熱電変換素子を電源とするアクティブＲＦＩＤタグ
【課題】本発明は、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して永続的に動作することのできるアクティブＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、その電力供給機構として、第１および第２の回路ブロックからなる冗長回路を含む。第１および第２の回路ブロックは、熱電変換素子および昇圧回路に対して、交互、且つ、排他的に接続される。さらに、各回路ブロックに含まれる複数の電気二重層コンデンサを、熱電変換素子に対して並列に接続し、昇圧回路に対して直列に接続することによって、熱電変換素子の微弱な起電力からでも短時間でＲＦＩＤタグの駆動電圧をつくることができ、且つ、これを永続的に供給することができる。
【解決手段】本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、その電力供給機構として、第１および第２の回路ブロックからなる冗長回路を含む。第１および第２の回路ブロックは、熱電変換素子および昇圧回路に対して、交互、且つ、排他的に接続される。さらに、各回路ブロックに含まれる複数の電気二重層コンデンサを、熱電変換素子に対して並列に接続し、昇圧回路に対して直列に接続することによって、熱電変換素子の微弱な起電力からでも短時間でＲＦＩＤタグの駆動電圧をつくることができ、且つ、これを永続的に供給することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブ型ＲＦＩＤタグに関し、より詳細には、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して連続的に動作するアクティブＲＦＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグを利用した個体識別技術が、さまざまなソリューションに応用されている。ここで、ＲＦＩＤタグには、電源を内蔵し自発的に電波を発振駆動することのできるアクティブ型と、外部からの電波エネルギーを利用してこれに応答する形で発振駆動するパッシブ型に分けられる。一般に、アクティブ型ＲＦＩＤは、パッシブ型に比較して格段に通信距離が長く、用途が広いという利点はあるものの、駆動電源として電池を内蔵せざるを得ないため、これに伴って電池交換などの維持管理コストが発生する。
【０００３】
この点につき、特開２００７−２８０３６８号公報（特許文献１）は、そのような電源に係るコストを排除すべく、熱電素子を駆動電源として備えるアクティブ型ＲＦＩＤを開示する。しかしながら、特許文献１は、その熱電素子を含んだ電力供給機構について、何ら具体的な構成を開示するものではなく、その内容は、単なる着想を開示するものに過ぎなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８０３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して永続的に動作するアクティブＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して永続的に動作することのできるアクティブＲＦＩＤタグにつき鋭意検討した結果、電力供給機構として複数の電気二重層コンデンサを含む２つの回路を冗長回路として形成することに想到した。さらに、この２つの冗長回路を、熱電変換素子側およびＲＦＩＤ本体側に対して、交互、且つ、排他的に接続することに加え、各冗長回路に含まれる複数の電気二重層コンデンサを、熱電変換素子に対して並列に接続し、昇圧回路に対して直列に接続することによって、熱電変換素子の微弱な起電力から、短時間でＲＦＩＤタグの駆動電圧をつくり、且つ、これを永続的に供給することのできることを見出し、本発明に至ったのである。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、熱電変換素子と、ＲＦＩＤ本体部に接続される昇圧回路と、前記熱電変換素子および前記昇圧回路に対して排他的に接続される冗長回路とを含むアクティブＲＦＩＤタグであって、前記冗長回路は、複数の電気二重層コンデンサを備える第１および第２の回路ブロックを含み、前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第１の状態と、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第２の状態とを交互に繰り返すように制御されるアクティブＲＦＩＤタグが提供される。
【０００８】
本発明においては、前記冗長回路は、前記第１の状態においては、前記第１の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第２の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御され、前記第２の状態においては、前記第２の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第１の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御することができる。また、本発明においては、前記冗長回路は、前記昇圧回路の入力電圧が閾値電圧に達したことに応答して、各状態間を遷移するように制御することができ、前記閾値電圧は、前記昇圧回路の最低入力電圧とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
上述したように、本発明によれば、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して永続的に動作することのできるアクティブＲＦＩＤタグが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給機構の概念図。
【図２】本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給回路の概念図。
【図３】本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグの動作フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。
【００１２】
本発明は、熱電変換素子の起電力によってアクティブＲＦＩＤタグを動作させるための機構を備える。すなわち、本発明においては、熱電変換素子の起電力を、一旦、電気二重層コンデンサに蓄電し、この蓄電電力を使用してＲＦＩＤタグを動作させる。しかしながら、熱電変換素子の起電力は、一般に小さく、特に、人や恒温動物の体温を熱源とするような用途の場合には、熱源と外気の温度差はせいぜい十数℃程度と小さいため、その発電量は極めて微量なものになり、電気二重層コンデンサの端子電圧がＲＦＩＤタグの駆動電圧に達するまでには長い時間を要する。さらに、電気二重層コンデンサが放電した後、再度蓄電されるまでの間は、ＲＦＩＤ本体に電力を供給することができないため、その間、ＲＦＩＤタグは発振することができないことになる。この点につき、本発明は、熱電変換素子の微弱な起電力のみでアクティブＲＦＩＤタグを永続的に動作させるための電力供給機構を開示する。
【００１３】
