用於感應式電能傳輸系統的通信系統的製作方法
2023-09-16 18:14:55 1
專利名稱:用於感應式電能傳輸系統的通信系統的製作方法
技術領域:
本發明涉及可與感應式電能傳輸(IPT)次級或變送裝置通信的 方法與設備,此變送裝置供給負載以與遠離此變送裝置的設備通信。
背景技術:
IPT系統一般包括初級導電路徑(有時稱作徑跡),此路徑由適 當的電源供電,使電流供給初級導電路徑。此初級路徑通常是一拉長 電纜,由電源供給射頻(RF)電流。沿此初級導電路徑分布但不與此 路徑電接觸的是一或多個變送裝置,每個變送裝置有一次級拾波線圍, 其中藉助於此拾波線圏與初級導電路徑間的互感而感生電流。各個變 送裝置通常包括控制設備,控制功率從初級導電路徑流至變送裝置, 使此變送裝置可供給負載。IPT系統與相應的控制設備在授予Boys 的美國專利說明書No.5293308中有了概括性的說明。此外,美國專利 說明書No.6459218中公開了給反光路燈提供功率的IPT系統的應用。最好能夠有多種方式來控制變送裝置。在上述反光路燈的例子 中,理想的控制方式是分別給各反光路燈通電以能控制交通流量。這 樣,在某一例子中, 一列反光路燈可以依據指示司機以交流通量所要 求速度的速率來順序通電。為了控制變送裝置使這類負載以希望的方式工作,在遠離變送裝 置的設備變送裝置本身之間就需有某種通信形式。在所提出的一種已 列述於乂〉開的PCT專利說明書WO2005/031944內的通信系統中,初 級導電路徑用作通信路徑,用來通過對此初級導電路徑中的電流調頻 而給各個變送裝置對指令編址。發明內容據以上所述,於是本發明的一個方面即為用於IPT系統的通信方 法,此系統具有能由電流激勵的初級導電路徑以及一或多個適合由此 初級導電路徑中的電流接收電能供給於負栽的變送裝置。所述方法包 括下述步驟通過此初級導電路徑給變送裝置發送指令;此變送裝置通過給負載供電而在此初級導電路徑的電流中感生 預定的變化,以對上述指令提供響應;檢測此初級導電路徑中的電流變化,同時用此檢測出的變化去確 定該響應。上述電流中預定的變化可以包括電流中預定的一列更換,而這些 更換是能夠被解碼表示二進位數字,上述預定的變化可以作為電流的頻率分量檢測,而這些更換則包 括所檢測的頻率分量存在或不存在。或者,這種預定的變化可以作為 電流的頻率分量檢測,而這些更換則包括頻率分量中的頻率更換。在某一實施形式中,前述響應可用來測定變送裝置是否在工作。 此外,這種響應可與為變送裝置所測參數相關聯。這些參數可以是溫 度或環境光中的一或多個。本發明的另一方面是IPT系統變送裝置,它包括有的控制裝置可 用來接收通過IPT系統的初級導電路徑發送的指令,同時適用於通過 給負載通電引起初級導電路徑上的電流產生預定的變化而給此指令提 供響應J吏得可以在此初級導電路徑的遠處測定此變化以確定此響應。本發明的又一方面是用於IPT系統的通信設備,此設備包括可與IPT系統的初級導電路徑進行通信連接的第一通信裝置;設於此IPT系統的變送裝置上的第二通信裝置,此第二通信裝置 能接收由第一通信裝置傳達的指令;以及設於此變送裝置上的控制裝 置,此控制裝置適用於控制提供給從屬於第二通信裝置的負載的功率, 以使在初級導電路徑上的電流中發生預定的變化,而這種變化則可由 第一通信裝置檢測出以確定對所述指令的響應。
