JP2007525374A - 電力およびデータ送信装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、各走行ホイール毎に１つのホイール・ケース・ユニット（ＲＥ）にリンクしている自動車処理ユニットに関する。前記ホイール・ケース・ユニットは、搭載電気システムとリンクしている給電ユニット（Ｐ）と、バス・システム（ＬＩＮ）にリンクしているインタフェース・ユニット（ＩＮＴ）と、制御ユニット（ＣＯＮ）と、記憶装置と、ＨＦ信号発生器と、変調器／復調器と、増幅ユニットと、少なくとも１つのアンテナ（ＡＥ，ＡＳ）とを備える。トランスポンダ・モジュール（Ｔ）は、全タイヤ内または上に配置され、電子回路を有するプリント基板を備える。前記電子回路は、少なくとも１つの圧力および／または温度センサと、受信、送信および信号処理組立体を有するＨＦトランスポンダ回路と、整流および平滑回路（ＧＧ）とを含む。トランスポンダ・モジュールは、さらに、電子回路の入力端子を相互に接続し、Ｉ形コア（ＩＫ）の周囲を巻回する結合コイル、Ｉ形コアと磁気的に結合し、空気用入口を有し、タイヤとリンクしているケーシングにより囲まれているＵ形コア（ＵＫ）を備える。各タイヤは、柔軟な材料からできていて、同軸に配置され、Ｕ形コアを通して延び、Ｕ形コアと誘導的に結合しているリング導体（ＲＬ）を備える。

Description

本発明は、好適には車両のタイヤ内に配置されるセンサであることが好ましい無線給電用デバイスであって、信号処理装置および送受信装置、および車両に固定されているリモート端末のような、その動作にとって必要な電子機能ユニットによりセンサ間でデータを送信するためのデバイスに関する。

無線電力送信用デバイスは、従来からある技術である。ドイツ国特許出願第１０１ ６４ ４８８号は、データを送信および／または受信するためのデバイス、自動車用のタイヤ、データを無線送信するための送信および／または受信用デバイスおよびシステムを開示している。設備は、回転部分に位置するデバイスへ供給される電力、可動部分の任意の位置で送信するデータのためのものである。このデバイスは、可動部分、特に自動車のタイヤの金属ベルトに近い空間内に配置されている。このデバイスに接続されている送受信用デバイスおよび制御デバイスも車両上に位置する。タイヤ内に位置するデバイスは、送信および／または受信ユニット、アンテナ装置、および電力蓄積装置ばかりでなく、その各タスクに従って電気的に接続されているデータ処理装置およびセンサも内蔵している。センサにより入手し、それ故処理されるデータは、送信および／または受信ユニットおよびアンテナ装置により、無線で車両上に位置するリモート端末に送信される。そのために必要な電力は、タイヤ内およびタイヤの金属ベルトを使用する車両上の送信／受信用ユニット間でデータを送信するための電波場（ｒａｄｉｏ ｆｉｅｌｄ）から入手される。この場合、スチール・ベルトとして設計するタイヤ・ベルトが問題になる場合がある。何故なら、スチール・ベルトが、データを送信するための電波を遮蔽し、それにより給電の効率が低減するからである。逆に、この問題を解決するために、電波場の電力を送信するための従来技術の場合には、電波場のフィールドストレングスの磁界成分をベクトル化したものを伴う渦電流の誘起による金属ベルトの遮蔽をできるだけ少なくし、電波場が発生する磁界は、金属ベルトを貫通するように選択されている。金属ベルトの導電率により金属ベルトの周囲で磁界が曲がっているので、電波場からの電力は、タイヤ・ベルトの全周辺部の周囲に分散する。電力はアンテナ装置によりこのように曲がった電波ベルトから入手される。何故なら、アンテナ装置がタイヤ・ベルトのすぐ近くの空間内に位置していて、このようにタイヤ・ベルトに容量的におよび／または誘導的に接続しているからである。アンテナ装置が吸収した電力は、コンデンサ装置として設計されている電力蓄積装置に供給される。しかし、電波場の定在波がタイヤ・ベルト上に発生する可能性が完全になくなったわけではない。この定在波は、零点の近傍でタイヤ内に位置するデバイスによる電波の受信を妨害する。それ故、車両上の送受信装置および制御デバイスは、タイヤ・ベルト上に形成される電波場の定在波を確立するように設計される。この現象を避けるために、電波場の周波数は、タイヤの共振周波数とは違う周波数に設定される。共振条件は、車両上の制御デバイスに表示されているタイヤ・データから入手される。タイヤ・ベルトの代わりに、追加のアンテナ、特にワイヤの形をしている追加アンテナを、タイヤの内側のトレッド内に位置する磁界アンテナ（ｆｉｅｌｄ ａｎｔｅｎｎａ）として使用することができる。この場合、ワイヤはタイヤ・ベルトの前後両方に装着することができ、特に、タイヤの構成方法により使用することができるようにすることができる。追加のアンテナは、電力を電波場から入手し、それをアンテナ装置に供給し、それにより電磁場上の縁部の影響を低減し、速度に依存する動作モードを供給する他に、電力入力を改善し、干渉のない受信を行うことができる。近接場の状況を制御しなければならないという要件があるので、周波数および特に送信電力の両方で制限が予め定められる。しかし、車両および他のシステムの個々のデバイスの相互干渉がないために送信電力が低い場合には、送信することができる電力も当然低くなり、特に、蓄積、すなわち時間をかけての電荷の連続的蓄積のような追加手段を使用しない場合には、タイヤ内に配置されているデバイスの電力消費構成要素のための動作電圧の形をしている給電としての使用には適さない。

