(57)【要約】本発明は、第一の装置（１）と第二の装置（２）との間での電力および全二重データ信号の誘導的な伝送のための誘導伝送システムを提供する。該伝送システムは：・前記第一の装置（１）と第二の装置（２）との間の双方向誘導性チャネルと、・前記第一の装置（１）から第二の装置（２）への前記誘導性チャネル（６）を通じた第一の周波数での電力信号の伝送のための第一の伝送手段（１２１）と、・第一の変調周波数で第一のデータ信号を変調するための第一の変調装置（２１）と、・第二の変調周波数で第二のデータ信号を変調するための第二の変調装置（１５）と、・前記変調された第一のデータ信号を前記第一の装置（１）から前記第二の装置（２）に前記誘導性チャネル（６）を通じて伝送し、前記変調された第二のデータ信号を前記第二の装置（２）から前記第一の装置（１）に前記誘導性チャネル（６）を通じて伝送するための第二の伝送手段（１２４）とを有しており、前記第一の変調周波数および第二の変調周波数が少なくとも２倍離れており、前記伝送システムがさらに送出されるデータ信号についての補償を行い、各装置側での自身の送出信号からの干渉のない全二重経路を提供するための信号消去手段すなわち補償回路を有している。
2007502043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の装置と第二の装置との間での電力および全二重データ信号の誘導的な伝送のための誘導伝送システムであって：
・前記第一の装置と第二の装置との間の双方向誘導性チャネルと、
・前記第一の装置から第二の装置への前記誘導性チャネルを通じた第一の周波数での電力信号の伝送のための第一の伝送手段と、
・第一の変調周波数で第一のデータ信号を変調するための第一の変調装置と、
・第二の変調周波数で第二のデータ信号を変調するための第二の変調装置と、
・前記変調された第一のデータ信号を前記第一の装置から前記第二の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送し、前記変調された第二のデータ信号を前記第二の装置から前記第一の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送するための第二の伝送手段とを有しており、
前記第一の変調周波数および第二の変調周波数が少なくとも２倍離れており、前記伝送システムがさらに前記第一のデータ信号および第二のデータ信号をそれぞれ第一の装置側および第二の装置側で復調するための検波手段、ならびに、伝送された第二のデータ信号と伝送された第一のデータ信号からそれぞれ前記第一のデータ信号および前記第二のデータ信号をそれぞれ前記第一の装置側および前記第二の装置側で消去する消去手段を有していることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第一の変調装置および前記第二の変調装置が振幅変調を実行するために好適であることを特徴とする、請求項１記載の誘導伝送システム。
【請求項３】
前記検波手段が同期検波手段であることを特徴とする、請求項１記載の誘導伝送システム。
【請求項４】
前記第一の周波数が前記第一および第二の変調周波数から十倍またはそれ以上離れていることを特徴とする、請求項１記載の誘導伝送システム。
【請求項５】
前記第一の伝送手段が前記第一の装置側の第一のコイルと前記第二の装置側の第一のコイルとを有することを特徴とする、請求項１記載の誘導伝送システム。
【請求項６】
前記第二の伝送手段が前記第一の装置側の第二のコイルと前記第二の装置側の第二のコイルとを有することを特徴とする、請求項１記載の誘導伝送システム。
【請求項７】
第一の装置と第二の装置との間での電力および全二重データ信号の誘導的な伝送のための方法であって：
・前記第一の装置から第二の装置へ誘導性チャネルを通じて第一の周波数で電力信号を伝送し、
・第二の周波数で変調された第一のデータ信号を前記第一の装置から前記第二の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送し、
・第三の周波数で変調された第二のデータ信号を前記第二の装置から前記第一の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送し、前記第二および第三の周波数は少なくとも２倍離れており、
・前記第一のデータ信号および第二のデータ信号をそれぞれ第一の装置側および第二の装置側で復調し、
・前記伝送された第二のデータ信号と前記伝送された第一のデータ信号からそれぞれ前記第一のデータ信号および前記第二のデータ信号をそれぞれ前記第一の装置側および前記第二の装置側で消去する、
ことを有することを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第一のデータ信号および前記第二のデータ信号を伝送前に振幅変調することを有することを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第一のデータ信号および前記第二のデータ信号を復調することが同期検波を実行することを有することを特徴とする、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は信号伝送方法および装置に、より詳細には、固定部と可動部との間でエネルギーおよびデータを誘導的に、すなわち固定部と可動部との間の機械的接触を必要とせずに転送するための方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力およびデータを、回転するなど動いている装置にオン／オフして転送し、PLCやパソコンなどのような固定装置とのインターフェースをもたせる必要のある用途が増え続けている。そのような用途の例は、移動体装置、無線エネルギー転送システム、遠隔測定システムなどに見出すことができる。
