DE20205817U1

DE20205817U1 - Inductive transmission of power and data to trackless vehicle following conductors without contact

Info

Publication number: DE20205817U1
Application number: DE20205817U
Authority: DE
Original assignee: Wampfler AG
Current assignee: Conductix Wampfler GmbH
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2012-04-13

Abstract

A trackless vehicle is moved in a controlled way along a surface using signal s transmitted from conductors [3] set into the surface. The signals are transmitted without electrical contact using inductive coupling between the conductors and an inductive sensor that consists of coils [5]. The sensors provide input to data processor that extracts data from the voltage signal.

Description

Vorrichtung zur induktiven Energieversorgung und FührungDevice for inductive energy supply and guidance

eines beweglichen Objektesof a moving object

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieversorgung und Führung eines beweglichen Objektes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for inductive energy supply and guidance of a moving object according to the preamble of claim 1.

Die induktive Energieübertragung ermöglicht die Versorgung eines beweglichen Verbrauchers mit Energie ohne mechanischen oder elektrischen Kontakt. Hierfür vorgesehene Vorrichtungen, wie sie beispielsweise aus der WO 92/17929 bekannt sind, umfassen jeweils einen Primär- und einen Sekundärteil, die ähnlich dem Prinzip des Transformators elektromagnetisch gekoppelt sind. Der Primärteil besteht aus einer Einspeisungselektronik und einer entlang einer Strecke verlegten Leiterschleife mit einem Hinleiter und einem Rückleiter, die parallel zueinander verlaufen und am Ende der Strecke ineinander übergehen oder miteinander verbunden sind. Ein oder mehrere jeweils an beweglichen Verbrauchern angeordnete Abnehmer und die zugehörige Abnehmerelektronik bilden die Sekundärseite. Im Gegensatz zum Transformator üblicher Bauart handelt es sich um ein lose gekoppeltes System, das mit einer relativ hohen Frequenz im Kilohertzbereich betrieben wird und große Luftspalte bis zu einigen Zentimetern überbrücken kann. Zu den Vorteilen dieser Art der Energiezuführung zählen insbesondere die Verschleiß- und Wartungsfreiheit, sowie die Berührungssicherheit und eine hohe Verfügbarkeit. Typische Anwendungen sind automatische Materialtransportsysteme in der Fertigungstechnik, aber auch Personentransportsysteme, wie Aufzüge und elektrisch angetriebene Busse.Inductive energy transmission enables a moving consumer to be supplied with energy without mechanical or electrical contact. Devices intended for this purpose, such as those known from WO 92/17929, each comprise a primary and a secondary part, which are electromagnetically coupled in a similar way to the principle of the transformer. The primary part consists of a feed electronics and a conductor loop laid along a route with a forward conductor and a return conductor, which run parallel to each other and merge into each other or are connected to each other at the end of the route. One or more consumers arranged on each moving consumer and the associated consumer electronics form the secondary side. In contrast to the transformer of conventional design, this is a loosely coupled system that operates at a relatively high frequency in the kilohertz range and can bridge large air gaps of up to several centimeters. The advantages of this type of energy supply include in particular freedom from wear and maintenance, as well as touch safety and high availability. Typical applications include automatic material transport systems in manufacturing technology, but also passenger transport systems such as elevators and electrically powered buses.

Da bei einer solchen Vorrichtung die Bewegungsbahn eines Verbrauchers nicht vom Verlauf der Leiterschleife abweichen darf, muß der Verbraucher entsprechend geführt werden, wenn es sich dabei nicht um ein schienengebundenes Fahrzeug handelt. Eine solche Führung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Fahrzeug eine drehbar gelagerte Vorderachse besitzt, deren Winkelstellung unmittelbar durch ein Ruder bestimmt wird, welches in einer in der Fahrbahn verlaufenden Nut gleitet. Dabei ist zweckmäßigerweise der Abnehmer an dieser gelenkten Vorderachse angeordnet, damit er auch in Kurven stets bestmöglich zu der in der Fahrbahn eingebetteten Leiterschleife ausgerichtet ist. Nachteilig ist an dieser Lösung derSince the path of movement of a consumer must not deviate from the course of the conductor loop in such a device, the consumer must be guided accordingly if it is not a rail-bound vehicle. Such guidance can be achieved, for example, by having the vehicle with a pivoting front axle, the angular position of which is determined directly by a rudder that slides in a groove in the roadway. The consumer is expediently arranged on this steered front axle so that it is always aligned as best as possible with the conductor loop embedded in the roadway, even in curves. The disadvantage of this solution is the

Aufwand für das Fräsen der Nut, die Unebenheit der Fahrbahn, und der unvermeidliche mechanische Verschleiß des Ruders.Effort for milling the groove, the unevenness of the road surface, and the inevitable mechanical wear of the rudder.

