JP4607121B2 - デジタルデータ送信機能を有する弾性波装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に述べるならば、識別変数に関する様々な情報及び／又は選択した物理的状態又は環境状態の測定値を送信する電子装置組立体にかかわる。具体的に述べるならば、本発明のタイヤ電子装置組立体は、無線能力を有する発振回路に弾性波装置を使用して、デジタルデータ及び検出したパラメータ情報を中継するための送信装置を実現する。

空気タイヤ構造体と電子装置とを組み込むことにより、多くの実際的な効果が得られる。タイヤ電子装置は、タイヤ識別パラメータを中継するために、更に、例えば、温度、圧力、トレッド磨耗、タイヤ回転数、車両速度などのタイヤの様々な物理的なパラメータに関する情報を得るために、センサ及び他の構成要素を含むことができる。この種の性能情報は、タイヤ監視警告システムに有用である可能性があり、適正なタイヤパラメータに維持するフィードバックシステムに利用できる潜在的可能性がある。

タイヤ組立体に一体化した電子装置システムから得られる更に別の潜在的な可能性には、商業的な車両利用分野における資産追跡や性能指標がある。商業輸送トラック、航空機、土木車両、採鉱車両は全て、タイヤ電子装置システム及び関連情報送信の利益を享受できる産業として挙げられる。無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグは、所与のタイヤごとに固有の識別を可能にし、タイヤの追跡を可能にする。タイヤセンサは、車両の各タイヤが走行した距離を測定することができ、従って、商業組織のための保守計画の一助となることができる。土木／採鉱機械に係る分野のように費用の嵩む利用分野では、車両配置及び車両性能を最適化することができる。

タイヤ又はホイールの組立体に係る様々なパラメータを測定するためにタイヤ電子装置システムに使用することが近年望まれるようになっている１つの形式のセンサ即ち状態応答装置には、表面弾性波（ＳＡＷ）装置のような弾性波装置がある。ＳＡＷ装置は、感度が高く、殆ど電力を消費せず、無線で情報を伝達するに適した無線周波数で動作できるので、或るセンサ応用分野においては望ましい性質を有している。ＳＡＷ装置は、圧電材料基板上に形成された、互いに指の間に入り込んでいる指状電極から構成された少なくとも１つの共振器を有している。電気入力信号がＳＡＷ装置に印加されると、選択した電極がＳＡＷ装置を変換器として動作させ、入力信号を基板での機械波に変換する。ＳＡＷ装置の他の構造が、機械波を受けて電気出力信号を発生する。この態様でＳＡＷ装置は電気機械共振器のように動作する。ＳＡＷ装置の出力信号の周波数、位相及び／又は振幅の変化のような出力信号の変化は、ＳＡＷ装置の伝搬路の特性変化に対応している。或るＳＡＷ装置の例では、ＳＡＷ装置の周波数及びその変化を監視することにより、ＳＡＷ装置が受けている温度や歪みのようなパラメータを測定するに十分な情報が得られる。

タイヤ関連分野でのＳＡＷ装置の従来の利用では、ＳＡＷセンサが、検知されているパラメータに係る情報を送信する。しかし、限定するものではないが、車両速度、タイヤ回転数、タイヤ偏倚量、タイヤ識別情報などのタイヤ及び／又はホイールの環境に関するいろいろな他の情報を中継することがしばしば望まれている。タイヤ電子装置システムにおけるＳＡＷセンサのような弾性波装置の様々な利用が開発されており、また、従来技術を利用して様々な情報の組合せがタイヤ又はホイールの組立体から無線送信されているが、本発明によってここに以下に提案する望ましい特徴の全てを含む構成は未だ出現していない。

従来技術において遭遇する本発明において認識された問題を解決するために、タイヤ組立体に一体化した改良した電子装置システムを開発した。この種の電子装置組立体は、発信器／増幅器にフィードバック素子として接続され且つアンテナ素子に結合されて、アクティヴ送信器を構成している弾性波装置を具備している。送信器によって発生される１つ又は複数の無線搬送波周波数は、弾性波装置センサによって決定され、従って、送信された無線信号の１つ又は複数の周波数は、検出されたパラメータを表している。同時に、送信された信号の振幅は、発振器／増幅器に接続している別の回路によって制御される。最も単純な実施例において、送信された信号は時間シーケンスにおいてオン・オフされる。しかし、他の振幅変調方法も可能である。この方法の１つの利点は、回路が簡略であることと、電力の節減である。検出パラメータを測定して、デジタル・フォーマットに変換し、更に送信デシタルデータストリームにエンコードする回路をタイヤ内に設ける代わりに、検出パラメータ情報をその送信無線周波数自体が運ぶ。この方法は、必要な他の情報を送信することができるが、送信信号の振幅変調により複雑な場合もあり簡単な場合もある。かかる回路構成により、一体化したタイヤ電子装置から遠隔の受信器の場所に情報の組み合わせをアクティヴに（能動的に）送信することができる。この情報の組み合わせには、弾性波装置によって検出された物理的なパラメータと、増幅器を選択的にオン・オフすることにより弾性波装置から発せられる無線信号に重畳されるデジタルデータとの組み合わせがある。

