CN1555320A - 以非接触方式进行电力传输和数据传输的电气高架轨道 - Google Patents

Abstract

在沿着与移动运输单元(12)的滑轨(1)一定距离处设置的馈线(4)和运输单元的感应集电器之间进行非接触电力传输的电气高架轨道中，为了在中心控制站(18)和沿着馈线在确定距离上设置的运输单元之间进行非接触数据传输，而设置了数据传输回路(7)，所述数据传输回路的平行导线正好处于馈线的一条场力线中。数据传输回路通过传输站(10)直接与中心站相连。为了与运输单元感应耦合，在运输单元上设置通信模块(6)，通信模块(6)上具有设在铁氧体铁芯上的发送和接收线圈，所述线圈可接收所有在数据传输回路上交换的信息。通过感应传输的数据存在于中频段内的两个不同固定频率、以用作数字信号的正弦波信号串中。

Description

以非接触方式进行电力传输和数据传输的电气高架轨道

本发明涉及一种电气高架轨道，其在沿着与移动运输单元相隔预定距离的滑轨设置的馈线和运输单元上的感应集电器之间以非接触方式进行电力传输并且在中心站和设在运输单元上的控制装置之间以非接触方式进行数据传输。

在此类公知的电气高架轨道系统中，通过机车的滑轨直接构成与高频交流源相连的馈线的回路导线，以及动力源和装有控制装置的运输单元。将集电器设计成使其铁心与馈线形成U形搭接的铁氧体铁芯，然而为了使移动运输单元的驱动部分或控制部分形成不同大小的电源电压，需设计不同的线圈。

在此首先提出的建议是，利用馈线与由中心站编程和遥控的运输单元进行通信，但在实际中这是不能实现的，因为在导线中出现高电流而且相应的高磁场强度仅产生极小的与频率有关的信噪比，而为了克服由此产生的问题需要极高的电气和电子器件的消耗。

此外，为了在电气高架轨道(electric telepher systems)中进行非接触数据传输，公知的还有采用红外技术。然而，以这种方式构成的数据传输系统受到空间的限制。数据传输仅能在特定的、局部分离的各点上实现。同时，无法对运输单元进行控制和从外部对其产生影响。另一方面，要减小单个通信点之间的距离需要很高的费用。

此外，为了进行数据传输还建议采用无线电技术，其中在各运输单元上装备无线电模块并且沿轨道设置一组交叠的无线电台，传输单元于轨道之间进行交接，这种无线电技术的缺点在于，无线电接触会因外部因素而受到损害和中断。而且，从一个无线电台向另一个无线电台传输信号需要很高的信息技术费用。

本发明的目的在于，研制一种非接触式数据通信系统，该系统适用于与上述类型的以非接触方式进行电力传输的电气高架轨道，所述系统保证以较低的花费持久地集中采集移动运输单元和数据传输的信息，所述系统还进一步确保所有移动运输单元能同时接收到发送到中心站的信息。

按照本发明，所述目的是借助于构成权利要求1所述特征的用于电气高架轨道的感应式数据传输系统而实现的。

从属权利要求公开了本发明的其他特征和优选改进方案。

本发明的构思基于从沿滑轨敷设的馈线向运输单元的耗能器的感应电力传输，其特点在于，与馈线相隔一定距离地设置数据传输回路，数据传输回路中的导线直接与中心站耦合而且以感应的方式与运输单元的控制装置连接。与感应式数据传输回路的非接触连接是通过安装在移动运输单元上的通信模块实现的，所述包括带有发送和接收线圈的发送和接收铁氧体铁芯，所述通信模块设置在与数据传输回路平行的、可使运输单元运动的较小但实用的距离内。所述数据在中频段以两个不同的固定正弦频率传输，所述两个不同的固定正弦频率分别表示一个数字值(0或1)。

设在馈线前面、处于由馈线产生的一条场力线中的数据传输回路的几何结构确保由馈线感应的噪声电压以及对感应数据传输的干扰较小。由于是利用中频段内两种不同的正弦波频率作为数字数据串进行感应式数据传输，所以本发明的数据传输回路是纯粹起感应回路作用的数据传输回路，该回路既不是用作波导，也不是用作带高频电磁辐射的天线，这可确保数据传输回路的电路简单、且数据传输回路的终端电阻的尺寸要求不苛刻但实用，并且最终且不至在电力和数据传输信道之间得到足够高的信噪比。数据传输回路和安装在移动运输单元上的发送及接收铁氧体铁芯之间的距离是5-10mm，这样驱动电气高架的范围足够大。

在本发明的另一种改进实施例中，通信模块中的发送和接收铁氧体芯设有发送和接收耦合器、发送和接收部分、以及用于发送或接收和用于产生及处理两个不同频率中数据或数字正弦波信号串的处理单元。这种发送和接收耦合器以及发送和接收部分与处理单元一起也都设置在数据传输回路和中心站之间连接的传输站中。

