DE10112892B4 - Device for transmitting data within a system for non-contact inductive energy transmission - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Übertragung von Daten innerhalb eines Systems zur berührungsfreien induktiven Energieübertragung, wobei ein Primärstromleiter (2, 7, 8, 27, 28, 31, 40, 51, 52) außer zur Energieübertragung auch zur Übertragung von Daten genutzt wird, wobei die Daten induktiv in den Primärleiter (2, 7, 8, 27, 28, 31, 40, 51, 52) ein- und ausgekoppelt werden, und dass Hin- und Rückleiter oder nur einer dieser beiden Leiter des Primärleiters (2, 7, 8, 27, 28, 31, 40, 51, 52) zur Ein- und Auskopplung der Daten genutzt werden, wobei die Daten gleichzeitig in mehreren Datenkanälen über den Primärleiter (2, 7, 8, 27, 28, 31 40, 51, 52) übertragen werden, indem die Signalzustände in diesen Datenkanälen zwei unterschiedlichen Frequenzen (f1, f2) zugewiesen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Frequenz (f1) mittels eines Generators mit nachfolgendem Sendeverstärker (83) und die andere Frequenz (f2) mittels eines Generators und angeschlossenem Sendeverstärker (84) erzeugt werden, und dass die von...contraption for transmission data within a non-contact inductive energy transfer system, wherein a primary current conductor (2, 7, 8, 27, 28, 31, 40, 51, 52) except for power transmission as well for transmission is used by data, the data being inductive in the primary conductor (2, 7, 8, 27, 28, 31, 40, 51, 52) are coupled in and out, and that return conductor or only one of these two conductors of the primary conductor (2, 7, 8, 27, 28, 31, 40, 51, 52) are used for coupling and decoupling the data, the data being transmitted simultaneously in multiple data channels via the primary conductor (2, 7, 8, 27, 28, 31 40, 51, 52) are transmitted by the signal states in these data channels two different frequencies (f1, f2) are assigned by it characterized in that the one frequency (f1) by means of a generator with subsequent transmission amplifier (83) and the other frequency (f2) by means of a generator and connected transmission amplifier (84) are generated, and that the ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Datenübertragung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Anwendung in Systemen für die induktive Energieübertragung an bewegliche Verbraucher.The The present invention relates to a device for data transmission according to the preamble of claim 1, in particular for use in systems for the inductive energy transfer to mobile consumers.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (WO 98/57413) erfolgt die Nutzung des Primärleiters sowohl für die Energieübertragung als auch für die Datenübertragung. Das Energieübertragungssystem besteht dabei im wesentlichen aus einer Wechselstromquelle, die einen Wechselstrom in einen Primärleiter einprägt, und einem oder mehreren Verbrauchern, welche sich entlang des Primärleiters bewe gen und durch induktive Kopplung die Energie aus dem elektromagnetischen Feld des Primärleiters auskoppeln. In der Praxis hat der Primärstrom eine Frequenz von ca. 20 KHz. Der Primärkreis umfasst einen Hin- und einen Rückleiter, welche jeweils an ihrem einen Ende mit der Stromversorgungsquelle und an ihrem jeweils anderen Ende miteinander verbunden sind. Der Primärstromkreis kann als 1anggestreckte, im wesentlichen parallele Leiteranordnung ausgeführt sein, wobei normalerweise das Feld von Hin- und Rückleiter zur Energieübertragung genutzt wird. Der Primärstromkreis kann aber auch derart gestaltet sein, dass nur der Hin- bzw. Rückleiter der direkten Energieauskopplung dient, wobei der jeweils andere Leiter nur zur Stromrückführung benutzt wird. Diese Art der Primärleiterschleife kann so eine beliebige Form erhalten. Das vom stromdurchflossenen Primärleiter erzeugte Magnetfeld induziert in die Sekundärwicklung des Stromabnehmers einen Strom, der dann normalerweise elektronisch aufbereitet wird und der Versorgung des beweglichen Verbrauchers (z. B. Antrieb, Beleuchtung, Rechner) dienen kann.at a known device of this type (WO 98/57413) takes place the Use of the primary manager both for the power transmission as well as for the data transmission. The energy transmission system exists this essentially from an AC power source, the AC into a primary conductor imprints, and one or more consumers moving along the primary conductor Move and inductive coupling the energy from the electromagnetic Disconnect the field of the primary conductor. In practice, the primary current has a frequency of about 20 KHz. The primary circuit includes a back and forth a return conductor, which each at its one end to the power source and are connected to each other at their other end. Of the Primary circuit can be used as a 1anggestreckte, substantially parallel conductor arrangement accomplished usually using the field of the return conductor for energy transfer becomes. The primary circuit But it can also be designed so that only the outgoing or returning conductor the direct energy extraction is used, the other one Conductor used only for current feedback becomes. This type of primary conductor loop So can get any shape. That of the current flowing through primary conductor generated magnetic field induced in the secondary winding of the pantograph a stream, which is then usually processed electronically and the supply of the mobile consumer (eg drive, Lighting, computer) can serve.