それ故、本発明の目的は、必要に応じて、回転デバイス内または上に位置する電力消費部材に供給するための電圧を発生するために電気の無線送信を簡単化することであり、且つ必要な経費を低減し、それをデータ送信とリンクすることである。

本発明の目的は、供給デバイスに接続された第１のコイルが一次巻線を形成し、リング導体がトランスの二次巻線を形成し、第２のコイルが、電力消費部材が接続されているリング導体に誘導的に結合している主請求項に記載の理論により達成される。

好適な用途に関する限り、本発明は、従属請求項に記載の特徴により展開され有利に使用できる。本発明のこのような展開は、その機能という点で、供給デバイスが、電源、送受信ユニットを備え、および／または電力消費部材が電子回路として設計されていることである。本発明は、電子回路が、記憶ユニット、少なくとも１つのセンサ素子、および整流および平滑回路を備えているという点で、また整流および平滑回路が第２のコイルに接続されているという点で、特に、送信ユニットが負荷変調器として設計されているという点で有利に使用できる。ホイールおよびタイヤのパラメータ、および特に動作中、タイヤ内または上に記録した車両に関する測定データの送信の分野での本発明の使用に関しては、リング導体が柔軟な材料からできている点、第２のコイルおよび電力消費部材がタイヤ上または内で同軸に配置されている点、供給デバイスおよび第１のコイルが固定状態で配置されているという点で有利である。リング導体の意図する高い導電率を確保するために、リング導体の直径がタイヤの金属ベルトの直径より大きいかまたは小さいという点で、供給ユニットが自動車のホイール・ハウス・エリア内に第１のコイルと一緒に配置されている点で有利である。この場合、リング導体が外部だけに配置されていても、内部だけに配置されていても、金属ベルトを貫通していても構わないし、それ故、一部がタイヤの金属ベルトの外部に位置し、且つ一部が内部に位置していても構わない。

