CN1253960C - 用于非接触传输电信号的装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于在至少两个部件之间非接触传输电信号和/或能量的装置，其中在其间要传输信号的部件上设置多个规定的电磁耦合元件，耦合元件附近的场产生非接触传输。本发明的装置的优化***通过在至少一个部件上设置耦合元件组成导体结构；其构造如同用无反射的方式端接的级联电路，并且每个耦合元件(与这个部件上其他耦合元件无关)都是具有高于要被传输的宽带信号最高频率的谐振频率的谐振***。一个替代实施例的特征在于设置在至少一个部件上的各个耦合元件至少包括一个由本身能够谐振的单元件组成的谐振器，与其他耦合元件无关并具有近似等于被传输信号频率的谐振频率，还在于各个谐振器经由用无反射方式端接的线互相连接起来。

Description

用于非接触传输电信号的装置

技术领域

本发明涉及用于在至少两个可以互相相对移动的部件之间非接触传输电信号的装置，其中在至少一个部件上设置多个规定的电磁耦合元件，耦合元件具有一个产生非接触传输的附近场。

这种装置被用于在两个或两个以上可以互相相对移动的部件之间相应地传输电信号。这个移动可以是旋转、平移或者复合运动。

为了易于理解起见，在本叙述中，对多个互相可移动的单元之间以及一个固定单元和几个可对它相对移动的单元之间的传输不进行区分，因为这仅仅是一个局部关系问题，对本发明装置的工作方式不产生任何影响。同样，也不对信号传输和能量传输进行区别，因为工作机理是完全一样的。

背景技术

在适用于平移特别是线性运动的单元例如升降和传送带***中，以及在可转动的单元例如雷达装置或计算机断层显像中，必须在互相可移动的单元之间或者在一个固定单元和至少一个安排得相对它进行运动的单元之间传输电信号或能量。

每当各单元的相对速度例如说比较高时，提供非接触传输总是方便的。与接触传输例如通过滑动接触的传输相比，当在数字信号的传输中要传送高数据速率时或者在需要大带宽传输模拟信号时，非接触传输表现出更多的优点。

在常规的(圆形的)滑环中，滑环的直径限制着可传输的最大频率。当滑环的周长相当于被传输信号的一半波长时，就会达到这个程度。

用于非接触传输信号或电能的装置已知道许多不同的结构。关于这方面，参考Meinke/Gundlach的著名教课书即1968年柏林Springer-Verlag出版的“Taschenbuch der Hochfrequenztechnik”[高频技术手册]第186页(谐振发射器)。

建立在这一基础上并用于在至少两个可以互相相对移动的部件之间非接触传输电信号和/或能量的装置可从德国专利DE42 36 340 C2知道。在用于从放置在定子上的初级线圈装备有至少一个二次线圈的消耗装置(可从现有技术文献知道)电感传输中频能量的***中，初级线圈包括成组排列的串联线圈，每组串联一个电容器。所有的组各自并联到一个中频配电线路上，每组线圈和相应电容器的阻抗大小定得在一组线圈电感耦合到可移动的能量消耗装置之一的情况时，至少对这一组近似满足谐振条件。

虽然那个已知的装置非常适合于传输电能量，但由于它作为Resonanzubertrager(谐振发射器)工作这样一个事实，还是不适合于宽带传输电信号。而且，由于三维排列线圈的结果，它也不能应用于MHz范围和更高工作频率。这就妨碍了例如说在计算机断层显像中的应用。

从德国专利DE33 31 722 A1知道一种特别准备应用在计算机断层显像中的装置，装置用于在两个可沿着一条路径互相相对移动特别是可旋转的部件之间传输电信号，部件上连接一个发射器或者一个接收器***。该已知装置包括放在每个部件上的若干耦合元件，每个耦合元件至少包含有一个电极，以便用电容方法经由相应的对置电极传输信号。

但是，该种产生于1983年的方法也伴有缺点，它不适合传输具有目前用于计算机断层显像所需要带宽的信号，因为耦合元件上已经在低频出现反射。虽然对每一个耦合元件使用单独的放大器是一种补救办法，但使用大量的放大器将会产生成本很高的后果。

此外，借助开放式耦合元件的结构还会产生很高电磁噪声辐射的后果。

公开的德国专利申请DE-OS 26 53 209披露了一种用于传输高频能量的同轴多旋转式耦合器，其中使用了电容器平板形式的耦合元件，而且永久地100％占用。这个结构实际上不产生反射，因而得到一个宽带终端。

另一方面，旋转耦合器复杂，因而开支大，特别是在***需要具有例如说在计算机断层显像所要求的大直径尺寸时尤其如此。

德国专利DE 44 12 958 A1和DE 195 33 819 A1披露了用于高数据速率特别是在计算机断层显像***中通信的大体相似的装置和方法。

为此目的，例如在计算机断层显像当中，借助这种承担耦合器功能，亦即产生和通信工程中的磁漏线一样作用的线，通过耦合器从传输线上引出电能。关于这一点，参考前面提到的Meinke/Gundlach的书第304页(参考字：耦合的线)。

