(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報記憶手段を備え、所定の質問信号を受信することによって前記情報記憶手段内の情報アクセスを行い応答信号を送信するタイヤ装着用トランスポンダにおいて、
所定の第１周波数の電磁波を受信する第１受信手段と、
前記第１受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段と、
該第１エネルギー変換手段から出力される電気エネルギーによって動作し且つ前記第１受信手段によって前記質問信号を受信したときに該質問信号の内容に応じて前記情報記憶手段の記憶情報を読み出して応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、
前記第１エネルギー変換手段から出力される電気エネルギーによって動作し且つ前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、
前記第１周波数よりも低い第２周波数の電磁波を受信する第２受信手段と、
前記第２受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第２エネルギー変換手段と、
該第２エネルギー変換手段から出力される電気エネルギーを蓄電する蓄電器と、
前記主回路よりも電力消費量が大きい付属回路とを備え、
前記付属回路を動作させるための主電源或いは補助電源として前記蓄電器に蓄電された電気エネルギーを用いる
ことを特徴とするトランスポンダ。
【請求項２】
前記付属回路としてタイヤ内部の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部を設けると共に、前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項３】
前記蓄電器に充電された電気エネルギーは前記センサ部の駆動のみに使用されることを特徴とする請求項２に記載のトランスポンダ。
【請求項４】
前記センサ部によって物理量の検知を行い該検知結果を前記中央処理部に取り込むまでの所定時間だけ前記蓄電器から前記センサ部に通電する手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載のトランスポンダ。
【請求項５】
前記蓄電器が２次電池からなることを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項６】
前記蓄電器が大容量キャパシタからなることを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項７】
前記蓄電器は、前記センサ部の検出結果を少なくとも１回得られる電力量を充電可能な充電容量を有することを特徴とする請求項２に記載のトランスポンダ。
【請求項８】
前記センサ部は、温度センサと空気圧センサのうちの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項２に記載のトランスポンダ。
【請求項９】
前記第１周波数は短波帯以上の周波数に設定され、且つ前記第２周波数は中波帯以下の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項１０】
前記第２周波数は２００ｋＨｚ以下の周波数に設定されていることを特徴とする請求項９に記載のトランスポンダ。
【請求項１１】
前記第１周波数は前記第２周波数の整数倍の周波数とは異なる周波数に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項１２】
前記蓄電器への充電が必要であるか否かを検出する手段と、該検出の結果に基づいて充電が必要なときは前記応答信号に充電を要求する信号を含めて送信する手段とを設けたことを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項１３】
前記第２周波数の電磁波を受信するアンテナとしてループコイル状のアンテナを備えていることを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項１４】
車両のタイヤに取り付けられ且つ質問信号を受信したときに応答信号を送信するトランスポンダと、該トランスポンダに対して前記質問信号を送信し且つトランスポンダからの前記応答信号を受信するインタロゲータとを備えたトランスポンダシステムにおいて、
前記トランスポンダとして前記請求項１乃至請求項１３の何れかに記載のトランスポンダを用いると共に、
前記第２周波数の電磁波をアンテナから輻射するエネルギー供給手段を備え、
前記アンテナが前記車両の停車場或いは駐車場の少なくとも何れか一方に設けられており、
前記エネルギー供給手段は、前記トランスポンダを備えた車両が前記車両の停車場或いは駐車場にあるときにのみ前記トランスポンダへ電磁波を輻射する手段を有する
ことを特徴とするトランスポンダシステム。
【請求項１５】
前記インタロゲータが受信した前記応答信号に前記第２周波数の電磁波によるエネルギーの供給を要求する信号が含まれているときにのみ前記エネルギー供給手段を駆動する駆動制御手段を設けた
ことを特徴とする請求項１４に記載のトランスポンダシステム。
【請求項１６】
前記エネルギー供給手段によってエネルギー供給可能な領域内におけるトランスポンダの存在を検知する手段と、
該検知結果に基づいて、前記領域内にトランスポンダが存在するときに前記エネルギー供給手段を駆動する駆動制御手段とを設けた
ことを特徴とする請求項１４に記載のトランスポンダシステム。
【請求項１７】
前記エネルギー供給手段の第２周波数の電磁波を輻射するアンテナとしてループコイル状アンテナを備え、
該ループコイル状アンテナと、トランスポンダにおいて前記第２周波数の電磁波を受信するループコイル状アンテナとを電磁結合させてエネルギーを供給する
