專利名稱：以非接觸方式進(jìn)行電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎飧呒苘壍赖闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣高架軌道，其在沿著與移動(dòng)運(yùn)輸單元相隔預(yù)定距離的滑軌設(shè)置的饋線和運(yùn)輸單元上的感應(yīng)集電器之間以非接觸方式進(jìn)行電力傳輸并且在中心站和設(shè)在運(yùn)輸單元上的控制裝置之間以非接觸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
在此類公知的電氣高架軌道系統(tǒng)中，通過(guò)機(jī)車的滑軌直接構(gòu)成與高頻交流源相連的饋線的回路導(dǎo)線，以及動(dòng)力源和裝有控制裝置的運(yùn)輸單元。將集電器設(shè)計(jì)成使其鐵心與饋線形成U形搭接的鐵氧體鐵芯，然而為了使移動(dòng)運(yùn)輸單元的驅(qū)動(dòng)部分或控制部分形成不同大小的電源電壓，需設(shè)計(jì)不同的線圈。
在此首先提出的建議是，利用饋線與由中心站編程和遙控的運(yùn)輸單元進(jìn)行通信，但在實(shí)際中這是不能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵趯?dǎo)線中出現(xiàn)高電流而且相應(yīng)的高磁場(chǎng)強(qiáng)度僅產(chǎn)生極小的與頻率有關(guān)的信噪比，而為了克服由此產(chǎn)生的問(wèn)題需要極高的電氣和電子器件的消耗。
此外，為了在電氣高架軌道(electric telepher systems)中進(jìn)行非接觸數(shù)據(jù)傳輸，公知的還有采用紅外技術(shù)。然而，以這種方式構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)受到空間的限制。數(shù)據(jù)傳輸僅能在特定的、局部分離的各點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，無(wú)法對(duì)運(yùn)輸單元進(jìn)行控制和從外部對(duì)其產(chǎn)生影響。另一方面，要減小單個(gè)通信點(diǎn)之間的距離需要很高的費(fèi)用。
此外，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸還建議采用無(wú)線電技術(shù)，其中在各運(yùn)輸單元上裝備無(wú)線電模塊并且沿軌道設(shè)置一組交疊的無(wú)線電臺(tái)，傳輸單元于軌道之間進(jìn)行交接，這種無(wú)線電技術(shù)的缺點(diǎn)在于，無(wú)線電接觸會(huì)因外部因素而受到損害和中斷。而且，從一個(gè)無(wú)線電臺(tái)向另一個(gè)無(wú)線電臺(tái)傳輸信號(hào)需要很高的信息技術(shù)費(fèi)用。
本發(fā)明的目的在于，研制一種非接觸式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于與上述類型的以非接觸方式進(jìn)行電力傳輸?shù)碾姎飧呒苘壍?，所述系統(tǒng)保證以較低的花費(fèi)持久地集中采集移動(dòng)運(yùn)輸單元和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔?，所述系統(tǒng)還進(jìn)一步確保所有移動(dòng)運(yùn)輸單元能同時(shí)接收到發(fā)送到中心站的信息。
按照本發(fā)明，所述目的是借助于構(gòu)成權(quán)利要求1所述特征的用于電氣高架軌道的感應(yīng)式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的。
從屬權(quán)利要求公開(kāi)了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)選改進(jìn)方案。
