巻線の場合に可能であるが、これに対して、二次巻線は、しばしばトランスポンダ１の空中巻線への十分な結合のために、複数の巻き数でなければならない。
【００１２】
二次巻線７は、一次巻線６に対して逆方向に巻かれることが好ましい。二次巻線７は、一次巻線６に相対して、両者の相互誘導結合がゼロに近くなるような方法で配置されることがさらに有利である。例えば、二次巻線７によって囲まれる領域が、一次巻線６によって囲まれる領域に部分的に重なり、且つこの領域の補完部分、即ち一次巻線６の外側にある領域に部分的に重なるように、両者が実質的に平面内に配置される場合も考えられる。
【００１３】
一次巻線６は、例えば３００ｍｍ以上の比較的大きな直径有していてもよく、一方、二次巻線７の直径は、空中アンテナ３の直径にほぼ相当する直径、例えば約５０ｍｍであることが好ましい。巻線の正確な寸法及び形状は決定的なものではないが、一次巻線６は、二次巻線７よりも実質的に大きくなければならず、一方二次巻線７は、二次巻線７及び空中巻線３の相互誘導が、トランスポンダ１の最適なエネルギー吸収のために、以下において説明し、述べられる関係によって決定される大きさになるように、その形状及び寸法が、非常に近接して実装されている空中巻線３に概略対応するべきである。
【００１４】
同様に、読取装置８は回路１０の接続部に接続されている空中巻線９を備えている。これは、トランスポンダ１によって放射されて空中巻線９によってピックアップされる通常ＭＨｚの範囲の信号を受信し、復号化する受信機、及びトランスポンダ１の受信周波数に相当する周波数ωを有する交流電圧ＶＲを発生する発電機を備える。交流電圧ＶＲは、対応する交流電流ＩＲを空中巻線９に発生させる。
【００１５】
従って、様々な回路、即ち読取装置８の空中巻線９、結合回路５の一次巻線６と二次巻線７、及びトランスポンダ１の空中巻線３における電圧及び電流は、以下の式によって表わされる。
【数１】
2004511147.tif 000003
【００１６】
±は、二次巻線７の巻き方向が、一次巻線６の巻き方向に対応する場合に＋、逆方向である場合に−とする。上記したように、ＶＲは、読取装置８の空中巻線９に印加される読取装置８の出力電圧であり、ＬＸは回路Ｘのインダクタンスを表し、回路Ｘは、Ｘ＝Ｒであれば読取装置８の空中巻線９であり、Ｘ＝Ｐ、Ｓ、Ａであれば、それぞれ結合回路５の一次巻線６、二次巻線７、及びトランスポンダ１の空中巻線３であり、これに対応して、ＩＸは回路Ｘ内の電流であり、Ｘ＝Ｒ、Ｃ、Ａであり、Ｃは結合回路５を表す。既に述べたように、ＲＡはトランスポンダ１の空中巻線３の抵抗であり、ＲＴはトランスポンダ集積回路２の入力抵抗であり、ＣＡはコンデンサ４の容量である。ＭＳＹは、各々の場合に、巻線Ｘ、Ｙ＝Ｒ、Ｐ、Ｓ、Ａの相互インダクタンスを表す。結合回路５及び読取装置８の空中巻線９のオーム抵抗は、等式では無視されている。トランスポンダ集積回路２のエネルギー吸収を決定し、その入力端において存在する電圧であるＶＴに対しては、以下を適用する。
【数２】
2004511147.tif 000004
【００１７】
比較的小さな相互インダクタンスＭＲＡ及びＭＰＡを無視すれば、（１ａ）〜（１ｃ）は、以下に簡略化される。
【数３】
2004511147.tif 000005
【００１８】
尚、読取装置８の空中巻線９とトランスポンダ１の空中巻線３との間の直接結合は、他のパラメータの最適化にほとんど影響を及ぼさず、全体の結合を僅かに改善しさえするため、ＭＲＡを無視することは問題ではない。（２）、（３）から、読取装置８の空中巻線９とトランスポンダ集積回路２との間の伝達関数は、次のようになる。
【数４】
2004511147.tif 000006
【００１９】
周波数ωが、トランスポンダ１の空中巻線３及びコンデンサ４によって形成される共振回路の共振周波数ωｒにほぼ相当する、即ち
【数５】
2004511147.tif 000007
と仮定し、且つトランスポンダ集積回路２の入力抵抗ＲＴが非常に大きいと仮定すれば、次式は、良好な近似で正しい。
【数６】
2004511147.tif 000008
｜ＶＴ／ＩＲ｜は、
【数７】
2004511147.tif 000009
において最大値に達する。
【００２０】
（７）の関係にできるだけ正確に従うように、二次巻線７及び空中巻線３が設計され、且つ両者の相互位置が決定される。この関係からの逸脱はできるだけ小さくすべきであり、いかなる場合においても｜ＶＴ／ＩＲ｜は、最大値からの逸脱がせいぜい１／√ｅの倍率を超えるべきではない。一次巻線６と二次巻線７との間の相互結合はできるだけ小さくあるべきであり、ＭＰＳ≦（ＬＰ＋ＬＳ）／１００の関係に従うべきである。
【００２１】