本発明の或る実施例の利点は、本発明の電子装置組立体を介して送信される情報の形式が自由であることである。この種の情報は、タイヤ又はホイールの組立体に関する温度や圧力のようなパラメータに関する検出情報を含むことができる。他の情報には、固有のタグ識別、走行距離、タイヤ回転数、車両速度、トレッド磨耗の量、タイヤ偏倚量、タイヤに作用している静的な及び／又は動的な力の量などの選択した組合せを含むことができる。本発明の電子装置組立体からの無線出力信号を任意の形式の所望のデータで変調するようにマイクロコントローラを構成することができることを部分的理由として、様々な沢山の形式の情報が可能である。

本発明の或る実施例の別の利点は、外部電源を必要とすることなく情報を送信することができるアクティヴ電子装置組立体を提供することである。このアクティヴ（能動的）動作によれば、選択した電子部品に電力を供給し且つセンサにエネルギーを供給して遠隔の受信器の場所にアクティヴに（能動的に）送信できるように、電池、圧電式電力発生装置、又は他の一体化電源のような根幹的な手段が弾性波センサに設けられる。これにより、対応するインタロゲータに送信器用電子装置が不要となり、その結果、データ獲得用電子装置の電力要求を大幅に削減できる。

更に、本発明の選択した実施例の更に別の利点は、状態応答装置の非常に近くにその状態応答装置にエネルギーを供給する電磁源が使用されることである。従って、トランシーバインタロゲーション法で発せされるエネルギーのほんの一部を、状態応答装置のために用意するだけで十分である。又は、トランシーバインタロゲーション法と同じエネルギー量を状態応答装置のために用意して、出力信号のパワー・レベルを非常の大きくして、遠隔のデータ受信器の読み取り可能距離を大きくすることもできる。

本発明の選択した実施例の更に別の利点は、比較的低いコストで、比較的良好な信号対雑音比で、且つ最小限のパワー及び複雑さで、無線リンクを介してすぐ近くの受信器へデジタルデータをＳＡＷセンサが送信できることである。システムの複雑さを最小化することに関して、２つ以上の（例えば３つの異なる）共振周波数で同時発振させるように単一利得ブロックを利用できることが重要である。

本発明の実施例においては、一体化した電子的構成要素を有するタイヤ組立体は、タイヤ構造体と、状態応答装置と、アンテナと、利得回路と、制御装置とを具備している。状態応答装置は好ましくは、限定するものではないが温度及び圧力のような、タイヤ構造体に係る少なくとも１つの物理的なパラメータに関する情報を感知するように構成される。状態応答装置は、利得回路のためのフィードバック素子として設けられ、状態応答装置の共振素子のそれぞれの共振周波数に対応する複数の周波数で同時に発振できる発振回路を形成する。アンテナは、無線周波数（ＲＦ）出力信号を送信するために状態応答装置に接続することができる。制御装置は、利得回路の動作を選択的に制御することによって無線出力信号をデジタルデータで変調するように構成される。或る実施例においては、電子装置組立体の素子に電力を供給する内部電力発生装置を設けてもよい。

本発明の他の実施例によるならば、一体化した電子構成要素を有するタイヤ組立体は、タイヤ構造体と、状態応答装置と、アンテナと、第１及び第２の増幅器と、制御装置とを具備している。状態応答装置は好ましくは、限定するものではないが温度及び圧力のような、タイヤ構造体に係る少なくとも１つの物理的なパラメータに関する情報を感知するように構成される。状態応答装置は、増幅器のうちの一方の増幅器のためのフィードバック素子として設けられ、状態応答装置の共振素子のそれぞれの共振周波数に対応する複数の周波数で同時に発振できる発振回路を形成する。第２の増幅器は、アンテナを駆動するための別のバッファ増幅器として構成される。このように別の増幅器回路を使用することは、電子装置組立体の発振器部分のインピーダンスを制御でき、且つアンテナに供給される信号の性質を制御できる利点がある。この種の典型的な電子装置組立体は、アンテナ伝送能力を最適化するための整合回路を有することができる。

本発明のその他の目的及び効果は、以下の詳細な説明において述べると共に、以下の詳細な説明から当業者には明らかになる筈である。更に、以下に詳細に説明し図解する本発明の特徴や構成要素に対する変更や修正は、本発明の技術思想の範囲から離れることなく、本発明の様々な実施例や使用方法において実現可能であることも理解されたい。変更や修正には、限定するものではないが、図示し説明し参照し検討した様々な要素、特徴、工程などの均等手段への置換並びに図示し説明し参照し検討した様々な要素、特徴、工程などの機能上、動作上、位置上の逆転も含まれる。