図１は、本発明の熱電変換素子の起電力で動作するアクティブＲＦＩＤタグ（以下、アクティブＲＦＩＤタグとして参照する）の電力供給機構について説明するための概念図である。以下、本発明のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給機構を、蓄電モードと供給モードとに分けて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、蓄電モード１００の概念図である。蓄電モード１００は、熱電変換素子１０と、２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含む回路ブロックＡと、同じく２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含み回路ブロックＡと同じ回路構成を有する回路ブロックＢとから構成されている。蓄電モード１００においては、回路ブロックＡおよびＢは、いずれも、熱電変換素子１０に対して並列に接続される２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含んで構成されており、且つ、回路ブロックＡまたはＢのいずれか一方が熱電変換素子１０に対して排他的に接続されるように構成されている。なお、本発明における熱電変換素子１０は、２種類の異なる金属または半導体を接合してなるゼーベック素子であり、両端に温度差を生じさせると起電力が生じる素子であればよい。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、熱電変換素子１０は、回路ブロックＡと接続されており、この状態においては、熱電変換素子１０の起電力は、並列に接続された回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２に蓄電される。一方、熱電変換素子１０は、破線矢印で示すように、回路ブロックＢとも接続するように構成されており、その場合は、熱電変換素子１０の起電力は、並列に接続された回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２に蓄電される。図１（ａ）においては、熱電変換素子１０の起電力によって、電気二重層コンデンサ１２の端子電圧が０．６Ｖになると仮定している。
【００１６】
なお、上記各回路ブロックの電気二重層コンデンサ１２の静電容量は、ＲＦＩＤの時間当たりの消費電力、想定される使用態様における熱電変換素子１０の時間当たりの発電量などに基づいて、適切な値のものを選択することが望ましい。この点については、後に詳細に述べる。
【００１７】
一方、図１（ｂ）は、供給モード２００の概念図である。供給モード２００は、先に説明した回路ブロックＡまたはＢと、直流電圧を昇圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータ１４とから構成されている。ここでは、仮に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が作動するための最低入力電圧を０．８Ｖとし、最終的な電力の供給先であるＲＦＩＤ本体部１６の駆動電圧の３．０Ｖとして、以下説明する。
【００１８】
供給モード２００においては、蓄電された２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含む回路ブロックＡおよびＢのどちらか一方が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して排他的に接続される。図１（ｂ）に実線矢印は、回路ブロックＢがＤＣ−ＤＣコンバータ１４に接続される場合を例示している。ここで、先に説明した蓄電モード１００においては、回路ブロックＢ内の２つの電気二重層コンデンサ１２，１２は、蓄電された結果、その端子電圧が０．６Ｖになっている。しかしながら、この値は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧の０．８Ｖに及ばない。
【００１９】
そこで、供給モード２００においては、まず、回路ブロックＢ内の２つの電気二重層コンデンサ１２，１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列になるようにその接続が切り換えられる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対する入力電圧は、０．６×２＝１．２Ｖとなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧である０．８Ｖを超えることができる。すなわち、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２の蓄電電力は、１．２ＶでＤＣ−ＤＣコンバータ１４に入力され、３．０Ｖにまで昇圧された後、ＲＦＩＤ本体部１６に対して供給される。なお、これに並行して、蓄電モード１００では、熱電変換素子１０から回路ブロックＡの２つの電気二重層コンデンサ１２，１２に対する蓄電が行なわれている。
【００２０】
その後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に直列に接続された回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２の端子電圧は、ＲＦＩＤ本体部１６の電力消費に伴って、当初の１．２Ｖから経時的に低下していく。ここで、仮に、これがＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧である０．８Ｖを下回ると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は昇圧不能になり、ＲＦＩＤ本体部１６に対する電力供給が止まってしまう。したがって、本発明においては、そのような事態が発生する前に、図１（ｂ）に破線矢印で示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の接続先を回路ブロックＢから回路ブロックＡに切り換える。以上、説明した制御を繰り返すことによって、ＲＦＩＤ本体部１６に対して永続的に電力供給がなされることになる。
【００２１】
すなわち、回路ブロックＡおよび回路ブロックＢは、蓄電モード１００においては、複数の電気二重層コンデンサを熱電変換素子に対して並列に接続し、供給モード２００においては、蓄電済みの複数の電気二重層コンデンサを直列に接続し直した上で、昇圧回路に接続することによって、熱電変換素子１０の微弱な起電力から、短時間でＲＦＩＤの駆動電圧を生成できる。
【００２２】
さらに、その蓄電モード１００および供給モード２００を通して、回路ブロックＡおよび回路ブロックＢのうち、いずれか一方を発電側に接続し、他方を電力消費側に接続するという状態を交互に繰り返すことによって、回路ブロックＡおよびＢが２つの冗長回路として機能しており、このことがＲＦＩＤ本体部１６に対する永続的な電力供給を可能にしている。以上、本発明のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給機構について、その概略を説明してきたが、次に、図２および図３を参照して、当該電力供給機構の動作を具体的に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態である熱電変換素子の起電力で動作するアクティブＲＦＩＤタグ２０（以下、アクティブＲＦＩＤタグ２０として参照する）について、その電力供給回路を概念的に示す。本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０は、熱電変換素子１０と、冗長回路２２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、ＲＦＩＤ本体部１６とを含んで構成されており、冗長回路２２は、熱電変換素子１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１４との間を接続自在に形成されている。本実施形態における冗長回路２２は、回路ブロックＡおよび回路ブロックＢを含んで構成されており、両ブロックは、いずれも、２つ電気二重層コンデンサ１２，１２を含む同等の回路として構成されている。
