JP3130641B2 - データおよびエネルギー伝送装置およびその作動方法 - Google Patents

データおよびエネルギー伝送装置およびその作動方法

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JP3130641B2 JP04119926A JP11992692A JP3130641B2 JP 3130641 B2 JP3130641 B2 JP 3130641B2 JP 04119926 A JP04119926 A JP 04119926A JP 11992692 A JP11992692 A JP 11992692A JP 3130641 B2 JP3130641 B2 JP 3130641B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、無接触式にデータおよ
びエネルギーを伝送するための装置およびその作動方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような装置はヨーロッパ特許出願第
90113587.1号明細書、特に第１図および第２図およびそ
の説明に記載されている。その装置は、コイル対（Ｌ１
Ａ、Ｌ２ＡまたはＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ）による無接触の電力
伝送のための発振器（ＯＳＣ）を有する固定部分（Ｓ
Ｔ）と、可動部分（ＢＴ）とから成っている。発振器
（ＯＳＣ）の振動は基準振動と情報振動とに分割されて
おり、また情報振動に伝送すべきデータ（ＤＴ１）に関
係して基準振動に対し位相シフトが強制され、この位相
シフトされた振動が第１のコイル対（Ｌ１Ｂ、Ｌ２Ｂま
たはＬ１Ａ、Ｌ２Ａ）を介して、また基準振動が第２の
コイル対（Ｌ１Ａ、Ｌ２ＡまたはＬ１Ｂ、Ｌ２Ｂ）を介
して可動部分（ＢＴ）に供給される。また可動部分（Ｂ
Ｔ）において、伝送された振動は、位相シフトからデー
タを再取得する復調回路（ＤＥＭＯＤ）に供給され、可
動部分（ＢＴ）から固定部分（ＳＴ）へのデータ伝送は
負荷変化により行われる。電力伝送はコイル対によって
のみ遂行され、また可動部分から固定部分へのデータ伝
送は電力伝送の役割をしない可動部分のコイルにおける
負荷変化によってのみ遂行される。
【０００３】固定部分のコイルが可動部分のコイルにコ
イル対の形成のために任意に対応付け可能であり、また
こうして、同時に両コイルの各々を介してエネルギーま
たはデータが伝送され得ないときにも、可動部分の両コ
イルの各々を介してエネルギーまたはデータが伝送され
得ることを保証するため、可動部分の両コイルの各々に
整流器回路のほかに少なくともそれぞれ電圧調節器の操
作要素が対応付けられており、またさらに少なくともそ
れぞれ１つのスイッチが対応付けられている。このスイ
ッチはその駆動およびそれにより生ずるスイッチ位置に
関係してそれに対応付けられているコイル対の負荷を変
更し得る。またコイルの各々に電圧調節器および変更可
能な負荷が対応付けられていてよい。これらの場合のす
べてにおいて、論理演算により、可動部分から固定部分
へのデータ伝送のために必要とされる振幅変調器が常
に、エネルギー伝送に関与せず、その電圧調節器または
電圧調節器操作要素が能動化されておらず、または電圧
調節器が後に接続されていないコイル対の負荷を変更す
ることが保証されていなければならない。
【０００４】可動部分のコイルおよび固定部分のコイル
が任意に結合可能であるべきであり、従ってまた信号の
論理レベルを決定するための回路ユニットを有する復調
器回路が設けられているならば、この回路ユニットは、
論理レベルを決定する同一の仕方で、可動部分のコイル
のどれに基準振動が、また可動部分のコイルのどれに基
準振動に対して位相位置を変更可能な情報振動が伝送さ
れるかをも認識し得る。このような無接触式のデータお
よびエネルギー伝送のための装置では、これらの情報を
含んでいる復調器回路の信号に関係して論理演算によ
り、可動部分のどのコイルが可動部分から固定部分への
データ伝送のために使用され、またどのコイルがエネル
ギー伝送のために設けられているかが決定され、その際
に可動部分から固定部分へのデータ伝送は、目下のとこ
ろエネルギー伝送のために使用されていない可動部分の
コイルにより行われることが保証されている。可動部分
の連続的なエネルギー供給を保証するため、その際に基
準振動を伝送するコイルの後に電圧調節器が接続されて
おり、またはこのコイルの後に接続されている電圧調節
器が能動化され、また情報振動を伝送する可動部分のコ
イルにおいて、可動部分から固定部分へのデータ伝送の