ことを特徴とする請求項１４に記載のトランスポンダシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスポンダ及びそのシステムに関し、特に２次電池や電源として用いる大容量キャパシタ等の蓄電器への充電に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤに関して識別したり、タイヤの内圧や、温度、回転数等を得ようとする場合、特定のタイヤから離れた位置より電気的発振エネルギーを受けて、そのタイヤに埋設したトランスポンダから信号を送るタイプの技術が知られている。
【０００３】
また、トランスポンダは集積回路と、これを保護する外殻からなり、その形状は小さなコイン状または円柱状など様々である。
【０００４】
この種の技術の一例が実開平２−１２３４０４号公報に開示されている。この技術では、トランスポンダのタイヤにおける埋設位置は、カーカスプライ巻き上げ部先端レベルの中央部、またはバットレス部のカーカスプライ外面上に設定されている。
【０００５】
また、他の例として実開平７−１３５０５号公報にトランスポンダを装着した空気入りタイヤが開示されている。これは前述した技術を改良したものである。この空気入りタイヤでは、トロイダル状タイヤのビード部内周面に備えた降起部にトランスポンダ収納用ポケットを設けている。
【０００６】
これにより、トランスポンダ収納用ポケットを有する降起部を、タイヤを構成する部分から外れた、タイヤ内周面における走行時に動きの少ないビード部に設けているので、タイヤに与える悪影響が無く、またポケットに対するトランスポンダの入出が自在にできるため、収納したトランスポンダの点検、または必要な場合の取り替えを自由に行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のトランスポンダでは、内部の電子回路を動作させるために電池を用いる場合が殆どであり、電池が消耗すると動作しなくなる。このため、定期的に電池を交換する必要があり、交換作業に多大な手間を必要とした。また、タイヤ内にトランスポンダを埋め込んだものでは、電池交換を行うことができなかった。
【０００８】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、２次電池や大容量コンデンサなどの蓄電器への充電を外部から容易に行え、さらには蓄電器の電力消費を抑えたトランスポンダ及びそのシステムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１では、情報記憶手段を備え、所定の質問信号を受信することによって前記情報記憶手段内の情報アクセスを行い応答信号を送信するトランスポンダにおいて、所定の第１周波数の電磁波を受信する第１受信手段と、前記第１受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段と、該第１エネルギー変換手段から出力される電気エネルギーによって動作し且つ前記第１受信手段によって前記質問信号を受信したときに該質問信号の内容に応じて前記情報記憶手段の記憶情報を読み出して応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、前記第１エネルギー変換手段から出力される電気エネルギーによって動作し且つ前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、前記第１周波数よりも低い第２周波数の電磁波を受信する第２受信手段と、前記第２受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第２エネルギー変換手段と、該第２エネルギー変換手段から出力される電気エネルギーを蓄電する蓄電器と、前記主回路よりも電力消費量が大きい付属回路とを備え、前記付属回路を動作させるための主電源或いは補助電源として前記蓄電器に蓄電された電気エネルギーを用いるトランスポンダを提案する。
【００１０】
該トランスポンダによれば、第１周波数を用いてインタロゲータからの質問信号を受信すると共に該第１周波数の電磁波エネルギーを第１エネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換し、該電気エネルギーによって中央処理部と送信手段が動作する。前記中央処理部は情報記憶手段の記憶情報を読み出して前記質問信号に対する応答情報を表す電気信号を生成して前記送信手段に出力する。前記送信手段は前記電気信号に基づいて応答信号を送信する。また、第２受信手段によって受信された第２周波数の電磁波のエネルギーは、第２エネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換され、該電気エネルギーによって蓄電器が充電される。この蓄電器に蓄電されている電力は、前記電力消費量が前記主回路よりも大きい付属回路を動作させるための補助電源或いは主電源として用いられる。ここで、前記第２周波数は第１周波数よりも低い周波数に設定されいるため、インタロゲータとの間で通信を行っているときでも前記第２周波数の電磁波を受信して前記蓄電器への充電を行うことができると共に、前記第１周波数を用いるよりも高い効率でエネルギーの伝達を行うことができる。また、前記第１周波数としてエネルギー伝達効率が低いがデータ転送速度が速い高い周波数を用いることができる。
【００１１】
また、請求項２では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記付属回路としてタイヤ内部の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部を設けると共に、前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段を有するトランスポンダを提案する。
【００１２】
該トランスポンダによれば、前記センサ部によってタイヤ内部の空気圧や温度などの物理量が検知され、該検知結果が前記中央処理部によって取り込まれ応答情報に含められて、前記応答信号が送信される。
【００１３】
