專利名稱：用于感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可與感應(yīng)式電能傳輸(IPT)次級或變送裝置通信的 方法與設(shè)備，此變送裝置供給負(fù)載以與遠(yuǎn)離此變送裝置的設(shè)備通信。
背景技術(shù)：
IPT系統(tǒng)一般包括初級導(dǎo)電路徑(有時稱作徑跡)，此路徑由適 當(dāng)?shù)碾娫垂╇?，使電流供給初級導(dǎo)電路徑。此初級路徑通常是一拉長 電纜，由電源供給射頻(RF)電流。沿此初級導(dǎo)電路徑分布但不與此 路徑電接觸的是一或多個變送裝置，每個變送裝置有一次級拾波線圍， 其中借助于此拾波線圏與初級導(dǎo)電路徑間的互感而感生電流。各個變 送裝置通常包括控制設(shè)備，控制功率從初級導(dǎo)電路徑流至變送裝置， 使此變送裝置可供給負(fù)載。IPT系統(tǒng)與相應(yīng)的控制設(shè)備在授予Boys 的美國專利說明書No.5293308中有了概括性的說明。此外，美國專利 說明書No.6459218中公開了給反光路燈提供功率的IPT系統(tǒng)的應(yīng)用。最好能夠有多種方式來控制變送裝置。在上述反光路燈的例子 中，理想的控制方式是分別給各反光路燈通電以能控制交通流量。這 樣，在某一例子中， 一列反光路燈可以依據(jù)指示司機(jī)以交流通量所要 求速度的速率來順序通電。為了控制變送裝置使這類負(fù)載以希望的方式工作，在遠(yuǎn)離變送裝 置的設(shè)備變送裝置本身之間就需有某種通信形式。在所提出的一種已 列述于乂〉開的PCT專利說明書WO2005/031944內(nèi)的通信系統(tǒng)中，初 級導(dǎo)電路徑用作通信路徑，用來通過對此初級導(dǎo)電路徑中的電流調(diào)頻 而給各個變送裝置對指令編址。發(fā)明內(nèi)容據(jù)以上所述，于是本發(fā)明的一個方面即為用于IPT系統(tǒng)的通信方 法，此系統(tǒng)具有能由電流激勵的初級導(dǎo)電路徑以及一或多個適合由此 初級導(dǎo)電路徑中的電流接收電能供給于負(fù)栽的變送裝置。所述方法包 括下述步驟通過此初級導(dǎo)電路徑給變送裝置發(fā)送指令；此變送裝置通過給負(fù)載供電而在此初級導(dǎo)電路徑的電流中感生 預(yù)定的變化，以對上述指令提供響應(yīng)；檢測此初級導(dǎo)電路徑中的電流變化，同時用此檢測出的變化去確 定該響應(yīng)。上述電流中預(yù)定的變化可以包括電流中預(yù)定的一列更換，而這些 更換是能夠被譯碼表示二進(jìn)制數(shù)字，上述預(yù)定的變化可以作為電流的頻率分量檢測，而這些更換則包 括所檢測的頻率分量存在或不存在。或者，這種預(yù)定的變化可以作為 電流的頻率分量檢測，而這些更換則包括頻率分量中的頻率更換。在某一實(shí)施形式中，前述響應(yīng)可用來測定變送裝置是否在工作。 此外，這種響應(yīng)可與為變送裝置所測參數(shù)相關(guān)聯(lián)。這些參數(shù)可以是溫 度或環(huán)境光中的一或多個。本發(fā)明的另一方面是IPT系統(tǒng)變送裝置，它包括有的控制裝置可 用來接收通過IPT系統(tǒng)的初級導(dǎo)電路徑發(fā)送的指令，同時適用于通過 給負(fù)載通電引起初級導(dǎo)電路徑上的電流產(chǎn)生預(yù)定的變化而給此指令提 供響應(yīng)J吏得可以在此初級導(dǎo)電路徑的遠(yuǎn)處測定此變化以確定此響應(yīng)。本發(fā)明的又一方面是用于IPT系統(tǒng)的通信設(shè)備，此設(shè)備包括可與IPT系統(tǒng)的初級導(dǎo)電路徑進(jìn)行通信連接的第一通信裝置；設(shè)于此IPT系統(tǒng)的變送裝置上的第二通信裝置，此第二通信裝置 能接收由第一通信裝置傳達(dá)的指令；以及設(shè)于此變送裝置上的控制裝 置，此控制裝置適用于控制提供給從屬于第二通信裝置的負(fù)載的功率， 以使在初級導(dǎo)電路徑上的電流中發(fā)生預(yù)定的變化，而這種變化則可由 第一通信裝置檢測出以確定對所述指令的響應(yīng)。