ために負荷が伝送すべきデータに関係して変更される。
【０００５】上記の装置の欠点は、各コイルおよび後段
に接続されている整流器に対して、集積の際に大きな占
有空間を必要とするそれぞれ１つの充電コンデンサが必
要であることにある。別の欠点は、それぞれ作動状態に
ある変調器による供給枝路への振幅変調反作用である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、無接
触式データおよびエネルギー伝送装置であって、集積の
際に充電コンデンサに対するできるかぎりわずかな面積
を有し、また振幅変調反作用を回避する装置とその作動
方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の装置においては、各第１のコイル対により
可動部分に対しデータの送受を行い、第２のコイル対に
より可動部分に伝送されるエネルギーを発生するための
ユニットを有する固定部分を備え、固定部分のコイルは
可動部分のコイルに任意に対応付けられ、可動部分から
固定部分へのデータ伝送はエネルギー伝送に用いられな
い可動部分のコイルにおける負荷変化により行われ、可
動部分のコイルの後にそれぞれ整流器ユニットが接続さ
れ、整流器ユニットの出力側にそれぞれ変調器ユニット
が接続されている無線式にデータ及びエネルギーを伝送
するための装置において、整流器ユニットのそれぞれ少
なくとも１つの出力端が制御可能な半導体素子の負荷経
路を介して充電コンデンサと接続され、充電コンデンサ
は整流器ユニットの出力端から調節されない作動電圧を
取出すための端子に接続され、制御可能な半導体素子の
制御端子には制御入力端が接続され、制御入力端に加え
られる制御信号により可動部分のデータ伝送に用いられ
るいずれか一方のコイルを充電コンデンサから切り離し
得るようになっている。
【０００８】また本発明の作動方法においては、初期化
時間の間に可動部分において、どのコイルがエネルギー
伝送のために使用されるかが決定され、その決定に基づ
いて制御可能な半導体素子を介して整流器ユニット及び
変調器ユニットが充電コンデンサから隔離される。
【０００９】
【実施例】以下、３つの図面により本発明を一層詳細に
説明する。
【００１０】図１には、２つの伝送コイルＬ１ａ、Ｌ１
ｂ及び１つの機能ユニット１を有する固定部分ＳＴの一
部分が示されている。機能ユニット１は、エネルギーの
伝送並びにデータの送信及び受信のためのすべての主要
な装置を含んでいる。更に、２つのコイルＬ２ａ、Ｌ２
ｂを有する可動部分ＢＴが示されている。その第１のコ
イルＬ２ａは第１の整流器ユニット２と接続されてい
る。整流器ユニット２は２つの出力端９、１０を有し、
これらの出力端は変調器ユニット４と接続されている。
変調器ユニット４は制御入力端１３及び１４を有する。
同じく第２のコイルＬ２ｂは第２の整流器ユニット３と
接続されている。第２の整流器ユニット３は２つの出力
端１１、１２を有し、これらの出力端は第２の変調器ユ
ニット５と接続されている。第２の変調器ユニット５は
制御入力端１５、１６を有する。両整流器ユニット２、
３のそれぞれ第１の出力端９、１１は互いに接続され、
また第１の端子１７に通じている。両整流器ユニット
２、３のそれぞれ第２の出力端１０、１２はそれぞれ第
１および第２のスイッチングトランジスタ６、７の負荷
経路を介して第２の端子１８と接続されている。端子１
７、１８との間に充電コンデンサ８が接続されている。
それによって端子１７および１８から調節されない作動
電圧を取出すことができる。第２の端子１８に与えられ
ている基準電位はさらに両変調器ユニット４、５と接続
されている。また制御入力端１４、１６はそれぞれイン
バータ１９、２０を介してスイッチングトランジスタ
６、７の制御端子と接続されている。
【００１１】図１に見られるように、コイルＬ２ａ、Ｌ
２ｂの整流器ユニット２、３と変調器ユニット４、５は
それぞれ完全に等しく構成されている。システムのスイ
ッチオンの際には制御入力端１４および１６には常に論
理"０"信号が与えられており、従って両整流器ユニット
２、３、変調器ユニット４、５はエネルギー供給回路と
して接続されている。何故ならば、トランジスタ６、７
はそれぞれスイッチオンされており、従って両コイルＬ
２ａ、Ｌ２ｂの１つを介して伝送されるエネルギーがコ
ンデンサ８を充電するからである。初期化時間の経過後
又は初期化時間中に、図１には示されていない後段に接
続されているユニットが、データ伝送に用いられるコイ
ルＬ２ａ、Ｌ２ｂを認識し、制御入力端１４、１６に制
御信号を送り、この制御信号によってデータ伝送に用い
られるコイルを供給電圧から切り離す。
【００１２】例えばコイルＬ１ｂおよびＬ２ｂがエネル
