DE10349242B3 - Contactless electrical coupling system for load current and data involves electrical wire carrying medium frequency AC and synchronization pulses and inductive coupling circuit in movable equipment - Google Patents
Contactless electrical coupling system for load current and data involves electrical wire carrying medium frequency AC and synchronization pulses and inductive coupling circuit in movable equipment Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung elektrischer Leistung und Information.The The invention relates to a device and a method for non-contact transmission of electrical Performance and information.
Aus der Veröffentlichung: BENYOUCEF, D. u. a.:, Spectral spreading by linear block codes for OFDM in Powerline Communications' 7th International OFDM-Workshop 2002 ist ein Verfahren zur Informationsübertragung bekannt; bei dem via OFDM, also ein orthogonal frequency-division multiplexing-Verfahren angewendet wird. Vorteilig ist dabei, dass auch bei ausgeprägten Störungen Daten von einem Sender zu einem Empfänger mit einer geringen Fehlerrate übertragen werden. Somit eignen sich solche Verfahren zur Datenübertragung auf industriellen Starkstromkabeln.Out the publication: BENYOUCEF, D. and others a.: Spectral spreading by linear block codes for OFDM in Powerline Communications' 7th International OFDM Workshop 2002 is a method of transmitting information known; at the via OFDM, that is an orthogonal frequency-division multiplexing method is applied. It is advantageous that even with pronounced disorders Transfer data from a sender to a receiver at a low error rate become. Thus, such methods are suitable for data transmission on industrial power cables.
Aus der Veröftentlichung: TIMOTHY, M. u. a.:, Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM', IEEE transactions on Communications, Vol. 45 No. 12, December 1997 S. 1613-1621, ist ein OFDM-Verfahren gezeigt, bei dem der Datenstrom einer inversen Fouriertransformation IFFT unterworfen wird und danach in einen seriellen Datenstrom umgewandelt wird, der nach Digital-Analogwandelung und Filterung über einen Sender gesendet wird auf mindestens einem Frequenzband. Der Empfänger führt die empfangenen Signale einem Analog-Digital-Wandler zu, dessen Ausgangsdatenstrom in parallele Daten umgewandelt wird und einer Fouriertransformation FFT zugeführt wird. Notwendig für eine korrekte FFT ist ein Synchronisationszeitpunkt. Dazu wird im Sender anfangs eine bestimmte Folge von Bitmustern an den Eingang der IFFT gelegt. Diese Folge kann auch als Pseudonoise Training Codes bezeichnet werden. Im Empfänger wird der empfangene, noch serielle Datenstrom von einem Teil des Empfängers auf Korrelation detektiert, wobei allerdings ein hohe Rechenleistung und entsprechende Hardware benötigt wird. Sobald die gesuchte Korrelation festgestellt wird, ist der Anfangszeitpunkt detektiert und es kann die FFT gestartet werden mit dem auf diese Weise bestimmten Synchronisationssignal für die FFT insbesondere nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit.Out the publication: TIMOTHY, M. u. a::, Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM ', IEEE transactions on Communications, Vol. 12, December 1997 pp. 1613-1621 an OFDM method in which the data stream is an inverse Fourier transform IFFT is subjected and then into a serial data stream is converted to digital-to-analog conversion and Filtering over a transmitter is transmitted on at least one frequency band. Of the receiver leads the received signals to an analog-to-digital converter, whose output data stream is converted into parallel data and a Fourier transform FFT supplied becomes. Necessary for one correct FFT is a synchronization time. This is in the transmitter initially a certain sequence of bit patterns to the IFFT input placed. This episode can also be referred to as pseudonoise training codes become. In the receiver The received, still serial data stream from a part of the receiver Correlation detected, but with a high computing power and appropriate hardware needed becomes. Once the desired correlation is found, the Start time detected and the FFT can be started with the thus determined synchronization signal for the FFT in particular after a predefinable delay time.