Eine elegantere Lösung, welche diese Nachteile vermeidet, ist die in der DE 198 16 762 Al beschriebene berührungslose induktive Führung. Hierbei wird das von der Leiterschleife ohnehin ausgehende Magnetfeld durch eine induktive Sensoranordnung erfaßt, deren Ausgangssignale einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden. Diese ermittelt daraus die Position des Fahrzeugs in Querrichtung zur Leiterschleife und steuert in Abhängigkeit von dieser Servomotoren zur Lenkung des Fahrzeugs an. Die vorgesehene Sensoranordnung ist im Fahrzeug mittig angeordnet und besteht aus je einem Sensor mit vertikaler und horizontaler Empfindlichkeitsachse, wobei letztere quer zur Fahrtrichtung verläuft. Da der Strom im Hin- und Rückleiter der Leiterschleife zu jedem Zeitpunkt entgegengesetzt gleich ist, erreicht bei mittiger Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Leiterschleife das Signal des Sensors mit vertikaler Empfindlichkeitsachse ein Maximum, während das Signal des anderen Sensors einen Nulldurchgang hat.A more elegant solution that avoids these disadvantages is the contactless inductive guidance described in DE 198 16 762 A1. Here, the magnetic field emanating from the conductor loop is detected by an inductive sensor arrangement, the output signals of which are fed to an evaluation device. This determines the position of the vehicle transversely to the conductor loop and, depending on this, controls servo motors for steering the vehicle. The sensor arrangement provided is arranged in the middle of the vehicle and consists of one sensor each with a vertical and horizontal sensitivity axis, the latter running transversely to the direction of travel. Since the current in the forward and return conductors of the conductor loop is oppositely equal at all times, when the vehicle is in the middle position in relation to the conductor loop, the signal of the sensor with a vertical sensitivity axis reaches a maximum, while the signal of the other sensor passes through zero.

Häufig besteht bei automatischen Transportsystemen das Bedürfnis nach einer Datenkommunikation zwischen den Fahrzeugen und einer zentralen Leitstelle. Aus der DE 39 16 610 Al ist hierzu eine Einrichtung zur gleichzeitigen Spurführung und Datenübertragung bekannt, wobei allerdings die Spurführungsleitung ausschließlich zur Spurführung und nicht zur Energieversorgung des Fahrzeugs dient. Die zur Spurführung vorgesehene Sensoranordnung stimmt mit der vorausgehend beschriebenen völlig überein, während die Sende- und Empfangseinrichtung zur Datenkommunikation nicht näher erläutert wird.Automatic transport systems often require data communication between the vehicles and a central control center. DE 39 16 610 A1 discloses a device for simultaneous tracking and data transmission, although the tracking line is used exclusively for tracking and not for supplying the vehicle with power. The sensor arrangement provided for tracking is completely identical to that described above, while the transmitting and receiving device for data communication is not explained in more detail.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung zur induktiven Energieversorgung und Führung eines beweglichen Objektes einen zweckmäßigen Weg zur Realisierung einer Datenkommunikation als weitere Funktion aufzuzeigen.Based on this prior art, the invention is based on the object of showing a practical way to realize data communication as a further function for a device for inductive energy supply and guidance of a moving object.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved according to the invention by a device having the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die für die Positionsbestimmung auf dem beweglichen Verbraucher ohnehin benötigten Induktivitäten zugleich für den Datenempfang benutzt werden, d.h. daß für Führung und Datenempfang zusammen nur eine einzige induktive Antenne benötigt wird. Besonders geeignet ist hierfür eine Anordnung von zwei gegeneinander versetzten Reihen flacher Spulen, die an dem beweglichen Verbraucher quer zur Bewegungsrichtung und mit vertikaler Achsenrichtung angeordnet sind. Solche flachen Spulen sind einfach auf einer Leiterplatte montierbar und könnten als Extremfall sogar völlig planar auf einer Leiterplatte realisiert werden.A significant advantage of the invention is that the inductances required for position determination on the moving consumer are also used for data reception, i.e. only a single inductive antenna is required for guidance and data reception. An arrangement of two rows of flat coils offset from one another, arranged on the moving consumer transversely to the direction of movement and with the axis vertical, is particularly suitable for this. Such flat coils are easy to mount on a circuit board and, in an extreme case, could even be implemented completely planar on a circuit board.

Wenn diese Empfangsspulenanordnung breit genug ist, um zumindest einen der Leiter der zur Energieübertragung dienenden Leiterschleife seitlich weit zu überdecken, und die Datenleitung benachbart zu einem Leiter der Schleife liegt, ist auch in gekrümmten Abschnitten der Bewegungsbahn des Verbrauchers stets sowohl eine genaue Positionsbestimmung, als auch eine zum störungsfreien Datenempfang ausreichende Kopplung zumindest einer Empfangsinduktivität mit der Datenleitung gewährleistet. Dies gilt auch dann, wenn die Antenne nicht in der Mitte der gelenkten Vorderachse des beweglichen Verbrauchers angeordnet werden kann und deshalb in einer Kurve eine seitliche Auslenkung erfährt. Dabei läßt sich die Leiterposition aus einem Vergleich der Meßsignale der einzelnen Empfangsspulen bzw. aus einer Interpolation des Amplitudenverlaufs zwischen den einzelnen Empfangsspulen sehr genau ermitteln.If this receiving coil arrangement is wide enough to cover at least one of the conductors of the conductor loop used for energy transmission, and the data line is located adjacent to a conductor of the loop, both an accurate position determination and a coupling of at least one receiving inductance with the data line sufficient for interference-free data reception are always guaranteed, even in curved sections of the consumer's path of movement. This also applies if the antenna cannot be positioned in the middle of the steered front axle of the moving consumer and therefore experiences a lateral deflection in a curve. The conductor position can be determined very precisely by comparing the measurement signals of the individual receiving coils or by interpolating the amplitude curve between the individual receiving coils.