因此，这些已知的装置不包括多个规定的耦合元件，而是只有一个带状线。这种带状线的缺点是从充当耦合器的线上宽带发射高频能量。

线路例如说在计算机断层显像中具有长达4m的长度，而在传送带***中则是这个长度的好多倍。因此，即使些微的失配，它也已经如像一个具有很低下限频率的发射器那样工作。此外，由于线路很长，使它对外部噪声高度灵敏。这个噪声从线路上接收并传送到所有其他单元。

德国专利DE 195 33 819 A1中叙述的屏蔽罩仅产生一点点的改善。代替那里所叙述的最大55dB衰减的是，在测试中仅测得10db(峰值为20dB)的宽带衰减。

这些已知方法和装置的另一个缺点是即使在信号被适用于相对运动的单元耦合到线路上，也仅有小量的能量可以被传输。为了改善耦合供给量，应当加大线的表面。但这又会产生线路的阻抗低因而增加噪声灵敏度的后果。

发明内容

本发明的基本问题是提供一种用于在适合互相相对运动的至少两个部件之间非接触传输电信号的装置，装置将在一个大带宽或者可能的高数据速率情况下表现出对噪声的低响应。

根据本发明的一个方面，提供一种用于在至少两个可以互相相对移动的部件之间非接触传输电信号的装置，其中多个规定的电磁耦合元件设置在要在其间传递信号的部件上，就靠这些耦合元件附近的场产生非接触传输，其特征在于设置在至少一个部件上的每个所述耦合元件至少包括一个由本身能够谐振的单元件组成的谐振器且与其他耦合元件无关，谐振器具有一个接近等于被传输信号的频率的谐振频率，并且在于各个谐振器通过被端接成无反射方式的线互相连接起来。

在根据本发明的用于在至少两个可以互相相对移动的部件之间非接触传输电信号的装置中，设置在至少一个部件上的各个耦合元件包含有至少一个由能够自身谐振的单元件组成的谐振器，且与其他耦合元件无关。谐振器的谐振频率分别近似等于被传输信号的频率。各个谐振器通过一条用无反射方式端接的线互相连接起来。因此，有可能以比较低的发射损失高效传输要被传输的相应信号或电能。与此同时，本发明装置的结构简单，因而是低成本设计。各个谐振器的谐振可以是串联谐振或并联谐振。

这种装置将通过导体结构的干扰发射减至最小。

在一个改进方案中，谐振器是谐振腔、线式谐振器、介电式、铁磁式和/或压电式谐振器。

上述改进方案界定各种非限定性的但却是比较好的可能谐振器设计。除了谐振腔、电谐振器、铁磁谐振器和/或压电谐振器之外，一种特别优选的可能性是应用线式谐振器，因为这些谐振器设计简单，因而成本低，并且主要是易于控制。

这些线式谐振器可以例如说在绝缘体上具有一种导电表面的梳状排列，用规定的波电阻端接梳状排列，使得与现有技术相比，有可能获得更宽的三度空间范围。这一排列提供的另外优点是能够在一块“印刷电路板上实现简单因而成本低的设计。

在这里例如短线段形式的耦合元件构成一个在其谐振频率具有特别有用的耦合特性的谐振器。这种谐振器也可以是向线路***提供阻抗匹配的耦合装置的线路变压器。为使谐振***的带宽和质量与相应的传输对象匹配，谐振器可以被衰减或者可以与调谐到不同谐振频率的谐振器互相组合起来。

在本发明的另一个实施例中，耦合元件被设计成能够谐振的耦合线。这些耦合线就是一些不屏蔽且仅仅用于耦合目的的线段。

根据本发明的另一方面，提供一种用于在至少两个适于互相相对移动的部件之间非接触传输电信号的装置，其中多个规定的电磁耦合元件设置在其间要传送信号的部件上，所述耦合元件附近的场产生非接触传输；其特征在于所述至少一个部件上的耦合元件组成一个形成用无反射方式端接的级联电路结构，以及与其他耦合元件无关的每一个耦合元件都是一个谐振***，具有高于要传输的宽带信号最高频率的谐振频率。

在该用于在至少两个适于互相相对移动的部件之间非接触传输电信号的装置中，耦合元件在至少一个部件上组成一个构造得配备有无反射终端的级联电路导体结构。而且，每一个耦合元件都是与该部件上的其他耦合元件无关的谐振***，其谐振频率高于要被传输的宽带信号的最高频率。

在本发明中，“谐振***”或“谐振能力”被理解为分别适合于能够相应地用于信号传输或滤波的谐振。

在本发明的范围内，“级联电路”被理解为适用于电路四极场的一般情形，不是普通的串联或并联电路。级联电路的一个实例是当连接耦合元件引出前级耦合元件的至少一个仿真元件上的电压或电流作为输入信号的情形。

