DE102013019920A1

DE102013019920A1 - System, umfassend einen Transponder und ein relativ zum Transponder bewegbares Mobilteil

Info

Publication number: DE102013019920A1
Application number: DE201310019920
Authority: DE
Inventors: Dennis Rädle; Andreas Wanjek; Erik Treu; Zhidong Hua
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: DE102013019920B4

Abstract

System, umfassend einen Transponder (TP) und ein relativ zum Transponder (TP) bewegbares Mobilteil, wobei das Mobilteil eine Antennenleitung eines Senders (TX) aufweist und Antennenwicklungen von Empfängern (RX), wobei die Antennenwicklungen der Empfänger (RX) in einer geraden Linie angeordnet sind zur Bestimmung der relativen Position zwischen Transponder (TP) und Mobilteil, also zur Bestimmung der relativen Position des Transponders (TP) quer zur Fahrtrichtung des Mobilteils, wobei die jeweilige Antennenwicklung eines jeden Empfängers (RX) derart angeordnet ist, dass von dem von der Antennenleitung des Senders (TX) erzeugten magnetischen Fluss keine oder zumindest keine wesentliche Spannung in der jeweiligen Antennenwicklung des jeweiligen Empfängers (RX) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System, umfassend einen Transponder und ein relativ zum Transponder bewegbares Mobilteil.
Es ist allgemein bekannt, dass zwischen einem Modem, das einen Sender und einen Empfänger aufweist, und einem Transponder Daten übermittelbar sind.
Aus der DE 10 2010 028 993 A1 ist eine Antennenanordnung bei einem Transponderlesegerät bekannt.
Aus der DE 101 15 444 A1 ist ein Navigationsverfahren für ein autonomes Fahrzeug bekannt.
Aus der US 2012/0 197 477 A1 ist ein Sensorsystem für ein automatisch geführtes Fahrzeug bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System, umfassend einen Transponder und ein relativ zum Transponder bewegbares Mobilteil, weiterzubilden, wobei eine einfache Bestimmung der Position und/oder der Ausrichtung des Mobilteils ausführbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung sind bei dem System nach Anspruch 1, dass es einen Transponder und ein relativ zum Transponder bewegbares Mobilteil aufweist,
wobei das Mobilteil eine Antennenleitung eines Senders TX aufweist und Antennenwicklungen von Empfängern,
wobei die jeweilige Antennenwicklung eines jeden Empfängers derart angeordnet ist, dass von dem von der Antennenleitung des Senders TX erzeugten Fluss keine oder zumindest keine wesentliche Spannung in der jeweiligen Antennenwicklung des jeweiligen Empfängers erzeugt wird.
Von Vorteil ist dabei, dass die vom Sender gesendeten Signale nicht vom Empfänger empfangbar sind sondern nur das Antwortsignal des Transponders ist vom Empfänger empfangbar. Denn die Antennenwicklung des Empfängers ist derart angeordnet, dass der vom Sender erzeugte Fluss in einem ersten Teilbereich der von der Antennenwicklung des Empfängers umwickelten Fläche anders, insbesondere entgegengesetzt gerichtet ist wie der den anderen Teilbereich durchdringende, vom Sender erzeugte Fluss. Somit wird also keine Induktionsspannung in der Antennenwicklung des jeweiligen Empfängers erzeugt. Das vom Sender gesendete Signal wird vom Transponder empfangen und ein Anteil dort einerseits gleichgerichtet zur Versorgung der elektronischen Schaltung des Transponders und ein anderer Teil andererseits ausgewertet zum Empfang von Daten, die in einem Speicher des Transponders ablegbar sind. Die als Antwort zu sendenden Daten sendet die elektronische Schaltung über die Antennenwicklung des Transponders ab, wobei der so erzeugte Fluss von der Antennenwicklung des Empfängers empfangen und ausgewertet wird.
Wichtige Merkmale der Erfindung sind bei dem System nach Anspruch 2, dass es einen Transponder und ein relativ zum Transponder bewegbares Mobilteil aufweist,
wobei das Mobilteil eine Antennenleitung eines Senders TX aufweist und Antennenwicklungen von Empfängern,
wobei die jeweilige Antennenwicklung eines jeden Empfängers derart angeordnet ist, dass der von der Antennenleitung des Senders TX erzeugte magnetische Feldfluss in einem ersten Teilbereich der umwickelten Fläche der Antennenwicklung des Empfängers eine andere, insbesondere entgegengesetzt gerichtete, Richtung aufweist als im anderen Teilbereich,
insbesondere wobei die zum ersten Teilbereich gehörende Induktionsspannung im Wesentlichen betragsgleich zur zum anderen Teilbereich gehörenden Induktionsspannung ist.