ギー伝送を行い、コイルＬ１ａおよびＬ２ａがデータ伝
送を行うものと仮定する。図示されていないユニットが
このことを初期化時間中に認識し、制御入力端１４に論
理"１″信号、制御入力端１６に論理"０″信号を与え
る。それによりトランジスタ６が遮断され、その結果変
調器ユニット４および整流器ユニット２の回路が充電コ
ンデンサ８から切り離される。ここで変調器ユニット４
の制御入力端１３にデータ信号が与えられると、このデ
ータ信号は、端子１７、１８から取出すことのできる可
動部分ＢＴの作動電圧の影響を受けることなく固定部分
ＳＴに伝送することができる。
【００１３】伝送のために必要な変調器ユニット４は図
２に詳細に示されている。出力端９と１０との間には一
方ではコンデンサ２１および第３のトランジスタ２２の
負荷経路が接続されている。端子９と基準電位が加わる
端子１８との間には抵抗２３および第４のトランジスタ
２４の負荷経路の直列回路が接続されている。直列回路
の節点は第３のトランジスタ２２の制御端子と接続され
ている。さらに第４のトランジスタ２４の制御端子は演
算増幅器２５の出力端と接続されており、その作動電圧
端子は一方では出力端９と、また他方では基準電位の端
子１８と接続されている。第２および第３の抵抗２９、
３１から成る別の直列回路が出力端９と１０との間に接
続されている。直列回路の中間取出し点は演算増幅器２
５の正の入力端と接続されている。第２の抵抗２９に対
して並列に別の第５のトランジスタ２８の負荷経路が接
続されている。さらに、第６のトランジスタ３０の負荷
経路および第４の抵抗３２の直列回路が第２の抵抗２９
に対して並列に接続されている。第５のトランジスタ２
８の制御端子は制御入力端１４と接続されており、また
第６のトランジスタ３０の制御端子は制御入力端１３と
接続されている。出力端９と基準電位の端子１８との間
に、第５および第６の抵抗２６、２７から成る直列回路
が位置している。その節点は演算増幅器２５の負の入力
端と接続されている。さらに図２には図１による第１の
トランジスタ６およびインバータ１９も示されている。
【００１４】端子１３に論理"１″信号が与えられる
と、第６のトランジスタ３０が遮断されるので、端子１
０における電位は分圧器を形成する抵抗２６、２７およ
び２９、３１により定められる電位に制限される。この
電位または出力端９、１０の間の電圧はディジタル値"
１″を表す。制御入力端１３に論理"０″信号が与えら
れると、抵抗２９、３１にさらに抵抗３２が並列に接続
され、また出力端１０にディジタル値"０″を定める電
位が生ずる。種々のディジタル状態に対する出力端１０
における電位差を介して負荷変調が行われ、それが一次
側で固定部分ＳＴにおいて検出される。ブロックキャパ
シタンス２１は、切り離された整流器ユニット２の出力
端９、１０における脈動する直流電圧を、第１のトラン
ジスタ６の寄生的な基板トランジスタが駆動されないよ
うに平滑化する役割をする。
【００１５】変調器ユニットの別の実施例が図３に示さ
れている。図３には図２に比べて拡張された回路装置の
範囲のみが示されている。再び変調器ユニット４の外側
に第１のトランジスタ６が示されている。変調器ユニッ
ト４の内部には図２による第３のトランジスタ２２、第
１の抵抗２３および第４のトランジスタ２４が示されて
いる。新たに、制御可能な電流源３５および第７および
第８のトランジスタ３３、３４から成る電流ミラー回路
が設けられている。制御可能な電流源３５は出力端９と
基準電位の端子１８との間に接続されている。制御可能
な電流源３５に対して直列に第８のトランジスタ３４の
負荷経路が接続されている。第７のトランジスタ３３の
負荷経路は第３のトランジスタ２２の制御端子と出力端
１０との間に接続されている。第７および第８のトラン
ジスタ３３、３４の制御端子は互いに、また制御可能な
電流源３５および第８のトランジスタ３４の負荷経路か
ら成る直列回路の節点と接続されている。その他の構成
要素は図２中に示されているものと同様である。ただキ
ャパシタンス２１はここでは省略することができる。
【００１６】電流ミラー回路３３、３４、３５は、整流
器ユニット２が基準電位から切り離された際の出力端１
０における電位が予め定められた参照値以下に低下する
のを回避するいわゆるクランプ回路をなしている。キャ
パシタンス２１はこの回路により省略することができ
る。制御入力端１４に与えられる信号を介して整流器ユ
ニット２が切り離されることにより電流源３５が能動化
し、この電流源３５は、出力端１０における電位が予め
定められた参照値以下に低下するときトランジスタ３
３、３４を介して第３のトランジスタ２２をスイッチオ
