JP3217931U - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】わずかな消費で様々な適用場合と周囲に適合する、ワイヤレスで作動する通信装置を提供すること。【解決手段】本考案によって提案される通信装置は、モジュラー状にまとめられた構造において、機械的な回転運動を発生させるための第１のモジュールを有し、その回転運動の回転エネルギーが第２のモジュール、すなわち変換器モジュール、によって電気的エネルギーに変換される。第３のモジュールは、変換器モジュールから供給されるエネルギーを供給され、かつ駆動される、送信モジュールである。【選択図】図５

Description

信号をワイヤレスで伝送するために、伝送を作動させるために必要なエネルギーを、伝送する器具の周囲から引き出す装置が知られている。
この種の装置は、言語習慣においてはエネルギーハーベスターとも称される。

この種の装置の例が、無線スイッチであって、その無線スイッチは、ボタンを機械的に押すことによって信号を発生させ、その信号がワイヤレスで受信器へ伝送されて、その受信器がその後電気器具をスイッチオンし、あるいはオフする。

エネルギーハーベスターは、送信器にパワーを供給するためにも利用され、そのパワーが、センサによって検出された測定値をワイヤレスで伝送する。
この目的のために使用可能な電気力学的なエネルギー変換器がすでに知られており、そのエネルギー変換器は、ハウジング内に弾性的に支承された、永久磁石を備えた振動子を有しており、その振動子がコイルに対して移動する。
このエネルギー変換器は、震動から機械的なエネルギーを引き出す（特許文献１）。

さらに、モバイル器具に取り付けるための通信装置が知られており、その通信装置は測定データを送信器によって伝送する。
装置は、バッテリの形式の、エネルギー蓄積装置を有している。バッテリを充電するために、風力機械とジェネレータとを備えたエネルギー変換器が用いられる（特許文献２）。

独国特許出願公開第１０２００９０４１０２３（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１００４６５９８（Ａ１）号明細書

本考案の課題は、わずかな消費で様々な適用場合と周囲に適合する、ワイヤレスで作動する通信装置を提供することである。

この課題を解決するために、本考案は、請求項１に記載された特徴を有する通信装置を提案する。
本考案の展開が、下位請求項の対象である。

したがって本考案によれば、この種の通信装置は少なくとも３つの構成部分から構築されており、それらがモジュラー状にまとめられる。
第１のモジュールは、運動エネルギーを電気的エネルギーに変換し、変換器モジュールと称される。
第２のモジュールはエネルギー制御モジュールであって、変換器モジュールによって準備された電気的エネルギーを、たとえば、予め定められた周辺条件に従って電気的エネルギーを供給することができるようにするために、蓄積し、変化させ、かつ／または変換する。
第３のモジュールは送信モジュールであって、電気的エネルギーを自らを駆動するために使用し、かつ通信信号、たとえば測定値信号、を送信する。

それぞれ個々に交換することができる、３つの構成部分からなるモジュラー構造によって、それぞれ適用場合に従って、特にその適用場合に適したモジュールを選択して、通信装置内で使用することが可能である。

本考案の展開において、第４のモジュールが運動モジュールとして設けられており、その運動モジュールは変換器モジュールと接続されており、かつ機械的に運動、特に回転運動、を発生させる。

運動がすでに適切な形式で存在する、特殊な適用場合においては、変換器モジュールを有する通信装置は運動エネルギーを直接取り出すことができるので、運動モジュールは不要である。

したがって展開においては、通信装置のモジュールを個々に、他の特性の、好ましくは等しい、あるいは互換の組立高さのモジュールと交換できる可能性が存在する。

展開においては、本考案によって提案される通信装置において、少なくとも１つの好ましくは機械的にそれ自体閉鎖されたモジュールを、等しい機能性と同一または互換の組立高さの多数のモジュールから選択することができる。

本考案によれば、少なくとも１つのモジュールが機械的に分離されたコンポーネントとして実現されており、そのコンポーネントは、対応づけられた隣接するモジュールと機械的及び機能的に結合することができるように、形成されている。

それぞれ使用されるコンポーネントに応じて、本考案によれば、展開において、エネルギー制御モジュール又は送信モジュールがパワー適合を有することができる。このパワー適合は、エネルギー変換器から供給された電気的エネルギーを送信モジュールのエレクトロニクスの要件に、かつ場合によってはアクティブなセンサの要件にも適合させるために、用いられる。

