專利名稱：用于感應(yīng)供能和引導(dǎo)－運(yùn)動(dòng)物體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的用于一運(yùn)動(dòng)物體的感應(yīng)供能和引導(dǎo)的裝置。
背景技術(shù)：
感應(yīng)傳輸能量使得可以沒有機(jī)械或電接觸地向一運(yùn)動(dòng)的用電器供給能量。為此所設(shè)想的例如由WO92/17929所知的裝置分別包括一初級(jí)部分和一次級(jí)部分，它們類似于變壓器的原理電磁耦合。初級(jí)部分由一饋入電子設(shè)備和一沿線路鋪設(shè)的具有一相互平行分布并在線路的端部相互交接或相互連接的饋電導(dǎo)線和回流導(dǎo)線的線匝組成。一個(gè)或多個(gè)分別設(shè)置在可運(yùn)動(dòng)的用電器上的耗電器或所屬的耗電器電子裝置構(gòu)成次級(jí)側(cè)。與常見類型的變壓器不同它是一松耦合系統(tǒng)，通過較高的、在千赫茲范圍內(nèi)的工作頻率這種耦合是可能的。如此也可以跨接達(dá)幾厘米的大的氣隙。這種類型的能量傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)包括特別是無磨損和不要維護(hù)，以及防觸電和高的可用性。常見的應(yīng)用是在制造工藝中的自動(dòng)材料運(yùn)送系統(tǒng)，但也包括人員運(yùn)送系統(tǒng)，比如電梯和電動(dòng)大客車。
因?yàn)樵谶@種裝置中用電器的運(yùn)動(dòng)軌道不允許偏離線匝的運(yùn)動(dòng)路徑，如果這里不涉及有軌車輛的話，必須對(duì)進(jìn)行用電器相應(yīng)的引導(dǎo)。這種引導(dǎo)例如可以通過這樣的方法進(jìn)行，即車輛具有一可旋轉(zhuǎn)地支承的前軸，其角度位置直接通過一在一沿行駛軌道分布的槽中滑動(dòng)的駕駛盤確定。這里耗電器適宜地設(shè)置在這個(gè)被操縱的前軸上，從而在轉(zhuǎn)彎時(shí)耗電器也能始終最好地對(duì)準(zhǔn)埋設(shè)在行駛軌道內(nèi)的線匝。這種方案的缺點(diǎn)是，槽的銑削很麻煩，行駛軌道的不平度和不可避免的駕駛盤機(jī)械磨損。
避免這些缺點(diǎn)的一種非常好的解決方案是在DE19816762A1中所述的無接觸感應(yīng)傳輸。這里通過一感應(yīng)傳感裝置測(cè)量本來就由線匝發(fā)出的磁場(chǎng)，該傳感器裝置的輸出信號(hào)輸送給一處理裝置。該處理裝置由此求出車輛相對(duì)于線匝在橫向的位置，并用于操縱車輛的伺服電機(jī)根據(jù)這個(gè)位置進(jìn)行控制。設(shè)置的傳感裝置安裝在車輛中部，并由分別具有垂直和水平敏感軸的一個(gè)傳感器組成，其中水平敏感軸橫向于行駛方向分布。因?yàn)樵诰€匝的往復(fù)導(dǎo)線中的電流在任何時(shí)刻都大小相等反向相反，在車輛相對(duì)于線匝的位置在中部時(shí)具有垂直敏感軸的傳感器的信號(hào)具有最大值，而另一個(gè)傳感器的信號(hào)經(jīng)過零點(diǎn)。
在自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)中通常存在在車輛和中央控制部之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的要求。為此由DE3916610A1已知一種用于同時(shí)進(jìn)行軌道引導(dǎo)和傳輸數(shù)據(jù)的裝置，然而這里軌道引導(dǎo)線路僅僅用來引導(dǎo)軌道，而不用于向車輛供能，用于軌道引導(dǎo)的傳感器裝置與上面敘述的完全一致，而沒有具體說明用于數(shù)據(jù)通訊的發(fā)射和接收裝置。

發(fā)明內(nèi)容
從所述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)本發(fā)明的目的是，為一用于一可運(yùn)動(dòng)的物體的感應(yīng)供能和引導(dǎo)的裝置提供一用來實(shí)現(xiàn)作為其它功能的數(shù)據(jù)通訊的合適途徑。
按照本發(fā)明這個(gè)目的通過具有權(quán)利要求1特征的裝置來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有利的實(shí)施形式可由從屬權(quán)利要求中得到。一種為本發(fā)明裝置的運(yùn)行所設(shè)計(jì)的方法是權(quán)利要求28的內(nèi)容。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于可運(yùn)動(dòng)用電器的位置確定反正是必要的電感同時(shí)用于數(shù)據(jù)接收，即一共只需要唯一一個(gè)感應(yīng)天線用于引導(dǎo)和數(shù)據(jù)接收。設(shè)置兩列相互錯(cuò)開的扁平線圈對(duì)此特別合適，所述線圈橫向于運(yùn)動(dòng)方向并具有垂直軸線方向地設(shè)置在可運(yùn)動(dòng)的用電器上。這種扁平線圈可方便地安裝在一電路板上，并且作為極端情況甚至可以完全平面地在一電路板上實(shí)現(xiàn)。