ンする。既に存在する第３のトランジスタの制御入力端
においてスイッチングされるので、必要とされるチップ
面積は必要なキャパシタンス２１に比べてはるかに小さ
い。
【００１７】上述の実施例では図を見易くするため変調
器ユニット４のみについて説明したが、変調器ユニット
５についても同様の実施例が可能である。
【００１８】無接触式のデータおよびエネルギー伝送の
ための装置はシステムを構成するもので、無接触式のデ
ータおよびエネルギー伝送のための装置の固定部分ＳＴ
にも可動部分ＢＴにもデータキャリアが接続されてお
り、少なくとも固定部分ＳＴにはデータ処理ユニットが
接続されている。
【００１９】可動部分ＢＴはキーの形態に構成すること
ができる。アクセスシステムではその場合に固定部分は
錠の形態に構成される。データ交換システムでは固定部
分は読出しおよび書込み装置の形態で場合によってはデ
ータ処理ユニットに結合されて構成されている。
【００２０】キーが純粋なデータキャリアとして利用さ
れるべきであれば、たとえば固定部分はデータ交換のた
めにのみ利用される書込み‐読出し装置である。自動車
の分野ではキーはたとえば個々の自動車データを記憶す
るであろう。
【００２１】無接触式のデータおよびエネルギー伝送の
ための本発明による装置の可動部分はさらにチップカー
ドの形態に構成されていてよい。この場合、固定部分は
書込み装置または書込みおよび読出し装置の部分であ
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、それぞれ作動中の変調
器ユニットをエネルギー供給枝路から切り離すことを可
能にする手段として、回路に要する費用が比較的僅かで
すむ手段を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の原理的接続図である。
【図２】本発明の変調器回路の実施例の接続図である。
【図３】本発明の変調器回路の別の実施例の接続図であ
る。
【符号の説明】
ＢＴ 可動部分 Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ コイル ＳＴ 固定部分 １ 機能ユニット ２、３ 整流器ユニット ４、５ 変調器ユニット ６、７ スイッチングコンデンサ ８ 充電コンデンサ
フロントページの続き (72)発明者 カール‐ラインハルト シエーン ドイツ連邦共和国 8000 ミユンヘン ２ シユテフアンスプラツツ １ (72)発明者 ローベルト ライナー ドイツ連邦共和国 8025 ウンターハツ ヒング ゾイレンシユトラーセ ２／５ (56)参考文献 特開 昭62−297988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−203738（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−311391（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−74024（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−154223（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−214290（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 5/00 - 5/06 G06K 19/00 - 19/08

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各第１のコイル対（Ｌ１ａ、Ｌ２ａ又は
    Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ）により可動部分（ＢＴ）に対しデータ
    の送受を行い、第２のコイル対（Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ又はＬ
    １ａ、Ｌ２ａ）により可動部分（ＢＴ）に伝送されるエ
    ネルギーを発生するためのユニット（１）を有する固定
    部分（ＳＴ）を備え、固定部分（ＳＴ）のコイルは可動
    部分（ＢＴ）のコイルに任意に対応付けられ、可動部分
    （ＢＴ）から固定部分（ＳＴ）へのデータ伝送はエネル
    ギー伝送に用いられない可動部分のコイルにおける負荷
    変化により行われ、可動部分（ＢＴ）のコイル（Ｌ２
    ａ、Ｌ２ｂ）の後にそれぞれ整流器ユニット（２、３）
    が接続され、整流器ユニット（２、３）の出力側にそれ
    ぞれ変調器ユニット（４、５）が接続されている無線式
