JP2010523030A - 非接触給電・データ伝送用システム - Google Patents

Abstract

本発明は、それぞれ一次側コイル(11)および二次側コイル(22)を含む、送電器(E)および受電器(R)を含むアセンブリに関する。該送電器および該受電器は電磁誘導型のもので、一方では送電器による受電器の非電気接触式の給電を可能にし、他方では送電器と受電器との間の非電気接触式の双方向通信を可能にする。

Description

本発明は一般に非接触（無接触）給電および非接触データ伝送用のシステムに関する。

受電装置内に設けた各種センサにより供給されたデータを集めるための手段を備える受電装置に送電装置を結合することを可能にする、非接触給電および送信システムは既に公知である。

従来、そのような受電装置は、その給電に関して自給式（自蔵式）ではない。
送電装置のいわゆる一次巻線（一次側コイル）と受電装置のいわゆる二次巻線（二次側コイル）との間を、電気的接触させずに磁気結合することにより、受電装置に電力を供給し、それにある量のデータを割り当てるように、送電装置を受電装置に結合させることができる。このデータは特に命令を含んでいて、その命令に対し、受電装置はそのセンサにより供給されたデータを送信することによって応答する。

従来は、送電装置と、それが結合されている受電装置との間のデータの伝送（データ通信）は、搬送電流に似た技術に従って行われる。即ち、二次巻線に向かう一次巻線の磁束を発生させる交流電流の周波数より実質的に大きな周波数での変調（モジュレーション）を、この電流に対して、この両者の間に信号を伝えるように重畳（スーパーインポーズ）させる。

この公知技術には、特定の変調／復調回路を必要とし、それらの回路は電気エネルギーを消費すると共に、送電装置の利用可能なエネルギーが制限され、その回路とそれが結合されることができる受電装置の回路の電気エネルギー要件を満たさなければならない、という難点がある。

さらに、変調技術は、データ転送率を増大させることが可能であっても、壊れ易く、妨害を受け易い場合がある。
例えば、特許文献ＵＳ２００５／０６３４８８には、トランスミッタ（送電器）からの信号がデータを送信するように周波数変調される、トランスミッタとレシーバ（受電器）との間の非接触給電およびデータ伝送システムが記載されている。

より具体的には、トランスミッタは、受電装置にデータを送信するために周波数シフト変調方法（周波数シフト・キーイング、ＦＳＫとも呼ばれる）を採用する。
このトランスミッタからの信号の周波数変調技術は、レシーバをトランスミッタと同期させることを困難にし、従って、データ伝送を困難にする。

さらに、この技術は、トランスミッタおよびレシーバにそれぞれ変調／復調回路の存在を必要とし、システムの複雑さが増し、エネルギーを消費する。
具体的には、ＵＳ２００５／０６３４８８のレシーバは、トランスミッタにより作られた信号からデータの流れとクロック信号を供給することができるマルチフェーズ復調器を備える。

ＵＳ２００５／０６３４８８

本発明は、非接触給電およびデータ伝送の分野における従来技術の制限を克服して、単純で壊れにくく、エネルギー効率のよい新たなシステムを提案することを目的とする。
このために、本発明の第１の側面によると、我々が提案する非接触給電・非接触データ伝送システムは、電気エネルギー供給源を有するトランスミッタと、その給電に関して自給式ではないレシーバとを備え、ここで該トランスミッタおよび該レシーバは、磁束移動（magnetic flux transfer）関係にすることが可能なそれぞれ一次巻線（一次側コイル）および二次巻線（二次側コイル）を備え、ここで、該トランスミッタは、該二次巻線上に該レシーバの給電に用いる電流を生ずるように、低周波数の交流給電電流を該一次巻線上に印加するための回路を備え、そして該トランスミッタおよび該レシーバは該一次巻線および二次巻線に接続されたデータ伝送回路を有し、該システムにおいて、トランスミッタ側の該データ伝送回路は該交流給電電流の波形を選択的に直接変更することができ、レシーバ側の該データ伝送回路は、これらの波形変更を検出することができ、該交流給電電流の周波数が一定の異なる波形に対応する異なる値のデータを該トランスミッタから該レシーバに個々に送信するようになっている。

上述したように、トランスミッタとレシーバとの間のデータ伝送のために、従来技術のシステムでは給電電流に対して搬送電流を重畳する。
これに対し、本発明に係るシステムは、トランスミッタとレシーバとの間のデータ伝送のために、給電電流の波形を、その周期または周波数を変化させずに直接変更することを提案する。これは、レシーバの効力をいつでも最適に保持したままレシーバへの電力送信を行うこと可能し、かつトランスミッタとレシーバとの間の特に単純で信頼性の高い同期を可能にする。

波形の変調を高品質の同期と組み合わることにより、本システムは、データ伝送のために、製造コストの増大と電気エネルギーの使用を伴う特定の変調／復調回路を必要とはしない。