Aus der Veröffentlichung, Low-Complex Frame Synchronization in OFDM Systems' von Jan-Jaap van de Beek, Magnus Sandell, Michael Isaksson und Per Ola Börjesson, in: Proc. IEEE Int. Conf. Universal Personal Commun., Nov. 1995, pp. 982-986 ist ein OFDM Verfahren bekannt. Dort wird das Synchronisationssignal allerdings dadurch bestimmt, dass der Datenstrom einer Log-Likelihood Funktion zugeführt wird, die den Anfangszeitpunkt bestimmbar macht. Dabei ist allerdings ein hoher Rechenaufwand und entsprechende Hardware notwendig.Out the publication, Low-Complex Frame Synchronization in OFDM Systems' by Jan-Jaap van de Beek, Magnus Sandell, Michael Isaksson and Per Ola Börjesson, in: Proc. IEEE Int. Conf. Universal Personal Commun., Nov. 1995, pp. 982-986 is an OFDM Known method. There, however, the synchronization signal will be determined by the fact that the data stream of a log-likelihood function is fed which makes the start time determinable. It is, however a high computational effort and appropriate hardware necessary.
Aus
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verahren zur berührungslosen Übertragung elektrischer Leistung und Information weiterzubilden, wobei Information vom stationären auf das bewegliche Teil übertragbar sein soll, insbesondere einfach und kostengünstig.Of the Invention is therefore based on the object, a device and a method for contactless transmission electrical power and information, with information from stationary transferable to the moving part should be, especially simple and inexpensive.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Leistung und Information nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention Task in the device for non-contact transmission electrical power and information according to claim 1 and in the method according to the features specified in claim 7. Special embodiments The invention are specified in the subclaims.
Wesentliche
Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass die Vorrichtung
zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung und Information von einem ersten Teil auf
ein relativ zum ersten Teil bewegliches Teil vorgesehen ist,
wobei
das erste Teil einen Primärleiter
umfasst, der an eine Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle mit
einer ersten Frequenz angeschlossen ist, insbesondere an eine mittelfrequente
Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle,
wobei der bewegliche
Teil eine Sekundärwicklung umfasst,
die an den Primärleiter
elektromagnetisch, insbesondere magnetisch, gekoppelt ist,
wobei
auf den Primärleiter
zusätzlich
Signale mit einer höheren
Frequenz als die erste Frequenz aufgekoppelt oder aufmoduliert sind,
und
dass in Zeitbereichen, innerhalb derer der Werte des Stromes im
Primärleiter
kleiner ist als ein kritischer Stromwert I_krit, ein oder mehrere
Synchronisationspulse zusätzlich
auf den Primärleiter
aufgekoppelt oder aufmoduliert sind.Essential features of the invention in the apparatus are that the device is provided for non-contact transmission of electrical power and information from a first part to a movable part relative to the first part,
wherein the first part comprises a primary conductor connected to an AC or AC source having a first frequency, in particular to a medium frequency AC chip or alternating current source,
wherein the movable part comprises a secondary winding which is coupled to the primary conductor electromagnetically, in particular magnetically,
wherein additionally signals with a higher frequency than the first frequency are coupled or modulated onto the primary conductor,
and in time ranges within which the value of the current in the primary conductor is less than a critical current value I_crit, one or more synchronization pulses are additionally coupled or modulated onto the primary conductor.
Von Vorteil ist bei der Erfindung, dass Daten mittels Aufmodulation auf den Primärleiter übertragbar sind und ein besonders einfaches und wenig aufwendiges Synchronisationsverfahren anwendbar ist. Insbesondere ist die Länge der Frame-Prefix verringerbar. Im Burst-Mode übertragene Daten weisen einen höhere Nutzzeit auf, weil die Verzugszeit verringert ist. Der notwendige Aufwand an Hardware ist gering und daher auch kostengünstig vorsehbar.From Advantage is in the invention that data by modulating transferable to the primary conductor and a particularly simple and inexpensive synchronization method is applicable. In particular, the length of the frame prefix can be reduced. Transmitted in burst mode Data show a higher Useful time, because the delay time is reduced. The necessary Cost of hardware is low and therefore cost-predictable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen das bewegliche Teil und das erste Teil jeweils mindestens einen Empfänger oder einen Sender, wobei der Sender eine Transformationseinheit umfasst, die mit einem Synchronisationssignal frei gebbar ist, insbesondere nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit, und der Empfänger eine entsprechende Rücktransformationseinheit umfasst, die mit einem entsprechenden empfangenen Synchronisationssignal frei gebbar ist, insbesondere nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit, wobei das Synchronisationssignal aus einem oder mehreren Synchronisationspulsen bestimmbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass beliebige Transformationen verwendbar sind, die zur korrekten Durchführung ein Synchronisationssignal benötigen. Denn nach Erhalt des Synchronisationssignals kann die Transformation beziehungsweise Rücktransformation gestartet werden, insbesondere nach einer zusätzlichen vorgebbaren Verzögerungszeit. Somit führt die Rücktransformation der transformierten Daten wieder zum ursprünglichen Datenstrom. Es sind also auch alle Transformationen verwendbar, die einen Zeit-Nullpunkt zur korrekten Hin- und Rücktransformation benötigen.at an advantageous embodiment, the movable part and include the first part each at least one receiver or a transmitter, wherein the transmitter comprises a transformation unit provided with a synchronization signal freely chargeable, in particular after a predefinable delay time, and the receiver a corresponding back transformation unit comprising, with a corresponding received synchronization signal freely chargeable, in particular after a predefinable delay time, wherein the synchronization signal from one or more synchronization pulses is determinable. The advantage here is that any transformations are usable, which require a synchronization signal for correct implementation. Because after receiving the synchronization signal, the transformation or inverse transformation be started, in particular after an additional predetermined delay time. Thus leads the inverse transformation the transformed data back to the original data stream. There are So also all transformations usable, the one time zero point for correct back and forth transformation need.
