具有電感式的能量傳輸的模塊化數據系統(tǒng)的制作方法
具有電感式的能量傳輸的模塊化數據系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過電感耦合為終端設備供電和/或提供數據的裝置，該裝置包含長形的支承裝置（1)和多個彼此相鄰設置的發(fā)送線圈(20)，這些發(fā)送線圈產生沿著支承裝置（1)的磁場線。構造得窄的終端設備（31)具有平面接收線圈（30)，這些平面接收線圈的平面垂直于支承裝置⑴的縱向。
【專利說明】具有電感式的能量傳輸的模塊化數據系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過電感耦合為終端設備供電和/或提供數據的裝置。
【背景技術】
[0002] 電感耦合現(xiàn)象實現(xiàn)了發(fā)射設備和接收設備之間的無接觸的能量傳遞，通過初級線 圈和次級線圈來補充變壓器。這種系統(tǒng)例如在W098/15069AUEP1 885 085 A1、DE 10 2007 060 811 A1和DE 10 2007061 610 B4中已知。在設備的耦合過程中形成一個閉合的磁芯 或者在磁芯中只有少量氣隙，由此實現(xiàn)無接觸的高效率的能量傳遞。然而這以初級線圈相 對于次級線圈的精準的空間結構為前提，因此初級發(fā)射設備相對于次級接收設備的空間位 置的自由度受到嚴格的限定。
[0003] 為了避免該空間位置的限定，在US 7 262 700 B2和US2010/01328044A1中提出， 在發(fā)送設備的桌面上安置一個平面線圈作為初級線圈，該初級線圈與接收設備的次級平面 線圈共同作用從而實現(xiàn)電流供應。具有次級線圈的接收設備是可以移動的，并且能夠在發(fā) 送設備的桌面上的任何位置對接收設備供電，其中通過發(fā)送裝置探測出接收裝置位于何 處，然后只運行該處的初級線圈。初級線圈和次級線圈之間的有效磁場線垂直于桌面。
[0004] 由EP 2 067 148 B1已知一個具有軌道形式的裝載托架的、用于向多個電子設備 傳遞電磁能的發(fā)送設備，其中沿著發(fā)送設備的軌道設置有一個多次重疊的平面的初級線 圈，該平面的初級線圈借助傳感器來監(jiān)測接收設備的存在并且有選擇地激活相應的初級平 面線圈。初級線圈和次級線圈之間的有效磁場線垂直于軌道表面。
[0005] US2003/0210106A1公開了一個發(fā)送設備的平臺狀的初級側和接收設備的次級側 之間的電感耦合系統(tǒng)。初級側具有平面線圈，其中多個線匝螺旋形或者呈矩形地彼此相套， 從而在桌面上實現(xiàn)與接收設備的電感耦合，其中能夠自由選擇接收設備在桌面的激活區(qū)域 內的位置和方向。在這個激活區(qū)域內，磁場線大體上平行于桌面。次級側具有圍繞著平板 形式的或者圓柱形式的芯的線圈。
[0006] 由W02010/125048A1已知用于無接觸的為總線用戶模塊供電和提供數據的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在帽狀的支承軌道中具有供電軌道，該供電軌道具有能量傳輸接口和數據傳輸接口 并且總線用戶模塊分別具有相應的能量傳輸接口和相應的數據傳輸接口。接口基于螺旋形 的平面線圈工作，螺旋形的平面線圈的平面彼此平行，因此場力線垂直于支承軌道的縱向 延伸。
[0007] US2002/0021226A1公開了一種具有監(jiān)控裝置、支架和用于自身的監(jiān)控裝置的電子 設備以及包含了這些部分的電子裝置。設置一個具有支承軌道的開關裝置殼體用來容納該 電子裝置，該電子裝置具有接收線圈。在第一種構造方式中，在開關裝置殼體的前側設置發(fā) 送線圈，在開關裝置殼體中有兩條具有插在上面的裝置的軌道延伸，在第二種構造方式中， 發(fā)送線圈平行于兩個軌道，電子裝置排成行位于該軌道上，在第三種構造方式中具有帽狀 軌道，分別有一個壓成片的線圈在支承軌道中延伸，該線圈為插在支承軌道上的成列的電 子裝置供電。不可能將單個的發(fā)送線圈分配給單個的接收線圈。
[0008] 電子裝置通常放置在開關柜中并且通常沿著軌道插上。一般在供電單元和用電設 備或者終端設備之間需要一個電隔離裝置。這種用電設備或者終端設備雖然以其插座匹配 于支承軌道，但是在軌道縱向的尺寸上卻大為不同。對于窄的設備來說，對應支承軌道的面 非常小，因此供電單元和用電設備或者終端設備之間的電感耦合就會有問題。
【發(fā)明內容】
[0009] 本發(fā)明的目的在于，即使是窄的用電設備或者終端設備在支承裝置上成列排放， 也能實現(xiàn)無接觸地為這些窄的用電設備或者終端設備供電和/或提供數據。
