JP6397285B2 - 無線式プラグタグ - Google Patents

Description

本発明は、無線式無線タグに関し、電子機器の所在管理システムに用いて好適な技術に関する。

管理する機器に無線タグを取り付け、無線タグと通信することにより機器を管理する動態管理システムが特許文献１にて提案されている。この動態管理システムは、工場、倉庫、店舗、学校、病院内等の管理対象エリアの通過チェックポイントに取り付けたリーダーと当該チェックポイント内で通信することで、通信日時、リーダーＩＤ（エリア情報）を無線タグのメモリに記録する。

この記録を取り出してデータ処理することにより、貸出／メンテナンス／稼働率／温度履歴／衝撃有無などの状態を自動判別するような工場、倉庫、学校、店舗、病院等での機器の所在管理用途に用いられている。

このような用途に用いる無線タグは、理想的には電池をもたないパッシブ型のタグが望ましいが、広い管理エリアでの所在管理には通信距離を取る必要がある。このため、リーダー側にタグへの給電用に大きな無線電力の供給能力が必要になってしまうし、リーダーのアンテナで給電されるエリア外では動作させることが原理的にできない。全ての管理対象エリアをカバーしようとすると設置するアンテナを甚だ多くしなければならない問題点があった。

このため、機器の所在管理用のタグはアクティブ方式を採用するケースが多く、その殆どは１次電池を搭載したものであった。この場合、電池の寿命がきた際に電池交換が大きな手間であり、管理コストがかさむことから導入する上での大きな障害となっていた。

例えば、特許文献２にて提案された所在管理システムのように、電池の残量電圧をモニターし、システム側に電池交換時期を知らせるような提案もなされている。
特許文献２にて提案された技術によれば、より正確に電池寿命を判断することができ、電池内蔵型の無線タグが稼働不能となる前の適切な時期に無線タグの交換を行うことが可能となる。

特開２００６−４８３９９号公報 特開２０１０−３３１３４号公報

しかしながら、特許文献２の所在管理システムの場合は、管理コストを低減するための根本的な解決にはなっていない問題点があった。
すなわち、無線タグによる電子機器の所在管理システムに、１次電池搭載タグを用いる場合に、管理する機器に取り付けられた無線タグの１次電池を交換する必要がある。無線タグは、所在管理対象の電子機器に取り付けられていて機器の数が多いので、無線タグの１次電池を交換するには多くの手間が必要であった。

また、一般的に、所在管理システムで管理している電子機器の種類は複数であるので、電子機器の種類によって無線タグの取り付け位置なども異なることになり、取り付け位置を把握するのに多少なりとも経験が必要であった。
本発明は前述の問題点に鑑み、電池内蔵型の無線タグを用いた電子機器の所在管理システムの管理コストを低減できるようにすることを目的とする。

本発明の無線式プラグタグは、管理対象機器のＡＣインレットに差し込むアウトレット部分と、ＡＣケーブルの先端に取り付けられているアウトレットが差し込まれるインレットとを備え、前記管理対象機器にＡＣ電力を供給するための配線用の差込接続器として機能するプラグ本体部と、前記プラグ本体部の内部に配設されたアクティブタグとを有することを特徴とする。このタグを、以後プラグタグと呼ぶ。

本発明によれば、管理対象機器の種類が複数種類であっても、ACインレットの構造は標準化されているので無線タグの取り付け態様は同じであるので、無線タグの電池交換や、無線タグ自体の交換などの保守作業を簡素化することができる。これにより、電池内蔵型の無線タグを用いた電子機器の所在管理システムの管理コストを低減することができる。
また、本発明の他の特徴によれば、プラグタグのプラグ部とインレットとの間に配線されている電線間に印加される電圧を整流する充電回路と、前記充電回路によって充電される２次電池とを備えているので、電池交換作業を行う頻度を大幅に下げることができる。
また、本発明のその他の特徴とするところは、管理対象機器の動作電力を検出するＡＣモニター回路を搭載したので、管理対象の機器の消費電力を検出することで動作中であることを検出することができ、機器の稼働率を管理することができる。
また、本発明のその他の特徴とするところは、管理対象機器の温度を管理する温度センサを搭載したので、機器の温度が管理範囲外にあった場合の有無を確実に管理することができる。
また、本発明のその他の特徴とするところは、管理対象機器に加えられる衝撃を検出するＧセンサを搭載したので、管理する機器が規定以上の衝撃を受けた履歴の有無を確実に管理することができる。

