(57)【要約】  本発明は、センサモジュールおよび誘導ユニットを有するセンサ装置に関する。センサモジュールは第１のアンテナを有し、誘導ユニットは第２のアンテナおよび第３のアンテナを有する。第１のアンテナと第２のアンテナとの間において信号の誘導的な伝送が行われる。信号は第３のアンテナによって電磁的に送信および／または受信される。
2011501248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ（４）を有するセンサモジュール（２）と誘導ユニット（３）とを備えたセンサ装置（１）において、
前記誘導ユニット（３）は第２のアンテナ（５）および第３のアンテナ（６）を有し、
前記第１のアンテナ（４）と前記第２のアンテナ（５）との間において信号の誘導的な伝送が行われ、
前記信号は前記第３のアンテナ（６）によって電磁的に送信および／または受信されることを特徴とする、センサ装置（１）。
【請求項２】
前記センサモジュール（２）はモジュールケーシング（７）によって包囲されている、および／または、少なくとも部分的に前記誘導ユニット（３）によって包囲されている、請求項１記載のセンサ装置（１）。
【請求項３】
前記第１のアンテナ（４）は殊に導体板（３０）上のワイヤループ、ワイヤ湾曲部または導体路ループを含む、請求項１または２記載のセンサ装置（１）。
【請求項４】
前記第２のアンテナ（５）および／または前記第３のアンテナ（６）はワイヤループアンテナ、螺旋状アンテナ、ループアンテナおよび／またはダイポールアンテナを含み、有利には前記第２のアンテナ（５）および前記第３のアンテナ（６）は１つの部品で構成されており、殊に有利には前記第２のアンテナ（５）および／または前記第３のアンテナ（６）は複数回巻かれている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項５】
前記センサモジュール（２）は、ワイヤループとして構成されている、または螺旋状に構成されている前記第２のアンテナ（５）の内側に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項６】
前記第３のアンテナ（６）は２つの部分領域（１０，１１）を有し、前記第２のアンテナ（５）は前記２つの部分領域（１０，１１）間に配置されており、有利には前記部分領域（１０，１１）はダイポールアンテナとして構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項７】
前記誘導ユニット（３）は車両タイヤ（３０）に組み込まれており、有利には該車両タイヤ（３２）の製造プロセスにおいて車両タイヤ材料内にバルカナイジングされている、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項８】
前記センサモジュール（１）は受動的なマイクロエレクトロニクスおよび／またはマイクロメカニカル素子（９）、有利には少なくとも１つのタイヤ圧センサチップを有し、該素子（９）は前記導体板（３０）および／または別の導体板上に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項９】
殊にワイヤループとして構成されている前記第１のアンテナ（５）および前記第２のアンテナ（６）の結合面はタイヤ滑走面および／またはスチールベルト面（３１）に対して垂直に配向されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項１０】
素子（９）のうちの少なくとも１つによって形成される電気的な信号を、第１のアンテナ（４）を介して誘導的に第２のアンテナ（５）に伝送し、第３のアンテナ（６）によって電磁的に放射する、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）の作動方法。
【請求項１１】
電磁的な信号を第３のアンテナ（６）によって受信し、第２のアンテナ（５）を介して第１のアンテナ（４）に誘導的に伝送し、相応の電気的な信号を第１のアンテナ（４）から少なくとも１つの素子（９）に供給する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）の作動方法。
【請求項１２】
車両タイヤ（３２）、有利にはタイヤ圧制御システムに使用される、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されているセンサ装置に関する。
【０００２】
その種のセンサ装置は周知である。例えば、刊行物DE 102 40 446 A1からは、少なくとも１つのセンサ素子と、無線データ伝送のための伝送装置とを有するセンサモジュールが公知である。伝送装置はセンサモジュールに組み込まれており、またセンサ装置に導電的に接続されている。比較的厳しい要求が課される環境において、例えばタイヤ内で、センサ素子と伝送装置との間の導電性の接触部を確実に実現し、それと同時に接触部の碍子を有するセンサケーシングを殊に湿気に対して確実に密閉することは非常に手間とコストを掛けてしか実現できないことは不利である。
