JP3743805B2 - トランスポンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は導電性面上に配設されたトランスポンダを有するトランスポンダ装置に関する。
トランスポンダは、可動のデータ担体に記憶された情報を無接触で質問するために適しており、トランスポンダは交番電磁界を介してデータをインタロゲータと交換することができる。電磁界への入力結合は少なくともトランスポンダ側では、有利には磁気的ダイポールアンテナ、例えば空芯コイルまたはフェライトアンテナを介して行われる。
ドイツ特許出願公開第4039690号公報から例えば被検体、例えば車輌を識別するための装置は公知である。この装置においては、インタロゲーションステーションの扁平なアンテナは、そのアンテナ平面が道路表面に平行となるように地下に埋め込まれている。インタロゲータ側では、送信アンテナはダブルループアンテナとして、受信アンテナはシングルループとして構成されている。車両の底部に配設されたトランスポンダアンテナの方向は、質問アンテナ、またはそのフィールドパターンの方向になるように配向されており、トランスポンダ側で、扁平コイルとして、直方体に巻かれたコイルが、互いに垂直な水平アンテナ平面および垂直アンテナ平面を有するように装着されている。
妨害を余り受けない環境にあるトランポンダ、例えば人間が携帯しているトランスポンダの適用例の他に、特に対象物識別のための自動化技術において、インタロゲータに関して導電性の面上の、例えば金属面上で統一的な配置の方向を有しないトランスポンダ、ひいては対象物は著しく重要である。
英国特許出願公開第719526号公報には航空機の外面に例えば方向探知アンテナを配置するためのアンテナが記載されている。第１の実施形態において、高透磁率の材質からなる棒にコイルが巻回され、航空機の外面のスリットに装着されている。別の実施形態では高透磁率の材質から成る棒は、航空機の金属表面のくぼみに設置され、その一端は、金属表面に形成された窓に設置されたコイル装置に対向して位置している。別の航空機−方向探知アンテナが英国特許出願公開第2024522号公報から公知である。この公報には航空機の金属表面において誘電性の板で覆われた窓の背後に、２つの交差した空芯コイルからなる方向探知アンテナが配設されているものが記載されている。これらの公知の航空機用方向探知アンテナ用の配置は、いずれもアンテナの個所において航空機の金属表面を部分的に取り除くことを前提にしている。さらに金属表面の材料特性に関して制限があり、この金属表面は非磁性的である必要がある。
本発明の課題は、導電性の面上に配設されたトランスポンダアンテナを有する有利なトランスポンダ装置、ならびにこのためのトランスポンダの有利な形態を提供することである。
本発明によるトランスポンダ装置は請求の範囲第１項において、トランスポンダは第８項に記載されている。従属請求の範囲には有利な実施形態が記載されている。
コイルの主磁界方向（ダイレクタ）は、公知のように、扁平コイルの場合はコイル面に垂直であり、細長く延在したコイルの場合はコイルの長手軸線より与えられる。
本発明によるトランスポンダ装置においては、インタロゲータ装置のアンテナの配置および配向の点ではかなりの自由度で、良好なフィールド結合が、ひいては信頼性のあるデータ交換が保証される。本発明は、導電性表面の近傍において、インタロゲータ装置のアンテナから放射された質問信号は、インタロゲータ装置の送信アンテナの配向には大幅に無関係に、アンテナ平面の法線の方向には殆どの磁界成分が無く、それに比べて導電性面に平行な面にははるかに大きな磁界成分を有することを利用している。本発明によるトランスポンダ装置は、この磁界特性を、導電性面に関しての配向、およびその面上への配置とにより、特に有利に利用している。この配向はトランスポンダアンテナを複数の部分コイルに分割した場合、例えば送信と受信用に分けた場合にも、部分コイルすべてに対して有効である。
本発明を以下、有利な実施の形態にもとづき、図を用いて詳しく説明する。
図１は、金属表面に配設された、空芯コイルを有するトランスポンダを示す。