【０００３】
伝統的に、拘束されていない回転運動を扱うには可動スライダーとともに使うスリップリングが指定されていた。しかし、スリップリングには摩擦による摩耗、騒音発生、データ転送の損失またはシステム障害の問題がある。
【０００４】
エネルギーおよびデータがコイルを通じて誘導的に伝送できることは以前から知られていた。本質的には対応する空気ギャップをもつトランスに対応するものである。
【０００５】
非接触電力システム（CPS:  contactless  power  system）がパウル・ファーレ社（www.vahle.de/vahle_e.html）から知られている。CPSは電磁誘導によって電流を供給する。電磁誘導はトランスの一次側から二次側へのエネルギー変換と同様のものである。しかし、典型的なトランスと異なり、CPSトランスは一次巻線を長いループに引き延ばして、二次巻線を前記一次導体を取り囲む開放端のコア上に置く。CPSはファーレの溝付きマイクロ波導波路（SMG:  slotted  microwave  guide）データ伝送システムと組み合わせてもよい。これは電力のために別個の誘導性経路があり、データには導波路を通じて別個のデータ路があることを意味している。
【０００６】
WO95/07521はプローブのための誘導性伝送システムを記載している。プローブはプローブインターフェースを通じて第一のコイルに接続されている。この第一のコイルは小さなギャップを介して第二のコイルに誘導的に結合されている。第二のコイルはインターフェース回路を通じて機械制御に接続されている。データ信号はプローブからインターフェースへと渡される。同時に、電力搬送信号および命令信号はインターフェースからプローブへと渡される。各信号が相互干渉なしに渡されるために、各信号は異なる中心周波数の搬送波をもち、互いに重ならない周波数帯域で搬送される。これはこの従来技術文献によれば信号の生成および復元のために必要である。信号は変調システムを使って振幅一定で変調される。
【０００７】
このシステムでは、命令帯域のデータレートは非常に低い。二つのデータストリームが両方向に同時に同じように高速に伝送されることは不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
単一のインターフェースを介して双方向に高いデータレートでの全二重データ通行を提供するような信号伝送のシステムおよび方法を提供することが本発明の一つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、本発明に基づく方法および装置によって達成される。
【００１０】
本発明は、第一の装置と第二の装置との間での電力および全二重データ信号の誘導的な伝送のための誘導伝送システムを提供する。該伝送システムは：
・前記第一の装置と第二の装置との間の双方向誘導性チャネルと、
・前記第一の装置から第二の装置への前記誘導性チャネルを通じた第一の周波数での電力信号の伝送のための第一の伝送手段と、
・第一の変調周波数で第一のデータ信号を変調するための第一の変調装置と、
・第二の変調周波数で第二のデータ信号を変調するための第二の変調装置と、
・前記変調された第一のデータ信号を前記第一の装置から前記第二の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送し、前記変調された第二のデータ信号を前記第二の装置から前記第一の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送するための第二の伝送手段とを有しており、
前記第一の変調周波数および第二の変調周波数が少なくとも２倍離れており、好ましくは偶数倍離れており、前記伝送システムがさらに前記第一のデータ信号および第二のデータ信号をそれぞれ前記第一の装置側および第二の装置側で復調するための検波手段、ならびに、前記伝送された第二のデータ信号と前記伝送された第一のデータ信号からそれぞれ前記第一のデータ信号および前記第二のデータ信号をそれぞれ前記第一の装置側および第二の装置側で消去する消去手段を有していることを特徴とする。前記信号消去手段すなわち送出されるデータ信号についての補償を行う補償回路は、各装置側での自身の送信信号からの干渉のない全二重経路を提供する。
【００１１】
前記第一の変調装置および第二の変調装置は、振幅変調を実行するために好適でありうる。あるいはまた、位相変調または周波数変調を実行するために好適でありうる。
【００１２】
前記検波手段は同期検波手段でありうる。そのような同期検波システムは追加的に異なる信号の間の弁別およびシステムのパフォーマンスを改善する。
【００１３】
本発明によれば、第一の周波数は前記第一および第二の変調周波数よりも１０倍またはそれ以上離れている。
【００１４】
前記第一の伝送手段は第一の装置側の第一のコイルと第二の装置側の第一のコイルとを含む。前記第二の伝送手段は第一の装置側の第二のコイルと第二の装置側の第二のコイルとを含む。