【０００３】
発明の概要
本発明によるセンサ装置および本発明によるセンサ装置を作動させるための方法は、従来技術に対して、センサモジュールと電磁信号を受信および／または送信するための第３のアンテナとの間に導電的な結合部が設けられていないという利点を有する。したがって、機械的または化学的に要求される導電性の接触部はセンサ装置に組み込まれず、センサモジュールは閉じられた小型のモジュールケーシングによって完全に包囲される。したがって従来技術に比べて、本発明によるセンサ装置は実質的に廉価に製造することができ、それと同時に、振動、応力、高い加速度力などによるセンサ装置の高い機械的な要求も、エンジンオイル、排ガス、湿度などによる化学的に高い負荷も発生するタイヤに組み込む際にも非常に高い信頼性を保証する。本発明の別の利点は、センサ素子が比較的小型のモジュールケーシングに組み込まれ、それと同時に、その小型性にもかかわらず、センサ装置の高い送信能力および／または受信能力が達成されることである。このことはモジュールケーシングの外側に設けられており、殊に送信モジュールを少なくとも部分的に包囲する誘導ユニットによって実現される。センサ素子と誘導ユニットとの間の信号伝送は第１のアンテナと第２のアンテナとの間の純粋な誘導性の伝送によって行われる。この比較的短距離の純粋な誘導性の信号伝送によって、比較的小さい寸法を有する第１のアンテナおよび第２のアンテナが実現される。誘導性の信号伝送は有利には、磁束の時間的な変化に依存する第１のアンテナないし第２のアンテナへの第１の電流の流れの形成を基礎とする信号伝送である。磁束は第２のアンテナないし第１のアンテナを流れる第２の電流の流れの電流強度の時間的な変化から生じる。第３のアンテナによる信号の送信および／または受信は殊に交番的な電磁場を基礎とし、この電磁場は誘導性の信号伝送とは異なり比較的長い到達距離を有する。有利には、第３のアンテナはセンサ素子と車両制御システムの通信に使用され、殊に有利にはタイヤ制御データの問合せおよび／または送信が行われる。本発明の別の利点は、誘導ユニットをタイヤ内に予め実装できることであり、有利には、インピーダンスおよびアンテナ品質などの標準化された特性が規定されているので、要求に応じて任意のセンサモジュールを時間的に後で行われる別の製造ステップにおいてタイヤに最適に組み込むことができる。殊に有利には、タイヤへの伝送ユニットの組み込みがタイヤの製造プロセスにおいて、伝送ユニットの直接的なバルカナイジングによって行われる。
【０００４】
本発明の有利な実施形態および実施態様は従属請求項、ならびに図面を参照する実施例の説明より得られる。
【０００５】
有利な実施形態によれば、第１のアンテナは殊に導体板上のワイヤループ、ワイヤ湾曲部ないしはＵ字状のワイヤ部材または導体路ループを含む。有利には、これにより第１のアンテナの殊に効果的な誘導伝送が実現され、有利には、ワイヤループまたは導体路ループは複数回巻かれている。殊に有利には、導体板の製造プロセスにおいて第１のアンテナを廉価で簡単に製造することができ、導体板は殊にセンサ素子、別のマイクロエレクトロニクス素子、第１のアンテナおよび／または別の受動的な素子の結線のために機能するので、第１のアンテナの導体板への殊に有利な直接的な組み込みが行われる。
【０００６】
別の有利な実施形態によれば、第２のアンテナおよび／または第３のアンテナはワイヤループアンテナ、螺旋状アンテナ、ループアンテナおよび／またはダイポールアンテナを含み、有利には第２のアンテナおよび第３のアンテナが１つの部品で構成されており、殊に有利には第２のアンテナおよび／または第３のアンテナが複数回巻かれている。有利には、第２のアンテナおよび第３のアンテナを１つの部品で構成することにより、単一の製造プロセスでアンテナを廉価に製造することができる。第２のアンテナを螺旋状に構成することにより、誘導性の信号伝送の効率も同様に高まる。殊に、第１のアンテナと第２のアンテナの結合面は実質的に相互に平行に設けられている。
【０００７】
別の有利な実施形態によれば、センサモジュールがワイヤループまたは螺旋として構成されている第２のアンテナの内側に配置されており、有利には誘導伝送の効率がさらに高められる。付加的に、この配置構成はモジュールケーシングと誘導ユニットとの間の簡単に実現できる機械的な固定部を実現し、有利には第２のアンテナのモジュールケーシングへの完全な組み込み、および／または、係止ないしクランプ止め、またはアンテナのモジュールケーシングへの接着が行われる。同様に有利には、別のケーシング内に第２のアンテナが配置され、この別のケーシングがモジュールケーシングに係止および接着されている。
【０００８】
別の有利な実施形態によれば、第３のアンテナが２つの部分領域を有し、第２のアンテナがこれらの２つの部分領域間に配置されており、有利にはこれらの部分領域がダイポールアンテナとして構成されている。したがって有利には、第２のアンテナによる第３のアンテナへの信号の入力結合が殊に効果的であり、ダイポールとして構成されている第３のアンテナの車両タイヤへの組み込みが簡単に実現される。
