专利名称：传感器装置和用于运行传感器装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的传感器装置。
背景技术：
通常已知这样的传感器装置。例如由文献DE 102 40 446 Al已知一种传感器模 块，其中，该传感器模块具有至少一个传感器元件和一个用于无线数据传输的传输装置。该 传输装置集成到传感器模块中并且电地(galvanisch)耦合到传感器元件上。其缺点是在 要求相对严格的环境中、尤其是在轮胎中可靠地实现传感器元件和传输装置之间的导电接 触，并且同时使具有接触引线的传感器壳体实现可靠密封、尤其是防湿气的可靠密封，这只 能非常费事并因此成本昂贵地实现。
发明内容
按照本发明的传感器装置和按照本发明的如并列权利要求所述的用于运行传感 器装置的方法与现有技术相比的优点是在传感器模块与用于接收和/或用于发射电磁信 号的第三天线之间没有电耦合。因此，没有机械地或化学地要求的导电触点集成到传感器 装置中，并且，传感器模块完全由封闭的、紧凑的模块壳体包围。因此，与现有技术相比，按 照本发明的传感器装置可以显著更加成本有利地制造，并且同时保证明显提高的可靠性， 尤其是在集成到轮胎中的情况下，在轮胎中不仅由于振动、应力、高加速力等对传感器装置 产生强烈的机械负荷，而且由于发动机油、废气、湿气等对传感器装置产生高的化学负荷。 本发明的另一优点是传感器元件集成到相对紧凑的模块壳体中，其中，虽然具有紧凑性， 但同时能实现传感器装置的高发射功率和/或接收功率。这一点通过模块壳体外部的感应 单元实现，所述感应单元尤其是至少部分地包围传感器模块，其中通过第一和第二天线之 间的纯感应传输实现传感器元件和感应单元之间的信号传输。通过这种纯感应的且相对短 程的信号传输能够以相对小的尺寸实现第一和第二天线。所述感应的信号传输优选是这样 一种信号传输，它以在第一或第二天线中根据磁通量随时间的变化而产生的第一电流为基 础，其中，所述磁通量由流过第二或第一天线的第二电流的电流强度随时间的变化而引起。 信号通过第三天线的发射和/或接收尤其以电磁交变场为基础，这些电磁交变场与感应的 信号传输相比具有更大的有效范围。优选地，第三天线用于传感器元件与机动车控制系统 的通讯，其中，特别优选的是，调取和/或发射轮胎监 控数据。本发明的另一优点是所述感 应单元可以预装配在轮胎中，其中，优选的是确定标准化的特性，例如阻抗和天线品质，由 此可以根据需要将任意的传感器模块在时间上稍后的另一个制造步骤中有选择地集成到 轮胎中。特别优选的是，在轮胎的制造工艺中通过轮胎的直接硫化将传输单元集成到轮胎 中。由从属权利要求以及参照附图的描述可以给出本发明的有利扩展结构和改进方案。按照一种优选的改进方案，所述第一天线包括导线圈、导线弓或印制导线圈，尤其在电路板上。因此有利地实现第一天线的特别有效的感应传输，其中，优选的是导线圈或印 制导线圈配有多圈。特别有利的是，第一天线特别优选地、直接地集成到电路板中，因为这 能够在电路板的制造工艺中成本有利且简单地制造第一天线，其中，电路板尤其用于传感 器元件的、其它微电子结构元件的、第一天线的和/或其它无源结构元件的布线。按照另一优选的改进方案，所述第二天线和/或第三天线包括导线圈天线、螺旋天线、环形天线和/或偶极天线，其中，优选的是第二和第三天线一体地构成，其中特别优 选的是第二和/或第三天线具有多圈。有利的是，第二和第三天线的一体构造使得能够成 本有利地在一个唯一的制造工艺中制造所述第二和第三天线。螺旋形的第二天线结构同样 使感应的信号传输的效率增加。尤其是第一和第二天线的耦合平面基本上相互平行。按照另一优选的改进方案，所述传感器模块设置在构造为导线圈或螺旋物的第二 天线内部，其中，以有利的方式进一步提高感应传输的效率。这种布置能够附加地在模块壳 体和感应单元之间实现易于实现的、机械的固定，其中，优选的是第二天线完全集成和/或 卡锁或夹紧在模块壳体中或者第二天线粘接在模块壳体上。同样优选的是，第二天线布置 在另一壳体中，其中，所述另一壳体与模块壳体卡锁和/或粘接。按照另一优选的改进方案，所述第三天线具有两个部分区域，其中，第二天线设置 在这两个部分区域之间，并且，优选的是这些部分区域构造为偶极天线。因此有利的是，信 号通过第二天线特别有效地耦合输入到第三天线中，其中，构造为偶极的第三天线能够以 简单的方式集成到机动车轮胎中。按照另一优选的改进方案，所述传感器模块具有无源的、微电子的和/或微机械 的结构元件，优选至少一个轮胎压力传感芯片，并且，所述结构元件设置在所述电路板和/ 或另一电路板上。在本发明的意义上，电路板不仅包括柔性的和刚性的印制电路板，而且也 包括任意数量的单独的印制导线，这些印制导线构造为板和/或构造在板上或平面上。以 有利的方式通过改进方案，能够通过结构元件和第一天线在电路板上的集成实现传感器模 块的相对紧凑且可成本有利地制造的结构。将轮胎压力传感芯片加入到传感器模块中，这 还能够使传感器装置作为无线的轮胎压力传感器实现。按照另一优选的改进方案，尤其构造为导线圈的第一和第二天线的耦合平面垂直 于轮胎胎面和/或钢带面定向。因此有利的是，在感应的信号在第一和第二天线之间传输 时钢带面对耦合特性的影响最小化。本发明的另一主题是一种用于运行传感器装置的方法，其中，由至少一个结构元 件产生的电信号通过第一天线感应地传输到第二天线并且由第三天线电磁地发射出去，和 /或，电磁的信号由第三天线接收并且通过第二天线感应地传输到第一天线，其中，相应的 电信号由第一天线传导到至少一个结构元件。因此有利的是，通过紧凑的传感器装置能够 实现可靠且安全的信号传输或信号接收和/或信号发射，该紧凑的传感器装置处于相对高 的机械和/或化学负荷下。本发明的另一主题是按照本发明的传感器装置在机动车轮胎中、优选在轮胎压力 监控系统中的应用。