また、請求項３では、請求項２に記載のトランスポンダにおいて、前記蓄電器に充電された電気エネルギーは前記センサ部の駆動のみに使用されるトランスポンダを提案する。
【００１４】
該トランスポンダによれば、前記センサ部の駆動のみに前記蓄電器に充電されている電気エネルギーが使用される。
【００１５】
また、請求項４では、請求項３に記載のトランスポンダにおいて、前記センサ部によって物理量の検知を行い該検知結果を前記中央処理部に取り込むまでの所定時間だけ前記蓄電器から前記センサ部に通電する手段を設けたトランスポンダを提案する。
【００１６】
該トランスポンダによれば、前記物理量を検知して中央処理部に取得する時のみに前記蓄電器から前記センサ部に通電が行われる。これにより、前記蓄電器に蓄電されている電気エネルギーの消耗を必要最小限にすることができる。
【００１７】
また、請求項５では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記蓄電器が２次電池からなるトランスポンダを提案する。
【００１８】
該トランスポンダによれば、２次電池が前記蓄電器として用いられる。
【００１９】
また、請求項６では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記蓄電器が大容量キャパシタからなるトランスポンダを提案する。
【００２０】
該トランスポンダによれば、大容量キャパシタが前記蓄電器として用いられる。
【００２１】
また、請求項７では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記蓄電器は、前記センサ部の検出結果を少なくとも１回得られる電力量を充電可能な充電容量を有するトランスポンダを提案する。
【００２２】
該トランスポンダによれば、前記蓄電器の充電容量は前記センサ部の検出結果を１回以上得られる電力量を充電可能な容量に設定されている。
【００２３】
また、請求項８では、請求項２に記載のトランスポンダにおいて、前記センサ部は、温度センサと空気圧センサのうちの少なくとも一方を有するトランスポンダを提案する。
【００２４】
該トランスポンダによれば、前記センサ部には温度センサか空気圧センサの少なくとも一方が備えられ、該センサによって検出されたタイヤの温度や内圧の情報が前記応答情報に含められて送信される。
【００２５】
また、請求項９では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記第１周波数は短波帯以上の周波数に設定され、且つ前記第２周波数は中波帯以下の周波数に設定されているトランスポンダを提案する。
【００２６】
該トランスポンダによれば、データ転送効率を高めるために前記第１周波数として短波帯以上の周波数が設定されており、エネルギー転送効率を高めるために前記第２周波数として中波帯以下の周波数が設定されている。
【００２７】
また、請求項１０では、請求項９に記載のトランスポンダにおいて、前記第２周波数は２００ｋＨｚ以下の周波数に設定されているトランスポンダを提案する。
【００２８】
該トランスポンダによれば、エネルギー転送効率を高めるために前記第２周波数として２００ｋＨｚ以下の周波数が設定されている。
【００２９】
また、請求項１１では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記第１周波数は前記第２周波数の整数倍の周波数とは異なる周波数に設定されているトランスポンダを提案する。
【００３０】
該トランスポンダによれば、前記第２周波数の高調波によって前記第１周波数を用いた通信に妨害が与えられないように、前記第２周波数の整数倍の周波数とは異なる周波数に前記第１周波数が設定されている。
【００３１】
また、請求項１２では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記蓄電器への充電が必要であるか否かを検出する手段と、該検出の結果に基づいて充電が必要なときは前記応答信号に充電を要求する信号を含めて送信する手段とを設けたトランスポンダを提案する。
【００３２】
該トランスポンダによれば、前記蓄電器への充電が必要であるか否かが検出され、充電が必要なときは前記応答信号に充電を要求する信号が含められて送信される。これにより、例えばインタロゲータや充電装置が、前記充電を要求する信号を含む応答信号若しくは充電を要求する信号を受信したときに前記第２周波数の電磁波がトランスポンダに対して輻射される。
【００３３】
また、請求項１３では、請求項１に記載のトランスポンダにおいて、前記第２周波数の電磁波を受信するアンテナとしてループコイル状のアンテナを備えているトランスポンダを提案する。
【００３４】
該トランスポンダによれば、ループコイル状のアンテナが、前記第２周波数の電磁波を受信するアンテナとして用いられている。これにより、前記第２周波数の電磁波を送信するアンテナが同様のループコイル状のアンテナであり、これらの２つのアンテナのコイル軸がほぼ一致するように接近されたときに、レンツの法則による電磁誘導が行われて、さらに効率よくエネルギーの転送を行うことができる。
【００３５】
また、請求項１４では、車両のタイヤに取り付けられ且つ質問信号を受信したときに応答信号を送信するトランスポンダと、該トランスポンダに対して前記質問信号を送信し且つトランスポンダからの前記応答信号を受信するインタロゲータとを備えたトランスポンダシステムにおいて、前記トランスポンダとして前記請求項１乃至請求項１３の何れかに記載のトランスポンダを用いると共に、前記第２周波数の電磁波をアンテナから輻射するエネルギー供給手段を備え、前記アンテナが前記車両の停車場或いは駐車場の少なくとも何れか一方に設けられており、前記エネルギー供給手段は、前記トランスポンダを備えた車両が前記車両の停車場或いは駐車場にあるときにのみ前記トランスポンダへ電磁波を輻射する手段を有するトランスポンダシステムを提案する。
【００３６】
該トランスポンダシステムによれば、前記トランスポンダが装着されたタイヤを装備した車両が前記車両の停車場或いは駐車場にあるときに前記エネルギー供給手段によって前記第２周波数の電磁波がアンテナから輻射され、前記トランスポンダの蓄電器への充電が行われる。