[0010] 為實現(xiàn)該目的，根據本發(fā)明的用于為終端設備供電和/或提供數據的裝置具有縱 向延伸的支承裝置，該縱向延伸的支承裝置實現(xiàn)了終端設備在一列上彼此相鄰的固定。支 承裝置具有一些彼此相鄰設置的發(fā)送線圈，這些發(fā)送線圈在支承裝置的縱向上的尺寸與設 置在支承裝置縱向上的最窄的終端設備的尺寸一致。將該尺寸稱為寬度并且與構造地窄的 終端設備的寬度處于同一數量級。較寬一些的終端設備可以沿兩個或者更多的發(fā)送線圈的 寬度延伸。發(fā)送線圈形成用于產生具有平行于支承裝置的縱向的可利用部分的磁場線并且 是單獨可控的。
[0011] 只要需要通過發(fā)送線圈為終端設備無接觸地供電，這些終端設備分別具有至少一 個接收線圈，這個接收線圈切割平行于支承裝置延伸的磁場線的可利用部分并且使之被終 端設備利用。
[0012] 至少一個終端設備的接收線圈撐開一個垂直于發(fā)送線圈的場力線的可利用部分 的平面?？梢詫⑦@種接收線圈描述為平面線圈，該平面線圈的平面垂直于支承裝置的延伸 方向。由此使接收線圈特別狹窄地形成，并且即便終端設備構建得特別狹窄，也能將接收線 圈插在每一個終端設備中。
[0013] 如果需要將終端設備中的供電和數據提供分開或者需要對多個彼此電隔離的設 備部分進行供電，還可以將兩個或者多個平面接收線圈插在一個終端設備中。
[0014] 對于構建得很窄的終端設備可以使用相應的單個發(fā)送線圈，而對于較寬的終端設 備可以將單個發(fā)送線圈連接成發(fā)送線圈組，從而如同實現(xiàn)了較長的線圈。較寬的終端設備 可以設置平面的接收線圈，但是該線圈不一定要用于切割交變磁場的可利用部分。
[0015] 為了產生具有平行于支承裝置的縱向的實際可利用部分的磁場線，設置螺旋形或 者蝸形的線匝來構成具有圓柱形輪廓并且線圈軸平行于支承裝置的縱向的線圈。磁場線的 實際可利用部分在線圈輪廓之外遠離支承裝置的一側上延伸。在從圓柱形的線圈輪廓變成 方形的或者橢圓形的構造的時候也會出現(xiàn)類似的場線形狀。
[0016] 由至少一個接收線圈切割磁場線的平行于支承裝置的實際可利用部分，該接收線 圈的線匝呈螺旋形地繞開口延伸，線匝的平面可以通過軸來描述，該軸平行于支承裝置的 縱向延伸。
[0017] 為了使磁場線成束可以使用一個由鐵磁或者亞鐵磁材料制成的線圈芯，該線圈芯 將發(fā)送線圈的場力線引到接收線圈。如果需要在支承裝置上相對自由并且靈活地選擇終端 設備的位置，則相應設置較寬的芯縫，或者完全不使用線圈芯，由此可以沒有限制地沿著支 承裝置的任意位置定位終端設備。相對于干擾的金屬體可以借助鐵磁或者亞鐵磁材料屏蔽 有芯或者無芯的線圈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 接下來借助【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的一個實施例。其中：
[0019] 圖1示出了供電設備的縱剖圖；
[0020] 圖2以立體圖示出了細節(jié)；
[0021] 圖3示出了圖2的線圈的縱剖圖；
[0022] 圖4示出了共振的電感能量傳輸系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 能量提供設備的最主要部分為支承裝置1、彼此相鄰設置的發(fā)送線圈20的層2以 及彼此相鄰設置的終端設備31、32、33、34的層3。支承裝置1包含軌道10,終端設備31至 34彼此相鄰成列地、并且之間具有空隙35地夾在該軌道上。終端設備沿著軌道的位置是自 由且靈活的并且沒有受到邊框的限制。
[0024] 發(fā)送線圈20形成為具有圓柱形輪廓和軸的螺旋形或者蝸形，該軸平行于支承裝 置1的縱向延伸。多角的或者橢圓形的螺旋也是非常適用的。所有這種類型的線圈形狀都 標記為螺旋線圈。在這里示出的實施例中設置了六個發(fā)送線圈20,可以單獨地接通和斷開 這六個發(fā)送線圈。這六個發(fā)送線圈的供電裝置安置在支承裝置1上或者通過支承裝置傳 送，此處沒有詳細示出。當發(fā)送線圈20用于數據信號傳輸時，設置相應的數據線路。發(fā)送線 圈20可以單獨地開關意味著，這些發(fā)送線圈也可以組合成組，如在終端設備32中所示。每 個單獨的發(fā)送線圈可以對應一個自己的電子件用來調節(jié)各個單獨線圈的功率輸出的參數， 包括電流相位、電流幅度、電流頻率。電子件也可以包括一個傳感器用來監(jiān)測與相應的接收 線圈的耦合效應，從而確定臨近哪一個終端設備或者是否可以通過相關的發(fā)送線圈完全控 制一個終端設備（確定在終端設備的列中的空隙）。