【００１５】
本発明はまた、第一の装置と第二の装置との間での電力および全二重データ信号の誘導的な伝送のための方法を提供する。該方法は：
・前記第一の装置から第二の装置へ誘導性チャネルを通じて第一の周波数で電力信号を伝送し、
・第二の周波数で変調された第一のデータ信号を前記第一の装置から前記第二の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送し、
・第三の周波数で変調された第二のデータ信号を前記第二の装置から前記第一の装置に前記誘導性チャネルを通じて伝送し、前記第二および第三の周波数は少なくとも２倍、好ましくは偶数倍離れており、
・前記第一のデータ信号および第二のデータ信号をそれぞれ前記第一の装置側および第二の装置側で復調し、
・前記伝送された第二のデータ信号と伝送された第一のデータ信号からそれぞれ前記第一のデータ信号および前記第二のデータ信号をそれぞれ前記第一の装置側および第二の装置側で消去する、
ことを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明に基づく方法は、前記第一のデータ信号および第二のデータ信号を伝送前に振幅変調してもよい。
【００１７】
前記第一のデータ信号および前記第二のデータ信号の復調は、同期検波を実行することを含んでいてもよい。
【００１８】
本発明のこれらのことを含むさまざまな特性、特徴、利点は、以下の詳細な記述を付属の図面とともに参照することで明らかとなるであろう。それは例として本発明の原理を説明するものである。この記述は例として与えられるのみであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１９】
異なる図面において同じ参照符号は同一または類似の要素を示す。
【００２０】
これから本発明について特定の実施形態に関連し、ある図面を参照しながら説明するが、本発明はそれに限定されるものではなく、請求項によってのみ定義される。示されている図面は単に概略的であり、限定的な意味はない。説明の目的上、図面において一部の要素の大きさは誇張されており、縮尺通りに描かれてはいない。本記載および請求項において「有する」の語が使われているとき、それは他の要素またはステップを排除するものではない。単数の名詞の表現が使われているときは、これは特に断りのない限りその名詞の複数の場合を含む。
【００２１】
さらに、本記載および請求項における第一、第二、第三などの語は同様の要素を区別するために使われており、必ずしもシーケンスまたは時間的な順序を示すものではない。使われている用語は適切な状況においては交換可能であり、ここに記載される発明の実施形態はここで記載または図示されている以外のシーケンスにおいても動作できることを理解しておくものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に基づくシステムは、回転するなど動いている装置のような第一の装置とたとえば固定装置のような第二の装置との間で情報の転送を行うことを目的としている。第一の装置がスレーブ装置で、第二の装置がマスター装置でありうる。本発明は前記装置の一方が動いていて他方が固定されている場合に限定されない。たとえば、両方が固定されていたり、両方が動いていたりすることも可能である。単に理解を助けるために、本記載においては、マスター装置を固定装置と称し、スレーブ装置を可動装置と称する。上に示したように本発明はそれに限定されるものではない。マスター装置とは、スレーブ装置に電力を伝送する側の装置である。回転装置がたとえば電池から電力を受けている場合には可動装置がマスター装置となることが可能である。その場合、固定装置がスレーブ装置となる。
【００２３】
回転装置はたとえば自動車の車輪または、たとえばタイヤ、ホイールおよび／もしくはベアリング部品など車輪の何らかの部分である。その場合、固定装置はたとえばボード・コンピュータなど自動車の電子制御システムでありうる。センサーデータのような回転装置からのデータは固定すなわち制止装置に転送される。該センサーは、たとえば温度、圧力などの物理量のいかなる好適なセンサーであってもよいし、加速センサーであってもよいし、いかなる形のトランスデューサもしくはトランスポンダであってもよい。本発明に基づく伝送システムの回転部分はそうしたセンサーのための、それにたとえば前記第二の装置上の処理回路のための電力を供給される必要がある。さまざまなセンサーからくるデータの量を減らしたり圧縮したりするために強力な処理システムが伝送システムの可動部に設けられることがあるのである。センサーは、たとえば数kHz程度の周波数で約10ビットの解像度でサンプリングすることができる。こうしたセンサーすべてを合わせた高いデータレートは固定世界への接続においてある帯域幅を必要とするが、帯域幅はしばしば限られている。そこで、データストリームをより低い許容可能なデータレートに下げるために処理回路が設けられることがあるのである。従来技術によれば、許容可能なデータレートは10ないし100kb/sであった。本発明の場合、たとえば自動車での応用では、少なくとも100kb/sのデータレートが必要となることがあり、データレート1Mb/sが望ましいこともある。
【００２４】