【０００９】
別の有利な実施形態によれば、センサモジュールは受動的なマイクロエレクトロニクスおよび／またはマイクロメカニカル素子を有し、有利には少なくとも１つのタイヤ圧センサチップを有し、またこれらの素子は導体板および／または別の導体板上に配置されている。本発明の範囲において、導体板はフレキシブルなボードおよび弾性のないボードも、プレートとして、および／または、プレートないし平面上に構成されている任意の数の個々の導体路も含む。有利にはこの実施形態によって、素子および第１のアンテナの１つの導体板への組み込みによる比較的小型で廉価に製造可能なセンサモジュールを実現することができる。タイヤ圧センサチップをセンサモジュールに組み込むことによって、さらにセンサ装置をワイヤレスのタイヤ圧センサとして実現することができる。
【００１０】
別の有利な実施形態によれば、殊にワイヤループとして構成されている第１のアンテナおよび第２のアンテナの結合面はタイヤ滑走面および／またはスチールベルト面に対して垂直に配向されている。したがって有利には、第１のアンテナと第２のアンテナとの間で誘導性の信号伝送が行われる際の結合特性に及ぼすスチールベルト面の影響は最小にされる。
【００１１】
本発明の別の対象はセンサ装置の作動方法であり、この作動方法においては、素子のうちの少なくとも１つによって形成される電気的な信号が第１のアンテナを介して第２のアンテナに誘導的に伝送され、第３のアンテナから電磁的に放射される、および／または、電磁的な信号が第３のアンテナによって受信され、第２のアンテナを介して第１のアンテナへと誘導的に伝送され、相応の電気的な信号が第１のアンテナから少なくとも１つの素子に供給される。したがって有利には、信頼に足る確実な信号伝送ないし信号受信および／または信号送信が、比較的高い機械的および／または化学的な負荷にさらされている小型のセンサ装置によって実現される。
【００１２】
本発明の別の対象は、本発明によるセンサ装置の車両タイヤ、有利にはタイヤ圧制御システムにおける使用である。
【００１３】
本発明の実施例を図面に示し、以下の記述において詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態によるセンサ装置の概略的な斜視図を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態によるセンサ装置のセンサモジュールの概略的な斜視図を示す。
【図３】本発明の第２の実施形態によるセンサ装置の概略的な斜視図を示す。
【図４】本発明の第２の実施形態によるセンサ装置のセンサモジュールの概略的な斜視図を示す。
【図５】本発明の第３の実施形態によるセンサ装置の概略的な平面図を示す。
【図６ａ】本発明の第４の実施形態によるセンサ装置の概略的な断面図および平面図を示す。
【図６ｂ】本発明の第５の実施形態によるセンサ装置の概略的な断面図および平面図を示す。
【図７ａ】本発明の第６の実施形態によるセンサ装置の概略的な断面図および平面図を示す。
【図７ｂ】本発明の第７の実施形態によるセンサ装置の概略的な断面図および平面図を示す。
【図８】本発明の第１の実施形態によるセンサ装置の概略的な代替回路図を示す。
【図９】本発明の第８の実施形態によるセンサ装置の概略的な斜視図を示す。
【図１０】車両タイヤに組み込まれる、本発明の第９の実施形態によるセンサ装置の概略的な断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
種々の図面において同一の部分には常に同一の参照番号が付されており、したがって通常は各部分を一度しか説明しない。
【００１６】
図１には、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置１の例示的で概略的な斜視図が示されている。センサ装置１はセンサモジュール２および誘導ユニット３を有し、センサモジュール２は図示していない第１のアンテナ４を有し、誘導ユニット３は第２のアンテナ５および第３のアンテナ６を有する。第１のアンテナ４と第２のアンテナ５との間では信号の誘導的な伝送が行われており、この信号は第３のアンテナ６によって電磁的に送信および受信される。センサモジュール２は円筒形状のモジュールケーシング７および誘導ユニット３によって包囲されており、第２のアンテナ５および第３のアンテナ６は１つの部品で構成されている。第２のアンテナ５は１周半巻かれている螺旋形状であり、第３のアンテナ６は２つの部分領域１０，１１を有し、第２のアンテナ５は２つの部分領域１０，１１の間に配置されており、これらの部分領域１０，１１はダイポールアンテナとして直線１２に平行に構成されている。センサモジュール２は螺旋状に構成されている第２のアンテナ５の内側に配置されている。
【００１７】
