專利名稱：用于無接觸地對能量和數(shù)據(jù)信號進(jìn)行傳輸?shù)难b置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無接觸地傳輸能量的裝置、一種用于傳送數(shù)據(jù)信號的方法，
以及一種用于向可動負(fù)載無接觸地傳輸能量的設(shè)備。
背景技術(shù)：
W02004090918A1公開了一種與感應(yīng)式的能量傳輸系統(tǒng)聯(lián)合使用的通信系統(tǒng)，該能 量傳輸系統(tǒng)在同一條電纜上傳送通信信號并傳輸能量，其中，通信系統(tǒng)的頻率大于電力系 統(tǒng)的頻率。利用電感元件和電容元件或者陶瓷濾波器分離這些信號，所述電感元件和電容 元件或者陶瓷濾波器均匹配于較高的通信頻率。 US 20050087599A1公開了一種識別系統(tǒng)，其具有用于從RFID應(yīng)答器讀出數(shù)據(jù)的 閱讀器的雙天線線圈，在該識別系統(tǒng)中，通過電流生成用于為應(yīng)答器充電的磁場，所述電流 通過兩個基本相同且相位相反的天線線圈生成，這兩個天線線圈設(shè)置在從應(yīng)答器讀取數(shù)據(jù) 的區(qū)域附近。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在用于無接觸地傳輸能量的設(shè)備中簡化數(shù)據(jù)通信。 根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過按照權(quán)利要求1、2、3或4的特征所述的用于無接觸地
傳輸能量的裝置、通過按照權(quán)利要求9或10的特征所述的用于傳送數(shù)據(jù)信號的方法、通過
按照權(quán)利要求13的特征所述的用于向可動負(fù)載無接觸地傳輸能量的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的用于無接觸地傳輸能量的裝置——所述裝置包括拾波線圈/電動勢感應(yīng)
線圈(Pickup-Spule)、發(fā)送單元、接收單元和負(fù)載——的重要特征是，所述拾波線圈與初級
導(dǎo)線感應(yīng)耦合，在所述拾波線圈上連接著供能回路和數(shù)據(jù)信號回路，所述供能回路包括所
述負(fù)載，所述供能回路連同所述拾波線圈形成振蕩回路，至少所述供能回路和/或所述數(shù)
據(jù)信號回路包括頻率濾波器，所述接收單元與所述數(shù)據(jù)信號回路耦合，所述發(fā)送單元關(guān)于
所述接收單元的耦合部對稱地這樣連接在所述數(shù)據(jù)信號回路上，使得所述發(fā)送單元的信號
在所述接收單元中消失。在這里優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)送單元和接收單元一方面連接在同一個耦合
單元、拾波線圈上，另一方面可在發(fā)送單元不影響接收單元的情況下同時工作。因而一方面
可以緊湊地實(shí)現(xiàn)該裝置，另一方面可以不使用用于發(fā)送至接收單元的信號和從發(fā)送單元發(fā)
出的信號的分離電路。尤其例如可在總線仲裁時識別在發(fā)送過程中與其他用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)
沖突。而且也不必為發(fā)送和接收而選擇不同的頻率范圍。 在一種有利實(shí)施形式中，所述拾波線圈與初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，所述負(fù)載可由所 述拾波線圈供能，其中，所述發(fā)送單元與所述接收單元感應(yīng)耦合并與所述拾波線圈相連 接。這里優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種允許通過同一耦合單元無接觸地傳輸能量和進(jìn)行數(shù)據(jù) 通信的可選方式。因而能以較小的結(jié)構(gòu)尺寸和較少的材料消耗制造可動負(fù)載的提取 單元(Abnehmerkopf)。尤其是，將用于輸入耦合數(shù)據(jù)的單元和用于輸出耦合能量信號 (Leistungssignal)的單元集成為一個部件。