如果這個(gè)接收線圈裝置足夠?qū)挘员銈?cè)向完全覆蓋用來傳輸能量的線匝的至少一導(dǎo)線，并且數(shù)據(jù)線與線匝的一條導(dǎo)線相鄰，那么即使在用電器運(yùn)動(dòng)軌道的彎曲段也始終既保證精確地確定位置，又保證至少一個(gè)接收電感與數(shù)據(jù)線具有對(duì)于無故障的數(shù)據(jù)接收足夠的耦合。如果天線不能設(shè)置在可運(yùn)動(dòng)的用電器的被操縱的前軸的中部并因此在轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)，那么這也一樣適用。這時(shí)可由對(duì)各接收線圈的測(cè)量信號(hào)的比較或者由各接收線圈之間的振幅曲線的插值非常準(zhǔn)確地算出導(dǎo)線位置。
原則上接收電感也可以用來發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)，但是為此設(shè)置一單獨(dú)的具有鐵磁芯的電感裝置，以使磁場(chǎng)更好地集中在數(shù)據(jù)線上，顯得較為有利，其中這里兩列相互錯(cuò)開的電感也是一種特別合適的解決辦法。分別根據(jù)位置確定的結(jié)果在發(fā)射電感以及接收電感中始終選擇由于其瞬時(shí)的橫向位置與數(shù)據(jù)線具有最好耦合的電感用于通訊操作。這種方法原則上可用于每一種具有多個(gè)發(fā)射和/或接收線圈的感應(yīng)天線裝置。


下面借助于

本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中表示圖1根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分的示意性剖視圖；圖2按圖1的裝置的所述部分的示意性俯視圖；圖3接收電感的輸出電壓隨橫向于運(yùn)動(dòng)方向的位置的變化曲線；圖4如圖1的視圖的局部的放大簡(jiǎn)化視圖；圖5一用于根據(jù)本發(fā)明的裝置的發(fā)射電感的兩種變型方案；圖6一適用于雙向通訊的電感裝置的示意性剖視圖；圖7按圖6的裝置的示意性俯視圖；圖8一用于與圖6和7的電感裝置結(jié)合運(yùn)行的處理裝置，接收裝置和發(fā)射裝置方框線路圖。
在圖1和2中以剖視圖和俯視圖示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分。在一電力驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸車輛應(yīng)該在其上運(yùn)動(dòng)的行駛軌道1上銑出兩條槽2a和2b。在所述槽2a和2b中埋設(shè)了線匝3的饋電導(dǎo)線3a和回流導(dǎo)線3b，在圖2中只能看到所述導(dǎo)線的一個(gè)短段。線匝3由一未畫出的饋入電子裝置供給一大的電流，并起一變壓器的空間分布的初級(jí)電感的作用，所述變壓器的次級(jí)電感由一安裝在車輛上的耗電器形成。用這種方法向車輛供給其運(yùn)行所需要的電能。這里對(duì)耗電器和車輛不感興趣，因此在圖中沒有將其畫出。這種系統(tǒng)的常見運(yùn)行參數(shù)是初級(jí)導(dǎo)線/線圈的中心距為100mm，氣隙為10mm，電流為100A，頻率為20kHz。
此外在槽2b內(nèi)還設(shè)有一帶芯線4a和4b的雙芯線數(shù)據(jù)線4。這里數(shù)據(jù)線4在橫截面內(nèi)垂直于由線匝3限定的平面，即芯線4a和4b的中點(diǎn)連線垂直于導(dǎo)線3a和3b的中點(diǎn)連線。由此既達(dá)到數(shù)據(jù)線4與線匝3的最佳感應(yīng)脫耦，又便于將數(shù)據(jù)線4鋪設(shè)成曲線，因?yàn)樽龀杀馄诫p芯導(dǎo)線的數(shù)據(jù)線4在這個(gè)方向比另一個(gè)方向柔軟得多。為了簡(jiǎn)單起見兩條槽2a和2b具有相同的橫截面，因此在必要時(shí)在槽2a內(nèi)還可以提供用于另一數(shù)據(jù)線的空間。對(duì)于本發(fā)明，數(shù)據(jù)線4設(shè)置在導(dǎo)線3a和3b之一的哪一側(cè)并不重要。因此垂直設(shè)置在內(nèi)側(cè)或水平設(shè)置在導(dǎo)線3a或3b的上方可以和在圖中所示的垂直設(shè)置在外側(cè)一樣好。
在未畫出的車輛上離行駛軌道1表面一為10mm數(shù)量級(jí)的距離處安裝一由五個(gè)扁平線圈5a-5e組成的感應(yīng)接收天線5。所述線圈5a-5e都相互平行，并以端面平行于或者說以圖中用虛線表示的軸線垂直于行駛軌道1的表面。線圈5a-5c形成一直的在車輛方位正確時(shí)垂直于車輛與線匝3的縱向一致的運(yùn)動(dòng)方向延伸的列。這對(duì)于在回流導(dǎo)線3b的縱向和橫向相對(duì)于線圈列5a-5c偏移的線圈5d和5e也一樣。沿縱向的偏移略大于一個(gè)線圈在這個(gè)方向的尺寸，在橫向的偏移相當(dāng)于一個(gè)線圈在這個(gè)方向的尺寸的一半。圖2中具有橢圓形橫截面的線圈的視圖只是示意性的，即橫截面也可以是圓形或近似于矩形。線圈的橫截面尺寸例如可以是10至30mm的數(shù)量級(jí)。
接收線圈5a-5e首先確定用來測(cè)量線匝3內(nèi)電流的磁場(chǎng)，以借助于該磁場(chǎng)確定天線5的以及由此天線在安裝其上的車輛橫向于運(yùn)動(dòng)方向的位置。為此線圈5a-5e連接在一電子處理裝置上，該裝置確定、比較和分析由所述磁場(chǎng)在線圈5a-5e內(nèi)感生的電壓的幅值，并求出天線5相對(duì)于回流導(dǎo)線3b的位置尺寸。根據(jù)該位置確定通過一調(diào)節(jié)器產(chǎn)生用于一個(gè)或多個(gè)伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)信號(hào)，以沿一跟隨線匝3走向的軌道自動(dòng)地引導(dǎo)車輛。