図２には、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置１のセンサモジュール２の例示的で概略的な斜視図が示されている。センサモジュール２は第１のアンテナ４を有し、この第１のアンテナ４は少なくとも１つの導体路ループを導体板３０上に有する。さらに、センサモジュール２は導体板３０上に受動的なマイクロエレクトロニクスおよびマイクロメカニカル素子９、殊にタイヤ圧センサチップを有する。第１のアンテナ４と第２のアンテナ５の結合面は実質的に相互に平行である。
【００１８】
図３には、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置１の例示的で概略的な斜視図が示されている。この第２の実施形態は、図示されていない第１のアンテナ４と図示されている第２のアンテナ５の結合面が図示していないスチールベルト面３１に対して垂直に、したがって導体板３０に対して垂直に配向されており、１周半巻かれている矩形の導体環として第２のアンテナが構成されており、またモジュールケーシング７が平行六面体として構成されている点を除き、図１に示されている第１の実施形態と同一である。
【００１９】
図４には、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置１のセンサモジュール２の概略的な斜視図が示されている。この第２の実施形態は、モジュールケーシング７が平行六面体に構成されており、導体板３０が矩形に構成されており、第１のアンテナ４がワイヤ湾曲部として構成されており、第１のアンテナ４の結合面が導体板３０に対して垂直に延びており、且つ図示していない第２のアンテナ５に対して平行に延びている点を除き、図２に示されている第１の実施形態と同一である。
【００２０】
図５には、本発明の第３の実施形態によるセンサ装置１の概略的な平面図が示されている。第３の実施形態は、第３のアンテナ６の２つの部分領域１０，１１が相互に結合されていることにより、第３のアンテナ６は１周巻かれているループアンテナであり、また第２のアンテナ５も同様に１周巻かれている点を除き、図１に示した第１の実施形態と同一である。
【００２１】
図６ａおよび図６ｂにはそれぞれ、本発明の第４の実施形態および第５の実施形態によるセンサ装置の概略的な平面図および断面図が示されている。図６ａに示されている第４の実施形態では、第２のアンテナ５が別のケーシング７’に組み込まれている点を除き、また図６ｂに示されている第５の実施形態では、第２のアンテナ５が別のケーシング７’に係止および／または接着されている点を除き、第４の実施形態および第５の実施形態は実質的に図１および図２に示されている第１の実施形態と同一である。第２のケーシング７’は殊にモジュールケーシング７と材料結合（材料による束縛；stoffschluessig）、形状結合（形状による束縛；formschluessig）および／または力結合（力による束縛；kraftschluessig）により接続されている。
【００２２】
図７ａおよび図７ｂにはそれぞれ、本発明の第６の実施形態および第７の実施形態によるセンサ装置の概略的な平面図および断面図が示されている。図７ａに示されている第６の実施形態では、第２のアンテナ５がモジュールケーシング７’に組み込まれている点を除き、図７ｂに示されている第７の実施形態では、第２のアンテナ５がモジュールケーシング７に係止および／または接着されている点を除き、第６の実施形態および第７の実施形態は実質的に図１および図２に示されている第１の実施形態と同一である。このためにモジュールケーシングは殊に第２のアンテナの領域において切り欠き部を有する。
【００２３】
図８には、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置１の代替回路図が例示的で概略的に示されており、センサモジュール２、殊に圧力センサ９’内の素子９が信号を形成し、この信号が第１のアンテナ４に入力結合される。信号は誘導的に第２のアンテナ５に伝送され、また第３のアンテナに入力結合され、その結果、信号の電磁的な放射が行われる。同様に、第３のアンテナを介して電磁的な信号を受信するための逆方向の信号経路が設けられており、受信された信号は第２のアンテナ５と第１のアンテナ４の誘導的な結合を介してセンサモジュール９の素子９へと供給される。有利には、圧力センサ９’の信号は第１のアンテナ４に入力結合される前にＨＦ出力段９７において増幅され、ＨＦ出力段９７に続く適合回路網９８においてはインピーダンス整合が行われる。
【００２４】
図９には本発明の第８の実施形態によるセンサ装置の概略的な斜視図が示されている。第８の実施形態は、複数回巻かれている螺旋として第３のアンテナ６が構成されている点を除き、図１に示されている第１の実施形態と同一である。
【００２５】
図１０には、車両タイヤ３２内に組み込まれている、本発明の第９の実施形態によるセンサ装置１の概略的な断面図が示されている。第９の実施形態は、誘導ユニット３がスチールベルト面３１を備えた車両タイヤ３２にバルカナイジングされている点を除き、実質的に図６ａに示されている第４の実施形態と同一である。センサモジュール２は別のケーシング７’への簡単な押し付けによって車両タイヤ３２に組み込まれ、別のケーシング７’における突出成形部４１とモジュールケーシング７における相応の切り欠き部４０が係止されている。