ここで考察する種類の通信装置は、測定値の伝送器として使用することができる。
したがって、測定すべき値が直接回転運動を発生させない場合に、展開において、送信モジュールは測定値センサのための接続可能性を有することができる。
その場合にセンサが、その駆動のために電気的パワーも必要とするセンサである場合に、パワー適合がこのセンサも担当すると、有意義である。

本考案の他の形態において、回転運動を機械的に発生させる装置は、ばね弾性を供給される押しボタンを有することができ、そのばね弾性供給が、押しボタンを常に初期位置へ変位させるために用いられる。
この種の押しボタンによって、たとえば装置の状態の変化、たとえばフラップの開放又は閉鎖、をチェックすることができる。

回転運動を発生させるために、展開において、押しボタンはクランク駆動装置に作用することができる。
線形に操作する場合に回転運動を発生させる他の可能性は、ラックを使用することが考えられる。
回転運動を発生させるためのさらに他の可能性は、もちろんタービンの使用が考えられ、そのタービンは流れに、たとえば空気の流れあるいはまた水の流れに、さらされる。
展開において、回転運動を発生させる装置は、増速または減速を有するギア機構を有することもできる。
特に押しボタンが回転運動を発生させる場合に、装置は戻り止めを備えたフリーホィールを有することができ、それによって押しボタンを複数回操作することによって長く続く回転運動を発生させることができる。

本考案のさらなる展開において、変換器モジュールは少なくとも１つの永久磁石を備えたロータと、エアギャップによってロータから分離された、少なくとも１つのコイルを備えたステータとを有することができる。
永久磁石の数と形成、及び、コイルの数と形成によって、変換器モジュールから供給される電気的パワーは、広い限界内で変化させることができる。
たとえば、ロータは交互に極性の違う永久磁石を有することができ、かつステータのコイルの数と大きさは、永久磁石の数と大きさに等しくすることができる。

本考案の展開において、少なくとも１つのコイルは、導体基板上に取り付けることができる。導体基板には、エネルギー制御モジュール及び／又は送信モジュールのためのプラグインプレースを設けることができる。

本考案の他の形態において、機械的に回転運動させられる構成部分は、変換器モジュールのロータとすることができる。

本考案の展開において、エネルギー制御モジュールは導体基板を有しており、その上に変換器モジュールが配置されており、かつ導体基板は送信器モジュールのためのプラグインプレースを有している。

本考案によれば、ここで記述されるような通信装置は、信号発生器として使用することができる。
したがってたとえば押しボタンの操作が、すでに信号であって、その信号がワイヤレスで伝達される。
タービンまたは風力機械によって回転運動を発生させる場合も、たとえば流れ運動の存在が取り出される場合に、回転自体が信号となり得る。

本考案によれば、ここで記述されるような通信装置は、センサ測定値を伝送するために使用することができる。
この場合において、機械的に発生される回転運動は、送信モジュールに、そして場合によってはセンサに、パワー供給するためだけに用いられる。

本考案は、同様に、通信装置のための回転運動を機械的に発生させる、モジュールとして形成された装置を提案する。
本考案は、同様に、通信装置のための変換器モジュールを提案し、その変換器モジュールは、少なくとも１つの永久磁石を備えたロータと、エアギャップによってロータから分離された、少なくとも１つのコイルを備えたステータとを有している。

本考案は、さらに、通信装置のためのエネルギー供給モジュールを提案し、そのエネルギー供給モジュールは、回転運動を機械的に発生させるための、運動モジュールとして形成された装置と、回転運動の回転エネルギーを電気的エネルギーに変換するための変換器モジュールとを有している。
モジュラー構造と、本考案によって提案される、高いエネルギー密度を可能にする変換器モジュールとに基づいて、この通信装置は大きくて多様な適用領域を有している。

本考案の他の特徴、詳細及び利点は、請求項と要約、本考案の好ましい実施形態についての以下の説明及び図面を用いて明らかにされ、請求項と要約の２つの文言は参照によって明細書の内容とされる。
その場合に異なるように示される実施形態の個別特徴は、本考案の枠を逸脱することなしに、任意のやり方で組み合わせられる。

押しボタンを用いて回転運動を発生させる装置を図式的に示している。 図１に相当する表示であって、増速ギア機構を有している。 クランク駆動装置によって回転運動を発生させるための装置を、同様に図式的に示している。 通信装置の幾何学的形状を示している。 ３つのモジュールからなる通信装置の構造を図式的に示している。 本考案に係る通信装置の変換器モジュールのロータを示す正面図である。 変化期モジュールのステータを示す正面図である。 本考案の通信装置の変換器モジュールを示す簡単な側面図である。 回転運動を発生させるためのモジュールの、図１−３に相当する表示である。 他の実施形態に基づく、本考案に係る通信装置の図式的な分解表示である。 図１０の通信装置を斜め上から示す図である。 他の実施形態に基づく、本考案に係る通信装置を示す図式的な側面図である。 図１２の通信装置を斜め上から示している。