位置確定是基于，在垂直距離保持不變的情況下取決于接收線圈5a-5e的橫向位置S的感生電壓U的幅值表現(xiàn)為一具有多個(gè)極值的特征曲線。在圖3中定性地示出這一曲線，它表示一具有兩條反方向流通電流的芯線的雙導(dǎo)線的場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。這里橫坐標(biāo)的起點(diǎn)正好位于饋電導(dǎo)線3a和回流導(dǎo)線3b之間的中點(diǎn)。在圖3中導(dǎo)線3a和3b的位置用H或R表示。由于磁力線呈圓形的已知分布，其中點(diǎn)分別位于兩條芯線的連接直線上，但是都位于中間空間H-R之外，在位置H和R的略靠外側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)對(duì)稱的極小值。在一個(gè)這種最小值處由于那里磁力線水平的分布交鏈磁通(verketteterFluss)幾乎為0。最大值正好位于中心，且是由于兩條芯線對(duì)磁場(chǎng)同樣大的正貢獻(xiàn)的疊加而產(chǎn)生的。
顯然，通過沿路徑S設(shè)置多個(gè)線圈并在一電子處理裝置中比較和處理其輸出電壓，可方便地利用這種曲線通過尋找極值來確定位置。這里極小值由于在其周圍明顯比較陡的曲線變化自然成為比較有利的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橛镁€圈裝置只能掃描沿路徑S的離散點(diǎn)，按圖3的曲線在這些取樣點(diǎn)(Stiitztelle)之間適宜于采用非線性插值。第二列線圈5d-5e相對(duì)于第一列5a-5c偏移一個(gè)線圈橫向尺寸的一半使得與第一列線圈5a-5c相比空間的掃描間隔減半。
然而在車輛運(yùn)動(dòng)軌道的彎曲處線匝的曲率半徑必須大于兩列線圈5a-5c和5d-5e在縱向的距離，從而使由這個(gè)縱向距離引起的誤差不會(huì)使在彎曲處獲得的精度完全喪失。線匝3在轉(zhuǎn)彎處或兩條運(yùn)動(dòng)軌道的分叉處(后面象通常按照有軌系統(tǒng)那樣稱為道岔)的側(cè)向彎曲的特征在于，由處理裝置確定的最小值的位置開始側(cè)向偏移。這種實(shí)際位置與通過車輛上的天線5的位置確定的理論位置的偏差可以用于車輛的軌道控制。
天線5的另一個(gè)功能是感應(yīng)接收由未畫出的中央控制單元通過直接設(shè)置在回流導(dǎo)線3b旁邊的數(shù)據(jù)線4發(fā)射給車輛的數(shù)據(jù)信號(hào)。在圖4中放大示出了數(shù)據(jù)線4相對(duì)于兩個(gè)分別具有垂直軸線的扁平接收線圈5d和5e的位置。由于兩條導(dǎo)線4a和4b之間在10-20mm范圍內(nèi)的較大距離數(shù)據(jù)線具有一較大的波阻，并且相當(dāng)于以前常用類型的300Ω天線電纜。一薄的絕緣橫板機(jī)械連接兩條導(dǎo)線4a和4b，并使它們?cè)诟魈幭嗷ケ３趾愣ǖ木嚯x。
如果在數(shù)據(jù)線4中的電流，如由導(dǎo)線4a和4b內(nèi)的十字和點(diǎn)所表示的那樣，在一確定的時(shí)刻在上導(dǎo)線4a內(nèi)正好向后且在下導(dǎo)線4b中向前穿過所示橫截面，那么在導(dǎo)線4和接收線圈5d和5e之間的空間內(nèi)產(chǎn)生一所示類型的磁場(chǎng)分布，即磁力線順時(shí)針圍繞一位于上導(dǎo)線4a的上方連接導(dǎo)線中心的連線上的中點(diǎn)圓形分布。在草圖表示的磁力線的兩個(gè)部位B上示例性地標(biāo)注了磁通量密度的水平分量BH和垂直分量BV。
在數(shù)據(jù)線4上方一個(gè)接收線圈5d或5e的正中位置處由于那里磁場(chǎng)B的完全水平分布感應(yīng)耦合具有最小值，即在理論上在那里感應(yīng)耦合甚至消失。另一方面隨著線圈5d或5e離導(dǎo)線4的距離的加大磁通量密度B的值逐漸減小。其結(jié)果是，在給定的線圈5d或5e和上導(dǎo)線4a之間的垂直距離時(shí)在數(shù)據(jù)線4附近，但是在所述中部位置附近得到感應(yīng)耦合的最大值。在采用規(guī)則布置的多個(gè)接收線圈5a-5e時(shí)，如圖2所示，顯然接收線圈5a-5e中始終有一個(gè)離這個(gè)最大值最近，并由此最適合于數(shù)據(jù)接收。
可以這樣地利用，即通過所述用于確定位置的處理裝置根據(jù)位置不斷地選擇當(dāng)時(shí)處于最好位置的接收線圈5a-5e，并僅將這個(gè)接收線圈通過一復(fù)用器(Multiplexer)與數(shù)據(jù)接收裝置連接的方法。此時(shí)在車輛運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)最合適的接收線圈5a-5e的選擇可以反復(fù)地變化，特別是在轉(zhuǎn)彎處和道岔處方向改變時(shí)，在那里接收天線5盡管有轉(zhuǎn)向控制裝置有時(shí)仍然會(huì)相對(duì)于線匝3并由此相對(duì)于數(shù)據(jù)線4側(cè)向偏離其正常位置。如果天線可能沒有定位在車輛受操縱的前軸下方中部的話，偏離數(shù)據(jù)線甚至是不可避免的。但是通過不斷地切換到當(dāng)時(shí)最合適的接收線圈5a-5e即使在運(yùn)動(dòng)軌道的彎曲段也可保證無可挑剔的數(shù)據(jù)接收。
原則上前面所述類型的天線5同樣可以用來將數(shù)據(jù)從上面安裝有所述天線的車輛通過數(shù)據(jù)線4感應(yīng)傳送到一中央控制部。但為了提高傳輸效率，采用具有一鐵磁芯的用于使磁場(chǎng)集中在數(shù)據(jù)線4上的單獨(dú)的發(fā)射線圈是有利的。圖5中表示這種發(fā)射線圈6和9的兩種可能的結(jié)構(gòu)形式。