本発明の実施形態を示し、電子機器の所在管理システムの構成例を示す図である。 無線式プラグタグの外観と内部基板の概略を示す図である。 管理する機器にプラグタグを取付ける一例を示す図である。 無線式プラグタグの内部基板の構成例を示すブロック図である。 ＡＣモニター回路の一例を示す図である。 制御用マイコンの構成例を示すブロック図である。 機器貸出し管理の運用例の一例を説明する図である。 無線式プラグタグの内部構成の一例を示す図である。 制御基板および充電・ACモニター基板に対する配線の一例を示す図である。 機器にプラグタグを取り付けて使用する様子を説明する図である。 規格統一されているＡＣケーブルのアウトレット、電極プラグおよびＡＣ３極コンセントを示す図である。 機器からＡＣケーブルが直接出ている場合にプラグタグを使用する例を説明する図である。 ＡＣ入力のゼロクロス信号を説明する図である。

最初に本発明の無線式プラグタグの概略を説明する。
本実施形態の無線式プラグタグ（以下、プラグタグとする）は、管理対象機器本体のＡＣインレットに挿して使用する充電タイプのＲＦアクティブタグである。

本実施形態のプラグタグは充電可能な２次電池と、充電回路と、無線回路とＩＤ番号を付与したメモリとを搭載している。そして、工場、倉庫、店舗、学校、病院内等の管理対象エリアの通過チェックポイントに取り付けたリーダーと当該チェックポイント内で通信することで、通信日時、リーダーＩＤ（エリア情報）、をメモリに記録する。また温度、衝撃などのセンサを搭載することで、温度が管理範囲外にあった場合や規定以上の衝撃の記録も行う。

本実施形態のプラグタグは、充電可能な２次電池を搭載して、プラグタグの形状を機器のＡＣ電源入力インレットに取り付けられるプラグ形状とし、ＡＣケーブルを介して供給されるＡＣコンセントからのＡＣ電力で充電可能な構造に構成されている。

プラグタグの２次電池は、電池の寿命を長く保つためにプラグタグを取り付けた機器がＡＣコンセントに挿されて通電されたときにトリクル充電（２次電池の自然放電を補うために、絶えず微小電流により充電する方法）で行うようにした。充電を行う場所は、機器の貸出しセンターでも機器を使用する場所でもよい。

また、本実施形態のプラグタグは、機器を使用する際にはＡＣ電源が通電されることから機器の電源のON/OFF状態を検出し、動作状態を内蔵メモリに記録するような機能を搭載することもできる。このことは、電源のON/OFF状態を時間情報とセットで管理することで機器の稼働率管理を実現することができる。

時間情報は、プラグタグ内に専用に設けるＲＴＣ(Real time clock)回路や、電源周波数50Hz/60Hzのゼロクロスカウンタ回路で積算する方法によってもよい。この時間情報は、タグ内のメモリに定期的に保存して別に用意するリーダーからのコマンドで非接触で取り出すことで行う。
電源のON/OFF状態の検出は、待機電力と動作電力の違いを判別する回路を設けることによって実現することができる。

プラグタグは、機器とＡＣケーブル間に挟まれる形で使われるが、保管時には通常ＡＣケーブルを取り外すことがあるため、機器側に固定的に取り付けておかないと、機器のID番号の特定ができない。よって、プラグタグは、ロック機構を備える構造にするなどして、機器側のインレットにしっかり取りつく構造とし、ＡＣケーブルを取り外しても機器側に残るように取り付けることが望ましい。
また、接着剤や両面テープなどを用いて機器とプラグタグとを固着するようにしてもよい。