[0025] 發(fā)送線圈是無芯的，也可以存在一個在其中一個終端設備的位置具有氣隙的非閉 合的芯。然而有利的是設置一個鐵素體結構21在支承裝置1的一側，從而為發(fā)送線圈阻擋 可能由支承裝置的側面導致的干擾作用。此外將可能是金屬的支承裝置中的渦流損失降到 最低。
[0026] 至少有幾個終端設備容納有平面線圈30,這些平面線圈作為接收線圈和最相鄰的 發(fā)送線圈20共同作用。平面接收線圈30的線匝呈平面螺旋形，平面螺旋形也可以理解為 盤繞成、壓成或者精煉成多角的形狀，如圖2所示。接收線圈30包圍出一個中間開口并且 確定出一個平面，該平面的法線平行于或者近似平行于支承裝置1的縱向延伸。因此圖1 中場力線的水平延伸部分H1穿過接收線圈30并且感應出電壓或者電流，可將該電流應用 于相應的終端設備的供電。以同樣的方式可以將這樣的電流表現(xiàn)為數據信號。相反的信息 流也是可能的：將接收線圈30當作發(fā)送線圈，從終端設備傳輸數據到調整為接收線圈的發(fā) 送線圈。這樣也可以作為所謂的"負載調制"，其中接收線圈為變化的負載，而在發(fā)送線圈處 可以監(jiān)測到這種變化的負載。
[0027] 三個單獨的發(fā)送線圈20通過共同激活連成一個可能較大的線圈用于終端設備 32,從而為終端設備32提供一個整體的磁場。這可以例如用于較大的電流接收或者為構造 寬度超過較窄的終端設備31、32的邊框的設備供電。
[0028] 在空隙35處的發(fā)送線圈為無電流的，因為此處沒有終端設備。然而也可以設置該 位置沒有發(fā)送線圈，例如在終端設備34處，該終端設備沒有與系統(tǒng)相連或者此處為預留空 間。系統(tǒng)在這里沒有激活。通過在支承軌道中嵌入的橋接器可以沿著支承裝置轉送例如電 壓或者數據信息。
[0029] 圖2示意性示出了怎樣能將具有初級線圈P1和次級線圈S1的設備構造用于電感 式的能量傳輸。示意性地畫出了帽形的軌道10作為支承裝置，終端設備能夠在一列中彼此 相鄰地夾在該軌道上。終端設備的未示出的外殼在終端設備的固定末端形成為馬鐙形并且 包圍住發(fā)送線圈20,從而將接收線圈30保持在離對應的發(fā)送線圈20盡可能近的地方。為 此外殼具有夾子（未示出）。終端設備的外殼分別容納至少一個接收線圈30。在帽形的軌 道10的空腔中設置用于屏蔽的鐵素體結構21。在鐵素體結構21上分別固定發(fā)送線圈20， 該發(fā)送線圈產生磁場線HI、H2、H3、H4(圖3)。與支承裝置平行的磁場線H1使得能量傳入 接收線圈30。能量提供給電子件51，該電子件可以插在電路板50上。
[0030] 由圖2的示意性示圖中可以清楚地看出，終端設備可以沿著（出于圖示原因縮短 地示出的）軌道10固定夾在不同的位置。由此終端設備可以沿軌道10定位在任意位置。
[0031] 然而接收線圈的任意定位性也具備缺點，即發(fā)送線圈到接收線圈的耦合較弱。為 了實現(xiàn)較好的能量傳輸而利用發(fā)送線圈和接收線圈之間的共振作用。將根據圖4對此進行 闡述。發(fā)送線圈20和兩個接收線圈30a、30b處于電感耦合而沒有使用磁芯，通過場力線H1 表示。發(fā)送線圈20具有比接收線圈30a、30b長的縱向長度，接收線圈形成為平面線圈，因 此可以沿著長形的發(fā)送線圈20設置若干個這樣的平面線圈。通過交變的輸入電壓22為發(fā) 送線圈20供電。接收線圈30a、30b分別位于一個分別具有一個負載41、42的單獨的模塊 中，這兩個負載吸收由發(fā)送線圈20給出的能量。這兩個負載典型地分別由整流電路、濾波 電容和連接在這兩個元件上的電路構成。
[0032] 如果包括各個線圈的電路在輸入電壓的適當頻率時發(fā)生共振，發(fā)送線圈20和接 收線圈30a、30b之間的能量傳輸是特別有效率的。每一個具有發(fā)送線圈20的發(fā)送線路和 每一個具有接收線圈30a、30b的接收線路分別達到共振頻率，該共振頻率由各個線圈的電 感率和電容43、44、45共同決定。線圈繞組之間的電容耦合作用也屬于電容。為了彼此均 衡共振，各個電路還具有離散的電容器，這些電容器與各個線圈串聯(lián)或者并聯(lián)。為了匹配共 振也可以將串聯(lián)和并聯(lián)組合。通過將共振頻率平衡到交變的輸入電壓22的工作頻率上，系 統(tǒng)能夠以提高的效率工作。除了通過場力線H1示出的可用電感，還有通過場力線H2、H3、 H4表示的散射電感?？梢赃@樣解釋高的效率，即在一定程度上線圈20、30a、30b的散射場的 能量在線圈電感和各個電容43、44、45之間擺動并且理想情況下不會被消耗。從輸入電壓 上看，消耗元件41和42近似為純歐姆元件。