図１に原理を説明した対応するトランスポンダユニットから構成される本発明に係る搬送ユニットは、図２に示したように約０．８ｍ×１．２ｍのプレート１１、及び下側に複数の平行なベースバーを有する木製の標準的なパレットであるユーロパレット（Ｅｕｒｏｐａｌｌｅｔ）である。コンデンサ４及び空中巻線３を備えた集積回路２から構成されるカプセル化トランスポンダ１は、プレート１１の角に一体化されている。結合回路５の一次巻線６は、プレート１１を取り囲む鉄鋼又はアルミニウムのストリップによって形成されている。これと直列になった二次巻線７は、同じくプレート１１に一体化され、（７）の関係に従うような方法でトランスポンダ１の空中巻線３に結合されている。さらに、上記において説明したように、トランスポンダ１からの信号は、一次巻線６の近くに配置された読取装置８によって読み取り可能で、そのために読取装置８に対するトランスポンダ１の正確な位置決めは必要ではない。
【００２２】
原理的に類似する解決策は多くの分野で可能であるが、非常に広範な商品を搬送するための搬送ユニットに特に可能である。従って、一次巻線は、コンテナ内にカプセル化された、又はコンテナの外側もしくは内部に結束されたれたリングもしくはストリップなどによって、又は全体もしくは一部が金属から構成さたコートハンガーによって、又はいかなる材料の梱包物にも取り付けられる金属ストリップによって形成され得る。一次巻線は、一次巻線によって囲まれるできるだけ大きい面積を作り出すために、搬送ユニットを実質的に取り囲むように形成されること、即ち仮に沈み込み構造であっても、搬送ユニットの寸法が利用されるように、搬送ユニットの外周に沿って巻かれることが好ましい。このようにして、瓶、バケツ、コンテナ、洗濯用品、材料の梱包物などは、本発明に係るトランスポンダユニットによって識別可能で、それらの循環は、読取装置によって比較的簡便にモニタされ得る。１３．５６ＭＨｚの受信周波数のカプセル化トランスポンダ１は、図３に示すように、プラスチックで作られ、形式及びデザインがクレジットカード又はチェックカードに相当するカード１２に一体化されている。集積回路２に集積化されている空中ループ３は、ほぼ方形であり、寸法が２．５ｍｍ×２．５ｍｍで６０回巻きである。このインダクタンスＬＡは６μＨであり、その抵抗ＲＡは２０Ωである。集積回路２に同様に集積化されているコンデンサ４は、２３ｐＦの容量ＣＡを有する。結合回路５は、同様にカード１２に集積化されている。結合回路５の一次巻線６は、カード１２のほぼエッジ部を辿り、８０ｍｍ×５０ｍｍの１回巻きであり、そのインダクタンスＬＰは２４０ｎＨである。逆方向に巻かれた二次巻線７は、一次巻線６の内部に存在し、トランスポンダ１を取り囲む。これは、寸法が４ｍｍ×４ｍｍの３回巻きで構成され、６５ｎＨのインダクタンスＬＳを有する。相互インダクタンスは、ＭＰＳ＝０．７ｎＨ、ＭＳＡ＝１８９ｎＨ、及びＭＰＡ＝３．５ｎＨである。ＭＳＡは、（７）の関係に正確に対応する。
【００２３】
読取装置（図示せず）の空中巻線は直径１００ｍｍの円形であり、５回巻きである。周波数が受信周波数１３．５６ＭＨｚに対応するＩＲ≒１００ｍＡの交流電流が前記空中巻線を介して流れる。このインダクタンスＬＲは７μＨである。読取装置の空中巻線と他の巻線との相互インダクタンスは、ＭＲＰ＝７１ｎＨ、ＭＲＳ＝０．８ｎＨ、及びＭＲＡ＝３．５ｎＨである。上記した電気的変数を使用して、（６）から｜ＶＴ／ＩＲ｜に関する値８６．２Ｖ／Ａが得られる。これらの状況下で許容できる読取り距離は、約５０ｍｍである。
【００２４】
当然に、本発明に係るトランスポンダユニットは、ファイル、自動車タイヤなどの全ての種類の製品に直接結束され、又はそれらの中に一体化可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】読取装置を備えている本発明に係るトランスポンダユニットを概略的に示す図である。
【図２】本発明に係る搬送ユニットの平面図である。
【図３】本発明に係るカードの平面図である。
【符号の説明】
１　　トランスポンダ
２　　集積回路
３　　空中巻線
４　　コンデンサ
５　　結合回路
６　　一次巻線
７　　二次巻線
８　　読取装置
９　　空中巻線
１０　回路
１１　プレート
１２　カード
【国際公開パンフレット】
2004511147.tif 000010
2004511147.tif 000011
2004511147.tif 000012
2004511147.tif 000013
2004511147.tif 000014
2004511147.tif 000015
2004511147.tif 000016
2004511147.tif 000017
2004511147.tif 000018
2004511147.tif 000019
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2004511147.tif 000021
2004511147.tif 000022
2004511147.tif 000023
2004511147.tif 000024
2004511147.tif 000025
2004511147.tif 000026
2004511147.tif 000027
【国際調査報告】
2004511147.tif 000028
2004511147.tif 000029
2004511147.tif 000030
2004511147.tif 000031
2004511147.tif 000032
2004511147.tif 000033