[第１の実施形態]
以下、図面を参照しながら本発明のプラグタグの実施形態を説明する。
図１は、本発明のプラグタグを用いて電子機器の所在管理システムを構成して例を示す図である。
本実施形態による電子機器の所在管理システムは、機器２に取り付けられているプラグタグ２０の所在を管理するものであり、複数のRFIDリーダー３１〜３３、データベースサーバー４０とクライアントＰＣ５０とで構成されている。RFIDリーダー３１〜３３、データベースサーバー４０とクライアントＰＣ５０はLANネットワーク６０で接続されている。
プラグタグ２０は、配線用の差込接続器として機能し、管理したい機器２のＡＣインレット２ａに取り付けて用いられる。

図２は、プラグタグ２０の外観と内部基板の構造図である。図２(ａ)に示すように、プラグタグ２０は、機器側のＡＣインレット２ａに直接差し込むアウトレット２０ａと、使用時に電流を渡せるようＡＣケーブルの先端に取り付けられている電極プラグを接続できるインレット２０ｂとを具備している。また、プラグタグ２０のプラグ本体部の内部には、図２(ｂ)に示すように無線タグ１が配設されている。無線タグ１には後述するように制御基板、ＡＣモニター回路、充電回路などが設けられている。

図３に、プラグタグ２０の使用形態の一例を示す。
図３に示すように、プラグタグ２０は機器２のＡＣインレット２ａにアウトレット２０ａを差し込んで、機器２に取り付けて使用する。この状態において、プラグタグ２０のインレット２０ｂが機器２のＡＣインレット２ａとして機能し、機器２を動作させる場合にはインレット２０ｂにＡＣケーブル７０のアウトレット７０ａを差し込んで、機器２にＡＣ電力を供給する。この接続状態の詳細は、図１０を参照しながら後述する。

図４に、プラグタグ２０のブロック図を示す。この構造体内は３つのＡＣ電極（L,N,FG)をアウトレット２０ａとインレット２０ｂとの間を電線で配線してある。また、内部には電線間に印加される電圧を整流して２次電池６を充電する充電回路３、ＡＣモニター回路４、センサ５、充電可能な２次電池６、ＲＦの送受信を行う制御基板７を搭載している。

制御基板７には、プラグタグ２０固有ＩＤを保持した制御用マイコン８、リーダーからのＲＦ電波を受信する第１のアンテナ１（１１）、第１のアンテナ１(１１)で受信した電波を受信してフィルタ・増幅・デジタル処理するＲＦ受信回路９、プラグタグ固有ID信号を制御用マイコン８から受け取り、変調・増幅してＲＦアナログ信号に変換するＲＦ送信回路１０、ＲＦ送信信号を電波で発する第２のアンテナ２（１２）が搭載されている。

電波の一例としてリーダーからのＲＦ信号は１25KHz、プラグタグ２０からのＲＦ信号は3１5MHzがキャリアに用いられる。これは、一般的に通信可能な距離が１25KHzは数ｍの範囲内であり、必要以上に遠くに飛び過ぎないこと、プラグタグ２０からは部品の小型化のために周波数を高くするメリットがある。

図５に、ＡＣモニター回路４の構成例を説明するブロック図を示す。
ＡＣモニター回路４は、電圧検出回路４１、電流検出回路４２、掛け算回路４３により構成した。また、図５にはＡＣ入力を整流回路４４により整流して充電回路３に供給し、２次電池６を充電する回路構成も示している。

図６に、制御用マイコン８の構成例を示す。
本実施形態の制御用マイコン８は、ＣＰＵ８１、メモリ８２、入力ポート８３、出力ポート８４などにより構成されている。
メモリ８２には、ＣＰＵ８１を動作させるプログラムが記憶されており、ＣＰＵ８１はプログラムに従って予め設定された所定の動作を実行する。
また、ＣＰＵ８１は、RFIDリーダー３１〜３３との通信記録や、センサ５から入力されるデータなどをメモリ８２に記録する。

図７に、本実施形態のプラグタグ２０を用いた電子機器の所在管理システムの運用例を示す。
保管状態Ｓ１、貸出状態Ｓ２、貸出中Ｓ３、返却・メンテナンス状態Ｓ４の４状態を管理するためのリーダーMERD１〜４の取付け位置と、管理フローの対応を示している。

