CN1281566A - 用于电子信息载体的远程能量供给的结构和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电子信息载体的远程能量供给方法和系统。公知处理方法和设备不允许向设置在后壁和/或金属壳体内的信息载体无线提供能量,因为基于电磁波的能量辐射几乎不能穿透这样的壳体,因此,无接触发射超声波未能有效穿透这样的壳体。该系统由一个基础装置(1)组成,基础装置(1)通过与功能部件(4)接触的表面壳体以松动连接的方式与一个声发射单元(3)配合。信息载体(5)处于该功能部件(4)内,由此处于固体连接。这创建了一个保证由声装置进行有效能量和信息传输的封闭,较好声耦合的整个系统。本发明适用于电能存/取识别领域和产品识别的代码和信息传输。

Description

用于电子信息载体的远程能量供给的结构和方法

本发明涉及一种通过根据权利要求1前序部分的基础设备用于电子信息载体远程能量供给的结构和方法。

已经公知许多方法和结构，在这些方法和结构中，包含用于信息处理，管理或存储的电子部件的电子信息载体由外部能量供给以便可以免除将诸如蓄电池或电池之类的电化学能量存储在信息载体内。EP0536430A1(H04B 10/00)描述了一种用于远程-控制手持发射器的能量供给方法，例如，用于汽车锁定系统，其中远程-控制手持发射器包括电容器形式的能量存储器。根据权利要求9，可以使用超声波以非-接触的方式传输能量存储器的再充电能量。能量传输从汽车通过空气。在DE 4308372 A1(E05B 47/00)中，示出一种由无线电，光或超声波远程控制的锁定系统，其中当便携式发射器位于至少非常接近设置在该锁定系统侧面的能量分配器时，该便携式发射器的能量存储器被充电。在这种情况下，能量传输或者是感应的或者是通过电接触的。

DE 9401489 u1(H04B11/00)示出一种用于发射和/或接收超声波信号的结构。在这种情况下，两个超声模块通过一个馈电线相互电连接。

另外，其它的结构和方法形成了该领域的现状，其中电存储器通过导电连接以接触方式，或者通过光学以及无线电装置以非-接触方式被能量供给，这些结构和方法也被上述文件公开。在所谓的变换器技术中，使用无线电波以非-接触方式传输能量和信息。所提到的所有结构和方法的优点是在能量存储器替换方面不需进行信息载体的维护，并且也有可能构成信息载体使其更为简单，更为轻便，更为紧密，以及更为封闭，特别是考虑到当前的微电子和微系统工程所提供的性能。

特别是在变换器，能量传输易于实现。就操作的舒适和灵活而言其具有不容置疑的优点，上述文件示出非-接触技术的趋势。

然而，非-接触方法存在多个安全性和技术性缺陷。经空气的任何远程信息传输经常遭受可能的未被授权人的分接，由此仅是记录了该动作。另外，对于无源变换器存在关于意愿表达的时间和空间的不确定性。相反，当采用有源操作信息载体和接触技术时意愿的明确表达是显然的。

光波和无线电波方法都具有这样的缺陷，即，仅有非-金属材料适于作为“窗口”，能量和/或信息接收器位于该窗口之后。由于金属允许电磁波仅有限程度地穿透表面，在信息载体分别位于金属后面或位于金属和富含金属的壳体内的情况下，用于能量和/或信息传输的可用的变换器，无线电，以及光学方法不再适用。另一方面，超声波穿透所有材料。然而，EP0536 430 A1所描述的方案还需要提供“窗口”，或者-个孔或者一个薄膜，以便发射能量和信息。在气体中，声吸收非常高，并且声能通过固体物质的反射沿空间的所有方向快速分布，因此其不再适用于集中方式。因此，如果包括被充电的能量存储器的信息载体位于一个较厚的材料层后面，则一种功率比较大的声能必须被集中并直接指向一个物品。