下面將參考附圖以舉例方式說明本發明的一或多個實施形式,附圖中圖1是IPT系統一已知形式的框圖。圖2是適用於從IPT系統的初級導電路徑接收通信信號的通信裝 置的框圖。圖3是IPT系統中可與圖2的通信裝置通信的變送裝置的電路框圖。
具體實施方式
參看圖1,其中示意地給出一已知的IPT系統,它包括電源l給 初級導電路徑2供電。與路徑2相鄰但不與其作實質性的電接觸的設 置有一或多個變送裝置(pick up device) 3,後者藉助於與初級導電 路徑感應地耦合而可從此路徑接收功率。這樣的系統在前述美國專利 說明書No.5293308與6459218中較詳細地描述到。現在參看圖3,其中示明了可能有的變送裝置3的框圖。此變送 裝置具有拾波線圏31,後者由調諧電容器32調諧,形成一個響應初 級導電路徑2中RF電流產生的磁場的諧振電路。整流器與控制模塊單元33對於由部件31與32形成的諧振電路 中輸出的交變電流進行整流。單元33的輸出為調節器35調節而提供 兩個電源。第一電源(本例中為22V)提供給在本例中為反光路燈的 負栽,此負載包括多個發光二極體(LEDs) 36。內行人將認識到,在 另一些實施形式中可以提供其他類型的負載而所述變送裝置可以提供 比這裡所述實施形式中的更高功率的負載。第二電源在本例中為5V的電源,用於通常以集成電路形式提供 的智能模塊37例如微處理機中。模塊37由部件31與32形成的諧振 電路直接給它輸送信號,同時有一輸出用來控制可有效地激勵負載36 的開關裝置38。使用中,加到初級導電路徑2中電流上的通信信號例如調頻信號也為此變送裝置的部件31與32形成的諧振電路接收,同時直接傳送 給模塊37並於此將上述通信信號解釋為具體指令,例如此指令可以啟 動負栽而給交通提供物理信號。在本發明的一種實施形式中,可以用上述專利說明書WO 2005/031944中>^開的系統或方法傳遞所述指令,該專利的內容已綜合 於此供參考。所述指令或也可以是用來激勵LED僅僅是有限的一段時間,或 是鍵入一種順序例如快速順序。熟悉本發明有關技術的人應知這種指 令事實上可能較為複雜,例如如果所述負載包括電動機,則此指令可置。模塊T7根據需要啟動開關i置38來激勵負載。
激勵負栽的作用使得功率從初級導電路徑2傳輸給變送裝置的諧 振電路,結果導致此初級導電路徑2的電流中擾動或變化。初級導電 路徑中電流的這種變化取決於激勵負載的方式。在一最佳實施形式中, 可以依選擇的頻率激勵負栽。這樣,初級導電路徑2中電流的變化便 可以通過與此初級路徑通信的適當通信電路,作為此路徑中電流的頻 率分量測定。這種通信電路的例子示明於圖2並將說明於下。圖2中 所示的通信電路擬設置於電源1的鄰近,但內行的人可知這一電路可 知此電路能夠沿初級導電路徑定位於任何其他方便的位置處,且不必 與初級導電路徑作物理的電接觸。模塊37能以種種不同的方式激勵負載來提供返回的通信信號。 這種返回的通信信號例如可只包括在接收到激勵負載36的指令後已 探測到此負栽被激勵一事。但或者此模塊37可以按預定的作業方式激 勵負載來提供返回的通信信號。例如若是負載包括發光二極體,則這 些發光二極體可以按非常快的速率開關,使之仍可達到照明目的而對 於公路用戶則看來是恆定的照明,但發光二極體的這種快速閃光卻形 成一種預定的變化,可以作為數位化的編碼信號(即可以作為能形成 數字的二進位序列的檢測)提供,這樣的信號強加到初級導電路徑上 用於探測。在一最佳實施形式中,此負載是以一或多個預定頻率啟動,以使這種變化包括可以調製來提供數字輸出的頻率更換。