DE102011010792A1

DE102011010792A1 - Device for energy transmission and enabling inductive communication of moving objects, has communication unit connected with inductance unit and provided with modem operated according to orthogonal frequency-division multiplexing

Info

Publication number: DE102011010792A1
Application number: DE102011010792A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Rhein; Andrew Green; Wolfgang Schnurbusch
Original assignee: Conductix Wampfler GmbH
Current assignee: Conductix Wampfler GmbH
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-09

Abstract

The device has a guide unit that guides rail-guided moving objects (2,2A) along an intended travel path of an extending energy transfer line. The electrical power is separated in parallel to the energy transfer line by extending a separate data line (1). A communication inductance unit (15) is magnetically linked with the data line and is arranged at the moving object. A communication unit (10) is connected with communication inductance unit and is provided with a modem (11) operated according to an orthogonal frequency-division multiplexing with a specific data rate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieübertragung und zur induktiven Kommunikation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for energy transmission and for inductive communication according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 102 16 422 A1 ist eine Vorrichtung zur induktiven Energieversorgung eines beweglichen Objekts bekannt, die auch eine Kommunikation zwischen dem beweglichen Objekt und einer zentralen Steuereinheit ermöglicht. Hierzu ist parallel zu einer entlang der vorgesehenen Bewegungsbahn des Objektes verlegten Leiterschleife, über welche durch induktive Kopplung mit einem an dem Objekt angeordneten Abnehmer elektrische Energie zu dem Objekt übertragbar ist, eine Datenleitung verlegt, über welche ebenfalls durch induktive Kopplung mit einem anderen an dem Objekt angeordneten Abnehmer Datensignale zu bzw. von einer an dem Objekt angeordneten Sende- und Empfangseinrichtung übertragbar sind. Für die Datenübertragung sind in besagter Schrift lediglich ein Frequenzband im Bereich von 1 MHz und eine Datenrate im Bereich von 9600 Baud, jedoch keine genaueren Informationen angegeben.From the DE 102 16 422 A1 a device for inductive power supply of a moving object is known, which also allows communication between the moving object and a central control unit. For this purpose, parallel to a conductor loop laid along the intended path of movement of the object, via which electrical energy can be transmitted to the object by inductive coupling with a pickup arranged on the object, a data line is laid, via which also by inductive coupling with another on the object arranged customers data signals to or from an arranged on the object transmitting and receiving device are transferable. For data transmission in said document, only a frequency band in the range of 1 MHz and a data rate in the range of 9600 baud, but no more detailed information is given.

Die WO 03/005380 A2 zeigt Einzelheiten der Kombination einer zur induktiven Energieübertragung zu einem beweglichen Verbraucher dienenden Leiterschleife mit einer Datenleitung einschließlich der Integration beider in einem speziellen Kabel. Zur Modulation des Datensignals wird dort Frequenzumtastung (FSK) vorgeschlagen und als Richtwert für den in Frage kommenden Bereich der Übertragungsrate wird 10 bis 150 kBit/s genannt.The WO 03/005380 A2 shows details of the combination of a conductor loop serving for inductive power transmission to a mobile load with a data line including the integration of both in a special cable. Frequency shift keying (FSK) is proposed there for the modulation of the data signal, and the reference value for the range of the transmission rate in question is 10 to 150 kbit / s.

Gegenüber diesem Stand der Technik bestehen für die Kommunikation zwischen automatischen Transportfahrzeugen und einer zentralen Steuereinheit bzw. zwischen solchen Fahrzeugen untereinander heute um Größenordungen höhere Anforderungen an die Übertragungsrate. Diesen Anforderungen versucht man beispielsweise mit der Verwendung lokaler Funknetzwerke (WLAN) nach der Norm IEEE-802.11 gerecht zu werden. Probleme sind hierbei unter anderem die lückenlose Abdeckung des Bewegungsbereiches der Fahrzeuge, der in industriellen Anlagen durch Maschinen verschiedenster Art verursachte elektromagnetische Störpegel sowie die Sicherheit der Kommunikation gegenüber externen Störungen oder Manipulationen.Compared to this prior art, there are higher requirements for the transmission rate for communications between automatic transport vehicles and a central control unit or between such vehicles today by orders of magnitude. These requirements are tried, for example, with the use of local wireless networks (WLAN) after the Standard IEEE-802.11 to meet. Problems here are, among other things, the complete coverage of the range of motion of the vehicles, the electromagnetic interference levels caused in industrial installations by machines of various kinds, as well as the security of the communication against external disturbances or manipulations.