更に、本発明の様々な実施例や様々な現在好ましい実施例は、ここに開示する特徴や部品や工程や配置やそれらの均等物の様々な組合せや配置（図面に明確に示されていない又は図面を参照しての詳細な説明に記載さていない特徴や部品や工程や配置の組合せも含む）を含むものである。本明細書の「課題を解決するための手段」において必ずしも説明していない本発明の他の実施例は、本明細書の「課題を解決するための手段」において言及した特徴や部品や工程、及び／又は本明細書において別に検討している他の特徴や部品や工程の性質の様々の組合せも含むこともできる。本明細書の他の部分を検討することにより、当業者は、上記した実施例及びほかの特徴をより良く理解できるであろう。

添付図面を参照した本明細書において、当業者に向けた最良態様を含めて本発明を十分且つ実施可能に説明する。

本発明の同一又は同様な特徴又は要素を指示するために、本明細書全体及び全添付図面において同一の参照番号を使用する。

本明細書の「課題を解決するための手段」において述べたように、本発明が特に、タイヤ識別及び／又はタイヤ又はホイールの組立体に係る選択した物理的な状態の測定値に関する様々な情報を監視して中継するタイヤ電子装置組立体に関係する。本発明の典型的な電子装置組立体の実施例は、図２及び図３にそれぞれ図示し、それら電子装置組立体動作の特徴については、図４及び図５に図示する。

ここに開示する技術の特徴の選択した組合せは、本発明の複数の異なる実施例に対応する。更に、ここに提示して説明する実施例の各々は本発明を限定するものではないと理解されたい。また、ここに１つの実施例の一部として開示し又は説明する特徴又は工程は、別の実施例の特徴と組み合わせて、更に別の実施例を構成することもできる。更に、或る特徴は、ここに明示的に説明しない同様な装置又は特徴と置換して、同一又は同様な機能を実現することもできる。

以下、本発明によるタイヤ電子装置組立体の好ましい実施例を詳細に参照して説明する。図面を参照するならば、図１Ａは、弾性波センサのような状態応答装置を各々含むパッシブに（受動的に）動作する電子装置組立体を備える従来のタイヤ監視システムの特徴を図解している。タイヤ構造体１０ａ及び１０ｂは、タイヤ又はその付属ホイールの組立体内の温度や圧力のような様々な物理パラメータを監視する状態応答装置１２ａ及び１２ｂを組み込むことができる。かかる状態応答装置は更に、表面弾性波（ＳＡＷ）共振器又はバルク弾性波（ＢＡＷ）共振器のような少なくとも１つの共振器型式のセンサを含むことができる。ここで、本発明においては、状態応答装置は、本明細書において例示する型式のセンサでも、市場で入手可能な弾性波センサまたは適当な１つ又は複数の周波数で共振する他の型式のセンサでもよいことは理解されたい。図１Ａに示すそれぞれの状態応答装置１２ａ及び１２ｂが設けられたパッシブに（受動的に）動作する電子装置組立体は、遠隔のエネルギー源により付勢することができる。従って、データ獲得トレンシーバ１４には、状態応答装置１２ａ及び１２ｂと通信するために送信器と受信器の両方が設けられている。データ獲得トレンシーバ１４からタイヤ構造体１０ａ及び１０ｂ内の電子装置組立体に送信される無線周波数パルスは、ＳＡＷ装置を励起し、そして、無線周波数パルスで励起されたＳＡＷ装置は、受けたエネルギーの一部を蓄積して、各付勢無線周波数パルスの終りにデータ獲得トレンシーバ１４に送り返す信号を送信することができる。

更に図１Ａを参照すると、データ取得トレンシーバ１４は、自然発振周波数（共振周波数）で状態応答装置１２ａを付勢するためのインタロゲーション信号１６を送信し、励起パルスの後に、状態応答装置１２ａ内の各共振素子は、励起中に蓄積されたエネルギーを放射する。その放射エネルギーのピークレベルは、状態応答装置１２ａ内の共振素子のそれぞれの共振周波数に現われる。かかる信号が、データ取得トレンシーバ１４で受信される。従って、状態応答装置１２から送り返される信号の周波数の変化を監視することによって、タイヤ構造体１０ａ内の予め選択した状態に対応する情報を獲得することができる。

本発明の特徴によるならば、状態応答装置自体によってただ検出されたパラメータの以外に、情報も中継又は送信する状態応答装置を設けることもできる。図２を参照するならば、タイヤ構造体又は対応するホイール組立体内の所定の状態を監視するための第１の電子装置組立体１８の例が図解されている。電子装置組立体１８は、様々な形態でタイヤ構造体に付属して設けることができる。例えば、電子装置組立体１８は、タイヤ構造体の内部に又はホイール組立体に係る他の場所に貼り付けることができる。又は、電子装置組立体１８はタイヤ構造体内に埋込むこともできる。更に又は、電子装置組立体１８は、適当な誘電性性質を有しているエラストマー材料内に封止して、タイヤ構造体に貼り付けるか又はタイヤ構造体内に埋込むこともできる。更に、電子装置組立体１８は、様々な沢山の方法によりパッケージすることができ、ホイール組立体、又はバルブステム、又はタイヤに係る温度や圧力のような環境状態の実質的に正確な測定を可能にする任意の他の場所に貼り付けることもできる。電子装置組立体１８の配置場所は様々あるので、本発明においてはタイヤ構造体又はホイール組立体と一体化される電子装置組立体の配置場所は、上記した考えられる配置場所だけでなく当業者が考え得る範囲内の他の場所も含むものである。