【００３７】
また、請求項１５では、請求項１４に記載のトランスポンダシステムにおいて、前記インタロゲータが受信した前記応答信号に前記第２周波数の電磁波によるエネルギーの供給を要求する信号が含まれているときにのみ前記エネルギー供給手段を駆動する駆動制御手段を設けたトランスポンダシステムを提案する。
【００３８】
該トランスポンダシステムによれば、前記応答信号に前記第２周波数の電磁波によるエネルギーの供給を要求する信号が含まれているときにのみ前記エネルギー供給手段が駆動され、前記第２周波数の電磁波がアンテナから輻射されて前記トランスポンダの蓄電器への充電が行われる。
【００３９】
また、請求項１６では、請求項１４に記載のトランスポンダシステムにおいて、前記エネルギー供給手段によってエネルギー供給可能な領域内におけるトランスポンダの存在を検知する手段と、該検知結果に基づいて、前記領域内にトランスポンダが存在するときに前記エネルギー供給手段を駆動する駆動制御手段とを設けたトランスポンダシステムを提案する。
【００４０】
該トランスポンダシステムによれば、前記エネルギー供給可能な領域内におけるトランスポンダの存在が検知されたときに、前記エネルギー供給手段が駆動され、前記第２周波数の電磁波がアンテナから輻射されて前記トランスポンダの蓄電器への充電が行われる。
【００４１】
また、請求項１７では、請求項１４に記載のトランスポンダシステムにおいて、前記エネルギー供給手段の第２周波数の電磁波を輻射するアンテナとしてループコイル状アンテナを備え、該ループコイル状アンテナと、トランスポンダにおいて前記第２周波数の電磁波を受信するループコイル状アンテナとを電磁結合させてエネルギーを供給するトランスポンダシステムを提案する。
【００４２】
該トランスポンダシステムによれば、ループコイル状のアンテナが、前記第２周波数の電磁波を送信するアンテナとして用いられる。これにより、該ループコイル状アンテナと前記トランスポンダ内の第２周波数の電磁波を受信するループコイル状アンテナのコイル軸がほぼ一致するように接近されたときに、これらのループコイル状アンテナが電磁結合され、レンツの法則による電磁誘導が行われて効率よくエネルギーの転送が行われ、前記トランスポンダへの伝達エネルギー損失が低減される。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第１実施形態におけるトランスポンダシステムの構成を示すブロック図である。図において、１００はトランスポンダで、データ送受信用アンテナ（第１受信手段）１０１と、充電用アンテナ（第２受信手段）１０２、データ送受信部（主回路）１１０、センサ回路（付属回路）１３０、センサ用電源回路１５０から構成されている。２００はインタロゲータで、データ送受信用アンテナ２０１と、充電用アンテナ２０２、データ送受信部２１０、センサ用充電回路２３０、表示部２５０、操作部２７０から構成されている。
【００４５】
これらのトランスポンダ１００とインタロゲータ２００とを用いたシステムでは、トランスポンダ１００においてはセンサ回路１３０を使用するときのみにセンサ用電源回路１５０からセンサ回路１３０に電力が供給される。さらに、センサ回路１３０に蓄積されている電力が消耗したときにはインタロゲータ２００のセンサ用充電回路２３０からワイアレスで充電が行われる。以下にその詳細を説明する。
【００４６】
図２は、トランスポンダ１００の詳細な構成を示すブロック図である。図に示すように、データ送受信部１１０は、アンテナ切替器１１１と、電源回路（第１エネルギー変換手段）１１２、アナログ／ディジタル（以下、Ａ／Ｄと称する）変換回路１１３、記憶部１１４、ＣＰＵ１１５ａとディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換回路１１５ｂとからなる中央処理部１１５、変調回路１１６ａと発振回路１１６ｂ及び高周波増幅回路１１６ｃからなる発信部１１６とから構成されている。
【００４７】
アンテナ切替器１１１は、例えば電子スイッチ等から構成され、ＣＰＵ１１５ａからの制御信号によってデータ送受信用のアンテナ１０１を電源回路１１２及びＡ／Ｄ変換回路１１３か又は発信部１１６の何れかに切り替えて接続し、通常は電源回路１１２の側にアンテナ１０１が接続されている。
【００４８】
電源回路１１２は周知の全波整流回路を形成している。この電源回路１１２の入力側にはアンテナ切替器１１１を介してアンテナ１０１が接続されている。電源回路１１２は、アンテナ１０１に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換し、これを中央処理部１１５、記憶部１１４及び発信部１１６などの他の回路の駆動電源として出力するものである。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換回路１１３は、受信した質問信号を検波した後にディジタルデータに変換してＣＰＵ１１５ａに出力する。
【００５０】
中央処理部１１５は、周知のＣＰＵ１１５ａとＤ／Ａ変換回路１１５ｂから構成されている。ＣＰＵ１１５ａは、電源が供給されて駆動しＡ／Ｄ変換回路１１３から質問信号を入力するとセンサ回路１３０を駆動して温度と湿度の検出結果を取り込み、この検出結果と自己に固有の識別情報を含めた応答情報を生成して、この情報をＤ／Ａ変換回路１１５ｂ及び発信部１１６を介して応答信号として送信する。また、ＣＰＵ１１５ａは、センサ回路１３０が動作せず検出結果を取り込めないときはセンサ用電源回路１５０に蓄積されている電力が消耗したものとして、充電要求を含めた応答信号を送信する。
【００５１】
上記識別情報は、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリからなる記憶部１１４内に記憶されており、個々のトランスポンダ１００に固有の識別情報であり、トランスポンダ１００の製造時に記憶部１１４内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。