【図１】
2011501248.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
2011501248.tif 000009
【図７ａ】
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【図７ｂ】
2011501248.tif 000011
【図８】
2011501248.tif 000012
【図９】
2011501248.tif 000013
【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ（４）を有するセンサモジュール（２）と誘導ユニット（３）とを備えたセンサ装置（１）において、
前記誘導ユニット（３）は第２のアンテナ（５）および第３のアンテナ（６）を有し、
前記第２のアンテナ（５）および前記第３のアンテナ（６）の一方または両方はワイヤループアンテナまたは螺旋状アンテナまたはループアンテナまたはダイポールアンテナを含み、前記第２のアンテナ（５）および前記第３のアンテナ（６）は１つの部品で構成されており、前記第２のアンテナ（５）および前記第３のアンテナ（６）の一方または両方は前記センサモジュール（２）の周りに複数回巻かれており、
前記第１のアンテナ（４）と前記第２のアンテナ（５）との間において信号の誘導的な伝送が行われ、
前記信号は前記第３のアンテナ（６）によって電磁的に送信または受信されることを特徴とする、センサ装置（１）。
【請求項２】
前記センサモジュール（２）はモジュールケーシング（７）によって包囲されている、または、少なくとも部分的に前記誘導ユニット（３）によって包囲されている、請求項１記載のセンサ装置（１）。
【請求項３】
前記第１のアンテナ（４）は導体板（３０）上のワイヤループ、ワイヤ湾曲部または導体路ループを含む、請求項１または２記載のセンサ装置（１）。
【請求項４】
前記センサモジュール（２）は、ワイヤループとして構成されている、または螺旋状に構成されている前記第２のアンテナ（５）の内側に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項５】
前記第３のアンテナ（６）は２つの部分領域（１０，１１）を有し、前記第２のアンテナ（５）は前記２つの部分領域（１０，１１）間に配置されており、前記２つの部分領域（１０，１１）はダイポールアンテナとして構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項６】
前記誘導ユニット（３）は車両タイヤ（３２）に組み込まれており、該車両タイヤ（３２）の製造プロセスにおいて車両タイヤ材料内にバルカナイジングされている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項７】
前記センサモジュール（２）は少なくとも１つの受動的なマイクロエレクトロニクス素子（９）またはマイクロメカニカル素子（９）を有し、該素子（９）は前記導体板（３０）および別の導体板の一方または両方の上に配置されている、請求項３から６までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項８】
前記受動的なマイクロエレクトロニクス素子（９）またはマイクロメカニカル素子（９）はタイヤ圧センサチップである、請求項７記載のセンサ装置（１）。
【請求項９】
前記第１のアンテナ（４）および前記第２のアンテナ（５）の結合面はタイヤ滑走面またはスチールベルト面（３１）に対して垂直に配向されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項１０】
タイヤ圧制御システムに使用される、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
【請求項１１】
素子（９）のうちの少なくとも１つによって形成される電気的な信号を、第１のアンテナ（４）を介して誘導的に第２のアンテナ（５）に伝送し、第３のアンテナ（６）によって電磁的に放射する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）の作動方法。
【請求項１２】
電磁的な信号を第３のアンテナ（６）によって受信し、第２のアンテナ（５）を介して第１のアンテナ（４）に誘導的に伝送し、相応の電気的な信号を第１のアンテナ（４）から少なくとも１つの素子（９）に供給する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサ装置（１）の作動方法。
【国際調査報告】
2011501248.tif 000015
2011501248.tif 000016
2011501248.tif 000017
2011501248.tif 000018