可動部で必要とされる電力は数ワットになることもあるので（処理回路に必要とされる）、本発明は、ある側面では、そのような量のエネルギーを転送できる非接触結合である誘導性結合を提供する。電力転送は、空気ギャップのあるトランス型の結合によって提供される。データ転送については、信頼できる非接触媒体が提供される。これは誘導性結合において設けられることもでき、そうすれば信頼性と簡素さという利点が提供される。好ましくは、データ転送および電力転送は同一の誘導性結合に組み合わされる。これによりシステム全体が信頼性のある簡素なものとなり、特に当該結合器の簡素さに結びつく。
【００２５】
本発明のある実施形態に基づくシステムのブロック概略図が図１に示されている。図の左の部分が当該伝送システムの固定部１であり、これは固定装置、たとえば自動車のボード・コンピュータに接続されている。図の右の部分が可動部２であり、たとえば車輪の一つについている移動装置に位置している。
【００２６】
固定部１と可動部２との間に誘導性結合デバイス３が設けられている。これは固定コア４および回転コア５の二つのコア、たとえばフェライトコア、ならびに、二組のコイル（図１には示していないが、図１２に示す）をもつ。第一の組１２１のコイルは第一の固定コイル１２２および第一の可動コイル１２３からなり、電力転送に使われる。第二の組１２４のコイルは第二の固定コイル１２５および第二の可動コイル１２６を使っており、全二重データ転送に使われる。第一および第二の固定コイル１２２、１２５は誘導性結合デバイス３の固定装置側に位置しており、第一および第二の可動コイル１２３、１２５は可動装置側に位置している。二つのコア４、５の間に、よってまたそれぞれの固定コイルと可動コイルとの間には空気ギャップ６がある。本発明に基づくシステムにおいて転送されるエネルギーはミリワットまたはワットのオーダーである。
電力伝送
本発明のある実施形態に基づく伝送システムの固定部１は電力増幅器７を有している。正弦波発生器が、比較的低い、たとえば10kHzから500kHz、可能性としては1MHzまでの間の、たとえば20kHzの第一の周波数で、図１で「＋電源IN」で示した信号を用いて線形電力増幅器を駆動する。自動車用途での使用については、固定部における電源は自動車バッテリーなどからの直流電圧によって電力を受けることができる。しかし、本発明は直流電源に限定されるものではない。
【００２７】
ある好ましい実施形態では、電力増幅器７には二つの段が存在する。一つは正弦波信号の正の部分を増幅するための、もう一つは正弦波信号の負の部分を増幅するためのものである。その際、一つの増幅器段は非反転増幅器として構成され、他方の増幅器段は反転増幅器として構成される。各増幅器段は電力コイル１２２の一方の側を駆動する。両増幅器段は合わせてプッシュプル駆動段として動作する。増幅器７は単一の電源電圧「＋電源IN」を用いて電力を受けている。その値はたとえば＋12Vである。増幅器段における損失のため、増幅器７が生成する電圧は12Vよりも小さくなり、たとえばピークで8Vにまでなる。第一の周波数、たとえば20kHzにおける効率をやや向上させるため、コイル１２２は共振コンデンサを並列または直列にもつことができる。
【００２８】
電力増幅器７は固定部１にある第一の固定コイル１２２を、第一の比較的低い周波数、たとえば20kHzで駆動する。これは、誘導性結合デバイス３の空気ギャップ６に交流磁場を生成する。この周波数では、0.5mmのオーダーの空気ギャップのあるトランス系で十分に効率的である。
【００２９】
前記交流磁場は可動部２の電力ピックアップコイル――これが前記第一の可動コイル１２３である――に転送される。可動部の電力コイル１２３は中央タップ１２７を具備している。中央タップ１２７は接地されており、他のタップ１２８、１２９は整流器８における全波ブリッジを駆動する。整流器ブリッジは電圧降下の低いショトキーダイオードを用いて構成される。この構成を通じて、正電圧および負電圧が可動部２において生成されうる。整流器８によって整流された可動コイル１２３の電圧は、次いで調整手段９によって調整され、たとえば出力直流電圧に乗っているリプルが除去される。たとえば、平滑コンデンサとその後の安定器を設けて、可動部２の任意的な電子装置のための電源電圧として好適な直流電圧を生成するようにする。正の側での安定化のためには、電圧損失を最小化するために並列安定器が用いられる。
スレーブからマスターへのデータ伝送
可動部２ではいくつかのセンサー、たとえばこれに限られるものではないが、圧力センサー１０、加速センサー１１および温度センサー１２などが信号を生成することができ、それがコントローラ１３によってデジタルデータストリーム１４に変換される。ビットレートは10kb/sと1Mb/sの間、好ましくは100kb/sと1Mb/sの間であることができ、たとえばビットレートは128kb/sに設定することができる。
【００３０】
このデータストリーム１４は、第一の変調装置１５において第一の変調周波数で変調、たとえばオン／オフの振幅変調を受けることができる。第一の変調周波数は1.5MHzなどの高い周波数である。この第一の変調周波数は電力周波数より少なくとも５倍高くなければならない。電力周波数は前述したように500kHzまで、あるいは可能性としては1MHzの非常に低い周波数でありうる。原理的には、第一の変調周波数は結合器の構成に応じて10または20MHzまで高くできる。原理的には、周波数変調または位相変調といった他の種類の変調を使うこともできるが、こうした変調方法はより複雑な復調および変調回路になる。