Ein anderer bekannter Ansatz ist die Verlegung eines geschlitzten Mikrowellen-Hohlleiters entlang der vorgesehenen Bewegungsbahnen der Fahrzeuge, in den jeweils mit den Fahrzeugen verbundene Antennen eintauchen. Die mit der Verwendung von WLAN verbundenen Probleme können zwar hierdurch weitgehend vermieden werden, doch wird dies mit einem relativ hohen Aufwand im mechanischen Aufbau des Kommunikationssystems erkauft, da ein Mikrowellen-Hohlleiter eine starre Form hat und die Antenne präzise im Schlitz des Hohlleiters geführt werden muss.Another known approach is the laying of a slotted microwave waveguide along the intended trajectories of the vehicles, immerse each connected to the vehicles antennas. Although the problems associated with the use of WLAN can be largely avoided by this, but this is at a relatively high cost in the mechanical structure of the communication system, since a microwave waveguide has a rigid shape and the antenna must be precisely guided in the slot of the waveguide ,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die Energieübertragung und für die induktive Kommunikation zu bzw. mit einem spur- oder schienengeführten beweglichen Objekt eine kostengünstige und leistungsfähige Lösung aufzuzeigen.The invention is therefore based on the object for the energy transfer and for the inductive communication to or with a track or rail guided moving object to show a cost effective and powerful solution.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a device having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung und zur induktiven Kommunikation zu bzw. mit einem spur- oder schienengeführten beweglichen Objekt für die Kommunikation ein Modem eingesetzt, das nach einem orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren mit einer Datenrate von mindestens 50 MBit/s arbeitet. Modems dieser Art werden bisher dazu verwendet, das Stromversorgungsnetz eines Gebäudes zur Datenübertragung zu nutzen, wobei die Datensignale über Steckdosen in die Netzleitungen eingekoppelt bzw. aus diesen ausgekoppelt werden. Überraschenderweise eignen sich Modems dieser Art auch zur induktiven Kommunikation mit einem beweglichen Objekt über eine entlang der Bewegungsbahn des Objektes verlegte Datenleitung, die sich in loser Kopplung mit einer an dem Objekt angeordneten Kommunikationsinduktivität befindet.According to the invention a modem is used in a generic device for energy transmission and inductive communication to or with a track or rail-guided mobile object for communication, which operates according to an orthogonal frequency division multiplexing method with a data rate of at least 50 Mbit / s. Modems of this type have been used to date to use the power supply network of a building for data transmission, wherein the data signals are coupled via sockets in the power lines or decoupled from these. Surprisingly, modems of this type are also suitable for inductive communication with a moving object via a data line laid along the path of movement of the object, which is in loose coupling with a communication inductance arranged on the object.

Diese Anwendung stellt in doppelter Hinsicht eine Zweckentfremdung dar, da Modems dieser Art ausschließlich für den örtlich stationären Betrieb am Stromversorgungsnetz eines Gebäudes und für die Mitbenutzung von Netzleitungen zur Datenübertragung konzipiert sind. Über diese beiden Grundvoraussetzungen setzt sich die vorliegende Erfindung hinweg. Sie macht sich sogar einen bei der Datenübertragung über ein Stromversorgungsnetz unerwünschten Störeffekt zunutze, nämlich die Tatsache, dass ein Teil der Leistung des aufmodulierten Datensignals entlang einer Netzleitung in die Umgebung abgestrahlt wird, wodurch die am Leitungsende empfangbare Leistung abnimmt und Funkempfangseinrichtungen in der Umgebung gestört werden können. Erfindungsgemäß ermöglicht diese Abstrahlung hingegen gerade den induktiven Empfang des Nutzsignals durch andere Teilnehmer.This application is a misappropriation in two respects, as modems of this kind are designed exclusively for stationary operation on the power supply network of a building and for the sharing of network cables for data transmission. The present invention overcomes these two basic requirements. It even makes use of an interference effect which is undesirable in data transmission over a power supply network, namely the fact that some of the power of the modulated data signal is radiated into the environment along a power line, whereby the power that can be received at the end of the power supply is reduced and radio receivers in the environment are disturbed can. On the other hand, according to the invention, this radiation enables the inductive reception of the useful signal by other subscribers.

Auch die erfindungsgemäße Bereitstellung einer separaten Datenleitung trotz Vorhandensein einer Energieübertragungsleitung steht im Widerspruch zu dem Grundkonzept der gemeinsamen Energie- und Datenübertragung über dieselbe Leitung, auf welches hin Modems der fraglichen Art ausgelegt sind. Energieübertragungsleitungen zur Versorgung von beweglichen Verbrauchern wie Kränen, Elektrohängebahnen und automatisch gesteuerten Flurförderfahrzeugen, die als Leiterschleifen zur induktiven Energieentnahme oder als Schleifleitungen zur Kontaktierung durch einen Stromabnehmer ausgebildet sein können, arbeiten jedoch üblicherweise mit höheren Spannungen als der normalen Netzspannung und es fließen dort größere Leistungen. Bei Schaltvorgängen treten zusätzliche Spannungsspitzen auf. Induktive Energieübertragungsleitungen sind entlang der Leitung mit Abgleichkondensatoren beschaltet, um einen Betrieb des Systems in Resonanz zu ermöglichen. Bei Schleifleitungen sind die Stromschienen aus Sicherheitsgründen im Inneren von Isolierprofilen angeordnet, die andere Gegenstände als Stromabnehmer von ihnen fernhalten sollen.The inventive provision of a separate data line despite the presence of a power transmission line is in contradiction to the basic concept of the common power and data transmission over the same line, designed to which modems of the type in question are. However, power transmission lines for supplying mobile consumers such as cranes, overhead monorail systems and automatically controlled industrial trucks, which may be designed as conductor loops for inductive energy extraction or as contact rails for contacting a pantograph, but usually work with higher voltages than the normal mains voltage and there flow greater power. During switching operations, additional voltage peaks occur. Inductive power transmission lines are connected along the line with balancing capacitors to allow operation of the system in resonance. For conductor rails, the busbars are arranged for safety reasons in the interior of insulating profiles intended to keep objects other than current collector of them.