Das hier beschriebene kontaktlose induktive Energieübertragungssystem kommt als Ersatz für Schleifleitungen und Schleppkabel zur Anwendung. Seine Vorteile liegen u. a. in der Potenzialtrennung und darin, dass die Fahrgeschwindigkeit des bewegten Verbrauchers unabhängig von der Energieübertragung ist.The Contactless inductive energy transfer system described here comes as Replacement for conductor lines and trailing cable for use. Its advantages are u. a. in the Electrical isolation and in that the driving speed of the moving Consumer independent from the power transmission is.
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Bei derartigen Energieübertragungssystemen ist oft auch die Übertragung von Daten innerhalb des Systems gewünscht, um z. B. einen bewegten Verbraucher zu steuern oder diesen Daten zu einer Zentralstation senden zu lassen. Daher weist die bekannte Vorrichtung der oben beschriebenen Art zusätzlich ein System zur Datenübertragung auf, das mit Übertragungsfrequenzen zwischen 100 MHz und 1 GHz arbeitet. Die Übertragung der Daten erfolgt dabei unter Nutzung des Primärleiters, indem zwischen diesem und dem Sender/Empfänger eine Kopplung hergestellt wird, die auf der Ausstrahlung und dem Empfang elektromagnetischer Wellen mittels üblicher Antennen beruht. Dabei wird die räumliche Anordnung des Primärleiters in Be zug auf die Grundfläche bzw. Führungskonstruktion genutzt, zu der dieser mit geringem Abstand angebracht ist. Diese mechanische Führung des Primärleiters, die oft aus massivem Metall besteht, soll auf Grund ihrer elektrischen Eigenschaften zur Leitung der Funkwellen benutzt werden, indem sich die Wellen z. B. durch Reflektion an der Oberfläche entlang der Führung ausbreiten. Bedingt durch die bei hohen Frequenzen auftretenden hohen Dämpfungswerten ist die Übertragung von Daten mit dieser Technik auf relativ kurze Längen der Primärleiterschleife begrenzt.at such energy transmission systems is often the transmission of data within the system desired, for. B. a moving consumer to control or have this data sent to a central station. Therefore, the known device of the type described above additionally a system for data transmission on, with transmission frequencies between 100 MHz and 1 GHz. The transfer of data takes place using the primary conductor, by making a coupling between this and the transmitter / receiver which is on the broadcast and the reception electromagnetic Waves by usual Antennas is based. This is the spatial arrangement of the primary conductor in reference to the base area or guide construction used, to which this is attached at a small distance. These mechanical guidance of the primary manager, which is often made of solid metal, due to its electrical Properties for conducting the radio waves are used by themselves the waves z. B. spread by reflection on the surface along the guide. Due to the high attenuation values occurring at high frequencies is the transmission data with this technique to relatively short lengths of the primary conductor loop limited.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Datenübertragung innerhalb der Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung derart zu ermöglichen, dass zwar vorhandene Strukturen genutzt werden, ohne die Vorteile des Systems zu beeinträchtigen, dass aber die Übertragung der Daten auch über relativ große Längen der Primärleiterschleife möglich ist.Of the The invention is therefore based on the object, a data transmission within the device of the type described above to such enable, that existing structures are used without the advantages affecting the system, but that's the transmission the data too relatively large lengths the primary conductor loop possible is.
Diese Aufgabenstellung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst.These Problem is solved by a device with the characteristics of Claim 1 solved.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der ohnehin vorhandene Primärleiter neben der Energieübertragung auch unmittelbar selbst zur Datenübertragung genutzt wird. Dabei werden die Vorteile einer hohen Fahrgeschwindigkeit des Verbrauchers bei gleichzeitiger Potenzialtrennung beibehalten.The advantages achieved by the invention be stand, in particular, that the already existing primary conductor is also used directly for data transmission in addition to the energy transfer. The advantages of a high driving speed of the load while at the same time isolation are maintained.
Zur Übertragung von Daten können Hin- und Rückleiter zusammen oder nur einer der beiden Leiter des Primärleiters benutzt werden. Die Nutzung von Hin- und Rückleiter bietet sich bei einer engen parallelen Streckenführung an. Bei einer anders gestalteten Leiterschleife kann u. U. nur ein Leiter genutzt werden, weil der andere z. B. aus einer massiven ausladenden Struktur, z. B. einer Metallkonstruktion gebildet wird.For transmission of data Return conductor together or just one of the two conductors of the primary conductor to be used. The use of forward and return ladder offers itself at a close parallel route at. In a differently designed conductor loop u. U. only one Head are used, because the other z. B. from a massive sweeping structure, z. B. a metal structure is formed.