下面將參考附圖以舉例方式說明本發(fā)明的一或多個實(shí)施形式，附圖中圖1是IPT系統(tǒng)一已知形式的框圖。圖2是適用于從IPT系統(tǒng)的初級導(dǎo)電路徑接收通信信號的通信裝 置的框圖。圖3是IPT系統(tǒng)中可與圖2的通信裝置通信的變送裝置的電路框圖。
具體實(shí)施方式
參看圖1，其中示意地給出一已知的IPT系統(tǒng)，它包括電源l給 初級導(dǎo)電路徑2供電。與路徑2相鄰但不與其作實(shí)質(zhì)性的電接觸的設(shè) 置有一或多個變送裝置(pick up device) 3，后者借助于與初級導(dǎo)電 路徑感應(yīng)地耦合而可從此路徑接收功率。這樣的系統(tǒng)在前述美國專利 說明書No.5293308與6459218中較詳細(xì)地描述到?，F(xiàn)在參看圖3，其中示明了可能有的變送裝置3的框圖。此變送 裝置具有拾波線圏31，后者由調(diào)諧電容器32調(diào)諧，形成一個響應(yīng)初 級導(dǎo)電路徑2中RF電流產(chǎn)生的磁場的諧振電路。整流器與控制模塊單元33對于由部件31與32形成的諧振電路 中輸出的交變電流進(jìn)行整流。單元33的輸出為調(diào)節(jié)器35調(diào)節(jié)而提供 兩個電源。第一電源(本例中為22V)提供給在本例中為反光路燈的 負(fù)栽，此負(fù)載包括多個發(fā)光二極管(LEDs) 36。內(nèi)行人將認(rèn)識到，在 另一些實(shí)施形式中可以提供其他類型的負(fù)載而所述變送裝置可以提供 比這里所述實(shí)施形式中的更高功率的負(fù)載。第二電源在本例中為5V的電源，用于通常以集成電路形式提供 的智能模塊37例如微處理機(jī)中。模塊37由部件31與32形成的諧振 電路直接給它輸送信號，同時有一輸出用來控制可有效地激勵負(fù)載36 的開關(guān)裝置38。使用中，加到初級導(dǎo)電路徑2中電流上的通信信號例如調(diào)頻信號也為此變送裝置的部件31與32形成的諧振電路接收，同時直接傳送 給模塊37并于此將上述通信信號解釋為具體指令，例如此指令可以啟 動負(fù)栽而給交通提供物理信號。在本發(fā)明的一種實(shí)施形式中，可以用上述專利說明書WO 2005/031944中>^開的系統(tǒng)或方法傳遞所述指令，該專利的內(nèi)容已綜合 于此供參考。所述指令或也可以是用來激勵LED僅僅是有限的一段時間，或 是鍵入一種順序例如快速順序。熟悉本發(fā)明有關(guān)技術(shù)的人應(yīng)知這種指 令事實(shí)上可能較為復(fù)雜，例如如果所述負(fù)載包括電動機(jī)，則此指令可置。模塊T7根據(jù)需要啟動開關(guān)i置38來激勵負(fù)載。