左面的發(fā)射線圈6特別適合于用于具有垂直地相互疊置的導(dǎo)線4a和4b的數(shù)據(jù)線4的情況，如已在圖1和4中所示的那樣。在這種情況下鐵芯7是U形的，而線圈6這樣裝在車輛上，使得U形鐵芯7的兩個(gè)分支垂直指向數(shù)據(jù)線4。繞組8位于兩個(gè)分支之間的水平段上。在采用這種布置時(shí)感應(yīng)耦合在數(shù)據(jù)線4上方線圈6的所示中部位置上有最大值。
右面的發(fā)射線圈9特別適合于具有并排地水平放置的導(dǎo)線4a和4b的數(shù)據(jù)線4的情況。這種導(dǎo)線布置雖然在數(shù)據(jù)導(dǎo)數(shù)4和線匝3之間不希望的感應(yīng)耦合上以及在復(fù)合導(dǎo)線(Leitungsverbund)在水平彎曲時(shí)的機(jī)械柔性上不如垂直布置好，但是原則上也可以考慮采用這種布置。在這種情況下鐵芯10是E形的，而線圈9這樣地裝在車輛上，使得E形鐵芯10的三個(gè)分支垂直于數(shù)據(jù)線4。繞組11位于中間的分支上。在采用這種布置時(shí)感應(yīng)耦合也在數(shù)據(jù)導(dǎo)數(shù)4上方線圈9的所示中部位置處有最大值。
與接收天線5完全類似，一根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)發(fā)射天線由多個(gè)沿橫向于車輛運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)則地直線設(shè)置的發(fā)射線圈組成，以保證，不斷地—即即使在曲線行駛時(shí)—提供一個(gè)對(duì)于將數(shù)據(jù)無故障地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)線4上足夠好地定位的發(fā)射線圈。一兩列前后順序排列且側(cè)向相互錯(cuò)開的線圈以提高位置分辨率的布置形式的優(yōu)點(diǎn)也可以從接收天線5直接轉(zhuǎn)移到一發(fā)射天線上。合理地，必須將發(fā)射天線沿車輛橫向安裝在和接收天線5同一位置處，由此發(fā)射天線必須沿縱向相對(duì)于接收天線偏移。
至于當(dāng)時(shí)最佳發(fā)射天線的選擇，可在接收天線和發(fā)射天線空間固定配置的情況下在選擇最佳接收線圈的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。這里在發(fā)射天線相對(duì)于接收天線縱向偏移時(shí)最佳發(fā)射天線不必一定和最佳接收天線在相同的橫向位置上，而是在運(yùn)動(dòng)軌道的彎曲段內(nèi)一相對(duì)于最佳接收線圈側(cè)向偏移的發(fā)射線圈可能正好處于最有利的位置。在發(fā)射線圈選擇時(shí)考慮這種效應(yīng)的前提條件是通過處理裝置暫時(shí)儲(chǔ)存運(yùn)動(dòng)軌道數(shù)據(jù)。
在圖6和7中以剖視圖或俯視圖示出一按本發(fā)明的具有最大功能范圍的引導(dǎo)和通訊系統(tǒng)。它具有一接收天線12，所述天線原理上相當(dāng)于前面借助于圖1和2說明的接收天線，但是與其不同的是，所述接收天線12不僅覆蓋回流導(dǎo)線3b，而且也覆蓋饋電導(dǎo)線3a，即在整個(gè)寬度上覆蓋線匝3。沿縱向相對(duì)于接收天線12偏移地設(shè)置一結(jié)構(gòu)類似的同樣完全覆蓋線匝3并由圖5中左面所示類型的發(fā)射線圈6組成的發(fā)射天線13。如圖6所示，在槽2a內(nèi)與饋電導(dǎo)線3a相鄰有一同樣處于垂直位置的第二數(shù)據(jù)線14。
按圖6和7的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，即使在道岔(軌道分叉)區(qū)域內(nèi)仍具有工作能力，在道岔處車輛以及由此天線12和13遠(yuǎn)離導(dǎo)線3a或3b之一，并暫時(shí)地在天線12和13附近只存在一條導(dǎo)線3a或3b。因?yàn)槊織l導(dǎo)線3a和3b配設(shè)一數(shù)據(jù)線14或4，并且所述數(shù)據(jù)線14和4中的每一條被接收天線和發(fā)射天線12或13覆蓋，在任何時(shí)刻都可無故障地進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
對(duì)于車輛軌道引導(dǎo)的情況也一樣。也就是說如果如圖1和2中所示導(dǎo)線3a或3b中只有一條被接收天線5覆蓋，且車輛的軌道在道岔處遠(yuǎn)離所述導(dǎo)線，那么直至天線5重新發(fā)現(xiàn)一條新的導(dǎo)線3a或3b為止，無法進(jìn)行位置確定，因此也不能操縱控制。相反在如圖6和7的天線布置中保證在接收天線12的附近始終有至少一條導(dǎo)線3a或3b，并由此保證即使在道岔區(qū)域內(nèi)仍提供不間斷的位置信息。
如果在個(gè)別應(yīng)用場(chǎng)合這種觀點(diǎn)沒有決定性意義，那么對(duì)于雙向數(shù)據(jù)通訊原則上圖6和7中所示的天線裝置12、13的一半就足夠了，并可以放棄第二數(shù)據(jù)導(dǎo)數(shù)14。這相當(dāng)于圖1和2的布置具有兩列附加的沿橫向相互錯(cuò)開的沿縱向位于接收線圈5a-5e后面的發(fā)射線圈6。當(dāng)然，在圖1和2中所示的成兩列的五個(gè)接收線圈5a-5e的數(shù)量以及在圖6和7中所示的分別成兩列的各十一個(gè)發(fā)射和接收天線的數(shù)量具有單純的示例性特征。在具體應(yīng)用場(chǎng)合為了達(dá)到要求的效率數(shù)據(jù)既可能是較少數(shù)量的線圈和/或列就足夠了，也可能需要更多數(shù)量的線圈和/或列。