図７(ｂ)に示すように、所在管理に適切な場所に機器管理用のリーダーMERDが取り付けられている。たとえば、多くの機器を管理する機器管理センター７００にあっては、保管庫７１に第１のリーダーMERD１、貸出しカウンター７２の前に第２のリーダーMERD2、管理センターの出入り口の通路７３に第３のリーダーMERD3、管理センターの返却口７４に第４のリーダーMERD4といった具合に取り付ける。

したがって、貸出し時の機器の移動と管理の流れは、保管庫７１→貸出しカウンター７２→管理センターの出入り口の通路７３となり、機器２に取り付けられているプラグタグ２０が第２のリーダーMERD2および第３のリーダーMERD3と通信することで、機器の貸し出し管理を実現することができる。

返却時の機器の移動と管理の流れは、管理センターの出入り口の通路７３→管理センターの返却口７４→保管庫７１となる。したがって、この場合は、機器２に取り付けられているプラグタグ２０は、第３のリーダーMERD3、第４のリーダーMERD4と通信してメンテナンス室７５に入室する。

プラグタグ２０は、ＡＣが給電されていない状態保管状態Ｓ１、貸出状態Ｓ２、返却・メンテナンス状態Ｓ４では、制御基板７は２次電池６からの給電で動作するので、通常省電力モードで動作して、２次電池６の消耗を極力抑えるようになっている。そして、センサ５でプラグタグ２０の移動を検出すると制御用マイコン８を起動するようになっており、このときリーダーMERDからの１25KHzのＲＦ信号を検出すると、約１秒周期で3１5MHzのＩＤ信号を送信する。

そして、１25KHzのＲＦ信号を検出しなくなるとＩＤ送信を止めて省電力モードに移行する。これによって、リーダーMERDはプラグタグ２０のＩＤ信号を検出することができるので、機器管理センター７００では、プラグタグ２０の所在を把握することができる。

プラグタグ２０が貸出中の状態Ｓ３では、機器２が利用される状況として管理される。この状態においては、機器管理センター７００では、機器２が貸出中であることを把握できる。
また、本実施形態のプラグタグ２０の特徴である稼働率の管理については、貸出中Ｓ３の下にあるプラグタグ２０が、機器２が使用される際にＡＣ給電されることから、プラグタグ２０に内蔵したＡＣモニター回路４にて消費電力を計測して、機器２が稼働中か否かを検出することによって行う。

貸出中Ｓ３の下において、消費電力を検出すれば使われたこと示す情報をプラグタグ２０のメモリ８２に記録する。また、図面に示していないが、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）を内蔵するか、ＡＣのゼロクロス回数をカウントする機能を無線タグ１に搭載して、時刻情報・時間情報をメモリ８２に刻々追記録するように、制御用マイコン８にプログラムすることで使用している時間を後で知ることができる。

貸出中Ｓ３での機器の動作時間を知ることで、メモリ８２に記録されている情報をリーダーMERDで後から読み出すことにより、後で稼働率を把握することができる。これは、機器２の有効利用、設備投資を図る上で利用の実態を知ることができるので、大変有用な機能である。

返却・メンテナンス状態Ｓ４では、このときに通電されたかどうかを表す情報をメモリ８２に記録する。そして、リーダーMERDで後から読み出すことにより、メンテナンス動作のチェックを実施したか否かの管理をすることもできる。

前述の実施形態によれば、プラグタグ２０は充電回路３と、充電可能な２次電池６と、無線回路（ＲＦ受信回路９、ＲＦ送信回路１０、第１のアンテナ１(１１)、第２のアンテナ２(１２)）と、ID番号を付与したメモリ８２とを搭載している。これにより、プラグタグ２０は工場、倉庫、学校、病院内等の管理対象エリアの通過チェックポイントに取り付けたリーダーと通信することが可能であり、記録時の情報、例えば、通信日時、リーダーＩＤ（エリア情報）、タグＩＤ（機器情報）をメモリ８２に記録することができる。