【００３１】
第一の変調周波数は電力信号の第一の周波数よりも少なくとも５倍高い。
【００３２】
変調装置１５の入来信号はシリアルのTTL型のデータストリームである。このデータストリームはHighレベルかLowレベルかに応じて1.5MHzでドライバをオン／オフさせる。1.5MHzの搬送波はたとえば6MHｚのクロック信号を4分割することによって得られる。
【００３３】
変調されたデータ信号１６の可動データコイル１２６への結合は、結合ネットワーク１７を通じて行われる。結合ネットワーク１７は、データチャネルから電力周波数およびその高調波成分を消去するためのフィルタ周波数をもつ高域通過フィルタを有している。高域通過フィルタ周波数はよって、電力周波数とデータ周波数との間に位置し、たとえば約500kHzである。高域通過フィルタを通ることで電力周波数成分は消去され、データ周波数成分は通過させられる。最後に、変調された信号１６が可動部２にあるデータコイル１２６を駆動する。誘導性結合デバイス３における空気ギャップ６の磁場は第一の変調周波数（記載されている例では1.5MHz）で変調される。
【００３４】
固定部１にあるデータコイル１２５は空気ギャップ６内の変調された磁場を受信し、それをたとえば電圧に変換する。この電圧は復調装置１８で復調され、もとのデジタルデータストリーム１９に変換される。このデータストリーム１９はコントローラ２０に、そしてたとえば自動車のボード・コンピュータ（図示せず）に入力されてもよい。
マスターからスレーブへのデータ伝送
固定部１から可動部２へのデータ、たとえばS0_wheelおよびS90_wheelのような命令信号のようなデータは、変調装置２１において第二の変調周波数で変調、たとえばオン／オフの振幅変調を受けることができる。第二の変調周波数は、前記第一の周波数よりも１０倍またはそれ以上高く、前記第一の変調周波数よりも偶数倍高い。偶数倍が好まれるのは、奇数だと干渉が多くなる結果となり最適ではないからである。比２は二つのデータ周波数のうまい分離を与える。比４または６も可能であるが、その場合、チャネル帯域幅が余計に必要になる。小さなチャネル帯域幅しか利用できない場合には比２が好ましい。ここで記載している例については、第二の変調周波数は例として3MHzである。データストリームのビットレートはたとえば128kb/sに設定される。変調装置２１の入来信号はシリアルのTTL（トランジスタ‐トランジスタ論理）型のデータストリームである。このデータストリームは入来信号がHighレベルかLowレベルかに応じて第二の変調周波数、たとえば3MHzでドライバを変調する。3MHzは6MHｚのクロック信号を2分割することによって得られ、デューティー比はちょうど５０％となる。変調データストリーム２２の固定データコイル１２５への結合は、結合ネットワーク２３を通じて行われる。結合ネットワーク２３は、データチャネルから電力周波数およびその高調波成分を消去するためのフィルタ周波数をもつ高域通過フィルタを有している。フィルタ周波数はたとえば約500kHzである。
【００３５】
固定部１におけるコイル１２５を通じて、第二の変調周波数の信号、たとえば3MHz信号は、空気ギャップ６におけるこの同じ周波数での磁場変調に翻訳される。
【００３６】
可動部２にあるデータコイル１２６は空気ギャップ６内の変調された磁場を受信し、それを電圧に変換する。この電圧は復調装置２４で復調され、もとのデジタルデータストリーム２５に変換される。このデータストリーム２５はコントローラ１３に入力されてもよい。
送出信号消去
可動部２では、第二の変調周波数の信号、たとえば3MHz信号が可動部側のデータコイル１２６によって受信される。このコイル１２６は、当該可動部から固定部１へのデータのための駆動コイルでもある。伝送チャネル（誘導性結合デバイス３）上での重度の信号損失のため、第二の変調周波数3MHzでの受信信号よりも第一の変調周波数1.5MHzでの二次データ信号のほうが優勢である。受信される3MHz信号は送出される1.5MHz信号より振幅にして10倍以上小さい。
【００３７】
同様に、第一の変調周波数の信号、たとえば1.5MHz信号を固定部１において受信するデータコイル１２５も、たとえば固定部１からきて可動部２に送られる命令信号といったデータのための駆動コイルでもある。誘導性結合デバイス３の伝送チャネル上での重度の信号損失のため、データ固定コイル１２５において受信された信号、たとえば1.5MHz信号よりも、固定部１によって送られるべき第二の変調周波数、たとえば3MHzでのデータ信号のほうが優勢である。受信される1.5MHz信号は送出される3MHz信号より振幅にして10倍以上小さい。
【００３８】
このため、誘導性結合デバイス３の両方の側において、送出される信号を受信信号から消去する。たとえば、本発明は、受信信号中の望ましくない信号を除去または抑制するエコーキャンセラーまたはフィルタの使用を含む。以下では本発明のある実施形態を、固定部における送出信号消去について説明する。可動部における送出信号消去は詳細には説明しないが同様である。
【００３９】
図２は、送出データ信号についての補償回路３０を示している。送出データ信号についての補償なしでは、一方の側で受信される信号よりもその側で送出される信号のほうが優勢になってしまう。データ信号は誘導性伝送チャネルによって10倍までの減衰を受ける。そのとき、相手側から受信した信号に比べて自分自身の送出信号のほうが10倍も大きくなる。自分自身の送出信号を受信信号中から消去するために補償が必要となるのである。