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在一種有利實(shí)施形式中，所述拾波線圈與初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，所述負(fù)載由所述拾 波線圈供能，其中，所述拾波線圈通過第一感應(yīng)耦合部和第二感應(yīng)耦合部與所述接收單元 耦合，所述發(fā)送單元通過所述第一感應(yīng)耦合部和所述第二感應(yīng)耦合部與所述接收單元耦 合，其中，所述拾波線圈的信號在這兩個耦合部中相疊加而所述發(fā)送單元的信號在這兩個 耦合部中對消。因此提供了一種裝置，利用該裝置，所述接收單元由于物理原理而檢測不到 發(fā)送單元的信號。高成本的濾波器可被取消。 在一種有利實(shí)施形式中，所述拾波線圈與初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，所述負(fù)載由所述拾 波線圈供能，其中，第一電感元件、第二電感元件、補(bǔ)償單元和所述拾波線圈包括在一串連 電路內(nèi)，所述發(fā)送單元與在所述第一電感元件和所述第二電感元件之間的連接部相連接， 并與在所述補(bǔ)償單元和所述拾波線圈之間的第二連接部相連接，接收裝置連接在第三電感 元件上，所述第三電感元件與所述第一電感元件和所述第二電感元件感應(yīng)耦合，其中，所述 第一 電感元件和所述第二電感元件沿相同方向巻繞。 在一種有利實(shí)施形式中，第一電感元件、第二電感元件、補(bǔ)償單元和拾波線圈如此 相互匹配，使得所述發(fā)送單元的信號在所述第一電感元件和所述第二電感元件中分別產(chǎn)生 一個磁場，其中，所述兩個磁場在所述第三電感元件中對消。在這里優(yōu)點(diǎn)在于，提供了廉價 的構(gòu)造方式，借助于這種構(gòu)造方式，發(fā)送信號在接收側(cè)消失。 在一種有利實(shí)施形式中，負(fù)載與第一、第二電感元件并聯(lián)。在這里優(yōu)點(diǎn)在于，對于 第一、第二電感元件的平衡而言無需考慮負(fù)載。 在一種有利實(shí)施形式中，補(bǔ)償單元與拾波線圈構(gòu)造成相同的。在這里優(yōu)點(diǎn)在于，能 夠在較大的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)送單元信號在第三電感元件中的對消，因此模擬了拾波線圈 的特別是由芯部引起的非線性頻率曲線。 在一種有利實(shí)施形式中，所述拾波線圈在第一區(qū)域中巻繞在鐵磁芯上，其中，所述 芯部至少部分地包圍所述初級導(dǎo)線的一部段，所述補(bǔ)償單元包括一巻繞在所述鐵磁芯的第 二區(qū)域中的線圈。因而提供了一種廉價的用于在補(bǔ)償單元中模擬拾波線圈的頻率曲線的實(shí) 施形式。 在一種有利實(shí)施形式中，所述負(fù)載與所述拾波線圈并聯(lián)。在這里優(yōu)點(diǎn)在于，流過負(fù) 載的電流不一定要流過補(bǔ)償單元。 在一種有利實(shí)施形式中，所述能量信號是頻率在10kHz至100kHz之間的、尤其是 25kHz的中頻交變電流。 在一種有利實(shí)施形式中，所述能量信號向所述初級導(dǎo)線提供的電流強(qiáng)度超過10A、 尤其是超過50A。因此可以在kW范圍內(nèi)執(zhí)行無接觸的驅(qū)動功率供給。 在一種有利實(shí)施形式中，所述數(shù)據(jù)信號位于一頻帶中，所述頻帶高于所述能量信 號的頻率，尤其是高于所述能量信號的頻率的兩倍。在這里優(yōu)點(diǎn)在于，能量信號對數(shù)據(jù)信號 的干擾被降至最低。 在一種有利實(shí)施形式中設(shè)有至少一個頻率濾波器，借助于所述頻率濾波器，所述 能量信號能夠與所述數(shù)據(jù)信號分離。因而可截止將所述數(shù)據(jù)信號輸入到所述負(fù)載。優(yōu)選地， 在所述負(fù)載的所述網(wǎng)路(Masche)或者能量信號回路中設(shè)置帶通濾波器，在此，所述帶通濾 波器的中心頻率匹配于所述初級導(dǎo)線中的所述能量信號頻率。因而避免由于負(fù)載的影響而 干擾數(shù)據(jù)傳送。另外，在負(fù)載中不消耗不必要的、原本設(shè)置用于數(shù)據(jù)通信的能量。因而可用較小的發(fā)送功率傳送數(shù)據(jù)。 