JPH09511887A - エネルギーおよびデータの無接触伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エネルギーおよびデータの無接触伝送のためのシステムは固定のステーションおよび可動のステーションを含んでいる。可動ステーションの振動回路（１、２）を固定ステーションの共振周波数に同調させるため、振動回路に並列に接続可能な多数のキャパシタンス（５、６、７）が設けられている。システムの瞬時的作動状態がその際に同調に入る。実現は容易に集積可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 エネルギーおよびデータの無接触伝送システム 本発明は、請求項１の前文によるエネルギーおよびデータを無接触で伝送する ためのシステムに関する。 このようなシステムは固定のステーションと、たとえばチップカード、チップ キーなどの形態の可動部分とを含んでいる。固定ステーションは可動部分の作動 のために必要なエネルギーを供給する。そのために一般に緩く結合されたコイル 対が設けられており、各コイルは可動または固定部分の振動コイルに対応付けら れている。エネルギー伝達は高周波信号により行われる。この高周波信号は可動 部分において整流器ユニットおよび場合によってはその後段に接続されている調 節ユニットに供給される。このようなシステムはたとえば認識システム、出発ゲ ート、チップカード、益獣を標識するための認識システムなどに応用される。 無接触のエネルギー伝達を有するこのようなシステムでは伝達の最高の効率は 、一次回路の伝達周波数が二次回路の共振周波数に相当するときに得られる。一 次回路はたとえば固定部分の振動回路を、また二次回路は可動部分の振動回路を 含んでいる。構成部分のパラーメータ変動および外部から入結合される擾乱の影 響に基づいてこの要求は構成要素パラメータおよびその他の影響量の和のなかで のみ達成可能である。可能なかぎり良好な信号およびエネルギー伝達を達成する ためには、二次回路の調整が必要である。 ドイツ特許第3810702C2号明細書には、固定ステーションが同調可能な振動回 路を含んでおり、この振動回路が、可能なかぎり良好な受入れが達成されるよう に可動部分の振動回路への同調を実行するため制御回路により駆動される無接触 エネルギーおよびデータ伝送装置が示されている。固定ステーションは別の振動 回路を含んでいる。振動回路から取り出し可能な信号は互いに相対的な位相位置 に関して評価される。それに関係して、可動ステーションの同調すべき振動回路 に対しては並列に位置している直列に接続されているキャパシタンスダイオード が制御される。 本発明の課題は、調整が可能なかぎり簡単な仕方で実行かつ実現され得るエネ ルギーおよびデータの無接触伝送のためのシステムを提供することにある。 この課題は請求項１の特徴を有するシステムにより解決される。 実施態様は従属請求項に記載されている。 二次回路に追加接続可能なキャパシタンスを設けることにより、二次回路が簡 単に可能なかぎり高い信号およびエネルギー伝達に同調され得る。可動部分に含 まれている調節回路により同調は自動的に実行できる。これはたとえばシステム の各始動の際に初期化相の間に実行される。それにより同調の際に、一次振動回 路と二次振動回路との間の結合に場合によっては擾乱の影響を及ぼし得る瞬時的 な周囲条件も考慮に入れられる。さらに構成要素の経時変化が自動的に補償され る。補償はたとえばチップカードの操作、伝送の初期化のような短時間の変化の 際にも行われる。使用すべき構成要素は容易に集積制御回路で実現できるので、 回路およびコスト費用は比較的わずかである。 以下、図面ににより本発明を一層詳細に説明する。 図１は本発明によるシステムの可動部分の原理回路図、 図２は可動部分の制御回路に対する原理的実現例、また 図３は図２の原理回路の回路技術的実施例を示す。 図１に示されている可動部分はインダクタンス１およびキャパシタンス２から 成る並列振動回路を有する。振動回路１、２の端子３、４に集積された制御装置 １２が接続されている。端子３、４から取り出し可能な電圧は集積回路１２で整 流され、平滑化され、また場合によっては調節され、その際に得られる直列電圧 は集積回路１２に給電するために使用される。振動回路１、２は固定の（図示さ れていない）振動回路と誘導的に結合されている。 