【００４０】
「データ１IN」からチャネルへの結合への転送はある周波数転送特性をもつ。自分自身の信号の補償の場合にこの周波数転送特性を使う必要がある。よって、この補償のために、データは結合ネットワーク２３のみならず、補償フィルタ３１にもはいる。この補償フィルタ３１の出力が誘導性チャネル６から受信された信号３２から差し引かれる。結果は送出信号の大半が消去された信号である。このようにして、差し引き後には、相手側から受信した信号「データ２OUT」だけが残る。同じ処理が相手側でも行われる。このようにして、自分自身の送出信号からの干渉のない全二重経路が確立される。もちろん、この処理にはチャネルおよびフィルタ構成要素の変動に起因する若干の許容差がある。望ましくない信号の好ましい除去比は10ないし20dBである。
【００４１】
図３はこの原理の実際上の実装を示している。送信者からトランス結合または伝送チャネルへの転送は（単純化して）一次の高域通過フィルタ３３で置き換えることができる。この一次の高域通過フィルタ３３は単純なRC回路によって表される。下にある差動増幅器３４はトランスの信号と補償ネットワーク３１の出力との差を取る。結合ネットワーク２３は、図３の図に示すように一つの抵抗器でありうる。
【００４２】
最終的に得られた信号は、送出信号の大半が消去された信号であるが、これが同期検波方式にかけられる。
同期検波
同期検波方式の基本的目的はデータチャネルにおける振幅検波である。記載されている本発明の実施形態における二つのデータチャネルはそれぞれ異なる周波数で振幅変調されるので、二つの異なる同期検波器が伝送チャネル６の各側に一つずつあることになる。
【００４３】
代替的な実施形態では、詳しく説明せず図示もしていないが、周波数復調または位相復調を対応する復調方式によって実行することができる。
【００４４】
同期検波のためには、今の場合における固定部の検波器は、第一の変調周波数で変調されたデータ信号、たとえば1.5MHz信号の存在を検出する必要があり、他方、可動部の検波器は、第二の変調周波数で変調されたデータ信号、たとえば3MHz信号の存在を検出する必要がある。
【００４５】
本発明で同期検波器を選んだのは、高速応答および２倍以上の偶数倍離れた周波数についての高い消去比のためである。これはまた、第一および第二の変調周波数として２倍離れた値、たとえば上例では1.5MHzと3MHzを選んだ理由でもある。原理的には、同期検波は周波数選択性の振幅検波方式である。たとえば帯域通過フィルタとピークまたは平均値検出器との組み合わせのような他の振幅検波方法も候補である。
【００４６】
同期検波器４０は図４に示した構成において使うことができる。検波すべき入力信号は、検波器で使われる復調周波数と同じ周波数（変調周波数）および前記復調周波数に関して一定の位相偏位を有するべきである。
【００４７】
伝送チャネル３３を通じて受信された信号は、検波すなわち復調周波数の０°成分および検波すなわち復調周波数の９０°成分を乗じられる。
【００４８】
受信信号と復調信号との間の位相差が厳密に０である図５に示した特別な場合には、これらの条件では同期検波器４０が全波整流器として動作することが見て取れる。
【００４９】
位相差が０でなければ、負電圧の時間領域と正電圧の時間領域の両方が現れて出力電圧の平均値を下げるので、出力電圧は図５に示した例よりも常に低くなる。
【００５０】
検波信号の出力電圧Voをこれから位相の関数として決定する。
【００５１】
入力電圧Viは乗算器４１において復調周波数で+1または−1が乗じられる。この効果は数学的には次のように示せる：
Vo＝ViS(t)          （１）
ここで、S(t)は−1または＋1である。
【００５２】
このS(t)をフーリエ級数の形に書き直せば次式が得られる：
【００５３】
【数１】
2007502043.tif 000003
入力電圧Viは周波数fi＝mfdemおよび位相角φmをもつ正弦波電圧であると想定される。式（１）および（２）を用いると、これから出力電圧Voは次のように書ける。
【００５４】
【数２】
2007502043.tif 000004
この出力電圧Voの算術平均値が続く低域通過フィルタ４２によって評価され、次の式になる。
【００５５】
【数３】
2007502043.tif 000005
式（３）と組み合わせると、次の最終結果が得られる：
【００５６】
【数４】
2007502043.tif 000006
入力電圧信号Viが複数の周波数の混合を含んでいる場合、周波数が変調周波数に等しい、あるいはその奇数倍である成分だけが出力電圧の平均値に寄与する。これにより、選択的振幅測定のために同期検波器４０が特に好適である理由が説明される。
【００５７】
同期検波器はまた、出力が入力信号の適切な成分と復調周波数との間の位相角に依存するため、位相に敏感でもある。φm＝９０°の場合、Voは周波数条件が満たされたとしても０である。図５の例では、φm＝０°かつm＝1である。この場合、式（４）は次式を与える。
【００５８】
【数５】
2007502043.tif 000007
ここで、￣付きのVoは信号の平均値、＾付きのVo〔またはpeakで示す〕は信号のピーク値である。式（４）はこうして全波整流された正弦波電圧の算術平均を与える。図５から直接導くこともできた結果である。