本発明の第２の側面によると、その給電に関して自給式ではない受電装置の非接触給電を確保し、これにデータを送信するための送電装置は、前記受電装置の二次巻線と磁束移動関係にするための一次巻線、および該一次巻線に低周波数の交流給電電流を印加するための回路、ならびに該一次巻線に接続されたデータ伝送回路を備える。本送電装置において、前記データ伝送回路は、異なる波形に対応する異なる値のデータを選択的に送信するように、前記交流給電電流の波形を選択的に直接変更することができる。

本発明の第３の側面は、水中地球物理学的データ収集装置と共働させるための水中ロボットにおける上記送電装置の適用を提案する。
本発明の第４の側面は、その給電に関して自給式ではなく、送電装置により非接触で給電され、それにデータを送信し、それからデータを受信するように意図された受電装置を提案する。この受電装置は、前記送電装置の一次巻線との磁束移動関係にするための二次巻線、該二次巻線内を循環する低周波交流電流から該装置に給電するため給電回路、および異なる波形に対応する異なる値のデータを別々に受信するように、それ自体交流電流の波形変更を検出することができるデータ伝送回路を備える。

本発明の第５の側面は、上述した受電／送電装置を備える、水中地球物理学的データ収集装置を提案する。
本発明の第６の側面は、固定構造物と機械の回転要素との間の非接触給電および非接触データ伝送用システムを提案する。本システムは、前記固定構造物に設けた上述した送電装置と、前記回転要素に設けた上述した受電装置とを備え、これらの装置の一次巻線および二次巻線は円筒形で、前記回転要素の回転軸に沿って一方の周囲に他方が周回するように配置されている。

本発明の他の特徴、目的および利点は以下の説明からより明らかとなろう。以下の説明は純粋に例示を目的とし、制限を意図しておらず、添付図面を参照しながら読むべきものである。

誘導コネクタの説明図。 誘導コネクタの巻線の斜視図。 誘導コネクタの適用例の説明図。 送電器の電子ボードを示す回路図。 受電器の電子ボードを示す回路図。 送電器から受電器にデータが送信されていない時の送電器の制御装置により制御されたスイッチ制御信号を示す。 送電器から受電器にデータが送信されている時の前記制御装置により制御されたスイッチ制御信号を示す。 レシーバのレベルでのサイクル比（cyclic ratio）の算出例を示す。

［一般原理］
図１は、送電装置および受電装置（以下ではそれぞれ「トランスミッタ」および「レシーバ」と称する）を備えた給電およびデータ伝送システムに使用するための誘導コネクタを示す。

このコネクタは電磁誘導型のものであり、次の２つの非電気接触式伝達を可能にする：
・レシーバに給電するためのトランスミッタからレシーバへの電力の伝達、および
・トランスミッタとレシーバとの間のデータの伝送。

トランスミッタとレシーバとの間の非電気接触式のデータ伝送は双方向である。即ち、データを、トランスミッタからレシーバに、またレシーバからトランスミッタに送信することができる。

この双方向通信は、交互双方向通信である。
本発明に関して、「交互双方向通信」とは、データを両方向に向けて送信できるが、ただし交互方式であること（即ち、半二重通信）を意味する。

より具体的には、この交互双方向通信では、送信されたデータは２進データである。この交互双方向通信はビットごとに（bit-by-bitで）行われる。
有利には、このコネクタは、トランスミッタとレシーバとがそれらの間に少なくとも１つの自由度を有するシステムにおいて使用することができる。

この誘導コネクタは次のいずれかでよい：
・前記２つの装置（トランスミッタとレシーバ）間の相対移動が軸方向であるフックアップ型（hookup-type）の電気接続システム、
・前記２つの装置間の相対移動が回転であるコレクタ型（collector-type）の送電システム、
・これら２つの移動が組み合わされているシステム。

本コネクタは、それぞれトランスミッタおよびレシーバ上に配置された一次巻線１１および二次巻線２２を備える。
図１に示した態様では、一次巻線１１はシース１２の内部に巻かれ、トランスミッタに接続されている。

二次巻線２２はドラム２３の周囲に巻かれている。この二次巻線はレシーバに接続されている。
図１に示した態様では、一次および二次巻線１１、２２は、一方が他方の内部に嵌まるようになっている。より具体的には、二次巻線２２が一次巻線１１の内部にくるようになっている。

図示しない別の態様では、二次巻線の内部に一次巻線がくるようにされる。この場合、一次巻線が前記コア（ドラム）の周囲に巻かれ、二次巻線が前記スリーブの内部に巻かれる。

もちろん、一次巻線と二次巻線との間の他の磁束移動関係を構想することもできる。例えば、向かい合わせで互いに平行に配置された平板型（flat-plate-type）の一次および二次巻線、または一方を他方の内部に配置することができる直径の異なる円筒を形成するような湾曲面型（curved-plate-type）の一次および二次巻線など。

