JP2001507518A - 電気信号および／またはエネルギーの非接触伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この要約書で述べられているのは、互いに移動可能な少くとも２つの部品間の電気信号および／またはエネルギーの非接触伝送用であって、信号および／またはエネルギーが間に伝送されることになる部品上で、複数の限定電磁カプラー素子が配設され、その近距離電場が前記非接触伝送を起こさせる。本発明の装置は以下の理由によってそれ自体他に勝っている。・前記カプラー素子が少くとも一方の部品に、無反射の態様で終端されるカスケード回路として配列された導体構造部材を形成することと；・各カプラー素子がこの部品上で他方のカプラー素子から独立して、伝送されるべき広帯域信号の最高周波数よりも高い共振周波数を備える共振器になること；別の実施例は少くとも一方の部品に配設されたカプラー素子の各々が、それ自体共振できる単一素子で、他方のカプラー素子から独立してなる少くとも１つの共振器からなり、かつ伝送されるべき信号の周波数にほぼ等しい共振周波数を備える構成と、個々の共振器が無反射の態様で終端するラインを介して互いに接続される構成とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 電気信号および／またはエネルギーの非接触伝送装置 技術分野 本発明は互いに対して移動できる少くとも２つの部品間の電気信号および／ま たはエネルギーを非接触式に伝送する装置に関するもので、複数の限定された電 磁カプラー素子が少くとも一方の部品に、前記非接触伝送を誘導する近距離電場 を備えて配設されることを特徴とする。 このような装置は互いに対して移動できる少くとも２つ以上の部品間の電気信 号および／またはエネルギーの別々の伝送用に用いられる。この移動は回転、並 進またはその組合せ移動とすることができる。 理解を容易にするために、本明細書では互いに対して移動できる複数のユニッ ト間の伝送と、静止ユニットとそれに対して可動であるユニット間の伝送との間 に区別をつけていない。それは、このことが単に局部的関係の課題に過ぎず、本 発明の装置の作動様式には何らの影響ももたらさないからである。同時に、信号 の伝送とエネルギー伝送の間にも、その作動機構は同一であるので特別の区別を つけていない。 背景技術 並進中、特に線移動に用いられるユニット、例えばホイストならびにコンベヤ ーシステムにあって、また回転ユニット、例えばレーダ装置またはコンピュータ 断層撮影法では互いに移動できる装置間、もしくは１つの静止装置とそれに対す る移動用に配置された少くとも１つの他の装置との間の電気信号もしくはエネル ギーの伝送が必要である。 前記ユニットの相対速度が、例えば比較的高速である時はいつでも、非接触伝 送装置の配設が好都合である。接触伝送、例えば摺動接点による伝送とは対照的 に、非接触伝送は高データ転送速度がデジタル信号の伝送で連絡されることにな る時、もしくは大きい帯域幅がアナログ信号の伝送に必要となる時、特別の利点 を提供する。 従来の（円形）スリップリングにあっては、このスリップリングの直径が伝送 され得る最高周波数を限定する。このレベルは前記スリップリングの外面が伝送 されることになる信号の波長の半分と一致するようになる時に達せられる。 信号もしくは電気エネルギーの非接触伝送用の装置は最も異なった構成で公知 である。この点で、１９６８年ベルリンのスプリンゲル−ヴェラーグ（Ｓｐｒｉ ｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）社刊マインケ／グントラッハ（Ｍｅｉｎｋｅ／Ｇｕｎ ｄｌａｃｈ）による一般に公知の教科書「タッシェンブッフ．デル．ホッホフレ クエンツテクニーク（Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ ｄｅｒ Ｈｏｃｈｆｒｅｑｕｅ ｎｚｔｅｃｈｎｉｋ）［高周波工業技術の便覧］」の第１８６頁の共振伝送装置 に言及している。 この基本原理に支持され、また互いに対して移動できる少くとも２つの部品間 の電気信号および／またはエネルギーの非接触伝送に役立ち、請求の範囲の請求 項１もしくは３の上位概念部分がそこから出発する装置はドイツ連邦共和国特許 第ＤＥ４２３６３４０Ｃ２号で公知である。該先行技術で公知のように、ステー タに配置された一次コイルから少くとも１つの二次コイルを取付けた需要者への 中波の範囲におけるエネルギーの誘導伝送用装置において、前記一次コイルは群 にして配列した直列型コイルで、１つのコンデンサを群毎に直列に接続してなる 。前記群のどれもがそれぞれ中波配線ラインに接続され、前記コイルの各群のイ ンピーダンスとそれぞれのコンデンサを１つの群が前記移動可能な需要者の一人 に誘導接続された場合、この群にとって共振条件は少くともほぼ満足できるよう に正しい寸法をとった状態にある。 公知の装置が電気エネルギーの伝送に例え非常によく適しているとはいえ、電 ｇｅｒ）として作動するという事実のため適当ではない。さらにコイルを三次元 に配列した結果、ＭＨｚ範囲以上の動作周波数で用いることはできない。これは 例えばコンピュータ断層撮影法での適用を妨げる。 経路に沿って互いに対して移動可能であり、特に回転性がある２つの部品の間 に電気信号を伝送し、それに送信器もしくは受信器が接続され、また特にコンピ ュータ断層撮影法での適用が意図されている装置はドイツ連邦共和国特許第ＤＥ ３３３／７２２Ａ１号で公知である。この装置は各部品に取付けられたカプラー 素子からなり、その各々に少くとも１つの電極を備え、信号がそれぞれの反対電 極を経て容量的に伝送されるようになっている。 しかしながら、１９８３年に始まったこの装置は現在コンピュータ断層撮影法 に必要な帯域幅の信号の伝送に適さないという欠点を必然的に有する。