CN101233662B - 用于感应式电能传输系统的通信系统 - Google Patents

Abstract

感应式电能传输(IPT)系统的返回式通信系统与方法，它们可以使变送装置(3)这样地接收指令和给负载(36)供电，使得在此系统的初级导电路径(2)上的电流中发生预定的变化。这种变化可以测定并被译码，以确定此变送装置对该指令的响应。

Description

用于感应式电能传输系统的通信系统

技术领域

本发明涉及可与感应式电能传输(IPT)次级或变送装置通信的方法与设备，此变送装置供给负载以与远离此变送装置的设备通信。

背景技术

IPT系统一般包括初级导电路径(有时称作径迹)，此路径由适当的电源供电，使电流供给初级导电路径。此初级路径通常是一拉长电缆，由电源供给射频(RF)电流。沿此初级导电路径分布但不与此路径电接触的是一或多个变送装置，每个变送装置有一次级拾波线圈，其中借助于此拾波线圈与初级导电路径间的互感而感生电流。各个变送装置通常包括控制设备，控制功率从初级导电路径流至变送装置，使此变送装置可供给负载。IPT系统与相应的控制设备在授予Boys的美国专利说明书No.5293308中有了概括性的说明。此外，美国专利说明书No.6459218中公开了给反光路灯提供功率的IPT系统的应用。

最好能够有多种方式来控制变送装置。在上述反光路灯的例子中，理想的控制方式是分别给各反光路灯通电以能控制交通流量。这样，在某一例子中，一列反光路灯可以依据指示司机以交流通量所要求速度的速率来顺序通电。

为了控制变送装置使这类负载以希望的方式工作，在远离变送装置的设备变送装置本身之间就需有某种通信形式。在所提出的一种已列述于公开的PCT专利说明书WO2005/031944内的通信系统中，初级导电路径用作通信路径，用来通过对此初级导电路径中的电流调频而给各个变送装置对指令编址。

发明内容

据以上所述，于是本发明的一个方面即为用于IPT系统的通信方法，此系统具有能由电流激励的初级导电路径以及一或多个适合由此初级导电路径中的电流接收电能供给于负载的变送装置。所述方法包括下述步骤：

通过此初级导电路径给变送装置发送指令；

此变送装置通过给负载供电而在此初级导电路径的电流中感生预定的变化，以对上述指令作出响应；

检测此初级导电路径中的电流变化，同时用此检测出的变化来确定该变送装置对上述指令的响应。

上述电流中预定的变化可以包括电流中预定的一列更换，而这些更换是能够被译码表示二进制数字。

上述预定的变化可以作为电流的频率分量检测，而这些更换则包括所检测的频率分量存在或不存在。或者，这种预定的变化可以作为电流的频率分量检测，而这些更换则包括频率分量中的频率更换。

在某一实施形式中，前述响应表示变送装置是否在工作。此外，该响应可提供变送装置所测参数的表示。这些参数可以是温度或环境光中的一或多个。

本发明的另一方面是IPT系统变送装置，它包括有的控制装置可用来接收通过IPT系统的初级导电路径发送的指令，同时适用于通过给负载通电引起初级导电路径上的电流产生预定的变化而给此指令提供响应，使得可以在此初级导电路径的远处测定此变化以确定此响应。

本发明的又一方面是用于IPT系统的通信设备，此设备包括：

可与IPT系统的初级导电路径进行通信连接的第一通信装置；

设于此IPT系统的变送装置上的第二通信装置，此第二通信装置能接收由第一通信装置传达的指令；以及设于此变送装置上的控制装置，此控制装置适用于控制提供给从属于第二通信装置的负载的功率，以使在初级导电路径上的电流中发生预定的变化，而这种变化则可由第一通信装置检测出以确定对所述指令的响应。

附图说明

下面将参考附图以举例方式说明本发明的一或多个实施形式，附图中：

图1是IPT系统一已知形式的框图。

图2是适用于从IPT系统的初级导电路径接收通信信号的通信装置的框图。

图3是IPT系统中可与图2的通信装置通信的变送装置的电路框图。

具体实施方式

参看图1，其中示意地给出一已知的IPT系统，它包括电源1给初级导电路径2供电。与路径2相邻但不与其作实质性的电接触的设置有一或多个变送装置(pick up device)3，后者借助于与初级导电路径感应地耦合而可从此路径接收功率。这样的系统在前述美国专利说明书No.5293308与6459218中较详细地描述到。

现在参看图3，其中示明了可能有的变送装置3的框图。此变送装置具有拾波线圈31，后者由调谐电容器32调谐，形成一个响应初级导电路径2中RF电流产生的磁场的谐振电路。