本発明のデバイスは、さらに、ホイール・ハウス・ユニットが、各走行ホイール用の車両処理ユニットに接続されていて、このホイール・ハウス・ユニットは、搭載主要部に接続されている電流供給ユニットと、バス・システムに接続されているインタフェース・ユニットと、制御ユニットと、記憶ユニットと、ＨＦ信号発生器と、変調器／復調器と、アンプ・ユニットと、少なくとも１つのアンテナとを備え、トランスポンダ構成要素が、各タイヤ内または上に配置され、このトランスポンダ構成要素が、電子回路を有する回路盤と、結合コイルと、Ｕ型コアとを備え、この電子回路が、少なくとも１つの圧力および／または温度センサと、受信、送信および信号処理構成要素を有するＨＦトランスポンダ回路と、整流および平滑回路とを内蔵し、前記結合コイルは電子回路の入力端子に接続し、且つＩ形コアを囲み、前記Ｕ型コアはＩ形コアに磁気的に結合され、前記構成要素は空気用入口を備え、タイヤに接続しているエンベロープにより囲われていることと、各タイヤが、Ｕ形コアを貫通していて、それによりＵ形コアに誘導的に接続している同軸に配置されているリング導体を有していて、上記リング導体が、柔軟な材料からできていて、リング導体の直径がタイヤの金属ベルトの直径より大きいか小さいことと、を特徴とする。電力およびデータを送信するための方法は、ＨＦ搬送波信号がホイール・ハウス・ユニットの送信アンテナを介して送信され、それにより発生した交番磁界がリング導体内を流れる交流を誘起し、この交流がリング導体を横切るＵ形コア内および接続しているＩ形コア内に磁束を発生することと、結合コイル内の磁束が、整流および平滑回路により少なくとも１つの動作直流電圧に変換される交流電圧を誘起し、ＨＦ搬送波信号がホイール・ハウス・ユニットの送信アンテナを介して送信される場合に、トランスポンダ構成要素からホイール・ハウス・ユニットにデータが送信され、ＨＦ搬送波信号が整流および平滑回路に並列に周波数分割装置に送られ、副搬送波信号がそれにより発生し、副搬送波信号がセンサにより入手され且つ信号処理ユニットにより処理した低周波データ信号により変調され、抵抗を有するトランスポンダ巻線の負荷になるスイッチが、被変調副搬送波信号により制御され、その結果、副搬送波信号の周波数の整数倍からＨＦ搬送波信号の周波数までの間隔を有する、データ信号により変調されたサイドバンド周波数信号が生成され、混合信号は、トランスポンダにより送信され、被変調副搬送波信号が、搬送波信号の部分的抑圧、非線形特性を利用した増幅および混合により分離されるホイール・ハウス・ユニットから受信アンテナを介して前記混合信号は受信され、各信号が、複数の被変調副搬送波信号からの周波数分割によりＨＦ搬送波信号から元来入手された副搬送周波数によりフィルタリングされ、データ信号が処理され、インタフェースを介してバス・システムに送信されるように復調されることと、を特徴とする。

都合のよいことに、本発明の場合には、ホイール・ハウス・ユニットは、被変調データ信号に対して受信アンテナとして機能する第１のアンテナと、ＨＦ搬送波信号に対して送信アンテナとして機能する第２のアンテナとを有する。この場合、第１のアンテナは、第２のアンテナの最低のフィールドストレングスの第１の領域内に位置し、第２のアンテナがツイスト・ケーブルまたは二重ケーブルの形をしている供給ケーブルによりホイール・ハウス・ユニットに接続するように、前記第１アンテナはホイール・ハウス内に配置される。このタイプの接続を使用すると、干渉の影響が最小限度に低減する。本発明の実施形態の場合には、タイヤ・トランスポンダ構成要素は、信号処理ユニットを備え、双方向データ送信が、放射状のハウス・ユニットとタイヤ・トランスポンダ構成要素との間で行われる。

本発明のデバイスは、その値およびその方向の両方で回転速度とは無関係な動作モードを特徴とする。しかし、ホイール・ハウス・ユニットのアンテナを、走行ホイールの直線回転の面内に配置した場合に最善の効果が得られる。しかし、右側の組立体および左側の組立体の両方で、同じ送信特性を保証するためにタイヤの対称線内にトランスポンダ構成要素またはリング導体を配置すると有利であることはいうまでもない。

