JP4241844B2 - 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

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、複数の規定された電磁カプラー素子が少なくとも一方の部品に配設され、近接場電磁誘導によって前記非接触伝送をす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する少なくとも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伝送に用いられる。この移動は回転、並進またはその組み合わ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、その動作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、非接触伝送を提供するのに好都合である。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、デジタル信号伝送で高速データ転送がされることになる時、もしくはアナログ信号伝送で広帯域幅が必要となる時、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可能な最高周波数を制限する。このレベルは前記スリップリングの外面が伝送される信号の波長の半分と一致する時に生じる。
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。このことに関しては、非特許文献１に言及されている。
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、固定子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分配線に接続され、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な寸法を合わせた状態にある。
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、したがって広帯域な終端となっている。
けれども、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速データ転送における通信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線路からカプラーによって結合して取り出されるが、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。このことに関しては、上述の非特許文献１に言及されている。
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、単にストリップ線路からなっているためこの装置は請求の範囲の請求項１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線路の欠点は高周波エネルギーのカプラーとして役立つ線路からの広帯域放出であることである。
前記線路の長さは、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での放射物体として作動する。さらにその延長として、外部雑音に対し極めて敏感となる。この雑音が線路から受信されて他の装置すべてに通信される。
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大で５５ｄＢの減衰量に代って、広帯域での減衰量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って線路に結合された場合、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、線路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い線路インピーダンス、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、広帯域もしくはあり得る高速データ転送において雑音に対して低い感度の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３１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。

本発明により定義された課題に対する解決策は請求の範囲の請求項１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つの部分に無反射終端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広帯域信号の最高周波数よりも高い。
本発明では、「共振系」もしくは「共振能力」はそれぞれ信号伝送もしくは濾波に用い得る共振に適用する用語として使用している。
本発明の範囲内で、「カスケード回路」は回路４端子の一般の場合に適用するが、通常の直列または並列回路には適用しない。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通過特性を示す。導体構造は、したがって低周波数での導電特性を備え、高周波数で極めて大きく減衰するので、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の範囲でよい周波数帯として使用している。ここでの本発明の本質は寸法合わせ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、この周波数帯を超え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、導体構造がその全体として共振できないことが好ましい。これはむしろ導体構造でなく共振器が伝送に用いられる周波数帯内で共振周波数を備えることを意味する。
例えば、共振周波数が３００ＭＨｚの共振器を含む１００ｍの長さの導体構造は、導体構造そのものだけではおおよそ３ＭＨｚの共振周波数を有している。この共振周波数は情報の伝達には用いることをしてはならず、便宜上抑圧されている。
これは導体構造を経由した干渉放出を最小にしている。
本発明の両解決策では、互いに対して移動できる部品は、互いに無反射終端、すなわち規定されかつ整合した周波数での抵抗をもつ無反射終端が備えられた線路あるいは導体構造によって接続される複数の規定された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線路への直接の影響という欠点は避けられる。
したがって、とりわけ前記導体構造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。この導体構造はここでは単一線路、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線路からでもなることができる。
導体構造は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界または磁界によって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で構成してもよい。この解決策は技術条件ではとりわけ単純で、必要な寸法に合わせるの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。コンデンサの手段によって与えられた実施例では、結合は主として電界によって実現される一方、インダクタを用いる実施例では対照的に、磁界によって実現される。例えば２つのコンデンサが、並列に接続された２つのインダクタによって接続された場合には高次の共振回路を含む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、そのため低域通過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体構造を形成し、そのため先行技術での場合のように、どのような分配線も必要としない。
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、例えば溝を有する時、ほとんどどのような形状にも形成できるからである。対照的に、溝削りしたプリント配線板の使用は、ストリップ線路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体構造としてこの（フレキシブル）配線板上に配置することも可能である。このフラットな導体構造は連続線路に分枝線路を経由して接続されるか、あるいは線路に直接横方向に接合できる。さらにフラットな導体構造を前記連続線路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、接地面、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含む導体構造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集中定数素子であることも可能である。集中定数素子およびプリント配線板に作成された素子との組み合わせも可能である。
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、そのためこれらの周波数範囲に同調されるカプラー構造が達成される。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、低い周波数帯用の集中定数型共振回路と、高い周波数帯用の線路共振器との組み合わせも使用できる。このような組み合わせのため、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み合わされる。これはアンテナとエミッタの群の寸法合わせ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、また差動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動信号を搬送する２つの線路から、あるいは平衡変換器のような対称整合回路構成を経由して差動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、例えばストリップ線路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→導体構造→カプラー素子→本発明のカプラー素子に沿っての組み合わせは、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、損失も導体構造では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→導体構造の組み合わせは、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って生じる損失は唯の一度しか発生しないので、さらに良い。しかしながら最良のものは、導体構造→本発明のカプラー素子→従来のカプラー素子の組み合わせで、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）によって減衰した信号は、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。前記導体構造では、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→導体構造）に沿って、減衰した信号が導体構造に導かれ、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導体構造→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、伝送される信号もしくはエネルギーを供給するか、もしくは伝送された信号もしくはエネルギーの伝送を受け持つ線路系の遮蔽と、そしてカプラー素子から取り出される形で、前記供給装置系を介する放出と雑音エネルギーの接受を最少にする導体構造を設計することに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、カプラー素子は結合機能においては支配的な役割を明白に説明している。
導体構造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、線路を完全に遮蔽することが実際的でもあり得る。これは特に線路への狭帯域結合だけが所望され、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。
さらに接近した部品上にあるそれぞれのカプラー素子を、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、定格共振周波数に達する方法で寸法を合わせることができる。この手段を用いると、この利点はこれらのカプラー素子が接近する時に限りエネルギーが開放されることで達成される。
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、導体構造を負荷しない。離調した共振器はその動作周波数ではエネルギーを導体構造に同様に結合できない。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、異なる比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動作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は、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を含んでいる。