【００５２】
発信部１１６は、変調回路１１６ａと、発振回路１１６ｂ及び高周波増幅回路１１６ｃから構成され、発振回路１１６ｂによって発振された搬送波を、中央処理部１１５から入力した情報信号に基づいて変調回路１１６ａで変調し、これを高周波増幅回路１１６ｃ及びアンテナ切替器１１１を介してアンテナ１０１に供給する。本実施形態では、発信部１１６によってから出力される高周波信号の周波数としは、例えば必要十分なデータ転送速度が得られるように１３．５６ＭＨｚの周波数を用いている。そのためデータ送受信用アンテナ１０１は周波数１３．５６ＭＨｚに共振するように設定されている。必要十分なデータ転送速度を得るためには、データ送受信用電磁波の周波数を短波帯以上の周波数に設定することが好ましい。
【００５３】
センサ回路１３０は、記憶部１３１と、ＣＰＵ１３２、Ａ／Ｄ変換回路１３３、電源制御部１３４、温度センサ１３５ａ、空気圧センサ１３５ｂとから構成されている。
【００５４】
ＣＰＵ１３２は、送受信部１１０のＣＰＵ１１５ａとの間で通信を行い、ＣＰＵ１１５ａから温度及び圧力情報の要求を受けたときにＡ／Ｄ変換回路１３３を介して温度センサ１３５ａと空気圧センサ１３５ｂが検知した温度情報及び圧力情報を取得してＣＰＵ１１５ａに送信する。
【００５５】
電源制御部１３４は、例えば電子スイッチと昇圧型電源回路等から構成され、データ送受信部１１０のＣＰＵ１１５ａからの制御信号に基づいて電子スイッチをオンオフし、センサ用電源回路１５０から出力される電力を回路動作に必要な電圧に変換して記憶部１３１とＣＰＵ１３２、Ａ／Ｄ変換回路１３３、温度センサ１３５ａ、空気圧センサ１３５ｂに供給する。
【００５６】
センサ用電源回路１５０は、整流回路（第２エネルギー変換手段）１５１と蓄電器１５２から構成されている。整流回路１５１の入力側は充電用アンテナ１０２に接続され、整流回路１５１の出力側は蓄電器１５２に接続されると共に電源制御部１３４に接続されている。蓄電器１５２は、例えば大容量のコンデンサ或いは２次電池から構成され、その容量はセンサ回路１３０を１日に５回駆動できるに十分な容量を有する。
【００５７】
例えば、消費電力が１１ｍＡで電源電圧が３Ｖの温度センサ１３５ａ＋空気圧センサ１３５ｂを駆動する場合、１日の稼働時間中に５回（始業前、午前休憩、昼休み、午後休憩、終業時）に温度及び圧力の検出を行うものとすると、市販の定格３．３Ｖ、容量０．１ｍＡｈ程度の２次電池に充電を行えば十分に使用することができる。即ち、１回のセンサ駆動時間を１秒とすると、１日分の動作に必要な電力量は、１１ｍＡ×３Ｖ×５秒／３６００＝０．０４６ｍＷｈとなる。これにセンサ用電源１５０からセンサ回路１３０までの伝達効率（ポンプアップや漏れ電流などによる）を３０％とすると、０．０４６／０．３＝０．１５３ｍＷｈとなり、市販の定格３．３Ｖ、容量０．１ｍＡｈ程度の２次電池に充電を行えば十分に使用することができる。この２次電池を、例えば非稼働時間の６時間で充電する場合、整流回路１５１の出力電圧を３．３Ｖ、充電電流は充電効率を６５％とすると、０．１５３／３．３／６／０．６５＝０．０１９ｍＡとなり、２次電池に悪影響を与えない電流で充電することができる。
【００５８】
また、充電用アンテナ１０２は周波数１２５ｋＨｚに共振するように設定されている。
【００５９】
図３は、上記トランスポンダ１００を示す外観斜視図、図４はその側断面図、図５はその回路基板の一方の面を示す斜視図、図６はその回路基板の他方の面を示す斜視図である。トランスポンダ１００は、部品実装された円盤状の多層プリント配線回路基板（以下、単に回路基板と称する）３０１を樹脂３１０によってモールドしてなり、回路基板３０１の内層に円形ループ状のデータ送受信用アンテナ１０１と充電用アンテナ１０２が埋設されていると共に回路基板３０１の表面３０１ａに蓄電器１５２と複数のチップ状電子部品３０３及びＩＣチップ３０４が実装されている。また、回路基板３０１の裏面３０１ｂには円柱チップ状の温度センサ１３５ａと空気圧センサ１３５ｂが実装されている。
【００６０】
また、部品実装された回路基板３０１は、温度センサ１３５ａと空気圧センサ１３５ｂの実装部分を除いて樹脂３１０によって封止され、該樹脂３１０は平板型の円柱形に形成されている。また、温度センサ１３５ａと空気圧センサ１３５ｂの実装部分には外気取り入れが可能なように空間が形成されると共に該空間は樹脂３１０に設けられた突部３１１の開口部３１１ａを介して外界と連通している。
【００６１】
前述したトランスポンダ１００は、図７に示すトランスポンダ装着タイヤ４００のように、タイヤ内側面に装着され、回路基板３０１の面がほぼ垂直になるように且つ開口部３１１ａを介してタイヤ内空間が温度センサ１３５ａと空気圧センサ１３５ｂの実装部分の空間に連通するように固定されている。この本実施形態で用いたトランスポンダ装着タイヤ４００は周知のチューブレスラジアルタイヤであり、図に示す４１１はカーカス、４１２Ａ，４１２Ｂはベルト、４１３はアンダートレッド、４１４はキャップトレッドである。
【００６２】
上記のように回路基板３０１の面がほぼ垂直になるようにトランスポンダ１００をタイヤに装着することによりループコイル状の充電用アンテナ１０２のコイル軸がほぼ水平になるので、充電用の電磁波を受信できると共に、充電用電磁波を輻射するアンテナ２０２が同様にループコイル状であり且つ近接されているときにはこれらのアンテナ１０２，２０２同士を容易に電磁結合させることができる。この電磁結合により、電磁波を媒体としてエネルギーの授受を行うよりも高い効率でエネルギーの授受を行うことができる。
【００６３】
図８は、インタロゲータ２００の詳細な構成を示すブロック図である。図に示すように、データ送受信部２１０は、アンテナ切替器２１１と、Ａ／Ｄ変換回路２１３、記憶部２１４、ＣＰＵ２１５ａとＤ／Ａ変換回路２１５ｂとからなる中央処理部２１５、変調回路２１６ａと発振回路２１６ｂ及び高周波増幅回路２１６ｃからなる発信部２１６とから構成されている。
【００６４】