特别是，用耦合元件组成的***可能表现出低通特性。线路***因而具有低频导电特性并且表现出一个很高的高频衰减，使得本发明的装置呈现出以噪声的很高阻抗。名词“低频”在这里被理解为可用于传输信号的一个频段，它可以在最高达到几百个MHz至10个GHz的范围之内。在这里，本发明本质的东西是这样一个事实，即范围能够选择为对传输有用的频段例如在0和300MHz之间，而高于这个频段的频率则受到强烈的抑制。

在任何情形下，最好导体结构作为一个整体不能谐振。这意味着是谐振器而不是导体结构具有一个在传输所用频段内的谐振频率。

例如，有300MHz谐振频率的100米长导体结构有一个大约3MHz这样的谐振。这个谐振应当不用于信息传输而适当地抑制掉。

这就将通过导体结构的干扰发射减到了最小。

在两个发明解决方案中，可以互相相对移动的部件通过多个规定的电磁耦合元件相耦合，电磁耦合元件则用具有无反射终端(即具有一个规定的匹配波阻抗)的线或导体结构互相连接起来。于是，避免了现有技术所存在的直接影响到线路的缺点。

因此，除了别的以外，线路***能够优化为用于信号传输的装置并且每一个耦合元件能够单独优化为用于信号耦合的装置。这里线路***可以由单根线组成或者甚至由多根互相连接的线(也可按现有技术连接)组成。

一种对称的***结构是比较好的。

在大多数普通情形下，耦合可以通过电磁场与电磁波特别是用电感和/或电容的办法实现。在一个具体实施例中，也可能只通过电场或磁场提供耦合。

另外，每个能够谐振的耦合元件最好由一个元件组成，这个元件则包括至少一个电感元件和一个产生电容作用的元件。

特别是，每个耦合元件可以由一个单电感器和一个单电容器组成。这个解决方案在工程上特别简单，只需要低数量的开支。在这一情形下，也可以决定出耦合的具体型式。在用电容器实现的实施例中，绝大多数耦合均通过电场实现，而相比之下，在使用电感器的实施例中，则通过磁场来实现。当然，也可以使用包括有高阶谐振电路(其中例如说用两个并联连接的电感器把两个电容器连接起来)的耦合元件。

一个部件上各个不同耦合元件的电感器最好串联连接(每个耦合元件用一个单电感器)，以使低通***的极限频率可以很容易地调到所需要的频率，特别是在100到10000MHz的范围之内。因此，串联连接的电感器本身组成导电结构，使得它们不像现有技术的情形那样需要任何的配电线路。

对上述频率范围的再一个优点是一条连续的特别是“笔直的”线组成各个电感器。

在任何情形下，电感器或电容器可以作成印制电路板的结构，以便获得特别简单的和低成本的结构，这又使得能够与互相相对移动的部件的相应几何形状简单匹配。

这个目的也通过规定印制电路板为一种可弯曲的板来达到，因为这种板可以很容易地形成几乎任何形状(特别是当它呈现一个具体的几何形状例如狭槽时)。相比之下，使用开槽的印制电路板在带状线的情形天生就是不可能的。

另外，在使用印制电路板的本发明装置设计中，有可能将电容器作成可弯曲电路板上的平板导电元件。平板导电元件可以通过支线连接到连续线上或者直接从横侧连到线上。而且可以将平板导电元件设置在连续线的任何一侧。

特别是，可以在印制电路板的任何一侧设置包含有一个接地面、一些电容器和/或电感器的导电结构。

当然，电感器和/或电容器也可以是分立元件。甚至一种分立元件和在印制电路板上实现的元件的组合也都是可能的。

在本发明的另一个实施例中，几个调谐到不同频率范围的耦合元件按紧密的三维关系排列，以获得调谐到这些频率范围的一个耦合器结构。借助这一措施，宽带传输和几个独立频段的多通道传输两者就都是可能的了。这就提供了一种能有选择性地耦合这些预定频段的耦合器结构。在一个例如说工作在100MHz至900MHz频率范围的装置中，可以使用用于低频段的分立式谐振电路以及用于高频段的线式谐振器的组合形式。由于这样一种组合，在这两个频段之间的范围内就可以获得提高了的噪声抑制能力。

在本发明的再一个实施例中，将几个耦合元件这样互相组合起来，以便获得一个预定的外部辐射场图。这可以根据计算天线和发射器组的普通已知规则做到。从而可将能量向特别敏感区域的不良辐射减至最小。