[0033] 為了能夠真正地利用共振作用，每個發(fā)送線圈20設置一個調節(jié)設備（未示出），該 調節(jié)設備根據與耦合的接收線圈30的共振調節(jié)電流相位、電流幅度和頻率。
【權利要求】
1. 一種通過電感耦合為終端設備供電和/或提供數據的裝置，所述裝置包含： -多個終端設備（31、32、33)，所述多個終端設備能夠具有不同的寬度； -一個縱向延伸的支承裝置（1)，通過所述支承裝置實現(xiàn)了對多個終端設備（31、32、 33)在一列中相鄰地、并且之間具有空隙（35)的支承； -多個沿支承裝置（1)彼此相鄰地設置的發(fā)送線圈（20)，其中至少一部分所述發(fā)送線 圈在支承裝置的縱向上具有和窄的終端設備（31、33)的寬度在同一數量級的尺寸； -為了產生具有平行于支承裝置的縱向的可利用部分的磁場線形成多個發(fā)送線圈 (20)，并且所述多個發(fā)送線圈是單獨的或者成組的可控的； -至少一部分終端設備（31、32、33)分別具有至少一個接收線圈（30)，所述接收線圈撐 開一個垂直于發(fā)送線圈的磁場線的可利用部分的面； -所述終端設備（31、32、33)能夠以其接收線圈（30)這樣幾何對應單獨的或者成組的 可控的發(fā)送線圈（20)，只在特定的發(fā)送線圈和接收線圈之間利用電磁耦合來供電和/或提 供數據； -其中通過使單獨的發(fā)送線圈或者發(fā)送線圈組接通電流從而無接觸地為終端設備中的 一個或者多個供電和/或提供數據。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈（20)的線匝是螺旋形的并 且每一個螺旋形的發(fā)送線圈具有平行于所述支承裝置（1)的縱向的線圈軸。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，至少一個所述接收線圈（30)的線匝 是螺旋形的并且包圍一個開口，所述開口具有與所述支承裝置（1)的縱向平行的軸。
4. 根據權利要求1至3的任意一項所述的裝置，其特征在于，至少一部分發(fā)送線圈 (20)分別設置有一個鐵素體結構（21)，所述鐵素體結構為了實現(xiàn)控制和屏蔽場力線在所 述發(fā)送線圈（20)的外圍和所述支承裝置（1)的相臨部分之間延伸。
5. 根據權利要求1至4的任意一項所述的裝置，其特征在于，至少一部分所述接收線 圈（30)具有在縱向延伸方向上測得的寬度，所述寬度只相當于每個發(fā)送線圈（20)的寬度 的一小部分，從而實現(xiàn)窄的終端設備（31)沿著所述支承裝置（1)的相對自由的放置。
6. 根據權利要求1至5的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述支承裝置⑴具有支 承軌道（10)，所述支承軌道還是為所述發(fā)送線圈（20)輸送電流和輸送數據信號的載體。
7. 根據權利要求1至6的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈（20)沿所 述支承裝置（1)的安置具有空隙，從而接收不激活的設備（34)。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述空隙沿所述支承裝置（1)通過設置橋 接器而跨接，從而沿著所述支承裝置轉送電源電壓和/或數據信號。
9. 根據權利要求1至8的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈（20)和對 應的接收線圈（30)這樣鋪設或者布線，即在適宜的激勵頻率下在耦合的線圈之間產生共 振。
10. 根據權利要求1至9的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈與傳感器 相連，所述傳感器監(jiān)測耦合作用，從而在所述發(fā)送線圈（20)和接收線圈（30)之間沒有耦合 或者耦合很弱的時候保持相關的發(fā)送線圈不工作。
【文檔編號】H02J5/00GK104221299SQ201380005236
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年1月11日 優(yōu)先權日:2012年1月12日
【發(fā)明者】彼得·肖爾茨, 約翰內斯·卡爾霍夫 申請人:菲尼克斯電氣公司