振動回路１、２に並列にキャパシタンス５、６、７がスイッチング要素８、９ または１０を用いて接続可能である。スイッチはトランジスタとして構成できる 。スイッチング要素８〜１０は制御手段１１により駆動される。この手段１１は 、振動回路１、２の共振周波数がキャパシタンス５…７の１つまたはそれ以上の 追加接続のもとに、インダクタンス１に入結合される一次回路への可能なかぎり 良好な同調が達成されるように、変更されるように計らう。そのために、可能な か ぎり高い受信された電圧レベルが達成されるような調節が実行されるように、振 動回路（端子３）において取り出し可能な電圧が制御装置１１に入結合される。 好ましくは、振動回路の共振周波数は既に、粗同調が行われているように設定 されている。このことは、相応のＱ値を有する構成要素の使用により達成され、 または検査装置において既に予補償がコンデンサ５…７の１つまたはそれ以上の 並列接続により実行され、またスイッチング設定が持続的にたとえば制御装置１ ２の不揮発性メモリに記憶されることにより達成され得る。図１中に示されてい る調節により次いで各システム始動の際に自動的な精補償が実行できる。その際 に外部の擾乱の影響および構成要素の経時変化状態のような瞬時的な作動条件も 自動的に考慮に入れられる。 制御装置１１の原理的実現例が図２に示されている。可動部分の振動回路のイ ンダクタンス１に並列に、簡略化した図示の仕方で、複数個の制御線４０を介し てスイッチング可能なキャパシタンスを有するキャパシタンス回路網３０が示さ れている。キャパシタンスはそれぞれ異なるキャパシタンス値または等しいキャ パシタンス値を有し得る。データ線４０は制御装置３１により、可能なかぎり良 好な同調が一次回路に存在するように設定される。そのために回路は、差動サン プル・アンド・ホールド検出器の機能を実行する装置３３を有する。入力側で装 置３３に、振動回路１から取り出し可能な電圧が供給される。出力側で装置３３ は端子４１に振動回路電圧の瞬時値に相応する出力信号を発生し、また端子４２ にそれに対して時間的にずらされた電圧信号を発生する。出力端４１、４２はコ ンパレータ３４の入力端と接続されている。コンパレータは、振動回路電圧の瞬 時値が時間的により速い電圧値よりも高いか低いかを決定する。コンパレータ３ ４の相応の出力信号は制御装置３１に供給される。制御装置３１はコンパレータ ３４のサンプリング時点および装置３３のサンプリング時点を制御する。装置３ １はアルゴリズムにより制御される、そのためにソフトウェアにより支援される マイクロプロセッサを用いることが可能である。図３中に示されているように、 カウンタを用いることも可能である。装置３１に対するこれらの実現可能性はク ロックされる作動の仕方を前提としている。このクロックはたとえばコンパレー タ３２を介して振動回路電圧から導出され、また装置３１に供給される。さらに 、 時間設定を制御装置３１に伝達する装置３５が設けられている。たとえば装置３ ５により決定された継続時間を超過すると、制御過程が打ち切られる。正確な同 調を可能にしない作動条件が存在するならば、または故障した機能ユニットが存 在するならば、同調過程は時間設定の経過後に終了し、システムは作動準備状態 となる。さらに、正常作動中、たとえばデータ伝送中の結合の変化の際に補償過 程が開始されることが防止される。これはさもなければ伝送の誤りに通じるおそ れがある。 図２に示されている原理回路の回路技術的実現例が図３に示されている。その 際に等しい要素には等しい符号が付されている。制御要素としてここには順方向 ／逆方向カウンタ５１が設けられている。その出力端４０はキャパシタンス回路 網３０を駆動するための制御線を形成する。制御線４０がカウンタ５１の２進出 力端と接続されているならば、回路網３０に含まれており振動回路に並列に接続 可能なコンデンサは、それらのキャパシタンス値に関して２進に段階付けられる と好適である。コンパレータ３４の出力端はカウンタ５１の順方向／逆方向カウ ント入力端と接続されている。カウンタ５１の入力端５２にはレリーズ信号が供 給される。コンパレータ３２はカウンタ５１のクロック入力端と接続されている 。 図３の具体的な実施例では、コンパレータ３４のプラス入力端は、入力側に振 動回路の電圧信号を供給されるサンプル・アンド・ホールド回路５０と接続され ている。コンパレータ３４のマイナス入力端には直接に振動回路電圧が与えられ ている。