好ましくは、電子装置組立体１８は、温度や圧力のような所定のタイヤ状態に係る様々な情報を検出できる弾性波技術に基づくセンサのような状態応答装置２２を含む。本発明の実施例において使用される状態応答装置の具体例として、TRANSENSE TECHNOLOGIIES, PLCで開発されたＳＡＷ装置がある。そのようなＳＡＷ装置の具体的な特徴は、ここに引用してその全内容を本明細書に組み入れる下記の特許文献に開示されている。
米国特許出願第10／057,460号

このＳＡＷ装置は、それぞれ異なる周波数で動作する少なくも３つの共振素子を含んでいる。１つの具体例では、所定の組合せの環境条件下で同時放射できる３つの異なる共振周波数の１つの例は、433.28ＭＨｚ、433.83ＭＨｚ及び434.26ＭＨｚである。検出されている１つ又は複数のパラメータに応答して各共振が僅かにずれる。３つの共振素子の組合せにより、タイヤの温度と圧力レベルの両方を測定するに十分な情報を与える状態応答装置が実現される。かかる複数の共振素子の共振周波数は、隣接する共振周波数の間の差が、タイヤ内の圧力や温度の条件での共振器の帯域幅より常に大きいように設計することが好ましい。

状態応答装置２２は、単一ポートに２つ以上の物理的接続点２４ａ及び２４ｂが設けられている単一ポート装置として構成することができる。利得回路２８は、様々な方法により物理的に可能であるそのような電気接続２４ａ及び２４ｂを介して状態応答装置の入力ポートに接続されている。たとえば、利得回路２８からのリード線は、状態応答装置２２上のそれぞれのパッドにハンダ付けすることができ、又は、状態応答装置の装着点内に又は装着点にピン止めすることもでき、更に又は、クランプ、ネジ、導電性接着剤又は当業者周知の技術範囲内の他の手段を使用して取付けることができる。

状態応答装置２２と利得回路２８との組合せが、発振回路を形成している。状態応答装置２２は、発振器の動作に必要なフィードバック素子を形成している。利得回路２８は、全体のループの利得が１以上となって、正帰還発振動作を実現するように、十分な増幅量を与えるように構成されている。利得回路は更に、状態応答装置２２内の各共振素子が同時に発振するように、利得回路２８と状態応答装置２２とを介しての全体の位相シフトが、３６０度の整数倍となるように構成されている。利得回路２８は、様々な沢山の回路形態に構成でき、（作動増幅器、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）、他の型式のトランジスタのような）単一増幅素子又は、有効な発振のために必要な正帰還と適切な位相シフトの組合せを実現するために必要な、限定的ではないが抵抗、インダクタ、ダイオード、キャパシタ、トランジスタほかの受動素子及び／又は能動素子と選択的に組合せた増幅素子を含むような集積回路によって構成できる。利得回路２８及び状態応答装置２２によって実現される発振器の別の構成例には、当業者に周知のコルピッツ発振器がある。

状態応答装置２２の入力ポートにアンテナを接続して、状態応答装置２２からの出力信号の送信を容易にすることができる。状態応答装置２２及び利得回路２８により構成された発振器をアンテナに接続することによって、送信器が構成される。例えば、アンテナワイヤ２６ａ及び２６ｂを組合せて設け、状態応答装置２２のためのダイポールアンテナとして機能させることができる。アンテナワイヤ２６ａ及び２６ｂは、所望な放射性能のために最適化された直線又は曲線の形状と長さをそれぞれ有することができる。本発明において、モノポールアンテナ、ループアンテナ、ヘリカルアンテナ、又は当業者が考え得る範囲内の他の形式のアンテナのような他のアンテナ型式を使用することも、本発明の技術思想の範囲内に入るものと理解されたい。

更に図２を参照するならば、発振器を選択的にオンオフして、アンテナワイヤ２６ａ及び２６ｂによって実現されるアンテナから放射される無線周波数信号にデシタルデータストリームを重畳する手段を構成するように、制御装置３０を利得回路２８に接続することができる。利得回路２８への動作電力供給を選択的に制御することによって、状態応答装置２２でデータが実質的に変調される。このようなオンオフ変調する制御装置３０は、機能を随意に変えることができるマイクロコントローラとすることもできる。特定な情報を、マイクロコントローラに付属するオンボードメモリに記憶することができ、そのような特定な情報を表す出力信号を、利得回路２８の入力に送り、状態応答装置２２から放射される無線周波数信号をその特定なデータで変調することができる。本発明の他の実施例において、制御装置３０は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップとすることもできる。そのＲＦＩＤチップはしばしば、制御装置３０と利得回路２８との間の接続を選択的に制御するために使用できるマイクロコントローラを含むことができる。ＲＦＩＤマイクロコントローラは、限定された機能を有しているので、かかる場合においては、付加的な制御装置を設けることも、本発明の技術思想の範囲並びに本発明の実施例の範囲にある。