Von Vorteil ist dabei, dass in der Antennenwicklung des Empfängers keine Induktionsspannung induziert wird, wenn der Sender sendet; jedoch wird Induktionsspannung von dem vom Transponder gesendeten Signal in der Antennenwicklung des Empfängers induziert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antennenleitung des Senders TX als Leiterbahn einer Leiterplatte ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Fertigung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antennenleitung des Senders TX mehradrig ausgeführt,
insbesondere wobei die Antennenleitung des Senders TX als Teil einer spiralförmig ausgeführten Antennenwicklung ausgeführt ist, insbesondere in einer einzigen Lage der Leiterplatte. Von Vorteil ist dabei, dass höhere Flüsse erzeugbar sind und somit eine größere Reichweite erreichbar ist. Somit ist der Transponder weiter entfernt anordenbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antennenwicklungen der Empfänger als Leiterbahnen einer Leiterplatte ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leiterplatte als mehrlagige Leiterplatte ausgeführt und die Antennenleitung des Senders TX in einer anderen Lage der Leiterplatte als eine oder mehrere Antennenwicklungen der Empfänger. Von Vorteil ist dabei, dass der Abstand zwischen Antennenwicklungen des Senders und des oder der Empfänger gering ist, wodurch auch die Streufelder gering sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Antennenleitung des Senders TX von einer Signalelektronik gespeist, der die Signale der Antennenwicklungen zugeführt werden. Von Vorteil ist dabei, dass eine Auswertung der von den Empfängern empfangenen Signale ermöglicht ist und somit die Bestimmung der Position, insbesondere der Position quer zur Fahrtrichtung, des Transponders. Der Transponder wiederum enthält die Information über seine Position in der Anlage oder über seine Identifikationsnummer, wobei die Signalelektronik anhand einer Landkarte, also einer Liste der zur Identifikationsnummer gehörenden Positionen in der Anlage diese Position bestimmbar macht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Transponder eine Antenne, insbesondere eine Rahmenantenne, insbesondere eine rechteckförmige oder polygonal verlaufende Antenne oder rund verlaufende, insbesondere kreisförmig ausgeführte, Antenne auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Antennenwicklungen des Senders, der Empfänger und des Transponders parallel zueinander ausrichtbar sind. Außerdem ist eine solche Rahmenantenne flächig ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Transponder an oder in der Fahrfläche angeordnet
und/oder der Transponder ist in Normalenrichtung der Leiterplatte von dieser beabstandet,
insbesondere wobei die Lagen der Leiterplatte voneinander beabstandet sind, insbesondere mittels eines elektrisch isolationsfesten Materials. Von Vorteil ist dabei, dass bei Überfahren des Transponders die Position des Transponders erkennbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist zur Bestimmung der Position des Mobilteils die Signalelektronik ein Mittel zur Bestimmung desjenigen Empfängers auf, welcher bei Empfang des vom Transponder gesendeten Signals das Signal mit der größten Amplitude aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass die Position in einfacher Weise bestimmbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Transponder ein Dauermagnet angeordnet, der insbesondere klebeverbunden ist mit dem Transponder. Von Vorteil ist dabei, dass das Gleichfeld des Magneten die Datenübertragung und Positionsbestimmung mittels des Transponders nicht stört. Somit ist die Ausrichtung des Mobilteils unabhängig von der Position bestimmbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Magnetisierungsrichtung des Dauermagneten quer zur Normalenrichtung der Fahrfläche ausgerichtet,
insbesondere ist also die Magnetisierungsrichtung parallel zur Fahrfläche ausgerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass die Ausrichtung einfach und fehlerarm bestimmbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist zur Bestimmung der Ausrichtung des Mobilteils relativ zum Transponder das Mobilteil in Reihe angeordnete, voneinander beabstandete Hallsensoren auf, deren Signale der Signalelektronik zugeführt werden,
insbesondere wobei das Mobilteil in einer geraden Linie angeordnete, voneinander regelmäßig beabstandete Hallsensoren aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass die Hallsensoren in einer anderen Lage der Leiterplatte als die Antennenwicklungen des Senders und/oder der Empfänger anordenbar sind. Insbesondere sind die Hallsensoren über den Antennenwicklungen der Empfänger anordenbar, also in Normalenrichtung über den Antennenwicklungen der Empfänger.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist schematisch dargestellt, wie ein Fahrzeug, also Mobilteil, welches ein Modem 1, ein Sender TX und die Empfänger RX aufweist, einen stationär angeordneten Transponder TP überfährt, wobei die Empfänger in einer geraden Linie angeordnet sind zur Bestimmung der relativen Position zwischen Transponder und Mobilteil, insbesondere zur Bestimmung der Position der relativen Position des Transponders quer zur Fahrtrichtung des Mobilteils.