図面を参照しながら、本発明の好適な例示としての実施形態についてさらに詳細に説明する。

図１は、本発明によるトランスポンダ構成要素の構造を示す。この構成要素は、プリント基板ＰＣＢ上に位置していて、圧力および温度センサと、受信、送信および信号処理構成要素を有するＨＦトランスポンダ回路と、整流および平滑回路とからなる電子回路Ｅを含む。プリント基板ＰＣＢは、コイルＬを有するＩ形コアＩＫ上に位置する。コイルＬは、トランスポンダとホイール・ハウス・ユニットとの間でデータを送信中に接続および切断を行い、トランスポンダへの電力送信のための結合インダクタンスを提供し、電子回路Ｅに接続している。トランスポンダ構成要素は、タイヤＲの内部上で加硫されるエンベロープＶＨにより囲まれている。エンベロープＶＨは、トランスポンダ構成要素の圧力および温度センサが内部のタイヤの空気に触れる空気用入口ＬＥを備える。圧力だけを測定する場合には、空気用入口ＬＥの代わりに膜領域を使用することができる。例えば、一方では、データ送信のためのアンテナとして機能し、給電用に形成されているトランスの回転する第２のコイルとして機能する銅の組み紐のような柔軟な導電材料からできているリング導体ＲＬは、タイヤＲ内に同軸に埋め込まれている。リング導体は、Ｉ形コアＩＫに磁気的に結合しているＵ形コアＵＫを貫通する。

図２を参照しながら本発明によるデバイスの動作モードについて説明する。ホイール・ハウス・ユニットＲＥは、搭載主要部と接続している。このホイール・ハウス・ユニットは、給電ユニットＰと、バス・システムＬＩＮに接続しているインタフェース・ユニットＩＮＴと、制御および記憶ユニットＣＯＮと、ＨＦ信号発生器ＧＥＮと、変調器／復調器ＤＭと、アンプ・ユニットＡＭＰとを備える。受信アンテナＡＥは、アンプ・ユニットＡＭＰに接続していて、送信アンテナＡＳは、接近して一緒に組まれた導体を有する二重ケーブルにより、ＨＦ信号発生器と接続している。受信アンテナＡＥは、送信アンテナＡＳの最低の磁界強度の領域内に位置するようにホイール・ハウス内に配置されている。両方のアンテナが、タイヤＲの主要回転面内に配置されていることも有利である。しかし、回転の主要面が、操舵ロックにより頻繁に逸脱する動作モードの場合、特に前輪の場合には、このことは重要ではない。ＨＦ搬送波信号は、送信アンテナＡＳを介してホイール・ハウス・ユニットＲＥにより送信される。トランスポンダ構成要素Ｔへの給電に関しては、このように発生した交番磁界はリング導体ＲＬ内を流れる交流を誘起し、この電流はリング導体ＲＬを横切るＩ形コアＩＫと結合しているＵ形コアＵＫ内に磁束を発生する。この磁束は結合コイルＬ内に交流電圧を誘起し、この電圧は、整流および平滑回路ＧＧにより少なくとも１つの動作直流電圧ＵＢに変換される。ＨＦ搬送波信号が、ホイール・ハウス・ユニットＲＥの送信アンテナＡＳを介して送信され、電子回路Ｃ、および特に、略図で示す受信、送信および信号処理構成要素ＩＣの構成要素である周波数分割装置に、整流および平滑回路ＧＧと並列に供給された場合、トランスポンダ構成要素Ｔからホイール・ハウス・ユニットＲＥへのデータ送信が行われ、副搬送波信号が、センサにより入手され、信号処理ユニットにより処理された低周波のデータ信号により変調されるように副搬送波信号が生成された場合に、スイッチが被変調副搬送波信号により制御され、このスイッチがある抵抗を有するトランスポンダ巻線の負荷となり、そのためデータ信号で変調されたサイドバンド周波数信号が発生し、その信号は副搬送波信号の周波数の整数倍からの周波数がＨＦ搬送波信号の周波数までの間隔を有し、混合信号がトランスポンダＴにより送信され、ホイール・ハウス・ユニットＲＥから受信アンテナＡＥを介して受信する。ホイール・ハウス・ユニットＲＥにおいては、被変調副搬送波信号が、搬送波信号の部分的抑圧、非線形特性を利用した増幅および混合により分離される。周波数分割によりＨＦ搬送波信号から元来入手した副搬送周波数により、副搬送波信号が、複数の被変調副搬送波信号からフィルタリングされ、復調される。次に、データ信号が処理され、インタフェースを介してバス・システムに送信され、そのため、例えば、コックピット・ディスプレイ上の表示が可能になる。