アンテナ切替器２１１は、例えば電子スイッチ等から構成され、ＣＰＵ２１５ａからの制御信号によってデータ送受信用のアンテナ２０１をＡ／Ｄ変換回路２１３か又は発信部２１６の何れかに切り替えて接続し、通常はＡ／Ｄ変換回路２１３の側にアンテナ２０１が接続されている。
【００６５】
Ａ／Ｄ変換回路２１３は、アンテナ２０１を介して受信した質問信号を検波した後にディジタルデータに変換してＣＰＵ１１５ａに出力する。
【００６６】
記憶部２１４は、例えばＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリからなる。
【００６７】
中央処理部２１５は、周知のＣＰＵ２１５ａとＤ／Ａ変換回路２１５ｂから構成されている。ＣＰＵ２１５ａは、予め設定されているプログラムに基づいて動作し、操作部２７０を介して入力された命令に従ってトランスポンダ１００に対する質問信号の送信及び応答信号の受信を行うと共に表示部２５０への応答情報の表示及びセンサ充電回路２３０を動作させてトランスポンダ１００の蓄電器１５２への充電処理を行う。
【００６８】
発信部２１６は、変調回路２１６ａと、発振回路２１６ｂ及び高周波増幅回路２１６ｃから構成され、発振回路２１６ｂによって発振された搬送波を、中央処理部１１５から入力した情報信号に基づいて変調回路２１６ａで変調し、これを高周波増幅回路２１６ｃ及びアンテナ切替器２１１を介してアンテナ２０１に供給する。本実施形態では、発信部２１６によってから出力される高周波信号の周波数としは、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を用いている。そのためデータ送受信用アンテナ２０１は周波数１３．５６ＭＨｚに共振するように設定されている。
【００６９】
センサ用充電回路２３０は、電源部２３１と、電子スイッチ２３２，２３３及びオシレータ２３４から構成されている。電源部２３１の入力側は商用電源２８１に接続可能に構成され、商用電源２８１から供給された電力をオシレータ２３４の入力側に適合した電圧に変換して出力する。
【００７０】
電子スイッチ２３２は、操作部２７０からの切替制御信号によって切り替わる１回路２接点のスイッチで、電源部２３１と大容量蓄電池２８２のうちの何れか一方を電子スイッチ２３３を介してオシレータ２３４の入力側に接続する。
【００７１】
電子スイッチ２３３は、ＣＰＵ２１５ａからの切替制御信号によってオンオフが切り替えられ、オシレータ２３４への電力供給の有無を切り替える。
【００７２】
オシレータ２３４は、例えば周波数１２５ｋＨｚで交番するサイン波電圧を発生してアンテナ２０２に出力する。ここで、オシレータ２３４において発生するサイン波電圧の周波数は、その高調波に前述したデータ通信に用いる周波数が一致しない周波数を用いることが好ましい。即ち、充電用アンテナ２０２から充電用の電磁波を輻射するとトランスポンダ１００の周辺に充電用電磁波（交番磁界）が発生するので、データ通信用の周波数が高調波に一致するとデータ通信を妨害する恐れがある。従って、データ通信用周波数と充電用周波数との関係を、データ通信用周波数が充電用周波数の高調波に一致しないように設定すれば、充電用の電磁波を輻射しているときでもデータ通信を良好に行うことができる。
【００７３】
さらに、低い周波数の電磁波を用いて充電を行う方がエネルギーの伝送効率が高まりエネルギー伝送にようする時間を短縮することができる。従って、充電用に用いる電磁波の周波数は中波帯以下の周波数が好ましく、さらには電磁結合をも考慮すると２００ｋＨｚ以下の周波数を用いることが好ましい。
【００７４】
また、上記インタロゲータ２００は、例えば図９に示すように、ピストル形状をなすハンドヘルド型の筐体５００内に組み込まれている。この筐体５００の先端部には、ループコイル状のデータ送受信用アンテナ２０１と充電用アンテナ２０２が配置され、上面にはキーボードからなる操作部２７０と表示部２５０が配置され、さらにグリップ５０１ａの底部には商用電源及び外部蓄電池を接続するためのコネクタ（図示せず）が配置されている。
【００７５】
次に、前述した構成よりなるシステムの動作を図１０及び図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００７６】
上記トランスポンダ装着タイヤ４００を備えた車両の運転手或いは点検作業員は、インタロゲータ２００を携行して作業を行うことにより、トランスポンダ１００のからタイヤの温度と空気圧のデータ読み取りとトランスポンダ１００の蓄電器１５２への充電を行うことができる。
【００７７】
トランスポンダ１００から温度と空気圧のデータを読み取る際には、インタロゲータ２００のアンテナ２０１，２０２をタイヤにむけて操作部２７０から質問信号の送信命令を入力する。これにより、インタロゲータ２００から質問信号が送信され、これに対応してトランスポンダ１００から送信された応答信号を受信でき、応答情報が表示部２５０に表示される。また、トランスポンダ１００の蓄電器１５２の蓄電容量が不足しているときには、トランスポンダ１００から充電要求が送信され、これに応じてインタロゲータ２００はセンサ用充電回路２３０を駆動するので、充電を行うことができる。
【００７８】
即ち、トランスポンダ１００のＣＰＵ１１５ａは、受信した質問信号電磁波のエネルギーによって駆動を開始すると、電源制御部１３４を介して蓄電器１５２からセンサ回路１３０に電力を供給する（ＳＡ１）。この後、センサ回路１３０のＣＰＵ１３２との通信によってセンサ回路１３０が駆動したか否かを判定する（ＳＡ２）。この判定の結果、ＣＰＵ１３２からの応答が無いとき或いは正常な応答が得られないときは後述するＳＡ６の処理に移行する。また、ＣＰＵ１３２から正常な応答が得られたときは、温度センサ１３５ａと空気圧センサ１３５ｂの検知情報を取得し（ＳＡ３）、この後、電源制御部１３４を介して蓄電器１５２からセンサ回路１３０への電力供給を停止する（ＳＡ４）。次いで、ＣＰＵ１１５ａは、取得した温度情報と空気圧情報を含む応答信号を生成してこれを送信する（ＳＡ５）。
【００７９】