即ち、この誘導コネクタは、用途に応じて異なる各種のシステムに適合させることができる。
［巻線］
一次および二次巻線１１、２２は次に述べるように設計される。

一次および二次巻線１１、２２は一次および二次電圧に応じて異なる巻数からなる。
１態様において、二次巻線２２は一次巻線１１より軸方向における長さが短い。
図１に示した態様において、一次巻線および二次巻線は、互いに直径が異なる２つの同軸円筒に沿って周回している。

各巻線１１、２２は、２本の同一の平行な導線を備える。
具体的には、各巻線１１、２２は、２本の電線巻線３４、３５を備え、各巻線は両端３１、３２' 、３２”、３３を含む。

各巻線１１、２２について、２本の電線巻線３４、３５は同心で交互巻き（インターレース）されている。
各巻線１１、２２について、２本の巻線３４、３５の片方３４の一端３２’は、巻線３４、３５の他方３５の一端３２”に接続されている。

これらの端部３２’、３２”が接続されて、巻線１１、２２の中点３２を形成する。
従って、一次および二次巻線１１、２２はいずれも、中点３２を持つ３接続点巻線３１、３２、３３である。

一次巻線１１の３接続点３１、３２、３３は、後述するトランスミッタの電子ボード１３に接続されている。
二次巻線２２の３接続点３１、３２、３３は、後述するレシーバの電子ボード２４に接続されている。

２本の巻線３４、３５の自由端部３１、３３は、巻線に交流電流が流れている時には位相逆位電位 (phase opposition potential) を有する。
好ましくは、交流の周波数は１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。

［１態様の説明］
上述した誘導コネクタは、送電器Ｅによる受電器Ｒの非電気接触式の給電と、送電器Ｅおよび受電器Ｒ間の非接触式データ伝送の両方を必要とする、多様な用途に使用することができる。

給電および双方向通信が共に非接触で行われことにより、本誘導コネクタは多数の用途に適合可能となる。
具体的には、上述した誘導コネクタは、固定要素およびこの固定要素に対して可動性の移動要素と共に使用することができる。

この場合、移動要素は送電器と受電器のいずれとすることもできる。
本誘導コネクタはまた、どちらも互いに対して可動性の２つの移動要素と共に使用することもできる。

図３を参照すると、上記コネクタを使用することができる用途の１例が示されている。
この用途では、送電器（トランスミッタ）Ｅは、受電器（レシーバ）Ｒの給電用の電源（図示せず）を備えた移動要素である。

レシーバＲは、その電源に関して自給式ではない固定要素である。有利には、レシーバＲは、エネルギー貯蔵手段（バッテリーのような）を備えることができず、もっぱらトランスミッタＥのみから電力供給される。レシーバＲはトランスミッタＥに伝達すべきデータを測定するためのセンサ４０を備える。

より具体的には、この用途では、トランスミッタＥは海洋ロボットであり、レシーバＲは海底４１に打ち込んだ杭である。レシーバＲのセンサ４０は、海洋の地震データを測定することができる。

この杭は、長い年数（例えば、１０〜１５年）海底に置いておくものであって、相当な深さ（例えば、海面４２の下２０００メートルの深さ）での使用に適したものである。
ロボットは、海洋地震データ測定試験を行うために、例えば１カ月間、杭に配置するものである。

一次および二次巻線１１、２２は、腐食および老化から防護される。具体的には、一次および二次巻線１１、２２の周回巻き部分は非変質性の熱可塑性被覆を備えることができる。

かかる海中地球物理学的データ採集装置の作用方式について次に説明する。
一次巻線１１を備えるロボット（トランスミッタＥ）は、海中４３内を移動する。
ロボット（トランスミッタＥ）が杭（レシーバＲ）の近くにくると、それが杭にかぶさって、二次巻線２２が一次巻線１１内に侵入するようになる。

こうしてロボット（トランスミッタＥ）が所定位置に配置されると、一次巻線１１により発生された磁束が二次巻線２２により受容される。この磁束により、杭（レシーバＲ）の電子回路への給電が可能となる。

ロボット（トランスミッタＥ）が杭（レシーバＲ）に、海洋地震データを測定するためのマイクロプログラム（または単にパラメータ）を送信する。杭はそのセンサ４０を用いて地震データを測定する。地震データが測定されたら、杭（レシーバＲ）はそのデータをロボット（トランスミッタＥ）に送信し、ロボットはそのデータをメモリ（図示せず）内に保存するか、または補助手段（例えば、高周波アンテナ）を利用してデータを外部に送信する。

このように、一次および二次巻線１１、２２は、ロボットによる杭への非電気接触の給電と、ロボットと杭の間の非電気接触の双方向通信の両方を可能にする。
上述したように、ロボットと杭との間の磁束移動関係は、一次巻線の中に二次巻線が入れ子式に入り込む以外の形式のもの、例えば、互いに平行に向かい合って配置された２枚の平板型、或いは一方を他方の中に配置することができる異なる直径の２つの円筒が得られるような湾曲板型の一次巻線および二次巻線によるもの、とすることができる。