トランスポンダ構成要素の縦断面図。 電気的動作図。

Claims (7)

1. 必要な場合には、回転デバイス（１）上に配置される１つまたは複数の電力消費部材に対して少なくとも１つの供給電圧を生成するための電気を無線で送信するためのデバイスであって、供給デバイス（１５）に接続された第１のコイル（４）が一次巻線を形成し、リング導体（２）がトランスの二次巻線を形成し、第２のコイル（６）が、そのコイルに電力消費部材（Ａ）が接続されている前記リング導体（２）に誘導的に結合していることを特徴とするデバイス。
2. 前記供給デバイス（１５）が、負荷変調器として設計されている供給、受信および送信ユニットを備えていることと、前記電力消費部材（Ａ）が、送信ユニット（１３）と、処理および制御ユニット（１１）と、記憶ユニット（１２）と、少なくとも１つのセンサ素子（１０）と、整流および平滑回路（８）とを備える電子回路として設計されていることと、前記整流および平滑回路（８）が前記第２のコイル（６）に接続されていることと、柔軟な材料からなる前記リング導体（２）が、前記第２のコイル（６）と同軸に配置され、前記電子消費部材（Ａ）が、回転デバイス（１）上または内に配置され、前記供給デバイス（１５）および前記第１のコイル（４）が固定状態で配置されることと、を特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 前記回転デバイス（１）が、自動車タイヤであり、前記リング導体（２）の直径が前記タイヤ（１）の金属ベルト（３）の直径より大きいかまたは小さいことと、前記供給デバイス（１５）が、自動車（１００）のホイール・ハウス領域（３１）内に前記第１のコイル（４）と一緒に配置されていることと、を特徴とする請求項２に記載のデバイス。
4. 車両タイヤ（Ｒ）内または上に配置されているトランスポンダ（Ｔ）に電圧を供給するためのものであって、また前記トランスポンダ（１）と車両処理ユニットの間でデータを送信するためのものである請求項２に記載のデバイスであって、
   ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）が、各走行ホイール用の車両処理ユニットに接続され、前記ホイール・ハウス・ユニットが、バス・システム（ＬＩＮ）に接続されているインタフェース・ユニット（ＩＮＴ）と、制御ユニット（ＣＯＮ）と、記憶ユニットと、ＨＦ信号発生器（ＧＥＮ）と、変調器／復調器（ＡＥ、ＡＳ）とを備えることと、
   トランスポンダ構成要素（Ｔ）が各タイヤ内または上に配置され、前記構成要素が、電子回路（Ｅ）を有する回路盤（ＰＣＢ）と、結合コイル（Ｌ）と、Ｕ型コア（ＵＫ）とを備え、前記電子回路（Ｅ）は圧力および／または温度センサと、受信、送信および信号処理構成要素（ＩＣ）を有するＨＦトランスポンダ回路と、整流および平滑回路（ＧＧ）とを内蔵し、前記結合コイル（Ｌ）は前記電子回路（Ｅ）の入力端子を接続し、且つＩ型コア（ＩＫ）を囲み、前記Ｕ型コア（ＵＫ）は前記Ｉ型コア（ＩＫ）に磁気的に結合され、前記構成要素は、空気用入口（ＬＥ）を備え、前記タイヤ（Ｒ）に接続されているエンベロープ（ＶＨ）により囲まれていることと、
   各タイヤ（Ｒ）が、同軸に配置され、前記Ｕ型コア（ＵＫ）を貫通し、それ故前記Ｕ型コアと誘導的に結合し、柔軟な材料からなるリング導体（ＲＬ）を有し、前記リング導体の直径が、前記タイヤ（Ｒ）の金属ベルトの直径より大きいか小さいことと、
   を特徴とするデバイス。