Alle diese Eigenschaften von Energieübertragungsleitungen zur Versorgung beweglicher Verbraucher sind ihrer Mitbenutzung zur Datenübertragung abträglich und müssen bei der Auslegung der zur Datenübertragung eingesetzten Komponenten entsprechend berücksichtigt werden. Die auf den ersten Blick als unnötig erscheinende Bereitstellung einer separaten Datenleitung überwindet diese Schwierigkeiten und vereinfacht die Anforderungen an die zur Datenkommunikation eingesetzten Komponenten erheblich. Es kommt hinzu, dass es bei Energieübertragungsleitungen der fraglichen Art beim Auftreten sicherheitsrelevanter Fehlersituationen zu Notabschaltungen kommt. Bei einer Mitbenutzung zur Datenkommunikation wäre diese bei einer Trennung von Leitungsabschnitten im Zuge einer Notabschaltung ebenfalls unterbrochen. Die Verwendung einer separaten Datenleitung ermöglicht hingegen eine Weiterführung der Datenkommunikation auch bei einer Notabschaltung der Energieübertragungsleitung.All these properties of power transmission lines for supplying mobile consumers are detrimental to their shared use for data transmission and must be taken into account when designing the components used for data transmission. The provision of a separate data line, which at first glance appears to be unnecessary, overcomes these difficulties and considerably simplifies the requirements placed on the components used for data communication. In addition, in the case of energy transmission lines of the type in question, emergency breakdowns occur when safety-relevant error situations occur. When shared for data communication, this would also be interrupted in a separation of line sections in the course of an emergency shutdown. The use of a separate data line, however, allows a continuation of the data communication even with an emergency shutdown of the power transmission line.

Für die Datenübertragung über Stromversorgungsnetze existieren Normen in Gestalt der ITU G.9960 und der IEEE P1901 . Diese Normen, in denen unter anderem anwendungsspezifische Einzelheiten des orthogonalen Frequenzmultiplexverfahrens spezifiziert werden, sind von der International Telecommunications Union bzw. vom Institute of Electrical and Electronics Engineers erhältlich und werden hiermit zum Bestandteil der vorliegenden Offenbarung gemacht. Die Verwendung von Hardware, die einer dieser Normen entspricht, gewährleistet deren langfristige Verfügbarkeit und die verlässliche Einhaltung der entsprechenden Spezifikationen.For the data transmission over power grids exist norms in the form of the ITU G.9960 and the IEEE P1901 , These standards, which specify, inter alia, application-specific details of the orthogonal frequency division multiplexing method, are available from the International Telecommunications Union and the Institute of Electrical and Electronics Engineers, respectively, and are hereby incorporated by reference into the present disclosure. The use of hardware conforming to one of these standards ensures their long-term availability and reliable compliance with the relevant specifications.

Für die erfindungsgemäße Anwendung eines Modems besagter Art zweckmäßige Maßnahmen sind die Erhöhung der Sendeleistung und der Empfangsempfindlichkeit. Dies betrifft die Reichweite der Datenübertragung, da die Übertragungsstrecke wegen der vergleichsweise großen Länge der Datenleitung und deren loser Kopplung mit der Kommunikationsinduktivität mit einer wesentlich größeren Dämpfung behaftet ist als das Stromversorgungsnetz eines Gebäudes mit entsprechend kürzerer Leitungslänge und fester Kopplung aller Teilnehmer an die Netzleitungen. Die benötigte Funktion kann durch einen Verstärker und/oder durch einen Übertrager realisiert werden.For the inventive application of a modem said kind expedient measures are increasing the transmission power and the reception sensitivity. This relates to the range of the data transmission, since the transmission path is subject to a much greater attenuation because of the comparatively long length of the data line and their loose coupling with the communication inductance than the power supply network of a building with a correspondingly shorter line length and fixed coupling of all participants in the power lines. The required function can be realized by an amplifier and / or by a transformer.

Ein Ende der Datenleitung ist an einer mit einer zentralen Steuereinheit verbundenen Kommunikationseinrichtung angeschlossen, welche ein Modem der gleichen Art enthält, wie es die Kommunikationseinrichtung des beweglichen Objektes aufweist. Auch hier ist zur Gewährleistung einer hohen Reichweite die Zwischenschaltung eine Verstärkers und/oder Übertragers zweckmäßig.One end of the data line is connected to a communication device connected to a central control unit, which contains a modem of the same type as the communication device of the mobile object. Again, to ensure a long range, the interposition of an amplifier and / or transformer appropriate.