由于上述缺陷，如果被远程提供能量的信息载体位于物体内，特别是，位于金属物体内，相对于主要支出，所提到的材料的使用也是困难的，甚至是不可能的。此外，将它们安装在不引人注意的位置，有时这是必须的，有可能仅到一个被限定的程度。必须考虑材料，或者使信息载体和发射/接收单元分别从外部可视。

公知声波在凝结物质中比在气体中传播好得多，这就是使用超声波有利的原因，例如，将超声用于水下定位的目的。金属材料较差的声吸收允许采用DE92 10 894所述的方案，其中建筑物内的加热管系统用于传输信息。

本发明的目的是提供一种通过一个基础设备对电子信息载体进行远程提供能量的结构和方法，所述方法和结构保证信息载体不但可以位于功能部件的表面上而且可以位于其内部，完全被金属或非金属材料包围，还可以保证可以适当地实现小-能量情况和与能量和/或信息传输相关的意愿的表达，可以保证存在实现信息载体小型化的良好条件，以及保证不需要导电连接来向信息载体提供能量。

通过权利要求1所述的结构和方法实现该目的。

本发明的实质优点是由于根据权利要求1的整个结构构成一个机械连接，从而，构成声学效果非常好的连接系统的事实，因此根据权利要求1的方法成为可能。当构成声能源的基础设备的声传播单元，以及功能部件，即，容纳信息载体的部件，在连接点相互连接时，在这样的位置出现能量损耗，即，声能量通过这样的位置可能进入功能部件。这同样适用于功能部件和信息载体之间的接合，在这里存在这样的事实，即，最好工作在声频率的谐振范围，或者还处于次要激励内的能量提供单元，形成一个强有力的损耗并立即吸收非常多的能量。由于所产生的电位降，无论信息载体定位何处，很多声能量将一直继续流动，因为声音可以很好地穿过功能部件的整个壳体。

一个主要优点是功能部件本质上既不受材料也不受其形状的限制。换句话说，对信息载体定位的限制希望仅由具有包含大量气体或声吸收的功能部件来进行。这不适于大量的工业上或家庭中采用的金属、陶瓷、复合材料、和塑料、包括橡胶的部件。

即使存在到功能部件表面的全部连接，也将构成一个直到信息载体的远程能量供给。使用根据权利要求1的结构和方法，甚至在所提供的信息载体位于材料的较厚层后，或隐藏在壳体内部的任何地方的情况下，能量供给也都是可能的。将信息载体定位何处将不需要特别的努力，因为不必考虑线路连接或其它具体的能量和信息路径。唯一的适用条件是一方面功能部件和声能量源之间，另一方面信息载体和功能部件之间的良好声音耦合，因此比较来说少量主要声能量可保证充分的能量传输。为此目的，信息载体最好通过粘接，胶结，软钎焊，硬钎焊，紧固，螺纹接合或类似的方式固定在功能部件上或内部。为将基础设备的声传输单元与功能部件相连，使用整体表面连接就已足够，然而，可以通过某些力或使用声音耦合液体进一步增强该连接。相反，经空气间隙的非-连接传输将需要相当高的声能量，不但用于到信息载体的能量传输，而且特别用于信息载体的信息传输功率。对于信息载体小型化这也是一个严重的障碍。

并且，形成连接将总是形成一个明确的作用，从而可以很好地满足本发明目的所定义的意愿表达的要求。

由根据权利要求1的结构和方法所直接或潜在提供的其它优点包括实现保护信息载体免于机械，化学，静电，辐射，热量，或其它影响的破坏的危险。

最好，作为信息载体内的能量供给单元的能量接收器，基于压电材料的变换器比较适合，而原则上也可以使用压电磁的、电动的或其它适当的部件，只要它们可以将声感应机械振动的能量直接或间接转换为电能量。这同样适用于信息载体的信息传输单元。在信息接收器，其它方法也是适合的，其中诸如容量或阻力和其它的物理量可以构成声音或振动传感器的基础。