コンパレータ３４においてサンプル・アンド・ホールド回路５０から発 生されたピーク値がその瞬間の振動回路電圧と比較される。補償の開始時にたと えば、サンプル・アンド・ホールド回路５０により供給された値がそのサンプリ ング時点で存在するより大きい離調のゆえに瞬時値よりも低いことが確認される 。コンパレータの出力端は次いで論理“０”を導き、それによりカウンタ５１が たとえばアップカウントに切換えられる。それにより制御線４０を介してキャパ シタンス回路網３０が、インダクタンス１に追加接続可能なキャパシタンスが高 められるように変更される。同調の最大を超過すると、コンパレータ３４のプラ ス入力端に与えられている電圧レベルはマイナス入力端に与えられている電圧レ ベルよりも高くなる。コンパレータ３４の出力端は次いで論理“１”に切換わり 、 従ってカウンタはたとえばダウンカウントに切換わる。コンパレータの出力信号 の切換わりの際にそれぞれカウント方向が変更される。こうしてキャパシタンス 回路網３０が最良可能な結合に調整される。端子５２を介して次いで補償過程が 凍結される。 振動回路から取り出し可能な信号の時間的にずらされた少なくとも２つの信号 レベルの相対的評価は、上記の実施例に対して代替的に、振動回路に補償中に追 加的なコンデンサが交互に接続され、かつ再び切り離されることによっても実施 することができる。それにより振動回路から相い異なる電圧振幅を有する信号が 発せられ、これらの信号が互いに相対的に評価される。追加的なコンデンサの両 スイッチング状態での両信号値の比較により一義的に同調改善のための必要な措 置が推定できる。追加的なコンデンサを追加接続した際の信号がコンデンサを切 り離した際の信号よりも高いならば、別の同調コンデンサが同調の改善のために 追加接続されなければならない（またはその逆）。この過程の繰り返しにより最 後に、両評価状態（接続されている追加的なコンデンサ有りおよび無し）がほぼ 振動回路に等しい出力信号を供給する同調状態が到達される。その場合同調の別 の改善は、追加的なコンデンサの半分のキャパシタンス値を有する同調コンデン サが振動回路に接続されることにより達成される。この措置は特に、変調コンデ ンサがいずれにせよ存在し、それによりディジタル信号値がキャリア上で変調さ れて固定ステーションに伝送されるときに適している。その場合変調コンデンサ は、好ましくは、上記の追加的なコンデンサとして使用される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の可動のステーションと第２のステーションとの間のエネルギーおよび データを無接触で伝送するためのシステムであって、ステーションの一方が集積 可能な制御回路（１２）により駆動される同調可能な振動回路（１、２）を有す るシステムにおいて、可動ステーションにおいて集積可能な制御回路（１２）が スイッチング手段（８、９、１０）により振動回路（１、２）に並列に追加接続 可能な多数のキャパシタンス（５、６、７）と、前記スイッチング手段（８、９ 、１０）を駆動するための手段（１１）とを有し、前記手段（１１）に可動ステ ーションの振動回路（１、２）から取り出し可能な信号が供給され、また振動回 路（１、２）を同調させるための前記スイッチング手段（８、９、１０）の駆動 が振動回路（１、２）から取り出される信号の時間的にずらされた少なくとも２ つの信号レベルの相対的な評価に関係して実行されることを特徴とするエネルギ ーおよびデータの無接触伝送システム。 ２．前記手段（１１）が、振動回路（１、２）から取り出される信号の時間的に ずらされた少なくとも２つの信号レベルを互いに比較し得る比較装置（３４）と 、また比較装置（３４）の出力信号を供給される制御装置（３１；５１）とを有 し、前記比較装置の出力信号に関係してスイッチング手段（８、９、１０）が駆 動されることを特徴とする請求項１記載のシステム。 ３．制御装置（３１；５１）が振動回路（１、２）から取り出し可能な信号によ りクロック制御される順方向／逆方向カウンタ（５１）を含んでおり、またその 順方向／逆方向制御入力端が比較装置（３４）の出力信号により制御され、前記 比較装置（３４）がコンパレータであり、その第１の入力端（−）が振動回路か ら取り出される信号により制御され、また第２の入力端（＋）がサンプル・アン ド・ホールド回路（５０）を介して振動回路（１、２）から取り出される信号に より制御されることを特徴とする請求項２記載のシステム。