それは反 射が前記カプラー素子上で既に低周波で起っているからである。別々の増幅器を 各カプラー素子に用いることが例えその対応策になったとしても、数多くの増幅 器を用いると極めて製品が高価になることになる。 さらに、開放型カプラー素子による構造は結果として極めて高い電磁雑音放射 を発生させることになる。 公開されたドイツ連邦共和国特許出願第ＤＥ−ＯＳ ２６５３２０９号は高周 波エネルギーの伝送用でコンデンサ板の形のカプラー素子が用いられ、また永久 的に完全に係合する同軸多回転カプラーを開示している。この構造は結果として ほぼ無反射、したがって広帯域ターミネーションをもたらす。 これに反して、前記回転カプラーの構造は複雑で、したがって特にこの方式が 大きい直径、例えばコンピュータ断層撮影法に必要な大きさの直径を備える必要 のある時、高価につく。ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ４４１２９５８Ａ１号と第 ＤＥ１９５３３８１９Ａ１号は特にコンピュータ断層撮影装置における高データ 転送速度での通信用の極めて類似した装置と方法を開示している。 このために、例えばコンピュータ断層撮影法において、電気エネルギーは伝送 ラインからカプラーによりカップル・アウト（ｃｏｕｐｌｅ ｏｕｔ）するが、 この場合前記伝送ラインはカプラー機能を引受ける、すなわち通信工学における 漏洩ラインと同一の効果を生むものと考えられる。この点で、上述のマインケ／ グントラッハ（Ｍｅｉｎｋｅ／Ｇｕｎｄｌａｃｈ）による教科書第３０４頁（参 照用語：結合ライン）に言及する。 これらの公知の装置は、したがって複数の限定されたカプラー素子からでなく 、単にストリップラインからなっているためこの装置は請求の範囲の請求項１も しくは３の上位概念部分が出発する種類とは異なる一般の種類のものに関連する 。このようなストリップラインの欠点は高周波数エネルギーのカプラーとして役 立 つラインからの広帯域放出であることである。 前記ラインの長さは、例えばコンピュータ断層撮影法では最長４ｍで、その倍 数の長さがコンベヤー系に用いられる。したがってそれが既に僅かな不整合をも っている場合、下限の極めて低い周波数を備えるエミッタとして作動する。さら にその延長部のため、外部雑音に対し極めて敏感となる。この雑音がラインから 聴取されて他の装置すべてに連絡される。 ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ１９５３３８１９Ａ１号に述べられたシールドは 結果として僅かな改良をもたらす。該特許に述べられているように最高で５５ｄ Ｂだけの減衰に代って、広帯域減衰が数回の試験だけで１０ｄＢ、ピークで２０ ｄＢであると測定された。 これらの公知の方法と装置の他の欠点は、信号が相対運動に適応させたユニッ トによりラインに連結された場合、ごく僅かの量のエネルギーが伝送できる。結 合手段の改良にとっては、ラインの表面が拡張される必要がある。しかしこれは 結果として低ラインインピーダンス、したがって雑音に対する感度の増大をもた らす。 発明の簡単な説明 本発明は互いに対しての移動に適応させた少くとも２つの部品間の電気信号お よび／またはエネルギーの非接触伝送用で、大帯域幅もしくはあり得る高データ 転送速度では雑音に対する感受性の低さを示す装置を提供することを課題とする ものである。 この課題に対する本発明の解決策が請求の範囲の請求項１および３３に定義さ れている。本発明の改良は従属請求項の主題である。 請求項１に定義された本発明の解決法にあって、少くとも１つの部品上に配設 されたカプラー素子の各々は、それ自体また他のカプラー素子とは別個に共振で きる単一の素子からなる少くとも１つの共振器を備える。単数あるいは複数の共 振器の共振周波数は別々に伝送されることになる信号の周波数にほぼ等しい。個 々の共振器は無反射の態様で終端されるラインにより相互接続している。したが って伝送されるべき信号の周波数を別々の放出による比較的低損失で高効率の伝 送が可能になる。同時に本発明の構造は単純であり、したがって安価な設計にな る。前記個々の共振器の共振は直列もしくは並列共振であってもよい。 この対策は導体構造部材を経由する干渉放出を最少限に止める。 請求項２により様々な非限定ではあるが好ましい可能性のある設計が定義され る。１つの特に好ましい可能性は、空胴共振器、電気的、強磁性および／または 圧電性共振器に加えて、これらが設計には単純で、したがって安価でありかつ主 に制御容易のためライン共振器への応用にある。 例えば、これらのライン共振器は導電面を共振器上にくし状配列にすることが でき、限定電波抵抗器の近くで終端するため先行技術と対照的により広い三次元 延長も可能になることである。この配列は単純であり、したがって安価な設計が でき、「プリント配線板」に実装できる特別の利点を提供する。 前記カプラー素子は、例えば短いラインセクションの形にすると、その周波数 で特別に便利な結合特性を備える共振器を構成する。このような共振器もライン 変成器となり得、カプラー手段のインピーダンス整合をライン方式に提供する。 帯域幅と共振器系の品質をそれぞれ伝送プロジェクトに整合させるには、共振器 を減衰させるか、あるいは共振器を互いに組合せて異なる共振周波数に同調させ ることである。 本発明の他の実施例では、カプラー素子が共振できる結合ラインとして設計さ れている。これらはラインセグメントであって、それは遮蔽されないで、結合の 目的だけに役立つ。 本発明により定義された課題に対するさらに他の解決策は請求の範囲の請求項 ３に定義されている。その手段では、カプラー素子は少くとも１つの部品上に無 反射ターミネーションを配設されたカスケード回路として配置された導体構造部 材を構成する。さらに各カプラー素子が他のカプラー素子と別個の共振系であり 、その共振周波数は伝送されるべき広帯域信号の最高周波数よりも高い。 