本発明の電子装置組立体によってデータが如何に変調されて送信されるかを、図４及び図５を参照して説明する。例えば、図４を参照するならば、制御装置３０から利得回路２８に電力を供給する（従って、発信器をオンする）ことを、二進データの「１」を対応させ、制御装置３０から利得回路２８への電力を遮断する（従って、発信器をオフする）ことを、二進データの「０」を対応させることができる。それは、アンテナワイヤ２６ａ及び２６ｂを介して状態応答装置２２によって送信されるデータの簡単な振幅偏移変調（ＡＳＫ）に相当する。信号３８に対するデジタルデータでのオンオフ変調は、所与のタイヤ組立体に係るトレッド磨耗、回転数、車両速度、サイドウォール偏倚レベルなどのようなパラメータを表わす様々な情報に対応させることができる。制御装置３０がＲＦＩＤトランスポンダである場合、付属するタイヤ組立体に対応する固有の識別変数を送信するようにデータ変調を制御することができる。資産追跡及びその他のタイヤ監視分野においてＲＦＩＤタグは役に立つことが証明されている。或いは、ＲＦＩＤトランスポンダを介して運ばれる固有の識別変数を、高機能マイクロコントローラに付属するメモリに格納することもできる。かかる態様において、ＲＦＩＤタグ以外の他の情報で信号３８を変調することもできる。

上述したように、本発明の利点は、本発明による電子装置組立体によって情報の組合せが送信されることである。実施例の電子装置組立体１８から放射されるデータ信号は、２つの独立した情報ストリームを運んでいる。第１の情報ストリームは、制御装置３０から利得回路２８への結合によって達成されるオン／オフ変調によるデジタル情報である。第２の情報ストリームは、状態応答装置２２の（検出されている物理的なパラメータに関係する）共振周波数によって決定される。

上述したように、或る実施例において、状態応答装置２２は、各々が僅かに異なる共振周波数で動作するように構成された複数の共振素子を含む。例えば、433.28ＭＨｚ、433.83ＭＨｚ及び434.26ＭＨｚ又はそれらの近傍で共振する３つの共振素子を有するＳＡＷセンサを考える。図５は、ＳＡＷセンサが本発明の実施例に従って送信用発信器として構成されている場合の、ＳＡＷセンサの出力周波数と時間との関係を表わすグラフである。３つの共振素子を持つことにより。送信された信号出力は、３つの別々の周波数４０，４２及び４４をそれぞれ有している。図５を参照するならば、時間ｔ０とｔｌの間、時間ｔ２とｔ３との間、時間ｔ４とｔ５との間、時間ｔ６とｔ８との間、時間ｔ１０とｔ１１との間、発振器がオン状態にされる（従って、送信出力を二進数「１」で変調する）。一方、時間ｔ１とｔ２の間、時間ｔ３とｔ４との間、時間ｔ５とｔ６との間、時間ｔ８とｔ１０との間、発振器がオフ状態にされる（従って、送信出力を二進数「０」で変調する）。その送信された信号の振幅を解析して、どのようなデータで出力が変調されているかを判定することができる。図５に示す出力に対して時間ｔ０と時間ｔ１１との間に変調されたデータパターンの例は、デジタルデータストリーム「１０１０１０１１００１」である。

本発明によるデータ変調に関して留意する１つの点は、データ変調のための所望のビットレートである。典型的なＳＡＷ共振器が非常に高いＱを有するので、受信回路が「オン」データビットと「オフ」データビットとを識別できるように、ビットレートは、「オフ」期間中に発振が十分に減衰するように十分に遅いことは重要である。例えば、433.28ＭＨｚの共振周波数を有するＳＡＷセンサの共振素子を考える。ＳＡＷ装置がこの共振周波数で１００サイクル発振し続ける（これは、増幅器への電力供給を遮断した後、ＳＡＷ装置がまだ１００サイクルの間、エネルギーを放射し続けることを意味する）ならば、時間ｔ_n-1から時間ｔ_nまでの時間（例えば、時間経過４６）は０．２５マイクロ秒より十分大きくなければならない。

更に図５を参照するならば、図５に表わされる出力例から得ることができる情報の他の部分は、ＳＡＷ装置で検出されたパラメータに係るものである。ＳＡＷ装置の各共振素子は僅かに異なる周波数で共振し、そして、それらの周波数の各々は、センサが監視している１つ又は複数の物理的な状態の応じて僅かに変化する。従って、それた個別の共振周波数の値を監視することによって、温度、圧力又はタイヤと関連する他の状態に係るに情報を得ることができる。たとえば、３つの共振素子を有する１つのＳＡＷセンサの実施例において、１つの共振周波数から所与の圧力値を得ることができ、そして、他の２つの共振周波数の差から温度値を得ることができる。