図２は、支持管上のトランスポンダ装置を示す。
図３Ａおよび３Ｂは、別のトランスポンダ装置を異なった方向から見た２つの見取り図を示す。
図４は、金属平面上に配設されたフェライトアンテナを示す。
図５Ａおよび５Ｂは、フェライトアンテナを有するトランスポンダ装置を異なった方向から見た２つ見取り図を示す。
図６は、１つのコイル部分を有するトランスポンダの有利な実施例を示す。
図７は、固定装置を有する図６のトランスポンダの平面図を示す。
図８は、図７のトランスポンダの横断面図を示す。
図９は、ある対象物上のトランスポンダ装置を示す。
図１は金属表面Ｍの上に設けられたトランスポンダを有する装置の斜視図である。図示の例においてはトランスポンダは、扁平な空芯コイルとして構成されたアンテナＡ１、ならびにトランスポンダ電子機器Ｅを含んでいる。このアンテナＡ１は例えばほぼ矩形状に巻回されており、電子機器Ｅはこのアンテナと導線Ｚで電気接続されている。アンテナＡ１と電子機器Ｅは、有利には共通の支持体Ｔ、例えば扁平なプラスティックカードとして形成された支持体上に配設されるか、またはそのようなものの中に埋め込まれており、これにより機械的に安定化され、保護され、簡単に取り扱うことができる。アンテナは、金属表面Ｍ上に、例えば支持体をこの金属表面上に接着することによって固定されている。アンテナＡ１を固定した平面は、金属表面Ｍと角度ｗ１、有利には９０°をなしている。角度ｗ１を、装置が満足に機能するのであれば９０°より小さく、４５°より大きな値とすることも可能である。その場合アンテナ平面に対して垂直に走行する、コイルの主磁界の方向は、平面Ｍと４５°よりも小さい角度をなし、有利には平面Ｍに平行になるようにする。金属表面Ｍと、この表面にもっとも近い空芯コイルＡ１の部分との間隔はわずかであり、有利には２０ｍｍ未満である。この間隔は、例えば金属表面の層、コイル面の外側にある支持体の縁領域、コイルを固定するための部材、または金属表面に支持体を固定するための部材等によって決まる。アンテナＡ１の空芯コイルは、金属表面を対向した側に、この表面の状態に適合した縁部を有することが有利である。したがって平らな金属表面に対しては、例えばこの表面に平行に走行する直線の縁部分を有する。
図２は図１に示した形式の支持体Ｔを有するトランスポンダ装置を示している。この場合、トランスポンダは、金属管Ｒの扁平な表面に固定されている。これにより、アンテナＡ１の空芯コイルの直線の縁部分は、管表面の中心線に沿って、中心線からわずかな間隔で走行しており、空芯コイルを固定した面は実質的に管面に垂直になっている。
図２の示すように、２つの金属面１１Ａと１１Ｂとのなす角を有する金属構造物に対して、他の有利なトランスポンダ装置が、図３Ａにコイル平面に平行な方向から、また図３Ｂにコイル平面に垂直な方向から見た見取り図で示されている。この場合に空芯コイルの２つの縁部分は、角度をなしている２つの金属面に平行に走行しており、同じ角度をなしている。
空芯コイルを固定している面は、実質的に２つの金属面１１Ａと１１Ｂとに垂直である。
長く延在するコイルＳＬ、例えばフェライトコイル、すなわちフェライトコアＦＫを有する長く延在するアンテナとして形成されたトランスポンダアンテナとして構成した本発明の装置は、図４に斜視図により示されている。フェライトコイルＡ２は金属表面Ｍからわずかな間隔で、コイルの長手軸線Ｄ（ダイレクタ）が金属表面Ｍに平行に走行するように配置されている。装置が満足に機能する場合にはコイルの長手軸線を金属表面に対して傾け、この金属表面と４５°未満の鋭角をなすようにすることも可能である。フェライトコイルの支持体は、図示と異なり、トランスポンダ電子機器の支持体も兼ねる用にすると特に有利である。
図４によるフェライトコイルを有するトランスポンダ装置に対して、図５Ａには正面方向から見た側面図が、また図５ＢにはコイルダイレクタＤに平行な側面図が示されている。図示の例においてコイルの横断面はおおよそ環状である。長く延在するコイルの場合に面状コイルによる実施例と類似に、長手延在コイルの、金属表面に対向する側において、そのコイルの外周線が、その金属表面に平行な部分を有する場合特に有利である。