本發(fā)明的用于向可動負(fù)載單元傳送數(shù)據(jù)信號的方法——其中負(fù)載單元通過感應(yīng) 式的諧振耦合無接觸地由初級導(dǎo)線供能——的重要特征是，將所述數(shù)據(jù)信號饋入所述初級 導(dǎo)線中，所述數(shù)據(jù)信號在所述可動負(fù)載中感生出一信號，將在所述可動負(fù)載中感生出的信 號通過所述負(fù)載單元中的感應(yīng)耦合部傳送至接收單元。 負(fù)載單元優(yōu)選包括耦合單元和負(fù)載如電驅(qū)動裝置。這里優(yōu)點(diǎn)在于，數(shù)據(jù)信號和能 量信號可通過一共同的媒介來傳送。由于接收單元在負(fù)載單元中的感應(yīng)耦合，可實(shí)現(xiàn)發(fā)送 單元的在工作中不干擾接收單元的中間連接。 本發(fā)明的用于從第一可動負(fù)載單元向位置固定的接收站或者向另一可動負(fù)載單 元傳送數(shù)據(jù)信號的方法——其中，所述第一負(fù)載單元通過感應(yīng)式的諧振耦合由初級導(dǎo)線無 接觸地供能，所述接收站與所述初級導(dǎo)線耦合——的重要特征是，發(fā)送單元將所述數(shù)據(jù)信 號饋入第一負(fù)載單元的兩個電感元件中，其中每個電感元件都與接收單元感應(yīng)耦合，饋入 電感元件中的所述數(shù)據(jù)信號被傳送給所述拾波線圈，被傳送給所示拾波線圈的所述數(shù)據(jù)信 號在所述初級導(dǎo)線中感生出一信號，在初級導(dǎo)線中感生出的信號由接收站或者由另一可動 負(fù)載單元檢測。優(yōu)點(diǎn)在于，在不為發(fā)送和接收使用不同頻帶、或者不使用濾波工藝、或者不 為發(fā)送和接收分配時段的情況下，在同一個負(fù)載單元內(nèi)避免了發(fā)送信號串?dāng)_進(jìn)入接收單元 中。因而可以執(zhí)行誤差監(jiān)控，其中不要求回復(fù)和/或確收。 在一種有利實(shí)施形式中，從所述兩個電感元件通過相應(yīng)的耦合傳送至所述接收單 元的信號彼此對消。在這里優(yōu)點(diǎn)在于，從初級導(dǎo)線耦合輸入負(fù)載單元中的數(shù)據(jù)信號不需要 高成本的電路就可與由負(fù)載單元自身生成的數(shù)據(jù)信號區(qū)分開來。特別是通過負(fù)載單元可以 識別，在初級導(dǎo)線上在總線時序的一個時段中是否具有另一數(shù)據(jù)信號作為從負(fù)載單元耦合 輸入的數(shù)據(jù)信號。例如要從負(fù)載單元耦合輸入低電平，而在初級導(dǎo)線上卻存在高電平。負(fù) 載單元因而可在發(fā)送過程中確定存在數(shù)據(jù)沖突?；蛘撸远囝l載波方法耦合輸入一信道 的高電平，而在初級導(dǎo)線上卻存在其他信道的高電平。利用本發(fā)明可在不花費(fèi)設(shè)備投資的 情況下識別這些情況。 本發(fā)明的用于向可動負(fù)載單元無接觸地傳輸能量的設(shè)備——其中通過用于無接 觸地傳輸能量的初級導(dǎo)線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信——的重要特征是，所述負(fù)載單元均具有發(fā)送單元 和接收單元，其中，所述發(fā)送單元對稱地與所述接收單元如此耦合，使得所述發(fā)送單元的信 號在所述接收單元上消失。因而數(shù)據(jù)通信可借助于總線協(xié)議執(zhí)行，尤其是可識別總線沖突 禾口執(zhí)行仲裁方法(Arbitrierimgsverfahren)。 在一種有利實(shí)施形式中，接收單元和發(fā)送單元與一線圈耦合，所述線圈與所述初 級導(dǎo)線感應(yīng)耦合。優(yōu)選的是，所述線圈是用于從所述初級導(dǎo)線接收能量的拾波線圈。因而 可通過所述用于無接觸地供能的系統(tǒng)實(shí)施數(shù)據(jù)通信，其中，甚至也可將無接觸地供能的耦 合元件用于數(shù)據(jù)通信。 在一種有利實(shí)施形式中，數(shù)據(jù)通信的總線協(xié)議包括仲裁方法。因此，有利地，在開 始數(shù)據(jù)通信時，總線用戶將一認(rèn)證(Identifizierimg)調(diào)制到總線上并同時監(jiān)聽總線，從 而識別其他也在進(jìn)行發(fā)送的總線用戶，并在自身優(yōu)先權(quán)較低的情況下中斷發(fā)送。因此，本發(fā) 明設(shè)備有利地利用CAN總線工作。因此，也可識別其他總線系統(tǒng)中的總線沖突并可實(shí)施沖 突避免。