本発明のさらに別の実施例では、カプラー素子が導体構造に追加された能動もしくは受動部品によって結合される。このような部品はスイッチの形になった半導体もしくは信号の流れを制御および／または信号レベルの引上げをする増幅器であってもよい。結合用の受動部品は、例えば導体構造からの単方向伝送の場合、信号の流れをカプラー素子に引入れさせるが、カプラー素子によって結合される外部雑音を近づけないで導体構造を形成する方向性結合器であってもよい。これはカプラー素子が方向性結合器として配置される場合にも当て嵌まる。取出には、例えばサーキュレータなどのような方向性がある部品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、それには導体構造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。さらにさらなる追加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。本質的なことは、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つの共振周波数で発振するための組み合わせ結合で発振することを励振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基づいて決定し、そしてこの情報を前記増幅素子に信号で送る。発振構造の達成には切換え素子もしくは増幅素子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。前記切換え部品もしくは増幅部品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。したがって本願の以下の文章ではスイッチと増幅器の間で区別していない。
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取り出すパワータップからなる。このパワータップは電流計抵抗器でも、電力変圧器でもあるいはホール素子であってもよい。共振電流は共振素子の１つの電圧降下として同様に測定できる。

本発明のさらなる好都合な実施例では、信号手段は、並列共振の場合には、並列共振回路に適用される電圧出力の予め決められた共用分を結合する部品からなる。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み合わせを決定する部品からなる。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、それぞれの負荷の場合に依存して、直列または並列共振で回路を動作させることが可能である。別の方法として、さらに、直列もしくは並列共振が含まれてい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それぞれ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、系の発振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のが一般的である。発振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開始信号を受信できる。この周波数が所望の動作周波数の近辺で選択されると、発振が特に急速に始まる。いくつかの可能な共振の場合、この発振は開始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発振を始動した場合、パワー発振器も好ましくない共振周波数に発振を開始することがある。
本発明のさらなる別の都合のよい実施例では、回路の動作周波数を、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、対応する距離の変化は前記動作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］