【００２４】
冗長回路２２における回路ブロックＡ,Ｂは、複数のスイッチＳＷを含んで構成されており、これらのスイッチがＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって、冗長回路２２は、図２（ａ）に示す第１の状態から図２（ｂ）に示す第２の状態へ遷移する。なお、図２は、アクティブＲＦＩＤタグ２０の電力供給回路を概念的に示したものであり、実際の回路を示すものではない。実際の電力供給回路においては、第１の状態から第２の状態へ遷移を制御するためのスイッチＳＷを、例えば、ダイオードスイッチによって構成することができる。
【００２５】
第１の状態においては、図２（ａ）に太線で示すように、回路ブロックＡに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、熱電変換素子１０に対して並列に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からは切り離される。また、第１の状態においては、回路ブロックＢに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続され、熱電変換素子１０からは切り離される。
【００２６】
一方、第２の状態においては、図２（ｂ）に太線で示すように、回路ブロックＡに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続され、熱電変換素子１０からは切り離される。また、第２の状態においては、回路ブロックＢに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、熱電変換素子１０に対して並列に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からは切り離される。冗長回路２２は、上述した第１の状態と第２の状態を交互に繰り返すことによって、熱電変換素子１０から生じる微弱な起電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１４の駆動電圧にまで効率的に昇圧し、これを連続的に供給することを可能にする。
【００２７】
図３は、本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０の動作フローチャートを示す。以下、図３の動作フローチャートと図２に示す回路概念図とを交互に参照しながら、本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０における電力供給動作について、より具体的に説明する。
【００２８】
本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０においては、図２（ａ）に示す第１の状態を初期設定とするものとして説明する。まずステップ１０１において、熱電変換素子１０に対して並列に接続された回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２の端子間電圧（ＶＰＡ）が監視される。この電圧監視は、（ＶＰＡ）が閾値電圧（Ｖ１）に達するまで繰り返される（ステップ１０１、Ｎｏ）。ここで、本実施形態における閾値電圧（Ｖ１）は、以下に示す基準に従って、適切な値を設定することができる。
【００２９】
まず、閾値電圧（Ｖ１）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）を回路ブロックＡに含まれる電気二重層コンデンサ１２の数で割って求まる値よりも大きく、最低入力電圧より小さい適切な値を設定することが好ましい。ここで、仮に、最低入力電圧を「０．８Ｖ」とし、電気二重層コンデンサ１２の数を「２」とすれば、閾値電圧（Ｖ１）は、｛ ０．４（＝０．８／２）＜ Ｖ１ ＜ ０．８ ｝として定義することができる。
【００３０】
さらに、閾値電圧（Ｖ１）は、電気二重層コンデンサ１２，１２の直列端子電圧の、ＲＦＩＤの電力消費に伴う時間当たりの低下率（ΔＶ／ｔ）と、一回の蓄電当たりのＲＦＩＤの動作時間（ｔ）に応じて適切な値を決定することができる。ここで、一回の蓄電当たりのＲＦＩＤの動作時間（ｔ）は、任意の設計事項であり、適宜決定することができる。
【００３１】
具体的には、まず、回路ブロックＡ,Ｂが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して接続される際の初期電圧（Ｖｉ）を動作時間（ｔ）に応じて決定する。ここで、仮に、動作時間（ｔ）を「１０分」とし、低下率（ΔＶ／ｔ）を「０．０４Ｖ／分」とすると、一回の蓄電で「１０分」の動作時間を実現するためには、最低入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）の値「０．８Ｖ」に、「０．０４（Ｖ／分）×１０（分）＝０．４Ｖ 」を加えた「１．２Ｖ」を初期電圧（Ｖｉ）とする必要がある。このようにして初期電圧（Ｖｉ）を決定すれば、これを電気二重層コンデンサ１２の数で割ることよって閾値電圧（Ｖ１）が導出される。上述して例においては、閾値電圧（Ｖ１）は、１．２Ｖ ÷ ２＝０．６Ｖとなる。
【００３２】
回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２の端子間電圧（ＶＰＡ）が上述した手順で設定された閾値電圧（Ｖ１）に達すると（ステップ１０１、Ｙｅｓ）、ステップ１０２に進み、回路の切り換え処理が実行される。ステップ１０２において、冗長回路２２は、図２（ａ）に示す第１の状態から図２（ｂ）に示す第２の状態に切り換わる。具体的には、回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２が熱電変換素子１０から切り離され、昇圧回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続されると同時に、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２がＤＣ−ＤＣコンバータ１４から切り離され、熱電変換素子１０に対して並列に接続される。
【００３３】
ステップ１０２において、回路の切り換え処理がなされると、回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２からの入力電圧（ＶＰＡ×２）がＤＣ−ＤＣコンバータ１４によってＲＦＩＤ本体部１６の駆動電圧まで昇圧されたのち、ＲＦＩＤ本体部１６に電力供給がなされる（ステップ１０３）。これに並行して、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２は、熱電変換素子１０に対して並列に接続されて蓄電される（ステップ１０４）。
【００３４】