其他優(yōu)點(diǎn)由從屬權(quán)利要求得出。本發(fā)明不局限于這些權(quán)利要求的特征組合。對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員，特別是從所提出的任務(wù)和/或通過與現(xiàn)有技術(shù)相比而提出的任務(wù)中，得 到這些權(quán)利要求和/或單項權(quán)利要求特征和/或說明書的和/或附圖的特征的其他合適的 可能組合。附圖標(biāo)記列表:1初級導(dǎo)線2發(fā)電機(jī)3用戶20用戶4拾波線圈21電容元件5發(fā)送線圈22電感元件6接收線圈23補(bǔ)償單元10發(fā)送單元24芯部ll接收單元25隔流電容器12負(fù)載30線圈13電感元件31芯部14電感元件40饋線15電感元件41回線16耦合芯部42拾波線圈17繞組取向43補(bǔ)償線圈18繞組取向44E形線圈芯19隔流電容器


現(xiàn)在結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
在附圖中 圖1示出一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于無接觸地供能的裝置；
圖2示出本發(fā)明的一種用于無接觸地供能的裝置；
圖3示出本發(fā)明的另一種用于無接觸地供能的裝置； 圖4示出一種拾波線圈，其具有本發(fā)明的一種用于無接觸地供能的裝置的補(bǔ)償單 元。
具體實(shí)施例方式
圖1示出伸長的初級導(dǎo)線1，發(fā)電機(jī)2將頻率和振幅基本恒定的中頻交變電流饋入 該初級導(dǎo)線1中。優(yōu)選采用10kHz至100kHz之間的頻率。 在初級導(dǎo)線1上耦合有一用戶3。用戶3包括一拾波線圈/電動勢感應(yīng)線圈4，通 過拾波線圈4可從初級導(dǎo)線1獲取感生功率，用以給負(fù)載供能。此外，在用戶3內(nèi)拾波線圈 4與電容元件形成振蕩回路，該振蕩回路的振蕩頻率匹配于被饋入的初級導(dǎo)線電流的頻率。 該電容元件通過至少一個電容器來實(shí)現(xiàn)，該電容器與拾波線圈4串聯(lián)或并聯(lián)。
如箭頭所示，用戶3可沿伸長的初級導(dǎo)線1移動。 用戶3還包括連接在發(fā)送單元上的發(fā)送線圈5和連接在接收單元上的接收線圈6。
8發(fā)送線圈5將數(shù)據(jù)信號調(diào)制到初級導(dǎo)線1上，與此同時接收線圈6接收由另一發(fā)送線圈調(diào) 制到初級導(dǎo)線l上的數(shù)據(jù)信號。用于這些數(shù)據(jù)信號的頻帶高于能量供給的信號的頻率。
發(fā)送線圈5和接收線圈6彼此分離并且與拾波線圈4分離，以便避免相互干擾。
圖2示出一種根據(jù)本發(fā)明的用于無接觸地供能的裝置的用戶20的框圖。
拾波線圈4與初級導(dǎo)線1感應(yīng)耦合。拾波線圈4為負(fù)載12供能。為與初級導(dǎo)線 1耦合，在負(fù)載12上設(shè)置有元件以與拾波線圈4形成振蕩回路，該振蕩回路的振蕩頻率匹 配于初級導(dǎo)線1中的能量信號的恒定頻率。能量信號的頻率優(yōu)選在10kHz至100kHz之間。 特別是，與拾波線圈4至少并聯(lián)或串聯(lián)有一匹配網(wǎng)絡(luò)(Anpassnetzwerk)、一電容器或者另 一電容元件，用以形成振蕩回路。 如圖1中的箭頭所示，用戶3可沿伸長的初級導(dǎo)線1移動。 用戶20包括接收單元ll，接收單元11通過第一電感元件13、第二電感元件14和 第三電感元件15與拾波線圈4感應(yīng)耦合。在此，第一電感元件13和第二電感元件14沿相 同方向巻繞。因而從拾波線圈4流過第一電感元件13和第二電感元件14的電流在第三電 感元件15中產(chǎn)生磁場，其中，由第一電感元件和第二電感元件造成的結(jié)果在結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)。