本発明では、「共振システム」もしくは「共振能力」は信号伝送もしくは濾波 に別々に用い得る共振に適用できるものと理解される。 本発明の範囲内で、「カスケード回路」は回路４重極の一般の場合に適用する が、通常の直列には適用しない。カスケード回路の一実施例は接合カプラー素子 が電圧もしくは電流を先行カプラー素子の少くとも１つのダミー素子上に入力信 号として接続する場合である。 詳述すれば、カプラー素子で形成されたこの方式は低域特性を示す。ライン方 式は、したがって低周波数での導電特性を備え、高周波数での極めて高度の減衰 を示し、そのため本発明の装置は極めて高い耐雑音性を示すのである。用語「低 周波数」は本明細書では信号の伝送に使用でき、最高数１００ＭＨｚ乃至ＧＨｚ の範囲内であることができる周波数帯として理解されるべきである。ここで本発 明の素子は正確な寸法をとることが伝送に有用な周波数帯、例えば０乃至３００ ＭＨｚの選択を可能にする一方、この周波数帯を上回る周波数が強く抑制される ということである。 いずれにしても、導電構造部材がその全体として共振できないことが好ましい 。これは導体構造部材どころか共振器が伝送に用いられる周波数帯内の共振周波 数を備えることを意味する。 例えば、１００ｍの長さで、共振周波数が３００ＭＨｚの共振器を備える導体 構造部材はそれなりにざっと３ＭＨｚの共振を有していた。 これは導体構造部材によって干渉放出を最少限に止める。 本発明の両解決策では、互いに対して移動できる部品は、互いに無反射ターミ ネーション、すなわち限定されかつ整合された電波抵抗を有して備えられたライ ンあるいは導体構造部材により接続される複数の限定電磁カプラー素子により結 合される。したがって先行技術にあるラインへの直接の影響という欠点は避けら れる。 したがってとりわけ前記ライン方式が信号伝送の手段として最適化でき、また カプラー素子の各々が信号の結合の手段として別々に最適化できる。このライン 方式はここでは単一ライン、もしくは先行技術と対応して接続することもできる 複数の相互接続ラインからでもなることができる。 この方式の対称構造が好ましい。 最も一般的な場合、結合は電磁界および電波により、また特に誘導性および／ または容量形の態様で実施できる。特定の実施例では結合を単に電気的または磁 界により供給することも可能である。 さらに共振できる各カプラー素子が少なくとも１つの誘導素子と、容量形の効 果を生成する１つの部材を組込まれた１つの素子からなることが好ましい。 詳述すれば、各カプラー素子は単一のインダクタと単一コンデンサからなるこ とができる。この解決策は技術条件ではとりわけ単純で、必要な寸法にするに要 する経費も安価である。この場合、結合の特定の種類の決定も可能である。コン デンサにより与えられた実施例では、結合は主として電界により実現される一方 、インダクタを用いる実施例では対照的に、磁界により手段を与えられる。例え ば２つのコンデンサが、平行に接続された２つのインダクタにより接続される高 い桁の共振回路を備えるカプラー素子を用いることももちろん可能である。 １つの部品の異なるカプラー素子の個々のインダクタは直列に接続することが 好ましく、その場合単一インダクタを１つのカプラー素子毎に用いるが、そのた め低域系の限界周波数が所望の周波数、特に１００乃至１０，０００ＭＨｚの範 囲内で容易に設定できる。したがって直列に接続された前記インダクタはそれ自 体導電構造を形成し、そのため先行技術での場合のように、どのような配線ライ ンも必要としない。 さらに連続ならびに、特に「直線」が個々のインダクタを形成する場合、上述 の周波数範囲にとっての利点となる。 いずれにせよ、前記インダクタもしくはコンデンサはプリント配線板の構造部 材として配置できるので、特に単純かつ安価な構造が達成でき、さらに互いに移 動できる部品の別々の形状寸法との単純な整合を効果的にする。 この目的は前記プリント配線板がフレキシブルであるという条件で満たされる 。それはこのような配線板が、特に特定の形状寸法、例えばスロットを有する時 、ほとんどどのような形状にも形成できるからである。溝削りしたプリント配線 板の使用とは対照的に、ストリップラインの場合には当然のこととして不可能で ある。 プリント配線板を用いる本発明の設計においては、コンデンサをフラット導電 素子としてこの（フレキシブル）配線板上に配置することも可能である。このフ ラット導電素子は連続ラインに分枝ラインを経由して接続されるか、あるいはラ インに直接横方向に接合できる。さらにフラット導電素子を前記連続ラインのい ずれかの側に配設することも可能である。 詳述すれば、研磨面、コンデンサおよび／またはインダクタを前記プリント配 線板のいずれかの側に備える導電構造部材を提供することが可能である。 もちろん、インダクタおよび／またはコンデンサが離散素子であることも可能 である。離散素子およびプリント配線板に手段を与えられた素子とを組合せても 可能である。 本発明のさらに別の実施例では、異なる周波数範囲に同調させたいくつかのカ プラー素子が密接に三次元関係に配置されており、そのためカプラー構造が達成 され、これらの周波数範囲に同調される。この手段を用いると、広帯域伝送と、 いくつかの個々の周波数帯での多チャンネル伝送との両伝送が可能になる。これ はこれらの予め決められた周波数範囲での選択結合を可能にするカプラー構造を 供給する。例えば１００ＭＨｚ乃至９００ＭＨｚの周波数範囲で作動する装置で は、比較的低い周波数帯用の離散型共振回路と、同様に比較的高い周波数帯用の ライン共振器との組合せも使用できる。このような組合せのため、増大した雑音 抑制がこれら２つの周波数帯の間の範囲で達成できる。 本発明のさらなる実施例では、いくつかのカプラー素子は予め決められた電磁 界パターンが外部で達成されるよう互いが組合わされる。