［トランスミッタの電子ボード］
トランスミッタとレシーバとの間の送信および給電の非電気接触モードのより詳細について次に説明する。

トランスミッタは下記を備える：
・一次巻線に低周波交流給電電流を印加するための給電回路、
・一次巻線に接続されたデータ伝送回路。

これらの回路は電子ボード（電子配線板）上に配置されており、該ボードの各種要素については以下に詳述する。
図４は、トランスミッタＥの電子ボード１３を示す。

このトランスミッタの電子ボード１３の図は、まず一次巻線１１の３つの接続点３１、３２、３３に接続するための第１、第２および第３の接続点Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３を示す。
一次巻線１１の中点３２は、第２接続点Ｊ２に接続される。一次巻線１１の２つの自由端３１、３３は第１および第３の接続点Ｊ１、Ｊ３に接続される。

一次巻線に交流を印加するため回路は、制御装置１４により制御された第１および第２のスイッチＱ１、Ｑ２を備える。図４に示した態様では、制御装置１４はマイクロコントローラである。

第１および第２の制御されたスイッチＱ１、Ｑ２は、直流電圧を交流電圧に変換（従って、直流電流を交流電流に変換）することができる。具体的には、第１および第２の制御されたスイッチＱ１、Ｑ２の切り換え（スイッチング）は、低周波交流給電電流を発生させることができる。

交流給電電流の周波数は好ましくは１ｋＨｚないし５００ｋＨｚである。
一次巻線には一次巻線１１の中点３２でＪ２において接続されたコイルＬ１を通して電力が供給される。

一次巻線１１は、電子ボード１３のキャパシタＣ２、Ｃ３により低周波交流の周波数に同調させた共振回路を形成する。これらのキャパシタのキャパシタンス（単位：ファラド）は、一次巻線１１のインダクタンス（単位：ヘンリー）に応じて選択される。

中間周波数（数キロヘルツ〜数百キロヘルツ）での振動が第１および第２の制御されたスイッチＱ１、Ｑ２により保持される。
始動時に開いている（即ち、オフである）第３の制御されたスイッチＱ３が、第１および第２の制御されたスイッチＱ１、Ｑ２をパワー・オン中の短絡から保護する。

一次巻線において交流給電電流を発生させるために、第１および第２スイッチは、例えば、第１および第２の制御されたスイッチＱ１、Ｑ２がＭＯＳまたはＩＧＢＴトランジスタである場合、場合によりパイロットＵ１Ａ、Ｕ１Ｂを介して、制御装置１４により一定周波数に制御される。

具体的には、第１および第２スイッチは、該制御装置により該制御されたスイッチの制御入力に送られたスロット信号により制御される。これらのスロット信号は、制御装置の制御信号を示している図６に示されるように、互いに対してオフセット（位相シフト）されている。

制御装置１４が、第２の制御されたスイッチＱ２（オフ状態）の遮断（ブロッキング）５０を制御している時、この制御装置１４は、「短い」時間経過５２（例えば、０.２μｓに等しい）の後、第１スイッチＱ１（オン状態）の通電３１を制御する。制御装置１４が第１スイッチＱ１の遮断３０を制御している時は、この制御装置１４は「短い」時間経過（典型的には０.２μｓに等しい）の後、第２スイッチＱ２の通電５１を制御する。

こうして、第１および第２の制御されたスイッチは、交流給電回路の一次巻線１１における振動を維持することができる。
制御されたスイッチＱ１、Ｑ２の一方のスイッチの遮断の制御とスイッチＱ１、Ｑ２の他方のスイッチの通電の制御との間に「短い」時間経過５２があることで、第１および第２の制御されたスイッチＱ１、Ｑ２が同時にオンになる（これはトランスミッタ回路の劣化につながりうる）ことが防止されうる。

図４に示した態様では、レシーバＲにデータを送信するために、トランスミッタＥの制御装置１４は、第１および第２の制御されたスイッチＱ１、Ｑ２の通電時間３１、５１を変化させる。

この変更されたサイクルは、対称振動に対応するものに相補的なデータを発生させる。
有利には、このデータは２進モードで送信される。
図７に示すように、第１のデータ値６１（図示例では「１」）を送信するために、制御装置１４は第１および第２の両方のスイッチの制御入力にスロットを送る。

第１および第２のスイッチのスロットは互いからオフセット（食い違いに）され、第１のスイッチＱ１に適用されたスロットの高レベルは、第２のスイッチＱ２に適用されたスロットが低レベルである時間間隔中にくるようにし、そして第２スイッチＱ２に適用されたスロットの高レベルは、第１のスイッチＱ１に適用されたスロットが低レベルである時間間隔中にくるようにする。

第２のデータ値６０（図示例では「０」）を送信するために、制御装置１４は第１の制御されたスイッチＱ１にスロットを送り、第２の制御されたスイッチＱ２には送らない。
第２のデータ値を送信するためにスイッチの一方だけに適用されたこのスロットは、一次巻線を同調された回路の共振時間の半分とは異なる持続時間を有することができる。例えば、このスロットの持続時間は、共振時間の半分より大きくすることができる。