在圖8中表示一組合的處理和數(shù)據(jù)通訊裝置15的方框線路圖。這個(gè)裝置15的核心部分是一個(gè)履行裝置15的全部數(shù)據(jù)處理功能的微型計(jì)算機(jī)16。微型計(jì)算機(jī)16具有一用來讀入由接收天線12接收的模擬位置信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器17，以及具有一用來讀入通過接收天線12從數(shù)據(jù)線4和14接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)及用來輸出應(yīng)該通過發(fā)射天線13發(fā)射到數(shù)據(jù)線4和14上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字輸入/輸出單元18。此外微型計(jì)算機(jī)16具有用于和車輛的電子控制裝置通訊的合適的數(shù)字接口。例如為了向操縱控制單元輸出計(jì)算出來的位置數(shù)據(jù)設(shè)置一合適的CAN總線接口19，而一RS232串行接口用于發(fā)出控制指令以及用于讀入應(yīng)該通過數(shù)據(jù)線4和14發(fā)射給中央控制部的狀態(tài)信息。作為所述類型接口的另一種選擇例如RS485也是合適的。
接收天線12通過一由微型計(jì)算機(jī)16通過控制總線22控制的復(fù)用器21連接在裝置15上。也就是說，通過控制總線22始終只選擇接收天線12的唯一一個(gè)接收天線終端，并由復(fù)用器21接通到其輸出端。復(fù)用器21后面并聯(lián)兩個(gè)帶通濾波器23和24。將帶通濾波器23調(diào)整到用于能量傳輸?shù)木€匝3的工作頻率，例如在20kHz的數(shù)量級(jí)上，而將帶通濾波器24調(diào)整到用于向數(shù)據(jù)線4和14傳輸數(shù)據(jù)而選擇的頻帶上，例如可在1MHz的數(shù)量級(jí)上。通過所述帶通濾波器23和24使由線匝3的磁場(chǎng)引起的位置測(cè)量信號(hào)與由數(shù)據(jù)導(dǎo)數(shù)4和14發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)相互分開。
接著來自第一帶通過濾器23的位置信號(hào)輸送給一也和復(fù)用器21一樣通過另一控制導(dǎo)線26由微型計(jì)算機(jī)16控制的掃描和保持環(huán)節(jié)25。掃描和保持環(huán)節(jié)25的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器17的輸入端連接。接著來自第二個(gè)帶通過濾器24的數(shù)據(jù)信號(hào)輸送給一解調(diào)器27，該解調(diào)器由此又獲得數(shù)字基帶信號(hào)，并將其輸送到微型計(jì)算機(jī)16的數(shù)字輸入/輸出接口18。
解調(diào)器27的對(duì)應(yīng)件形成一數(shù)字調(diào)制器28。從車輛傳輸?shù)娇刂撇康臄?shù)據(jù)作為基帶信號(hào)由微型計(jì)算機(jī)16的數(shù)字輸入/輸出接口18輸送給此調(diào)制器28，所述調(diào)制器將所述數(shù)據(jù)例如通過頻率鍵控法(FSK)調(diào)制到一載波信號(hào)上。調(diào)制器將這樣產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)輸出到一激勵(lì)器單元29上，發(fā)射天線13連接在此激勵(lì)器單元上。此激勵(lì)器單元29放大來自調(diào)制器28的數(shù)據(jù)信號(hào)，并在微型計(jì)算機(jī)16通過控制總線22施加的控制下將該數(shù)據(jù)信號(hào)連接到發(fā)射天線13的一個(gè)發(fā)射線圈端子上。也就是說，激勵(lì)器單元29本身包含另一個(gè)在圖8中沒有專門示出的復(fù)用器。為了保證足夠的開關(guān)速率(Schaltrat)，控制總線22包括用于復(fù)用器21和用于包括在激勵(lì)器單元29內(nèi)的另一個(gè)復(fù)用器的分開的地址線。
微型計(jì)算機(jī)16借助于由它計(jì)算出來的天線12和13的位置作出在一定時(shí)刻所使用的發(fā)射和接收線圈的選擇。接收天線12的所有接收線圈的順次通過復(fù)用器21連通并讀入的位置測(cè)量信號(hào)都進(jìn)入這個(gè)計(jì)算。即始終只有當(dāng)時(shí)具有最合適的位置的發(fā)射和接收線圈被用于數(shù)據(jù)通訊。雖然作為為此的選擇標(biāo)準(zhǔn)也可以采用由接收天線12的各個(gè)接收線圈所提供的數(shù)據(jù)信號(hào)，即帶通濾波器24的各自對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，但是優(yōu)選采用位置信號(hào)，即帶通濾波器23各自對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，因?yàn)橛捎谂c數(shù)據(jù)線4和14相比高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的電流所述信號(hào)在線匝3內(nèi)要強(qiáng)得多。