これはアンテナとエミ ッタの群の寸法取りの一般に公知のルールと対応して行われる。したがって好ま しくないエネルギーの特に過敏な領域への放射は最小限に止めることができる。 カプラー素子が差動カプラー素子として配置され、また差分信号がカプラー素 子に適用される設計が特に高い雑音耐性のある信号伝送を可能にする。 このために少くとも２つのカプラー素子に差分信号を搬送する２つのラインか ら、あるいは平衡変成器のような対称整合回路構成を経由して差分信号を供給す る必要がある。 本発明の装置では、共振のできるカプラー素子は互いに整合するあらゆる部品 に配設できる。さらに共振のできるカプラー素子を単に一方の部品上に配設する ことと、従来の送信器もしくは受信器を別々に他方の部品上にカプラー素子とし て配設することも可能である。前記送信器もしくは受信器は、例えばコイル、フ ェライトコアおよび／またはコンデンサからなることができる。 さらに従来のカプラー素子は先行技術に対応してアンテナ（エミッタ）として 配置できる。これらのアンテナは、例えばストリップライン設計による平面アン テナとして、あるいはロッドアンテナもしくはフレームアンテナとして配置でき る。 本発明の有利な実施例では、本発明の設計を示すカプラー素子が送信器側に配 置され、また従来のカプラー素子が信号の流れの好ましい方向の場合には受信側 に配置される。このような好ましい信号流れ方向は、例えば正しく１つの送信器 と少くとも１つの受信器が配設された時、もしくはできる限り高い品質の伝送が 正確に一方向に要求される時に必要となる。経路である本発明のカプラー素子→ カプラー素子→ライン系→カプラー素子→本発明のカプラー素子に沿っての組合 せは、最低の伝送品質を呈する。ここで従来のカプラー素子から本発明のカプラ ー素子への転換の結合減衰と同様に、損失もライン方式では２倍発生する。従来 のカプラー素子→本発明のカプラー素子→ライン系の組合せは、このような場合 、従来のカプラー素子から本発明のカプラー素子への転換により誘導される損失 は唯の一度しか発生しないので、比較的に良好である。しかしながら最良のもの は本発明のカプラー素子→従来のカプラー素子の組合せライン系で、それはこの ような場合に、非増幅信号が単に、カプラー素子の経路の減衰を増大させるだけ であるからである。この減衰率（例えば１０ｄＢ）によって減衰された信号は、 したがって従来のカプラー素子内で再度直接増幅できる。前記ライン系では、原 信号は高い水準でなお搬送されている。逆の信号経路（従来のカプラー素子→本 発明のカプラー素子→ライン系）に沿って、減衰信号がライン系に案内され、そ こではその低いレベルのため、他の信号によって比較的容易に干渉され得る。こ の考え方は、信号の伝送に最良の品質がライン系→本発明のカプラー素子→従来 のカプラー素子という経路に沿って達成できるとする結論に繋がる。 本発明の装置では、伝送されるべき信号もしくはエネルギーを送るか、もしく は伝送済み信号もしくはエネルギーの供給、そしてそれらをカプラー素子から脱 結合（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）させた形に設計して、前記供給装置系を介する放出と 雑音エネルギーの接受が最少限に止められるのに役立つライン系を遮蔽すること がさらに好都合である。本発明に対応して、装置の一実施例は極めて十分である ので、カプラー素子は連結機能においては支配的な役割を明白に説明している。 ライン系を備える移動可能なカプラー手段の低レベルに残るカップリングは通常 不利益ではない。それにも拘らず特定の場合、ラインを完全に遮蔽することが実 際的でもあり得る。これは特にラインに連結する狭帯域だけが所望され、高雑音 レベルが環境における広帯域内に発生する時に当て嵌まる。 さらにそれぞれのカプラー素子を接近した部品に、相対的に移動した部品のカ プラー素子がそれぞれのカプラー素子に接近する時に限り活性化させる少くとも １つのアクティベータユニットを配設することもできる。 本発明のさらに別の有利な実施例では、カプラー素子の作動範囲をそれぞれの 伝送の課題と整合させる。共振器がカプラー素子として用いられた場合、それら を、特定の誘電もしくは電磁特性を備え、相対的に移動する部品上に配設された カプラー素子が接近する時に限り、定格共振周波数に届く方法で正しい寸法をと ることができる。この手段を用いると、この利点はエネルギーがこれらのカプラ ー素子が接近する時に限り開放されて達成される。 カプラー素子がさらに離れた時、例えば共振器の場合、共振器が離調し、僅か なエネルギーも放出しないので、ライン系を負荷しない。離調した共振器はその 作業周波数ではエネルギーをライン系に均等に結合できない。さらにカプラー素 子は、異なるカプラー手段が接近した時、異なる作動範囲に同調できるよう設計 も可能である。例えば相対的に移動する部品上に配設され、異なる相対誘電率を 備えるカプラー素子は該カプラー素子を異なる作業周波数と同調させることに適 している。 本発明のさらに好都合な実施例でのカプラー素子は、カプラー手段の接近を決 定し、また接近の場合、それぞれのカプラー素子を活性化させるアクティベータ 手段からなる。 本発明のさらに別の実施例では、カプラー素子がライン系に特別の能動的もし くは受動的構成部材により結合される。このような構成部材はスイッチの形にな った半導体もしくは信号流れの制御および／または信号レベルの引上げをする増 幅器であっても差支えない。結合用の受動的構成部材は、例えばライン系からの 単向性伝送の場合、信号流れをカプラー素子に引入れさせるが、カプラー素子に より引入れて結合される外部雑音をこのライン系に近づけない方向性カプラーで あって差支えない。これはカプラー素子が方向性カプラーとして配置される場合 にも当て嵌まる。脱結合には、非レシプロ構成部材、例えばサーキュレータなど ももちろん使用できる。 