図１は、回転運動を発生させるための装置を図式的に示している。
装置はラック１を有しており、そのラックがモジュール内にスライド可能に支承されている。
ラック１は、その自由端部に押しボタン２を有している。押しボタンは、圧縮ばね３によって図示の位置へ移動され、その圧縮ばねはハウジング壁４に支持されている。
ラック１の歯列が、歯車５と歯合する。歯車５は、示唆されるフリーホィール６を介してディスク７と結合されている。押しボタン２によってラック１が、図１において左へ、スライドする場合に、歯車５を介してディスク７が回転される。
押しボタン２を離すと、ラック１が図示される位置へ戻る。その場合にフリーホィールによって、ディスク７がラック１から分離される。
このようにして何回か押すことによって、ディスク７の比較的長く続く回転運動を発生させることができる。

図２に示す実施形態において、ラック１は歯車８と歯合し、その歯車がより大きい歯車９と相対回動不能に結合されている。
その場合にこのより大きい歯車９は、前述の実施形態の歯車５と歯合している。
２つの歯車８、９を介在させることによって、増速ギア機構が形成されるので、ラック１の同じストロークにおいてディスク７はより高速回転される。

図３に示す実施形態において、ここでも押しボタン２が設けられており、その押しボタンはモジュール内でスライド可能に案内されており、かつ圧縮ばね３によって初期位置へ移動される。
押しボタン２を有するロッド１０の屈曲された端部がコネクティングロッド１１を介してホィール１２と結合されており、その場合にコネクティングロッド１１はホィール１２に偏心してリンク結合されている。
ホィール１２は、より大きいホィール１３と結合されており、その周面は、歯車５に相当するホィール１５と係合している。
図示の例においてそれは、ホィール１３と１５の間の摩擦係合である。
その他において、ホィール１５の回転がフリーホィールを介してさらにディスク７の回転をもたらす。
したがって図３に示す実施形態は、ディスク７のためのクランク駆動装置である。

図４は、本考案の実施例に基づく通信装置の大きさと幾何学的形状を図式的に示している。
３つの部分からなる通信装置は、図４に示唆されるように、直方体に収容される。
直方体の厚みは、約１０−２０ｍｍの領域内にあり、２つの他の寸法のエッジ長さは、約５０ｍｍの領域内にある。

図５は、この種の通信装置の側面図を示している。
直方体の１つの側から押しボタン２が張り出している。押しボタンのストロークは、約２−１０ｍｍである。ボタン２は、機構１６を介してディスク７を回転させる。

図６は、変換器モジュールの、したがって第１のモジュールによって発生されるディスク７の回転運動を電気的エネルギーに変換するモジュールの、一部を側面図で示している。図６においてこれは、ロータである。
ディスク７は、変換器モジュールのロータのヨークを形成する。ディスクは、軟磁性材料からなる。その上に永久磁石１７、１８が固定されており、その極は交互に異なるように方向付けされている。
図示の例は、８つの永久磁石である。それらは、図６の上面図において円セクター形状を有している。

変換器モジュールは、図６のロータと協働するステータを有しており、そのステータが図７に正面図で示されている。ステータは、軟磁性材料からなるヨーク１９上に８つのコイル２０を有しており、それらのコイルがそれぞれ磁性材料からなるコアの回りに巻き付けられている。
コイル２０の数と大きさは、ステータ７上に取り付けられている永久磁石１７、１８の数と大きさに相当する。

図８は、図６のロータと図７のステータとからなる配置の側面図を示している。図６と７において見られる側が、互いに対向しており、かつ２つの部分の間にエアギャップ２１が形成されている。

変換器モジュールから供給される電圧は、回転速度、永久磁石とコイルの数、コイルの巻き線の数、使用される材料、エアギャップの大きさ及びもちろん配置の大きさ全体に依存している。

図９は、回転運動を発生させるための他の例を示している。
ここではロータ７と結合されているのは風力機械２２であって、図示の例においては３枚羽根の風力機械である。この風力機械２２は、タービンのための例として用いられる。もちろんタービンと風力機械の他の形態も可能である。
このように回転運動を発生させることは、たとえば、常に風が支配している環境に適している。
しかしまた、図９に示すような配置は、空気の流れ又は液体の流れの存在を表示するために用いることもできる。