Der Aufbau des Modems 1 ist in 2 näher dargestellt.
In der 2 ist das Mobilteil vor dem Überfahren des Transponders TP gezeigt, wobei das Mobilteil einen Mikrocontroller 20 aufweist, der mit dem Sender TX und den Empfängern RX verbunden ist.
In der 3 ist dargestellt, welche Flussanteile durch die Spulen der Empfänger RX geleitet werden.
In der 4 symbolisiert für jeden der Empfänger RX die jeweiligen Flussanteile als jeweilige Teilwicklungen mit Mittelanzapfung, wobei die jeweilige Induktionsspannung ε1, ε2, bis εn verwindet, wenn nur der Sender TX Sendeleistung erzeugt.
In der 5 ist in Seitenansicht gezeigt, dass der Transponder TP mit einem Dauermagneten verbunden ist, wobei das Mobilteil in einer geraden Linie angeordnete Hallsensoren zur Bestimmung der Ausrichtung des Mobilteils aufweist.
In der 6 ist die zugehörige Draufsicht gezeigt.
Wie in den Figuren gezeigt, weist das Fahrzeug, also Mobilteil, eine Signalelektronik, insbesondere mit Mikrocontroller 20 auf, welche eine Antenne eines Senders TX speist und die von den Antennen der Empfänger RX, also RX1, RX2, RX3, RX4 bis RXn, empfangenen Signale auswertet.
An einer Position der Fahrfläche ist ein Transponder TP angeordnet, welcher mit einem Dauermagneten (N, S) verbunden ist, dessen Magnetisierungsrichtung entlang der Fahrfläche ausgerichtet ist.
Das Mobilteil weist auch in Reihe angeordnete Hallsensoren (H1, H2, H3, H4) auf, deren Signale in der Signalelektronik ausgewertet werden, so dass die Ausrichtung des Mobilteils relativ zur Magnetisierungsrichtung des Dauermagneten bestimmbar ist. Somit ist also die Fahrtrichtung des Mobilteils von der Signalelektronik des Mobilteils bestimmbar.
Der Transponder TP wird nicht nur zur Datenübertragung genutzt, insbesondere als RFID-Transponder, sondern auch zur Positionsbestimmung des Mobilteils.
Mittels des Senders TX des Mobilteils wird ein Abfragesignal ausgesendet. Der Transponder weist eine elektronische Schaltung mit Speicher auf, wobei diese Schaltung aus dem vom Sender TX gesendeten, vom Transponder TP empfangenen Signal mit Energie versorgt wird.
Außerdem werden die vom Sender TX aufmoduliert gesendeten Daten empfangen und gegebenenfalls das Mobilteil betreffende Informationen im Speicher abgelegt. Der Transponder sendet auch ein Antwortsignal, in welchem beispielsweise eine Information über die Position des Transponders TP in der Fahrfläche enthalten ist.
Somit ist beim Überfahren des Transponders TP durch das Mobilteil die Position des Mobilteils innerhalb der Fahrfläche bestimmbar.
Die Antenne des Senders TX ist langgestreckt ausgeführt, insbesondere als Antennenwicklung mit der Wicklungszahl 1. Vorzugsweise ist die Antenne dabei als Leiterbahn einer Leiterplatte ausgeführt.
Die Antennen der Empfänger RX sind ebenfalls als Antennenwicklungen ausgeführt, insbesondere in einer anderen Lage der mehrlagig ausgeführten Leiterplatte. Die von jeder Antennenwicklung, also Antenne, eines jeden Empfängers RX umwickelte Fläche ist derart angeordnet, dass ein Teil des von der Antenne des Senders TX erzeugten Flusses (Φ1 entgegengesetzt gerichtet ist zu einem anderen Teil Φ2. Insgesamt sind die Flächenanteile für diese Flussanteile derart gewählt, dass vom Sender TX keine Spannung in der Antennenwicklung des jeweiligen Empfängers RX induzierbar ist. Dabei ist der erste Flussanteil Φ1 von der von der Antennenwicklung des Senders TX umwickelten Fläche erzeugt und der andere Flussanteil außerhalb.