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過電感耦合為終端設備供電和/或提供數據的裝置，該裝置包含長形的支承裝置（1)和多個彼此相鄰設置的發(fā)送線圈(20)，這些發(fā)送線圈產生沿著支承裝置（1)的磁場線。構造得窄的終端設備（31)具有平面接收線圈（30)，這些平面接收線圈的平面垂直于支承裝置⑴的縱向。
【專利說明】具有電感式的能量傳輸的模塊化數據系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過電感耦合為終端設備供電和/或提供數據的裝置。
【背景技術】
[0002] 電感耦合現(xiàn)象實現(xiàn)了發(fā)射設備和接收設備之間的無接觸的能量傳遞，通過初級線 圈和次級線圈來補充變壓器。這種系統(tǒng)例如在W098/15069AUEP1 885 085 A1、DE 10 2007 060 811 A1和DE 10 2007061 610 B4中已知。在設備的耦合過程中形成一個閉合的磁芯 或者在磁芯中只有少量氣隙，由此實現(xiàn)無接觸的高效率的能量傳遞。然而這以初級線圈相 對于次級線圈的精準的空間結構為前提，因此初級發(fā)射設備相對于次級接收設備的空間位 置的自由度受到嚴格的限定。
[0003] 為了避免該空間位置的限定，在US 7 262 700 B2和US2010/01328044A1中提出， 在發(fā)送設備的桌面上安置一個平面線圈作為初級線圈，該初級線圈與接收設備的次級平面 線圈共同作用從而實現(xiàn)電流供應。具有次級線圈的接收設備是可以移動的，并且能夠在發(fā) 送設備的桌面上的任何位置對接收設備供電，其中通過發(fā)送裝置探測出接收裝置位于何 處，然后只運行該處的初級線圈。初級線圈和次級線圈之間的有效磁場線垂直于桌面。
[0004] 由EP 2 067 148 B1已知一個具有軌道形式的裝載托架的、用于向多個電子設備 傳遞電磁能的發(fā)送設備，其中沿著發(fā)送設備的軌道設置有一個多次重疊的平面的初級線 圈，該平面的初級線圈借助傳感器來監(jiān)測接收設備的存在并且有選擇地激活相應的初級平 面線圈。初級線圈和次級線圈之間的有效磁場線垂直于軌道表面。
[0005] US2003/0210106A1公開了一個發(fā)送設備的平臺狀的初級側和接收設備的次級側 之間的電感耦合系統(tǒng)。初級側具有平面線圈，其中多個線匝螺旋形或者呈矩形地彼此相套， 從而在桌面上實現(xiàn)與接收設備的電感耦合，其中能夠自由選擇接收設備在桌面的激活區(qū)域 內的位置和方向。在這個激活區(qū)域內，磁場線大體上平行于桌面。次級側具有圍繞著平板 形式的或者圓柱形式的芯的線圈。
[0006] 由W02010/125048A1已知用于無接觸的為總線用戶模塊供電和提供數據的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在帽狀的支承軌道中具有供電軌道，該供電軌道具有能量傳輸接口和數據傳輸接口 并且總線用戶模塊分別具有相應的能量傳輸接口和相應的數據傳輸接口。接口基于螺旋形 的平面線圈工作，螺旋形的平面線圈的平面彼此平行，因此場力線垂直于支承軌道的縱向 延伸。
[0007] US2002/0021226A1公開了一種具有監(jiān)控裝置、支架和用于自身的監(jiān)控裝置的電子 設備以及包含了這些部分的電子裝置。設置一個具有支承軌道的開關裝置殼體用來容納該 電子裝置，該電子裝置具有接收線圈。在第一種構造方式中，在開關裝置殼體的前側設置發(fā) 送線圈，在開關裝置殼體中有兩條具有插在上面的裝置的軌道延伸，在第二種構造方式中， 發(fā)送線圈平行于兩個軌道，電子裝置排成行位于該軌道上，在第三種構造方式中具有帽狀 軌道，分別有一個壓成片的線圈在支承軌道中延伸，該線圈為插在支承軌道上的成列的電 子裝置供電。不可能將單個的發(fā)送線圈分配給單個的接收線圈。
[0008] 電子裝置通常放置在開關柜中并且通常沿著軌道插上。一般在供電單元和用電設 備或者終端設備之間需要一個電隔離裝置。這種用電設備或者終端設備雖然以其插座匹配 于支承軌道，但是在軌道縱向的尺寸上卻大為不同。對于窄的設備來說，對應支承軌道的面 非常小，因此供電單元和用電設備或者終端設備之間的電感耦合就會有問題。
【發(fā)明內容】
[0009] 本發(fā)明的目的在于，即使是窄的用電設備或者終端設備在支承裝置上成列排放， 也能實現(xiàn)無接觸地為這些窄的用電設備或者終端設備供電和/或提供數據。