【００５９】
式（３）は周波数が復調周波数に等しいかその奇数倍である入力電圧Viのみが出力電圧Voに寄与することを示した。しかし、これが成り立つのは低域通過フィルタ４２の時定数が無限に大きい場合のみである。実際にはこれは不可能であり、本発明の場合、望ましくもない。というのも、低域通過フィルタのカットオフ周波数が０であれば出力電圧Voは全く変化を受けないことになってしまう。カットオフ周波数が０より大きい値である限り、同期検波器はもはや離散的な周波数ではなく個々の周波数帯を拾うことになる。これらの周波数帯の3dBの帯域幅は2fcであり、図６は結果として得られるフィルタ特性を示している。二つの特性が示されている。上のグラフ６１は1.5MHzに設定された検波器についての特性である。第二のグラフ６２は3MHzに設定された検波器の出力である。明らかにわかるのは、両検波器とも低周波の擾乱には敏感ではなく、復調周波数よりも２倍高い周波数にも敏感でない。
【００６０】
奇数次の高調波の寄与は任意的に復調のために正弦波を使うことによって消去することができる。今の場合、干渉している可能性があるのは二つの周波数帯だけなのでこれは必要ではない。同期検波処理で検波すべき信号に方形波が乗じられる場合、検波器は奇数次の高調波信号のところにも出力を生成する（図６参照）。検波すべき信号に正弦波信号が乗じられる場合には、検波器は奇数次の高調波周波数のところには出力を生成しない。このための回路はより複雑で、特にMHz帯ではより構築が困難になる。
【００６１】
式（４）によれば、同期検波器４０は振幅Vpeakを直接生成しはせず、複素振幅Viの実部Vpeak  cosφを与える。絶対値|Vi|＝Vi  peakを決定するためには、復調周波数の位相角を好適な位相偏位ネットワークによって調整して検波器の出力が最大になるようにすることができる。そのとき信号Vi(t)および復調電圧Vdem(t)は同相であり、次式が得られる：
【００６２】
【数６】
2007502043.tif 000008
周波数成分の振幅だけが重要であり、位相角は重要でないので、復調器と入力信号Viの位相の間の同期は必要条件ではない。
【００６３】
この場合、図７に示したように二つの同期検波器７０、７１を並列して使うことができる。二つの復調器信号７２、７３は入力信号Viに関して未知の位相であるが、互いの間では固定した位相差９０°を有している。
【００６４】
二つの低域通過フィルタ７４、７５ののち、同相成分および直交成分の振幅が見出される。入力信号Viにおける復調された周波数成分の絶対値を生成するために、二つの復調器出力７２、７３の二乗（ブロック７８、７９参照）の和（ブロック７７参照）の平方根を取る必要がある（ブロック７６参照）。
【００６５】
二乗（ブロック７８、７９）および平方根（ブロック７６）の演算は多くの回路を必要とする。より単純でありながら満足いく検波のために十分良好な出力信号を与える手法は、二つの復調器出力７２、７３の絶対値のうちの大きいほうの値を取ることである。この演算は図８の実際上の実装回路図において示されている。
【００６６】
図８はいくつかのスイッチをもつ乗算器実装を示している。検波すべき信号８０に乗じられる必要があるのは＋1または−1なので、この関数は反転信号と非反転信号との間の切り替えのための切り換え手段８１を通じて容易に実装することができる。０°成分を検波する上側では、常に二つのスイッチ８２、８３のうちの一方が普通の復調器信号８４および反転復調器信号８５によって選択される。９０°検波チャネルについては、同じ演算が実行されるが、今度は偏位手段８６において９０°ずらした復調器信号が用いられる。二つの出力８７、８８は低域通過フィルタ８９、９０を、次いで絶対値回路９１、９２を通過する。ダイオード回路９３を通じて二つのチャネルのうちの大きなほうが検波器出力９４に転送される。このいまだアナログの信号は比較器９５に転送され、比較器９５がデータを出力９６において再生する。比較器９５の入力では検波器出力９４が閾値レベル９７と比較される：この閾値レベル９７よりも大きな検波器出力９４の信号は第一の二進値、たとえば「０」を発生させ、この閾値レベル９７よりも小さな検波器出力９４の信号は第二の二進値、たとえば「１」を発生させる。ノイズに敏感にならないよう、比較器９５は好ましくは一定量のヒステリシスをもつ。
【実施例】
【００６７】
システムの実装
図９は、本発明に基づく結合システムの実装のある実施例の断面図である。
【００６８】
このシステムでは、上の部分が可動装置、たとえば車輪の回転部分に位置している可動部２である。下の部分が固定部１である。
【００６９】
可動部２では、少なくとも一つのPCB（プリント回路基板）がある。図示した例では３枚のPCB、１００、１０１、１０２がある。第一のPCB１００はセンサー信号を集めてそれらを第二のPCB１０１に転送する。第二のPCB１０１は信号処理を実行するためのコントローラ１３を収めている。第三のPCB１０２は、電力整流８および調整９のような機能を、付随するフィルタを用いたデータの変調１５および復調２４とともに提供する。示した例では３枚のPCB１００、１０１、１０２があるが、それ以上でもそれ以下でも好適ないかなる枚数のPCBを使用してもよい。たとえば、すべての機能を同じ一枚のPCB上にまとめることもありうる。