在某些情况下，实际上由信息载体的信息传输单元、信息接收单元以及能量接收单元形成分开的部件较为有利，这样就使得可能以完全分开的方式优选能量、外围尺寸、功能原理、频率等方面的相应的单个任务。不但对于变换器而且分别对于上行电子仪器和下行电子仪器都是这样。在其它一些情况下，由于其它原因各种部件的联合使用较为有利。特别是，尽管不是必须的，在总的焦点为小型化信息载体的情况下这可能是目的所在。根据权利要求2这是可能的，该权利要求包括一个完全合并以构成一个单独单元。然后，能量和信息将通过一个被下行电子仪器分开的公用变换器接收。反之，该变换器用于传输能量。

如权利要求3所实现的，将信息载体的所有部件安装在一个公用基础，例如安装在陶瓷、塑料或薄膜型印刷电路板上，对于如操作，组装或小型化等方面原因的考虑来说都是有利的。特别是，如果目的在于小型化信息载体，则在根据权利要求4的微电子领域根据权利要求1的结构和方法提供最好的选择。由于能量和信息的有效传输可通过根据权利要求1的整体声音连接路径实现，所以就有可能以非常小的能量工作。这就隐含可以以非常小的空间要求设计信息载体的全部部件(从变换器到作为中间能量存储的电容器，到任何所需要的电子半导体部件)的优点。仅通过该方法可以实现微系统工程尺寸，该尺寸允许将所有的信息载体部件容纳在几个mm2或更小的区域内。对于制造根据权利要求1的方法和结构所使用的超小型信息载体来说使用用于微系统工程，特别是硅工程，以及微组装工程的半导体技术较为有利。

对于下面所述的实际操作目的和其它原因，使信息载体以致密形式采用，例如，以根据权利要求5的嵌入塑料壳体的形式采用，或为根据权利要求6的盒的形式较为有效。然后，这样的信息载体可以常规地容纳在任何壳体内，即，任何功能部件内。

如果必要的话，在信息载体放入功能部件之前，除声路径之外采用其它方式的信息传输例如，将信息传送到以后不能擦除的确定存储器区域或许是有益的。根据权利要求7通过在外侧提供至少两个金属触点使之成为可能，该至少两个触点以导电方式连接到信息载体的电子部件。

用于开发权利要求1提供的信息系统的场合非常多并且不能通过任何其它信息系统实现。其它系统中的主要限制在于信息载体不能放置在任何部件内，并且处于任何“深度”，局部的限制还在于通信的至少一方必须使用大量能量，和限制还在于需要能量维护，例如检查和替换电池。根据权利要求1的系统一方面可以解决放置问题，另一方面将至少允许整个系统的小功率解决方案。基本上，要求最少能量的解决方案是直接电连接。如果需要的话，根据权利要求8这是可能的，其中安装在功能部件上的两个金属部分提供存取信息载体的另一种方式。对于具有多个功能的功能部件，如果一个特定的锁不包括一个声音，但是仅包括一个电信息传输单元，例如根据权利要求11的钥匙，这是一个明显的优点。

更为有利地，根据权利要求9的金属部件还可以用于节能目的，因为其可以以简单方式触发一个动作；例如，在一个时间限定或在触点的保持时间期间，接通基础设备的声传输单元。

因为根据权利要求1的结构和方法提供根据权利要求1-9的信息载体的最宽的可能放置范围，大量部件可以适合于信息载体，在非常早期的制造阶段这些部件最好基于权利要求5和6。这样，根据权利要求10，有可能归档，读取或重写关于整个产品寿命的产品相关信息，从制造开始、到生产目的、分配、销售、维护直到回收使用，因此其可以被“深深隐藏在产品内部”并以非常安全的方式被保护免于破坏性的存取。为这样做，一个芯片内部安全系统可以很容易地实现一个可选择的读/写保护机构。

当根据权利要求1的结构和方法构成锁定系统的基础时出现另一个令人感兴趣的机会。除常规的钥匙和钥匙圈饰物之外，在不存在从外侧识别其功能的情况下，钥匙功能可以很容易地和不引人注意地传送到任何其它部件。任何日常用具，例如书写工具，表，按钮，眼镜等都是适合的。