此外接收天線12還可以用來接收用于位置標(biāo)定的設(shè)置在沿線匝3的規(guī)定位置的發(fā)射器的信號(hào)。這種位置標(biāo)記發(fā)射器通常用來，向自動(dòng)控制的車輛發(fā)出到達(dá)或經(jīng)過沿路線的規(guī)定位置的信號(hào)。這種發(fā)射器適宜于分別具有一個(gè)發(fā)射線圈，該發(fā)射線圈這樣地安裝在線匝3的旁邊，使得接收天線12的至少一個(gè)線圈在經(jīng)過時(shí)臨時(shí)與該發(fā)射線圈感應(yīng)耦合，由此可以短時(shí)間地從固定的發(fā)射線圈向接收天線12傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。
這個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)包括一給出發(fā)射器沿線匝3的位置的數(shù)字代碼。為了避免通過用來從線匝3向車輛傳送能量的和用于數(shù)據(jù)線(4；14)和車輛之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嬖诘拇艌?chǎng)使這種單方向的位置數(shù)據(jù)傳輸受干擾，這三個(gè)磁場(chǎng)的頻率或頻帶必須有足夠明確的差別，即必須可以通過另一除濾波器23和24之外而設(shè)置的帶通濾波器提取位置數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)然該帶通濾波器后面也必須連接另一個(gè)解調(diào)器，這相當(dāng)于圖8中的中間的信號(hào)線路24-27-18的重復(fù)(Duplizierung)。位置標(biāo)記數(shù)據(jù)的解碼和繼續(xù)傳輸可以毫無困難地由微型計(jì)算機(jī)16作為附加功能承擔(dān)。
在位置標(biāo)記發(fā)射器離線匝3一確定的側(cè)向距離時(shí)，按照用來從數(shù)據(jù)線(4；14)接收數(shù)據(jù)信號(hào)的最佳接收線圈的選擇方法還可簡(jiǎn)單地確定用于接收來自從位置標(biāo)記發(fā)射器之一的其它數(shù)據(jù)信號(hào)的最佳接收線圈，這里通常是兩個(gè)不同的接收線圈。因此接收天線12甚至可以幾乎同時(shí)用來接收三個(gè)不同的信號(hào)。
本發(fā)明提供一種用于以同時(shí)的感應(yīng)數(shù)據(jù)通訊感應(yīng)供能和引導(dǎo)一運(yùn)動(dòng)物體的組合系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以在任何情況下滿足當(dāng)今在所述情況下對(duì)數(shù)據(jù)通訊所提出的最低要求(信號(hào)主控、半雙工、9600波特傳輸速率、100ms反應(yīng)時(shí)間)。但是系統(tǒng)的特性數(shù)據(jù)可以毫無困難地與更高的要求相匹配。這不是僅僅適用于傳輸速度和反應(yīng)時(shí)間。因此提供如借助于圖6和7所示的第二數(shù)據(jù)線14還提供了全雙工運(yùn)行的可能性。
盡管如果接收天線、發(fā)射天線和處理及數(shù)據(jù)通訊裝置分別構(gòu)成一結(jié)構(gòu)單元或者甚至所有這些部件組合成唯一的結(jié)構(gòu)單元，是合適的，但這都不是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的先決條件。采用多個(gè)單獨(dú)的線圈和作為車輛中央電子控制裝置集成的組成部分實(shí)現(xiàn)所述處理裝置和數(shù)據(jù)接收裝置都是本發(fā)明的實(shí)施形式，它們都包含在權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于感應(yīng)供能和引導(dǎo)一運(yùn)動(dòng)物體的裝置，具有一作為線匝的沿一預(yù)設(shè)的物體運(yùn)動(dòng)軌道延伸的初級(jí)電感、一安裝在物體上的用來傳輸能量的可與初級(jí)電感電磁耦合的次級(jí)電感、多個(gè)設(shè)置在物體上的輸出取決于初級(jí)電感的磁場(chǎng)的測(cè)量信號(hào)的接收電感，并具有一由測(cè)量信號(hào)求出一物體相對(duì)于線匝的位置的值的處理裝置，其特征為接收電感(5；12)同時(shí)還和一數(shù)據(jù)接收裝置(21、24、27、18、16)連接，所述數(shù)據(jù)接收裝置包括用來由一接收電感(5；12)中的至少一個(gè)的輸出電壓提取數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置(24)；并且沿預(yù)設(shè)的物體運(yùn)動(dòng)軌道設(shè)置至少一個(gè)數(shù)據(jù)線，在物體運(yùn)動(dòng)期間所述數(shù)據(jù)線具有對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸足夠的與所述接收電感(5；12)中的至少一個(gè)的感應(yīng)耦合。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為所述數(shù)據(jù)線和線匝(3)是相同的。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為所述數(shù)據(jù)線(4)與線匝(3)分開形成。
