DE19653522A1 - Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Energie und Daten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Zur Übertragung von Energie und Daten, z. B. von der Lenksäule zum Lenkrad eines Fahrzeugs, werden heute überwiegend flexible Leitungen eingesetzt. Beim Lenkrad wird hierzu eine sogenannte Wickelfeder verwendet. Die Wickelfeder hat den Nachteil, daß sie Geräusche verursacht, mechanisch empfindlich ist und auf­ grund ihres Aufbaus ungünstige EMV-Eigenschaften besitzt.

Berührungslose Verfahren auf optischer und induktiver Basis sind ebenfalls be­ kannt. Die optischen Verfahren haben den Nachteil, daß sie empfindlich sind ge­ genüber Verschmutzungen und größere Leistungen, z. B. für eine Lenkradheizung, nicht übertragen werden können.

Ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen ist aus der WO 94/01846 A bekannt. Dabei wird der als Übertrager dienende Transformator mit einer festen Rechteckfrequenz betrieben, die entsprechend der von der Primär- zur Sekundär­ seite zu übertragenden Energie moduliert wird. An den Schaltflanken wird zur Da­ tenübertragung in beiden Richtungen eine hochfrequente Schwingung angehängt. Die Übertragung von der Primär- zur Sekundärseite erfolgt dabei z. B. bei den stei­ genden Flanken, in der anderen Richtung erfolgt dann die Übertragung bei den fallenden Flanken.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Datenübertragungsrate in beiden Übertragungsrichtungen durch die Schaltfrequenz der Anregung für den Übertra­ ger begrenzt ist. Außerdem ist das Verfahren insoweit kritisch, als an den Schalt­ flanken immer hochfrequente Störungen auftreten, die die Datenübertragung stören können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das störsicher ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Übertragung der Leistung erfolgt durch Ansteuerung der Primärseite des Über­ tragers mit einem gleichspannungsfreien Wechselsignal. Das Wechselsignal selbst ist auch Träger der Information von der Primär- zur Sekundärseite. Die Codierung des in dieser Richtung übertragenen Signals kann durch eine Pulsweitenmodulati­ on des Wechselsignals erfolgen. Sie kann aber auch vorzugsweise mit einem Bi­ phase-Code-Modus vorgenommen werden. Auch dieser Code ist gleichspannungs­ frei und somit als Ansteuersignal für den Übertrager geeignet. Die Datenrate in der angegebenen Richtung ist damit gleich der Ansteuerfrequenz des Übertragers.

Die Datenübertragung in der anderen Richtung, beim gewählten Beispiel von der Sekundär- zur Primärseite, kann durch Aufmodulieren eines hochfrequenten Si­ gnals (HF-Burst) mit einer Frequenz von beispielsweise zwei MHz an definierten Stellen des Primärsignals. Diese Stellen liegen außerhalb der Schaltflanken des Primärsignals. Im Bereich der Schaltflanken der Primärseite werden somit keine Daten übertragen. Damit ist sichergestellt, daß durch die Schaltflanken verursachte Störungen des Datenverkehrs nicht irrtümlich als Informationssignal interpretiert werden.

Erfolgt die Übertragung in der zuletzt genannten (anderen) Richtung mit einer Fre­ quenz, die ein geradzahliges Verhältnis zur Übertragungsfrequenz in der erstge­ nannten Richtung besitzt, so läßt sich damit in der anderen Richtung auch die Übertragungsfrequenz erhöhen und eine größere Datenmenge in dieser Richtung übertragen. Ein derartiges Vorgehen bietet sich an im Falle des Beispiels Lenk­ rad/Lenksäule eines Fahrzeugs, in dem es sich bei der zweiten Richtung um die Übertragung von Informationen handelt, die im Lenkrad aufgegeben und zur Lenk­ säule übertragen werden sollen. Dadurch ist es möglich, beispielsweise im Lenkrad eine Vielzahl von Schaltern anzuordnen, deren Schaltzustand problemlos übertra­ gen und in eine entsprechende Beschaltung der zugehörigen Geräte umgesetzt wird.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Datenverkehrs zwischen relativ zu­ einander beweglichen Teilen und

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Realisierung des in Fig. 1 dargestellten Datenver­ kehrs.

Die Daten- und Energieübertragung erfolgt über einen als Transformator dienen­ den Übertrager 1 (Fig. 2) von einer Primärseite (in Fig. 2 mit P bezeichnet) zu einer Sekundärseite (S in Fig. 2) werden Energie und Daten übertragen. In der Gegen­ richtung, von S nach P werden lediglich Daten übertragen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich am Übertrager ein Signal, des­ sen Verlauf im Diagramm a von Fig. 1 dargestellt ist. Die Energieübertragung er­ folgt mit Hilfe eines getakteten Rechtecksignals R, das im Biphase-Code-Modus moduliert ist. Durch diese Modulation werden Daten von P nach S übertragen. Die­ se Daten sind beispielhaft im Diagramm c von Fig. 1 angegeben und führen zu dem im Diagramm a gezeigten Verlauf. Das Datum "1" führt innerhalb der Periode A für die Übertragung eines Bits zu keiner Änderung des Signals R, während die Information "0" zu einer Änderung zum Zeitpunkt Δ/2 führt. Nach jeder Periode wechselt das Rechtecksignal sein Vorzeichen.