Insbesondere ist die Transformation eine FFT oder IFFT, gehört also zur Klasse der Fouriertransformationen. Von Vorteil ist dabei, dass ein bekanntes Transformationsverfahren verwendbar und somit kostengünstig ausführbar ist.Especially If the transformation is an FFT or IFFT, it belongs to the class of Fourier transformations. The advantage here is that a well-known transformation process usable and therefore inexpensive executable is.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Sender mindestens einen Parallel-Seriell-Wandler und einen Digital-Analog-Wandler und der Empfänger umfasst mindestens einen Seriell-Parallel-Wandler und einen Analog-Digital-Wandler. Von Vorteil ist dabei, dass bekannte Standard-Bauteile notwendig sind und somit keine kostspieligen Sonderteile angefertigt werden müssen.at According to an advantageous embodiment, the transmitter comprises at least a parallel-to-serial converter and a digital-to-analog converter and the receiver comprises at least one Serial-to-parallel converter and an analog-to-digital converter. Advantageous is that known standard components are necessary and thus no expensive special parts need to be made.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Sender und Empfänger zur Durchführung eines OFDM-Datenübertragungs-Verfahrens vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Datenübertragungsrate erzielbar ist mit einer geringen Fehlerrate, obwohl auf der Übertragungsstrecke elektrische Leistung übertragen wird und die dabei auftretenden Störspannungen oder Störströme sehr groß sein können.at an advantageous embodiment are transmitter and receiver for execution an OFDM data transmission method intended. The advantage here is that a high data transfer rate achievable with a low error rate, although on the transmission link transmit electrical power is and the resulting interference or interference currents very can be big.
Wesentliche
Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass das Verfahren
zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung und Information von einem ersten Teil auf
ein relativ zum ersten Teil bewegliches Teil vorgesehen ist,
wobei
das erste Teil einen Primärleiter
umfasst, durch den ein Wechselstrom mit einer ersten Frequenz geleitet
wird, insbesondere mit einer Mittelfrequenz,
wobei der bewegliche
Teil eine Sekundärwicklung umfasst,
die an den Primärleiter
elektromagnetisch, insbesondere magnetisch, gekoppelt ist,
wobei
auf den Primärleiter
zusätzlich
Signale mit einer höheren
Frequenz als die erste Frequenz aufgekoppelt oder aufmoduliert werden,
und
dass in Zeitbereichen, innerhalb derer der Strom im Primärleiter
kleiner ist als ein kritischer Stromwert I_krit, ein oder mehrere
Synchronisationspulse zusätzlich
auf den Primärleiter
aufgekoppelt oder aufmoduliert werden.Essential features of the invention in the method are that the method for non-contact transmission of electrical power and information from a first part is provided on a relative to the first part movable part,
the first part comprising a primary conductor through which an alternating current is conducted at a first frequency, in particular at a center frequency,
wherein the movable part comprises a secondary winding which is coupled to the primary conductor electromagnetically, in particular magnetically,
wherein in addition to the primary conductor signals with a higher frequency than the first frequency are coupled or modulated,
and that in time ranges within which the current in the primary conductor is less than a critical current value I_krit, one or more synchronization pulses are additionally coupled or modulated onto the primary conductor.