[0010] 為實現(xiàn)該目的，根據本發(fā)明的用于為終端設備供電和/或提供數據的裝置具有縱 向延伸的支承裝置，該縱向延伸的支承裝置實現(xiàn)了終端設備在一列上彼此相鄰的固定。支 承裝置具有一些彼此相鄰設置的發(fā)送線圈，這些發(fā)送線圈在支承裝置的縱向上的尺寸與設 置在支承裝置縱向上的最窄的終端設備的尺寸一致。將該尺寸稱為寬度并且與構造地窄的 終端設備的寬度處于同一數量級。較寬一些的終端設備可以沿兩個或者更多的發(fā)送線圈的 寬度延伸。發(fā)送線圈形成用于產生具有平行于支承裝置的縱向的可利用部分的磁場線并且 是單獨可控的。
[0011] 只要需要通過發(fā)送線圈為終端設備無接觸地供電，這些終端設備分別具有至少一 個接收線圈，這個接收線圈切割平行于支承裝置延伸的磁場線的可利用部分并且使之被終 端設備利用。
[0012] 至少一個終端設備的接收線圈撐開一個垂直于發(fā)送線圈的場力線的可利用部分 的平面?？梢詫⑦@種接收線圈描述為平面線圈，該平面線圈的平面垂直于支承裝置的延伸 方向。由此使接收線圈特別狹窄地形成，并且即便終端設備構建得特別狹窄，也能將接收線 圈插在每一個終端設備中。
[0013] 如果需要將終端設備中的供電和數據提供分開或者需要對多個彼此電隔離的設 備部分進行供電，還可以將兩個或者多個平面接收線圈插在一個終端設備中。
[0014] 對于構建得很窄的終端設備可以使用相應的單個發(fā)送線圈，而對于較寬的終端設 備可以將單個發(fā)送線圈連接成發(fā)送線圈組，從而如同實現(xiàn)了較長的線圈。較寬的終端設備 可以設置平面的接收線圈，但是該線圈不一定要用于切割交變磁場的可利用部分。
[0015] 為了產生具有平行于支承裝置的縱向的實際可利用部分的磁場線，設置螺旋形或 者蝸形的線匝來構成具有圓柱形輪廓并且線圈軸平行于支承裝置的縱向的線圈。磁場線的 實際可利用部分在線圈輪廓之外遠離支承裝置的一側上延伸。在從圓柱形的線圈輪廓變成 方形的或者橢圓形的構造的時候也會出現(xiàn)類似的場線形狀。
[0016] 由至少一個接收線圈切割磁場線的平行于支承裝置的實際可利用部分，該接收線 圈的線匝呈螺旋形地繞開口延伸，線匝的平面可以通過軸來描述，該軸平行于支承裝置的 縱向延伸。
[0017] 為了使磁場線成束可以使用一個由鐵磁或者亞鐵磁材料制成的線圈芯，該線圈芯 將發(fā)送線圈的場力線引到接收線圈。如果需要在支承裝置上相對自由并且靈活地選擇終端 設備的位置，則相應設置較寬的芯縫，或者完全不使用線圈芯，由此可以沒有限制地沿著支 承裝置的任意位置定位終端設備。相對于干擾的金屬體可以借助鐵磁或者亞鐵磁材料屏蔽 有芯或者無芯的線圈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 接下來借助【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的一個實施例。其中：
[0019] 圖1示出了供電設備的縱剖圖；
[0020] 圖2以立體圖示出了細節(jié)；
[0021] 圖3示出了圖2的線圈的縱剖圖；
[0022] 圖4示出了共振的電感能量傳輸系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 能量提供設備的最主要部分為支承裝置1、彼此相鄰設置的發(fā)送線圈20的層2以 及彼此相鄰設置的終端設備31、32、33、34的層3。支承裝置1包含軌道10,終端設備31至 34彼此相鄰成列地、并且之間具有空隙35地夾在該軌道上。終端設備沿著軌道的位置是自 由且靈活的并且沒有受到邊框的限制。
[0024] 發(fā)送線圈20形成為具有圓柱形輪廓和軸的螺旋形或者蝸形，該軸平行于支承裝 置1的縱向延伸。多角的或者橢圓形的螺旋也是非常適用的。所有這種類型的線圈形狀都 標記為螺旋線圈。在這里示出的實施例中設置了六個發(fā)送線圈20,可以單獨地接通和斷開 這六個發(fā)送線圈。這六個發(fā)送線圈的供電裝置安置在支承裝置1上或者通過支承裝置傳 送，此處沒有詳細示出。當發(fā)送線圈20用于數據信號傳輸時，設置相應的數據線路。發(fā)送線 圈20可以單獨地開關意味著，這些發(fā)送線圈也可以組合成組，如在終端設備32中所示。每 個單獨的發(fā)送線圈可以對應一個自己的電子件用來調節(jié)各個單獨線圈的功率輸出的參數， 包括電流相位、電流幅度、電流頻率。電子件也可以包括一個傳感器用來監(jiān)測與相應的接收 線圈的耦合效應，從而確定臨近哪一個終端設備或者是否可以通過相關的發(fā)送線圈完全控 制一個終端設備（確定在終端設備的列中的空隙）。