図１０の表示は、運動モジュール３１と変換器モジュール３２とを有する、本考案に係る通信装置３０を図式的に示しており、その場合に運動モジュール３１と変換器モジュール３２は、共通の軸３３上に配置されている。
運動モジュール３１によって軸３３を中心とする回転運動が発生され、その回転運動がその後変換器モジュール３２によって電気的なエネルギーに変換される。
軸３３は、パワー制御モジュール３４の導体基板上に取り付けるために設けられている。
図１０の表示において、軸３３はパワー制御モジュール３４から持ち上げて示されており、破線が軸３３とパワー制御モジュール３４の結合が設けられることを示唆している。

パワー制御モジュール３４内で、変換器モジュール３２から供給された電気的エネルギーが、予め定められた周辺条件に従って変換される。
変換器モジュール３２から供給される電圧は、エネルギー制御モジュール３４内でたとえばステップアップされて、調整される。
変換器モジュール３２から交流電圧が供給され、その交流電圧は、永久磁石を有する回転するロータと回転する永久磁石に対して静止しているコイルによって誘導される。
この交流電圧は、エネルギー制御モジュール３４内で、まず変圧器によって数ボルトの値にステップアップされる。
その後電圧は整流されて、ＤＣ−ＤＣコンバータによって所望の値に調整される。
変換器モジュール３２から供給される交流電圧は、たとえばファクター１０だけステップアップすることができる。
エネルギー制御モジュール３４の初期電圧として、たとえば１．８ボルト又は３．３ボルトの値を有する調整された直流電圧が供給され、それがその後、送信モジュール３５に供給される。

送信モジュール３５は、情報、たとえば測定値信号、を無線送信することができる。
信号は、その後、たとえば中央のステーションへ、あるいは適切な制御、たとえばモータ制御へ、送信することができる。
送信モジュール３５は、図１０には示されていない、エネルギー制御モジュール３４の導体基板用のプラグインプレース内に差し込むために設けられている。
これは、図１０において送信モジュール３５とエネルギー制御モジュール３４との間の破線で示唆されている。

図１１は、図１０の通信装置３０を斜め上から示している。
通信装置３０のコンパクトな構造が認められる。
モジュラー構造の著しい利点は、個々のモジュール３１、３１、３４、３５が、他の特性を有するモジュールと交換できるだけでなく、特に市場で一般的なモジュールを使用できることにある。
たとえばエネルギー制御モジュール３４として既製のシステム、たとえばテキサスインスツルメント（Texas Instruments）のＭＳＰ４３０、リニアテクノロジー（Linear Technology）のＬＴＣ３１ｘｘあるいはＬＴＣ３５ｘｘ、を使用することができる。
送信モジュールとしても、市場で提供可能なシステム、たとえばセムテック（Semtech）ＳＸ１２３０あるいは送信モジュールＺＩＧＢＥＥを使用することができる。
送信モジュールは、たとえば３１５ＭＨｚ、４３４ＭＨｚ、８６８ＭＨｚあるいは９１５ＭＨｚの周波数を有する信号を送信することができる。
この種のシステムの到達距離は、典型的に１００ｍまでである。
伝達される信号は、たとえば運動モジュール３１がタービンを有している場合には、運動モジュール３１において発生される運動エネルギーに関する説明であり、かつ流れ速度に関する説明を行うことができる。
しかしまた、送信モジュール３５に、あるいはエネルギー制御モジュール３４に、センサを接続することもでき、その信号がその後送信モジュール３５によって送信される。

図１２の表示は、本考案に係る他の通信装置４０を図式的な側面図で示している。
運動モジュール４１と変換器モジュール４２は、共通の軸４３上に配置されている。運動モジュール４１が回転エネルギーを発生させ、その回転エネルギーがその後変換器モジュール４２によって電気的なエネルギーに変換される。
変換器モジュール４２は、図示の実施形態においてロータ４４を有しており、そのロータは軸４３上で回転し、かつ複数の永久磁石を有している。ロータ４４の回転によってコイル４５内に電圧が誘導される。コイル４５は、導体基板４６上に設けられており、かつこの導体基板４６上に、たとえばインプリントされている。
コイル４５内に誘導された電圧は、その後導体基板４６上の導体路を介してパワー制御モジュール又はエネルギー制御モジュール４７へ伝送される。
その場合にエネルギー制御モジュール４７は、予め定められた周辺条件を考慮して、送信モジュール４８に適切な電気的エネルギー供給を提供する。