再び図２を参照するならば、１つの選択肢として、電子装置組立体１８をアクティヴな（能動的な）組立体として構成するように、利得回路２８及び制御装置３０のような電子装置組立体１８の内の選択した素子に電力を供給する電源３２を設ける。或る実施例において、電源３４は、限定するものではないが、再充電可能電池のような電池であってもよい。他の実施例において、電源３４は、タイヤ回転からの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換して必要に応じて蓄積できるように構成された複数の圧電素子を具備するような内蔵電力発生装置であってもよい。本発明に利用可能な電力発生装置の例は、ここに引用してその全内容を本明細書に組み入れる以下の特許文献に開示されている。
米国特許出願第10/143,535号：発明の名称「System and Method for Generating Electric Power from a Rotating Tire's Mechanical Energy Using Piezoelectric Fiber Composites」

電子装置組立体１８の一体化された構成要素として電源３２が設けられていない他の実施例では、ホイールの壁から、タイヤ内の電子装置組立体へ電力と誘導結合することもでき、又は、整流した無線電力を利用することもできる。任意の形式の具体的な電源を利用することができ、それも本発明の範囲内に含まれることも理解されたい。

図１Ａを参照して説明したように遠隔のトランシーバから放射されたエネルギーを受けて返すパッシブな（受動的な）装置とは異なり、電子装置組立体をアクティブな（能動的な）装置として動作させることが、或る利用分野では利点がある。遠隔のトランシーバから弾性波装置に信号を送ることは、弾性波装置に信号を送ることと弾性波装置から信号を受けることとの両方のための電子装置をインタロゲータが具備していなければならないので、複雑な一体化回路をしばしば必要とする。送信される信号が、弾性波装置に到達する前にタイヤ又はホイールの組立体を通過して伝播し且つ弾性波装置にエネルギー供給するに十分なパワーレベルを有している必要があるので、遠隔の受信器によるインタロゲーション動作はしばしば、高レベルの電磁波放射となる。このような高レベルの電磁波放射は、或る利用分野では、比較的に不十分な信号形式となる場合もあり、他の近隣の無線通信システムに対して潜在的な干渉源となる可能性もある。電子装置組立体１８が、それぞれのタイヤ構造体からデータ獲得受信器へ検出情報をアクティヴに（能動的に）送信できることによって、データ獲得装置に送信用電子装置を設ける必要が解消する。更に、（図１Ａに示すように）インタロゲータから高パワーレベルの付勢信号を送信する必要も解消する。

本発明の或る実施例でのアクティブな（能動的な）構成要素の動作の特徴を図１Ｂに示す。関して提示される。タイヤ構造体１６ａ及び１６ｂにはそれぞれの電子装置組立体１８ａ及び１８ｂを設けることができる。そして、電子装置組立体１８ａ及び１８ｂは、内蔵電力発生装置を利用して、アクティヴに（能動的に）送信する電子装置組立体を構成することができる。電子装置組立体１８ａ及び１８ｂがそれぞれのタイヤ構造体１６ａ及び１６ｂからデータ獲得受信器２０へ
検出情報及び変調データをアクティヴに（能動的に）送信できることにより、データ獲得装置に送信用電子装置を設ける必要が解消する。更に、（図１Ａに示すように）インタロゲータから高パワーレベルの付勢信号を送信する必要も解消する。各電子装置組立体１８ａ、１８ｂが情報をデータ獲得受信器２０に送信するときを選択的に制御することによって、同一付勢フィールド内で動作している複数の装置からのデータ送信と衝突する可能性を大幅に軽減することができる。
本発明の他の実施例は、図１Ａに図示するように、アクティヴ動作のために電力を内部で発生することが必ずしも必要ではないが、状態応答装置と組み合わせてデータ変調機能を利用することはできる。

図３を参照するならば、電子装置組立体の他の実施例が図解されている。図３の実施例の素子は、図２の素子と同様であり、従って、同様な素子には同様な参照番号を付している。図３の電子装置組立体１８の実施例は、図２の実施例と同様な発振器構成を有しているが、アンテナ素子２６ａ及び２６ｂによって実現されているアンテナを駆動するための別のバッファ増幅器として構成された第２の利得回路３４を有している。別の利得回路３４の使用により、電子装置組立体１８の発振器部分のインピーダンスを制御できると共にアンテナ２６ａ及び２６ｂに供給される信号の性質を制御できる利点がある。この実施例による回路は更に、データ通信速度に対する制約を軽減する。利得回路３４は、作動増幅器、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）、他の型式のトランジスタ、又は、限定的ではないが抵抗、インダクタ、ダイオード、キャパシタ、トランジスタほかの受動素子及び／又は能動素子と選択的に組合せた増幅素子を含むような集積回路によって構成できる。図３の電子装置組立体１８は更に、アンテナ素子２６ａ及び２６ｂの送信能力を最適化するための整合回路を含むことができる。整合回路３６は、限定的ではないが抵抗、インダクタ、ダイオード、キャパシタ、トランジスタほかの受動素子及び／又は能動素子の選択的組合せを含むことができる。

以上、特定な実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、上記した記載を理解した上で、当業者が上記実施例を変更し修正し又は上記実施例の均等物を容易に実現できることは理解できるであろう。従って、上記実施例の開示は、例示に過ぎず、限定を意味するものではない。また、上記実施例の開示は、当業者にとって容易に実現できる、本発明に対する変更、修正、追加を除外するものではない。