Nach Anspruch 2 werden die Logikzustände der zu übertragenden digitalen Daten durch die induktive Einkopplung unterschiedlicher Frequenzen in den Primärleiter übertragen. Für eine binäre Datenübermittlung müssen also zwei Frequenzen, eine für LOW und eine für HIGH übertragen werden, was im Wesentlichen einer Frequenzmodulation entspricht. Die Frequenzen müssen einen ausreichenden Abstand zur Grundfrequenz des Primärstroms aufweisen, um im Empfänger von dieser getrennt werden zu können.To Claim 2, the logic states of to be transferred digital data by the inductive coupling different Transfer frequencies into the primary conductor. For one binary data transmission have to So two frequencies, one for LOW and one for HIGH transmitted which essentially corresponds to a frequency modulation. The Frequencies need a sufficient distance to the fundamental frequency of the primary current exhibit in the receiver to be separated from this.
Anspruch 3 beschreibt, dass mehrere Datenübermittlungen gleichzeitig stattfinden können. Dazu sind z. B. bei binären Datenströmen bzw. Datenkanälen 2 Frequenzen zur Übermittlung nötig.claim 3 describes that multiple data transfers can take place simultaneously. These are z. B. in binary streams or data channels 2 frequencies for transmission necessary.
Anspruch 7 beschreibt die Einsatzmöglichkeit des Systems in einer anderen Umgebung, z. B. in Wasser oder in Öl.claim 7 describes the possible use of the system in another environment, e.g. B. in water or in oil.
Nach Anspruch 10 sind gegebenenfalls Frequenzfilter von Vorteil, die jene Frequenzanteile des Primärstroms reduzieren, die für die Datenübertragung genutzt werden. Dies ist dann der Fall, wenn der Strom der Primärquelle keine reine Sinusform hat und deshalb im Frequenzspektrum des Stroms auch höhere Frequenzen auftreten, die die Datenübertragung stören können. Von Vorteil kann hier die Integration eines Streutransformators sein, dessen Übersetzungsverhältnis zur Stromanpassung genutzt wird, dessen Streureaktanz jedoch zur Reduzierung der Stromüberschwingungen genutzt wird.To Claim 10 are optionally frequency filter advantageous, the those frequency components of the primary current reduce that for the data transmission be used. This is the case when the current is the primary source does not have a pure sinusoidal shape and therefore in the frequency spectrum of the current also higher Frequencies occur that can interfere with data transmission. From The advantage here can be the integration of a leakage transformer, its gear ratio to Current adjustment is used, however, its leakage reactance to reduce the Current overshoots is being used.
Nach Anspruch 11 ist ein Filter am Einspeisepunkt der Strecke vorzusehen, der eine möglichst niedrige Impedanz für die Frequenzen der Datenübertragung hat. Auf diese Weise wird die Stromquelle für diesen Frequenzbereich überbrückt und der Stromfluss der induzierten Datenfrequenzen durch den Primärleiter ermöglicht. Der Stromfluss ist so unabhängig von der Impedanz der Energieversorgung. Das Übertragungsverhalten des Systems verbessert sich dadurch. Ein vorteilhafter Filtertyp ist ein Reihenschwingkreis (Saugkreis) der auf eine Datenfrequenz abgeglichen ist und für diese eine geringe Impedanz darstellt. Bei Verwendung mehrerer Datenfrequenzen können auch mehrere Reihenschwingkreise erforderlich sein.To Claim 11 is to provide a filter at the entry point of the route, the lowest possible Impedance for the frequencies of data transmission Has. In this way, the power source for this frequency range is bridged and the current flow of the induced data frequencies through the primary conductor allows. The current flow is so independent from the impedance of the power supply. The transmission behavior of the system improves thereby. An advantageous type of filter is a series resonant circuit (Suction circuit) which is adjusted to a data frequency and for this represents a low impedance. When using multiple data frequencies can Also several series resonant circuits may be required.
Nach Anspruch 12 sollen auch die Verbraucher mit Frequenzfiltern in der Art ausgestattet werden, dass eine störende Rückwirkung ihrerseits auf die Datenübertragung vermieden wird. Dieser Fall kann eintreten, wenn durch eine nachgeschaltete Elektronik (z. B. ein Schaltnetzteil) die Stromaufnahme nicht phasengleich zur Spannung ist (z. B. getaktet) und deshalb hochfrequente Störströme (Oberschwingungen) im Primärleiter erzeugt werden.To Claim 12 should also consumers with frequency filters in the Be fitted with a disturbing reaction on their part data transfer is avoided. This case can occur if through a downstream electronics (eg a switching power supply) the current consumption is not in phase to the voltage is (eg clocked) and therefore high-frequency interfering currents (harmonics) in the primary conductor be generated.