Dem in dieser Weise entsprechend dem Inhalt der von P nach S übertragenen Daten modulierten Biphase-Code-Signal R ist ein höherfrequentes Signal für die Datenübertragung in der entgegengesetzten Richtung, d. h. von S nach P überla­ gert. Die Frequenz für die Datenübertragung von S nach P ist ein geradzahliges Vielfaches der Frequenz für die Datenübertragung von P nach S. Die Daten wer­ den von S nach P außerhalb der Schaltflanken des Signals R übertragen.

Im gezeigten Beispiel ist die Datenübertragungsrate von S nach P viermal so groß wie die Übertragungsrate von P nach S. Die Daten 1 werden durch Modulation des Rechtecksignals mit einer Hochfrequenz von beispielsweise 2 MHz, d. h. in Form von sogenannten HF-Bursts übertragen. Die dargestellten Bursts b entsprechen der Information 1. Die Information 0 ist dadurch ersichtlich, daß dann keine HF-Bursts auf den Übertrager ausgegeben werden. Die auf diese Weise von S nach P übertragenen Daten sind beispielhaft im Diagramm b von Fig. 1 gezeigt. Dabei zeigen die nach oben gerichteten kleinen Pfeile auf die jeweiligen Stellen des am Übertrager 1 vorliegenden Signals, an denen sich die den von S nach P übertra­ genen Daten zugeordneten HF-Bursts befinden.

Das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild zeigt primärseitig zur Übertragung der Daten von P nach S einen Modulator M_p, der eine entsprechend der von P nach S übertragenen Information modulierte Impulsfolge i erzeugt. Über eine nachgeschal­ tete H-Brücke H_p sowie einem Tiefpaß T_p wird das in Fig. 1, Diagramm a gezeigte Dual-Phase-Codesignal erzeugt und auf die Primärseite des Übertragers 1 gege­ ben.

Ebenfalls an der Primärseite des Übertragers angeschlossen ist ein Demodulator D_p über einen Bandpaß B_p angeschlossen. Damit wird die auf den Übertrager vor­ liegende, sekundärseitig aufgegebene Information (Diagramm b von Fig. 1) aus­ gewertet.

Sekundärseitig, d. h. an der Sekundärwicklung des Übertragers 1 angeschlossen, sind elektrische Verbraucher (nicht dargestellt), die durch einen symbolisch darge­ stellten Leistungsschalter L_s schaltbar sind. Es handelt sich dabei im Falle eines Lenkrads um eine Lenkradheizung oder eine im Lenkrad angeordnete Freisprech­ einrichtung eines Telefons. Damit wird die über den Übertrager übertragene Ener­ gie sekundärseitig auf die Verbraucher aufgeteilt.

Über einen Tiefpaß T_s ist ein Demodulator D_s angeschlossen, über den die dem Ansteuersignal des Übertragers aufgegebene Information ausgewertet wird. Diese Information ist identisch mit der am Modulator M_p vorliegenden Information. Damit wird der Informationsaustausch zwischen Primär- und Sekundärseite erreicht.

Schließlich befindet sich ein Modulator M_s am Übertrager mit seiner Sekundärseite über einen Hochpaß H_s. Damit wird die sekundärseitig aufgegebene Information in Form der HF-Bursts auf das sekundärseitig vorliegende Signals des Übertragers 1 aufmoduliert. Dieses Signal ist identisch mit dem am Demodulator D_p empfange­ nen Signal. Dadurch wird die Datenübertragung von der Sekundär- zur Primärseite erzielt.

Nicht dargestellt ist die Synchronisation von Modulator M_p und M_s. Dadurch wird erreicht, daß die von der Sekundär- zur Primärseite übertragene Information au­ ßerhalb der Schaltflanken des primärseitigen Biphase-Code-Signals auf dieses Signal aufgegeben wird. Dadurch werden Störungen, die an den Schaltflanken des Codesignals auftreten, vermieden und ein ungestörter Datenverkehr zwischen Se­ kundär- und Primärseite erreicht.

Claims (5)

1. Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Energie und Daten zwischen zwei Teilen, mit einem transformatorischen Übertrager, bestehend aus einer dem ei­ nen Teil zugeordneten Primärwicklung und einer dem anderen Teil zugeordne­ ten Sekundärwicklung, und mit einem rechteckförmigen Trägersignal auf der Primärseite, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung von der Primär- zur Sekundärseite durch Amplituden- und/oder Phasenmodulation des Trägersignals und die Datenübertragungung von der Sekundär- zur Primärseite außerhalb der Schaltflanken des Trägersignals vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenüber­ tragung in der einen Richtung mit einer höheren Frequenz als die Datenübertra­ gung in der anderen Richtung vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenüber­ tragungsfrequenzen für die beiden Richtungen in einem geradzahligen Verhält­ nis zueinander stehen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung von der Primär- zur Sekundärseite im Biphase-Code-Modus erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Datenübertragung von der Sekundär- zur Primärseite durch HF-Bursts vorgenommen wird.