整流器与控制模块单元33对于由部件31与32形成的谐振电路中输出的交变电流进行整流。单元33的输出为调节器35调节而提供两个电源。第一电源(本例中为22V)提供给在本例中为反光路灯的负载，此负载包括多个发光二极管(LEDs)36。内行人将认识到，在另一些实施形式中可以提供其他类型的负载而所述变送装置可以提供比这里所述实施形式中的更高功率的负载。

第二电源在本例中为5V的电源，用于通常以集成电路形式提供的智能模块37例如微处理机中。模块37由部件31与32形成的谐振电路直接给它输送信号，同时有一输出用来控制可有效地激励负载36的开关装置38。

使用中，加到初级导电路径2中电流上的通信信号例如调频信号也为此变送装置的部件31与32形成的谐振电路接收，同时直接传送给模块37并于此将上述通信信号解释为具体指令，例如此指令可以启动负载而给交通提供物理信号。

在本发明的一种实施形式中，可以用上述专利说明书WO2005/031944中公开的系统或方法传递所述指令，该专利的内容已综合于此供参考。

所述指令或也可以是用来激励LED仅仅是有限的一段时间，或是键入一种顺序例如快速顺序。熟悉本发明有关技术的人应知这种指令事实上可能较为复杂，例如如果所述负载包括电动机，则此指令可以是使电动机转换到预定位置或是使电动机驱动的托架移至预定位置。模块37根据需要启动开关装置38来激励负载。

激励负载的作用使得功率从初级导电路径2传输给变送装置的谐振电路，结果导致此初级导电路径2的电流中扰动或变化。初级导电路径中电流的这种变化取决于激励负载的方式。在一最佳实施形式中，可以依选择的频率激励负载。这样，初级导电路径2中电流的变化便可以通过与此初级路径通信的适当通信电路，作为此路径中电流的频率分量测定。这种通信电路的例子示明于图2并将说明于下。图2中所示的通信电路拟设置于电源1的邻近，但内行的人可知这一电路可知此电路能够沿初级导电路径定位于任何其他方便的位置处，且不必与初级导电路径作物理的电接触。

模块37能以种种不同的方式激励负载来提供返回的通信信号。这种返回的通信信号例如可只包括在接收到激励负载36的指令后已探测到此负载被激励一事。但或者此模块37可以按预定的作业方式激励负载来提供返回的通信信号。例如若是负载包括发光二极管，则这些发光二极管可以按非常快的速率开关，使之仍可达到照明目的而对于公路用户则看来是恒定的照明，但发光二极管的这种快速闪光却形成一种预定的变化，可以作为数字化的编码信号(即可以作为能形成数字的二进制序列的检测)提供，这样的信号强加到初级导电路径上用于探测。在一最佳实施形式中，此负载是以一或多个预定频率启动，以使这种变化包括可以调制来提供数字输出的频率更换。此外，也可采用随时间更换的单一频率，以存在或不存在的形式提供这种供译码用的变更。内行的人当然会认识到可供使用的其他调制技术。

作为另一例子，上述变送装置可以设置各种传感器给模块37提供信息。在一种例子中，此传感器可以是温度传感器，它指示在此变送装置邻近地区中是否有火；在另一种例子中，此传感器可以是光传感器来探测有无环境光存在，例如可以探测该变送装置所在的隧道内照明设备是否在工作。利用各个这样的传感器，可将指令发送到对一或多个特定的变送装置进行寻址的初级导电路径上，要求这些变送装置报告各传感器的状态。模块37此时可从传感器取得读数，按预定方式激励负载36，使初级导电路径2中电流产生变化，而这种变化可以探测出和译码以揭示由相关传感器提供的读数。

现在参看图2，线圈21与调谐电容器22组成从初级导电路径2变送能量的谐振电路，此谐振电路最好位于电源1邻近(参看图1)。由滤波电容器24对整流与控制模块23进行滤波。调节电路25给通信接收设备提供电源(本例中为12V电源)。电流分隔变压器26将初级导电电路2上电流的分隔的信号表示提供给第一探测器27。探测器27的输出提供给放大器28，放大器28的输出提供给第二探测器29，然后传递给双带通滤波器(BPF)30，后者提供一双信道输出而由此以双信道提供信息。实际上，上述双BPF可以是一单带通滤波器或甚至是一多带通滤波器。在所示实施形式中，这种双带通滤波器的特征在于它是一对相当高“Q”的固态声滤波器。这类滤波器在工作频率下提供少量的模拟增益，并具有极其类似于变送装置中所用调谐电路的响应曲线。这些滤波器在它们的通带之外的频率下，基本上使信号衰减。在返回通信事件中，对滤波器调谐以与从变送装置3表现出的频率相匹配。在一最佳实施形式中，数字信号处理装置可以执行这种任务。两个BPF可以实现下述原理：