以下の図では、同一の素子または同一の効果を生じる素子を示すのに同一の参照番号が用いられているので、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（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２を介してカプラー素子ＣもしくはＬがそれぞれ接続されて、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、例えば詳述すればフレキシブルであってもよいプリント配線板の上に、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および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によって伝送される。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も含まれている。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。接地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。この装置は平衡線路系もしくは平衡線路構造からなり、それは第１の導体２と第２の導体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、プリント配線板１をＵ字型形状にして取囲む平衡カプラー手段として、導体構造とカプラー手段が配置された上に設計されている。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あってもよい、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。後ろ側に電気導体層を配置してもよい、担体１に誘導カプラー素子３ａ乃至３ｃを接続した導体構造２が配設されている。前記誘導カプラー素子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、図５乃至７を参照して以下にさらに詳細に説明する。

図５は本発明の装置が、例えば回転変換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２は平面フィルムもしくは箔あるいは、溝が中に作製されていて小さな曲率半径で曲げることができるようになったプリント配線板１で作成されている。これは先行技術では普通であるストリップ線路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動信号結合を備えて、線路長の差が僅かにしか異ならないことが達成されている。線路長の差は遅延時間の差となり、したがって信号雑音と好ましからぬ放射の差となる。本発明の装置はこのようにして、分差動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償し合う外部空間の磁界のため外部への放射が最小化されるというさらなる利点を必然的に伴う。

図６は差動構造（図６（ａ））として設計された従来のストリップ線路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小さくなる。

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通過の特徴を示す。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。それは閾値周波数を超える雑音は通過することがなく、したがって受信も放出もできない。
図７（ｂ）は本発明の装置のコンピュータによる周波数特性の例証的図を示す。ここで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と最大３００ＭＨｚの間で実質的に同一の周波数特性を示し、周波数特性は具体的に示された実施例ではおおよそ３００ＭＨｚで「ゼロ」まで急速に降下する。３００ＭＨｚ以外の閾値周波数（それより高くても低くてもよい）はもちろん同様に実施できる。

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換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。 回転変換器上の本発明の装置を例示する図である。 （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、差動信号伝送についての比較を示す図である。 （ａ）本発明の装置の単純化された電気等価回路略図で、低域通過特性の説明のための例示する図である。 （ｂ）本発明の装置のコンピュータによる周波数特性の例証的図で、図７（ａ）と同様に低域通過特性の説明のための例示する図である。

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 ストリップ線路

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規定された電磁カプラー素子が前記部品上に配設され、また前記カプラー素子の近接場電磁誘導によってその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る、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構成された導体構造を形成させ；
   ・他方のカプラー素子と独立している各々のカプラー素子が伝送される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とな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通過特性を示す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つの部品を含む素子から構成されていて、かつ接続しているカプラー素子が電圧もしくは電流をそれぞれに、先行カプラー素子の少なくとも１つのダミー素子に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、好ましいのは１つであるが、少なくとも１つ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線路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、前記連続線路に分岐線路を経由して接続されるか、あるいは直接前記線路に横方向に接続されているフラットな導体素子として構成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. 前記容量形結合を誘導するフラットなカプラー素子が前記連続線路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溝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集中定数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. 前記構造はそれ自身に対して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. 接地面、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差動カプラー素子として配列され、かつ差動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. 供給するために伝送される信号もしくはエネルギー、または伝送された信号もしくはエネルギーを通過させるのに役立つ導体構造が遮蔽されて、前記カプラー素子から取り出す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導体構造への結合が追加された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って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外部環境から、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素子もしくは増幅素子によって、信号もしくはエネルギーが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. 前記切換え素子もしくは増幅素子にフィードバック信号を生成する追加された信号手段が共振素子の電圧と電流に基づき配設されて、発振が少なくとも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つの振幅を取り出せることを特徴とする請求項２７記載の非接触伝送装置。
29. 前記信号手段が並列共振電圧の１つの部分に比例した１つの振幅を取り出せることを特徴とする請求項２７記載の非接触伝送装置。
30. いくつかの共振がある場合、前記信号手段は直列の共振電流に比例し、また並列共振電圧に比例した振幅からなる組み合わせ信号を取り出せ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. 回路の発振の開始を容易にするために、付加的な二次発振器から所定の周波数で発振を開始するための周波数の信号を受信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. 系の動作周波数を決定し、また、互いに移動可能なように適応させた互いに移動できる素子の間隙の大きさに対応して信号を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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