Die senkrechte Projektion der Leiterbahn der Antenne TX in die die Antennenwicklung des Empfängers RX aufnehmende Ebene schneidet die umwickelte Fläche des Empfängers RX derart, dass die in den beiden Schnittresten unterschiedlich gerichteten Flusslinien insgesamt derart sind, dass keine Spannung vom Sender TX in dem jeweiligen Empfänger RX induzierbar ist.
Vorzugsweise schneidet die projizierte Leiterbahn die Antennenwicklung des Empfängers mittig.
Sobald jedoch der Transponder TP ein Antwortsignal sendet, induziert das zugehörige Feld, insbesondere Wechselmagnetfeld, eine Spannung ε in der Antennenwicklung des jeweiligen Empfängers RX1, RX2, RX3, RX4 bis RXn.
Der Transponder TP wird dabei vorzugswiese bei einer Frequenz zwischen 5 und 40 MHz betrieben. Die Antenne des Transponders TP ist – wie in der 1 oder 2 gezeigt – rechteckförmig ausführbar.
Die Signalelektronik ermittelt die Position des Mobilteils, indem derjenige Empfänger bestimmt wird, welcher das stärkste Empfangssignal aufweist, also die größte Amplitude aufweist. Da die Antennenwicklungen der Empfänger RX in einer Reihe quer und/oder transversal zur Fahrtrichtung des Mobilteils angeordnet sind, ist bei Überfahren des Transponders TP die Position des Mobilteils relativ zum Transponder TP bestimmbar. Die Ausrichtung des Mobilteils zum Transponder hingegen wird mittels der Signale der Hallsensoren bestimmt, welche das Magnetfeld des am Transponder TP angeordneten Dauermagneten bestimmbar machen.
Beim Überfahren des Transponders wird die Leiterplatte über den Transponder TP bewegt, wobei ein Abstand in Normalenrichtung der Leiterplatte vorhanden ist.
Die Antennenwicklung des Senders TX ist vorzugsweise mit der Windungszahl Eins ausgeführt oder bei Ausführung mit höherer Windungszahl spiralförmig gewickelt. Dabei ist der Abstand der Leiterbahnen innerhalb der Leiterplatte kleiner als ein Zehntel der kleinsten Ausdehnung der Antennenwicklung. In der 1 wurde die Antennenwicklung vereinfachend als einsträngige Antennenwicklung, also mit Windungszahl Eins dargestellt. Statt einer solchen einsträngigen Antennenwicklung ist die Antennenwicklung aber auch mit einer höheren Windungszahl, vorzugsweise Windungszahl Zwei, ausführbar. Dabei ist die zweite Windung von der ersten Windung im Wesentlichen konstant beabstandet und bildet somit eine unregelmäßige Spirale.
Mittels der Erfindung ist also ein System zur Bestimmung der relativen Position, insbesondere quer zur Fahrtrichtung, zwischen Mobilteil und Transponder, herstellbar und zur Bestimmung der relativen Ausrichtung des Mobilteils zu einem mit dem Transponder verbundenen Dauermagneten. Dabei werden Empfängerspulen derart am Mobilteil angeordnet, dass keine Induktionsspannung auftritt, wenn der Sender des Mobilteils aktiv ist, weil in der umwickelten Fläche jeder Empfängerspule der Fluss in verschiedenen Teilflächen verschiedene Vorzeichen aufweist. Vorteiligerweise wird nur das Signal des Tranpsonders von den Empfängerspulen empfangen und somit die Position bestimmbar, indem die Empfängerspule mit der höchsten Empfangsamplitude bestimmt wird.