在本发明所述以非接触方式进行电力和数据传输的电气高架轨道中，通信路径与移动运输单元的路径完全相对应。用低频驱动的感应式数据传输系统可以在任何时间以低成本向所有移动运输单元提供数据并且对其进行相应的控制，或者收集由这些运输单元提供的有关运输单元的状态、位置或相互间距离的信息，并将所述信息送到中心站。

按照本发明设计的运输单元可以同时接收所有向传输站发送的信息。因此，可以在没有外围设备的情况下，通过各控制装置内部相应的控制流程使移动运输单元彼此间沿运输路径实现与方向无关的防冲撞功能。上述本地移动运输单元彼此间实现的可局部控制的防冲撞保护适应于系统运行时对距离的需要，这与所有迄今为止公知的沿实际运输路径的方法相比，具有明显的优点。

下面将结合附图说明本发明的实施例。其中：

图1是电气高架轨道的示意图，所述电气高架轨道可在其移动运输单元和中心站之间通过感应式数据传输回路进行无接触数据通信；

图2是在移动运输单元中集成的感应式通信模块，所述模块可借助数据传输回路在中心站和运输单元之间进行数据传输；

图3是数据传输回路和与之相连的传输站；

图4是移动运输单元的方框图；

图5是与运输单元的滑轨相连的馈线支架的透视图，所述滑轨与数据传输回路的插入式保持装置相连。

附图标记

1--滑轨  2--馈线支架  2a--机械编码器

3--馈线安装槽  4--馈线  4.1--场力线

5--保持装置  5a，5b--7a，7b的保持管

6--感应通信模块

6.1--发送铁氧体铁芯  6.2--接收铁氧体铁芯

6.3--发送耦合器      6.4--接收耦合器

6.5--发送部分        6.6--接收部分

6.7--处理单元

7--数据传输回路      7a，7b--7的电线    7.1--数据磁力线

8--发送线圈          9--接收线圈

10--传输站

10.1--发送和接收耦合  10.2--发送部分  10.3--接收部分

10.4--处理单元

11--数据传输线  12--移动运输单元

13--控制装置    14--集电器  15--驱动器    16--传感装置

17--位置扫描器  18--中心控制站  Ra--7的终端电阻

图1-图5涉及一种以非接触感应方式进行电力传输的电气高架轨道，所述传输是从馈线传送到可在滑轨1上移动的多个用于承载和运输负载的运输单元12。每个移动运输单元12上配备有集电器14，该集电器用于从与电源相连的馈线4进行非接触电力传输，所述馈线4由绞合线构成。将馈线4设置在装到滑轨1上的馈线支架2的安装槽3中，所述馈线支架2由非导电材料制成。如从图5中所看到的，馈线支架2上设有机械编码器2a，其利用设在运输单元12上的位置扫描器17(参见图4)对运输单元12进行绝对位置检测。为了进行感应式非接触电力传输，将集电器14设计成U形铁氧体铁芯，该铁氧体铁芯上带有两个线圈，而且每个线圈上具有一个集电器电路(未示出)，所述集电器电路一方面向设在运输单元12上的控制装置13以及与控制装置13相连的传感控制装置16和位置扫描器17提供所需的控制电压，另一方面向运输单元12的驱动器15输送所需要的较高的驱动电力。

铁氧体铁芯(未示出)以环绕馈线4的方式使得馈线4的磁力线4.1能确保铁氧体铁芯中产生具有足够磁化力的磁通量。

在上述进行电力传输的电气高架轨道中，通过感应的方式，实现滑轨1上所设运输单元12和中心控制站18之间的非接触数据信号交换。为此，在馈线4前面的一定距离处并与之平行地设置数据传输回路7，所述数据传输回路7由两条彼此平行且在平面中垂直相叠设置的电线7a、7b构成。两条电线(导线)7a、7b各自的端部连接一个终端电阻Ra。此外，数据传输回路7位于沿着馈线4的场力线4.1的几何位置上(即在场力线内)，从而减小了磁场对数据传输回路7产生的干扰。数据传输回路7沿着馈线4场力线的精确几何布置可借助于带有保持管5a、5b的保持部件5来实现，在保持管5a、5b中将电线7a、7b彼此平行地固定。还可以将保持部件5设计成一个插件，该插件可以锁定到馈线4的安装槽3中。

根据图1，本实施例中的电气高架轨道包括两部分(1和2)，因此也包括两个带有相应终端电阻Ra的数据传输回路7。每个数据传输回路7通过数据传输线11与传输站10直接耦连，每个传输站10本身与中心控制站18相连。传输站10包括发送和接收耦合器10.1以及发送部分10.2和接收部分10.3，所述发送和接收部分用于发送或接收中频段信噪比足够高的两个不同固定频率的正弦波信号，本实施例中，所述频率为50KHz和125KHz。在串行串中以两个固定频率出现的各正弦波信号表示编码的数字0/1信号。与发送和接收部分10.2和10.3连接的处理单元10.4通过各传输站10与中心控制站18相连。