遠隔のデータ獲得モジュールとパッシヴに通信する複数の状態応答装置を有する既知のタイヤ監視システムの一例のブロック図である。 遠隔のデータ獲得モジュールとアクティヴに通信する複数の状態応答装置を有する本発明のタイヤ監視システムの一実施例のブロック図である。 本発明によりデジタルデータ送信器として構成された状態応答装置を有する電子装置組立体の実施例の概略図である。 本発明によりデジタルデータ送信器として構成された状態応答装置を有する電子装置組立体の実施例の概略図である。 本発明の実施例の電子装置組立体から送信することができる変調データ信号の典型的な波形図である。 本発明の実施例の電子装置組立体から送信することができる変調データ信号の典型的な波形図である。

Claims (34)

1. タイヤ又はホイールの組立体に関するデータを中継するための電子装置組立体であって、当該電子装置組立体は、
   少なくとも１つの入力と少なくとも１つの出力とを有する利得回路と、
   周囲の環境に関する情報を検出するように構成されている状態応答装置であって、共振周波数を有する少なくとも１つの共振素子を備え、少なくとも部分的に前記周囲の環境の状態に基づいて共振周波数が変化することにより、前記周囲の環境に関する情報を共振素子の共振周波数から決定することが可能であり、前記利得回路の前記少なくとも１つの入力と前記少なくとも１つの出力との間のフィードバック素子として接続されて、前記利得回路及び当該状態応答装置が、当該状態応答装置の共振素子の共振周波数に係わる周波数で動作する発振回路を形成するようにしている、状態応答装置と、
   前記発振回路に結合されて、前記発振回路からの無線出力信号を送信するアンテナと、
   前記発振回路に結合されており、前記利得回路の動作を選択的に制御して、前記発振回路から送信される前記無線出力信号にデジタルデータを変調により重畳するように構成されている制御装置と
   を具備している電子装置組立体。
2. 前記利得回路は作動増幅器又はトランジスタからなる、請求項１の電子装置組立体。
3. 前記制御回路及び前記利得回路に電力を供給するための電源を更に具備する、請求項１の電子装置組立体。
4. 前記電源は電池又は圧電式電力発生装置からなる、請求項３の電子装置組立体。
5. 前記状態応答装置は弾性波センサからなる、請求項１の電子装置組立体。
6. 前記状態応答装置は、それぞれの共振周波数で共振するための少なくとも３つの共振素子を有する表面弾性波（ＳＡＷ）装置からなり、各それぞれの共振周波数が前記周囲の環境の温度及び圧力レベルに応答して変化することにより、前記少なくとも３つの共振素子のそれぞれの共振周波数が、前記周囲の環境の温度及び圧力のレベルを測定するに十分な情報を集合的に与える、請求項１の電子装置組立体。
7. 前記発振回路の１つ以上の動作周波数が約４００ＭＨｚから約５００ＭＨｚまでの範囲内にある、請求項１の電子装置組立体。
8. 前記制御装置がマイクロプロセッサ又は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダからなる請求項１の電子装置組立体。
9. 前記発振回路から送信される前記無線出力信号を変調する前記デジタルデータは固有の識別タグに対応する、請求項１の電子装置組立体。
10. 前記制御装置によってなされるデータ変調のためのビットレートが約０．２５マイクロ秒より大きい、請求項１の電子装置組立体。
11. 前記アンテナは、ダイポールアンテナとして動作するように構成される第１及び第２のアンテナ素子を具備する、請求項１の電子装置組立体。
12. デジタルデータと検出されたパラメータ情報とを中継するための送信装置であって、当該送信装置は、
    少なくとも１つの入力と少なくとも１つの出力とを有する第１の増幅器と、
    前記第１の増幅器の前記少なくとも１つの入力と前記少なくとも１つの出力との間のフィードバック素子として接続されている、少なくとも１つの物理的なパラメータに関する情報を検出するように構成されている状態応答装置であって、少なくとも部分的に前記物理的なパラメータに基づいて変化する共振周波数を有する少なくとも１つの共振素子を備えた、状態応答装置と、
    前記第１の増幅器の前記少なくとも１つの出力に接続されている少なくとも１つの入力と、少なくとも１つの出力とを有する第２の増幅器と、
    前記第２の増幅器の前記少なくとも１つの出力に結合されて、前記状態応答装置の共振素子の共振周波数に関連した少なくとも１つの動作周波数で無線出力信号を送信するためのアンテナと、
    前記第１及び第２の増幅器の内の選んだ１つの増幅器に結合された制御装置と
    を具備しており、前記無線出力信号の少なくとも１つの動作周波数が、前記状態応答装置によって検出された少なくとも１つの物理的なパラメータに関する情報を与え、前記無線出力信号の振幅が前記制御装置によって前記無線出力信号に選択的に変調により重畳されたデジタルデータを中継している、送信装置。
13. 前記制御装置、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器に電力を供給するための電源を更に具備する請求項１２の送信装置。