この態様によると、送信データは８ビットまたは１６ビットデータである。もちろん、送信データがＮビット（ここで、Ｎは整数、好ましくは８の倍数）を含むたの態様を想定することができる。

図７に示した態様では、第１の制御されたスイッチＱ１の通電時間は、第２の値の送信中には延びている。
具体的には、第２の値の送信中に、そのスロットの末端エッジ３７を、第１のデータ値送信するために制御された第１のスイッチＱ１に適用されたスロットの末端エッジ３８の時間に対して遅らせる。

こうして、トランスミッタからレシーバにデータ項目を送信するために、トランスミッタのデータ伝送回路は交流給電電流の波形を選択的に直接変更することができる。
変更例によると、トランスミッタのデータ伝送回路は、交流電流の片交番についてだけ、交流給電電流の波形を変更することができる。

本発明において「片交番」とは、交流給電電流の半周期（その間に給電電流は向きを変えない）の一方または他方を意味する。
有利には、トランスミッタからレシーバへのデータ伝送中に、データ値を含む２つの信号の間にデータ値を含んでいない交番（いわゆる、無変調の（modulation-free）または純粋な (pure) 交番）が使用されるように、トランスミッタ（およびレシーバ）を形作ることができる。これは、トランスミッタとレシーバとの間の周波数ドリフトの回避を可能にし、従ってシステムの信頼性を増大させる。

第２の接続点Ｊ２は、下記を可能にする手段に接続される：
・一次巻線１１の給電、および
・受電器（レシーバ）により送信された信号の検出および受信。

このような手段はコイルＬ１および第４のトランジスタＱ４を備える。
一次巻線１１の給電は、コイルＫＬ１、ならびに第４のトランジスタＱ４およびダイオードＤ２を含む、コイルＬ１中の電流を検出するための装置により提供される。

コイルＬ１を流れる電流の向きに依存して、第４のトランジスタＱ４は通電され、または遮断される。従って、コイルＬ１中の電流の向きの反転が第４の制御されたスイッチＱ４により検出される。

これは、制御装置１４により受信されるように形成された（第５のトランジスタＱ５により）２進信号を生じ、この装置が該２進信号を記憶（保存）するか、またはそれを外部装置に送る。

制御装置１４は、ＲＸおよびＴＸラインにより外部とシリアルデータを交換する。これらの通信は「半二重」通信である。
［レシーバの電子ボード］
図５は、レシーバＲの第２コネクタ２の電子ボード２４を示す。

レシーバの電子ボード２４の回路図は、二次巻線２２の３つの接続点３１、３２、３３に接続するための第１、第２および第３の接続点Ｊ１’、Ｊ２’、Ｊ３’を示す。
二次巻線２２の中点３２は第２接続点Ｊ２’に接続される。この第２接続点Ｊ２’は、参照電位（基準電位）（接地）に接続される。

二次巻線２２の２つの自由端３１、３３は第１および第３の接続点Ｊ１’およびＪ３’に接続される。
第１および第３の接続点Ｊ１’、Ｊ３’の間の信号はキャパシタＣ１によりフィルタリングすることができる。このキャパシタＣ１のキャパシタンスは、二次巻線２２との共振回路ができるのを避けるように（十分に小さく）選択される。

従って、二次巻線２２は、使用する交流給電電流の周波数に同調させない。それにより、二次巻線における「欠陥」、より具体的には、レシーバのレベルでのトランスミッタにより発生した波形変更、を見つけることが可能となる。例えば、交流正弦波形の給電回路の場合、二次巻線を使用交流電流の周波数に同調させないことにより、レシーバのレベルでの正弦波形の歪みを見つけることが可能となる。

第３の接続点Ｊ３’はレシーバへの給電手段に接続される。
レシーバへの給電手段はダイオードＤ４およびレギュレータ２６を備える。
第３接続点Ｊ３’に接続された二次巻線２２の末端での交流電圧は、直流電圧を生じさせるためにダイオードＤ４により整流される。この直流電圧はレギュレータ２６により受けとられる。

レギュレータ２６は、レシーバの電子ボード２４の制御装置２５の給電に必要な電圧を取り戻す。図５に示した態様では、制御装置２５はマイクロコントローラである。
第１接続点Ｊ１’は下記に接続される：
・トランスミッタＥにデータを送信するための手段、
・トランスミッタＥからのデータを受信するための手段。

トランスミッタへのデータ伝送手段は、制御装置２５により制御される第１のスイッチＴ１を備える。
第１接続点Ｊ１’に接続された方の二次巻線２２の末端での交流電圧は、ブリッジ整流器により整流される。図５に示した態様では、このブリッジ整流器はダイオードＤ２を備える。

制御装置２５は、第２の制御されたスイッチＴ２によって動力源がオンになる第１の制御されたスイッチＴ１の通電を制御する。
制御装置２５はセンサ４０に、このセンサ４０への信号の受信および送信用の第４および第５の接続点Ｊ４’、Ｊ５’によって接続される。