Von Vorteil ist bei dem Verfahren, dass Daten mittels Aufmodulation auf den Primärleiter übertragbar sind und ein besonders einfaches und wenig aufwendiges Synchronisationsverfahren anwendbar ist. Insbesondere ist die Länge der Frame-Prefix verringerbar. Im Burst-Mode übertragene Daten weisen einen höhere Nutzzeit auf, weil die Verzugszeit verringert ist. Der notwendige Aufwand an Hardware ist gering und daher auch kostengünstig vorsehbar.From Advantage is the method that data by means of modulation transferable to the primary conductor and a particularly simple and inexpensive synchronization method is applicable. In particular, the length of the frame prefix can be reduced. Transmitted in burst mode Data show a higher Useful time, because the delay time is reduced. The necessary Cost of hardware is low and therefore cost-predictable.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Advantages emerge from the subclaims.
- 11
- Einspeisevorrichtungfeed device
- 22
- bewegliches Teilportable part
- 33
- induktive Kopplunginductive coupling
- 44
- Strom im Primärleiterelectricity in the primary conductor
- 55
- Synchronisationspulssynchronization pulse
Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der
In the
Das
System ist zur Energieübertragung
in bekannter Weise aufgebaut, also wie in der Schrift
Als
Strom
Wesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung, dass der Primärleiter zum genannten mittelfrequenten Strom zusätzlich Steuersignale oder andere Signale zur Informationsübertragung trägt.Essential is in the present invention that the primary conductor in addition to the said medium-frequency current control signals or other signals for information transmission wearing.
Bei
der Erfindung wird dazu ein Datenstrom mit einer höheren Frequenz,
beispielsweise aus dem MHz Bereich, von der stationären Einspeisevorrichtung
Der
Sender ist in schematischer Weise in
In
der
In
der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Synchronisation äußerst einfach und schnell ausgeführt ist. Der Anteil der Zeit für die Übertragung der Nutzdaten, also der eigentlich zu übertragenden Information, an der insgesamt für die Übertragung zur Verfügung stehenden Zeit ist erhöht. Außerdem ist bei Verwendung von Burst-Mode die Verzugszeit stark verkleinert und die Nutzzeit erhöht. Der Aufwand an Hardware ist sehr gering.advantage the method according to the invention is that synchronization is extremely easy and executed quickly is. The proportion of time for the transfer the payload, ie the information actually to be transmitted to the total for the transfer to disposal standing time is increased. Furthermore When using burst mode, the delay time is greatly reduced and the useful life increases. The amount of hardware is very low.
Vorteiligerweise hat der Puls eine Pulsdauer, die zwischen 0,5 und 3 μs liegt. Jedoch sind auch andere Pulsdauern vorteilhaft. Eine vorteilhafte Pulshöhe beträgt zwischen 0,1 V bis 10 V, wobei die Zahlenwerte von Stärke der Störungssignale abhängen, die wiederum in verschiedenen Anlagen verschieden groß sind.Advantageously, the pulse has a pulse duration which is between 0.5 and 3 μs. However, other pulse durations are also beneficial. An advantageous pulse height is between 0.1 V to 10 V, where the numbers depend on the strength of the fault signals, which in turn are different in different systems.
Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
werden statt eines Synchronisationspulses
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden die von der IFFT-Einheit transformierten Daten in einen Buffer geschrieben, der dann nach Erhalt des Synchronisationssignals sofort frei gebbar ist. Somit ist keine Verzögerungszeit im Empfänger zu berücksichtigen, wobei allerdings die FFT-Einheit des Empfängers wiederum eine gewisse Berechnungszeit benötigt. Dabei ist die Verzögerungszeit der Analog-Digital-Wandelung und die Verzögerungszeit der Digital-Analog-Wandelung zu berücksichtigen, insbesondere durch Voreinstellung.at further embodiments of the invention The data transformed by the IFFT unit is buffered written, then after receiving the synchronization signal immediately is freely available. Thus, there is no delay time in the receiver too consider, however, the FFT unit of the receiver in turn has some Calculation time needed. Here is the delay time the analog-digital conversion and the delay time the digital-to-analog conversion, in particular by Default.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen, bei denen die Anlage keine Störungen im Zeitbereich des Nulldurchgangs aufweist, sind auch die Synchronisationssignale verzichtbar und der Nulldurchgang selbst als Synchronisationssignal verwendbar.at further embodiments of the invention, where the system is no interference in the time range of the zero crossing, are also the synchronization signals dispensable and the zero crossing itself as a synchronization signal usable.
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