因此，初級導(dǎo)線1中的被調(diào)制到中頻電流上的數(shù)據(jù)信號由拾波線圈4接收，并且該 數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖至少部分地流過第一電感元件13和第二電感元件14。 該數(shù)據(jù)信號是由電感連接或電流連接在初級導(dǎo)線上的另一用戶調(diào)制的。第一電感元件13 和第二電感元件14分別在第三電感元件15中感生出一個信號。這些電感元件這樣相互耦 合，使得兩個信號增強(qiáng)。所得到的信號由接收單元11檢測，接收單元11通過用于過濾干擾 信號的隔流電容器19連接在第三電感元件15上。優(yōu)選的是，接收單元11與拾波線圈4的 感應(yīng)耦合通過被插入電感元件13、 14、 15中或者以其他方式與這些電感元件13、 14、 15相連 接的鐵磁芯來改善。 負(fù)載12經(jīng)由帶通濾波器連接在拾波線圈4上，該帶通濾波器由電容元件21和電 感元件22構(gòu)成。因此，該帶通濾波器充當(dāng)頻率濾波器，其中心頻率匹配于能量信號的頻率。 數(shù)據(jù)信號因此被截止。 在改進(jìn)形式中，第一電感元件13和第二電感元件14均串聯(lián)有隔流電容器25，這些 隔流電容器25截止能量信號，然而卻允許數(shù)據(jù)信號通過。因此，能量信號不流過電感元件 13、14。隔流電容器25因此充當(dāng)頻率濾波器，尤其充當(dāng)高通濾波器。在其他改進(jìn)形式中，使 用復(fù)雜的更高階的高通濾波器。 對于數(shù)據(jù)信號，使用高于能量信號頻率的載波頻率。因而數(shù)據(jù)信號在用戶中不抵 達(dá)負(fù)載12，而是到達(dá)電感元件13和14。 如果要將一數(shù)據(jù)信號從用戶傳送至初級導(dǎo)線1以與另一通信用戶通信，則發(fā)送單 元10生成一電流脈沖，該電流脈沖被分配給第一電感元件13和第二電感元件14。
為了確定分配比例，設(shè)置有一補(bǔ)償單元23 。該補(bǔ)償單元優(yōu)選被構(gòu)造為線圈，并且模 擬拾波線圈4的復(fù)阻抗和/或電感。此時，第一電感元件13和第二電感元件14的繞組表 現(xiàn)得彼此相反，拾波線圈4和補(bǔ)償單元23的復(fù)阻抗同樣也是彼此相反的。因此，由發(fā)送單 元產(chǎn)生的電流在第一電感元件13和第二電感元件14中分別產(chǎn)生一磁場，其中，這些磁場在 第三電感元件15中恰好相互對消。另外，電感元件13和14是沿相同方向巻繞的，所得到 的磁場在所述各電感元件的線圈軸線中是反向平行的。由于所述對消，接收單元11不會靈敏地對信號單元10的信號做出反應(yīng)——盡管信號單元10將信號饋入拾波線圈4的回路中 而接收單元11監(jiān)視拾波線圈4。發(fā)送信號的分離通過接收單元11的回路中的第二耦合部 實(shí)現(xiàn)，該第二耦合部是通過第二電感元件14和第三電感元件15之間的第二耦合建立的。
優(yōu)選的是，在采用仲裁方法的總線系統(tǒng)(例如CAN總線)中可使用發(fā)送信號和接 收信號的這種分離。這里，用戶以發(fā)送認(rèn)證作為開始，并在發(fā)送的同時監(jiān)控總線上的沖突。
因此，拾波線圈4、電容元件21、電感元件22、負(fù)載12和補(bǔ)償單元23形成供能回 路，用以向負(fù)載12供能。 因此，拾波線圈4、隔流電容器25、電感元件13、14和補(bǔ)償單元23形成數(shù)據(jù)信號回 路，該回路用于將數(shù)據(jù)信號從拾波線圈4傳送至感應(yīng)耦合的接收單元ll，并將數(shù)據(jù)信號從 相對于接收單元11對稱連接的發(fā)送單元10傳送至拾波線圈4。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)送單 元10的關(guān)于接收單元11的耦合部對稱的連接使得發(fā)送單元10的信號在第三電感元件15 中消失，這種對稱連接是通過相對于第一電感元件13和由拾波線圈4給出的電感元件的參 數(shù)大小來確定第二電感元件14和補(bǔ)償單元23的參數(shù)而造成的。因此可靠地避免發(fā)送單元 10的信號串?dāng)_進(jìn)入接收單元11中，而無需在發(fā)送過程中高成本地斷開接收單元11或反之 (在接收過程中斷開發(fā)送單元10)。