如果根据权利要求12的珠宝饰物以及，更为具体地，戒指形成所述的功能部件，则具有特别的优点。这些物品与身体接近佩带，以便其丢失的可能很小。类似地，可以有利地使用根据权利要求13的卡，特别是具有芯片卡格式的这些卡作为功能部件。

将根据权利要求1的结构和方法用于根据权利要求14的汽车部分还应该接收一个特别的提示。除上述产品描述的优点之外，对于作为一个整体的生产、市场营销、服务系统以及对于防止和制止犯罪的系统，还将提供特别的优点。在这样的情况下，作为一个一般产品，其不仅仅是汽车，而且可以是被分别设置了相应信息载体的各种部件，如果必要的话，该信息载体还用于通过根据权利要求15的相应中继站相互通信，以便完成附加的防卫任务，例如仅当一定的或全部的信息载体出现时才启动发动机。与构成功能部件的戒指的组合提供了以一个特定的安全和优雅的方式防卫和操作汽车的另一种变化形式。

权利要求15的中继站作为用于关于信息传输的各种功能部件内的通信信息载体的转发器进行操作，和/或如果需要的话，其还具有能量供给功能。这样，它们构成了一个特定的基础设备形式。下面参照其实施例将更为详细地描述本发明。

附图中：

图1示出解释基本原理的示意图；

图2示出一个包括构成功能部件的戒指的各种基础设备的多功能结构；

图3示出一个包括珠宝饰物作为用于识别目的的功能部件的结构；

图4示出一个包括具有标准芯片卡格式的卡作为一个功能部件的结构；和

图5示出一个包括自行车作为一个用于识别的功能部件的局部结构。

参照图1，示出一个通过电缆2连接到设计为一个手持设备的声发射单元3的基础设备1。声发射单元3不仅仅产生超声波形式的声能量，而且能够在这种情况下发射和接收声信息。当构成一个钢制模块并提供为构成一个特定齿轮箱部件的启动材料的功能部件4，通过声发射单元3连接时，超声波穿入功能部件到达整个路径上的信息载体5。信息载体5粘结到功能部件4内部的孔6的端部，从而保护其免于后续的旋转和研磨操作期间内的任何偶然的破坏性存取。在图1，以放大比例再次示出信息载体5以构成4mm直径的圆柱钢盒7，安装在硅芯片8的电子信息处理单元9，即，微控制器、能量供给单元10，信息接收单元11，和信息发射单元12，每一个都由压电变换器13，14，15和处理由信息载体所使用的压电变换器13，14产生的电的下行电子仪器16，17，以及分别将以电信号形式发射的信息提供给压电变换器15的上行电子仪器18组成。由于半导体技术内小型化的较高接收程度，所以各个压电变换器13，14，15和电子仪器16，17，18相互之间的隔离成为可能，并且允许能量和信息的分开接收以及信息的独立发射。在其后侧，使用粘结剂将硅芯片8固定地固定到盒7。

使用图1所示的结构，机械工具的操作者可以获得从信息载体5得到齿轮箱部件的制造数据以便将该数据提供给机械工具，并且将他或她的工作结果反馈给信息载体5。

在图2，示出一个构成为戒指的功能部件4，成形为一个为汽车门提供的平板式声发射单元3，以及连接到信箱的盘30形式的接收单元。戒指使信息载体5保持在凹口19内。一个柔性基础设备20将所有信息载体5的部件安装其上。在其外部，包括两个金属触点21，这些金属触点依次连接到两个金属部件22，两个金属部件22被示出由戒指本身和与戒指隔离地安装的戒指部件构成。在将信息载体5粘结到适当位置之后，凹口19由盖23关闭。压电变换器24由顶盖25覆盖以防止机械震动部件的功能被损坏。压电变换器24与电子仪器26一起，构成一个单元27，在这种情况下采取能量供给单元10，信息接收单元11和信息发射单元12的组合功能。