Im Grundsatz könnten die Empfangsinduktivitäten auch zum Senden von Datensignalen verwendet werden, doch erscheint es als vorteilhafter, hierfür eine separate Anordnung von Induktivitäten mit ferromagnetischem Kern vorzusehen, um das Feld besser auf die Datenleitung zu konzentrieren, wobei auch hier zwei gegeneinander versetzte Reihen von Induktivitäten eine besonders zweckmäßige Lösung darstellen. Sowohl unter den Sendeinduktivitäten, als auch unter den Empfangsinduktivitäten wird auf der Basis des Ergebnisses der Positionsbestimmung jeweils stets diejenige für den Kommunikationsbetrieb ausgewählt, welche aufgrund ihrer momentanen lateralen Position die beste Kopplung zur Datenleitung aufweist. Dieses Vorgehen ist im Grundsatz auf jede induktive Antennenanordnung mit mehreren Sende- und/oder Empfangsspulen anwendbar.In principle, the receiving inductances could also be used to send data signals, but it seems more advantageous to provide a separate arrangement of inductances with a ferromagnetic core in order to better concentrate the field on the data line, whereby two rows of inductances offset from one another represent a particularly useful solution here too. From both the transmitting inductances and the receiving inductances, the one that has the best coupling to the data line due to its current lateral position is always selected for communication operation on the basis of the result of the position determination. This procedure can in principle be applied to any inductive antenna arrangement with several transmitting and/or receiving coils.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigtIn the following, embodiments of the invention are described with reference to the drawings.

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of part of a device according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Teil der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 2 is a schematic plan view of the part of the device according to Fig. 1,

Fig. 3 den Verlauf der Ausgangsspannung einer Empfangsinduktivität in Abhängigkeit von der Position quer zur Bewegungsrichtung, Fig. 3 the course of the output voltage of a receiving inductance depending on the position transverse to the direction of movement,

Fig. 4 einen vergrößerten und vereinfachten Ausschnitt einer Ansicht wie in Fig. 1,
Fig. 5 zwei Varianten einer Sendeinduktivität für die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 4 is an enlarged and simplified section of a view as in Fig. 1,
Fig. 5 two variants of a transmitting inductance for the device according to the invention,

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer zur bidirektionalen Kommunikation geeigneten Anordnung von Induktivitäten, Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of an arrangement of inductors suitable for bidirectional communication,

Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 6, Fig. 7 is a schematic plan view of the arrangement according to Fig. 6,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Auswertungs-, Empfangs- und Sendeeinrichtung zum Betrieb in Verbindung mit der Induktivitätenanordnung der Figuren 6 und 7. Fig. 8 is a block diagram of an evaluation, receiving and transmitting device for operation in conjunction with the inductance arrangement of Figures 6 and 7.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch im Querschnitt bzw. in der Draufsicht dargestellt. In einer Fahrbahn 1, auf der sich ein elektrisch angetriebenes Transportfahrzeug bewegen soll, sind zwei Nuten 2a und 2b ausgefräst. In diesen Nuten 2a und 2b sind der Hinleiter 3 a und der Rückleiter 3b einer Leiterschleife 3 eingebettet, von der in Fig. 2 nur ein kurzer Abschnitt zu sehen ist. Die Leiterschleife 3 wird von einer nicht dargestellten Einspeisungselektronik mit einem hohen Strom gespeist und wirkt als räumlich verteilte Primärinduktivität eines Transformators, dessen Sekundärinduktivität von einem auf dem Fahrzeug angebrachten Abnehmer gebildet wird. Auf diese Weise wird das Fahrzeug mit der zu seinem Betrieb benötigten elektrischen Energie versorgt. Der Abnehmer und das Fahrzeug sind hier nicht von Interesse und daher in den Figuren nicht dargestellt. Typische Betriebsparameter eines solchen Systems sind für den Primärleitermittenabstand 100 mm, für den Luftspalt 10 mm , für den Strom 100 A und für die Frequenz 20 kHz.In Figures 1 and 2, part of a device according to the invention is shown schematically in cross-section and in plan view. Two grooves 2a and 2b are milled out in a track 1 on which an electrically driven transport vehicle is to move. The forward conductor 3a and the return conductor 3b of a conductor loop 3 are embedded in these grooves 2a and 2b, of which only a short section can be seen in Figure 2. The conductor loop 3 is fed with a high current by a feed electronics (not shown) and acts as a spatially distributed primary inductance of a transformer, the secondary inductance of which is formed by a consumer mounted on the vehicle. In this way, the vehicle is supplied with the electrical energy it needs to operate. The consumer and the vehicle are not of interest here and are therefore not shown in the figures. Typical operating parameters of such a system are 100 mm for the primary conductor center distance, 10 mm for the air gap, 100 A for the current and 20 kHz for the frequency.