激勵負(fù)栽的作用使得功率從初級導(dǎo)電路徑2傳輸給變送裝置的諧 振電路，結(jié)果導(dǎo)致此初級導(dǎo)電路徑2的電流中擾動或變化。初級導(dǎo)電 路徑中電流的這種變化取決于激勵負(fù)載的方式。在一最佳實(shí)施形式中， 可以依選擇的頻率激勵負(fù)栽。這樣，初級導(dǎo)電路徑2中電流的變化便 可以通過與此初級路徑通信的適當(dāng)通信電路，作為此路徑中電流的頻 率分量測定。這種通信電路的例子示明于圖2并將說明于下。圖2中 所示的通信電路擬設(shè)置于電源1的鄰近，但內(nèi)行的人可知這一電路可 知此電路能夠沿初級導(dǎo)電路徑定位于任何其他方便的位置處，且不必 與初級導(dǎo)電路徑作物理的電接觸。模塊37能以種種不同的方式激勵負(fù)載來提供返回的通信信號。 這種返回的通信信號例如可只包括在接收到激勵負(fù)載36的指令后已 探測到此負(fù)栽被激勵一事。但或者此模塊37可以按預(yù)定的作業(yè)方式激 勵負(fù)載來提供返回的通信信號。例如若是負(fù)載包括發(fā)光二極管，則這 些發(fā)光二極管可以按非常快的速率開關(guān)，使之仍可達(dá)到照明目的而對 于公路用戶則看來是恒定的照明，但發(fā)光二極管的這種快速閃光卻形 成一種預(yù)定的變化，可以作為數(shù)字化的編碼信號(即可以作為能形成 數(shù)字的二進(jìn)制序列的檢測)提供，這樣的信號強(qiáng)加到初級導(dǎo)電路徑上 用于探測。在一最佳實(shí)施形式中，此負(fù)載是以一或多個預(yù)定頻率啟動，以使這種變化包括可以調(diào)制來提供數(shù)字輸出的頻率更換。此外，也可 采用隨時間更換的單一頻率，以存在或不存在的形式提供這種供譯碼 用的變更。內(nèi)行的人當(dāng)然會認(rèn)識到可供使用的其他調(diào)制技術(shù)。作為另一例子，上述變送裝置可以設(shè)置各種傳感器給模塊37提 供信息。在一種例子中，此傳感器可以是溫度傳感器，它指示在此變 送裝置鄰近地區(qū)中是否有火；在另一種例子中，此傳感器可以是光傳 感器來探測有無環(huán)境光存在，例如可以探測該變送裝置所在的隧道內(nèi) 照明設(shè)備是否在工作。利用各個這樣的傳感器，可將指令發(fā)送到對一 或多個特定的變送裝置進(jìn)行尋址的初級導(dǎo)電路徑上，要求這些變送裝 置報(bào)告各傳感器的狀態(tài)。模塊37此時可從傳感器取得讀數(shù)，按預(yù)定方 式激勵負(fù)栽36，使初級導(dǎo)電路徑2中電流產(chǎn)生變化，而這種變化可以 探測出和譯碼以揭示由相關(guān)傳感器提供的讀數(shù)?，F(xiàn)在參看圖2，線圏21與調(diào)諧電容器22組成從初級導(dǎo)電路徑2 變送能量的諧振電路，此諧振電路最好位于電源l鄰近(參看圖1)。 由濾波電容器24對整流與控制模塊23進(jìn)行濾波。調(diào)節(jié)電路25給通信 接收設(shè)備提供電源(本例中為12V電源)。電流分隔變壓器26將初 級導(dǎo)電電路2上電流的分隔的信號表示提供給第一探測器27。探測器 27的輸出提供給放大器28，放大器28的輸出提供給第二探測器29， 然后傳遞給雙帶通濾波器(BPF) 30，后者提供一雙信道輸出而由此 以雙信道提供信息。實(shí)際上，上述雙BPF可以是一單帶通濾波器或甚 至是一多帶通濾波器。在所示實(shí)施形式中，這種雙帶通濾波器的特征 在于它是一對相當(dāng)高"Q"的固態(tài)聲濾波器。這類濾波器在工作頻率 下提供少量的模擬增益，并具有極其類似于變送裝置中所用調(diào)諧電路 的響應(yīng)曲線。這些濾波器在它們的通帶之外的頻率下，基本上使信號 衰減。在返回通信事件中，對濾波器調(diào)諧以與從變送裝置3表現(xiàn)出的 頻率相匹配。在一最佳實(shí)施形式中，數(shù)字信號處理裝置可以執(zhí)行這種 任務(wù)。