此外,也可 採用隨時間更換的單一頻率,以存在或不存在的形式提供這種供解碼 用的變更。內行的人當然會認識到可供使用的其他調製技術。作為另一例子,上述變送裝置可以設置各種傳感器給模塊37提 供信息。在一種例子中,此傳感器可以是溫度傳感器,它指示在此變 送裝置鄰近地區中是否有火;在另一種例子中,此傳感器可以是光傳 感器來探測有無環境光存在,例如可以探測該變送裝置所在的隧道內 照明設備是否在工作。利用各個這樣的傳感器,可將指令發送到對一 或多個特定的變送裝置進行尋址的初級導電路徑上,要求這些變送裝 置報告各傳感器的狀態。模塊37此時可從傳感器取得讀數,按預定方 式激勵負栽36,使初級導電路徑2中電流產生變化,而這種變化可以 探測出和解碼以揭示由相關傳感器提供的讀數。現在參看圖2,線圏21與調諧電容器22組成從初級導電路徑2 變送能量的諧振電路,此諧振電路最好位於電源l鄰近(參看圖1)。 由濾波電容器24對整流與控制模塊23進行濾波。調節電路25給通信 接收設備提供電源(本例中為12V電源)。電流分隔變壓器26將初 級導電電路2上電流的分隔的信號表示提供給第一探測器27。探測器 27的輸出提供給放大器28,放大器28的輸出提供給第二探測器29, 然後傳遞給雙帶通濾波器(BPF) 30,後者提供一雙信道輸出而由此 以雙信道提供信息。實際上,上述雙BPF可以是一單帶通濾波器或甚 至是一多帶通濾波器。在所示實施形式中,這種雙帶通濾波器的特徵 在於它是一對相當高"Q"的固態聲濾波器。這類濾波器在工作頻率 下提供少量的模擬增益,並具有極其類似於變送裝置中所用調諧電路 的響應曲線。這些濾波器在它們的通帶之外的頻率下,基本上使信號 衰減。在返回通信事件中,對濾波器調諧以與從變送裝置3表現出的 頻率相匹配。在一最佳實施形式中,數位訊號處理裝置可以執行這種 任務。兩個BPF可以實現下述原理l)應用"頻率擺動",即在兩個頻率之間使探測出的信號於返 回通信信號上移動,以提高數據可返回到電源接收器的速率;2)應用兩個不同的頻率,以使兩個變送裝置能同時進行應答。針對第2項,在正常通信期間的緊急通信事件地點情況提供緊急 信道。這樣在有可能產生通信沖突的地方允許更大程度的範圍。各信道中的信號可由適當的解碼裝置解碼以提供所需的信息。在 所示實施例中,出現於濾波器後的電荷泵40是用來當此濾波器接收到 正確頻率的信號後,於電容器上形成一電荷。該直流電平於是輸送到 適當的比較器41,以提供邏輯"1"或"0"狀態。根據此比較器的輸出,由變送裝置在仔細檢查條件下傳遞給初級 導電路徑的數據可以恢復。在一最佳實施形式中,上述通信以數字形式進行,而數位訊號處 理集成電路可用於執行信號恢復控制。從上述可知,本發明的各實施形式可提供許多顯著的優點,例如在所監控的變送裝置上,遠程通信裝置中不需另外的通信設備;接受器是完全孤立的,這樣能將一或多個接收器設置於IPT系統 初級導電路徑上的任何地方。儘管初級導電路徑中電流的變化很小,通常是0.1%,但它們可 以通過感應耦合的接收裝置立即接收到。當接收器與發送裝置是分別 感應供電時,它們可以沿此導電路徑的長向設在任何地方。事實上, 接收器設安裝在感應電源的機殼內,而發送器即變送裝置共有1至100 個,沿著初級導電路徑的全長分布。在一最佳實施形式中,由負載引起的初級導電路徑中的電流變化 可立即變換為它們的數字表示,而此響應可用來在此變送裝置處於仔 細檢查條件下進行判定。