In der Nut 2b ist darüber hinaus noch eine zweiadrige Datenleitung 4 mit den Adern 4a und 4b angeordnet. Dabei steht die Datenleitung 4 im Querschnitt senkrecht zu der durch die Leiterschleife 3 definierten Ebene, d.h. die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Adern 4a und 4b steht senkrecht zur Verbindungslinie der Mittelpunkte der Leiter 3 a und 3b. Hierdurch wird sowohl eine optimale induktive Entkopplung der Datenleitung 4 von der Leiterschleife 3 erzielt, als auch die Verlegung der Datenleitung 4 in Kurven erleichtert, da die als flache Zweidrahtleitung ausgebildete Datenleitung 4 in dieser Richtung wesentlich flexibler ist als in der anderen Richtung. Die beiden Nuten 2a und 2b sind der Einfachheit halber vom gleichen Querschnitt, so daß in der Nut 2a bei Bedarf noch Raum für eine weitere Datenleitung zur Verfügung steht. Für die vorliegende Erfindung kommt es nicht darauf an, auf welcher Seite eines der Leiter 3a oder 3b die Datenleitung 4 angeordnet ist. So wäre ebensogut wie die in den Figuren gezeigte vertikale Anordnung an der Außenseite auch eine vertikale Anordnung an der Innenseite oder auch eine waagrechte Anordnung oberhalb eines Leiters 3 a oder 3b möglich.In addition, a two-wire data line 4 with the wires 4a and 4b is arranged in the groove 2b. The cross-section of the data line 4 is perpendicular to the plane defined by the conductor loop 3, i.e. the connecting line of the centers of the wires 4a and 4b is perpendicular to the connecting line of the centers of the conductors 3a and 3b. This achieves optimal inductive decoupling of the data line 4 from the conductor loop 3 and also makes it easier to lay the data line 4 in curves, since the data line 4, which is designed as a flat two-wire line, is much more flexible in this direction than in the other direction. For the sake of simplicity, the two grooves 2a and 2b have the same cross-section, so that there is still space in the groove 2a for another data line if required. For the present invention, it is not important on which side of one of the conductors 3a or 3b the data line 4 is arranged. Thus, just as well as the vertical arrangement on the outside shown in the figures, a vertical arrangement on the inside or even a horizontal arrangement above a conductor 3a or 3b would be possible.

An dem nicht dargestellten Fahrzeug ist in einem Abstand in der Größenordnung von 10 mm von der Oberfläche der Fahrbahn 1 eine aus fünf flachen Spulen 5a - 5e bestehende induktive Empfangsantenne 5 angebracht. Die Spulen 5a - 5e liegen alle parallel nebeneinander und mit den Endflächen parallel bzw. mit den in den Figuren gestrichelt eingezeichneten Achsen senkrecht zur Oberfläche der Fahrbahn 1. Die Spulen 5a - 5c bilden eine gerade Reihe, die sich bei korrekter Orientierung des Fahrzeugs quer zu dessen Bewegungsrichtung, die dann mit der Längsrichtung der Leiterschleife 3 übereinstimmt, erstreckt. Dies gilt ebenso für die Spulen 5d und 5e, die sowohl in Längsrichtung des Rückleiters 3b, als auch in Querrichtung gegenüber der Spulenreihe 5a - 5c verschoben sind. Die Verschiebung in Längsrichtung entspricht etwas mehr als der Abmessung einer Spule in dieser Richtung, die Verschiebung in Querrichtung der halben Abmessung einer Spule in dieser Richtung. Die Darstellung der Spulen mit ovalem Querschnitt in Fig 2. ist rein beispielhaft gemeint, d.h. der Querschnitt könnte ebensogut kreisförmig oder annähernd rechteckig sein. Die Querschnittsabmessungen der Spulen können beispielsweise in der Größenordnung von 10 bis 30 mm liegen.An inductive receiving antenna 5 consisting of five flat coils 5a - 5e is attached to the vehicle (not shown) at a distance of around 10 mm from the surface of the roadway 1. The coils 5a - 5e are all arranged parallel to one another and with their end faces parallel or with the axes shown in dashed lines in the figures perpendicular to the surface of the roadway 1. The coils 5a - 5c form a straight row which, when the vehicle is correctly oriented, extends transversely to its direction of movement, which then corresponds to the longitudinal direction of the conductor loop 3. This also applies to the coils 5d and 5e, which are shifted both in the longitudinal direction of the return conductor 3b and transversely relative to the row of coils 5a - 5c. The shift in the longitudinal direction corresponds to slightly more than the dimension of a coil in this direction, the shift in the transverse direction to half the dimension of a coil in this direction. The representation of the coils with an oval cross-section in Fig. 2 is purely exemplary, i.e. the cross-section could just as well be circular or almost rectangular. The cross-sectional dimensions of the coils can, for example, be in the order of 10 to 30 mm.

Die Empfangsspulen 5a - 5e sind zunächst dazu bestimmt, das Magnetfeld des Stromes in der Leiterschleife 3 auszumessen, um anhand dessen die Lage der Antenne 5 und damit auch des Fahrzeugs, an dem sie angebracht ist, quer zur Bewegungsrichtung zu bestimmen. Zu diesemThe receiving coils 5a - 5e are initially designed to measure the magnetic field of the current in the conductor loop 3 in order to determine the position of the antenna 5 and thus also of the vehicle to which it is attached, transverse to the direction of movement.

Zweck sind die Spulen 5a - 5e an eine elektronische Auswertungseinrichtung angeschlossen, welche die Amplituden der durch besagtes Magnetfeld in den Spulen 5a - 5e induzierten Spannungen feststellt, vergleicht, bewertet und ein Maß für die Lage der Antenne 5 zu dem Rückleiter 3b ermittelt. Basierend auf dieser Positionsbestimmung werden durch einen Regler Stellsignale für einen oder mehrere Servomotoren erzeugt, um so das Fahrzeug automatisch entlang einer Bahn zu lenken, die dem Verlauf der Leiterschleife 3 folgt.For this purpose, the coils 5a - 5e are connected to an electronic evaluation device which determines, compares and evaluates the amplitudes of the voltages induced in the coils 5a - 5e by said magnetic field and determines a measure for the position of the antenna 5 in relation to the return conductor 3b. Based on this position determination, a controller generates control signals for one or more servo motors in order to automatically steer the vehicle along a path that follows the course of the conductor loop 3.

