JP2007243943A - 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

【課題】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。
【解決手段】少な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なくとも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する。
【選択図】図２

Description

本発明は互いに対して移動できる少なくとも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な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なくとも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。

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なくとも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、非特許文献1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なくとも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特許文献1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なくとも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な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、電気信号の広帯域伝送には、それが共振変圧器（Ｒｅｓｏｎａｎｚuｂｅｒｔｒａｇｅｒ）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特許文献2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、その各々に少なくとも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。
公開された特許文献３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。特許文献４と特許文献５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（ｃｏｕｐｌｅｏｕｔ）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、上述の非特許文献１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。
特許文献５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５５ｄＢ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２０ｄＢ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。
ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ４２３６３４０Ｃ２号 ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ３３３１７２２Ａ１号 ドイツ連邦共和国特許出願公開第ＤＥ−ＯＳ２６５３２０９号 ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ４４１２９５８Ａ１号 ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ１９５３３８１９Ａ１号 １９６８年ベルリンのスプリンゲル−ヴェラーグ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）社刊マインケ／グントラッハ（Ｍｅｉｎｋｅ／Ｇｕｎｄｌａｃｈ）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（Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈｄｅｒ Ｈｏｃｈｆｒｅｑｕｅｎｚｔｅｃｈｎｉｋ）［高周波工業技術の便覧］」の第１８６頁の共振伝送装置

本発明は互いに対しての移動に適応させた少なくとも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、少なくとも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なくとも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、カプラー素子は少なくとも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なくとも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３００ＭＨｚ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小限に止める。
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な導電構造部材としてこの（フレキシブル）配線板上に配置することも可能である。このフラットな導電構造部材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。さらにフラットな導電構造部材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素子を供給する。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。
このために少なくとも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つの送信器と少なくとも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なくとも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なくとも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。信号手段が少なくとも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「ハトブライテルシャルツングステクニーク（Ｈａｔｂｌｅｉｔｅｒｓｃｈａｌｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ）［セミコンダクター．テクノロジー（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）］」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百分比をカップル・アウト（ｃｏｕｐｌｅｏｕｔ）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、信号手段は少なくとも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なくとも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。

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。
［実施例］

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１（ａ）乃至１（ｃ）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１（ａ）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なカプラー素子Ｃが導体構造部材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１（ｂ）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カプラー素子Ｌを形成する。
図１（ｃ）は誘導および容量形結合の実施例の図であり、この場合、カプラー素子Ｌとフラットなカプラー素子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、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、前記容量形カプラー素子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の導体構造部材２と第２の導体構造部材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、担体１であるプリント配線板を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、また容量形カプラー素子３ａを３ｃに接続する導体構造部材２も配設する。前記容量形カプラー素子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。図面参照番号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に言及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。容量形カプラー素子３（および／または誘導カプラー素子）を備える本発明の設計による前記導体構造部材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担体1であるプリント配線板で用意できる。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６（ａ））として設計された従来のストリップラインＳＬと本発明の装置（図６（ｂ））の間の比較を示す。
図６（ａ）と図６（ｂ）から明らかなように、導体構造部材２と１２に容量形カプラー素子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７（ａ）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７（ａ）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７（ｂ）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。３００ＭＨｚ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なくとも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と容量形カプラー素子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、容量形カプラー素子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。

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り、（ａ）は容量形結合の実施例を示し、（ｂ）は誘導結合の実施例を示し、（ｃ）は誘導および容量形結合の実施例の図である。 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。 誘導結合系を備える第２の実施例を示す図である。 回転変成器上の本発明の装置を例示する図である。 電気信号および／またはエネルギーの非接触伝送装置を示す図で、（ａ）は先行技術の装置を示す概略図、（ｂ）は本発明の装置を示す概略図で、差分信号伝送についての比較を示す図である。 本発明の装置の単純化された電気等価回路略図で、低域特性の説明のための例示する図である。 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で、図７（ａ）と同様に低域特性の説明のための例示する図である。 本発明における共振結合の実施例を例示する図である。 本発明における他の共振結合の実施例を例示する図である。 本発明におけるさらに他の共振結合の実施例を例示する図である。

符号の説明

１ 担体
Ｓ 信号源
２ （第１の）導体構造部材
ＣもしくはＬ カプラー素子
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、１３、８３、９３、１０３ 容量形カプラー素子
４ カプラー手段
１２ 第２の導体構造部材
５と１５ アイソレータ
６ シールド
ＳＬ ストリップライン
８１ 切換えもしくは増幅素子
８２ ダミー素子
８４、９４、１０４ 需要者
８５ 信号手段
９１ 切換えもしくは増幅部材
９２ インダクタ
９５ 流速計抵抗器
１０２ コンデンサ
１０５、１０６ 抵抗器

Claims (34)

1. 互いに移動可能なように適応させた少なくとも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、少な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。
2. 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１記載の非接触伝送装置。
3. 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１又は２記載の非接触伝送装置。
4. 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なくとも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なくとも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１〜３のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
5. 前記各カプラー素子が少なくとも１つの、なるべくなら単一のインダクタと少なくとも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４記載の非接触伝送装置。
6. 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５記載の非接触伝送装置。
7. 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５又は６記載の非接触伝送装置。
8. 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７記載の非接触伝送装置。
9. 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８記載の非接触伝送装置。
10. 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４〜９のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
11. 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１０記載の非接触伝送装置。
12. 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１１記載の非接触伝送装置。
13. 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４〜１２のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
14. 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１〜１３のいずれか１項記載非接触伝送の装置。
15. 前記構造部材は対称であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
16. 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１〜１５のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
17. 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１〜１６のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
18. 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１〜１７のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
19. 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１〜１８のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
20. 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１９記載の非接触伝送装置。
21. 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１〜２０のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
22. 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、活性化させる少なくとも１つのアクティベータ装置が配設されることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
23. 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１〜２２のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
24. 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１〜２３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１〜２４のいずれか１項記載の装置。
26. 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１〜２５のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
27. 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、振動が少なくとも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２６記載の非接触伝送装置。
28. 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２７記載の非接触伝送装置。
29. 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２７記載の非接触伝送装置。
30. 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２７記載の非接触伝送装置。
31. 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２７〜３０のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
32. 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２７〜３１のいずれか１項記載の非接触伝送装置。
33. 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１〜３２のいずれか１記載の非接触伝送装置。
34. 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１〜３３のいずれか１項記載の非接触伝送装置。

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