一种将耦合元件作成差分耦合元件并且将差分信号加到耦合元件上的设计能使信号传输具有特别高的噪声抑制。

为此，至少两个耦合元件必须借助载有差分信号的两条线或者通过一个对称的匹配线路例如平衡变压器给至少两个耦合元件供应差分信号。

在本发明的装置中，互相匹配的能够谐振的耦合元件可以设置在所有互相匹配的部件上。而且，也可以只在一个部件上设置能够谐振的耦合元件，在其他的部件上分别设置常规的发射器和接收器作为耦合元件。发射器或接收器可以包括例如说线圈、铁氧体磁芯和/或电容器。

另外，常规的耦合元件可以作成与现有技术一样的天线(发射体)形状。这些天线可以作成例如说具有带状线设计的平面天线、或者杆状天线或框形天线的形式。

在本发明的一个有用实施例中，体现本发明设计的耦合元件安排在发射器一侧，而常规的耦合元件则放在信号流最佳方向的接收一侧。例如，当刚好设置一个发射器和至少一个接收器时，或者当刚好在一个方向要求传输质量尽可能高时，就涉及到这样一个最佳信号流方向。沿路径本发明耦合元件-耦合元件-线路***-耦合元件-本发明耦合元件的一个组合形式表现出最低的传输质量。在这里，从常规耦合元件过渡到本发明耦合元件的耦合衰减以及损耗在线路***中要发生两次。常规耦合元件-本发明耦合元件-线***的组合形式比较好，因为在这样一种情形下从常规耦合元件过渡到本发明耦合元件所引起的损失仅发生一次。但是，最好的是线路***-本发明的耦合元件-常规耦合元件的组合形式，因为在这样一种情形下，没有放大的信号仅增加路径耦合元件衰减。因此，用这个衰减系数(例如10dB)衰减的信号可以直接在常规耦合元件中再次放大。在线路***中，原始信号仍然是高电平传送。沿着相反的信号路径(常规耦合元件-本发明耦合元件-线路***)则把衰减了的信号引进线路***，信号在线路***中由于电平较低平可能更容易受到其他信号的干扰。这一考虑得出的结论是，沿路径线路***-本发明耦合元件-常规耦合元件可以获得最好的信号传输质量。

另外，在本发明的装置中，把用于馈送要被传输的信号或能量的或者是用于传送被传送的信号或能量的线路***屏蔽起来并因而把它们设计成与耦合元件去耦的形式使得通过馈送器***的发射和对噪声能量的接收都减至最小是有利的。根据本发明，装置的一个实施例足以证明耦合元件在耦合功能方面占有主导地位。带有线路***的可移动耦合装置的低剩余耦合作用通常没有什么害处。，然而，在某些情况下，把线路完全屏蔽起来则可能是明智的。在只需要窄带耦合到线路上和周围环境中出现宽带高噪声电平的情形特别适用。

此外，可以设置至少一个起动单元，仅在相对移动的部件上的耦合元件接近相应的耦合元件时，才起动被接近部件上的相应耦合元件。

在本发明的另一个有用的实施例中，耦合元件的工作范围与相应的传输任何相匹配。在谐振器被用作耦合元件的情况下，可以这样来定出它们的尺寸，使得仅当设置在相对运动的部件上的具有某些介电或磁特性的耦合元件接近时，它们才达到自己的额定谐振频率。借助这一措施就获得了仅在这些耦合元件接近时才释放能量的优点。

在耦合元件进一步远离时，例如在谐振器的情形，谐振器失谐，不辐射任何能量，也不对线路***装载。失谐的谐振器同样不能在其工作频率将能量耦合到线路***上。此外，耦合元件可以这样设计，使得它们在不同的耦合装置接近时能够调谐到不同的工作范围。例如，设置在相对运动部件上的具有不同的相对介电常数的耦合元件就适合于将耦合元件调谐到不同的工作频率。

在本发明的再一个有用实施例中，耦合元件包括一个判断耦合装置是否接近并在接近的情况下起动相应耦合元件的起动装置。

在本发明的另一个实施例中，耦合元件通过另外的有源或无源元件耦合到线路***上。这种元件可以是控制信号流和/或提高信号电平的开关或者甚至是放大器形式的半导体。用于耦合的无源元件可以是允许信号流进入耦合元件的定向耦合器，例如在从线路***非定向传输但保持外部噪声(通过耦合元件接入)不进入线路***的情形。这也适合耦合元件被作成定向耦合器的情形。对于去耦的不可逆元件例如环行器当然也可以使用。

在本发明的再一个实施例中，不同型式的耦合元件被互相组合起来。例如，可能在***的一个点需要使用电容耦合元件的宽带传输，而另一个处于噪声干扰环境中的点则需使用谐振器的窄带传输。

此外，可以通过一个用导电材料制成的屏蔽罩把耦合元件屏蔽起来。这个屏蔽可以包括带有或者甚至没有线路***的耦合元件，或者它的一些部件。屏蔽罩在它包围有尽可能多耦合元件时发挥出它的最好作用。