本發(fā)明的構(gòu)思基于從沿滑軌敷設(shè)的饋線向運(yùn)輸單元的耗能器的感應(yīng)電力傳輸，其特點(diǎn)在于，與饋線相隔一定距離地設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸回路，數(shù)據(jù)傳輸回路中的導(dǎo)線直接與中心站耦合而且以感應(yīng)的方式與運(yùn)輸單元的控制裝置連接。與感應(yīng)式數(shù)據(jù)傳輸回路的非接觸連接是通過(guò)安裝在移動(dòng)運(yùn)輸單元上的通信模塊實(shí)現(xiàn)的，所述包括帶有發(fā)送和接收線圈的發(fā)送和接收鐵氧體鐵芯，所述通信模塊設(shè)置在與數(shù)據(jù)傳輸回路平行的、可使運(yùn)輸單元運(yùn)動(dòng)的較小但實(shí)用的距離內(nèi)。所述數(shù)據(jù)在中頻段以兩個(gè)不同的固定正弦頻率傳輸，所述兩個(gè)不同的固定正弦頻率分別表示一個(gè)數(shù)字值(0或1)。
設(shè)在饋線前面、處于由饋線產(chǎn)生的一條場(chǎng)力線中的數(shù)據(jù)傳輸回路的幾何結(jié)構(gòu)確保由饋線感應(yīng)的噪聲電壓以及對(duì)感應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_較小。由于是利用中頻段內(nèi)兩種不同的正弦波頻率作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)串進(jìn)行感應(yīng)式數(shù)據(jù)傳輸，所以本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸回路是純粹起感應(yīng)回路作用的數(shù)據(jù)傳輸回路，該回路既不是用作波導(dǎo)，也不是用作帶高頻電磁輻射的天線，這可確保數(shù)據(jù)傳輸回路的電路簡(jiǎn)單、且數(shù)據(jù)傳輸回路的終端電阻的尺寸要求不苛刻但實(shí)用，并且最終且不至在電力和數(shù)據(jù)傳輸信道之間得到足夠高的信噪比。數(shù)據(jù)傳輸回路和安裝在移動(dòng)運(yùn)輸單元上的發(fā)送及接收鐵氧體鐵芯之間的距離是5-10mm，這樣驅(qū)動(dòng)電氣高架的范圍足夠大。
在本發(fā)明的另一種改進(jìn)實(shí)施例中，通信模塊中的發(fā)送和接收鐵氧體芯設(shè)有發(fā)送和接收耦合器、發(fā)送和接收部分、以及用于發(fā)送或接收和用于產(chǎn)生及處理兩個(gè)不同頻率中數(shù)據(jù)或數(shù)字正弦波信號(hào)串的處理單元。這種發(fā)送和接收耦合器以及發(fā)送和接收部分與處理單元一起也都設(shè)置在數(shù)據(jù)傳輸回路和中心站之間連接的傳輸站中。
在本發(fā)明所述以非接觸方式進(jìn)行電力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎飧呒苘壍乐?，通信路徑與移動(dòng)運(yùn)輸單元的路徑完全相對(duì)應(yīng)。用低頻驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以在任何時(shí)間以低成本向所有移動(dòng)運(yùn)輸單元提供數(shù)據(jù)并且對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制，或者收集由這些運(yùn)輸單元提供的有關(guān)運(yùn)輸單元的狀態(tài)、位置或相互間距離的信息，并將所述信息送到中心站。
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的運(yùn)輸單元可以同時(shí)接收所有向傳輸站發(fā)送的信息。因此，可以在沒(méi)有外圍設(shè)備的情況下，通過(guò)各控制裝置內(nèi)部相應(yīng)的控制流程使移動(dòng)運(yùn)輸單元彼此間沿運(yùn)輸路徑實(shí)現(xiàn)與方向無(wú)關(guān)的防沖撞功能。上述本地移動(dòng)運(yùn)輸單元彼此間實(shí)現(xiàn)的可局部控制的防沖撞保護(hù)適應(yīng)于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)距離的需要，這與所有迄今為止公知的沿實(shí)際運(yùn)輸路徑的方法相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
下面將結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施例。其中圖1是電氣高架軌道的示意圖，所述電氣高架軌道可在其移動(dòng)運(yùn)輸單元和中心站之間通過(guò)感應(yīng)式數(shù)據(jù)傳輸回路進(jìn)行無(wú)接觸數(shù)據(jù)通信；圖2是在移動(dòng)運(yùn)輸單元中集成的感應(yīng)式通信模塊，所述模塊可借助數(shù)據(jù)傳輸回路在中心站和運(yùn)輸單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；圖3是數(shù)據(jù)傳輸回路和與之相連的傳輸站；圖4是移動(dòng)運(yùn)輸單元的方框圖；圖5是與運(yùn)輸單元的滑軌相連的饋線支架的透視圖，所述滑軌與數(shù)據(jù)傳輸回路的插入式保持裝置相連。