この間、ステップ１０５において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が監視され、閾値電圧（Ｖ２）を下回るまで（ステップ１０５、Ｎｏ）、上記ステップ１０３および１０４が実行される。ここで、閾値電圧（Ｖ２）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧の値またはこれに適切なマージンを加えた値を設定することができる。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が閾値電圧（Ｖ２）を下回ると（ステップ１０５、Ｙｅｓ）、ステップ１０６において、回路の切り換え処理が実行され、冗長回路２２は、図２（ｂ）に示す第２の状態から図２（ａ）に示す第１の状態に遷移する。具体的には、回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２がＤＣ−ＤＣコンバータ１４から切り離され、熱電変換素子１０に対して並列に接続されると同時に、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２が熱電変換素子１０から切り離され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続される。
【００３６】
ステップ１０６において、回路の切り換え処理がなされると、ステップ１０７においては、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２からの入力電圧（ＶＰＢ×２）がＤＣ−ＤＣコンバータ１４によってＲＦＩＤ本体部１６の駆動電圧まで昇圧されたのち、ＲＦＩＤ本体部１６に電力供給がなされる。これと並行して、ステップ１０８においては、回路ブロックAの電気二重層コンデンサ１２，１２か熱電変換素子１０に並列に接続されて蓄電がなされる（ステップ１０８）。
【００３７】
この間、ステップ１０９において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が監視され、上述した閾値電圧（Ｖ２）に達するまで（ステップ１０９、Ｎｏ）、上記ステップ１０７および１０８が実行される。
【００３８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が閾値電圧（Ｖ２）を下回ると（ステップ１０９、Ｙｅｓ）、動作は、ステップ１０２に戻り、熱電変換素子１０から所定量以上の発電がある限り、永続的にステップ１０２以降の動作を繰り返す。
【００３９】
なお、上述した本実施形態においては、蓄電モードにある回路ブロックの端子間電圧を監視せず、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）のみを監視して、回路の切り換えタイミングを決定する構成を採用している。この理由について、以下説明する。
【００４０】
この点につき、ステップ１０５を例にとって説明すると、既に説明したように、先のステップ１０１においては、回路ブロックＡが閾値電圧（Ｖ１）に達するまで蓄電されており、その放電時間（すなわち、動作時間（ｔ））は、一義的に決定されている。ここで、本実施形態においては、回路ブロックＢの蓄電時間（すなわち、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサの端子間電圧が閾値電圧（Ｖ１）に達するまでに要する時間）が、回路ブロックＡの放電時間よりも短くなるように、電気二重層コンデンサ１２の静電容量が設計されている。
【００４１】
したがって、ステップ１０５において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が閾値電圧（Ｖ２）を下回る時点では、当然にして、蓄電側の回路ブロックＢの電気二重層コンデンサの端子間電圧は、閾値電圧（Ｖ１）に達しているため、その判断を省略するものである。上述した点については、ステップ１０９においても同様である。なお、本発明においては、蓄電側の回路ブロックの端子間電圧と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）の双方を所定の閾値と比較し、双方の条件が成立したときにのみ、回路を切り換えるように構成することもできる。
【００４２】
以上、本発明のアクティブＲＦＩＤタグを図２および３に示した実施の形態をもって説明してきたが、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した各回路ブロックは、３つ以上の電気二重層コンデンサを備えていてもよく、また、上述した冗長回路を３つ以上の回路ブロックから構成してもよい。
【００４３】
さらに、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、温度センサとして応用することができることに注目されたい。その際には、上述した回路ブロックの一回の蓄電量に対応するＲＦＩＤの動作時間（ｔ）が、温度センサの時間解像度になる。すなわち、熱源が熱を発生しなくなってから、最長でも（ｔ）時間後には、ＲＦＩＤタグに対する電力供給が断たれ、ＲＦＩＤタグはその発振を中止するため、発振信号の受信不能をもって温度低下を検知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上、説明したように、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、熱源が存在するところであれば、バッテリーフリーで永続的に使用することができるため、アクティブＲＦＩＤタグを利用する既存システムの維持管理コストが大幅に低減される。
【００４５】
また、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、非常に小さな熱源でも永続的に動作することができるため、その熱源として体温を利用することが考えられる。例えば、本発明のアクティブＲＦＩＤタグを、牛豚などの家畜類や犬・猫などのペット類に代表される恒温動物の身体に装着することによって、これらの個別認証情報を利用したさまざまなソリューションを展開することができる。さらに、本発明のアクティブＲＦＩＤタグを人体に装着することによって、例えば、入院患者のセキュリティ管理や、独居老人の安否確認などに関するソリューションを展開することができる。
【００４６】
さらに、注目すべきは、本発明のアクティブＲＦＩＤタグの温度センサとして応用展開である。例えば、本発明のアクティブＲＦＩＤタグが人や恒温動物に装着されている場合、ＲＦＩＤタグからの発振があるということは、そこに生命機能があることを意味する。本発明のアクティブＲＦＩＤタグのこのような温度センサ機能は、大規模震災時における被災者の探索や安否確認に利用することができるであろう。
【符号の説明】
【００４７】
１０…熱電変換素子、１２…電気二重層コンデンサ、１４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１６…ＲＦＩＤ本体部、２０…アクティブＲＦＩＤタグ、２２…冗長回路、１００…蓄電モード、２００…供給モード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブ型ＲＦＩＤタグに関し、より詳細には、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して連続的に動作するアクティブＲＦＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグを利用した個体識別技術が、さまざまなソリューションに応用されている。ここで、ＲＦＩＤタグには、電源を内蔵し自発的に電波を発振駆動することのできるアクティブ型と、外部からの電波エネルギーを利用してこれに応答する形で発振駆動するパッシブ型に分けられる。一般に、アクティブ型ＲＦＩＤは、パッシブ型に比較して格段に通信距離が長く、用途が広いという利点はあるものの、駆動電源として電池を内蔵せざるを得ないため、これに伴って電池交換などの維持管理コストが発生する。
【０００３】