Besonders vorteilhaft ist an der erfindungsgemäßen Lösung, dass Modems der fraglichen Art als Konsumartikel kostengünstig auf dem Markt erhältlich sind und als Anwenderschnittstelle einen normalen LAN-Anschluss gemäß der Norm IEEE 802.3 aufweisen, so dass keinerlei Aufwand zur Anpassung der Anwenderschnittstelle anfällt. Der Bordrechner eines mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung ausgerüsteten beweglichen Objektes kann unmittelbar an den LAN-Anschluss des Modems angeschlossen werden.It is particularly advantageous in the inventive solution that modems of the type in question as a consumer item are available on the market at low cost and as a user interface a normal LAN connection according to the Standard IEEE 802.3 have, so that no effort to adapt the user interface is incurred. The on-board computer of a mobile object equipped with a communication device according to the invention can be connected directly to the LAN port of the modem.

Als Datenleitung wird bevorzugt eine unverdrillte symmetrische Zweidrahtleitung mit einer Längsmittelachse und als Kommunikationsinduktivität eine Spule von symmetrischer Querschnittsform verwendet, wobei die Spule zweckmäßigerweise als mehrlagige Leiterplatte ausgebildet ist und die einzelnen Windungen auf verschiedenen Lagen der Leiterplatte angeordnet und mittels Durchkontaktierungen zwischen den Lagen seriell miteinander verbunden sind.The data line is preferably an untwisted symmetrical two-wire line having a longitudinal center axis and used as a communication inductance a coil of symmetrical cross-sectional shape, wherein the coil is suitably designed as a multilayer printed circuit board and the individual windings are arranged on different layers of the circuit board and connected by means of vias between the layers in series ,

Zur Erzielung einer bestimmten Mindestqualität der Kommunikation, d. h. einer weitestgehend fehlerfreien Datenübertragung mit einer Rate von über 50 MBit/s sollten bestimmte Bedingungen bei der Auslegung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hinsichtlich der Leitungslängen und des Abstandes der Kommunikationsinduktivität von der Datenleitung eingehalten werden, die von der Orientierung der Datenleitung und der Kommunikationsinduktivität relativ zueinander (parallel oder senkrecht) abhängen.To achieve a certain minimum quality of communication, d. H. For a largely error-free data transmission at a rate of over 50 Mbit / s, certain conditions should be met when designing a device according to the invention with regard to the line lengths and the distance of the communication inductance from the data line, which depend on the orientation of the data line and the communication inductance relative to each other (parallel or depend vertically).

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung offenbart die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. In diesen zeigtFurther details and advantages of the invention are disclosed in the following description of an embodiment with reference to the drawings. In these shows

1 eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic overview of a device according to the invention,

2 eine erste Anordnung einer Kommunikationsinduktivität gegenüber einer Datenleitung und 2 a first arrangement of a communication inductance against a data line and

3 eine zweite Anordnung einer Kommunikationsinduktivität gegenüber einer Datenleitung. 3 a second arrangement of a communication inductance against a data line.

In 1 ist schematisch eine Datenleitung 1 gezeigt, die aus einer unverdrillten Zweidrahtleitung besteht. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Litzleitung mit einem Adernabstand in der Größenordnung von 10 mm. Die Datenleitung 1 ist parallel zu einer nicht gezeigten Energieleitung verlegt, über die induktiv Energie zu beweglichen Objekten 2, 2A übertragbar ist, welche sich entweder schienengeführt oder automatisch gelenkt entlang der Energieleitung bewegen. Einzelheiten der Anordnung einer solchen Datenleitung 1 an einer Energieleitung sind in den eingangs genannten Schriften offenbart und bedürfen daher an dieser Stelle keiner Erläuterung.In 1 is schematically a data line 1 shown, which consists of a two-wire untwisted line. For this purpose, for example, a Litzleitung with a wire spacing in the order of 10 mm is suitable. The data line 1 is laid parallel to a power line, not shown, via the inductively energy to moving objects 2 . 2A is transferable, which are either rail-guided or automatically steered to move along the power line. Details of the arrangement of such a data line 1 to a power line are disclosed in the aforementioned documents and therefore require no explanation at this point.