本発明のさらなる実施例では、異なる形態のカプラー素子が互いに組合される 。例えばこの系の一方の部分で、容量形カプラー素子を用いる広帯域伝送が必要 とされる一方、雑音で悩まされる環境にある他方の部分で、共振器を用いる狭帯 域伝送が必要である。 さらに、カプラー素子が導電材料のシールドにより遮蔽されることも可能であ る。このシールドはカプラー素子からなり、それにはライン系またはその部品を 備えていても、いなくても構わない。このシールドは、それがカプラー素子を可 能な限り包含する時、その最良の効果を生む。 共振回路を補足する誘導形もしくは容量形の送信器手段はその最適伝送特性を 共振周波数の位置に限って発揮する。したがって本発明によれば、回路を補足し てパワー発振器を形成させ、その中で伝送用に用いられる共振回路が周波数決定 回路素子となっている。伝送素子の共振回路が直列であるか、あるいは並列回路 であるかどうか、このような配置では無関係である。さらにさらなる特別のダミ ー素子を共振できる多回路方式を形成するように配列できる。何が本質的に必要 であるかは伝送方式がそれ自体、エネルギーの伝送が可能な前記方式の少くとも １つの共振周波数での共振の組合せ結合で励振により振動できる設計にすること である。 この装置は共振送信器手段を供給する増幅素子からなる。信号手段が少くとも １つの位相情報の入った信号を共振素子の電流と電圧に対して決定し、そしてこ の情報を前記増幅素子に信号で送る。振動構造部材の達成には切換えもしくは増 幅部材がこの装置に必要で、増幅を供給して、それにより共振条件（スプリンガ ーヴェルラーク刊ティエツェ（Ｔｉｅｔｚｅ）およびシェンク（Ｓｃｈｅｎｋ） による「ハルブライテルシャルツングステクニーク（Ｈａｔｂｌｅｉｔｅｒｓｃ ｈａｌｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ）［セミコンダクター．テクノロジー（ｓｅｍ ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）］」第１０版第４５９頁参照） が満たされることになる。前記切換えもしくは増幅部材がここで単なる半導体ス イッチとして、あるいは直線増幅素子として設計されるかどうかの態様は本発明 の装置の機能にはなんの影響も与えない。したがって続刊行物にはスイッチと増 幅器の間に区別はなされないことになる。 本発明の特に有利な実施例では、信号手段は直列共振の場合、共振電流の予め 決められたは百分比をカップル・アウト（ｃｏｕｐｌｅ ｏｕｔ）するパワータ ップからなる。このパワータップは流速計抵抗器でも、電力変圧器でもあるいは ホール素子であっても差支えない。共振電流は共振素子の１つの上で電圧降下と して等しく測定できる。 本発明のさらなる好都合な実施例では、信号手段は電圧の予め決められた共用 分の結合用部材からなり、この電圧から平列共振の場合に並列共振回路に当て嵌 める。これらの電圧もこれらの素子を通って流れる電流を介して間接的に測定で きる。 本発明のさらに別の有利な実施例では、信号手段は少くとも１つの並列共振電 圧の予め決められた百分比もしくは多回路共振系の場合に少くとも１つの直列共 振電流の予め決められた共用分の組合せを決定する部材からなる。この信号手段 はこの場合、分析が位相誤差のないこれらの振幅の単純な加算により行えるよう に設計できる。この手段を用いると、別々の負荷の場合により直列または平列共 振で活動させることが可能である。別の方法として、さらに、直列もしくは平列 共振が必要であるかどうかを確認し、また共振電圧もしくは共振電流の共用分を 別々にそれと対応して決定する転極器も可能である。 本発明のさらなる都合のよい実施例では、信号手段は共振電圧もしくは共振電 流の集電の間の予備選択のフィルタ素子からなる。 本発明のさらなる有利な実施例では、信号手段は、供給電圧を印加すると、系 の振動開始を容易にする二次発振器からなる。前記供給電圧を印加すると発振器 が雑音状態から振動を始める。この発振器の正確かつ急速な始動を確実にするた め、このような発振器も予め決められた周波数で出発信号を受信できる。この周 波数が所望の作業周波数の近辺で選択されると、振動が特に急速に始まる。いく つかの可能な共振の場合、この共振は出発信号が決定されると、所望の共振周波 数で起ることができる。発振器が雑音状態から振動を始動した場合、パワー発振 器も好ましくない共振周波数に振動する。 本発明のさらなる別の都合のよい実施例では、回路の作用周波数を、互いに移 動し得る部品間の間隔を決定するように用いるさらなる分析器装置が配設される 。誘導伝送の場合に、互いに移動できる素子の関数として変動する動作周波数を 用いると、距離の対応する変分は前記作業周波数に基づいて容易に決定できる。 図面の簡単な説明 本発明は次の図を参照しながら以下さらに詳細に説明する。 図１ａ〜１ｃは本発明の装置の電気信号および／またはエネルギーの非接触伝 送用の基本構造を示す図である。 図２は容量形結合系からなる本発明の第１の実施例を例示する図である。 図３は図２に例示され、シールドを備える平衡系よりなる実施例の変形を示す 図である。 図４は誘導結合系を備える第２の実施例を示す図である。 図５は回転変成器上の本発明の装置を例示する図である。 図６ａと６ｂは先行技術の装置と本発明の装置を差分信号伝送についての比較 を示す図である。 図７ａと７ｂは低域特性の説明のための例示する図である。 図８乃至１１は共振結合の様々な実施例を例示する図である。 実施例の説明 下記する図では同一の図面参照番号が用いられて同一の効果を生成する同一の 単数の素子もしくは複数の素子を表し、それにより部分的に討議の反復を省略で きる。 図１ａ乃至１ｃは電気信号および／またはエネルギーの非接触伝送用の本発明 の装置の様々な実施例を示すものであるが、これらの図面では受信器も示したい ところであるが、むしろ送信器のみを示す。 