トランスポンダとインタロゲータ装置との間の信号交換は、交番磁界を介して行われる。この場合にアンテナＡ１またはＡ２は、トランスポンダ装置の送信および受信アンテナとして使用される。送信および受信の場合、同一または完全にまたは部分的に分離された部分コイルが用いれられる。送信および受信に対して特に異なる周波数を設定すると有利である。インタロゲータ装置の送信アンテナから放射された交番電磁界を介して周知のようにトランスポンダの動作のための電力も伝送される。
トランポンダアンテナおよびインタロゲータ装置のアンテナの相対的な配向は、良好なフィールド結合を有する少なくとも１つの位置を必要とする。インタロゲータ装置とトランスポンダ装置とが相対的に移動するインタロゲーションシステムの場合、本発明によるトランスポンダアンテナの配向と、金属表面のフィールドへの作用とに関連して、前述の位置は、ほとんど任意の相対的な配向に対して与えられているため、システムの形態に対して高い自由度がある。
面状コイルおよび長く延在したコイルについて述べた説明は、短い構造長のコイルおよび部分コイルについても同様に当てはまる。
図６から図９は、金属面上に配設するためのトランポンダの有利な実施例を示している。
図６に示したトランスポンダは、実質的に矩形の形態の、長さｌ、幅ｂおよび厚さｈの扁平な支持体Ｋを有している。支持体Ｋの厚さｈは、その長さｌおよび幅ｂよりもはるかに小さく、ｈ＜＜ｌ，ｂであると有利である。多数のコイル巻回を有するコイル装置ＳＰは支持体に巻回されているため、巻線方向は長辺（１）に対して実質的に直角であり、コイルの長手軸線（ダイレクタ、コイルを電流が流れる際の主磁界の方向）は、長辺に対してほぼ平行である。コイル装置ＳＰについては一部分のみが示されている。コイル装置は有利には支持体の、固定装置を有する領域を除いた長さ全体にわたって延在している。支持体の厚さｈは薄いので、コイル面の高さは低くなるため、トランスポンダがこの面上に扁平に固定される場合には、コイル面全体が、特に効果のある領域において、対象物の金属表面の近傍に配設されることになる。コイル装置は、１つのコイルまたは、送信および受信動作において例えば種々のコイルまたはコイルの組み合わせのために、複数の部分コイルを含んでいてもよい。支持体は好ましくは厚さｈは１ｍｍから５ｍｍの範囲であり、幅ｂは７５ｍｍから８０ｍｍの範囲であり、長さｌは５ｍｍから８０ｍｍの範囲である。
支持体は有利には非導電性の材質、例えばプラスティックおよび／またはフェライトでできている。支持体の材料は、強磁性材でもよいが、この場合必要に応じて、うず電流抑圧のため周知の形式で処置がなされていなければならない。支持体は有利には複数の層から成り、この層はトランスポンダ−電子機器−モジュールＥ（図２、３）を収容し、これを包囲している。
トランスポンダを対象物、例えば図４に示したような金属製の容器の表面上に固定するために、固定装置が、トランスポンダの支持体に設けられている。固定装置の領域では、支持体はコイル巻線で覆われていない。トランスポンダ側の固定装置は、対象物側の装置に対応する形で構成してもよいし、特に有利には対象物に依存しない形で構成してもよい。第１の形態に対する有利な例は、支持体における孔（貫通孔、パンチ孔、切欠き孔）であり、この孔に、装着される対象物の表面にすでに設けられたピン、または同様なもののが差し込まれて固定され、例えばリベット留めされる。この孔は、支持体の製造過程であらかじめ作成しておくことも可能である。
固定装置の対象物に依存しない形態に対しては、溶接のための適当な金属ピンを支持体と一体に形成、例えば流し込みまたは後から植え込みにより一体化すると有利である。金属ピンは、対象物の金属面と溶接することにより迅速かつ信頼性のある固定を可能とし、このため対象物の金属面に非金属の保護被膜がある場合でも、この保護被膜を貫通することが可能である。
支持体における固定装置は、支持体の縁領域に、例えば実質的に矩形の支持体のコーナー、またはコイルを支持体する支持体の中間部につながった固定板部に設けると有利である。