4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為設(shè)有規(guī)則布置的在所述物體上至少橫向于其運(yùn)動(dòng)方向延伸的接收電感(5；12)。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為所述接收電感(5；12)是相互一樣的線圈(5；12)，所述線圈這樣地設(shè)置，即其縱軸相互平行分布，且所有線圈的軸向端部位于至多兩個(gè)相互平行的平面內(nèi)。
6.按權(quán)利要求5所述的裝置，其特征為所述線圈(5；12)作為一電路板上的導(dǎo)電軌線做成平面形的。
7.按權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征為所述線圈(5；12)在物體上設(shè)置成使線圈的縱軸線接近垂直于物體運(yùn)動(dòng)軌道的切平面延伸。
8.按權(quán)利要求1至7之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為所述接收電感(5；12)的布置也沿物體的運(yùn)動(dòng)方向延伸。
9.接權(quán)利要求8所述的裝置，其特征為設(shè)有至少兩列沿物體運(yùn)動(dòng)方向順序排列的線圈(5；12)，且所述線圈列相互錯(cuò)開一個(gè)線圈(5；12)的橫向尺寸除以列數(shù)得到的尺寸。
10.按權(quán)利要求1至9之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為處理裝置(21、23、25、17、16)求出作為位置的函數(shù)的感應(yīng)測(cè)量信號(hào)的至少一個(gè)極值作為物體相對(duì)于線匝(3)的位置值。
11.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征為為了求出至少一個(gè)極值處理裝置(21、23、25、17、16)在多個(gè)線圈(5；12)的測(cè)量信號(hào)之間進(jìn)行非線性插值。
12.按權(quán)利要求1至11之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為一數(shù)據(jù)發(fā)射裝置(16、18、28、29)設(shè)在所述物體上并與至少一個(gè)與數(shù)據(jù)線具有一對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸足夠的感應(yīng)耦合的發(fā)射電感連接。
13.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征為至少一個(gè)發(fā)射電感與一和處理裝置(21、23、25、17、16)連接的接收電感(5；12)相同。
14.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征為在物體上設(shè)置至少垂直于物體的運(yùn)動(dòng)方向延伸的多個(gè)規(guī)則布置的發(fā)射電感(13)，所述發(fā)射電感設(shè)計(jì)成與和處理裝置(21、23、25、17、16)連接的接收電感(5；12)分開。
15.按權(quán)利要求14所述的裝置，其特征為所述發(fā)射電感(13)是相互相同的分別具有一鐵磁體芯(7；10)的線圈(6；9)，所述芯這樣地成形和設(shè)置，使得磁通的進(jìn)出表面接近垂直于物體運(yùn)動(dòng)軌道的切平面分布。
16.按權(quán)利要求14或15所述的裝置，其特征為所述發(fā)射電感(13)布置的也沿物體的運(yùn)動(dòng)方向延伸。
17.按權(quán)利要求16所述的裝置，其特征為設(shè)有至少兩個(gè)沿物體運(yùn)動(dòng)方向順序排列的發(fā)射電感(13)的列，且所述列在橫向相互錯(cuò)開單獨(dú)一個(gè)發(fā)射電感(6；9)的橫向尺寸除以列數(shù)得到的尺寸。
18.按權(quán)利要求1至17之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l帶明顯不同于能量供應(yīng)的工作頻率，并設(shè)有至少一個(gè)濾波裝置(23、24)，以將位置測(cè)量信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)分開。
19.按權(quán)利要求1至18之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為處理裝置(21、23、25、17、16)根據(jù)由接收電感(5；12)提供的測(cè)量信號(hào)在任何時(shí)刻選擇正好處于和數(shù)據(jù)線(4)有最大耦合的位置的接收電感(5；12)用于數(shù)據(jù)傳輸，且在任何時(shí)刻都采用當(dāng)時(shí)選擇的接收電感來接收數(shù)據(jù)信號(hào)。
20.按權(quán)利要求12至19之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為所述處理裝置(21、23、25、17、16)根據(jù)由接收電感(5；12)提供的測(cè)量信號(hào)任何時(shí)刻選擇正好處于與數(shù)據(jù)線(4)最大耦合的位置的發(fā)射電感(13)用于數(shù)據(jù)傳輸，并在任何時(shí)刻應(yīng)用當(dāng)時(shí)所選擇的發(fā)射電感來發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)。