Die Positionsbestimmung beruht darauf, daß die Amplitude der induzierten Spannung U in Abhängigkeit von der lateralen Position S einer Empfangsspule 5a - 5e bei gleichbleibendem vertikalem Abstand einen charakteristischen Verlauf mit mehreren Extremwerten zeigt. In Fig. 3 ist dieser Verlauf qualtitativ dargestellt, der das Feldbild einer Doppelleitung mit zwei ungleichsinnig stromdurchflossenen Adern widerspiegelt. Dabei liegt der Ursprung der Abszisse genau in der Mitte zwischen dem Hinleiter 3 a und dem Rückleiter 3b. Die Positionen der Leiter 3 a und 3b sind in Fig. 3 mit H bzw. R gekennzeichnet. Wegen des bekannten Verlaufs der magnetischen Feldlinien als Kreise, deren Mittelpunkte jeweils auf der Verbindungsgeraden der beiden Adern, jedoch alle außerhalb des Zwischenraumes H-R liegen, treten zwei symmetrische Minima bei Positionen etwas jenseits der Orte H und R auf. In einem solchen Minimum ist der verkettete Fluß wegen des dort horizontalen Verlaufs der Feldlinien nahezu Null. Das Maximum liegt genau in der Mitte und beruht auf der Addition gleich großer positiver Feldbeiträge beider Adern.The position determination is based on the fact that the amplitude of the induced voltage U, depending on the lateral position S of a receiving coil 5a - 5e, shows a characteristic curve with several extreme values at a constant vertical distance. Fig. 3 shows this curve qualitatively, which reflects the field image of a double line with two wires through which current flows in opposite directions. The origin of the abscissa lies exactly in the middle between the forward conductor 3a and the return conductor 3b. The positions of the conductors 3a and 3b are marked with H and R in Fig. 3. Because of the known course of the magnetic field lines as circles, the centers of which are each on the connecting line of the two wires, but all outside the gap H-R, two symmetrical minima occur at positions slightly beyond the locations H and R. In such a minimum, the concatenated flux is almost zero because of the horizontal course of the field lines there. The maximum is exactly in the middle and is based on the addition of equally large positive field contributions from both wires.

Es leuchtet ein, daß ein solcher Verlauf in einfacher Weise zur Positionsbestimmung durch Extremwertsuche benutzt werden kann, indem mehrere Spulen entlang des Weges S angeordnet werden und deren Ausgangsspannungen in einer elektronischen Auswertungseinrichtung verglichen und bewertet werden. Hierbei drängen sich die Minima wegen des deutlich steileren Kurvenverlaufs in ihrer Umgebung als günstigeres Kriterium auf. Da mit der Spulenanordnung nur diskrete Punkte entlang des Weges S abgetastet werden können, bietet es sich an, den Kurvenverlauf nach Fig. 3 zwischen diesen Stützstellen nichtlinear zu interpolieren. Der Versatz der zweiten Spulenreihe 5d - 5e gegenüber der ersten Reihe 5a - 5c um die halbe Querabmessung einer Spule bewirkt gegenüber der ersten Spulenreihe 5a - 5c eine Halbierung des räumlichen Abtastintervalls.It is obvious that such a curve can be used in a simple way to determine position by searching for extreme values by arranging several coils along the path S and comparing and evaluating their output voltages in an electronic evaluation device. In this case, the minima are the more favorable criterion because of the significantly steeper curve in their vicinity. Since only discrete points along the path S can be sampled with the coil arrangement, it is advisable to non-linearly interpolate the curve according to Fig. 3 between these support points. The offset of the second row of coils 5d - 5e compared to the first row 5a - 5c by half the transverse dimension of a coil results in the spatial sampling interval being halved compared to the first row of coils 5a - 5c.

Allerdings muß der Krümmungsradius der Leiterschleife 3 in Kurven der Bewegungsbahn des Fahrzeugs groß gegenüber dem Abstand der beiden Spulenreihen 5a - 5c und 5d - 5e inHowever, the radius of curvature of the conductor loop 3 in curves of the vehicle's path of motion must be large compared to the distance between the two coil rows 5a - 5c and 5d - 5e in

Längsrichtung sein, damit der durch diesen Längsabstand verursachte Fehler den Gewinn an Genauigkeit in Kurven nicht zunichte macht. Eine seitliche Krümmung der Leiterschleife 3 in einer Kurve oder an einer Verzweigungsstelle zweier Bewegungsbahnen, nachfolgend wie üblich in Anlehnung an schienengebundene Systeme als Weiche bezeichnet, macht sich darin bemerkbar, daß der durch die Auswertungseinrichtung bestimmte Ort eines Minimums seitlich auszuwandern beginnt. Diese Abweichung der Istlage von einer durch die Position der Antenne 5 am Fahrzeug vorbestimmten Sollage kann zur Bahnregelung des Fahrzeugs benutzt werden.Longitudinal direction so that the error caused by this longitudinal distance does not cancel out the gain in accuracy in curves. A lateral curvature of the conductor loop 3 in a curve or at a branching point of two movement paths, referred to as a switch in the following as usual in reference to rail-bound systems, becomes noticeable in that the location of a minimum determined by the evaluation device begins to migrate sideways. This deviation of the actual position from a target position predetermined by the position of the antenna 5 on the vehicle can be used to control the path of the vehicle.