5. 前記ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）が、被変調データ信号に対して受信アンテナとして機能する第１のアンテナ（ＡＥ）と、ＨＦ搬送波信号に対して送信アンテナとして機能する第２のアンテナ（ＡＳ）とを備え、前記第１のアンテナ（ＡＥ）がホイール・ハウス内に配置されていて、そのため前記第１のアンテナ（ＡＥ）が、前記第２のアンテナ（ＡＳ）の最低の磁界強度の領域内に位置し、前記第２のアンテナ（ＡＳ）が、近接して一緒に組まれた導体を含むツイスト・ケーブルまたは二重ケーブルにより前記ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
6. 前記ＨＦ搬送波信号が、前記ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）の前記送信アンテナ（ＡＳ）を介して送信され、
   このように生成した前記交番磁界が、前記リング導体（ＲＬ）を流れる交流を誘起し、
   この交流が、前記リング導体（ＲＬ）を横切り、前記接続しているＩ型コア（ＩＫ）内の前記Ｕ型コア（Ｋ）内に磁束を発生し、そして、
   前記結合コイル（Ｌ）内の前記磁束が、前記整流および平滑回路（ＧＧ）により少なくとも１つの動作直流電圧（ＵＢ）に変換される交流電圧を誘起した場合に、
   前記電力が前記トランスポンダ構成要素（Ｔ）に供給されることと、
   前記ＨＦ搬送波信号が、前記ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）の前記送信アンテナ（ＡＳ）を介して送信され、
   前記ＨＦ搬送波信号が、前記整流および平滑回路（ＧＧ）と並列に周波数分割装置に送信され、それにより副搬送波信号を発生し、
   前記副搬送波信号が、前記センサにより入手されると共に、前記信号処理ユニットにより処理された低周波データ信号によって変調され、
   スイッチが前記被変調副搬送波信号により制御され、前記スイッチが、ある抵抗を有するトランスポンダ巻線の負荷となり、そのため前記データ信号により変調されたサイドバンド周波数信号が生成され、前記信号の周波数が前記副搬送波信号の周波数の整数倍から前記ＨＦ搬送波信号の周波数までの間隔を有し、
   前記混合信号が、前記トランスポンダ（Ｔ）により送信され、前記被変調副搬送波信号が、前記搬送波信号の部分的抑圧、非線形特性を利用した増幅および混合により分離される前記ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）から前記受信アンテナ（ＡＥ）を介して受信され、そして、
   複数の前記被変調副搬送波信号からの各信号が、周波数分割により前記ＨＦ搬送波信号から元来入手した前記副搬送周波数信号によりフィルタリングおよび復調され、その結果前記データ信号が、前記バス・システム（ＬＩＮ）への前記インタフェース（ＩＮＴ）を介して処理され、送信された場合に、
   以上の場合に前記トランスポンダ（Ｔ）から前記ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）にデータが送信されることと、
   を特徴とする請求項４または５に記載のデバイス。
7. 前記タイヤ・トランスポンダ構成要素（Ｔ）が信号処理ユニットを備えることと、前記ホイール・ハウス・ユニット（ＲＥ）とタイヤ・トランスポンダ構成要素（Ｔ）との間で双方向データ送信が行われることとを特徴とする請求項４、５または６に記載のデバイス。

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