[0025] 發(fā)送線圈是無芯的，也可以存在一個在其中一個終端設備的位置具有氣隙的非閉 合的芯。然而有利的是設置一個鐵素體結構21在支承裝置1的一側，從而為發(fā)送線圈阻擋 可能由支承裝置的側面導致的干擾作用。此外將可能是金屬的支承裝置中的渦流損失降到 最低。
[0026] 至少有幾個終端設備容納有平面線圈30,這些平面線圈作為接收線圈和最相鄰的 發(fā)送線圈20共同作用。平面接收線圈30的線匝呈平面螺旋形，平面螺旋形也可以理解為 盤繞成、壓成或者精煉成多角的形狀，如圖2所示。接收線圈30包圍出一個中間開口并且 確定出一個平面，該平面的法線平行于或者近似平行于支承裝置1的縱向延伸。因此圖1 中場力線的水平延伸部分H1穿過接收線圈30并且感應出電壓或者電流，可將該電流應用 于相應的終端設備的供電。以同樣的方式可以將這樣的電流表現(xiàn)為數據信號。相反的信息 流也是可能的：將接收線圈30當作發(fā)送線圈，從終端設備傳輸數據到調整為接收線圈的發(fā) 送線圈。這樣也可以作為所謂的"負載調制"，其中接收線圈為變化的負載，而在發(fā)送線圈處 可以監(jiān)測到這種變化的負載。
[0027] 三個單獨的發(fā)送線圈20通過共同激活連成一個可能較大的線圈用于終端設備 32,從而為終端設備32提供一個整體的磁場。這可以例如用于較大的電流接收或者為構造 寬度超過較窄的終端設備31、32的邊框的設備供電。
[0028] 在空隙35處的發(fā)送線圈為無電流的，因為此處沒有終端設備。然而也可以設置該 位置沒有發(fā)送線圈，例如在終端設備34處，該終端設備沒有與系統(tǒng)相連或者此處為預留空 間。系統(tǒng)在這里沒有激活。通過在支承軌道中嵌入的橋接器可以沿著支承裝置轉送例如電 壓或者數據信息。
[0029] 圖2示意性示出了怎樣能將具有初級線圈P1和次級線圈S1的設備構造用于電感 式的能量傳輸。示意性地畫出了帽形的軌道10作為支承裝置，終端設備能夠在一列中彼此 相鄰地夾在該軌道上。終端設備的未示出的外殼在終端設備的固定末端形成為馬鐙形并且 包圍住發(fā)送線圈20,從而將接收線圈30保持在離對應的發(fā)送線圈20盡可能近的地方。為 此外殼具有夾子（未示出）。終端設備的外殼分別容納至少一個接收線圈30。在帽形的軌 道10的空腔中設置用于屏蔽的鐵素體結構21。在鐵素體結構21上分別固定發(fā)送線圈20， 該發(fā)送線圈產生磁場線HI、H2、H3、H4(圖3)。與支承裝置平行的磁場線H1使得能量傳入 接收線圈30。能量提供給電子件51，該電子件可以插在電路板50上。
[0030] 由圖2的示意性示圖中可以清楚地看出，終端設備可以沿著（出于圖示原因縮短 地示出的）軌道10固定夾在不同的位置。由此終端設備可以沿軌道10定位在任意位置。
[0031] 然而接收線圈的任意定位性也具備缺點，即發(fā)送線圈到接收線圈的耦合較弱。為 了實現(xiàn)較好的能量傳輸而利用發(fā)送線圈和接收線圈之間的共振作用。將根據圖4對此進行 闡述。發(fā)送線圈20和兩個接收線圈30a、30b處于電感耦合而沒有使用磁芯，通過場力線H1 表示。發(fā)送線圈20具有比接收線圈30a、30b長的縱向長度，接收線圈形成為平面線圈，因 此可以沿著長形的發(fā)送線圈20設置若干個這樣的平面線圈。通過交變的輸入電壓22為發(fā) 送線圈20供電。接收線圈30a、30b分別位于一個分別具有一個負載41、42的單獨的模塊 中，這兩個負載吸收由發(fā)送線圈20給出的能量。這兩個負載典型地分別由整流電路、濾波 電容和連接在這兩個元件上的電路構成。
[0032] 如果包括各個線圈的電路在輸入電壓的適當頻率時發(fā)生共振，發(fā)送線圈20和接 收線圈30a、30b之間的能量傳輸是特別有效率的。每一個具有發(fā)送線圈20的發(fā)送線路和 每一個具有接收線圈30a、30b的接收線路分別達到共振頻率，該共振頻率由各個線圈的電 感率和電容43、44、45共同決定。線圈繞組之間的電容耦合作用也屬于電容。為了彼此均 衡共振，各個電路還具有離散的電容器，這些電容器與各個線圈串聯(lián)或者并聯(lián)。為了匹配共 振也可以將串聯(lián)和并聯(lián)組合。通過將共振頻率平衡到交變的輸入電壓22的工作頻率上，系 統(tǒng)能夠以提高的效率工作。除了通過場力線H1示出的可用電感，還有通過場力線H2、H3、 H4表示的散射電感?？梢赃@樣解釋高的效率，即在一定程度上線圈20、30a、30b的散射場的 能量在線圈電感和各個電容43、44、45之間擺動并且理想情況下不會被消耗。從輸入電壓 上看，消耗元件41和42近似為純歐姆元件。