Die Datenleitung 1 ist an einem Ende mit einer Kommunikationsrichtung 3 einer zentralen Steuereinheit 4 verbunden und an ihrem anderen Ende mit einem Abschlusswiderstand 5 abgeschlossen. Die Kommunikationsrichtung 3 der zentralen Steuereinheit 4 enthält ein Modem 6, das über einen Verstärker 7, einen Übertrager 8 und eine Zuleitung 9 mit der Datenleitung 1 verbunden ist. Eine Kommunikationseinrichtung 10 des beweglichen Objekts 2 enthält ebenfalls ein Modem 11, das über einen Verstärker 12, einen Übertrager 13 und eine Zuleitung 14 mit einer Kommunikationsinduktvität 15 verbunden ist.The data line 1 is at one end with a communication direction 3 a central control unit 4 connected and at its other end with a terminator 5 completed. The direction of communication 3 the central control unit 4 contains a modem 6 that has an amplifier 7 , a transformer 8th and a supply line 9 with the data line 1 connected is. A communication device 10 of the moving object 2 also contains a modem 11 that has an amplifier 12 , a transformer 13 and a supply line 14 with a communication inductance 15 connected is.

Die Kommunikationsinduktivität 15 ist an dem Objekt 2 so angeordnet, dass sie sich bei dessen Bewegung entlang seiner vorgesehenen Bewegungsbahn stets benachbart zu der Datenleitung 1 befindet und eine ausreichende induktive Kopplung mit der Datenleitung 1 gegeben ist. Weitere bewegliche Objekte, die in beliebiger Anzahl vorhanden sein können, enthalten die gleichen kommunikationstechnischen Komponenten 11 bis 15 wie das Objekt 2, wie es in 1 anhand eines weiteren Objektes 2A angedeutet ist.The communication inductance 15 is on the object 2 arranged so that they are always adjacent to the data line during its movement along its intended trajectory 1 and sufficient inductive coupling with the data line 1 given is. Other movable objects, which can be present in any number, contain the same communication components 11 to 15 like the object 2 as it is in 1 based on another object 2A is indicated.

Bei dem Modem 11 handelt es sich um ein Gerät, das nach einem orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren mit einer hohen Übertragungsrate von mindestens 50 MBit/s arbeitet. Modems dieser Art werden für die Datenkommunikation über Leitungen des Stromversorgungsnetzes in Gebäuden eingesetzt und sind als solche auf dem Markt verfügbar, weshalb an dieser Stelle auf eine Erläuterung des internen Aufbaus und der Funktionsweise verzichtet werden kann.At the modem 11 It is a device that uses orthogonal frequency division multiplexing with a high transmission rate of at least 50 Mbps. Modems of this type are used for data communication via lines of the power supply network in buildings and are available as such in the market, which is why at this point an explanation of the internal structure and operation can be dispensed with.

Zur induktiven Kommunikation mit einem beweglichen Objekt 2 über eine Datenleitung 1 unter Verwendung eines Modems 11 besagter Art muss an dieses eine Kommunikationsinduktivität 15 angeschlossen werden. Des weiteren ist zu beachten, dass aufgrund der relativ großen Länge der Datenleitung 1 und der losen Kopplung zwischen der Datenleitung 1 und der Kommunikationsinduktivität 15 auf der Datenleitung 1 im Vergleich zur stationären Gebäudekommunikation im Regelfall eine höhere Sendeleistung und eine höhere Empfangsempfindlichkeit benötigt wird. Daher sind zwischen dem Modem 11 und der zugehörigen Kommunikationsinduktivität 15 ein Verstärker 12 und ein Übertrager 13 mit einem entsprechend ausgelegten Verstärkungsfaktor bzw. Übersetzungsverhältnis vorgesehen.For inductive communication with a moving object 2 via a data line 1 using a modem 11 said type must be connected to this one communication inductance 15 be connected. Furthermore, it should be noted that due to the relatively large length of the data line 1 and the loose coupling between the data line 1 and the communication inductance 15 on the data line 1 In comparison to stationary building communication, as a rule a higher transmission power and a higher reception sensitivity are required. Therefore, between the modem 11 and the associated communication inductance 15 an amplifier 12 and a transformer 13 provided with a correspondingly designed amplification factor or gear ratio.

Auf der Seite der zentralen Steuereinheit 4 kann das Modem 6 der dortigen Kommunikationseinrichtung 3 über einen Verstärker 7 und Übertrager 8 direkt an die Datenleitung 1 angeschlossen werden. Die Verstärker 7 und 12 sowie die Übertrager 8 und 13 sind bedarfsabhängige Optionen. Es könnten auch nur Verstärker 7 und 12 allein oder nur Übertrager 8 und 13 allein verwendet werden. Es versteht sich, dass die Verstärker 7 und 12 sowie die Übertrager 8 und 13 jeweils für bidirektionale Übertragung ausgelegt sein müssen. Bei geringen Reichweiteanforderungen, die mit den normalen Ein- und Ausgangsstufen der Modems 6 und 11 erfüllbar sind, könnte auch auf diese Komponenten verzichtet werden.On the side of the central control unit 4 can the modem 6 the local communication device 3 via an amplifier 7 and transmitters 8th directly to the data line 1 be connected. The amplifiers 7 and 12 as well as the transformers 8th and 13 are on-demand options. It could only amplifiers 7 and 12 alone or just transformers 8th and 13 used alone. It is understood that the amplifier 7 and 12 as well as the transformers 8th and 13 each must be designed for bidirectional transmission. At low range requirements, with the normal input and output levels of the modems 6 and 11 can be fulfilled, could also be dispensed with these components.