制御装置２５が第４の接続点Ｊ４’に接続されたセンサ４０の１つから測定データを受信している時、この制御装置は二次巻線２２から来る電流の通過を中断するために第１の制御されたスイッチＴ１を遮断するよう制御する。

第１の制御されたスイッチＴ１の遮断は、二次巻線２２の末端でのインピーダンスを変更する。
トランスミッタのレベルでの二次巻線２２の末端でのインピーダンスの変更は、トランスミッタの回路の電流変化（トランスミッタの回路のコイルＬ１における電流の向きの反転）を生じさせる。こうしてレシーバによるデータの送信を検出したトランスミッタは、それ以上のデータを送信せず、波形が変更されていない交流給電電流（即ち、安定した交流給電電流）を一次巻線に供給する。

トランスミッタの第４のスイッチＱ４はコイルＬ１内を流れる電流の方向に応じて状態（オンまたはオフ）を変化させる。従って、この第４の制御されたスイッチＱ４は、レシーバにより送信されたデータ値に対応する２進信号を生ずる。この２進信号が形成（第５の制御されたスイッチＱ５により）され、トランスミッタの制御装置１４に送られると、トランスミッタはその信号を記憶するか、または外部に送る。

これがレシーバからトランスミッタへのデータの送信方法である。
有利には、レシーバからトランスミッタへのデータの送信中に、データ値を含む２つの信号の間にはデータ値を含まないＮ個の交番（即ち、Ｎ個の純粋な交番）が使用されるようにレシーバを形作ることができる。これにより、システムの信頼性を高めることができる。

好ましくは、Ｎは２〜４の範囲内である。
第３の制御されたスイッチＴ３が第１接続点Ｊ１’に接続される。この第３の制御されたスイッチＴ３は、レシーバの制御装置２５をトランスミッタの制御装置１４に同期させ、トランスミッタからのデータを受信するために使用される。

トランスミッタからの信号の時間が一定であることにより、トランスミッタとレシーバとの間に同期クロックを設けることが可能となる。
第３の制御されたスイッチＴ３は、二次巻線２２内を流れる電流の向きに従って通電を許し、または遮断することによって、制御装置２５により受信される２進矩形信号を生ずる。

一次巻線１１の交流給電電流が安定している（即ち、この交流給電信号の波形がデータ値を送信するためにトランスミッタにより変更されていない）時には、第３の制御されたスイッチは、制御装置により受信される（２進の）安定した矩形信号を生ずる。この安定な矩形信号により、レシーバの制御装置をトランスミッタの制御装置と同期させることが可能なる。こうして、送電装置と受電装置との間の同期クロックが得られる。

第３の制御されたスイッチＴ３はまた、トランスミッタからのデータを受信するためにも使用される。
トランスミッタによるデータの送信により生じた交流給電電流の波形の歪みが、この第３の制御されたスイッチＴ３によって検出される。

この歪みは、前記制御装置に送られる、第３の制御されたスイッチＴ３からの矩形信号に変動を生じさせる。
トランスミッタにより送られたデータの値を求めるために、第３の制御されたスイッチＴ３からの矩形信号のサイクル比を算出する。

図８を参照すると、本発明において、「サイクル比」とは、次の２つの値の間の比を意味する：
・第３の制御されたスイッチＴ３からの矩形信号が時間Ｐにわたる時間内で高レベルにある間の持続時間７０、７１、７２＋７３；
・時間Ｐの持続時間７４。

時間Ｐは、交流給電電流の波形がトランスミッタにより変更されていない時に第３の制御されたスイッチＴ３が同系列（同シリーズ）の値をとるまでの時間間隔に対応する。
第３の制御されたスイッチＴ３からの矩形信号が高レベルにある間の持続時間は、下記に対応することができる：
・ある期間における単一の高レベルに対応する、同期間における単一の持続時間７１、
・ある期間における複数の高レベルに対応する、複数の持続時間７２、７３の総和。

このサイクル比はトランスミッタにより送信されたデータの値（「０」または「１」）を表示する。
以上がトランスミッタからレシーバへのデータ送信方法である。

上述したコネクタは、例えば、反応器ブレード内の応力測定、または第１の要素が第２の要素によって動力供給され、これら２つの要素間の双方向通信の確保が求められる任意の他の用途といった多くの用途に適用することができる。これらの要素は次のいずれかとすることができる：
・固定要素と、この固定要素に対して可動性の可動要素、または
・２つの可動要素。

Claims (48)