圖3示出本發(fā)明另一實(shí)施例的框圖。 在此，負(fù)載12與拾波線圈4并聯(lián)，而在圖2中負(fù)載12與第一電感元件13和第二 電感元件14的串聯(lián)電路并聯(lián)。 因此，由拾波線圈4接收的、輸入負(fù)載的負(fù)載電流不必流過補(bǔ)償單元23。由此降低 歐姆損耗。 補(bǔ)償單元23包括具有芯部31的線圈30。這樣確定線圈30和芯部31的參數(shù)，使 得對具有芯部24的拾波線圈4進(jìn)行平衡/補(bǔ)償，從而使發(fā)送單元10的信號在第三電感元 件15中恰好對消并且不被接收單元11檢測到。線圈30具有芯部31，以便盡可能接近拾波 線圈4的非線性特征曲線，該特征曲線自身通過芯部24的鐵磁性材料的飽和效應(yīng)形成。因 此，通過由發(fā)送單元10和補(bǔ)償單元23組成的回路來實(shí)現(xiàn)對由發(fā)送單元10和拾波線圈4組 成的回路的盡可能精確的模擬，以便在第三電感元件15中相互對消相應(yīng)的感生信號。
與根據(jù)圖3的變型方案相比，負(fù)載12相對第一電感元件13與第二電感元件14的 串聯(lián)電路的并聯(lián)具有下列優(yōu)點(diǎn)在確定補(bǔ)償單元23的參數(shù)時無需考慮負(fù)載12。因而改善 了在第三電感元件15中的對發(fā)送信號的補(bǔ)償。 可選地，電容元件21和電感元件22形成使發(fā)送單元10的信號不能通過的帶通。 由此在根據(jù)圖3的變型方案中在補(bǔ)償單元中可不考慮負(fù)載。帶通的質(zhì)量和寬度可通過其他 的電容元件、電感元件和電阻元件來改善或者增強(qiáng)。
圖4示出補(bǔ)償單元的一種簡單變型。 初級導(dǎo)線包括饋線40和回線41。拾波線圈42與饋線40感應(yīng)耦合，其中，拾波線 圈42巻繞在鐵磁芯44上，該鐵磁芯44呈U形地在局部包圍饋線40。因而芯部44可沿饋 線40移動，而不會改變饋線40與拾波線圈42之間的耦合。 鐵磁芯44被構(gòu)造為E形線圈芯，另一線圈43巻繞在該E形線圈芯的第二 U形部 分上，該另一線圈43作為補(bǔ)償線圈43屬于補(bǔ)償單元23。 因而對于補(bǔ)償單元23的電感元件可不使用獨(dú)立的芯部，而是應(yīng)用傳統(tǒng)的E形線圈心。 在另一實(shí)施例中，拾波線圈4巻繞在E形芯上，該E形芯的芯柱分別U形地包圍饋 線40和回線41。 E形芯具有附加的部分，補(bǔ)償單元23的補(bǔ)償線圈巻繞在該部分中。
因此，在所述情況下，補(bǔ)償單元43的繞組如此設(shè)置，S卩，由初級導(dǎo)線40生成的、通 過鐵磁芯44引導(dǎo)的磁力線基本上不經(jīng)過該繞組(也就是說最多有較小的分量如雜散場通 過該繞組)。由此，與拾波線圈42的繞組相比，補(bǔ)償單元43與初級導(dǎo)線40的感應(yīng)耦合弱得 多(實(shí)際上基本上完全不與初級導(dǎo)線40感應(yīng)耦合)。
權(quán)利要求
一種用于無接觸地傳輸能量的裝置，所述裝置包括拾波線圈、發(fā)送單元、接收單元和負(fù)載，其中，-所述拾波線圈與一初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，-在所述拾波線圈上連接有供能回路和數(shù)據(jù)信號回路，-所述供能回路包括所述負(fù)載，-所述供能回路連同所述拾波線圈形成振蕩回路，-至少所述供能回路和/或所述數(shù)據(jù)信號回路包括頻率濾波器，-所述接收單元與所述數(shù)據(jù)信號回路耦合，-所述發(fā)送單元關(guān)于所述接收單元的耦合部對稱地這樣連接在所述數(shù)據(jù)信號回路上，使得所述發(fā)送單元的信號在所述接收單元中消失。
2. —種尤其是根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無接觸地傳輸能量的裝置，所述裝置包括拾 波線圈、發(fā)送單元、接收單元和負(fù)載，其中，所述拾波線圈與一初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，所述負(fù)載 能夠由所述拾波線圈供能，其特征在于，所述發(fā)送單元與所述接收單元感應(yīng)耦合并與所述拾波線圈相連接。