14. 前記電源は電池又は圧電式電力発生装置からなる請求項１３の送信装置。
15. 前記第２の増幅器と前記アンテナとの間に接続された整合回路を更に具備する、請求項１２の送信装置。
16. 前記状態応答装置は弾性波センサからなる、請求項１２の送信装置。
17. 前記状態応答装置は、それぞれの共振周波数で共振するための少なくとも３つの共振素子を有する表面弾性波（ＳＡＷ）装置からなり、各それぞれの共振周波数が前記周囲の環境の温度及び圧力レベルに応答して変化することにより、前記少なくとも３つの共振素子のそれぞれの共振周波数が、前記周囲の環境の温度及び圧力のレベルを測定するに十分な情報を集合的に与える、請求項１２の送信装置。
18. 前記無線出力信号の１つ以上の動作周波数が約４００ＭＨｚから約５００ＭＨｚまでの範囲内にある、請求項１２の送信装置。
19. 前記制御装置は、マイクロプロセッサ又は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダを具備する、請求項１２の送信装置。
20. 前記発振回路から送信される前記無線出力信号を変調する前記デジタルデータは固有の識別タグに対応する、請求項１２の送信装置。
21. 前記制御装置によってなされるデータ変調のためのビットレートが約０．２５マイクロ秒より大きい、請求項１２の送信装置。
22. 前記アンテナは、ダイポールアンテナとして動作するように構成される第１及び第２のアンテナ素子を具備する、請求項１２の送信装置。
23. タイヤ構造体と、
    前記タイヤ構造体と一体化されており、前記タイヤ構造体に係わるデータを中継するように構成されている電子装置組立体と
    を具備する、一体化された電子的構成要素を有するタイヤ組立体であって、前記電子装置組立体は、
    少なくとも１つの入力と少なくとも１つの出力とを有する第１の増幅器と、
    前記タイヤ構造体に係わる少なくとも１つの物理的なパラメータに関する情報を検出するように構成されている状態応答装置であって、少なくとも部分的に前記物理的なパラメータに基づいて変化する共振周波数を有する少なくとも１つの共振素子を備え、前記第１の増幅器の前記少なくとも１つの入力と前記少なくとも１つの出力との間のフィードバック素子として接続されて、前記第１の増幅器及び前記状態応答装置が発振回路を形成するようにしている、状態応答装置と、
    前記発振回路に結合されて、前記状態応答装置の少なくとも１つの共振素子の共振周波数に関連した少なくとも１つの動作周波数で無線出力信号を送信するためのアンテナと、
    前記発振回路に結合されている制御装置と
    を具備しており、前記無線出力信号の少なくとも１つの動作周波数が、前記状態応答装置によって検出された少なくとも１つの物理的なパラメータに関する情報を与え、前記無線出力信号の振幅が前記制御装置によって前記無線出力信号に選択的に変調により重畳されたデジタルデータを中継している、タイヤ組立体。
24. 前記電子装置組立体は、前記第１の増幅器の前記少なくとも１つの出力に接続された少なくとも１つの入力と、少なくとも１つの出力とを有する第２の増幅器を更に具備する、請求項２３のタイヤ組立体。
25. 前記制御装置及び前記第１の増幅器に電力を供給するための電源を更に具備する、請求項２３のタイヤ組立体。
26. 前記電源は、電池又は圧電式電力発生装置からなる、請求項２５のタイヤ組立体。
27. 前記アンテナの送信能力を最適化するために前記アンテナに結合されている整合回路を更に具備する、請求項２３のタイヤ組立体。
28. 前記状態応答装置は弾性波センサからなる、請求項２３のタイヤ組立体。
29. 前記状態応答装置は、それぞれの共振周波数で共振するための少なくとも３つの共振素子を有する表面弾性波（ＳＡＷ）装置からなり、各それぞれの共振周波数が前記周囲の環境の温度及び圧力レベルに応答して変化することにより、前記少なくとも３つの共振素子のそれぞれの共振周波数が、前記周囲の環境の温度及び圧力のレベルを測定するに十分な情報を集合的に与える、請求項２３のタイヤ組立体。
30. 前記無線出力信号の１つ以上の動作周波数が約４００ＭＨｚから約５００ＭＨｚまでの範囲内にある、請求項２３のタイヤ組立体。
31. 前記制御装置は、マイクロプロセッサ又は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダを具備する、請求項２３のタイヤ組立体。
32. 前記制御装置によって前記無線出力信号を変調する前記デジタルデータは、固有の識別タグ、タイヤ回転情報、車両速度情報、タイヤ偏倚情報、トレッド磨耗情報、走行距離、又はタイヤに作用している静的な及び動的な力の量の内の１つ以上の情報に対応する、請求項２３のタイヤ組立体。
33. 前記制御装置によってなされるデータ変調のためのビットレートが約０．２５マイクロ秒より大きい、請求項２３のタイヤ組立体。
34. 前記アンテナは、ダイポールアンテナとして動作するように構成される第１及び第２のアンテナ素子を具備する、請求項２３のタイヤ組立体。

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