信号源Ｓは導体構造部材２を介してカプラー素子ＣもしくはＬに別々に接続さ れて、さらに波動インピーダンスＺ_oで無反射の態様で終端している。本発明の 構造のユニットが受信器として用いられた時、伝送された信号は前記信号源Ｓの 位置で分岐させる。ここで例示されている装置は、特に好都合な実施例が関連し ているため、対称もしくは平衡配置を呈示する。非平衡もしは非対称の実施例も 同様に考えられることはもちろんである。 図１ａは容量形結合の実施例を示す。この場合、容量形結合を誘導するフラッ ト誘導素子Ｃが連続導体２に分岐線を介するか、あるいはこの図に例示された実 施例のように直接接続される。 図１ｂは誘導結合の実施例を示し、ここでは導体構造部材２がループを形成し 、したがって誘導結合をつくる離散素子Ｌを形成する。 図１ｃは誘導および容量形結合の実施例の図であり、この場合、導体ループＬ とフラット伝導素子Ｃの両方が配設される。 本発明は他の図を参照して以下のようにさらに詳細に説明される。 図２は容量形結合を非対称設計にして示す、担体１、例えばプリント配線板で 詳述すればフレキシブルなものの上に、前記容量形カプラー素子３ａ、３ｂおよ び３ｃを相互接続する導体構造部材もしくはライン回路網２が配設される。 電気信号および／またはエネルギーはこれらのカプラー素子により、また受信 器として役立ち、またこれらのカプラー素子に対して移動し得るカプラー手段４ により伝送される。このカプラー手段４はもちろん同様の設計の素子だけでなく 従来の受信器にも影響を与える。この例示された実施例では（ここでは図２の側 面図に言及される）カプラー手段４は従来の受信器であって、前記カプラー素子 ３ａ乃至３ｃの側面に配置される。研磨面は前記プリント配線板の後側に任意に 配設できる。 図３は図２に例示された実施例の変形の断面図であって、そこではシールドを 備えた対称装置である。この装置は平衡ライン系もしくは平衡ライン構造部材か らなり、それは第１の導体２と第２の導体１２から別々になる。これらの導体に は容量形カプラー素子３と１３が設けられている。 カプラー手段４はここでは、プリント配線板１をＵ字型形状にして取囲む平衡 カプラー手段として、またその上に導体構造部材とカプラー手段を上に配置する 設計にしてある。さらにシールド６を配設して全体の装置を取囲む。ここではプ リント配線板としても差支えないが、担体１が前記シールド６にアイソレータ５ と１５により固定されている。 図４は本発明の第２の実施例の図であって、そこでは誘導結合が実現されてい る。担体１に導電層をさらに後側に配設し、また誘導カプラー素子３ａを３ｃに 接続する導体構造部材２も配設する。前記カプラー素子３ａ乃至３ｃはここでは 導体ループの方法で構成されている。参照番号４はここでも従来のカプラー手段 を示す。 例示的説明が図１乃至４を参照して上述のように示された本発明の装置は以下 にさらに詳細に説明されているように多数の利点を図５乃至７に引例しながら示 している。 図５は本発明の装置が、例えば回転変成器上に取付けられるように配置された 実施例を示す。容量形素子３（および／または誘導素子）を備える本発明の設計 による前記誘導構造部材２は平面フィルムもしくは箔あるいは、スロットが中に 作製されていて小さな曲率半径にすることができるようになったプリント配線板 １で用意できる。これは先行技術では普通であるストリップラインでは不可能で あった。 さらに本発明の装置は折曲げ式配列と差分信号結合を備えて、僅かに異なるラ イン長さだけが達成され、それが遅延時間、したがって信号雑音と好ましからぬ 放射の差異となって現れる。本発明の装置はこのようにして、差分信号の伝送に 十分適し、それがほぼほとんど完全に互いに補正し合う外部空間の磁界のため外 部への放射が極小化されるというさらなる利点を必然的に伴う。 図６は示差構造部材（図のａ部）として設計された従来のストリップラインＳ Ｌと本発明の装置（図のｂ部）の間の比較を示す。 図６ａと６ｂから明らかなように、ライン２と１２にカプラー素子３と１３を 備えた本発明の装置の場合、互いに極めて接近して配置し、それによりその半径 ｒ₁とｒ₂の差は極めて小さく、したがって遅延時間の差は比較的大きくなる。 図７ａは本発明の装置の単純化された電気等価回路略図を示す。図７ａに示さ れているように本発明の装置は低域の特徴を呈示する。したがって本発明の装置 は雑音に対する高い抵抗性という利点を必然的に伴う。それは限界周波数を上回 る僅かな雑音も遣り過ごされることなく、したがって受信も送信もなし得ない。 図７ｂは本発明の装置のコンピュータによる周波数レスポンスの例証的図を示 し、そこにおける周波数を横座標に沿ってＭＨｚでプロットし、受信した信号を 縦座標にＶでプロットする。ここで明白になるように、本発明の装置は１ＭＨｚ とほとんど３００ＭＨｚの間の実質的に低周波レスポンスを呈示し、それは具体 的に示された実施例ではざっと３００ＭＨｚで「ゼロ」まで急速に降下する。３ ００ＭＨｚ以外の限界周波数（それより高くても低くてもよい）はもちろん同様 に条件を満たすことができる。 図８は共振結合を備える本発明の装置であり、それは誘導もしくは容量形カプ ラー素子８３からなり、別々に需要者８４を供給する。このカプラー素子は少く とも１つのダミー素子８２で補足されて共振の可能な構造部材を形成する。信号 手段８５は再生性結合信号を共振電流もしくは電圧から前記カプラー素子または 前記補足ダミー素子で生成し、その信号は切換えもしくは増幅素子８１がそれを 接合するダミー素子８２と８３と共に振動の条件を充足させるような振幅と位相 を備える。 図９は本発明の容量形伝送手段の場合に対応する装置の実証的な図である。こ の容量形カプラー素子９３は需要者９４を供給する。それはインダクタ９２によ り共振の能力ある構造部材の形成に補足される。