この点につき、特開２００７−２８０３６８号公報（特許文献１）は、そのような電源に係るコストを排除すべく、熱電素子を駆動電源として備えるアクティブ型ＲＦＩＤを開示する。しかしながら、特許文献１は、その熱電素子を含んだ電力供給機構について、何ら具体的な構成を開示するものではなく、その内容は、単なる着想を開示するものに過ぎなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８０３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して永続的に動作するアクティブＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して永続的に動作することのできるアクティブＲＦＩＤタグにつき鋭意検討した結果、電力供給機構として複数の電気二重層コンデンサを含む２つの回路を冗長回路として形成することに想到した。さらに、この２つの冗長回路を、熱電変換素子側およびＲＦＩＤ本体側に対して、交互、且つ、排他的に接続することに加え、各冗長回路に含まれる複数の電気二重層コンデンサを、熱電変換素子に対して並列に接続し、昇圧回路に対して直列に接続することによって、熱電変換素子の微弱な起電力から、短時間でＲＦＩＤタグの駆動電圧をつくり、且つ、これを永続的に供給することのできることを見出し、本発明に至ったのである。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、熱電変換素子と、ＲＦＩＤ本体部に接続される昇圧回路と、前記熱電変換素子および前記昇圧回路に対して排他的に接続される冗長回路とを含むアクティブＲＦＩＤタグであって、前記冗長回路は、複数の電気二重層コンデンサを備える第１および第２の回路ブロックを含み、前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第１の状態と、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第２の状態とを交互に繰り返すように制御されるアクティブＲＦＩＤタグが提供される。
【０００８】
本発明においては、前記冗長回路は、前記第１の状態においては、前記第１の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第２の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御され、前記第２の状態においては、前記第２の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第１の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御することができる。また、本発明においては、前記冗長回路は、前記昇圧回路の入力電圧が閾値電圧に達したことに応答して、各状態間を遷移するように制御することができ、前記閾値電圧は、前記昇圧回路の最低入力電圧とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
上述したように、本発明によれば、熱電変換素子の微弱な起電力を利用して永続的に動作することのできるアクティブＲＦＩＤタグが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給機構の概念図。
【図２】本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給回路の概念図。
【図３】本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグの動作フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。
【００１２】
本発明は、熱電変換素子の起電力によってアクティブＲＦＩＤタグを動作させるための機構を備える。すなわち、本発明においては、熱電変換素子の起電力を、一旦、電気二重層コンデンサに蓄電し、この蓄電電力を使用してＲＦＩＤタグを動作させる。しかしながら、熱電変換素子の起電力は、一般に小さく、特に、人や恒温動物の体温を熱源とするような用途の場合には、熱源と外気の温度差はせいぜい十数℃程度と小さいため、その発電量は極めて微量なものになり、電気二重層コンデンサの端子電圧がＲＦＩＤタグの駆動電圧に達するまでには長い時間を要する。さらに、電気二重層コンデンサが放電した後、再度蓄電されるまでの間は、ＲＦＩＤ本体に電力を供給することができないため、その間、ＲＦＩＤタグは発振することができないことになる。この点につき、本発明は、熱電変換素子の微弱な起電力のみでアクティブＲＦＩＤタグを永続的に動作させるための電力供給機構を開示する。
【００１３】
図１は、本発明の熱電変換素子の起電力で動作するアクティブＲＦＩＤタグ（以下、アクティブＲＦＩＤタグとして参照する）の電力供給機構について説明するための概念図である。以下、本発明のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給機構を、蓄電モードと供給モードとに分けて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、蓄電モード１００の概念図である。蓄電モード１００は、熱電変換素子１０と、２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含む回路ブロックＡと、同じく２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含み回路ブロックＡと同じ回路構成を有する回路ブロックＢとから構成されている。蓄電モード１００においては、回路ブロックＡおよびＢは、いずれも、熱電変換素子１０に対して並列に接続される２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含んで構成されており、且つ、回路ブロックＡまたはＢのいずれか一方が熱電変換素子１０に対して排他的に接続されるように構成されている。なお、本発明における熱電変換素子１０は、２種類の異なる金属または半導体を接合してなるゼーベック素子であり、両端に温度差を生じさせると起電力が生じる素子であればよい。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、熱電変換素子１０は、回路ブロックＡと接続されており、この状態においては、熱電変換素子１０の起電力は、並列に接続された回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２に蓄電される。一方、熱電変換素子１０は、破線矢印で示すように、回路ブロックＢとも接続するように構成されており、その場合は、熱電変換素子１０の起電力は、並列に接続された回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２に蓄電される。図１（ａ）においては、熱電変換素子１０の起電力によって、電気二重層コンデンサ１２の端子電圧が０．６Ｖになると仮定している。
【００１６】
なお、上記各回路ブロックの電気二重層コンデンサ１２の静電容量は、ＲＦＩＤの時間当たりの消費電力、想定される使用態様における熱電変換素子１０の時間当たりの発電量などに基づいて、適切な値のものを選択することが望ましい。この点については、後に詳細に述べる。
【００１７】