Bezugszeichenliste

1: Modem
20: Mikrocontroller
TP: Transponder
TX: Sender
RX: Empfänger
H1: Hallsensor
H2: Hallsensor
H3: Hallsensor
H4: Hallsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010028993 A1 [0003]
DE 10115444 A1 [0004]
US 2012/0197477 A1 [0005]

Claims

System, umfassend einen Transponder (TP) und ein relativ zum Transponder (TP) bewegbares Mobilteil, wobei das Mobilteil eine Antennenleitung eines Senders (TX) aufweist und Antennenwicklungen von Empfängern (RX), wobei die jeweilige Antennenwicklung eines jeden Empfängers (RX) derart angeordnet ist, dass von dem von der Antennenleitung des Senders (TX) erzeugten magnetischen Fluss keine oder zumindest keine wesentliche Spannung in der jeweiligen Antennenwicklung des jeweiligen Empfängers (RX) erzeugt wird, wobei die Antennenleitung des Senders (TX) von einer Signalelektronik gespeist wird, der die Signale der Antennenwicklungen zugeführt werden, wobei zur Bestimmung der Position des Mobilteils die Signalelektronik ein Mittel zur Bestimmung desjenigen Empfängers (RX) aufweist, welcher bei Empfang des vom Transponder (TP) gesendeten Signals das Signal mit der größten Amplitude aufweist.
System, umfassend einen Transponder (TP) und ein relativ zum Transponder (TP) bewegbares Mobilteil, wobei das Mobilteil eine Antennenleitung eines Senders (TX) aufweist und Antennenwicklungen von Empfängern (RX), wobei die jeweilige Antennenwicklung eines jeden Empfängers (RX) derart angeordnet ist, dass der von der Antennenleitung des Senders (TX) erzeugte magnetische Feldfluss in einem ersten Teilbereich der umwickelten Fläche der Antennenwicklung des Empfängers (RX) eine andere; insbesondere entgegengesetzt gerichtete; Richtung aufweist als im anderen Teilbereich, wobei die Antennenleitung des Senders (TX) von einer Signalelektronik gespeist wird, der die Signale der Antennenwicklungen zugeführt werden, wobei zur Bestimmung der Position des Mobilteils die Signalelektronik ein Mittel zur Bestimmung desjenigen Empfängers (RX) aufweist, welcher bei Empfang des vom Transponder (TP) gesendeten Signals das Signal mit der größten Amplitude aufweist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum ersten Teilbereich gehörende Induktionsspannung im Wesentlichen betragsgleich zur zum anderen Teilbereich gehörenden Induktionsspannung ist.
System nach Anspruch 1, 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenleitung des Senders (TX) als Leiterbahn einer Leiterplatte ausgeführt ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenleitung des Senders (TX) mehradrig ausgeführt ist, insbesondere wobei die Antennenleitung des Senders (TX) als Teil einer spiralförmig ausgeführten Antennenwicklung ausgeführt ist, insbesondere in einer einzigen Lage der Leiterplatte.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwicklungen der Empfänger (RX) als Leiterbahnen einer Leiterplatte ausgeführt sind.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte als mehrlagige Leiterplatte ausgeführt ist und die Antennenleitung des Senders (TX) in einer anderen Lage der Leiterplatte als eine oder mehrere Antennenwicklungen der Empfänger (RX).
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (TP) eine Antenne, insbesondere eine Rahmenantenne, insbesondere eine rechteckförmige oder polygonal verlaufende Antenne oder rund verlaufende, insbesondere kreisförmig ausgeführte, Antenne aufweist.
System nach einem der Ansprüche 4, 5 oder, 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (TP) an oder in einer Fahrfläche angeordnet ist und/oder dass der Transponder (TP) in Normalenrichtung der Leiterplatte von dieser beabstandet ist, insbesondere wobei die Lagen der Leiterplatte voneinander beabstandet sind, insbesondere mittels eines elektrisch isolationsfesten Materials.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Transponder (TP) ein Dauermagnet angeordnet ist, insbesondere klebeverbunden ist mit dem Transponder (TP).
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetsierungsrichtung des Dauermagneten quer zur Normalenrichtung einer Fahrfläche ausgerichtet ist, insbesondere also die Magnetisierungsrichtung parallel zur Fahrfläche ausgerichtet ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Ausrichtung des Mobilteils relativ zum Transponder (TP) das Mobilteil in Reihe angeordnete, voneinander beabstandete Hallsensoren aufweist, deren Signale der Signalelektronik zugeführt werden, insbesondere wobei das Mobilteil in einer geraden Linie angeordnete, voneinander regelmäßig beabstandete Hallsensoren aufweist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenwicklungen der Empfänger (RX) in einer geraden Linie angeordnet sind zur Bestimmung der relativen Position zwischen Transponder (TP) und Mobilteil, also zur Bestimmung der relativen Position des Transponders (TP) quer zur Fahrtrichtung des Mobilteils,