Anspruch 13 weist darauf hin, dass nicht nur Transportsysteme vorteilhaft mit einer Datenübertragung versehen werden können, sondern auch andere Verbraucher. Es entsteht dadurch die Möglichkeit, einzelne Verbraucher zu schalten oder ihnen Steuerwerte vorzugeben.claim 13 points out that not only transport systems are beneficial with a data transfer can be provided but also other consumers. It creates the possibility of individual To switch consumers or to give them control values.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention will become apparent from the other dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be described below in conjunction with the accompanying drawings at exemplary embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur berührungsfreien induktiven Übertragung von Daten in einem System zur berührungsfreien induktiven Energieübertragung. Das Energieübertragungssystem kommt unter anderem bei bodengebundenen Flurtransportanlagen oder Krananlagen zum Einsatz. Es handelt sich um ein wechselstromdurchflossenes Primärleitersystem, aus dessen Feld induktiv Energie ausgekoppelt wird. Daten werden auf ein in dieser Weise versorgtes Fahrzeug dadurch übertragen, dass das Primärleitersystem leitungsgebunden die Führung der Datenströme übernimmt.The device according to the invention serves for non-contact inductive transmission of data in a system for non-contact inductive energy transmission. The energy transmission system is used, among other things, in ground-based corridor transport systems or crane systems. It is an ac-flowed pri märleitersystem, from the field inductively energy is extracted. Data is transmitted to a vehicle powered in this manner by virtue of the fact that the primary conductor system takes over the routing of the data streams by line.
Dazu werden den zu übertragenden Daten entsprechende elektrische Ströme über eine Sendespule in die Primärleitung hineininduziert und leitungsgeführt an einer anderen Stelle aus der Primärleitung wieder induktiv ausgekop pelt. Die zur Datenübertragung benutzten Frequenzen unterschieden sich von der Grundfrequenz des Primärleiters, so dass im Empfänger durch geeignete Frequenzfilter die Nutzsignale bzw. die Daten wiederhergestellt werden können. Für die Übertragung der Daten können unterschiedliche Modulationsarten und Trägerfrequenzen genutzt werden.To become the ones to be transferred Data corresponding electrical currents via a transmitting coil in the primary line induced and conducted at another point from the primary line again inductive ausgekop pelt. The data transfer used frequencies differed from the fundamental frequency of the Primary conductor, so that in the receiver be restored by suitable frequency filter, the useful signals or the data can. For the transmission the data can different modulation types and carrier frequencies are used.
In
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Der
Serienschwingkreis
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden könne. Dies gilt insbesondere für die Ausbildung der Sende- und/oder Empfangsspulen, die zur induktiven Ein- oder Auskopplung der übertragenden Daten verwendeten Mittel und die Zahl der vorgesehenen Datenkanäle. Insbesondere können durch Übertragung von Signalen mit je zwei weiteren Frequenzen f3, f4 bzw. f5, f6 usw. weitere Datenkanäle geschaffen werden, in denen analog zum beschriebenen Ausführungsbeispiel z. B. die Frequenzen f3 und f5 die Bedeutung LOW und die Frequenzen f4 und f6 die Bedeutung HIGH haben. Außerdem wäre es möglich, über den Primärleiter durch induktive Ein- bzw. Auskopplung auch die zum Betreiben des Senders und/oder Empfängers erforderliche Energie zu übertragen, egal ob diese stationär oder fahrbar angeordnet sind. Weiterhin ist es möglich, in der beschriebenen Weise Befehlsdaten zu übertragen, die z. B. dem Zweck dienen, längs des Primärleiters angeordnete oder verfahrbare Verbraucher anzusteuern (z. B. im Sinne der Ein- oder Ausschaltung von Beleuchtungskörpern). Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen angewendet werden können.The The invention is not limited to the described embodiments which could be modified in many ways. This is especially true for the Formation of the transmitting and / or receiving coils for inductive Coupling or decoupling of the transmitting Data used and the number of designated data channels. Especially can through transmission of signals with two further frequencies f3, f4 and f5, f6 etc. further data channels be created, in which analogously to the described embodiment z. For example, the frequencies f3 and f5 are LOW and the frequencies f4 and f6 have the meaning HIGH. Besides, it would be possible over the primary conductor by inductive coupling or decoupling also to operate the Transmitter and / or receiver required To transfer energy no matter if this is stationary or are arranged mobile. Furthermore, it is possible in the described Way to transmit command data the z. B. serve the purpose along the primary conductor to control arranged or mobile consumers (eg in the sense of the switching on or off of lighting fixtures). Finally understands itself that the different characteristics also in other than those shown and combinations described can be applied.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20131001 |