また、前記ＳＡ２の判定の結果、ＣＰＵ１３２からの応答が無いとき或いは正常な応答が得られないときは、蓄電器１５２の蓄電容量が不足したものと判断して、電源制御部１３４を介して蓄電器１５２とセンサ回路１３０との接続を切り離す（ＳＡ６）と共に、充電要求を含む応答信号を生成してこれを送信する（ＳＡ７）。
【００８０】
一方、インタロゲータ２００のＣＰＵ２１５ａは、駆動を開始すると、操作部２７０から質問信号送信命令が入力されたか否かを監視し（ＳＢ１）、質問信号送信命令が入力されると質問信号を送信する（ＳＢ２）。次いで、応答信号受信処理を行い（ＳＢ３）、応答信号を受信できたか否かを判定する（ＳＢ４）。
【００８１】
この判定の結果、応答信号を受信できないときは前記ＳＢ２の処理に移行して再度質問信号を送信し、応答信号を受信できたときは、該応答信号に充電要求が含まれているか否かを判定する（ＳＢ５）。
【００８２】
この判定の結果、充電要求が含まれていないときは受信したタイヤの温度と空気圧情報を含む応答情報を表示器２５０に表示すると共に記憶部２１４に記憶する（ＳＢ６）。また、充電要求が含まれているときは受信したタイヤの温度と空気圧情報を含む応答情報を表示器２５０に表示する（ＳＢ７）と共に、センサ用充電回路２５０を駆動して充電用の電磁波を輻射する（ＳＢ８）。さらに、「充電実行中」のメッセージを表示部２５０に表示し（ＳＢ９）、所定時間の電磁波輻射を行った後にセンサ充電回路２３０の駆動を停止して（ＳＢ１０）、前記ＳＢ１の処理に移行する。
【００８３】
前述した構成よりなるトランスポンダ１００は、付加回路として電力消費量が大きいセンサ回路１３０を設けても、従来のように内部の電池交換を行う必要がなく、蓄電器１５２を充電して用いることにより半永久的に使用可能である。
【００８４】
また、蓄電器１５２への充電をデータ通信とは異なる低い周波数の電磁波を用いて行っているので、高い効率で充電を行うことができる。さらに、蓄電器１５２への充電を行うときにトランスポンダ１００のアンテナ１０２とインタロゲータ２００のアンテナ２０２を電磁結合させることも容易であり、これによりさらに高い効率で蓄電器１５２の充電を行うことができる。
【００８５】
また、トランスポンダ１００は、必要なときのみに蓄電器１５２からセンサ回路１３０に電力を供給するので、蓄電器１５２の電力消費を極力抑えることができる。
【００８６】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００８７】
第２実施形態では上記第１実施形態の構成に加えて、車両の駐停車場において容易にトランスポンダ１００の蓄電器１５２を充電することができる充電装置を設けたシステム構成とした。
【００８８】
図１２は充電装置の駐停車場への設置構成を示す概略平面図、図１３は充電装置の構成を示すブロック図、図１４は充電時の電磁界状態を説明する図である。これらの図において前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。
【００８９】
図１２において６００は充電装置、６２０は駐停車場における１台の車両７００の駐停車領域である。駐停車領域６２０の両側には車両７００のタイヤ４００に対向するように、例えばコンクリートブロックなどからなるアンテナ設置板６１１ａ〜６１１ｄが設けられている。アンテナ設置板６１１ａ〜６１１ｄのそれぞれには、図１４に示すように、駐停車した車両７００のタイヤ４００に対向するようにループコイル状のデータ送受信用アンテナ２０１と充電用アンテナ２０２が設けられ、これらのアンテナ２０１，２０２のコイル軸がほぼ水平になると共にタイヤ軸にほぼ一致するように配置されている。さらに、各アンテナ２０１，２０２は各アンテナごとに設けられた同軸ケーブル６１２を介して充電装置６００に接続されている。
【００９０】
充電装置６００は、図１３に示すように、データ送受信部２１０と、複数のセンサ用充電回路２４０、アンテナ切替器６３１、ＣＰＵ６３２、記憶部６３３、操作部６３４、表示部６３５から構成され、インタロゲータの機能と、充電機能、トランスポンダ検知機能などを備えている。
【００９１】
データ送受信部２１０のアンテナ切替器２１１のアンテナ接続側はアンテナ切替器６３１の装置接続側に接続され、該アンテナ切替器６３１を介して各アンテナ設置板６１１ａ〜６１１ｄのそれぞれに設けられたデータ送受信用アンテナ２０１の何れか１つに接続されるようになっている。このアンテナ切替器６３１はＣＰＵ６３２からの切替制御信号に基づいて切り替わる。
【００９２】
データ送受信部２１０のＣＰＵ２１５ａはＣＰＵ６３２との間で通信を行い、ＣＰＵ６３２の指示に従って動作し、受信した応答信号に含まれる情報をＣＰＵ６３２に転送する。
【００９３】
各センサ用充電回路２４０は、前述したセンサ用充電回路２３０から電子スイッチ２３２を除いた構成をなし、電源部２３１の出力側が電子スイッチ２３３を介してオシレータ２３４に接続されている。電子スイッチ２３３はＣＰＵ６３２からの制御信号に基づいてオンオフの切替動作を行う。また、各センサ用充電回路２４０のオシレータ２３４の出力側は、それぞれ異なる充電用アンテナ２０２に接続されている。即ち、各センサ用充電回路２４０のオシレータ２３４の出力側は、各アンテナ設置板６１１ａ〜６１１ｄのそれぞれに設けられた充電用アンテナ２０２の何れか１つに接続されている。
【００９４】
ＣＰＵ６３２は、予め設定されたプログラムに基づいて動作し、駐停車領域６２０に車両７００が駐停車していることを検知したときに、各タイヤ４００の温度と空気圧の情報を収集すると共に、各センサ用充電回路２４０を駆動してトランスポンダ１００の蓄電器１５２への充電を行う。
【００９５】
次に、前述の構成よりなる充電装置６００の動作を図１５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００９６】