1. 電気エネルギー供給源を有するトランスミッタ（Ｅ）と、その給電に関して自給式ではないレシーバ（Ｒ）とを備え、該トランスミッタおよび該レシーバはそれぞれ、磁束移動関係にすることが可能な一次巻線(11)および二次巻線(22)を備え、該トランスミッタは、該二次巻線上に該レシーバの給電に用いる電流を生ずるように低周波数の交流給電電流を一次巻線上に印加するための回路を備え、そして該トランスミッタおよび該レシーバは該一次巻線および該二次巻線に接続されたデータ伝送回路を有する、非接触式給電および非接触式データ伝送システムであって、トランスミッタ側の前記データ伝送回路は該交流給電電流の波形を選択的に直接変更することができ、レシーバ側の前記データ伝送回路は、これらの波形変更を検出して、該交流給電電流の周波数が一定である、異なる波形に対応する異なる値のデータを該トランスミッタから該レシーバに個々に送信することができることを特徴とする、前記システム。
2. 波形変更が、電流の片交番に対してだけ適用されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. トランスミッタ側のデータ伝送回路が、２つの半波長の対称性を変更することができることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 一次巻線が前記低周波数の交流電流の周波数に同調されていて、かつ前記データ伝送回路が、一次巻線を含む同調された回路の励起を変更することができる少なくとも１つの制御されたスイッチ(Q1、Q2)を備えることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記データ伝送回路が制御装置(14)により制御された一対のスイッチ(Q1、Q2)を備え、該制御装置が、これらの制御された一対のスイッチの制御入力のために、第１のデータ値(61)を送信するためには一方のスロットの高レベルが他方のスロットの低レベルの時間間隔中に存在する、互いからオフセットされた複数スロットを付与し、または第２のデータ値(60)を送信する場合には、他方のスイッチにはスロットを存在させずに、スイッチの一方に設けた１つのスロットを付与することができることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 第２のデータ値を送信するためにスイッチの一方に適用されたスロットが一次巻線を含む同調された回路の共振時間の半分とは異なる値を有することを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記スロットの持続時間が前記共振時間の半分より大きいことを特徴とする、請求項６記載のシステム。
8. 前記スロットの末端エッジ(37)の時間が、第１のデータ値を送信するために同じ制御されたスイッチに適用された別スロットの末端エッジ(38)の時間に対して遅延されていることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
9. レシーバ側のデータ伝送回路が、トランスミッタにより送信されたデータの値を表示する矩形信号を生ずるように、二次巻線の末端で電圧をクリッピング（制限）することができることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
10. 矩形信号のサイクル比が各データ項目の値を表示することを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. レシーバ側のデータ伝送回路が、二次巻線の末端でのインピーダンスを選択的に変更することができ、かつトランスミッタ側のデータ伝送回路が一次巻線の回路内の電流変化を検出することができることを特徴とする、請求項１〜10のいずれかに記載のシステム。
12. レシーバ側のデータ伝送回路が、前記インピーダンス変更を実施するように、二次巻線に接続されたブリッジ整流器(D2)の下流で短絡させることができるスイッチ(T1)を備えることを特徴とする、請求項11に記載のシステム。
13. 前記インピーダンス変更が電流の片交番についてのみ行われることを特徴とする、請求項11または12に記載のシステム。
14. トランスミッタ側のデータ伝送回路が、一次巻線に接続されたコイル(L1)を通して電流反転を検出することができることを特徴とする、請求項11〜13のいずれかに記載のシステム。
15. 反転した電流がスイッチ(Q4)の状態の変化を制御することができることを特徴とする、請求項14に記載のシステム。
16. 受電器 (レシーバ) がバッテリを備えておらず、該レシーバの給電が二次巻線内の電流によってのみ提供されることを特徴とする、請求項１〜15のいずれかに記載のシステム。
17. 前記一次巻線および二次巻線が、一方が他方の内部に嵌まり込む、直径の異なる二つの同軸円筒形状に配置されていることを特徴とする、請求項１〜16のいずれかに記載のシステム。
18. 一次巻線が二次巻線の外側に位置することを特徴とする、請求項17に記載のシステム。
19. 二次巻線が一次巻線より軸方向に短いことを特徴とする、請求項18に記載のシステム。
20. 一次巻線および二次巻線が、中点(32)を有する３点巻線(32、32、33)であることを特徴とする、請求項１〜19のいずれかに記載のシステム。
21. 交流電流の周波数が約１kHz〜500 kHzの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜20のいずれかに記載のシステム。