申請人業已發現,例如在2000米長>^路上包含有200個反光路 燈(各個反光路燈是一變送裝置或是由變送裝置供電的負載)的系統 中,發生器只需幾分鐘來檢查整個系統。此外,在此反光路徑系統例子中,此種路燈在詢查時在司機看來 有約2秒鐘將光稍作減弱然後返回通常亮度。由於各個反光路燈變送 裝置已包含有小型微處理機可理解來自發生器的指令,增設軟體使之能進入返回通信迴路是至為簡便的事情。熟悉本發明相關技術的人應知,雖然本發明是參考IPT供電反光 路燈描述的,但此返回式通信系統適用於任何形式的感應供電設備。 這可以包括物料裝卸或旅客輸送系統。
權利要求
1.一種用於IPT系統的通信方法,此系統具有能由電流激勵的初級導電路徑以及一或多個適合由此初級導電路徑中的電流接收電能供給於負載的變送裝置,此方法包括下述步驟通過此初級導電路徑給變送裝置發送指令;此變送裝置通過給負載供電而在此初級導電路徑的電流中感生預定的變化以對上述指令提供響應;檢測此初級導電路徑中的電流變化,同時用此檢測出的變化去確定此響應。
2. 根據權利要求1所述的通信方法,其中所述電流中預定的變 化包括電流中預定的序列更換,而這些更換能夠被解碼表示二進位數 字。
3. 根據權利要求2所述的通信方法,其中所述預定的變化可以 作為電流的頻率分量檢測,而這些更換則包括所檢測的頻率分量的存 在或不存在。
4. 根據權利要求2所述的通信方法,其中所述預定的變化可以 作為電流的頻率分量檢測,而這些更換則包括頻率分量中的頻率更換。
5. 上述任一項權利要求所要求的通信方法,其中包括利用所述 響應來確定此變送裝置是否在工作。
6. 根據上述任一權利要求所述的通信方法,其中所述響應涉及 由該變送裝置所測量的參數。
7. 根據權利要求6所述的通信方法,其中所述參數包括溫度。
8. 根據權利要求6所述的通信方法,其中所述參數包括環境光。
9. 一種IPT系統變送裝置,它包括有可用來接收通過IPT系統 的初級導電路徑發送的指令的控制裝置,此控制裝置同時適用於通過 給負載通電引起初級導電路徑上的電流產生預定的變化而給此指令提 供響應,4吏得可以在此初級導電路徑的遠處測量此變化以確定此響應。
10. —種用於IPT系統的通信設備,此設備包括可與IPT系統的初級導電路徑進行通信連接的第一通信裝置; 設於此IPT系統的變送裝置上的第二通信裝置,此第二通信裝置 能接收由第一通信裝置傳達的指令;以及設於此變送裝置上的控制裝 置,此控制裝置適用於控制提供給從屬於第二通信裝置的負栽的功率, 以使在此初級導電路徑上的電流中發生預定的變化,而這種變化則可 由第 一通信裝置檢測出以確定對所述指令的響應。
11. 實質上依據這裡所述任一種實施形式的通信方法。
12. 實質上如這裡參考圖2與3所示任一實施形式所述的IPT系統。
13. 實質上如這裡參考圖2與3所示任一實施形式所述的通信設備。
全文摘要
感應式電能傳輸(IPT)系統的返回式通信系統與方法,它們可以使變送裝置(3)這樣地接收指令和給負載(36)供電,使得在此系統的初級導電路徑(2)上的電流中發生預定的變化。這種變化可以測定並被解碼,以確定此變送裝置對該指令的響應。
文檔編號H01F38/14GK101233662SQ200680028170
公開日2008年7月30日 申請日期2006年6月22日 優先權日2005年6月22日
發明者史蒂芬·D·泰特洛 申請人:交通電子有限公司