Als Kommunikationsinduktivität 15 eignet sich eine Spule flacher Bauform, die als mehrlagige Leiterplatte ausgebildet ist, wobei die einzelnen Windungen jeweils auf verschiedenen Lagen der Leiterplatte übereinander angeordnet und mittels Durchkontaktierungen zwischen den Lagen seriell miteinander verbunden sind. In den 2 und 3 sind schematisch zwei mögliche Stellungen einer solchen Kommunikationsinduktivität 15 gegenüber einer Datenleitung 1 gezeigt, wobei in beiden Fällen eine senkrechte Lage der Spulenmittelachse der Kommunikationsinduktivität 15, d. h. eine parallele Lage der Spulenquerschnittsfläche, zur Bewegungsfläche des beweglichen Objektes 2 angenommen ist.As communication inductance 15 is a coil flat design, which is designed as a multilayer printed circuit board, wherein the individual turns are arranged one above the other on different layers of the circuit board and connected in series with each other by means of plated-through holes between the layers. In the 2 and 3 are schematically two possible positions of such a communication inductance 15 opposite a data line 1 shown, wherein in both cases, a vertical position of the coil center axis of the communication inductance 15 ie, a parallel position of the coil cross-sectional area, to the moving surface of the moving object 2 is accepted.

In 2 liegt die Spulenquerschnittsfläche parallel zu der Ebene, die durch die beiden Adern der als unverdrillte Zweidrahtleitung ausgebildeten Datenleitung 1 definiert wird, während sie in 3 senkrecht dazu liegt. Die Anordnung nach 2 ergibt sich, wenn die Datenleitung 1 parallel zur Bewegungsfläche des beweglichen Objektes 2 verlegt ist, d. h. wenn die durch Datenleitung 1 definierte Ebene parallel zur Bewegungsfläche des Objektes 2 liegt. Die Anordnung nach 3 ergibt sich, wenn die durch die Adern der Datenleitung 1 definierte Ebene senkrecht zur Bewegungsfläche des beweglichen Objektes 2 liegt ist. Beide Anordnungen sind grundsätzlich möglich.In 2 the coil cross-sectional area is parallel to the plane passing through the two wires of the unidirectional two-wire line data line 1 is defined while in 3 perpendicular to it. The arrangement after 2 arises when the data line 1 parallel to the movement surface of the moving object 2 is relocated, ie if by data line 1 defined plane parallel to the movement surface of the object 2 lies. The arrangement after 3 arises when passing through the wires of the data line 1 defined plane perpendicular to the movement surface of the moving object 2 is is. Both arrangements are possible in principle.

Die Abmessungen der Querschnittsfläche der Spule sind in einer Richtung so an den Adernabstand der Datenleitung 1 angepasst, dass die Spule bei der Anordnung nach 2 die Datenleitung 1 in deren Querrichtung deutlich überdeckt. In dem dargestellten Beispiel entspricht diese Überdeckung etwa dem Adernabstand. In der dazu senkrechten Richtung, welche in der Anordnung nach 2 der Längsrichtung der Datenleitung 1 entspricht, kann der Spulenquerschnitt gestreckt werden, um die Empfindlichkeit zu erhöhen, wobei die in den 2 und 3 dargestellte Rechteckform nur ein Beispiel darstellt. Grundsätzlich könnte die Spule auch eine abgerundete, z. B. elliptische Querschnittsform haben. The dimensions of the cross-sectional area of the coil are in one direction so at the wire pitch of the data line 1 adapted that the coil in the arrangement after 2 the data line 1 clearly covered in the transverse direction. In the example shown, this overlap corresponds approximately to the wire spacing. In the direction perpendicular thereto, which in the arrangement according to 2 the longitudinal direction of the data line 1 can be stretched, the coil cross-section to increase the sensitivity, the in the 2 and 3 illustrated rectangular shape is only an example. In principle, the coil could also be a rounded, z. B. have elliptical cross-sectional shape.

In 2 ist der Abstand der unteren Spulenendfläche der Kommunikationsinduktivität 15 von der durch die Adern der Datenleitung 1 definierten Ebene mit z gekennzeichnet, während in 3 der Abstand der unteren Spulenendfläche von der nächstliegenden der beiden Adern der Datenleitung 1 mit z gekennzeichnet ist. Mit y ist in 3 ein seitlicher Abstand Mittelachse der Kommunikationsinduktivität 11 von der durch die die Adern der Datenleitung 1 definierten Ebene gekennzeichnet. In 2 ist der Fall dargestellt, dass die Mittelachse der Kommunikationsinduktivität 15 genau über der dort strichpunktiert eingezeichneten Mittelachse der Datenleitung 1 liegt, d. h. dass der seitliche Abstand zwischen besagten Achsen y = 0 ist. Würde die Kommunikationsinduktivität 15 in 2 nach links oder rechts verschoben, so wäre dann y ≠ 0. Die induktive Kopplung zwischen der Datenleitung 1 und der Kommunikationsinduktivität 15 nimmt bei beiden Anordnungen mit zunehmenden Abstand y oder z ab.In 2 is the distance of the lower coil end surface of the communication inductance 15 from the through the wires of the data line 1 defined level marked with z while in 3 the distance of the lower coil end surface from the nearest of the two wires of the data line 1 marked with z. With y is in 3 a lateral distance central axis of the communication inductance 11 from which through the wires of the data line 1 marked level. In 2 the case is shown that the central axis of the communication inductance 15 exactly above the dot-dash line center axis of the data line 1 ie, that the lateral distance between said axes is y = 0. Would the communication inductance 15 in 2 shifted to the left or right, then y ≠ 0. The inductive coupling between the data line 1 and the communication inductance 15 decreases in both arrangements with increasing distance y or z.