図７、図８および図９には、固定装置の２つの異なる形態が例示されている。図７および図９の左半部においては、コイルＳＰで巻回されていない支持体の縁領域において、金属ピンＤがこの支持体に挿入され、たとえば流し込み形成され、金属ピンの支持体から突き出した先端は、例えばスタッド溶接で、対象物の金属面Ｍに溶接される。図の右半部には、孔Ｐを有する固定板部Ｌとして、固定装置が形成されており、孔には、対象物上に設けられたピンＳＴが挿入されている。ピンの押潰、折り曲げ等によりトランスポンダは対象物上に固定される。Ｅで支持体内に埋め込まれたトランスポンダ−電子機器モジュールを示す。コイル巻線は図４に分かり易くするために、一部分のみが示されている。コイル装置を電子機器モジュールＥに接続するための接続素子も示されていない。
トランスポンダの複数の固定部材は同じタイプのものでも、異なるタイプのものでもよい。
本発明により、機械的に特に頑丈なトランスポンダ装置を提供することが可能となる。支持体への金属部品を介しての溶接および／または固定板部の形に、支持体を突出させると、特に対象物への簡易に装着が可能となる。
装着状態で対象物とは反対側の、トランスポンダの面は有利には押圧可能に形成され、例えばコイル巻線の上に同時に保護層としも用いられる別の層をつけることができる。トランスポンダはまた固定および／または保護のため、開放または閉じられたケーシングの中に設けることができる。コイルを空芯コイルとして形成する場合、このコイルを収容カートリッジを有する支持ケーシング内に装着することも可能である。

Claims (12)

1. １つまたは複数の送信および受信アンテナコイルを備える、導電性面（Ｍ）上に配設されたトランスポンダアンテナを有するトランスポンダ装置において、
   送信および受信コイルは、主磁界方向が前記導電性面と４５°未満、例えば１５°の角をなすように配向されることを特徴とする
   トランスポンダ装置。
2. コイルは、扁平な空芯コイルとして形成され、該コイルのコイル平面は、前記導電性面に対して垂直に配置される、
   請求の範囲第１項に記載のトランスポンダ装置。
3. コイル平面は、少なくとも１つの直線の縁部分を有し、該縁部分は前記導電性面上にある、
   請求の範囲第２項または第３項に記載のトランスポンダ装置。
4. コイルは長く延在するコイルとして形成され、該コイルの長手軸線は前記導電性面に平行に配向される、
   請求の範囲第１項に記載のトランスポンダ装置。
5. コイルはフェライトコアを有する、
   請求の範囲第４項記載のトランスポンダ装置。
6. トランスポンダアンテナは、非導電性材のケーシングにより保護されている、
   請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載のトランスポンダ装置。
7. 支持体上に巻回された、多数のコイル巻線を備えるコイル装置を有するトランスポンダにおいて、
   前記支持体は、扁平な支持体であり、該扁平支持体は、縦・横方向寸法と比して厚みが小さく、コイル巻線は、支持体の表面の一部を覆い、支持体の回りに巻回されて、コイルの長手軸線が扁平支持体の支持体面に平行に配向されることを特徴とする
   トランスポンダ。
8. 支持体は、コイル巻線により覆われていない表面の部分に固定装置を有する、
   請求の範囲第７項に記載のトランスポンダ。
9. 支持体は、縦横寸法において実質的に矩形の中間部分を有し、また該支持体は、固定装置として固定板部の形態で前記中間部分に続いている、
   請求の範囲第７項に記載のトランスポンダ。
10. 固定装置は、扁平な支持体を貫通する少なくとも１つの孔を有する、
    請求の範囲第８項または第９項に記載のトランスポンダ。
11. コイル装置は、同一に配向された複数の部分コイルを含む、
    請求の範囲第７項から第１０項までのいずれか１項に記載のトランスポンダ。
12. 請求の範囲第７項から第１１項までのいずれか１項に記載のトランポンダを有する、
    請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載のトランスポンダ装置。

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