22. その給電に関して自給式ではない受電装置(R)の非接触給電を確保し、それにデータを送信するための送電装置(E)であって、前記受電装置の二次巻線(22)との磁束移動関係にするための一次巻線(11)、および該一次巻線に低周波数の交流給電電流を印加するための回路、ならびに該一次巻線に接続されたデータ伝送回路を備える装置であり、前記データ伝送回路が、異なる波形に対応する異なる値のデータを選択的に送信するように、前記交流給電電流の波形を選択的に直接変更することができることを特徴とする送電装置。
23. 前記波形変更が該電流の片交番に対してのみ適用されることを特徴とする、請求項22に記載の装置。
24. 前記データ伝送回路が二つの半波長の対称性を変更することができることを特徴とする、請求項23に記載の装置。
25. 一次巻線が低周波数の交流電流の周波数に同調され、かつ前記データ伝送回路が、一次巻線を含む同調された回路の励起を変更することができる少なくとも１つの制御されたスイッチ(Q1、Q2)を備えることを特徴とする、請求項24に記載の装置。
26. 前記データ伝送回路が制御装置(14)により制御される一対のスイッチ(Q1、Q2)を備え、該制御装置は、これらの制御された一対のスイッチの入力を制御するために、第１のデータ値(61)を送信するためには一方のスロットの高レベルが他方のスロットの低レベルの時間間隔中に存在する、互いからオフセットされた両スロットを付与し、または第２のデータ値(60)を送信する場合には、他方のスイッチにはスロットを存在させずに、スイッチの一方に設けた１つのスロットを付与することができることを特徴とする、請求項25に記載の装置。
27. 第２のデータ値を送信するためにスイッチの一方に適用されたスロットが、一次巻線を含む同調された回路の共振時間の半分とは異なる持続時間を有することを特徴とする、請求項26に記載の装置。
28. 前記スロットの持続時間が前記共振時間の半分より大きいことを特徴とする、請求項27記載の装置。
29. 前記スロットの末端エッジ(37)の時間が、第１のデータ値を送信するために同じ制御されたスイッチに適用された別スロットの末端エッジ(38)の時間に対して遅延されていることを特徴とする、請求項28に記載の装置。
30. 前記データ伝送回路が、受電装置から送電装置へのデータの送信を可能にするように、一次巻線回路内の電流変化を検出することができることを特徴とする、請求項22〜29のいずれかに記載の装置。
31. 前記インピーダンス変更が電流の片交番についてのみ行われることを特徴とする、請求項30に記載のシステム。
32. 受電装置側のデータ伝送回路が、一次巻線に接続されたコイル(L1)を通して電流反転を検出することができることを特徴とする、請求項30または31に記載の装置。
33. 反転した電流がスイッチ(Q4)の状態の変化を制御することができることを特徴とする、請求項32に記載の装置。
34. 一次巻線が一次巻線を収容するためのシース(12)内で円筒形状に配置されていることを特徴とする、請求項22〜33のいずれかに記載の装置。
35. 一次巻線が、中点(32)を有する３点巻線(32、32、33)であることを特徴とする、請求項22〜34のいずれかに記載の装置。
36. 交流電流の周波数が約１kHz〜500 kHzの範囲内であることを特徴とする、請求項22〜35のいずれかに記載の装置
37. 水中地球物理学的データ収集装置と共働させるための水中ロボットにおける請求項22〜36のいずれかに記載の送電装置の使用。
38. その給電に関して自給式ではなく、送電装置(E)により非接触で給電され、かつそれにデータを送信し、それからデータを受信するための受電装置(R)であって、前記送電装置の一次巻線(11)との磁束移動関係にするための二次巻線、該二次巻線内を循環する低周波交流電流から該装置に給電するための回路、および異なる波形に対応する異なる値のデータを別々に受信するように、それ自体交流電流の波形変更を検出することができるデータ伝送回路を備える受電装置。
39. 前記データ伝送回路が、受信したデータ値を表示する矩形信号を生ずるように、二次巻線の末端で電圧をクリッピングすることができることを特徴とする、請求項38に記載の装置。
40. 矩形信号のサイクル比が各データ項目の値を表示することを特徴とする、請求項39に記載の装置。
41. レシーバ側のデータ伝送回路が、送電装置により検出されるための異なるインピーダンス状態に対応する異なる値のデータをそれぞれ送信するために、二次巻線の末端でインピーダンスを選択的に変更することができることを特徴とする、請求項38〜40のいずれかに記載の装置。
42. 前記データ伝送回路が、前記インピーダンス変更を実施するように、二次巻線に接続されたブリッジ整流器(D2)の下流で短絡させることができるスイッチ(T1)を備えることを特徴とする、請求項41に記載の装置。
43. 前記インピーダンス変更が電流の片交番についてのみ行われることを特徴とする、請求項41または42に記載の装置。
44. 二次巻線が、その回りに二次巻線を配置するためのドラム(23)の回りで円筒形をなすように配置されていることを特徴とする、請求項38〜43のいずれかに記載の装置。
45. 二次巻線が、中点(32)を有する３点巻線(32、32、33)であることを特徴とする、請求項38〜44のいずれかに記載の装置。
46. 交流電流の周波数が約１kHz〜500 kHzの範囲内であることを特徴とする、請求項38〜45のいずれかに記載の装置。
47. 請求項38〜46のいずれかに記載の受電装置(R)を備えることを特徴とする、水中地球物理学的データ収集装置。
48. 固定構造物と機械の回転要素との間の、接触を伴わない給電およびデータ伝送を行うためのシステムであって、前記固定構造物に設けた請求項22〜36のいずれかに記載の送電装置と、前記回転要素に設けた請求項38〜46のいずれかに記載の受電装置とを備え、これらの装置の一次巻線および二次巻線は円筒形で、前記回転要素の回転軸に従って一方が他方の周囲を周回するように配置されていることを特徴とするシステム。

Images