DE20205352U1

DE20205352U1 - Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung eines Informationssignals

Info

Publication number: DE20205352U1
Application number: DE20205352U
Authority: DE
Original assignee: Wampfler AG
Current assignee: Wampfler AG
Priority date: 2002-04-06
Filing date: 2002-04-06
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2012-04-07

Description

Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung eines
Informationssignals

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung eines Informationssignals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen werden bei Transportsystemen mit induktiver Leistungsübertragung zu elektrisch angetriebenen Fahrzeugen beispielsweise dazu eingesetzt, um Fahrzeugen in vorbestimmten Abständen ihre absolute Position entlang ihrer Wegstrecke zu signalisieren, oder besondere Stellen einer Strecke, wie Bahnverzweigungen oder vorgesehene Haltepunkte, zu markieren. Die induktive Leistungsübertragung zu beweglichen Verbrauchern ist als solche Stand der Technik. Sie ist unter anderem in der WO 92/17929 beschrieben.

Eine übliche Form gattungsgemäßer Vorrichtungen sind sogenannte Transponder, die bei Annäherung eines Fahrzeugs ein Funksignal von einem auf dem Fahrzeug angeordneten Sender empfangen und daraufhin auf einer anderen Frequenz ein Signal mit einem Positionscode zurücksenden. Ein derartiger Transponder bezieht in der Regel die gesamte zu seinem Betrieb benötigte Energie aus dem empfangenen Primärsignal des fahrzeugseitigen Senders, d.h. er ist nicht ständig in Betrieb, sondern wird erst durch die Annäherung des Senders aktiviert. Hierdurch wird vorteilhaft die Notwendigkeit der Bereitstellung einer eigenen Energieversorgung für den Transponder vermieden.

Nachteilig ist aber, daß ein Transponder ohne Eigenversorgung nur ein relativ kurzes und schwaches Signal zurücksenden kann, das nur mit einem entsprechend leistungsfähigen Empfänger zuverlässig empfangen und ausgewertet werden kann. Der geringe Aufwand auf der Seite des Transponders, insbesondere die Ersparnis der Energieversorgung, muß demzufolge mit einem hohen Aufwand bei dem fahrzeugseitigen Empfänger erkauft werden. Dies ist durchaus akzeptabel, solange die Zahl der Transponder groß im Verhältnis zur Zahl der Fahrzeuge ist, wird aber problematisch, wenn sich die Zahl der Fahrzeuge der Zahl der Transponder annähert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemäße Vorrichtung eine neue Lösung aufzuzeigen, die sich durch eine aufwandsarme Realisierung und durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß mit der zur induktiven Energieversorgung von Fahrzeugen vorgesehenen Leitung bereits eine Energiequelle vorhanden ist, die es ermöglicht, einen Sender während des Betriebes des Transportsystems kontinuierlich mit elektrischer Leistung zu versorgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Energieversorgung ebenso wie bei den Fahrzeugen durch induktive Übertragung erfolgt, da sich in diesem Fall die Installation eines Senders auf seine mechanische Anbringung in der Nähe der Leitung beschränkt und keinerlei elektrische Anschlußarbeiten erforderlich sind. Systemkonform und deshalb bevorzugt ist die Übertragung des Informationssignals zu den Fahrzeugen auf induktivem Weg, wobei unter dem Gesichtspunkt der elektromagnetischen Kompatibilität die Reichweite zweckmäßigerweise auf die Größenordnung einiger Zentimeter beschränkt werden sollte. Allerdings ist es durchaus auch denkbar, die Informationsübertragung durch ein Funksignal oder durch ein optisches Signal vorzunehmen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Streckenabschnitt eines Transportsystems mit daran angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen.