在平板形式的发射单元3上，提供当由戒指连接时被桥接的两个触点28。作为一个金属件31，戒指本身使该桥接成为可能。这样，戒指将启动发射单元3，并且通过连接声路径在戒指内由信息载体5进行信息交换。上述信箱未构成一个基础设备1。其仅包括一个用于发射能量和信息的两个触点29操作的电子锁。这样，如果两个金属部分22被触点29连接则打开信箱的锁。

图3示出本发明用于珠宝识别。如图所示，基础设备1构成一个包括显示屏幕32，并通过电缆2连接到声发射单元3的读取和编程设备，其中压电变换器33安装在支撑钢板的下面。在支撑板上，可以放置或压制图3示出作为具有戒指形式，但是也可以是胸针，手表，手镯或其它珠宝饰物的功能部件4。在功能部件4内部，存在一个空腔34。信息载体5可以通过一个孔插入到空腔34，并被粘结剂35固定。在进行这样的组装过程时，孔可以被由与功能部件4相同的材料构成的闭合件34关闭。除粘结剂粘结之外，如果必要的话，钎焊和焊接也是用于组装的可能技术，在这些操作过程中冷却信息载体5的安装位置是必须的。在闭合件36已被焊接到构成功能部件4的戒指之后，以及在该表面已被相应地再次形成之后，将不可能从外部识别出信息载体5已安装在戒指内。为保证通信，信息载体5不必如图3所示直接面对压电变换器33，尽管最短距离通常比较有利。因为信息载体5完全由功能部件4内的金属包围，由可能的外部电损坏区域或充电动作所导致的信息载体的任何电损坏实际上被排除。这同样适用于图4所示的场合，在这里功能部件4具有芯片卡形式，在这种情况下芯片卡完全由金属构成。最好使用特殊合金钢或钛合金。在机械强度，环境耐用性和保护静电危险方面，与常规的塑料芯片卡相比，可以以更为粗糙的方式设计这类芯片卡。通过将其放置在对应于读/写表面或公知芯片卡的读取器的相应声传输单元5上使操作极为容易。

图5给出另一种非常实用的用途。将信息载体放置在构成功能部件4，例如，框架部件37的自行车内，将是识别自行车的非常简单和不引人注目的方式。借助插座38，将会防止这种识别的移动或者使其非常困难以致于仅由损坏构成功能部件4的自行车才能实现识别移动，这也不会使自行车偷盗者感兴趣。

总之，图1-5的实施例示出通过在其内部安装一个能够通过声波进行能量和信息交换的信息载体5，并具有图1和2示范的内部结构，任何部件可以变换为功能部件4。为此目的，信息载体5的小型化是一个重要条件，以便能够以这样的方式，即，尽可能少地损坏部件的外观以及特性和应用，并且不限制其移动性。作为本发明的结果，部件能够通信。在本发明中，在基础设备1的声发射单元3和部件之间的表面连接期间一般启动并保持单向或双向通信。可以通过声发射单元3到功能部件4的手动或机械移动完成建立该连接，该连接一般仅在能量和信息发射期间进行，反之亦然。使用图1-5所示的基础设备1的声发射单元3，通信信息可以从外侧进入，并且可以从内部源到部件，例如从测量点到信息载体5独立提供通信信息。这可以通过声或诸如电线之类的其它装置实现。

标记数字列表1  基础设备2  电缆3  声发射单元4  功能部件5  信息载体6  孔7  盒8  硅芯片9  电子信息处理单元10 能量供给单元11 信息接收单元12 信息发射单元13 压电变换器14 压电变换器15 压电变换器16 下行电子仪器17 下行电子仪器18 上行电子仪器19 凹口20 柔性基础21 金属触点22  金属部件23  盖24  压电变换器25  顶盖26  电子仪器27  单元28  触点29  触点30  盘31  金属部件32  显示屏幕33  压电变换器34  空腔35  粘结剂36  闭合件37  功能部件的框架件38  插座