附圖標(biāo)記1--滑軌 2--饋線支架 2a--機(jī)械編碼器3--饋線安裝槽 4--饋線 4.1--場(chǎng)力線5--保持裝置 5a，5b--7a，7b的保持管6--感應(yīng)通信模塊6.1--發(fā)送鐵氧體鐵芯 6.2--接收鐵氧體鐵芯6.3--發(fā)送耦合器 6.4--接收耦合器6.5--發(fā)送部分6.6--接收部分6.7--處理單元7--數(shù)據(jù)傳輸回路 7a，7b--7的電線7.1--數(shù)據(jù)磁力線8--發(fā)送線圈 9--接收線圈10--傳輸站10.1--發(fā)送和接收耦合 10.2--發(fā)送部分 10.3--接收部分10.4--處理單元11--數(shù)據(jù)傳輸線 12--移動(dòng)運(yùn)輸單元13--控制裝置14--集電器 15--驅(qū)動(dòng)器16--傳感裝置17--位置掃描器 18--中心控制站 Ra--7的終端電阻圖1-圖5涉及一種以非接觸感應(yīng)方式進(jìn)行電力傳輸?shù)碾姎飧呒苘壍?，所述傳輸是從饋線傳送到可在滑軌1上移動(dòng)的多個(gè)用于承載和運(yùn)輸負(fù)載的運(yùn)輸單元12。每個(gè)移動(dòng)運(yùn)輸單元12上配備有集電器14，該集電器用于從與電源相連的饋線4進(jìn)行非接觸電力傳輸，所述饋線4由絞合線構(gòu)成。將饋線4設(shè)置在裝到滑軌1上的饋線支架2的安裝槽3中，所述饋線支架2由非導(dǎo)電材料制成。如從圖5中所看到的，饋線支架2上設(shè)有機(jī)械編碼器2a，其利用設(shè)在運(yùn)輸單元12上的位置掃描器17(參見(jiàn)圖4)對(duì)運(yùn)輸單元12進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)。為了進(jìn)行感應(yīng)式非接觸電力傳輸，將集電器14設(shè)計(jì)成U形鐵氧體鐵芯，該鐵氧體鐵芯上帶有兩個(gè)線圈，而且每個(gè)線圈上具有一個(gè)集電器電路(未示出)，所述集電器電路一方面向設(shè)在運(yùn)輸單元12上的控制裝置13以及與控制裝置13相連的傳感控制裝置16和位置掃描器17提供所需的控制電壓，另一方面向運(yùn)輸單元12的驅(qū)動(dòng)器15輸送所需要的較高的驅(qū)動(dòng)電力。
鐵氧體鐵芯(未示出)以環(huán)繞饋線4的方式使得饋線4的磁力線4.1能確保鐵氧體鐵芯中產(chǎn)生具有足夠磁化力的磁通量。
在上述進(jìn)行電力傳輸?shù)碾姎飧呒苘壍乐校ㄟ^(guò)感應(yīng)的方式，實(shí)現(xiàn)滑軌1上所設(shè)運(yùn)輸單元12和中心控制站18之間的非接觸數(shù)據(jù)信號(hào)交換。為此，在饋線4前面的一定距離處并與之平行地設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸回路7，所述數(shù)據(jù)傳輸回路7由兩條彼此平行且在平面中垂直相疊設(shè)置的電線7a、7b構(gòu)成。兩條電線(導(dǎo)線)7a、7b各自的端部連接一個(gè)終端電阻Ra。此外，數(shù)據(jù)傳輸回路7位于沿著饋線4的場(chǎng)力線4.1的幾何位置上(即在場(chǎng)力線內(nèi))，從而減小了磁場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸回路7產(chǎn)生的干擾。數(shù)據(jù)傳輸回路7沿著饋線4場(chǎng)力線的精確幾何布置可借助于帶有保持管5a、5b的保持部件5來(lái)實(shí)現(xiàn)，在保持管5a、5b中將電線7a、7b彼此平行地固定。還可以將保持部件5設(shè)計(jì)成一個(gè)插件，該插件可以鎖定到饋線4的安裝槽3中。