21.按權(quán)利要求1至20之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為數(shù)據(jù)線(4)由兩條導(dǎo)線(4a、4b)組成，所述導(dǎo)線與線匝(3)的兩條導(dǎo)線之一(3b)相鄰地這樣設(shè)置，使得在橫截面內(nèi)數(shù)據(jù)線(4)的導(dǎo)線中點(diǎn)的連線接近垂直于線匝(3)的兩條導(dǎo)線(3a、3b)的導(dǎo)線中點(diǎn)的連線。
22.按權(quán)利要求1至21之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為設(shè)有兩條數(shù)據(jù)線(4、14)，其中一條與饋電導(dǎo)線(3a)相鄰，一條與線匝(3)的回流導(dǎo)線(3b)相鄰地設(shè)置。
23.按權(quán)利要求1至22之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為所述接收電感(12)覆蓋線匝(3)的整個(gè)寬度。
24.按權(quán)利要求10至23之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為所述發(fā)射電感(13)覆蓋線匝(3)的整個(gè)寬度。
25.按權(quán)利要求1至24之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為數(shù)據(jù)接收裝置(21、24、27、18、16)包括用來從至少一個(gè)接收電感(5；12)的輸出電壓中提取另一數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，沿預(yù)設(shè)的物體運(yùn)動(dòng)軌道設(shè)置至少一個(gè)通過發(fā)射電感發(fā)射所述另一數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)發(fā)射器，所述發(fā)射電感只有在物體經(jīng)過時(shí)才具有對(duì)于傳輸所述另一數(shù)據(jù)信號(hào)足夠的與所述接收電感(5；12)中的至少一個(gè)的感應(yīng)耦合。
26.按權(quán)利要求25所述的裝置，其特征為所述數(shù)據(jù)發(fā)射器發(fā)射一給出其沿線匝(3)的位置的代碼。
27.按權(quán)利要求25或26所述的裝置，其特征為所述數(shù)據(jù)發(fā)射器以與能量供應(yīng)工作頻率以及物體和數(shù)據(jù)線(4；14)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l帶顯著不同的頻帶發(fā)射，且為了從所述接收電感(5；12)中的至少一個(gè)的輸出電壓中提取所述另一數(shù)據(jù)信號(hào)設(shè)置一專有的濾波裝置。
28.用于在一靜止鋪設(shè)的數(shù)據(jù)線和一沿平行于所述數(shù)據(jù)線分布的運(yùn)動(dòng)軌道被引導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)物體之間的感應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，為此不斷地測(cè)量物體橫向于運(yùn)動(dòng)方向的位置，并將該位置用于軌道導(dǎo)引，其特征為在物體上設(shè)置一接收和/或一發(fā)射天線，所述天線由多個(gè)單個(gè)的接收或發(fā)射電感(12；13)組成；并根據(jù)為了軌道導(dǎo)引而測(cè)量的物體在任何時(shí)刻的位置選擇正好處于與數(shù)據(jù)線(4；14)有最大耦合的位置上的接收或發(fā)射電感(12；13)；并在任何時(shí)刻應(yīng)用當(dāng)時(shí)所選擇的接收或發(fā)射電感來接收或發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)。
全文摘要
一種用于一運(yùn)動(dòng)物體的感應(yīng)供能和引導(dǎo)的裝置包括一作為線匝(3)的沿一預(yù)設(shè)的物體運(yùn)動(dòng)軌道延伸的初級(jí)電感、一裝在物體上并為了傳輸能量可與初級(jí)電感電磁耦合的次級(jí)電感、多個(gè)設(shè)置在物體上的輸出取決于初級(jí)電感的磁場(chǎng)的測(cè)量信號(hào)的接收電感、和一由測(cè)量信號(hào)求出物體相對(duì)于線匝的位置的值得處理裝置。為了能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，接收電感(5；12)與一數(shù)據(jù)接收裝置(21、24、27、18、16)連接，此裝置包括一用來從至少一個(gè)接收電感的輸出電壓提取數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置(24)。沿預(yù)設(shè)的物體運(yùn)動(dòng)軌道設(shè)有一在物體運(yùn)動(dòng)期間具有和至少一個(gè)接收電感的感應(yīng)耦合的數(shù)據(jù)線(4a、4b)。
文檔編號(hào)H02J5/00GK1738733SQ03808308
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2003年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者A·格林, F·伯勒爾, R·溫特哈爾特 申請(qǐng)人:萬普弗勒爾股份公司