一方、図１（ｂ）は、供給モード２００の概念図である。供給モード２００は、先に説明した回路ブロックＡまたはＢと、直流電圧を昇圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータ１４とから構成されている。ここでは、仮に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が作動するための最低入力電圧を０．８Ｖとし、最終的な電力の供給先であるＲＦＩＤ本体部１６の駆動電圧の３．０Ｖとして、以下説明する。
【００１８】
供給モード２００においては、蓄電された２つの電気二重層コンデンサ１２，１２を含む回路ブロックＡおよびＢのどちらか一方が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して排他的に接続される。図１（ｂ）に実線矢印は、回路ブロックＢがＤＣ−ＤＣコンバータ１４に接続される場合を例示している。ここで、先に説明した蓄電モード１００においては、回路ブロックＢ内の２つの電気二重層コンデンサ１２，１２は、蓄電された結果、その端子電圧が０．６Ｖになっている。しかしながら、この値は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧の０．８Ｖに及ばない。
【００１９】
そこで、供給モード２００においては、まず、回路ブロックＢ内の２つの電気二重層コンデンサ１２，１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列になるようにその接続が切り換えられる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対する入力電圧は、０．６×２＝１．２Ｖとなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧である０．８Ｖを超えることができる。すなわち、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２の蓄電電力は、１．２ＶでＤＣ−ＤＣコンバータ１４に入力され、３．０Ｖにまで昇圧された後、ＲＦＩＤ本体部１６に対して供給される。なお、これに並行して、蓄電モード１００では、熱電変換素子１０から回路ブロックＡの２つの電気二重層コンデンサ１２，１２に対する蓄電が行なわれている。
【００２０】
その後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に直列に接続された回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２の端子電圧は、ＲＦＩＤ本体部１６の電力消費に伴って、当初の１．２Ｖから経時的に低下していく。ここで、仮に、これがＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧である０．８Ｖを下回ると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は昇圧不能になり、ＲＦＩＤ本体部１６に対する電力供給が止まってしまう。したがって、本発明においては、そのような事態が発生する前に、図１（ｂ）に破線矢印で示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の接続先を回路ブロックＢから回路ブロックＡに切り換える。以上、説明した制御を繰り返すことによって、ＲＦＩＤ本体部１６に対して永続的に電力供給がなされることになる。
【００２１】
すなわち、回路ブロックＡおよび回路ブロックＢは、蓄電モード１００においては、複数の電気二重層コンデンサを熱電変換素子に対して並列に接続し、供給モード２００においては、蓄電済みの複数の電気二重層コンデンサを直列に接続し直した上で、昇圧回路に接続することによって、熱電変換素子１０の微弱な起電力から、短時間でＲＦＩＤの駆動電圧を生成できる。
【００２２】
さらに、その蓄電モード１００および供給モード２００を通して、回路ブロックＡおよび回路ブロックＢのうち、いずれか一方を発電側に接続し、他方を電力消費側に接続するという状態を交互に繰り返すことによって、回路ブロックＡおよびＢが２つの冗長回路として機能しており、このことがＲＦＩＤ本体部１６に対する永続的な電力供給を可能にしている。以上、本発明のアクティブＲＦＩＤタグの電力供給機構について、その概略を説明してきたが、次に、図２および図３を参照して、当該電力供給機構の動作を具体的に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態である熱電変換素子の起電力で動作するアクティブＲＦＩＤタグ２０（以下、アクティブＲＦＩＤタグ２０として参照する）について、その電力供給回路を概念的に示す。本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０は、熱電変換素子１０と、冗長回路２２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、ＲＦＩＤ本体部１６とを含んで構成されており、冗長回路２２は、熱電変換素子１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１４との間を接続自在に形成されている。本実施形態における冗長回路２２は、回路ブロックＡおよび回路ブロックＢを含んで構成されており、両ブロックは、いずれも、２つ電気二重層コンデンサ１２，１２を含む同等の回路として構成されている。
【００２４】
冗長回路２２における回路ブロックＡ,Ｂは、複数のスイッチＳＷを含んで構成されており、これらのスイッチがＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって、冗長回路２２は、図２（ａ）に示す第１の状態から図２（ｂ）に示す第２の状態へ遷移する。なお、図２は、アクティブＲＦＩＤタグ２０の電力供給回路を概念的に示したものであり、実際の回路を示すものではない。実際の電力供給回路においては、第１の状態から第２の状態へ遷移を制御するためのスイッチＳＷを、例えば、ダイオードスイッチによって構成することができる。
【００２５】
第１の状態においては、図２（ａ）に太線で示すように、回路ブロックＡに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、熱電変換素子１０に対して並列に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からは切り離される。また、第１の状態においては、回路ブロックＢに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続され、熱電変換素子１０からは切り離される。
【００２６】
一方、第２の状態においては、図２（ｂ）に太線で示すように、回路ブロックＡに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続され、熱電変換素子１０からは切り離される。また、第２の状態においては、回路ブロックＢに含まれる電気二重層コンデンサ１２，１２は、熱電変換素子１０に対して並列に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４からは切り離される。冗長回路２２は、上述した第１の状態と第２の状態を交互に繰り返すことによって、熱電変換素子１０から生じる微弱な起電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１４の駆動電圧にまで効率的に昇圧し、これを連続的に供給することを可能にする。
【００２７】
図３は、本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０の動作フローチャートを示す。以下、図３の動作フローチャートと図２に示す回路概念図とを交互に参照しながら、本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０における電力供給動作について、より具体的に説明する。