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细解释。附图中
图1以立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置，图2以立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置的传感器模块，图3以立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置，图4以立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置的传感器模块，图5以示意性俯视图示出按照本发明第三实施例的传感器装置，图6a和图6b分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第四和第五实施例的传感器装置，图7a和图7b分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第六和第七实 施例的传感器装置，图8以示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置的电的等效电路图，图9以立体示意图示出按照本发明第八实施例的传感器装置，图10以示意性侧视图示出按照本发明第九实施例的传感器装置，所述传感器装 置集成到机动车轮胎中。
具体实施例方式在各种不同的附图中相同的部件总是以相同的附图标记表示并因此通常也分别 仅命名一次。在图1中以示例性的立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置1，其 中，该传感器装置1具有传感器模块2和感应单元3，其中，该传感器模块2具有未示出的第 一天线4，而该感应单元3具有第二和第三天线5，6，其中，信号在第一和第二天线4，5之间 感应地传输，并且所述信号由第三天线6电磁地发射和接收。所述传感器模块2由圆柱形 的模块壳体7和感应单元3包围，其中，第二和第三天线5，6 —体地构成。第二天线5包括 一圈半的螺旋形状，其中，第三天线6具有两个部分区域10，11，并且第二天线5设置在这些 部分区域10，11之间，这些部分区域10，11构造成平行于直线12的偶极天线。所述传感器 模块2设置在构造为螺旋物的第二天线5内部。在图2中以示例的立体示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置1的传感 器模块2，其中，该传感器模块2具有第一天线4，该第一天线4包括至少一个在电路板30 上的印制导线圈，该传感器模块2在电路板30上还具有无源的、微电子的和微机械的结构 元件9，尤其是轮胎压力传感芯片。第一和第二天线4，5的耦合平面基本上相互平行。在图3中以示例的立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置1，其中， 第二实施例与图1示出的第一实施例相同，只是未示出的第一天线4和示出的第二天线5 的耦合平面垂直于未示出的钢带面31并由此也垂直于电路板30定向，并且其中第二天线 5构造为矩形的一圈半的导体环，并且所述模块壳体7构造成方形的。在图4中以立体示意图示出按照本发明第二实施例的传感器装置1的传感器模块 2，其中，第二实施例与图2所示的第一实施例一致，只是模块壳体7构造成方形的，电路板 30构造成矩形的，第一天线4构造成导线弓，其中，第一天线4的耦合平面垂直于电路板30 并且平行于未示出的第二天线5延伸。在图5中以示意性俯视图示出按照本发明第三实施例的传感器装置1，其中，第三 实施例与图1所示的第一实施例一致，只是第三天线6的两个部分区域10，11相互连接，因而第三天线6包括一圈的环形天线，并且第二天线5同样仅具有一圈。在图6a和图6b中分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第四和第五实施例的传感器装置，其中，第四和第五实施例基本与在图1和图2中所示的第一实施例 一致，只是在图6a中示出的第四实施例中第二天线5集成到另一壳体V中，在图6b中示 出的第五实施例中第二天线5与另一壳体V卡锁和/或粘接。第二壳体V尤其具有与模 块壳体7的材料锁合的、形状锁合的和/或力锁合的连接。在图7a和图7b中分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出按照本发明第六和第 七实施例的传感器装置，其中，第六和第七实施例基本上与在图1和图2所示的第一实施例 一致，只是在图7a所示的第六实施例中第二天线5集成到模块壳体7中，在图7b所示的第 七实施例中第二天线5与模块壳体7卡锁和/或粘接。