充電装置６００のＣＰＵ６３２は動作を開始するとデータ送受信部２１０を介して質問信号を送信し（ＳＣ１）、これに対する応答信号を受信できたか否かを判定する（ＳＣ２）。このとき、ＣＰＵ６３２はアンテナ切替器６３１を操作して各アンテナ２０１毎に質問信号を送信して応答信号の確認を行う。この判定の結果、トランスポンダ１００からの応答信号が受信できないときは、駐停車領域６２０内にトランスポンダ装着タイヤ４００を備えた車両が存在しないものとして所定のタイマー時間の計時を行い該タイマー時間経過後に前記ＳＣ１の処理に移行して再び質問信号を送信する（ＳＣ３）。このように、所定のタイマー時間間隔でデータ送受信部２１０から質問信号を送信し、トランスポンダ１００からの応答信号の有無を判断することにより、駐停車領域６２０内のトランスポンダ１００の存在を容易に検知することができる。
【００９７】
また、前記ＳＣ２の判定の結果、トランスポンダ１００からの応答信号を受信できたときは、応答信号の受信処理を行い（ＳＣ４）、応答信号に含まれる情報を記憶部６３３に記憶すると共に表示部６３５に表示する（ＳＣ５）。
【００９８】
次に、ＣＰＵ６３２は全てのセンサ用充電回路２４０を駆動してアンテナ２０２から充電用電磁波を輻射する（ＳＣ６）と共に、表示部６３５に充電を実行中であることを表すメッセージ、例えば「充電実行中」のメッセージを表示する（ＳＣ７）。この後、ＣＰＵ６３２は、プログラムに予め設定されている充電時間が経過した後に全てのセンサ用充電回路２４０の駆動を停止して充電を終了し（ＳＣ８）、前記ＳＣ１の処理に移行する。
【００９９】
ここで、センサ用充電回路２４０を駆動してアンテナ２０２から充電用電磁波を輻射すると、図１４に示すように、充電用アンテナ２０２とトランスポンダ１００内の充電用アンテナ１０２のコイル軸がほぼ一致するように接近されるため、これらのループコイル状のアンテナ２０２，１０２が電磁結合されて、レンツの法則による電磁誘導が行われて効率よくエネルギーの転送が行われるので、トランスポンダ１００への伝達エネルギー損失が低減され、高い効率で充電を行うことができる。
【０１００】
尚、前述した各実施形態は本発明の一具体例であって、本発明がこれらのみに限定されることはない。例えば、充電装置６００においてインタロゲータ２００のデータ送受信部を用いてトランスポンダ１００の有無の検知を行ったが、トランスポンダ１００を装備した車両７００のみが駐停車領域６２０に駐停車するならば、駐停車領域６２０の車両７００の有無を検知して充電動作を行うようにしても良い。さらに、駐停車領域６２０に駐停車中の車両７００のトランスポンダ１００から充電要求を受けたときにのみ、充電装置６００が充電動作を行うようにしても良い。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１乃至請求項１３に記載のトランスポンダによれば、第２受信手段によって受信された第２周波数の電磁波のエネルギーによって蓄電器を充電することができるので、この蓄電器に蓄電されている電力によって電力消費量が主回路よりも大きい付属回路を動作させることができ、従来例のような電池交換などのための手間を省くことができる。さらに、前記第２周波数はデータ通信を行う第１周波数よりも低い周波数に設定されいるため、インタロゲータとの間で通信を行っているときでも前記第２周波数の電磁波を受信して前記蓄電器への充電を行うことができると共に、前記第１周波数を用いるよりも高い効率でエネルギーの伝達を行うことができる。
【０１０２】
また、請求項１４乃至請求項１７に記載のトランスポンダシステムによれば、上記トランスポンダの蓄電器への充電を非常に簡単に且つ自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態におけるトランスポンダシステムの構成を示すブロック図
【図２】  本発明の第１実施形態におけるトランスポンダの詳細な構成を示すブロック図
【図３】  本発明の第１実施形態におけるトランスポンダを示す外観図
【図４】  本発明の第１実施形態におけるトランスポンダを示す側断面図
【図５】  本発明の第１実施形態におけるトランスポンダの回路基板の一方の面を示す斜視図
【図６】  本発明の第１実施形態におけるトランスポンダの回路基板の他方の面を示す斜視図
【図７】    本発明の第１実施形態におけるトランスポンダ装着タイヤの要部を示す破断斜視図
【図８】  本発明の第１実施形態におけるインタロゲータの詳細な構成を示すブロック図
【図９】  本発明の第１実施形態におけるインタロゲータを示す外観図
【図１０】  本発明の第１実施形態におけるトランスポンダの要部動作を説明するフローチャート
【図１１】  本発明の第１実施形態におけるインタロゲータの要部動作を説明するフローチャート
【図１２】  本発明の第２実施形態における充電装置の駐停車場への設置構成を示す概略平面図
【図１３】  本発明の第２実施形態における充電装置の構成を示すブロック図
【図１４】  本発明の第２実施形態における充電時の電磁界状態を説明する図
【図１５】  本発明の第２実施形態における充電装置の要部動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
１００…トランスポンダ、１０１…データ送受信用アンテナ、１０２…充電用アンテナ、１１０…データ送受信部、１３０…センサ回路（付加回路）、１３５ａ…温度センサ、１３５ｂ…空気圧センサ、１５０…センサ用電源回路、２００…インタロゲータ、２０１…データ送受信用アンテナ、２０２…充電用アンテナ、２１０…データ送受信部、２３０…センサ用充電回路、２５０…表示部、２７０…操作部、３０１…多層プリント配線回路基板、３１０…樹脂、３１１…突部、３１１ａ…開口部、４００…トランスポンダ装着タイヤ、５００…インタロゲータの筐体、６００…充電装置、６１１ａ〜６１１ｄ…アンテナ設置板、６１２…同軸ケーブル、６２０…駐停車領域、７００…車両。
【図１】
0004152595.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004152595.tif 000009
【図９】
0004152595.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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