【００２８】
本実施形態のアクティブＲＦＩＤタグ２０においては、図２（ａ）に示す第１の状態を初期設定とするものとして説明する。まずステップ１０１において、熱電変換素子１０に対して並列に接続された回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２の端子間電圧（ＶＰＡ）が監視される。この電圧監視は、（ＶＰＡ）が閾値電圧（Ｖ１）に達するまで繰り返される（ステップ１０１、Ｎｏ）。ここで、本実施形態における閾値電圧（Ｖ１）は、以下に示す基準に従って、適切な値を設定することができる。
【００２９】
まず、閾値電圧（Ｖ１）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）を回路ブロックＡに含まれる電気二重層コンデンサ１２の数で割って求まる値よりも大きく、最低入力電圧より小さい適切な値を設定することが好ましい。ここで、仮に、最低入力電圧を「０．８Ｖ」とし、電気二重層コンデンサ１２の数を「２」とすれば、閾値電圧（Ｖ１）は、｛ ０．４（＝０．８／２）＜ Ｖ１ ＜ ０．８ ｝として定義することができる。
【００３０】
さらに、閾値電圧（Ｖ１）は、電気二重層コンデンサ１２，１２の直列端子電圧の、ＲＦＩＤの電力消費に伴う時間当たりの低下率（ΔＶ／ｔ）と、一回の蓄電当たりのＲＦＩＤの動作時間（ｔ）に応じて適切な値を決定することができる。ここで、一回の蓄電当たりのＲＦＩＤの動作時間（ｔ）は、任意の設計事項であり、適宜決定することができる。
【００３１】
具体的には、まず、回路ブロックＡ,Ｂが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して接続される際の初期電圧（Ｖｉ）を動作時間（ｔ）に応じて決定する。ここで、仮に、動作時間（ｔ）を「１０分」とし、低下率（ΔＶ／ｔ）を「０．０４Ｖ／分」とすると、一回の蓄電で「１０分」の動作時間を実現するためには、最低入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）の値「０．８Ｖ」に、「０．０４（Ｖ／分）×１０（分）＝０．４Ｖ 」を加えた「１．２Ｖ」を初期電圧（Ｖｉ）とする必要がある。このようにして初期電圧（Ｖｉ）を決定すれば、これを電気二重層コンデンサ１２の数で割ることよって閾値電圧（Ｖ１）が導出される。上述して例においては、閾値電圧（Ｖ１）は、１．２Ｖ ÷ ２＝０．６Ｖとなる。
【００３２】
回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２の端子間電圧（ＶＰＡ）が上述した手順で設定された閾値電圧（Ｖ１）に達すると（ステップ１０１、Ｙｅｓ）、ステップ１０２に進み、回路の切り換え処理が実行される。ステップ１０２において、冗長回路２２は、図２（ａ）に示す第１の状態から図２（ｂ）に示す第２の状態に切り換わる。具体的には、回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２が熱電変換素子１０から切り離され、昇圧回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続されると同時に、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２がＤＣ−ＤＣコンバータ１４から切り離され、熱電変換素子１０に対して並列に接続される。
【００３３】
ステップ１０２において、回路の切り換え処理がなされると、回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２からの入力電圧（ＶＰＡ×２）がＤＣ−ＤＣコンバータ１４によってＲＦＩＤ本体部１６の駆動電圧まで昇圧されたのち、ＲＦＩＤ本体部１６に電力供給がなされる（ステップ１０３）。これに並行して、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２は、熱電変換素子１０に対して並列に接続されて蓄電される（ステップ１０４）。
【００３４】
この間、ステップ１０５において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が監視され、閾値電圧（Ｖ２）を下回るまで（ステップ１０５、Ｎｏ）、上記ステップ１０３および１０４が実行される。ここで、閾値電圧（Ｖ２）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の最低入力電圧の値またはこれに適切なマージンを加えた値を設定することができる。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が閾値電圧（Ｖ２）を下回ると（ステップ１０５、Ｙｅｓ）、ステップ１０６において、回路の切り換え処理が実行され、冗長回路２２は、図２（ｂ）に示す第２の状態から図２（ａ）に示す第１の状態に遷移する。具体的には、回路ブロックＡの電気二重層コンデンサ１２，１２がＤＣ−ＤＣコンバータ１４から切り離され、熱電変換素子１０に対して並列に接続されると同時に、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２が熱電変換素子１０から切り離され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対して直列に接続される。
【００３６】
ステップ１０６において、回路の切り換え処理がなされると、ステップ１０７においては、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサ１２，１２からの入力電圧（ＶＰＢ×２）がＤＣ−ＤＣコンバータ１４によってＲＦＩＤ本体部１６の駆動電圧まで昇圧されたのち、ＲＦＩＤ本体部１６に電力供給がなされる。これと並行して、ステップ１０８においては、回路ブロックAの電気二重層コンデンサ１２，１２か熱電変換素子１０に並列に接続されて蓄電がなされる（ステップ１０８）。
【００３７】
この間、ステップ１０９において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が監視され、上述した閾値電圧（Ｖ２）に達するまで（ステップ１０９、Ｎｏ）、上記ステップ１０７および１０８が実行される。
【００３８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が閾値電圧（Ｖ２）を下回ると（ステップ１０９、Ｙｅｓ）、動作は、ステップ１０２に戻り、熱電変換素子１０から所定量以上の発電がある限り、永続的にステップ１０２以降の動作を繰り返す。
【００３９】
なお、上述した本実施形態においては、蓄電モードにある回路ブロックの端子間電圧を監視せず、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）のみを監視して、回路の切り換えタイミングを決定する構成を採用している。この理由について、以下説明する。
【００４０】
この点につき、ステップ１０５を例にとって説明すると、既に説明したように、先のステップ１０１においては、回路ブロックＡが閾値電圧（Ｖ１）に達するまで蓄電されており、その放電時間（すなわち、動作時間（ｔ））は、一義的に決定されている。ここで、本実施形態においては、回路ブロックＢの蓄電時間（すなわち、回路ブロックＢの電気二重層コンデンサの端子間電圧が閾値電圧（Ｖ１）に達するまでに要する時間）が、回路ブロックＡの放電時間よりも短くなるように、電気二重層コンデンサ１２の静電容量が設計されている。