为此尤其是使模块壳体在第二天线 的区域中具有缺口。在图8中以示例的示意图示出按照本发明第一实施例的传感器装置1的等效电路 图，其中，传感器模块2中的结构元件9、尤其是压力传感器9’产生一个信号，该信号被耦合 输入到第一天线4中。该信号被感应地传输到第二天线5上并且被耦合输入到第三天线6 中，由此实现电磁地发射信号。同样一个相反的信号路径用于通过第三天线接收电磁的信 号，其中接收到的信号通过从第二到第一天线5，4的感应耦合传导到传感器模块9的结构 元件9。优选的是，压力传感器9’的信号在耦合输入到第一天线4中之前在HF末级97中 放大，其中，在衔接在HF末级97上的适配网络98中进行阻抗适配。在图9中以立体示意图示出按照本发明第八实施例的传感器装置，其中，第八实 施例与图1示出的第一实施例一致，只是第三天线6构造为具有许多圈的螺旋物。在图10中以示意性侧视图示出按照本发明第九实施例的传感器装置1，该传感器 装置1集成到机动车轮胎32中，其中第九实施例基本上与图6a所示的第四实施例一致，只 是感应单元3硫化到具有钢带面31的机动车轮胎32中。所示传感器模块2通过简单地按 压到另一壳体7’中而集成到机动车轮胎32中，其中，另一壳体7’中的凸起41与模块壳体 7中的对应缺口 40卡锁。
权利要求
传感器装置(1)，具有一传感器模块(2)和一感应单元(3)，其中，所述传感器模块(2)具有第一天线(4)，其特征在于，所述感应单元(3)具有第二天线(5)和第三天线(6)，其中，在所述第一天线(4)和所述第二天线(5)之间设置有信号的感应传输，并且，由所述第三天线(6)电磁地发射和/或接收所述信号。
2.如权利要求1所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述传感器模块(2)被一模块壳 体(7)包围和/或至少部分地被所述感应单元(3)包围。
3.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第一天线(4)包 括导线圈、导线弓或印制导线圈，尤其是在电路板(30)上。
4.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第二天线(5)和 /或所述第三天线(6)包括导线圈天线、螺旋天线、环形天线和/或偶极天线，其中，优选的 是所述第二天线(5)和所述第三天线(6) —体地构成，其中，特别优选的是所述第二天线 (5)和/或所述第三天线(6)具有多圈。
5.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述传感器模块(2) 设置在构造为导线圈或螺旋物的所述第二天线(5)内部。
6.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述第三天线(6)具 有两个部分区域(10，11)，其中，所述第二天线(5)设置在这两个部分区域(10，11)之间，其 中，优选的是所述部分区域(10，11)构造为偶极天线。
7.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述感应单元(3)集 成到一机动车轮胎(30)中并且优选的是在机动车轮胎(32)的制造工艺中硫化到机动车轮 胎材料中。
8.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述传感器模块(1) 具有无源的、微电子的和/或微机械的结构元件(9)，优选至少一个轮胎压力传感芯片，并 且，所述结构元件(9)设置在所述电路板(30)和/或另一个电路板上。
9.如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其特征在于，尤其构造为导线圈 的所述第一天线(5)和第二天线(6)的耦合平面垂直于轮胎胎面和/或钢带面(31)定向。
10.用于运行如上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)的方法，其特征在于，由 至少一个结构元件(9)产生的电信号通过所述第一天线(4)感应地传输到所述第二天线 (5)并且由所述第三天线(6)电磁地发射出去。
11.用于运行如权利要求1至10中任一项所述的传感器装置(1)运行的方法，其特征 在于，电磁信号由所述第三天线(6)接收并且通过所述第二天线(5)感应地传输到所述第 一天线(4)，其中，相应的电信号由所述第一天线(4)传导到至少一个结构元件(9)。
12.如权利要求1至10中任一项所述的传感器装置(1)在机动车轮胎(32)、优选在轮 胎压力监控系统中的应用。
全文摘要
本发明提出一种传感器装置，它具有传感器模块和感应单元，其中，所述传感器模块具有第一天线并且所述感应单元具有第二和第三天线，其中，在第一天线和第二天线之间设置有信号的感应传输，其中由所述第三天线电磁地发射和/或接收所述信号。
文档编号B60C23/00GK101801692SQ200880106375
公开日2010年8月11日 申请日期2008年7月10日 优先权日2007年9月10日
发明者G·克勒特, M·凯克, T·布克, T·潘内克 申请人:罗伯特·博世有限公司