In den Figuren sind schematisch zwei parallel zueinander verlaufende Leiter la und Ib dargestellt, die zusammen einen Abschnitt einer Leitung 1 bilden. Das heißt, daß die Leiter la und Ib an einer in Fig. 2 nicht gezeigten Stelle schleifenförmig ineinander übergehen, oder dort durch ein Abschlußglied leitend miteinander verbunden sind. An einer anderen, ebenfalls nicht gezeigten Stelle sind die Leiter la und Ib an eine Einspeisungselektronik angeschlossen, die einen Wechselstrom mittlerer Frequenz, z. B. in der Größenordnung von 20 kHz, in die

Leitung 1 einspeist. Zu einem beliebigen Zeitpunkt fließt dieser Strom beispielsweise im Leiter la von der Einspeisungselektronik weg und im anderen Leiter Ib zu dieser zurück, wie es in Fig. 1 durch das Kreuz und den Punkt in den Leitern la und Ib angedeutet ist, oder umgekehrt. Die beiden Leiter la und Ib sind jeweils von einer Isolierung umgeben, die in den Figuren nicht eigens dargestellt ist.

Die Leitung 1 dient zur Übertragung elektrischer Energie zu mindestens einem Fahrzeug 4 ohne mechanischen oder elektrischen Kontakt. Hierzu ist auf dem Fahrzeug 4 ein Abnehmer 2 mit einer Spule 3 vorgesehen, die im Betrieb des Fahrzeugs 4 ähnlich dem Prinzip eines Transformators magnetisch mit der Leitung 1 gekoppelt ist. Im Gegensatz zum Transformator, bei dem Primär- und Sekundärseite möglichst eng gekoppelt sind, handelt es sich aber um ein lose gekoppeltes System. Durch die vergleichsweise hohe Betriebsfrequenz im Kilohertzbereich können auch große Luftspalte bis zu einigen Zentimetern überbrückt werden. Der Abnehmer 2 ist Bestandteil des entlang der Leitung 1 beweglichen Fahrzeugs 4 und liefert die elektrische Leistung zum Antrieb desselben.

Entlang der Bewegungsbahn des Fahrzeugs 4, dessen Fahrtrichtung 5 in Fig. 2 durch einen Pfeil dargestellt ist, befinden sich an bestimmten Stellen 6, 7 und 8 benachbart zu der Leitung Sender 9, die jeweils ein individuelles, zur Steuerung des Fahrzeugs 4 dienendes Informationssignal abgeben. Im Regelfall handelt es sich bei der gesendeten Information um einen Code, der die absolute Position des Senders 9 angibt, wodurch dem Fahrzeug 4 seine genaue Position beim Passieren des Senders 9 mitgeteilt wird. Dies setzt selbstverständlich voraus, daß das Informationssignal eine so geringe Reichweite hat, daß es der fahrzeugseitig vorgesehene Empfänger 14 nur in einer vorbestimmten, eng begrenzten Umgebung eines Senders 9 empfangen kann.

Die zu seinem Betrieb benötigte elektrische Leistung bezieht der Sender 9 aus dem Magnetfeld des benachbarten Leiters la der Leitung 1, wie es in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Hierzu verfügt der Sender 9 über eine Spule 10, die im Gehäuse 11 des Senders 9 so ausgerichtet ist, daß in ihr durch besagtes Feld eine Spannung induziert wird, wenn das Sendergehäuse 11 zu dem Leiter la in geeigneter Weise ausgerichtet ist. Die Feldlinien des von dem Leiter 1 a ausgehenden Feldes B verlaufen im Querschnitt kreisförmig um Punkte auf der sich über den Leiter la hinaus erstreckenden Verlängerung der Verbindungslinie der Mittelachsen der Leiter la und Ib. Daher bietet es sich an, wie in Fig. 2 gezeigt ist, das

Sendergehäuse auf der dem Leiter Ib abgewandten Seite des Leiters la so anzuordnen, das die Achse der Spule 10 senkrecht zu der durch die Mittelachsen der beiden Leiter la und Ib definierten Ebene verläuft und sich die Spule 10 etwa symmetrisch zu beiden Seiten dieser Ebene erstreckt. Hierdurch wird die Verkettung des von dem Strom im Leiter la erzeugten magnetischen Flusses mit der Spule 10 maximiert.

Gleichzeitig sollte die Spule 10 in der Nähe des Leiters la angeordnet sein, da die magnetische Flußdichte B im Bereich des Spulenquerschnitts und damit die in der Spule 10 induzierte Spannung mit zunehmender Entfernung von dem Leiter 1 a abnimmt. In der Nähe des Leiters la heißt in diesem Fall, daß die Entfernung von dem Leiter la zumindest nicht groß gegenüber dem Abstand der beiden Leiter la und Ib sein darf, da sich sonst die Feldbeiträge der beiden Leiter la und Ib annähernd gegenseitig kompensieren würden. Da die Leitung 1 in der Regel in einer von dem Fahrzeug 4 befahrenen Fahrbahn eingebettet ist, wird dies meistens in gleicher Weise auch bei dem Sender 9 der Fall sein.