[0033] 為了能夠真正地利用共振作用，每個發(fā)送線圈20設置一個調節(jié)設備（未示出），該 調節(jié)設備根據與耦合的接收線圈30的共振調節(jié)電流相位、電流幅度和頻率。
【權利要求】
1. 一種通過電感耦合為終端設備供電和/或提供數據的裝置，所述裝置包含： -多個終端設備（31、32、33)，所述多個終端設備能夠具有不同的寬度； -一個縱向延伸的支承裝置（1)，通過所述支承裝置實現(xiàn)了對多個終端設備（31、32、 33)在一列中相鄰地、并且之間具有空隙（35)的支承； -多個沿支承裝置（1)彼此相鄰地設置的發(fā)送線圈（20)，其中至少一部分所述發(fā)送線 圈在支承裝置的縱向上具有和窄的終端設備（31、33)的寬度在同一數量級的尺寸； -為了產生具有平行于支承裝置的縱向的可利用部分的磁場線形成多個發(fā)送線圈 (20)，并且所述多個發(fā)送線圈是單獨的或者成組的可控的； -至少一部分終端設備（31、32、33)分別具有至少一個接收線圈（30)，所述接收線圈撐 開一個垂直于發(fā)送線圈的磁場線的可利用部分的面； -所述終端設備（31、32、33)能夠以其接收線圈（30)這樣幾何對應單獨的或者成組的 可控的發(fā)送線圈（20)，只在特定的發(fā)送線圈和接收線圈之間利用電磁耦合來供電和/或提 供數據； -其中通過使單獨的發(fā)送線圈或者發(fā)送線圈組接通電流從而無接觸地為終端設備中的 一個或者多個供電和/或提供數據。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈（20)的線匝是螺旋形的并 且每一個螺旋形的發(fā)送線圈具有平行于所述支承裝置（1)的縱向的線圈軸。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，至少一個所述接收線圈（30)的線匝 是螺旋形的并且包圍一個開口，所述開口具有與所述支承裝置（1)的縱向平行的軸。
4. 根據權利要求1至3的任意一項所述的裝置，其特征在于，至少一部分發(fā)送線圈 (20)分別設置有一個鐵素體結構（21)，所述鐵素體結構為了實現(xiàn)控制和屏蔽場力線在所 述發(fā)送線圈（20)的外圍和所述支承裝置（1)的相臨部分之間延伸。
5. 根據權利要求1至4的任意一項所述的裝置，其特征在于，至少一部分所述接收線 圈（30)具有在縱向延伸方向上測得的寬度，所述寬度只相當于每個發(fā)送線圈（20)的寬度 的一小部分，從而實現(xiàn)窄的終端設備（31)沿著所述支承裝置（1)的相對自由的放置。
6. 根據權利要求1至5的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述支承裝置⑴具有支 承軌道（10)，所述支承軌道還是為所述發(fā)送線圈（20)輸送電流和輸送數據信號的載體。
7. 根據權利要求1至6的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈（20)沿所 述支承裝置（1)的安置具有空隙，從而接收不激活的設備（34)。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述空隙沿所述支承裝置（1)通過設置橋 接器而跨接，從而沿著所述支承裝置轉送電源電壓和/或數據信號。
9. 根據權利要求1至8的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈（20)和對 應的接收線圈（30)這樣鋪設或者布線，即在適宜的激勵頻率下在耦合的線圈之間產生共 振。
10. 根據權利要求1至9的任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送線圈與傳感器 相連，所述傳感器監(jiān)測耦合作用，從而在所述發(fā)送線圈（20)和接收線圈（30)之間沒有耦合 或者耦合很弱的時候保持相關的發(fā)送線圈不工作。
【文檔編號】H02J5/00GK104221299SQ201380005236
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年1月11日 優(yōu)先權日:2012年1月12日
【發(fā)明者】彼得·肖爾茨, 約翰內斯·卡爾霍夫 申請人:菲尼克斯電氣公司
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