向谐振电路补给能量的电感或电容发射装置只在谐振频率点呈现其最佳传输特征。因此，根据本发明，电路得到补给能量形成一个功率振荡器，其中用于传输的谐振电路就是频率决定电路元件。在这样一种结构中，发射器元件的谐振电路是串联还是并联电路则无关紧要。也可以用另外的仿真元件构造，以形成一个能够谐振的多电路***。本质的东西是这样一个事实，即传输***被设计得使它能够通过合成的振荡耦合作用而被激励得至少在***的一个可以传输能量的谐振频率发生振荡。

装置包括一个给谐振发射装置供电的放大元件。信号装置根据谐振元件的电流和电压决定一个包含有至少一个相位信息的信号并将这个信息用信号通知放大元件。为了获得一个振荡结构，这个装置中需要一个开关或放大元件提供放大以满足谐振条件[参阅Springer-Verlag出版的Tietge，Schenk的书“Halbleiterschaltungstechnik”[半导体技术第10版459页。在这里，开关或放大元件是设计成一个简单的半导体开关还是设计成一个线性放大元件的形式对本发明装置的功能不会产生任何影响。因此在下文中不对开关和放大器进行区分。

在本发明一个特别有用的实施例中，信号装置包括一个在串联谐振的情况下引出谐振电流的一个预定百分数的功率抽头。这个功率抽头可以是一个测流电阻器、一个功率变换器或者是一个霍尔元件。谐振电流同样可以一个谐振元件上的电压降的形式测量。

在本发明的再一个有用的实施例中，信号装置包括一个在并联谐振的情况下引出并联谐振电路上所加电压的一个预定份额的元件。这些电压也可以通过流过这些元件的电流间接确定出来。

在本发明另一个有用的实施例中，信号装置包括若干用于在多电路谐振***的情形决定出至少一个并联谐振电压的预定百分比或者至少一个串联谐振电流的预定份额的合成量的元件。信号装置在这一情形下可以设计得通过对这些幅值的简单加法(没有相位误差)进行分析。借助这一措施就可以使电路根据相应的负载情况工作于串联或并联谐振。作为替代方案，一个倒向开关也可以识别所涉及的是串联还是并联谐振并相应地决定出与之一致的谐振电压或谐振电流的份额。

在本发明的再一个有用的实施例中，信号装置包括有用于在谐振电压或谐振电流标本之间进行预选的滤波元件。

在本发明的再一个有用的实施例中，信号装置包括有一个在接通电源电压时使***容易起振的二次振荡器。通常，一接通电源电压，振荡器就根据噪声条件开始振荡。为了确保可靠而又快速起振，这样一种振荡器也可接收一个预定频率的起动信号。若这个频率选择得靠近所需要的工作频率，振荡便开始得特别快。在有几个可能谐振的情形，如果确定出起始信号，振荡也能在所要求的谐振频率发生。在振荡器根据噪声条件起振这样一种情形下，可能会发生功率振荡器也朝着不合需要的谐振频率开始振荡。

在本发明的另一个有用实施例中，还设置一个使用电路本身工作频率决定可以互相相对移动的部件之间的距离的分析器。在电感传输的情形下，借助作为互相移动元件的函数而变化的工作频率，可以根据工作频率很容易地确定出相应的距离变化。

附图说明

下面，将参照附图更详细地叙述本发明，在附图中：

图1a至1c示出用于非接触传输电信号和/或能量的本发明装置的基本结构；

图2说明本发明的第一实施例，它包括一个电容耦合***；

图3示出图2所示实施例的一个变例，它包括一个带屏蔽的平衡***；

图4是带有一个电感耦合***的第二实施例的一个视图；

图5说明旋转变压器上的本发明装置；

图6a和6b示出在差分信号传输中现有技术装置和本发明装置之间的一个比较；

图7a和b是用于解释低通特性的说明；以及

图8至10说明谐振耦合的各个实例。

具体实施方式

在各图中，同一样的标号被用来表示完全一样的元件或者产生同一样作用的元件，为的是可以在这里略去一部分重复的讨论。

图1a至1c示出本发明装置用于非接触传输电信号和/或能量的各种实施例，而且在各图中仅表示出发送器而未表示出接收器。

一个信号源S经由一个导体结构2连接到相应的耦合元件C和L，并且还以一种无反射的方式端接一个特性阻抗Zo。当一个本发明结构的单元被用作接收器时，所传输的信号在信号源S的位置引出。这里所说明的装置因为涉及一个特别有用的实施例而呈现一种对称或平衡的结构。当然，也可以设想不平衡或不对称的实施例。

图1a示出一个电容耦合的实例；在这一情形下，产生电容耦合的平板导电元件C经由一条支线连接到连续导体2或者像这里所说明的实施例一样直接连接到连续导体2。

图1b示出一个电感式耦合的实例；这里的导体结构2和分立元件L形成产生电感耦合的若干回路。

图1c是电感和电容耦合的一个实例的视图；在这一情形下，既设置了导体回路L又设置了平板导电元件C。

下面将参照其他附图更详细地解释本发明。

图2示出一个带有不对称设计的电容耦合的实施例。在载体1特别是例如说可弯曲的印制电路板上，设置一个导体结构或者线路网络2将电容式耦合元件3a、3b和3c互相连接起来。