设在每个运输单元12上的感应通信模块6也包括发送和接收耦合器6.3、6.4以及发送部分6.5和接收部分6.6，用于以数字式数据信号的形式发送或接收中频段中具有不同的固定频率的两种正弦波信号或信号串，所述感应通信模块6还包括与控制装置13相连的处理单元6.7。

数据传输，即，通过与传输站直接连接的数据传输回路反复向设在运输单元12上的通信模块6发送和接受具有两个固定频率且以正弦波信号串形式存在的数据或是从设在运输单元12上的通信模块6上接收所述数据是通过感应和非接触方式实现的。为此，在通信模块6上设置两个E形的铁氧体铁芯，其中发送用铁氧体铁芯6.1带有发送线圈8而位于图面后面(未示出)的接收用铁氧体铁芯6.2带有接收线圈9，所述铁氧体铁芯通过通信模块6和数据传输回路7向传输站10和中心控制站18发送不同频率的与来自控制装置13的数据脉冲串(0；1)相对应的正弦波信号串，或是在相反的方向上接收数据，并通过处理单元6.7将所述数据进一步传送到控制装置13以便控制例如驱动器15。

本发明显然并不限于上述实施例。在与本发明相关的特征范围内，用非接触(感应)方式向运输单元传输电力的电气高架轨道的特征在于，运输单元和中心站之间的数据通信是利用设有接收和发送线圈的铁氧体铁芯形成的感应，通过数据传输回路并借助于中频段中两个不同频率的正弦波信号串实现的，所述数据传输回路带有设在两端的终端电阻和平行电线，所述电线设在进行感应式电力传输用的馈线磁力线范围内，但是对于熟悉本领域的专业人员来说可以考虑进行例如，检验、预防性维护或整体防撞等更高级功能方面的改进。

Claims (10)

1.一种电气高架轨道，其在沿着与移动运输单元的滑轨一定距离处设置的馈线和运输单元上的感应集电器之间进行非接触电力传输，并在中心站和设在运输单元上的控制装置之间进行非接触数据传输，该电气高架轨道的特征在于，在沿馈线(4)的确定距离上设置两端带有终端电阻(Ra)和两条平行导线(7a，7b)的数据传输回路(7)，所述数据传输回路(7)设置在位于馈线(4)的一条和同一条场力线(4.1)内，所述数据传输回路(7)通过传输站(10)直接与中心控制站(18)相连，并通过通信模块(6)以感应的形式与运输单元(12)的控制装置(13)相连；其中所述与数据传输回路(7)相隔一定距离的通信模块(6)上包括有带发送和接收线圈(8，9)的发送和接收铁氧体铁芯(6.1；6.2)，其用于以感应的形式传送由中频段两个不同固定频率的正弦波信号串产生的数据字信号。

2.根据权利要求1所述的电气高架轨道，其特征在于，在容纳馈线(4)的馈线支架(2)之一上固定有保持装置(5)，在保持装置(5)的保持管(5a，5b)中彼此平行地固定着数据传输回路7的两条导线(7a，7b)。

3.根据权利要求2所述的电气高架轨道，其特征在于，将保持装置(5)设置成与馈线支架(2)上的安装槽(3)搭接的插件。

4.根据权利要求1所述的电气高架轨道，其特征在于，发送和接收用铁氧体铁芯(6.1，6.2)设计成E形并且其各自以一定距离平行面对数据传输回路(7)的中间体上设有发送线圈(8)或接收线圈(9)。

5.根据权利要求1或4所述的电气高架轨道，其特征在于，在通信模块(6)中的发送和接收铁氧体铁芯(6.1，6.2)上设有发送和接收耦合器(6.3，6.4)、发送和接收部分(6.5，6.6)以及与控制装置(13)相连的处理单元(6.7)。

6.根据权利要求1所述的电气高架轨道，其特征在于，通过数据传输线(11)与数据传输回路(7)相连的传输站(10)包括发送和接收耦合器(10.1)、发送和接收部分(10.2；10.3)以及与中心站连接的处理单元(10.4)。

7.根据权利要求1所述的电气高架轨道，其特征在于，感应传输的编码数字数据的两个不同的固定频率为具有足够信噪比的正弦波信号。

8.根据权利要求1-7之一所述的电气高架轨道，其特征在于，移动运输单元(12)的控制装置(13)与驱动器(15)、传感装置(16)和位置扫描器(17)相连。

9.根据权利要求1-8之一所述的电气高架轨道，其特征在于，每一个多个高架轨道部分设置到一数据传输回路(7)和与回路(7)相连的一传输站(10)。

10.  根据权利要求1-9之一所述的电气高架轨道，其特征在于，运输单元(12)接收数据传输回路(7)上所有信息的特性可用于所有移动运输单元本地的与方向无关的防冲撞功能。

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