3. —種尤其是根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于無接觸地傳輸能量的裝置，所述裝置包 括拾波線圈、發(fā)送單元、接收單元和負(fù)載，其中，所述拾波線圈與一初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，所述 負(fù)載由所述拾波線圈供能，其特征在于，所述拾波線圈通過第一感應(yīng)耦合部和第二感應(yīng)耦合部與所述接收單元耦合， 所述發(fā)送單元通過所述第一感應(yīng)耦合部和所述第二感應(yīng)耦合部與所述接收單元耦合， 其中，所述拾波線圈的信號在這兩個耦合部中相疊加而所述發(fā)送單元的信號在這兩個 耦合部中對消。
4. 一種尤其是根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的用于無接觸地傳輸能量的裝置，所述裝 置包括拾波線圈、發(fā)送單元、接收單元和負(fù)載，其中，所述拾波線圈與初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，所 述負(fù)載由所述拾波線圈供能，其特征在于，i) 第一電感元件、第二電感元件、補(bǔ)償單元和所述拾波線圈包括在一串聯(lián)電路內(nèi)，ii) 所述發(fā)送單元與在所述第一電感元件和所述第二電感元件之間的連接部相連接， 并與在所述補(bǔ)償單元和所述拾波線圈之間的第二連接部相連接，iii) 所述接收單元連接在第三電感元件上，iv) 所述第三電感元件與所述第一電感元件和所述第二電感元件感應(yīng)耦合，其中，所述 第一 電感元件和所述第二電感元件沿相同方向巻繞。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置， 其特征在于，第一電感元件、第二電感元件、補(bǔ)償單元和拾波線圈如此相互匹配，使得所述發(fā)送單元 的信號在所述第一電感元件和所述第二電感元件中分別產(chǎn)生一個磁場，其中這兩個磁場在 所述第三電感元件中對消，和/或所述負(fù)載與所述第一 電感元件和所述第二電感元件并聯(lián)，和/或所述補(bǔ)償單元與所述拾波線圈構(gòu)造成相同的， 和/或所述拾波線圈在第一區(qū)域中巻繞在鐵磁芯上，其中所述鐵磁芯至少部分地包圍所述初 級導(dǎo)線的一部段，所述補(bǔ)償單元包括巻繞在所述鐵磁芯的第二區(qū)域中的線圈， 和/或所述負(fù)載與所述拾波線圈并聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的裝置， 其特征在于，所述能量信號是頻率在10kHz至100kHz之間、尤其是25kHz的中頻交變電流， 和/或所述初級導(dǎo)線中的所述能量信號的電流強(qiáng)度超過10A、尤其是超過50A，和/或所述能量信號和所述數(shù)據(jù)信號能夠同時通過所述初級導(dǎo)線發(fā)送和/或能夠由所述初 級導(dǎo)線接收，優(yōu)選通過所述拾波線圈接收。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的裝置， 其特征在于，所述數(shù)據(jù)信號位于一頻帶中，所述頻帶高于所述能量信號的頻率，尤其是高于所述能 量信號的頻率的兩倍， 和/或設(shè)有至少一個頻率濾波器，借助于所述頻率濾波器，所述能量信號能夠與所述數(shù)據(jù)信 號分離， 和/或在所述負(fù)載的所述網(wǎng)路或者所述能量信號回路中設(shè)置帶通濾波器，其中所述帶通濾波 器的中心頻率匹配于所述初級導(dǎo)線中的所述能量信號的頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的裝置， 其特征在于，設(shè)置有補(bǔ)償單元，通過所述補(bǔ)償單元來模擬所述拾波線圈的電感， 尤其是其中所述第一電感元件和所述第二電感元件的繞組數(shù)表現(xiàn)得彼此相反，所述補(bǔ) 償單元和所述拾波線圈的復(fù)阻抗同樣也是彼此相反的，和/或所述補(bǔ)償單元和所述拾波線圈巻繞在共同的芯部上， 和/或所述補(bǔ)償單元比所述拾波線圈弱地與所述初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，或者基本上完全不與所 述初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合。