この場合、信号手段は流速計抵 抗器９５からなり、信号を切換えもしくは増幅部材９１にインダクタンスとキャ パシタンスにより直列共振電流に比例して伝送する。 図１０は本発明の装置の誘導カプラー素子の場合の特に単純な実施例を示す。 この場合、誘導カプラー素子１０３は需要者１０４を供給する。インダクタはコ ンデンサ１０２により平列共振回路を形成するように補足される。この信号手段 はここでは２つの抵抗器１０５と１０６を備えた電圧分割器からなり、平列共振 電圧の予め決められた共用分をインダクタンスおよびキャパシタンスにより分岐 させ、またそれらを切換えもしくは増幅部材に別々に遣り過す。 本発明はこれまで代表的実施例により一般の発明力のある着想と一般的適用性 に対してなんの制限もなく記述されてきた。詳述すれば本発明をコンピュータ断 層撮影法、レーダ塔などのような回転変成器用だけでなく、クレーンなどに必要 とされるような線運動に適応できる変成器にも採用が可能である。さらに本発明 は複合運動を行う変成器に用いることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年３月３日（１９９９．３．３） 【補正内容】 １．請求の範囲の請求項１および３を下記の通り補正する。 「１．互いに可動である少くとも２つの部分品の間の電気信号の非接触伝送用 で、複数の限定電磁カプラー素子が前記２部品上に配設され、またその２部品間 の信号および／またはエネルギーが結合されることになり、これらのカプラー素 子の近距離電場が前記非接伝送を行う装置において、少くとも一方の部品上に配 設された前記カプラー素子（３ａ、３ｂ、３ｃ）の各々が、他方のカプラー素子 から独立し、伝送されるべき信号の周波数にほぼ等しい共振周波数を備える少く とも１つの共振器からなり、かつ前記個々の共振器（３ａ、３ｂ、３ｃ）がライ ンまたは導電構造体部材（２）により相互に接続され、該導電構造体とカプラー により構成される完成された系によって無反射の態様で終端され、他方の部品は 類似の構成またはそれ自体公知のカプラー素子を有することを特徴とする非接触 伝送装置。 ３．互いに移動可能なように適応させた少くとも２つの部品間の電気信号の非 接触伝送用で複数の電磁カプラー素子が前記部品上に配設され、該２部品間の信 号および／またはエネルギーが伝送され、前記カプラー素子の近距離電場が前記 非接触伝送を行う装置において、少くとも一方の部品上の前記カプラー素子が、 ・無反射の態様で伝送されるカスケード回路として配置された導体構造部材（ ２；Ｌ、Ｌ…）を形成させ； ・他方のカプラー素子と独立して少なくとも１つの共振器（Ｌ、Ｃ）を構成す る各々のカプラー素子（３ａ、３ｂ、３ｃ）が伝送されるべき信号の周波数より 高い共振周波数を備え、 ・カプラー素子が類似の構成および／または他の部品上に配設されたそれ自体 公知の構成を有するカプラー素子であることを特徴とする非接触伝送装置。」

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＰＬ，ＲＵ，ＳＧ ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．互いに可動である少くとも２つの部分品の間の電気信号および／またはエ ネルギー非接触伝送用で、複数の限定電磁カプラー素子が前記２部品上に配設さ れ、またその２部品間の信号および／またはエネルギーが結合されることになり 、これらのカプラー素子の近距離電場が前記非接伝送を行う装置において、少く とも一方の部品上に配設された前記カプラー素子の各々が、それ自体共振でき、 また他方のカプラー素子から独立し、伝送されるべき信号の周波数にほぼ等しい 共振周波数を備える単一素子からなる少くとも１つの共振器からなり、かつ前記 個々の共振器が無反射の態様で終端するラインを経由して互いに接続されている ことを特徴とする非接触伝送装置。 ２．前記少なくとも１つの共振器が空胴共振器、ライン共振器、誘電、強磁性 および／または圧電共振器であることを特徴とする請求項１記載の非接触伝送装 置。 ３．互いに移動可能なように適応させた少くとも２つの部品間の電気信号およ び／またはエネルギーの非接触伝送用で複数の限定電磁カプラー素子が前記部品 上に配設され、またその２部品間の信号および／またはエネルギーが伝送される ことになり、前記カプラー素子の近距離電場が前記非接触伝送を行う装置におい て、少くとも一方の部品上の前記カプラー素子が、 ・無反射の態様で伝送されるカスケード回路として配置された導体構造部材を 形成させ； ・他方のカプラー素子と独立して各々のカプラー素子が伝送されるべき広帯域 信号の最高周波数より高い共振周波数を備える共振系であることを特徴とする非 接触伝送装置。 ４．前記カプラー素子により形成された系が低域特性を呈示することを特徴と する請求項３記載の非接触伝送装置。 ５．前記導体構造部材は全体として共振の能力がないことを特徴とする請求項 ３記載の非接触伝送装置。 ６．前記共振の可能な各々のカプラー素子が、誘導および容量性効果を生成さ せる少くとも１つの部材を備える素子からなり、かつ前記接合カプラーが電圧も しくは電流を別々に、先行カプラー素子の少くとも１つのダミー素子上で入力信 号として分岐させることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項記載の非接触 伝送装置。 ７．前記各カプラー素子が少くとも１つの、なるべくなら単一のインダクタと 少くとも１つのコンデンサで構成されることを特徴とする請求項６記載の非接触 伝送装置。 ８．前記一方の部品の様々なカプラー素子の個々のインダクタが直列に接続さ れていることを特徴とする請求項７記載の非接触伝送装置。 ９．前記別々のカプラー素子の個々のインダクタを連続ラインが形成すること を特徴とする請求項７もしくは８記載の非接触伝送装置。 10．