1)应用“频率摆动”，即在两个频率之间使探测出的信号于返回通信信号上移动，以提高数据可返回到电源接收器的速率；

2)应用两个不同的频率，以使两个变送装置能同时进行应答。

针对第2项，在正常通信期间的紧急通信事件地点情况提供紧急信道。这样在有可能产生通信冲突的地方允许更大程度的范围。

各信道中的信号可由适当的译码装置译码以提供所需的信息。在所示实施例中，出现于滤波器后的电荷泵40是用来当此滤波器接收到正确频率的信号后，于电容器上形成一电荷。该直流电平于是输送到适当的比较器41，以提供逻辑“1”或“0”状态。

根据此比较器的输出，由变送装置在仔细检查条件下传递给初级导电路径的数据可以恢复。

在一最佳实施形式中，上述通信以数字形式进行，而数字信号处理集成电路可用于执行信号恢复控制。

从上述可知，本发明的各实施形式可提供许多显著的优点，例如：

在所监控的变送装置上，远程通信装置中不需另外的通信设备；

接受器是完全孤立的，这样能将一或多个接收器设置于IPT系统初级导电路径上的任何地方。

尽管初级导电路径中电流的变化很小，通常是0.1％，但它们可以通过感应耦合的接收装置立即接收到。当接收器与发送装置是分别感应供电时，它们可以沿此导电路径的长向设在任何地方。事实上，接收器设安装在感应电源的机壳内，而发送器即变送装置共有1至100个，沿着初级导电路径的全长分布。

在一最佳实施形式中，由负载引起的初级导电路径中的电流变化可立即变换为它们的数字表示，而此响应可用来在此变送装置处于仔细检查条件下进行判定。

申请人业已发现，例如在2000米长公路上包含有200个反光路灯(各个反光路灯是一变送装置或是由变送装置供电的负载)的系统中，发生器只需几分钟来检查整个系统。

此外，在此反光路径系统例子中，此种路灯在询查时在司机看来有约2秒钟将光稍作减弱然后返回通常亮度。由于各个反光路灯变送装置已包含有小型微处理机可理解来自发生器的指令，增设软件使之能进入返回通信回路是至为简便的事情。

熟悉本发明相关技术的人应知，虽然本发明是参考IPT供电反光路灯描述的，但此返回式通信系统适用于任何形式的感应供电设备。这可以包括物料装卸或旅客输送系统。

Claims (10)

1.一种用于IPT系统的通信方法，此系统具有能由电流激励的初级导电路径以及一或多个适合由此初级导电路径中的电流接收电能供给于负载的变送装置，此方法包括下述步骤：

通过此初级导电路径给变送装置发送指令；

此变送装置通过给负载供电而在此初级导电路径的电流中感生预定的变化以对上述指令作出响应；

检测此初级导电路径中的电流变化，同时用此检测出的变化来确定此变送装置对上述指令的响应。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其中所述电流中预定的变化包括电流中预定的序列更换，而这些更换能够被译码表示二进制数字。

3.根据权利要求2所述的通信方法，其中所述预定的变化可以作为电流的频率分量检测，而这些更换则包括所检测的频率分量的存在或不存在。

4.根据权利要求2所述的通信方法，其中所述预定的变化可以作为电流的频率分量检测，而这些更换则包括频率分量中的频率更换。

5.上述任一项权利要求所要求的通信方法，其中包括利用所述响应来确定此变送装置是否在工作。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的通信方法，其中所述响应涉及由该变送装置所测量的参数。

7.根据权利要求6所述的通信方法，其中所述参数包括温度。

8.根据权利要求6所述的通信方法，其中所述参数包括环境光。

9.一种IPT系统变送装置，它包括有可用来接收通过IPT系统的初级导电路径发送的指令的控制装置，此控制装置同时适用于通过给负载通电引起初级导电路径上的电流产生预定的变化而按此指令工作，使得可以在此初级导电路径的远处测量此变化以确定此变送装置对上述指令的响应。

10.一种用于IPT系统的通信设备，此设备包括：

可与IPT系统的初级导电路径进行通信连接的第一通信装置；

设于此IPT系统的变送装置上的第二通信装置，此第二通信装置能接收由第一通信装置传达的指令；以及设于此变送装置上的控制装置，此控制装置适用于控制提供给从属于第二通信装置的负载的功率，以使在此初级导电路径上的电流中发生预定的变化，而这种变化则可由第一通信装置检测出以确定对所述指令的响应。

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