9. 一種用于向可動負(fù)載傳送數(shù)據(jù)信號的方法，其中，所述負(fù)載通過感應(yīng)式的諧振耦合 無接觸地由初級導(dǎo)線供能，其特征在于，i) 將所述數(shù)據(jù)信號饋入所述初級導(dǎo)線中，ii) 所述數(shù)據(jù)信號在所述可動負(fù)載中感生出一信號，iii)通過所述負(fù)載中的感應(yīng)耦合部將所述在可動負(fù)載中感生出的信號傳送至接收單元。
10. —種用于從可動負(fù)載向接收站傳送數(shù)據(jù)信號的方法，其中，所述負(fù)載通過感應(yīng)式的 諧振耦合無接觸地由初級導(dǎo)線供能，所述接收站與所述初級導(dǎo)線耦合，其特征在于，i) 發(fā)送單元將所述數(shù)據(jù)信號饋入所述負(fù)載中的兩個電感元件中，其中，每個電感元件 都與接收單元感應(yīng)耦合，ii) 將所述饋入電感元件中的數(shù)據(jù)信號傳送至所述拾波線圈，iii) 所述傳送至拾波線圈的數(shù)據(jù)信號在所述初級導(dǎo)線中感生一信號，iv) 由所述接收站檢測所述在初級導(dǎo)線中感生出的信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9和/或10所述的用于傳送數(shù)據(jù)信號的方法， 其特征在于，從所述兩個電感元件通過相應(yīng)的耦合傳送給所述接收單元的信號彼此對消。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11之一所述的用于傳送數(shù)據(jù)信號的方法， 其特征在于，數(shù)據(jù)傳輸和能量供給同時通過所述初級導(dǎo)線進(jìn)行。
13. —種用于向可動負(fù)載無接觸地傳輸能量的設(shè)備，其中，通過用于無接觸地傳輸能量 的初級導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，其特征在于，所述負(fù)載均具有發(fā)送單元和接收單元，其中，所述發(fā)送單元對稱地與所述接收單元如 此耦合，使得在所述接收單元上所述發(fā)送單元的信號消失。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備， 其特征在于，接收單元和發(fā)送單元與一線圈耦合，所述線圈與所述初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合， 和/或所述線圈是用于從所述初級導(dǎo)線接收能量的拾波線圈， 和/或數(shù)據(jù)通信的總線協(xié)議包括仲裁方法。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備， 其特征在于，構(gòu)造有根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的裝置， 和/或構(gòu)造有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求9至12之一所述的方法的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于無接觸地傳輸能量的裝置，所述裝置設(shè)有拾波線圈、發(fā)送單元、接收單元和負(fù)載，其中，所述拾波線圈與初級導(dǎo)線感應(yīng)耦合，在所述拾波線圈上連接著供能回路和數(shù)據(jù)信號回路，所述供能回路包括所述負(fù)載，所述供能回路連同所述拾波線圈形成振蕩回路，至少所述供能回路和/或所述數(shù)據(jù)信號回路包括頻率濾波器，所述接收單元與所述數(shù)據(jù)信號回路耦合，所述發(fā)送單元關(guān)于所述接收單元的耦合部對稱地這樣連接在所述數(shù)據(jù)信號回路上，使得所述發(fā)送單元的信號在所述接收單元中消失。
文檔編號H04B5/00GK101743696SQ200880024145
公開日2010年6月16日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者O·西蒙, Z·華 申請人:索尤若驅(qū)動有限及兩合公司