Außer durch den Kopplungsfaktor der induktiven Kopplung zwischen der Datenleitung 1 und der Kommunikationsinduktivität 15 wird die Qualität einer induktiven Datenübertragung bei gegebener Sendeleistung auch von der Signaldämpfung durch die Datenleitung 1 und durch die Zuleitungen 9 und 14 zwischen dem Übertrager 13 und der Kommunikationsinduktivität 15 sowie zwischen dem Übertrager 8 und der Datenleitung 1 beeinflusst. Eine solche Dämpfung steigt bekanntlich mit zunehmender Leitungslänge an. Die Länge der Datenleitung 1 ist in 1 mit x gekennzeichnet. Auf eine Kennzeichnung der Längen der Zuleitungen 9 und 14 wurde in 1 verzichtet, wobei es für die Dämpfung auf deren Gesamtlänge L, welche die Summe der Einzellängen der Zuleitungen 9 und 14 darstellt, ankommt.Except by the coupling factor of the inductive coupling between the data line 1 and the communication inductance 15 The quality of an inductive data transmission at a given transmission power is also the signal attenuation by the data line 1 and through the supply lines 9 and 14 between the transmitter 13 and the communication inductance 15 as well as between the transmitter 8th and the data line 1 affected. Such attenuation is known to increase with increasing line length. The length of the data line 1 is in 1 marked with x. On a marking of the lengths of the supply lines 9 and 14 was in 1 omitted, it being for the attenuation on the total length L, which is the sum of the individual lengths of the leads 9 and 14 represents, arrives.

Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass zur Einhaltung einer akzeptablen Übertragungsqualität, d. h. zur Gewährleistung einer weitestgehend fehlerfreien Übertragung bei einer Bitrate von mindestens 50 MBit/s die vorausgehend erläuterten Abstände x und y sowie die Leitungslängen x und L gemeinsam eine bestimmte Bedingung einhalten müssen, wobei diese davon abhängt, ob die Orientierung. der Datenleitung 1 in Bezug auf die Kommunikationsinduktivität 15 der Situation von 2 oder derjenigen von 3 entspricht. Die Formeln zur Definition dieser Bedingung sind für diese beiden Fälle in den Unteransprüchen 8 bzw. 9 angegeben.The present invention provides that in order to maintain an acceptable transmission quality, ie to ensure a largely error-free transmission at a bit rate of at least 50 Mbit / s the previously explained distances x and y and the line lengths x and L together have to comply with a certain condition this depends on whether the orientation. the data line 1 in terms of communication inductance 15 the situation of 2 or that of 3 equivalent. The formulas for defining this condition are in the subclaims for these two cases 8th respectively. 9 specified.

Es versteht sich, dass die Erfindung auch auf Systeme mit wesentlich mehr als nur zwei beweglichen Objekten 2 und 2A, wie sie in 1 beispielhaft dargestellt sind, anwendbar ist. Des weiteren ist nicht allein die Kommunikation zwischen einer zentralen Steuereinheit 4 und mehreren beweglichen Objekten 2 und 2A von Interesse, sondern die beweglichen Objekte 2 und 2A können auch direkt miteinander kommunizieren und dies wäre grundsätzlich auch dann möglich, wenn keine zentrale Steuereinheit 4 vorhanden wäre, sondern die Datenleitung 1 an beiden Enden mit je einem Abschlusswiderstand 5 abgeschlossen wäre.It is understood that the invention also applies to systems having substantially more than just two moving objects 2 and 2A as they are in 1 are exemplified, is applicable. Furthermore, not only the communication between a central control unit 4 and several moving objects 2 and 2A of interest, but the moving objects 2 and 2A can also communicate directly with each other and this would in principle be possible even if no central control unit 4 would be present but the data line 1 at both ends, each with a terminating resistor 5 would be completed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10216422 A1 [0002]
WO 03/005380 A2 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard IEEE 802.11 [0004]
ITU G.9960 [0012]
IEEE P1901 [0012]
Standard IEEE 802.3 [0015]

Claims

Device for transmitting energy and for inductive communication to or with a tracked or rail-guided mobile object ( 2 ), along a path of movement of the object ( 2 ) extending energy transmission line passing through the object ( 2 ) can be removed during a movement of electrical energy, a parallel to the energy transmission line extending separate data line ( 1 ), at least one on the object ( 2 ) arranged magnetically with the data line ( 1 ) couplable communication inductance ( 15 ) and with one with the communication inductance ( 15 ) communication device ( 10 ), characterized in that the communication device ( 10 ) a modem ( 11 ) operating according to an orthogonal frequency division multiplexing method with a data rate of at least 50 Mbit / s.