电信号和/或能量就通过这些耦合元件和通过充当接收器且可相对于这些耦合元件移动的耦合装置4传输。当然，耦合装置4可以是有同样设计的元件，但也可以是常规的接收器。在所说明的实施例(这里参照图2的侧视图)中，耦合装置4是一种放置在耦合元件3a至3c旁边的常规接收器。接地面有时可以设在印刷电路板的背面上。

图3是图2所示实施例的一个变例的横截面视图，其中设置一个带有屏蔽罩的对称装置。装置包括一个由相应的第一导体2和第二导体12组成的平衡线***或平衡线结构。这些导体供应电容耦合元件3和13。

在这里，耦合装置4设计成一种以U形结构围绕印制电路板1的平衡耦合装置，印制电路板1上则安排有导体结构和耦合装置。此外，屏蔽罩6设置得围绕整个装置。仍然可以是一种印制电路板的载体1通过隔离器5和15紧固在屏蔽罩6上。

图4是其中实现了电感耦合的本发明的第二实施例的一个视图。在也可以将导电层设置到背面的载体1上，还设置一个导体结构2将电感耦合元件3a至3c连接起来。在这里，耦合元件3a至3c按导电回路的方式构造。标号4仍然表示常规型式的耦合装置。

上面已经参照图1至4给出了示例性说明的本发明装置表现出的若干优点，下面将参照图5至7更详细解释。

图5示出一个实施例，其中本发明装置作成可以例如说安装在旋转变压器上的形式。具有带电容元件3(和/或电感元件)的本发明设计的导体结构2可以制成一种其中生出一些狭槽的平面膜或箔或者印制电路1以允许弯曲到很小的半径。使用现有技术中通用的带状线不可能做到这一点。

另外，本发明的装置还提供一个优点，即利用一种弯曲的设计安排和差分信号耦合来获得仅用稍稍不同的线长度，即导致延迟时间的不同，从而导致信号噪声和干扰辐射的不同。因此，本发明的装置特别适合于传输差分信号，这又带来另一个优点，即由于外部空间的场实际上几乎完全互相抵消而使对外辐射减至最小。

图6示出设计成差分结构的常规带状线SL(a图部分)和本发明的装置(b图部分)之间的一个比较。

由图6a和6b显然看出，带有耦合元件3和13的线2和12在本发明装置的情形被放置得互相很靠近，使得它们的半径r₁和r₂的差很小，因而延迟时间的差别变得比较大。

图7a示出本发明装置的一个简化了的等效电路图。如图7a所示，本发明的装置表现出一个低通特性。因此，本发明的装置由于不通过高于阈值频率的任何噪声而必然伴有对噪声的高抑制，因而既不能接收也不能发射。

图7b是计算出的本发明装置频率响应的一个示例性说明，其中频率沿横轴标出(以MHZ为单位)，被接收信号标在纵轴上(以V为单位)。这里明显看出，在所示的实施例中，本发明的装置在1MHz和大约300MHZ之间表现出实际上不变的频率响应，而在差不多300MHz处则陡降至“零”。当然，同样可以实现除300MHz以外的阈值频率(可以更高或者更低些)。

图8是用供应消耗装置84的相应电感或电容耦合元件83组成谐振耦合的本发明装置的一个说明。这个耦合元件由至少一个仿真元件82补给电能以组成一个能够谐振的结构。信号装置85用耦合元件或补加的仿真元件处的谐振电流或电压生成一个再生耦合信号，该信号具有这样一个幅度和这样一个相位，使得它连接的开关或放大元件81与仿真元件82以及83一起共同满足振荡条件。

图9是根据本发明的装置用于电容式传输装置情形的一个示例性说明。电容耦合元件93供应消耗装置94。它则由电感器92补给电能量以形成一个能够谐振的结构。在这一情形下，信号装置包括一个测流电阻器95，它通过电感和电容向开关或放大元件91发送一个正比于串联谐振电流的信号。

图10示出本发明的***在依靠一个电感耦合元件并联谐振的情形下的特别简单实施例的一个实例。在这一情形下，电感耦合元件103供应消耗装置104。电感器靠电容器补给以形成一个并联谐振电路。在此，这个信号装置用具有两个电阻器105和106的分压器组成，由它引出电感和电容的并联谐振电压的一个预定份额，并将该电压份额传送到相应的开关或放大元件上。

至此，已经通过示例性实施例叙述了本发明，没有对总的发明思想和总的适用范围进行任何限制。特别是，不仅可以将本发明应用于例如在计算机断层显像、雷达发射塔等等中的旋转变压器，而且可以应用于例如起重机等等上面需要的适合直线运动的变压器。此外，本发明还可用在执行复合运动的变压器中。