前記コンデンサが、前記連続ラインに分岐ラインを経由して接続されるか 、あるいは直接前記ラインに横方向に接合されるフラット誘導素子として配列さ れることを特徴とする請求項９記載の非接触伝送装置。 11．前記フラット誘導素子が前記連続ラインのいずれかの側に配設されること を特徴とする請求項１０記載の非接触伝送装置。 12．前記インダクタまたはコンデンサがプリント配線板の構造部材として配列 されていることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項記載の非接触伝送装 置。 13．前記プリント配線板がフレキシブル板であることを特徴とする請求項１２ 記載の非接触伝送装置。 14．前記プリント配線板に複数のスロットを配設することを特徴とする請求項 １３記載の非接触伝送装置。 15．前記インダクタおよび／またはコンデンサが離散型素子であることを特徴 とする請求項６〜１４のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 16．異なる周波数範囲に同調させたいくつかのカプラー素子が密接な三次元関 係に配置して、これらの周波数範囲に同調させたカプラー構造部材になることを 特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載非接触伝送の装置。 17．前記構造部材は対称であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１ 項記載の非接触伝送装置。 18．研磨面、コンデンサおよび／またはインダクタを備えた導体構造部材がプ リント配線板のいずれかの側面に配設されることを特徴とする請求項１〜１７の いずれか１項記載の非接触伝送装置。 19．前記カプラー素子が示差カプラー素子として配列され、かつ差分信号が前 記カプラー素子に加えられていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１ 項記載の非接触伝送装置。 20．共振でき、かつ互いに整合されたカプラー素子がすべての部品に配設され ることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 21．共振できるカプラー素子が一方の部品に配設され、かつ従来の送信器もし くは受信器が他方の部品にカプラー素子として配設されることを特徴とする請求 項１〜２０のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 22．前記送信器または受信器が別々に、コイル、フェライトコアおよび／また はコンデンサからなることを特徴とする請求項２１記載の非接触伝送装置。 23．前記ライン系への別々の供給に伝送されるべき信号もしくはエネルギーで 前記伝送ずみ記号もしくはエネルギーを遣り過ごすのに役立つライン系が遮蔽さ れて、前記カプラー素子から脱結合された設計になっていることを特徴とする請 求項１〜２２のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 24．前記別々のカプラー素子を相対的に移動する部品が接近する時に限り、活 性化させる少くとも１つのアクチベータ装置が配設されることを特徴とする請求 項１〜２３のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 25．前記カプラー素子がそれ自体を、その電気的特徴によって、その作動位置 に接近するカプラー素子の誘電もしくは電磁特性によってのみ制御できるよう設 計されていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項記載の非接触伝送 装置。 26．前記カプラー素子の前記ライン系への連結が特別の能動もしくは受動装置 、例えば増幅器および／または半導体スイッチにより行われることを特徴とする 請求項１〜２５のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 27．前記カプラー素子が環境から、導電材料製のシールドにより遮蔽されるこ とを特徴とする請求項２〜２６のいずれか１項記載の装置。 28．前記カプラー素子が切換えもしくは増幅素子により供給されることを特徴 とする請求項２〜２７のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 29．前記切換えもしくは増幅素子用に再生結合信号を生成する特別の信号手段 が共振素子の電圧と電流に基づき配設されて、振動が少くとも１つの共振周波数 で発生することになることを特徴とする請求項２８記載の非接触伝送装置。 30．前記信号手段が直列共振電流の１つの部分に比例した１つの振幅をカップ ル・アウトすることを特徴とする請求項２９記載の非接触伝送装置。 31．前記信号手段が平行共振電圧の１つの部分に比例した１つの振幅をカップ ル・アウトすることを特徴とする請求項２９記載の非接触伝送装置。 32．いくつかの共振の場合、前記信号手段は直列の共振電流に比例し、また平 列共振電圧に比例した振幅からなる組合せ信号をカップル・アウトするよう設計 されることを特徴とする請求項２９記載の非接触伝送装置。 33．特別の二次発振器が配設されて、回路の振動の開始を容易にすることを特 徴とする請求項２９〜３２のいずれか１項記載の非接触伝送装置。 34．前記系の作業周波数を決定し、またそれから信号を、互いに移動可能なよ うに適応させた前記ユニットの間隙の大きさに対応して導出する分析器手段が配 設されることを特徴とする請求項２９〜３３のいずれか１項記載の非接触伝送装 置。 35．互いに移動可能なように適応させた前記部品が回転運動を行うことを特徴 とする請求項１〜３４のいずれか１記載の非接触伝送装置。 36．互いに移動可能なように適応させた前記部品が並進運動を行うことを特徴 とする請求項１〜３５のいずれか１項記載の非接触伝送装置。