    にデータ及びエネルギーを伝送するための装置におい
    て、 整流器ユニット（２、３）のそれぞれ少なくとも１つの
    出力端（１０、１２；９、１１）が制御可能な半導体素
    子（６、７）の負荷経路を介して充電コンデンサ（８）
    と接続され、充電コンデンサ（８）は整流器ユニット
    （２、３）の出力端（９、１０；１１、１２）から調節
    されない作動電圧を取出すための端子（１７、１８）に
    接続され、制御可能な半導体素子（６、７）の制御端子
    には制御入力端（１４、１６）が接続され、制御入力端
    （１４、１６）に加えられる制御信号により可動部分
    （ＢＴ）のデータ伝送に用いられるいずれか一方のコイ
    ル（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を充電コンデンサ（８）から切り
    離し得るようになっていることを特徴とするデータ及び
    エネルギー伝送装置。
  2. 【請求項２】 変調器ユニット（４、５）において、 整流器ユニット（２、４）の両出力端（９、１０；１
    １、１２）に第１のトランジスタ（２２）の負荷経路が
    接続され、 抵抗（２３）と第２のトランジスタ（２４）の負荷経路
    とが作動電圧を出力する端子（９、１８；１１、１８）
    間に直列に接続され、抵抗（２３）と第２のトランジス
    タ（２４）の接続点が第１のトランジスタ（２２）の制
    御端子と接続され、 第２のトランジスタ（２４）の制御端子に演算増幅器２
    ５の出力端が接続され、演算増幅器（２５）の負入力端
    には参照電圧が加えられ、演算増幅器（２５） の正入力
    端には、一方で第３のトランジスタ（２８）の負荷経路
    を介して、他方で第４のトランジスタ（３０）の負荷経
    路及び第２の抵抗（３２）からなる直列回路を介して変
    調器ユニットの第１の入力端（９；１１）が接続され、 変調器ユニットの両入力端（９、１０；１１、１２）間
    には第３及び第４の抵抗（２９、３１）の直列回路が接
    続され、両抵抗（２９、３１）間の接続点は演算増幅器
    （２５）の正の入力端と接続され、 第４のトランジスタ（３０）の制御端子にはデータ信号
    を供給される変調器ユニットの第１の制御入力端（１
    ３、１５）が接続され、 変調器ユニットおよび整流器ユニットを充電コンデンサ
    （８）から隔離するための信号を供給される変調器ユニ
    ットの制御入力端（１４；１６）が第３のトランジスタ
    （２８）の制御端子に接続されていることを特徴とする
    請求項１記載のデータおよびエネルギー伝送装置。
  3. 【請求項３】 整流器ユニットの両出力端（９、１０；
    １１、１２）間にキャパシタンス（２１）が接続されて
    いることを特徴とする請求項２記載のデータおよびエネ
    ルギー伝送装置。
  4. 【請求項４】 制御可能な電流源（３５）が作動電圧を
    出力する端子（９、１８；１１、１８）間に接続され、
    また電流ミラー回路（３３、３４）が設けられ、電流ミ
    ラー回路は入力側で制御可能な電流源（３５）と直列に
    接続され、出力側で第１のトランジスタ（２２）の制御
    入力端と変調器ユニット（４；５）の第２の入力端（１
    ０；１２）との間に接続されていることを特徴とする請
    求項２記載のデータおよびエネルギー伝送装置。
  5. 【請求項５】 差し込みカード又はチープキーに使用さ
    れることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記
    載のデータおよびエネルギー伝送装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１つによる無接
    触式にデータ及びエネルギーを伝送するための装置を作
    動させるための方法において、 初期化時間の間に可動部分（ＢＴ）において、どのコイ
    ル（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ又はＬ１ａ、Ｌ１ｂ）がエネルギー
    伝送のために使用されるかが決定され、その決定に基づ
    いて制御可能な半導体素子（６；７）を介して整流器ユ
    ニット（２；３）及び変調器ユニット（４；５）が充電
    コンデンサ（８）から隔離されることを特徴とするデー
    タおよびエネルギー伝送装置の作動方法。
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