Eine weitere Funktion der Antenne 5 ist der induktive Empfang von Datensignalen, die von einer nicht dargestellten zentralen Steuereinheit über die unmittelbar neben dem Rückleiter 3b angeordnete Datenleitung 4 an das Fahrzeug gesendet werden. Die Lage der Datenleitung 4 zu zwei flachen Empfangsspulen 5d und 5e mit jeweils vertikaler Achse ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Sie hat wegen des relativ großen Abstandes zwischen den beiden Leitern 4a und 4b im Bereich von 10-20 mm einen relativ großen Wellenwiderstand und ist mit einem 300Q-Antennenkabel früher üblicher Art vergleichbar. Ein dünner Steg der Isolation verbindet die beiden Leiter 4a und 4b mechanisch und hält sie überall auf konstantem Abstand zueinander.Another function of the antenna 5 is the inductive reception of data signals that are sent to the vehicle from a central control unit (not shown) via the data line 4 arranged directly next to the return conductor 3b. The position of the data line 4 to two flat receiving coils 5d and 5e, each with a vertical axis, is shown enlarged in Fig. 4. Due to the relatively large distance between the two conductors 4a and 4b in the range of 10-20 mm, it has a relatively high characteristic impedance and is comparable to a 300Q antenna cable of the type commonly used in the past. A thin web of insulation mechanically connects the two conductors 4a and 4b and keeps them at a constant distance from each other everywhere.

Wenn der Strom in dem Datenkabel 4, wie durch das Kreuz und den Punkt in den Leitern 4a und 4b angedeutet, zu einem bestimmten Zeitpunkt gerade im oberen Leiter 4a die dargestellte Querschnittsebene nach hinten und im unteren Leiter 4b nach vorne durchdringt, so ergibt sich in dem Raum zwischen der Leitung 4 und den Empfangsspulen 5d und 5e ein magnetischer Feldverlauf der dargestellten Art, d.h. die Feldlinien verlaufen im Uhrzeigersinn kreisförmig um Mittelpunkte herum, die oberhalb des oberen Leiters 4a auf der Verbindungsgeraden der Leitermittelpunkte liegen. An zwei Stellen der skizzierten Feldlinie B sind die Horizontalkomponenten Bh und die Vertikalkomponenten By der magnetischen Flußdichte exemplarisch eingetragen.If the current in the data cable 4, as indicated by the cross and the dot in the conductors 4a and 4b, penetrates the cross-sectional plane shown at a certain point in time in the upper conductor 4a to the rear and in the lower conductor 4b to the front, a magnetic field pattern of the type shown results in the space between the cable 4 and the receiving coils 5d and 5e, i.e. the field lines run clockwise in a circle around centers that lie above the upper conductor 4a on the straight line connecting the conductor centers. The horizontal components Bh and the vertical components By of the magnetic flux density are entered as examples at two points on the sketched field line B.

Bei exakt mittiger Lage einer Empfangsspule 5d oder 5e oberhalb des Datenkabels 4 nimmt die induktive Kopplung wegen des dort rein horizontalen Verlaufs des Magnetfeldes B ein Minimum an, d.h. sie verschwindet dort sogar theoretisch. Andererseits nimmt der Betrag des Flußdichte B mit zunehmender Entfernung einer Spule 5d oder 5e von der Leitung 4 ab. Daraus folgt, daß es bei gegebenem vertikalem Abstand zwischen einer Spule 5d oder 5e undIf a receiving coil 5d or 5e is positioned exactly in the middle above the data cable 4, the inductive coupling is minimal due to the purely horizontal course of the magnetic field B, i.e. it even theoretically disappears. On the other hand, the amount of flux density B decreases with increasing distance of a coil 5d or 5e from the cable 4. It follows that for a given vertical distance between a coil 5d or 5e and

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dem oberen Leiter 4a in der Nähe der Datenleitung 4, jedoch abseits besagter mittiger Lage ein Maximum der induktiven Kopplung gibt. Bei Verwendung einer regelmäßigen Anordnung einer Vielzahl von Empfangsspulen 5a - 5e, wie sie Fig. 2 zeigt, liegt offensichtlich stets eine der Empfangsspulen 5a - 5e diesem Maximum am nächsten und ist somit am besten für den Datenempfang geeignet.the upper conductor 4a near the data line 4, but away from said central position, there is a maximum of the inductive coupling. When using a regular arrangement of a large number of receiving coils 5a - 5e, as shown in Fig. 2, one of the receiving coils 5a - 5e is obviously always closest to this maximum and is therefore best suited for data reception.