根據(jù)圖1，本實(shí)施例中的電氣高架軌道包括兩部分(1和2)，因此也包括兩個(gè)帶有相應(yīng)終端電阻Ra的數(shù)據(jù)傳輸回路7。每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸回路7通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線11與傳輸站10直接耦連，每個(gè)傳輸站10本身與中心控制站18相連。傳輸站10包括發(fā)送和接收耦合器10.1以及發(fā)送部分10.2和接收部分10.3，所述發(fā)送和接收部分用于發(fā)送或接收中頻段信噪比足夠高的兩個(gè)不同固定頻率的正弦波信號(hào)，本實(shí)施例中，所述頻率為50KHz和125KHz。在串行串中以兩個(gè)固定頻率出現(xiàn)的各正弦波信號(hào)表示編碼的數(shù)字0/1信號(hào)。與發(fā)送和接收部分10.2和10.3連接的處理單元10.4通過(guò)各傳輸站10與中心控制站18相連。
設(shè)在每個(gè)運(yùn)輸單元12上的感應(yīng)通信模塊6也包括發(fā)送和接收耦合器6.3、6.4以及發(fā)送部分6.5和接收部分6.6，用于以數(shù)字式數(shù)據(jù)信號(hào)的形式發(fā)送或接收中頻段中具有不同的固定頻率的兩種正弦波信號(hào)或信號(hào)串，所述感應(yīng)通信模塊6還包括與控制裝置13相連的處理單元6.7。
數(shù)據(jù)傳輸，即，通過(guò)與傳輸站直接連接的數(shù)據(jù)傳輸回路反復(fù)向設(shè)在運(yùn)輸單元12上的通信模塊6發(fā)送和接受具有兩個(gè)固定頻率且以正弦波信號(hào)串形式存在的數(shù)據(jù)或是從設(shè)在運(yùn)輸單元12上的通信模塊6上接收所述數(shù)據(jù)是通過(guò)感應(yīng)和非接觸方式實(shí)現(xiàn)的。為此，在通信模塊6上設(shè)置兩個(gè)E形的鐵氧體鐵芯，其中發(fā)送用鐵氧體鐵芯6.1帶有發(fā)送線圈8而位于圖面后面(未示出)的接收用鐵氧體鐵芯6.2帶有接收線圈9，所述鐵氧體鐵芯通過(guò)通信模塊6和數(shù)據(jù)傳輸回路7向傳輸站10和中心控制站18發(fā)送不同頻率的與來(lái)自控制裝置13的數(shù)據(jù)脈沖串(0；1)相對(duì)應(yīng)的正弦波信號(hào)串，或是在相反的方向上接收數(shù)據(jù)，并通過(guò)處理單元6.7將所述數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳送到控制裝置13以便控制例如驅(qū)動(dòng)器15。
本發(fā)明顯然并不限于上述實(shí)施例。在與本發(fā)明相關(guān)的特征范圍內(nèi)，用非接觸(感應(yīng))方式向運(yùn)輸單元傳輸電力的電氣高架軌道的特征在于，運(yùn)輸單元和中心站之間的數(shù)據(jù)通信是利用設(shè)有接收和發(fā)送線圈的鐵氧體鐵芯形成的感應(yīng)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸回路并借助于中頻段中兩個(gè)不同頻率的正弦波信號(hào)串實(shí)現(xiàn)的，所述數(shù)據(jù)傳輸回路帶有設(shè)在兩端的終端電阻和平行電線，所述電線設(shè)在進(jìn)行感應(yīng)式電力傳輸用的饋線磁力線范圍內(nèi)，但是對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)可以考慮進(jìn)行例如，檢驗(yàn)、預(yù)防性維護(hù)或整體防撞等更高級(jí)功能方面的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種電氣高架軌道，其在沿著與移動(dòng)運(yùn)輸單元的滑軌一定距離處設(shè)置的饋線和運(yùn)輸單元上的感應(yīng)集電器之間進(jìn)行非接觸電力傳輸，并在中心站和設(shè)在運(yùn)輸單元上的控制裝置之間進(jìn)行非接觸數(shù)據(jù)傳輸，該電氣高架軌道的特征在于，在沿饋線(4)的確定距離上設(shè)置兩端帶有終端電阻(Ra)和兩條平行導(dǎo)線(7a，7b)的數(shù)據(jù)傳輸回路(7)，所述數(shù)據(jù)傳輸回路(7)設(shè)置在位于饋線(4)的一條和同一條場(chǎng)力線(4.1)內(nèi)，所述數(shù)據(jù)傳輸回路(7)通過(guò)傳輸站(10)直接與中心控制站(18)相連，并通過(guò)通信模塊(6)以感應(yīng)的形式與運(yùn)輸單元(12)的控制裝置(13)相連；其中所述與數(shù)據(jù)傳輸回路(7)相隔一定距離的通信模塊(6)上包括有帶發(fā)送和接收線圈(8，9)的發(fā)送和接收鐵氧體鐵芯(6.1；6.2)，其用于以感應(yīng)的形式傳送由中頻段兩個(gè)不同固定頻率的正弦波信號(hào)串產(chǎn)生的數(shù)據(jù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣高架軌道，其特征在于，在容納饋線(4)的饋線支架(2)之一上固定有保持裝置(5)，在保持裝置(5)的保持管(5a，5b)中彼此平行地固定著數(shù)據(jù)傳輸回路7的兩條導(dǎo)線(7a，7b)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電氣高架軌道，其特征在于，將保持裝置(5)設(shè)置成與饋線支架(2)上的安裝槽(3)搭接的插件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣高架軌道，其特征在于，發(fā)送和接收用鐵氧體鐵芯(6.1，6.2)設(shè)計(jì)成E形并且其各自以一定距離平行面對(duì)數(shù)據(jù)傳輸回路(7)的中間體上設(shè)有發(fā)送線圈(8)或接收線圈(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的電氣高架軌道，其特征在于，在通信模塊(6)中的發(fā)送和接收鐵氧體鐵芯(6.1，6.2)上設(shè)有發(fā)送和接收耦合器(6.3，6.4)、發(fā)送和接收部分(6.5，6.6)以及與控制裝置(13)相連的處理單元(6.7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣高架軌道，其特征在于，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(11)與數(shù)據(jù)傳輸回路(7)相連的傳輸站(10)包括發(fā)送和接收耦合器(10.1)、發(fā)送和接收部分(10.2；10.3)以及與中心站連接的處理單元(10.4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣高架軌道，其特征在于，感應(yīng)傳輸?shù)木幋a數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的兩個(gè)不同的固定頻率為具有足夠信噪比的正弦波信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的電氣高架軌道，其特征在于，移動(dòng)運(yùn)輸單元(12)的控制裝置(13)與驅(qū)動(dòng)器(15)、傳感裝置(16)和位置掃描器(17)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的電氣高架軌道，其特征在于，每一個(gè)多個(gè)高架軌道部分設(shè)置到一數(shù)據(jù)傳輸回路(7)和與回路(7)相連的一傳輸站(10)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的電氣高架軌道，其特征在于，運(yùn)輸單元(12)接收數(shù)據(jù)傳輸回路(7)上所有信息的特性可用于所有移動(dòng)運(yùn)輸單元本地的與方向無(wú)關(guān)的防沖撞功能。
全文摘要
在沿著與移動(dòng)運(yùn)輸單元(12)的滑軌(1)一定距離處設(shè)置的饋線(4)和運(yùn)輸單元的感應(yīng)集電器之間進(jìn)行非接觸電力傳輸?shù)碾姎飧呒苘壍乐?，為了在中心控制?18)和沿著饋線在確定距離上設(shè)置的運(yùn)輸單元之間進(jìn)行非接觸數(shù)據(jù)傳輸，而設(shè)置了數(shù)據(jù)傳輸回路(7)，所述數(shù)據(jù)傳輸回路的平行導(dǎo)線正好處于饋線的一條場(chǎng)力線中。數(shù)據(jù)傳輸回路通過(guò)傳輸站(10)直接與中心站相連。為了與運(yùn)輸單元感應(yīng)耦合，在運(yùn)輸單元上設(shè)置通信模塊(6)，通信模塊(6)上具有設(shè)在鐵氧體鐵芯上的發(fā)送和接收線圈，所述線圈可接收所有在數(shù)據(jù)傳輸回路上交換的信息。通過(guò)感應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存在于中頻段內(nèi)的兩個(gè)不同固定頻率、以用作數(shù)字信號(hào)的正弦波信號(hào)串中。
文檔編號(hào)B60L5/00GK1555320SQ02817917
公開(kāi)日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月24日
發(fā)明者諾貝特·富切克, 諾貝特 富切克 申請(qǐng)人:Lju工業(yè)電子股份有限公司