【００４１】
したがって、ステップ１０５において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）が閾値電圧（Ｖ２）を下回る時点では、当然にして、蓄電側の回路ブロックＢの電気二重層コンデンサの端子間電圧は、閾値電圧（Ｖ１）に達しているため、その判断を省略するものである。上述した点については、ステップ１０９においても同様である。なお、本発明においては、蓄電側の回路ブロックの端子間電圧と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の入力電圧（ＶＤＣ−ＤＣ）の双方を所定の閾値と比較し、双方の条件が成立したときにのみ、回路を切り換えるように構成することもできる。
【００４２】
以上、本発明のアクティブＲＦＩＤタグを図２および３に示した実施の形態をもって説明してきたが、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した各回路ブロックは、３つ以上の電気二重層コンデンサを備えていてもよく、また、上述した冗長回路を３つ以上の回路ブロックから構成してもよい。
【００４３】
さらに、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、温度センサとして応用することができることに注目されたい。その際には、上述した回路ブロックの一回の蓄電量に対応するＲＦＩＤの動作時間（ｔ）が、温度センサの時間解像度になる。すなわち、熱源が熱を発生しなくなってから、最長でも（ｔ）時間後には、ＲＦＩＤタグに対する電力供給が断たれ、ＲＦＩＤタグはその発振を中止するため、発振信号の受信不能をもって温度低下を検知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上、説明したように、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、熱源が存在するところであれば、バッテリーフリーで永続的に使用することができるため、アクティブＲＦＩＤタグを利用する既存システムの維持管理コストが大幅に低減される。
【００４５】
また、本発明のアクティブＲＦＩＤタグは、非常に小さな熱源でも永続的に動作することができるため、その熱源として体温を利用することが考えられる。例えば、本発明のアクティブＲＦＩＤタグを、牛豚などの家畜類や犬・猫などのペット類に代表される恒温動物の身体に装着することによって、これらの個別認証情報を利用したさまざまなソリューションを展開することができる。さらに、本発明のアクティブＲＦＩＤタグを人体に装着することによって、例えば、入院患者のセキュリティ管理や、独居老人の安否確認などに関するソリューションを展開することができる。
【００４６】
さらに、注目すべきは、本発明のアクティブＲＦＩＤタグの温度センサとして応用展開である。例えば、本発明のアクティブＲＦＩＤタグが人や恒温動物に装着されている場合、ＲＦＩＤタグからの発振があるということは、そこに生命機能があることを意味する。本発明のアクティブＲＦＩＤタグのこのような温度センサ機能は、大規模震災時における被災者の探索や安否確認に利用することができるであろう。
【符号の説明】
【００４７】
１０…熱電変換素子、１２…電気二重層コンデンサ、１４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１６…ＲＦＩＤ本体部、２０…アクティブＲＦＩＤタグ、２２…冗長回路、１００…蓄電モード、２００…供給モード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電変換素子と、ＲＦＩＤ本体部に接続される昇圧回路と、前記熱電変換素子および前記昇圧回路に対して排他的に接続される冗長回路とを含むアクティブＲＦＩＤタグであって、
前記冗長回路は、複数の電気二重層コンデンサを備える第１および第２の回路ブロックを含み、
前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第１の状態と、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第２の状態とを交互に繰り返すように制御される、
アクティブＲＦＩＤタグ。
【請求項２】
前記冗長回路は、前記第１の状態においては、前記第１の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第２の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御され、前記第２の状態においては、前記第２の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第１の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御される、請求項１に記載のアクティブＲＦＩＤタグ。
【請求項３】
前記冗長回路は、前記昇圧回路の入力電圧が閾値電圧に達したことに応答して、各状態間を遷移するように制御される、請求項１または２に記載のアクティブＲＦＩＤタグ。
【請求項４】
前記閾値電圧は、前記昇圧回路の最低入力電圧である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクティブＲＦＩＤタグ。
【請求項１】
熱電変換素子と、ＲＦＩＤ本体部に接続される昇圧回路と、前記熱電変換素子および前記昇圧回路に対して排他的に接続される冗長回路とを含むアクティブＲＦＩＤタグであって、
前記冗長回路は、複数の電気二重層コンデンサを備える第１および第２の回路ブロックを含み、
前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第１の状態と、前記第２の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記熱電変換素子並列に接続され、前記第１の回路ブロックの前記複数の電気二重層コンデンサが前記昇圧回路に直列に接続される第２の状態とを交互に繰り返すように制御される、
アクティブＲＦＩＤタグ。
【請求項２】
前記冗長回路は、前記第１の状態においては、前記第１の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第２の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御され、前記第２の状態においては、前記第２の回路ブロックが前記昇圧回路から切り離され、前記第１の回路ブロックが前記熱電変換素子から切り離されるように制御される、請求項１に記載のアクティブＲＦＩＤタグ。
【請求項３】
前記冗長回路は、前記昇圧回路の入力電圧が閾値電圧に達したことに応答して、各状態間を遷移するように制御される、請求項１または２に記載のアクティブＲＦＩＤタグ。
【請求項４】
前記閾値電圧は、前記昇圧回路の最低入力電圧である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクティブＲＦＩＤタグ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２０４９２７（Ｐ２０１０−２０４９２７Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９３８９（Ｐ２００９−４９３８９）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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