Davon wird Gebrauch gemacht, indem die erwähnte Auswertungseinrichtung für die Positionsbestimmung anhand der Position ständig die jeweils am besten liegende Empfangsspule 5 a - 5e auswählt und über einen Multiplexer nur diese mit der Datenempfangseinrichtung verbindet. Dabei kann sich im Laufe der Bewegung des Fahrzeugs die Auswahl der günstigsten Empfangsspule 5a - 5e wiederholt ändern, insbesondere bei einem Richtungswechsel in einer Kurve oder an einer Weiche, wo die Empfangsantenne 5 trotz Lenkungsregelung zeitweise aus ihrer Normallage gegenüber der Leiterschleife 3 und damit auch gegenüber der Datenleitung 4 seitlich auswandert. Letzteres ist sogar unvermeidbar, wenn die Antenne nicht mittig unter der gelenkten Vorderachse des Fahrzeugs plaziert werden kann. Durch das ständige Umschalten auf die jeweils bestgelegene Empfangsspule 5a - 5e ist jedoch ein einwandfreier Datenempfang auch in ungeraden Abschnitten der Bewegungsbahn gewährleistet.This is used in that the aforementioned evaluation device for position determination constantly selects the best-located receiving coil 5a - 5e based on the position and connects only this to the data receiving device via a multiplexer. In the course of the vehicle's movement, the selection of the most favorable receiving coil 5a - 5e can change repeatedly, particularly when changing direction in a curve or at a switch, where the receiving antenna 5 temporarily moves sideways from its normal position relative to the conductor loop 3 and thus also relative to the data line 4 despite the steering control. The latter is even unavoidable if the antenna cannot be placed centrally under the steered front axle of the vehicle. However, by constantly switching to the best-located receiving coil 5a - 5e, perfect data reception is guaranteed even in uneven sections of the movement path.

Im Grundsatz könnte eine Antenne 5 der vorausgehend beschriebenen Art ebenso dazu benutzt werden, Daten auch von dem Fahrzeug, an dem sie montiert ist, über die Datenleitung 4 induktiv zu einer zentralen Leitstelle zu übertragen. Um den Wirkungsgrad der Übertragung zu erhöhen, ist es jedoch von Vorteil, separate Sendespulen mit einem ferromagnetischen Kern zur Feldkonzentration auf die Datenleitung 4 zu verwenden. In Fig. 5 sind zwei mögliche Bauformen solcher Sendespulen 6 und 9 dargestellt.In principle, an antenna 5 of the type described above could also be used to transmit data inductively from the vehicle on which it is mounted to a central control center via the data line 4. In order to increase the efficiency of the transmission, however, it is advantageous to use separate transmitting coils with a ferromagnetic core to concentrate the field on the data line 4. Fig. 5 shows two possible designs of such transmitting coils 6 and 9.

Die linke Sendespule 6 eignet sich besonders zur Verwendung bei einer Datenleitung 4 mit vertikal übereinander liegenden Leitern 4a und 4b, wie sie bereits in den Figuren 1 und 4 gezeigt ist. Der Eisenkern 7 ist in diesem Fall U-förmig und die Spule 6 ist an dem Fahrzeug so angebracht, daß die beiden Schenkel des U-Kerns 7 vertikal zu der Datenleitung 4 weisen. Die Wicklung 8 befindet sich auf dem horizontalen Abschnitt zwischen den beiden Schenkeln. Die induktive Kopplung ist bei dieser Anordnung maximal in der gezeigten mittigen Position der Spule 6 über der Datenleitung 4.The left transmitting coil 6 is particularly suitable for use with a data line 4 with vertically stacked conductors 4a and 4b, as already shown in Figures 1 and 4. In this case, the iron core 7 is U-shaped and the coil 6 is attached to the vehicle in such a way that the two legs of the U-core 7 point vertically to the data line 4. The winding 8 is located on the horizontal section between the two legs. In this arrangement, the inductive coupling is at its maximum in the central position of the coil 6 shown above the data line 4.

Die rechte Sendespule 9 eignet sich besonders zur Verwendung bei einer Datenleitung 4 mit horizontal nebeneinander liegenden Leitern 4a und 4b. Diese Leiteranordnung ist zwar im Hinblick auf die unerwünschte induktive Kopplung zwischen der Datenleitung 4 und der Leiterschleife 3 sowie auf die mechanische Flexibilität bei horziontalen Krümmungen des Leitungsverbundes weniger optimal als die vertikale Anordnung, doch kommt sie grundsätzlich auch in Betracht. Der Eisenkern 10 ist in diesem Fall E-förmig und die Spule 9 ist an dem Fahrzeug so angebracht, daß die drei Schenkel des E-Kerns 10 vertikal zu der Datenleitung 4 weisen. Die Wicklung 11 befindet sich auf dem mittleren Schenkel. Die induktive Kopplung ist auch bei dieser Anordnung maximal in der gezeigten mittigen Position der Spule 9 über der Datenleitung 4.The right-hand transmitting coil 9 is particularly suitable for use with a data line 4 with horizontally adjacent conductors 4a and 4b. Although this conductor arrangement is less optimal than the vertical arrangement in terms of the undesirable inductive coupling between the data line 4 and the conductor loop 3 and the mechanical flexibility in the case of horizontal bends in the line assembly, it can still be considered in principle. The iron core 10 is E-shaped in this case and the coil 9 is attached to the vehicle in such a way that the three legs of the E-core 10 point vertically to the data line 4. The winding 11 is located on the middle leg. The inductive coupling is also at its maximum in this arrangement in the central position of the coil 9 shown above the data line 4.