Claims (75)

1.一种用于在至少两个可以互相相对移动的部件之间非接触传输电信号的装置，其中多个电磁耦合元件设置在要在其间传递信号的部件上，靠这些耦合元件附近的场产生非接触传输，其特征在于，设置在至少一个部件上的每个所述耦合元件至少包括一个包含本身能够谐振的单元件的谐振器且独立于其他耦合元件，谐振器具有一个接近等于被传输信号的频率的谐振频率，并且在于各个谐振器通过被端接成无反射方式的线互相连接起来。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述一个谐振器或几个谐振器是谐振腔、线式谐振器、介电式、铁磁式和/或压电式谐振器。

3.根据权利要求2的装置，其特征在于每一个能够谐振的耦合元件包括一个元件，该元件至少含有一个产生电感和电容作用的元件，以及在于连接的耦合元件引出前面耦合元件的至少一个电抗元件上的相应电压或电流作为输入信号。

4.根据权利要求3的装置，其特征在于每个耦合元件由至少一个单电感器和至少一个电容器组成。

5.根据权利要求4的装置，其特征在于一个部件上不同耦合元件的各个电感器串联连接。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于连续的线组成相应耦合元件的各个电感器。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于电容器构造成平板导电元件经由分支线连接到所述连续线或者从横向直接连到该线上。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于平板导电元件设置在所述连续线任一侧。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于所述电感器或电容器构造成一个印刷电路板的结构。

10.根据权利要求9的装置，其特征在于所述印制电路板是一个可弯曲的电路板。

11.根据权利要求10的装置，其特征在于所述印制电路板设有一些狭槽。

12.根据权利要求11的装置，其特征在于所述电感器和/或电容器是分立元件。

13.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于几个调谐到不同频率范围的耦合元件按照紧密的关系放置，以获得调谐到这些频率范围的耦合结构。

14.根据权利要求13的装置，其特征在于所述结构是对称的。

15.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于带有接地面、电容器和/或电感器的导体结构设置在印制电路板的任一侧。

16.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件构造成差分式耦合元件并且在于一个差分信号加到所述耦合元件上。

17.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于能够谐振而且互相匹配的耦合元件设在所有的部件上。

18.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于能够谐振的耦合元件设置在一个部件上，并且在于常规的发射器或接收器作为设置在另一部件上的耦合元件。

19.根据权利要求18的装置，其特征在于所述发射器或接收器分别包括线圈、铁氧体磁芯和/或电容器。

20.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于要向起到使所传输的信号通过的作用的电源或线路***传输的信号被分别屏蔽起来，以获得与所述耦合元件去耦合的设计。

21.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于至少设置一个起动器单元，仅在相对移动部件的耦合元件接近时才起动相应的耦合元件。

22.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件设计得使它们仅通过接近的耦合元件的介电或磁特性将自己按照本身的电特性调整到工作点。

23.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件对所述线路***的耦合通过另外的有源或无源器件实现。

24.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件对所述线路***的耦合通过放大器和/或半导体开关实现。

25.根据权利要求2至12任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件被一个用导电材料制成的屏蔽罩屏蔽得不受周围环境影响。

26.根据权利要求2至12任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件由开关或放大元件供电。

27.根据权利要求26的装置，其特征在于设置一个另外的信号装置，根据谐振元件的电压或电流生成一个再生耦合信号，使得在至少一个谐振频率上出现振荡。

28.根据权利要求27的装置，其特征在于所述信号装置构造得使它输出一个与串联谐振电流的一部分成比例的幅度。

29.根据权利要求27的装置，其特征在于所述信号装置设计得使它输出一个与并联谐振电压的一部分成比例的幅度。

30.根据权利要求27的装置，其特征在于在几个谐振的情形下，所述信号装置设计得使它输出一个由正比于串联谐振电流和正比于并联谐振电压的幅度组成的合成信号。

31.根据权利要求26所述的装置，其特征在于设置一个另外的二次振荡器以便于电路起振。

32.根据权利要求26所述的装置，其特征在于设置一个分析装置决定***的工作频率并从中得出一个与适合于互相相对移动的所述单元部件的空间尺寸相应的信号。

33.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于所述适合于互相相对移动的部件进行旋转运动。

34.根据权利要求1至12任一所述的装置，其特征在于所述适合于互相相对移动的部件进行直线平移运动。

35.一种用于在至少两个适于互相相对移动的部件之间非接触传输电信号的装置，其中多个电磁耦合元件设置在其间要传送信号的部件上，所述耦合元件附近的场产生非接触传输；其特征在于所述至少一个部件上的耦合元件组成一个配置为用无反射方式端接的级联电路的导体结构，以及