Im Sender 9 speist die Spule 10 eine elektronische Schaltung 12, die eine Schnittstelle zur Eingabe eines digitalen Codes, einen nichtflüchtigen Speicher zur Speicherung dieses Codes, mindestens einen Oszillator zur Erzeugung eines Trägersignals, einen Modulator zur Erzeugung eines mit dem Code modulierten Signals, sowie einen Versorgungsteil zur Gleichrichtung, Stabilisierung und Pufferung der von der Spule 10 abgegebenen Spannung aufweist. Die genannten Komponenten dieser Schaltung 12 sind dem Fachmann geläufig und brauchen daher hier nicht näher erläutert zu werden. Als digitale Modulationsverfahren kommen beispielsweise Amplituden- oder Frequenzumtastung in Frage. Das mit dem gespeicherten Code modulierte elektrische Signal wird von der Schaltung 12 an eine Sendespule 13 abgegeben, die ein entsprechend moduliertes Magnetfeld als drahtloses übertragbares Informationssignal erzeugt.

Zum Empfang dieses Informationssignals ist an dem Fahrzeug 4 zusätzlich zu dem Energieabnehmer 2 mit der Spule 3 ein Datenempfänger 14 mit mindestens einer Empfangsspule 15 vorgesehen. Dabei ist der Datenempfänger 14 an dem Fahrzeug 4 so angebracht, daß dann, wenn das Fahrzeug 4 den Sender 9 passiert, bei korrekter Spurführung des Fahrzeugs 4 die Empfangsspule 15 der Sendespule 13 so nahe kommt, daß das Informationssignal von dem Datenempfänger 14 empfangen werden kann. Hierzu verlaufen die Achsen der Spulen 13 und 15 zweckmäßigerweise parallel zueinander, und die laterale

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Position des Empfangsspule 15 auf dem Fahrzeug 4 ist so gewählt, daß die Achsen der beiden Spulen 13 und 15 beim Passieren annähernd miteinander fluchten.

Die Empfangsspule 15 ist an eine in Fig. 2 nicht dargestellte Empfangsschaltung angeschlossen, welche die induzierte Spannung demoduliert und das so erhaltene Signal auf das Vorhandensein eines digitalen Codes hin auswertet. Dieser Code gibt, wie bereits erwähnt, die absolute Position des Senders 9 entlang der Bewegungsbahn des Fahrzeugs 4 an und erlaubt der auf dem Fahrzeug 4 vorhandenen Steuerelektronik eine exakte Bestimmung der eigenen Position.

Da das Feld des Stromes im Leiter la, das über die Spule 10 zur Energieversorgung des Senders 9 benutzt wird, dem von der Sendespule 13 erzeugten Feld überlagert ist, muß der Frequenzbereich des Informationssignals einen ausreichenden Abstand von der Betriebsfrequenz der Leitung 1 haben, damit sowohl im Datenempfänger 14, als auch im Sender 9 das vom Feld des Leiters la hervorgerufene Störsignal durch Filterung unterdrückt werden kann, wozu sowohl in dem Datenempfänger 14, als auch im Sender 9 entsprechende Schaltungskomponenten vorgesehen sind. Bei der eingangs erwähnten Betriebsfrequenz von 20 kHz kommt für den Frequenzbereich des Informationssignals beispielsweise eine Größenordnung von 100 kHz bis 1 MHz in Betracht.

