外場機能を用いたRFIDカードの磁性シートの効果に関する解析

概 要

RFIDカードの近傍に金属が設置されていた場合、外部一次コイルによってカード内の回路に発生する起電力は、金属からの減磁効果により著しく低下します。この減磁効果を抑えるためカード表面に磁性シートを装着した場合、起電力にどのような変化が生じるか解析を行いました。今回は導線を空気として扱っています。
本事例では磁性シートを使用することで、減磁効果を抑えることができるかを誘導起電力で検証します。

　　　　　　使用ソフトウェア：PHOTO-EDDYjω

　　　　　　　　　　　　　　図1.RFIDカードの断面図

　　　　　　　　　　　図2.RFIDカードの回路
　　　　　　　　　　　＊導線寸法は幅が0.5mm、厚みが0.15mmとなります。

　　　　　　　　　　　図3.RFIDカードの回路
　　　　　　　　　　　＊回路は閉じた導線として簡易化しています。

　　　　　　　　　　　図4.RFIDカードの全体
　　　　　　　　　　　＊磁性体シート厚みは80μmとなります。

　　　　　　　　　　　　　　図5.金属とRFIDカード

　　　　　　　　　　　　　　図6.金属とRFIDカード(断面図)

ここでRFIDカードに対してリーダ・ライタ側の一次コイルがX方向に並進している時各位置における回路に発生する起電力を計算します。この時、各時刻で一次コイルとRFIDカードの相対的な位置は変化してしまうため、位置毎にメッシュを作製し直す必要があります。しかし外場機能を使用することによって、一次コイルとRFIDカードのメッシュを別々に作成しても（節点を共有していなくとも）計算を可能としています。これによりメッシュを作製し直す手間を省くことができます。

　　　　　　　　　　　　　　図7.初期位置関係

解析条件

入力条件
リーダ・ライタ側の一次コイルに周波数13.56MHz の50mAの電流を設定しました。また、リーダ・ライタ側の一次コイルの初期位置をRFIDカードの中心位置からX方向に-1.05ｍの位置に配置します。リーダ・ライタ側の一次コイルは+15cm/secの速度で移動させ、RFIDカードの中心位置まで1秒間隔で7秒間の解析を行いました。
　

比較のため以下３パターンについて解析を行いました。

　　ケース1：カード近傍に金属無し、磁性体シートがない場合
　　ケース2：カード近傍に金属有り、磁性体シートがない場合
　　ケース3：カード近傍に金属有り、磁性体シートが有る場合

物性条件（空気）	比透磁率	1	電気伝導率	0
物性条件（PET）	比透磁率	1	電気伝導率	0
物性条件（金属）	比透磁率	1	電気伝導率	1e+6
物性条件（磁性体シート）	比透磁率	30	電気伝導率	0

　　　　　　　　　　　　　　図11.ケース3:7秒後の磁束密度[T](コンター図)

　　　　　　　　　　　　　　グラフ1:全ケース

　　　　　　　　　　　　　　グラフ2:ケース2とケース3のみ抜粋

考　察

ケース1の誘導起電力に比べ、ケース2及びケース3は近傍の金属の減磁効果により著しく低下していることが分かります。しかしケース3では磁性シートを装着することにより、金属側からの渦電流による磁束線を磁性シートが吸収する役割を果たすためケース２に比べて、3.1倍の誘導起電力(絶対値)を得ることができました。今回のパターン以外に一次コイルの位置、電流、周波数、RFIDの物性値等の変更はPC上において数オペレーションで実施でき、再解析可能です。