兩個BPF可以實(shí)現(xiàn)下述原理l)應(yīng)用"頻率擺動"，即在兩個頻率之間使探測出的信號于返 回通信信號上移動，以提高數(shù)據(jù)可返回到電源接收器的速率；2)應(yīng)用兩個不同的頻率，以使兩個變送裝置能同時進(jìn)行應(yīng)答。針對第2項(xiàng)，在正常通信期間的緊急通信事件地點(diǎn)情況提供緊急 信道。這樣在有可能產(chǎn)生通信沖突的地方允許更大程度的范圍。各信道中的信號可由適當(dāng)?shù)淖g碼裝置譯碼以提供所需的信息。在 所示實(shí)施例中，出現(xiàn)于濾波器后的電荷泵40是用來當(dāng)此濾波器接收到 正確頻率的信號后，于電容器上形成一電荷。該直流電平于是輸送到 適當(dāng)?shù)谋容^器41，以提供邏輯"1"或"0"狀態(tài)。根據(jù)此比較器的輸出，由變送裝置在仔細(xì)檢查條件下傳遞給初級 導(dǎo)電路徑的數(shù)據(jù)可以恢復(fù)。在一最佳實(shí)施形式中，上述通信以數(shù)字形式進(jìn)行，而數(shù)字信號處 理集成電路可用于執(zhí)行信號恢復(fù)控制。從上述可知，本發(fā)明的各實(shí)施形式可提供許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，例如在所監(jiān)控的變送裝置上，遠(yuǎn)程通信裝置中不需另外的通信設(shè)備；接受器是完全孤立的，這樣能將一或多個接收器設(shè)置于IPT系統(tǒng) 初級導(dǎo)電路徑上的任何地方。盡管初級導(dǎo)電路徑中電流的變化很小，通常是0.1%,但它們可 以通過感應(yīng)耦合的接收裝置立即接收到。當(dāng)接收器與發(fā)送裝置是分別 感應(yīng)供電時，它們可以沿此導(dǎo)電路徑的長向設(shè)在任何地方。事實(shí)上， 接收器設(shè)安裝在感應(yīng)電源的機(jī)殼內(nèi)，而發(fā)送器即變送裝置共有1至100 個，沿著初級導(dǎo)電路徑的全長分布。在一最佳實(shí)施形式中，由負(fù)載引起的初級導(dǎo)電路徑中的電流變化 可立即變換為它們的數(shù)字表示，而此響應(yīng)可用來在此變送裝置處于仔 細(xì)檢查條件下進(jìn)行判定。申請人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，例如在2000米長>^路上包含有200個反光路 燈(各個反光路燈是一變送裝置或是由變送裝置供電的負(fù)載)的系統(tǒng) 中，發(fā)生器只需幾分鐘來檢查整個系統(tǒng)。此外，在此反光路徑系統(tǒng)例子中，此種路燈在詢查時在司機(jī)看來 有約2秒鐘將光稍作減弱然后返回通常亮度。由于各個反光路燈變送 裝置已包含有小型微處理機(jī)可理解來自發(fā)生器的指令，增設(shè)軟件使之能進(jìn)入返回通信回路是至為簡便的事情。熟悉本發(fā)明相關(guān)技術(shù)的人應(yīng)知，雖然本發(fā)明是參考IPT供電反光 路燈描述的，但此返回式通信系統(tǒng)適用于任何形式的感應(yīng)供電設(shè)備。 這可以包括物料裝卸或旅客輸送系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于IPT系統(tǒng)的通信方法，此系統(tǒng)具有能由電流激勵的初級導(dǎo)電路徑以及一或多個適合由此初級導(dǎo)電路徑中的電流接收電能供給于負(fù)載的變送裝置，此方法包括下述步驟通過此初級導(dǎo)電路徑給變送裝置發(fā)送指令；此變送裝置通過給負(fù)載供電而在此初級導(dǎo)電路徑的電流中感生預(yù)定的變化以對上述指令提供響應(yīng)；檢測此初級導(dǎo)電路徑中的電流變化，同時用此檢測出的變化去確定此響應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信方法，其中所述電流中預(yù)定的變 化包括電流中預(yù)定的序列更換，而這些更換能夠被譯碼表示二進(jìn)制數(shù) 字。