Außer der Aussendung eines absoluten Positionscodes kommt als Funktion eines Senders 9 auch die Funktion eines Vorsignals in Frage. Dies ist in Fig. 1 in Gestalt der Sender 9 mit relativ kurzem Abstand an den Stellen 7 und 8 schematisch dargestellt. Der Sender 9 an der Stelle 7 hat lediglich die Aufgabe, ein in der Richtung 5 passierendes Fahrzeug 4 auf den nachfolgenden Sender an der Stelle 8 hinzuweisen, was nötig sein kann, falls das Fahrzeug 4 eine zu hohe Geschwindigkeit hat, um das Signal des Senders 9 an der Stelle 8 zuverlässig zu empfangen, oder falls das Fahrzeug an der Stelle 8 die Richtung wechseln oder anhalten soll. Das Fahrzeug 4 kann dann auf den Empfang des Hinweissignals von dem Sender 9 an der Stelle 7 hin abbremsen, um sich dem Sender 9 an der Stelle 8 ausreichend langsam anzunähern. Hierzu braucht der Sender 9 an der Stelle 7 selbst kein mit einem Code moduliertes Signal, sondern nur ein unmoduliertes Trägersignal abzugeben, welches von dem Datenempfänger 14 als Hinweissignal auf den nachfolgenden, ein codiertes Signal abgebenden Sender 9 an der Stelle 8 interpretiert werden kann.

Aufgrund der Symmetrie der Leitung 1 versteht es sich von selbst, daß der Sender 9 ebensogut nahe dem anderen Leiter Ib und der D atenemp fanger 14 dementsprechend auf der anderen Seite des Leistungsabnehmers 2 angeordnet sein könnte. Darüber hinaus eignet sich die Erfindung auch für ein System, bei dem zur induktiven Energieübertragung zu dem Fahrzeug 4 eine nur aus einem einzigen Leiter bestehende Leitung verlegt ist. Die Erfindung kann bei jeder Art von Transportsystem mit induktiver Energieübertragung, d.h. sowohl bei Systemen mit auf einer Fahrbahn lenkbaren Fahrzeugen, als auch bei Systemen mit schienengeführten Fahrzeugen, wie Elektrohängebahnen oder Schubplattenanlagen, eingesetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung eines Informationssignals zu einem entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn geführten Fahrzeug, zu dem elektrische Leistung induktiv von einer parallel zur Bewegungsbahn des Fahrzeugs verlaufenden Leitung aus über einen mit dieser magnetisch koppelbaren, fahrzeugseitigen Abnehmer übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ortsfest benachbart zur Bewegungsbahn des Fahrzeugs (4) angeordnet ist, und daß sie die zu ihrem Betrieb benötigte elektrische Leistung aus der Leitung (1) bezieht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die elektrische Leistung aus der Leitung (1) durch induktive Übertragung bezieht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Leistungsaufnahme eine Induktivität (10) aufweist, die so ausgerichtet ist, daß ihre Gegeninduktivität zu einem Leiter (1a) der Leitung (1) möglichst groß ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Energiespeicher aufweist, der bei Leistungsaufnahme zumindest zeitweise geladen wird und die Übertragung des Informationssignals auch bei schwankender Leistungsaufnahme ermöglicht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Informationssignal induktiv zu dem Fahrzeug (4) überträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Übertragung des Informationssignals eine zweite Induktivität (13) aufweist, die so ausgerichtet ist, daß ihre Gegeninduktivität zu einer auf dem Fahrzeug angeordneten, zum Empfang des Informationssignals bestimmten Induktivität (15) in einem vorbestimmten Positionsbereich des Fahrzeugs (4) in der Nähe der Vorrichtung (9) ausreichend groß ist, um die Übertragung des Informationssignals zu ermöglichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Abstand zwischen den beiden Induktivitäten (13, 15), über den das Informationssignal übertragbar ist, in der Größenordnung einiger Zentimeter liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal ein Funksignal geringer Reichweite ist, das von einem fahrzeugseitigen Empfänger in einem vorbestimmten Positionsbereich des Fahrzeugs in der Nähe der Vorrichtung (9) empfangbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal ein optisches Signal ist, und daß die Vorrichtung eine optische Sendeeinrichtung aufweist, die zu einer auf dem Fahrzeug zum Empfang des Informationssignals angeordneten optischen Empfangseinrichtung so ausgerichtet ist, daß in einem vorbestimmten Positionsbereich des Fahrzeugs in der Nähe der Vorrichtung (9) die Übertragung des Informationssignals möglich ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal einen die Position der Vorrichtung (9) angebenden Code enthält.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal ein Vorsignal für das Vorhandensein einer weiteren, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs nachfolgenden und einen Positionscode als Informationssignal abgebenden Vorrichtung (9) ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Informationssignal kontinuierlich abgibt.