また、本実施形態のプラグタグ２０は、温度、衝撃などを検出するために、温度センサ、Ｇセンサなどのセンサ５を搭載したので、温度が管理範囲外にあった場合の有無や、規定以上の衝撃を受けた場合の有無をメモリ８２に記録することができる。これにより、メモリ８２に記録した情報を読み出してデータ処理することにより、貸出／メンテナンス／稼働率／温度履歴／衝撃の有無などの状態を確実に管理することができる。

特に、本実施形態のプラグタグ２０は、機器２を使用している際に充電される２次電池６を設けているので、リーダーのアンテナで給電されるエリア外で動作させることが可能な電子機器の所在管理システムにおいて、電池を交換する手間を不要にすることができるので、電子機器の所在管理システムのメンテナンスを軽減することができる。

また、本実施形態によれば、プラグタグ２０のアウトレット２０ａとインレット２０ｂとの間に配線されている電線Ｌ、Ｎに流れる電流を整流する充電回路３と、充電回路３によって充電される２次電池６とを備えているので、電池交換作業を行う頻度を大幅に長くすることができる。

また、本実施形態によれば、管理対象機器の動作電力とＡＣ波形のゼロクロス点を検出するＡＣモニター回路４を搭載したので、管理対象の機器２の消費電力を検出することができる。検出した値から機器２のON状態（稼働中）とOFF状態（待機中）を判定し、消費電力検出出力（ON・OFF信号）とゼロクロス検出信号をマイコン８に出力する。

消費電力検出出力（ON・OFF信号）はレベル信号であり、ゼロクロス検出信号は、ゼロクロス点のタイミングで発生するパルス信号である。この信号波形を図１３に示す。この信号はたとえばAC５０Hzのときには１秒間に100回のパルスを出力する。マイコン８は機器２がON状態にある間中、ゼロクロス検出信号の回数をカウントし、OFF状態になったときにカウントを停止する。このカウント値をマイコン８内のメモリ８２に記録する。

本実施形態では時間の計測にACモニター回路４にゼロクロス検出機能を用意してこれを用いた例を示したが、図４に示すように、時計用のＩＣであるリアルタイムクロック（real-time clock、RTCと略記）１３を制御基板７に搭載してマイコン８で消費電力検出出力の変化時刻をマイコン８内のメモリ８２に記憶してもよい。機器管理センター７００にてプラグタグからこのメモリ８２内のデータを読み出すことで、貸出しから返却までの時間と、稼働中の時間を知ることができる。これにより、機器２の稼働率を管理することができる。

また、返却・メンテナンス状態Ｓ４では、ＡＣモニター回路４によりこのときに通電されたかどうかを表す情報を検出してメモリ８２に記録する。そして、リーダーMERDで後から読み出すことにより、メンテナンス動作のチェックを実施したか否かの管理をすることもできる。

［第２の実施形態］
前述した実施形態においては、内部に充電回路３および２次電池６を備えた例を説明した。しかし、本発明のプラグタグは、１次電池を備えた無線タグに適用しても好適である。
すなわち、機器２のＡＣインレット２ａに差し込んで使用されるプラグタグ２０内に配設されるので、管理する機器２の種類が変わっても、交換する１次電池は同じ形状のプラグタグ２０内に一様に取り付けられている。したがって、１次電池を交換する際の手間を簡略化することができる。

図８に、プラグタグ２０の内部構成の一例を示す。
図８に示すように、蓋２０ｃを取り外すことによりプラグタグ２０の内部を露出することができる。図８（ａ）に示すように、プラグタグ２０の内部には制御基板７および充電・ACモニター基板３６が収納されており、２次電池６は充電・ACモニター基板３６に配設されている。

ユーザーが電池パックを分解したりすることは好ましくないので、本実施形態においては、図８（ｂ）に示すように、制御基板７および充電・ACモニター基板３６は熱収縮チューブ８０で絶縁して、配線８０ａ、８０ｂ、８０cを介してプラグタグ２０のＡＣラインに接続するようにした例を示している。
図９に、制御基板７および充電・ACモニター基板３６に対する配線の一例を示す。