図１３の表示において、エネルギー制御モジュール４７と送信モジュール４８は、導体基板４６上の図示されないプラグコネクタ内へ差し込まれていることが、認識される。それによってエネルギー制御モジュール４７は簡単に取り付けることができ、かつ付加的な接続ワイヤは不要である。というのは電気的エネルギーの伝送は、導体基板４６上の導体路を用いて行われるからである。
送信モジュール４８は、同様に取り付けられ、その場合に送信モジュール４８は、エネルギー制御モジュール４７に取り付けることができ、あるいは同様に導体基板４６上の適切なプラグコネクタ内へ取り付けることができ、その場合に導体基板４６上のプラグ接続を介してエネルギー制御モジュール４７が、送信モジュール４８の駆動に必要な電気エネルギーを提供する。
導体基板４６上には、説明したように、コイル４５がインプリントされているだけでなく、これらのコイル４５の完全な接続もインプリントされている。
それによって本考案に係る通信装置４０の構造が簡略化され、かつ、必要な場合には、個々のモジュールは簡単に他の特性を有するモジュールと交換することができる。

Claims (19)

1. 運動エネルギー、特に回転エネルギー、を電気的エネルギーに変換するための変換器モジュールと
   変換器モジュールによって準備された電気的エネルギーに基づいて、予め定められた周辺条件に従って電気的エネルギーを準備するための、変換器モジュールと接続されたエネルギー制御モジュールと
   情報を送信するための送信モジュールと、
   を有し、
   エネルギー制御モジュールが導体基板を有し、
   前記導体基板上に変換器モジュールが配置されており、かつ
   導体基板が送信モジュールのためのプラグインプレースを有しており、
   変換器モジュールが、軸（３３）を中心とする回転運動を電気的なエネルギーに変換し、前記軸（３３）は、前記導体基板上に取り付けられるように設けられている、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 運動、特に回転運動、を機械的に発生させるための、運動モジュールとして形成された装置が設けられており、
   運動モジュールが変換器モジュールと接続されており、かつ、変換器モジュールが運動モジュール内で発生された運動、特に回転運動、を電気的エネルギーに変換する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. モジュールが個々に、他の特性のモジュールと、好ましくは等しい、あるいは互換的な組立サイズのモジュールと交換可能である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. エネルギー制御モジュールが、パワー適合を有している、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 送信モジュールが、センサのための接続端を有している、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 回転運動を発生させるための、ばね弾性を供給される押しボタン（２）を有している、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の通信装置。
7. 押しボタン（２）と結合されたクランク駆動装置を有している、ことを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
8. 押しボタン（２）と結合されたラック（１）を有している、ことを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
9. 回転運動を発生させるための、流れにさらされるタービンを有する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の通信装置。
10. 回転運動を発生させるためのモジュール内に増速機構を有する、ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の通信装置。
11. 戻り止めとフリーホィール（６）を有する、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の通信装置。
12. 変換器モジュールが、
    少なくとも１つの永久磁石（１７、１８）を備えたロータ（７）と、
    エアギャップによってロータ（７）から分離された、少なくとも１つのコイル（２０）を備えたステータ（１９）と、
    を有している、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の通信装置。
13. 少なくとも１つのコイルが、導体基板上に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
14. 少なくとも１つのコイルを備えた導体基板が、エネルギー制御モジュールのためのプラグインプレース及び／又は送信モジュールのためのプラグインプレースを有している、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の通信装置。
15. 回転運動が、変換器モジュールのロータ（７）の回転運動である、ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の通信装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の通信装置の使用であって、信号発生器としての使用であることを特徴とする使用。
17. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の通信装置の使用であって、センサ測定値を伝送するための使用であることを特徴とする使用。
18. 運動、特に回転運動、を機械的に発生させるための、運動モジュールとして形成された装置と、
    運動、特に回転運動、の運動エネルギー、特に回転エネルギー、を電気的エネルギーに変換するための変換器モジュールと、
    を有する、
    ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の通信装置のためのエネルギー供給モジュール。
19. 少なくとも１つの永久磁石（１７、１８）を備えたロータ（７）と、
    エアギャップ（２１）によってロータ（７）から分離された、少なくとも１つのコイル（２０）、好ましくは多数のコイル（２０）を備えた、ステータ（１８）と、
    を有する、ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の通信装置のための変換器モジュール。