Claims (15)

1．一种用于通过包括一个声发射单元的基础设备对电子信息载体进行远程能量供给的结构和方法，所述信息载体包括一个电子信息处理单元，一个将机械声波能量转换为电能的能量供给单元，以及一个能够接收和/或发射声波，并被声固定耦合到功能部件的信息发射和/或接收单元，其特征在于

通过一个整体表面接触以松动接触连接设置所述基础设备(1)的所述声发射单元(3)和所述功能部件(4)，

所述基础设备(1)的所述声发射单元(3)和所述信息载体(5)不必相互接触，

所述基础设备(1)的声发射单元(3)辐射声能量以便通过所述声发射单元(3)和所述功能部件(4)之间的触点在整体路径上进入所述功能部件(4)，

所述信息载体(5)的所述能量供给单元(10)从所述功能部件(4)提取声能量，其中所述信息载体(5)择优地工作在对应于进入的声波的谐振范围内，

所述能量供给单元(10)从提取的声能量产生的电能保证所述整个信息载体(5)的能量供给，和

通过所述信息发射单元(12)和/或接收单元(11)在所述功能部件(4)和所述基础设备(1)和/或所述信息载体(5)部分上的另一个设备之间的整体声路径上实现信息传输。

2．如权利要求1所述的结构和方法，其特征在于

所述能量供给单元(10)和所述信息载体(5)的所述信息发射单元(12)和/或接收单元(11)包括公共使用的部件，或完全结合在一起形成单元(27)。

3．如权利要求1和2任何之一所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)的所有部件设置在一个公共基础(8，20)上。

4．如权利要求1到3中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)包括一个微系统工程尺寸和由微系统工程部件组成。

5．如权利要求1到4中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)构成一个在所有侧面嵌入的致密壳体，其中容纳所述信息载体(5)的所有部件。

6．如权利要求1到5中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)的所有部件设置在盒(7)内，并且所述盒(7)最好由金属和/或有机材料，例如任何类型的聚合塑料，和/或无机材料，例如陶瓷，玻璃，金属陶瓷，石头，矿物质或贵重宝石和/或任何类型的组合组成，以形成信息载体(5)。

7．如权利要求1到6中任何一个所述的结构和方法，其特征在于在所述信息载体(5)的外侧，设置有以导电方式连接到所述信息载体(5)的电部件并允许电能和信息传输的至少两个金属触点(21)。

8．如权利要求1到7中任何一个所述的结构和方法，其特征在于在所述功能部件(4)的外侧，设置有以导电方式连接到所述根据权利要求7的金属触点(21)并允许将电能和信息传输到所述信息载体(5)的至少两个金属触点(22)。

9．如权利要求1到8中任何一个所述的结构和方法，其特征在于在所述功能部件(4)的外侧，设置未具有电能和信息传输的电功能的金属部件(31)，在接触所述基础设备(1)的所述声发射单元(3)，或所述基础设备(1)本身时，金属部件(31)桥接其上的两个触点(28)并由此触发一个动作。

10．如权利要求1到9中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)包含用于所述功能部件(4)识别和/或对其进行描述和/或对其状态进行描述和/或其逻辑数据和/或其产品数据的信息，并且所述信息载体(5)最好放置在所述功能部件(4)的“深处”。

11．如权利要求1到10中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)包含代码，并且所述功能部件(4)拥有钥匙功能，所述功能部件(4)最好未被识别为钥匙。

12．如权利要求1到11中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)设置在珠宝饰物内，具体地说，设置在构成所述功能部件(4)的戒指内。

13．如权利要求1到12中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)设置在成形为一个卡的功能部件(4)内。

14．如权利要求1到13中任何一个所述的结构和方法，其特征在于所述信息载体(5)设置在构成所述功能部件(4)的运输工具内。

15．如权利要求1到14中任何一个所述的结构和方法，其特征在于通过一个或多个中继站实现各种功能部件(4)内的各种信息载体(5)之间的通信。

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