Device according to claim 1, characterized in that the mode of operation of the modem ( 11 ) complies with the ITU G.9960 standard or the IEEE P 1901 standard.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the modem ( 11 ) via an amplifier ( 12 ) and / or a transformer ( 13 ) with the communication inductance ( 15 ) connected is.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that one end of the data line ( 1 ) at one with a central control unit ( 4 ) communication device ( 3 ), which is a modem ( 6 ) of the same kind as the communication device ( 10 ) of the movable object ( 2 ) having.

Device according to claim 4, characterized in that the modem ( 6 ) with the central control unit ( 4 ) communication device ( 3 ) via an amplifier ( 7 ) and / or a transformer ( 8th ) with the data line ( 1 ) connected is.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the modem ( 6 ) of the communication device ( 3 ) and / or the modem ( 11 ) of the communication device ( 10 ) has an Ethernet LAN connection according to the IEEE 802.3 standard as the user interface.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the data line ( 1 ) as an untwisted symmetrical two-wire line with a longitudinal central axis and the communication inductance ( 15 ) is formed as a coil of symmetrical cross-sectional shape.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the coil is designed as a multilayer printed circuit board and the individual windings are arranged on different layers of the circuit board and connected in series by means of plated-through holes between the layers.

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the coil on the movable object ( 2 ) is arranged so that its cross-sectional area in operation parallel to that through the wires of the data line ( 1 ) and that the length x in m of the data line ( 1 ), the lateral distance y in mm of the central axis of the coil from the longitudinal central axis of the data line ( 1 ), the shortest distance z in mm of a coil end face from that through the wires of the data line ( 1 ) and the sum L in m of the lengths of a coil with the communication device ( 10 ) of the movable object ( 2 ) connecting supply line ( 14 ) and one with the central control unit ( 4 ) communication device ( 3 ) with the data line ( 1 ) connecting supply line ( 9 ) at least approximately the condition

(100 * e ^{a * x} ) * (b * y ³ + c * y ² + d * y + 1) * (e * (z-10) ³ + f * (z-10) ² + g * (e.g. - 10) + 1) · (h · L ² + i · L + 1) ≥ 5

for the parameters a, b, c, d, e, f, g, h and i the following applies: -0.13 ≤ a ≤ -0.11 -1.75 · 10 ^-5 ≤ b ≤ -1 , 45 × 10 ^-5 3.0 × 10 ^-4 ≦ c ≦ 3.6 × 10 ^-4 -3.4 × 10 ^-3 ≦ d ≦ -2.7 × 10 ^-3 -3.9 × 10 ^-5 ≦ e ≦ -3.1 × 10 ^-5 2.7 × 10 ^-3 ≦ f ≦ 3.3 × 10 ^-3 -9.5 × 10 ^-2 ≦ g ≦ -7.7 × 10 ^-2 2.5 10 ^-5 ≤ h ≤ 3.1 x 10 ^-5 -8.4 x 10 ^-3 ≤ i ≤ -6.8 x 10 ^-3

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the coil on the movable object ( 2 ) is arranged so that its cross-sectional area in operation perpendicular to the through the wires of the data line ( 1 ) and that the length x in m of the data line, the lateral distance y in mm of the central axis of the coil from that through the wires of the data line ( 1 ), the shortest distance z in mm of a coil end surface from the nearest core of the data line ( 1 ) and the sum L in m of the lengths of a coil with the communication device ( 10 ) of the movable object ( 2 ) connecting supply line ( 14 ) and one with the central control unit ( 4 ) connected communication device ( 3 ) with the data line ( 1 ) connecting supply line ( 9 ) at least approximately the condition

(100 * e ^{a * x} ) * (c * y ² + d * y + 1) * (e * (z-10) ³ + f * (z-10) ² + g * (z-10) + 1 ) · (H · L ² + i · L + 1) ≥ 5

for the parameters a, c, d, e, f, g, h and i the following applies: -0.13 ≤ a ≤ -0.11 1.6 x 10^-4 ≤ c ≤ 2.1 · 10^-4 -2.6 x 10^-2 ≤ d ≤ -2.1 x 10^-2 -2.4 x 10^-5 ≤ e ≤ -2.0 x 10^-5 1.8 x 10^-3 ≤ f ≤ 2.2 · 10^-3 -7.5 · 10^-2 ≤ g ≤ -6.1 x 10^-2 2.5 x 10^-5 ≦ h ≦ 3.1 · 10^-5 -8.4 x 10^-3 ≤ i ≤ -6.8 x 10^-3