［第３の実施形態］
前述した実施形態では、プラグタグ２０を管理したい機器２のＡＣインレット２ａに差し込んで使用する例を示した。
図１０に、実施形態のプラグタグ２０を介してＡＣケーブル７０を機器２に接続する例を説明する。
図１０（ａ）に示すように、機器２にはインレット２ａが設けられている。また、図１０（ｂ）に示すように、プラグタグ２０にはアウトレット２０ａおよびインレット２０ｂが設けられている。また、ＡＣケーブル７０にはアウトレット７０ａおよび電極プラグ７０ｂが設けられている。

これらのインレットおよびアウトレットは規格統一されているので、プラグタグ２０のアウトレット２０ａは、機器２のインレット２ａに嵌合することができる。また、ＡＣケーブル７０のアウトレット７０ａは、プラグタグ２０のインレット２０ｂに嵌合することができる。さらに、ＡＣケーブル７０の電極プラグ７０ｂは、図１０（ｃ）に示すＡＣ３極コンセント１００に嵌合することができる。
図１１に、規格統一されているＡＣケーブル７０のアウトレット７０ａ、電極プラグ７０ｂおよびＡＣ３極コンセント１００を示す。

本実施形態のプラグタグ２０は、機器２のインレット２ａに嵌合した状態からは容易に抜けないようにしている。容易に抜けない仕組みについては、ロック機構を設けるなど、任意の仕組みを利用することができる。これにより、ユーザーはＡＣケーブル７０のアウトレット７０ａをプラグタグ２０のインレット２０ｂに抜き差しを行って機器２を使用することになり、プラグタグ２０を機器２に常に取り付けておくことができる。

［第４の実施形態］
管理したい機器２からＡＣケーブルが直接出ている場合がある。このような場合には、プラグタグのインレットにＡＣケーブルの電極プラグを差し込んで使用するようにする。
図１２に、機器２からＡＣケーブル１７０が直接出ている例を説明する。この例の場合、電極プラグはＬ、Ｎ２極の電極プラグ１７０ｂの場合であるが、３極プラグであってもよい。本実施形態のプラグタグ１２０は、ＡＣケーブル１７０の電極プラグ１７０ｂと嵌合するインレット１２０ｂと、２極のＡＣコンセント２００に嵌合するアウトレット１２０ａを備えている。

本実施形態においては、機器２とＡＣケーブル１７０とが一体的であるので、ＡＣケーブル１７０の電極プラグ１７０ｂとプラグタグ１２０とが容易に外れないようにすることにより、プラグタグ１２０を機器２に常に取り付けておくことができる。

１ 無線タグ
２ａ インレット
２ 機器
３ 充電回路
４ ＡＣモニター回路
５ センサ
６ ２次電池
７ 制御基板
８ 制御用マイコン
９ ＲＦ受信回路
１０ ＲＦ送信回路
１１ アンテナ１
１２ アンテナ２
２０ プラグタグ
２０ａ アウトレット
２０ｂ インレット
３１〜３３ RFIDリーダー
４０ データベースサーバー
５０ クライアントＰＣ
６０ LANネットワーク

Claims (5)

1. 管理対象機器のＡＣインレットに差し込むアウトレットと、ＡＣケーブルの先端に取り付けられているアウトレットが差し込まれるインレットとを備え、前記管理対象機器にＡＣ電力を供給するための配線用の差込接続器として機能するプラグ本体部と、
   前記プラグ本体部の内部に配設されたアクティブタグと、
   を有することを特徴とする無線式プラグタグ。
2. 前記アクティブタグは、充電タイプのＲＦアクティブタグであって、
   前記アウトレットと前記インレットとの間に配線されている電線に流れる電流を整流する充電回路と、
   前記充電回路によって充電される２次電池とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線式プラグタグ。
3. 前記管理対象機器の動作電力を検出するＡＣモニター回路を搭載したことを特徴とする請求項１または２に記載の無線式プラグタグ。
4. 前記管理対象機器の温度を管理する温度センサを搭載したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無線式プラグタグ。
5. 前記管理対象機器に加えられる衝撃を管理するＧセンサを搭載したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無線式プラグタグ。

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