独立于其他耦合元件的每一个耦合元件都是一个谐振***，具有高于要传输的宽带信号最高频率的谐振频率。

36.根据权利要求35的装置，其特征在于用所述耦合元件组成的***表现出一个低通特性。

37.根据权利要求36的装置，其特征在于所述导体结构作为整体不能谐振。

38.根据权利要求37的装置，其特征在于每一个能够谐振的耦合元件包括一个元件，该元件至少含有一个产生电感和电容作用的元件，以及在于连接的耦合元件引出前面耦合元件的至少一个电抗元件上的相应电压或电流作为输入信号。

39.根据权利要求38的装置，其特征在于每个耦合元件由至少一个单电感器和至少一个电容器组成。

40.根据权利要求39的装置，其特征在于一个部件上不同耦合元件的各个电感器串联连接。

41.根据权利要求40的装置，其特征在于连续的线组成相应耦合元件的各个电感器。

42.根据权利要求41的装置，其特征在于电容器构造成平板导电元件经由分支线连接到所述连续线或者从横向直接连到该线上。

43.根据权利要求42的装置，其特征在于平板导电元件设置在所述连续线任一侧。

44.根据权利要求43的装置，其特征在于所述电感器或电容器构造成一个印刷电路板的结构。

45.根据权利要求44的装置，其特征在于所述印制电路板是一个可弯曲的电路板。

46.根据权利要求45的装置，其特征在于所述印制电路板设有一些狭槽。

47.根据权利要求46的装置，其特征在于所述电感器和/或电容器是分立元件。

48.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于几个调谐到不同频率范围的耦合元件按照紧密的关系放置，以获得调谐到这些频率范围的耦合结构。

49.根据权利要求48的装置，其特征在于所述结构是对称的。

50.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于带有接地面、电容器和/或电感器的导体结构设置在印制电路板的任一侧。

51.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件构造成差分式耦合元件并且在于一个差分信号加到所述耦合元件上。

52.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于能够谐振而且互相匹配的耦合元件设在所有的部件上。

53.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于能够谐振的耦合元件设置在一个部件上，并且在于常规的发射器或接收器作为设置在另一部件上的耦合元件。

54.根据权利要求53的装置，其特征在于所述发射器或接收器分别包括线圈、铁氧体磁芯和/或电容器。

55.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于要向起到使所传输的信号通过的作用的电源或线路***传输的信号被分别屏蔽起来，以获得与所述耦合元件去耦合的设计。

56.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于至少设置一个起动器单元，仅在相对移动部件的耦合元件接近时才起动相应的耦合元件。

57.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件设计得使它们仅通过接近的耦合元件的介电或磁特性将自己按照本身的电特性调整到工作点。

58.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件对所述线路***的耦合通过另外的有源或无源器件实现。

59.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件对所述线路***的耦合通过放大器和/或半导体开关实现。

60.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件被一个用导电材料制成的屏蔽罩屏蔽得不受周围环境影响。

61.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述耦合元件由开关或放大元件供电。

62.根据权利要求61的装置，其特征在于设置一个另外的信号装置，根据谐振元件的电压或电流生成一个再生耦合信号，使得在至少一个谐振频率上出现振荡。

63.根据权利要求62的装置，其特征在于所述信号装置构造得使它输出一个与串联谐振电流的一部分成比例的幅度。

64.根据权利要求62的装置，其特征在于所述信号装置设计得使它输出一个与并联谐振电压的一部分成比例的幅度。

65.根据权利要求62的装置，其特征在于在几个谐振的情形下，所述信号装置设计得使它输出一个由正比于串联谐振电流和正比于并联谐振电压的幅度组成的合成信号。

66.根据权利要求62所述的装置，其特征在于设置一个另外的二次振荡器以便于电路起振。

67.根据权利要求63所述的装置，其特征在于设置一个另外的二次振荡器以便于电路起振。

68.根据权利要求64所述的装置，其特征在于设置一个另外的二次振荡器以便于电路起振。

69.根据权利要求65所述的装置，其特征在于设置一个另外的二次振荡器以便于电路起振。

70.根据权利要求62所述的装置，其特征在于设置一个分析装置决定***的工作频率并从中得出一个与适合于互相相对移动的所述单元部件的空间尺寸相应的信号。

71.根据权利要求63所述的装置，其特征在于设置一个分析装置决定***的工作频率并从中得出一个与适合于互相相对移动的所述单元部件的空间尺寸相应的信号。

72.根据权利要求64所述的装置，其特征在于设置一个分析装置决定***的工作频率并从中得出一个与适合于互相相对移动的所述单元部件的空间尺寸相应的信号。

73.根据权利要求65所述的装置，其特征在于设置一个分析装置决定***的工作频率并从中得出一个与适合于互相相对移动的所述单元部件的空间尺寸相应的信号。

74.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述适合于互相相对移动的部件进行旋转运动。

75.根据权利要求35至47任一所述的装置，其特征在于所述适合于互相相对移动的部件进行直线平移运动。

Images