【００７０】
固定部１では、やはり３枚のPCB１０３、１０４、１０５があり、これらは可動部２のPCB１００、１０１、１０２と同様である。ここでもまた、PCBの枚数は一枚に、またはより多数などに変えることができる。固定部１のPCBの枚数は可動部２のPCBの枚数と同じである必要はない。図９で示した実施例では、固定部１の上のPCB１０３は、スピード検出のようなセンサー検出、第一の周波数、たとえば20kHzについての電力ドライバ、および付随するフィルタ処理を用いた変調回路２１および復調回路１８のための機能を含んでいる。第二のPCB１０４は信号処理を実行するためのコントローラ２０を含んでいる。第一のPCB１０５はセンサー信号を集めてそれらを第二のPCB１０４に転送する。これはまたたとえば当業者には周知のCAN（Controller  Area  Network）インターフェースを通じてボード・コンピュータへの接続を有する。
【００７１】
固定部１と回転部２の間には、エネルギーおよびデータ転送のためのコア４、５およびコイル１２２、１２３、１２５、１２６がある。それはポットコア（potcore）型構造１８からなり、それぞれの側に電力転送のためのコイル１２２、１２３が一つ、データ転送のためのコイル１２５、１２６が一つある。ポットコアはコイルまたはトランスのフェライトコアの標準型の名称である。図１０はポットコアの一つの半分を示している。この場合、円形コイルは内側と外側でフェライトによって囲まれる。データコイル１２５、１２６は好ましくは内側に位置し、それによりデータチャネルにおける最も一定した転送が保証される。電力コイル１２２、１２３はより大きな直径をもち、コア１０７の外側のへりの歯１０６の近くに位置している（図１０参照）。
【００７２】
車輪の角度やスピードの検知は電力信号の変調を通じて実行される。固定コア４の歯１０６および回転コア５の歯が整列しているとき、磁気ギャップは最短であり、したがって一次側と二次側のコイルの間の最大磁気結合が得られ、転送される電力は最大になる。歯１０６が整列していなかったら、最小磁気結合となり、転送される電力は最小となる。
【００７３】
この電力変調は電力コイル１２２の電流を通じて測定できる。
【００７４】
本発明に基づいて使用することのできるコアのある実施例では、歯１０６の数は４０でありうる。これは１回転あたり４０の電力変動、したがって４０のパルスを生じる。磁気インターフェースはこのように、結合因子が１回転あたり４０回変動するように構築される。これは転送される電力の変動を引き起こし、それが検出されて、１回転あたり４０回の周期のパルス信号に変換される。この信号はコントローラに転送され、コントローラがその信号をボード・コンピュータに送る。ボード・コンピュータはそのような信号をさまざまな目的のために使うことができる。ABS（ブロック防止システム）のような機能はそのほんの一例である。
【００７５】
データコイル１２５、１２６および電力コイル１２２、１２３は内側のコア１０８と外側のコイル壁１０９との間に位置される。
【００７６】
トランス結線は図１１に示してあり、先に説明したとおりである。
【００７７】
本発明に基づく装置のための好ましい実施形態、特定の構成および配置、また材料についてここで議論してきたが、形態および詳細におけるさまざまな変更または修正が本発明の範囲および精神から外れることなくなすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のある実施形態に基づく全二重データおよび電力伝送システムのブロック概略図である。
【図２】本発明のある実施形態に基づく、受信信号中の送出データを消去するための補償回路のブロック概略図である。
【図３】図２のブロック概略図の実際的な実装を示す図である。
【図４】同期検波の原理を示す図である。
【図５】入力信号と復調信号との間の位相差が厳密に０である特別な場合には同期検波器が全波整流器として動作することを示す図である。
【図６】1.5MHzに設定された検波器および3MHzに設定された検波器それぞれについてのフィルタ処理された特性のグラフである。
【図７】本発明のある実施形態に基づく、並列に使用される二つの同期検波器のブロック概略図である。
【図８】図７の概略図の実際的な実装の実施例を示す図である。
【図９】本発明のある実施形態に基づく伝送システムの断面図である。
【図１０】本発明のある実施形態に基づく伝送システムにおいて使うための歯付きコアを示す図である。
【図１１】本発明のある実施形態に基づくトランス結線を示す図である。
【図１】
2007502043.tif 000009
【図２】
2007502043.tif 000010
【図３】
2007502043.tif 000011
【図４】
2007502043.tif 000012
【図５】
2007502043.tif 000013
【図６】
2007502043.tif 000014
【図７】
2007502043.tif 000015
【図８】
2007502043.tif 000016
【図９】
2007502043.tif 000017
【図１０】
2007502043.tif 000018
【図１１】
2007502043.tif 000019
【国際調査報告】
2007502043.tif 000020
2007502043.tif 000021
2007502043.tif 000022