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信方法，其中所述預(yù)定的變化可以 作為電流的頻率分量檢測，而這些更換則包括所檢測的頻率分量的存 在或不存在。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信方法，其中所述預(yù)定的變化可以 作為電流的頻率分量檢測，而這些更換則包括頻率分量中的頻率更換。
5. 上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所要求的通信方法，其中包括利用所述 響應(yīng)來確定此變送裝置是否在工作。
6. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的通信方法，其中所述響應(yīng)涉及 由該變送裝置所測量的參數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的通信方法，其中所述參數(shù)包括溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的通信方法，其中所述參數(shù)包括環(huán)境光。
9. 一種IPT系統(tǒng)變送裝置，它包括有可用來接收通過IPT系統(tǒng) 的初級導(dǎo)電路徑發(fā)送的指令的控制裝置，此控制裝置同時適用于通過 給負(fù)載通電引起初級導(dǎo)電路徑上的電流產(chǎn)生預(yù)定的變化而給此指令提 供響應(yīng)，4吏得可以在此初級導(dǎo)電路徑的遠(yuǎn)處測量此變化以確定此響應(yīng)。
10. —種用于IPT系統(tǒng)的通信設(shè)備，此設(shè)備包括可與IPT系統(tǒng)的初級導(dǎo)電路徑進(jìn)行通信連接的第一通信裝置； 設(shè)于此IPT系統(tǒng)的變送裝置上的第二通信裝置，此第二通信裝置 能接收由第一通信裝置傳達(dá)的指令；以及設(shè)于此變送裝置上的控制裝 置，此控制裝置適用于控制提供給從屬于第二通信裝置的負(fù)栽的功率， 以使在此初級導(dǎo)電路徑上的電流中發(fā)生預(yù)定的變化，而這種變化則可 由第 一通信裝置檢測出以確定對所述指令的響應(yīng)。
11. 實(shí)質(zhì)上依據(jù)這里所述任一種實(shí)施形式的通信方法。
12. 實(shí)質(zhì)上如這里參考圖2與3所示任一實(shí)施形式所述的IPT系統(tǒng)。
13. 實(shí)質(zhì)上如這里參考圖2與3所示任一實(shí)施形式所述的通信設(shè)備。
全文摘要
感應(yīng)式電能傳輸(IPT)系統(tǒng)的返回式通信系統(tǒng)與方法，它們可以使變送裝置(3)這樣地接收指令和給負(fù)載(36)供電，使得在此系統(tǒng)的初級導(dǎo)電路徑(2)上的電流中發(fā)生預(yù)定的變化。這種變化可以測定并被譯碼，以確定此變送裝置對該指令的響應(yīng)。
文檔編號H01F38/14GK101233662SQ200680028170
公開日2008年7月30日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月22日
發(fā)明者斯蒂芬·D·泰特洛 申請人:交通電子有限公司