In völliger Analogie zur Empfangsantenne 5 besteht eine erfindungsgemäße induktive Sendeantenne aus einer Vielzahl von regelmäßig linear quer zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs angeordneten Sendespulen, um zu gewährleisten, daß ständig, d.h. auch bei Kurvenfahrt, eine für eine störungsfreie Datenübertragung zur Datenleitung 4 ausreichend gut positionierte Sendespule zur Verfügung steht. Auch der Vorteil einer Anordnung von zwei hintereinander liegenden und seitlich gegeneinander versetzten Reihen von Spulen zur Erhöhung der Ortsauflösung ist unmittelbar von der Empfangsantenne 5 auf eine Sendeantenne übertragbar. Logischerweise muß eine Sendantenne in Querrichtung des Fahrzeugs an der gleichen Stelle angebracht werden wie die Empfangsantenne 5, so daß sie in Längsrichtung gegenüber der Empfangs antenne verschoben sein muß.In complete analogy to the receiving antenna 5, an inductive transmitting antenna according to the invention consists of a large number of transmitting coils arranged in a regular linear manner transversely to the direction of movement of the vehicle in order to ensure that a transmitting coil is always available which is sufficiently well positioned for interference-free data transmission to the data line 4, i.e. even when cornering. The advantage of arranging two rows of coils one behind the other and offset laterally to increase the spatial resolution can also be transferred directly from the receiving antenna 5 to a transmitting antenna. Logically, a transmitting antenna must be mounted in the same place in the transverse direction of the vehicle as the receiving antenna 5, so that it must be offset longitudinally relative to the receiving antenna.

Was die Auswahl der jeweils besten Sendespule anbelangt, so kann diese bei fester räumlicher Zuordnung zwischen Empfangs- und Sendespulen auf der Basis der Auswahl der besten Empfangsspule geschehen. Dabei muß sich bei einem Längsversatz der Sendeantenne gegenüber der Empfangsantenne die beste Sendespule nicht unbedingt in derselben lateralen Position wie die beste Empfangsspule befinden, sondern es kann in einem gekrümmten Abschnitt der Bewegungsbahn auch eine gegenüber der besten Empfangsspule seitlich versetzte Sendespule gerade in der günstigsten Position sein. Eine Berücksichtigung dieses Effektes bei der Sendespulenauswahl setzt eine temporäre Speicherung von Bewegungsbahndaten durch die Auswertungseinrichtung voraus.As far as the selection of the best transmitting coil is concerned, this can be done on the basis of the selection of the best receiving coil if the spatial allocation between the receiving and receiving coils is fixed. If the transmitting antenna is offset longitudinally relative to the receiving antenna, the best transmitting coil does not necessarily have to be in the same lateral position as the best receiving coil, but in a curved section of the movement path, a transmitting coil that is laterally offset relative to the best receiving coil can be in the most favorable position. Taking this effect into account when selecting the transmitting coil requires the evaluation device to temporarily store movement path data.

In den Figuren 6 und 7 ist ein erfindungsgemäßes Führungs- und Kommunikationssystem mit maximalem Funktionsumfang im Querschnitt bzw. in der Draufsicht dargestellt. Es weist eineFigures 6 and 7 show a control and communication system according to the invention with maximum functionality in cross-section and plan view respectively. It has a

• I ·• I ·

Empfangsantenne 12 auf, die im Prinzip der vorausgehend anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen entspricht, jedoch im Unterschied dazu nicht nur den Rückleiter 3b, sondern auch den Hinleiter 3a, also die Leiterschleife 3 in ihrer vollen Breite überdeckt. In Längsrichtung gegenüber der Empfangsantenne 12 verschoben ist eine analog strukturierte Sendeantenne 13 angeordnet, die in gleicher Weise die Leiterschleife 3 komplett überdeckt und sich aus Sendespulen 6 der in Fig. 5 links gezeigten Art zusammensetzt. Wie in Fig. 6 erkennbar ist, befindet sich in der Nut 2a benachbart zu dem Hinleiter 3a eine zweite Datenleitung 14 ebenfalls in vertikaler Position.Receiving antenna 12, which in principle corresponds to that described above with reference to Figures 1 and 2, but in contrast to this, it covers not only the return conductor 3b, but also the forward conductor 3a, i.e. the conductor loop 3 in its entire width. Displaced in the longitudinal direction opposite the receiving antenna 12 is an analogously structured transmitting antenna 13, which completely covers the conductor loop 3 in the same way and is made up of transmitting coils 6 of the type shown on the left in Fig. 5. As can be seen in Fig. 6, a second data line 14 is located in the groove 2a adjacent to the forward conductor 3a, also in a vertical position.

Der Vorteil des Systems nach den Figuren 6 und 7 ist die Funktionsfähigkeit auch im Bereich von Weichen (Bahnverzweigungen), an denen sich das Fahrzeug und damit auch die Antennen 12 und 13 von einem der Leiter 3a oder 3b entfernen und vorübergehend nur noch einer der Leiter 3 a oder 3b in der Nähe der Antennen 12 und 13 vorhanden ist. Dadurch, daß jedem der Leiter 3a und 3b eine Datenleitung 14 bzw. 4 zugeordnet ist, und daß jede dieser Datenleitungen 14 und 4 von den Emfangs- und Sendeantennen 12 bzw. 13 überdeckt wird, ist zu jedem Zeitpunkt eine störungsfreie Datenkommunikation möglich.The advantage of the system according to Figures 6 and 7 is that it also functions in the area of switches (railway junctions) where the vehicle and thus also the antennas 12 and 13 move away from one of the conductors 3a or 3b and temporarily only one of the conductors 3a or 3b is present in the vicinity of the antennas 12 and 13. Because each of the conductors 3a and 3b is assigned a data line 14 or 4 and because each of these data lines 14 and 4 is covered by the receiving and transmitting antennas 12 and 13, interference-free data communication is possible at all times.

Gleiches gilt sinngemäß auch für die Bahnführung des Fahrzeugs. Wenn nämlich, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, nur einer der Leiter 3 a oder 3b von einer Empfangsantenne 5 überdeckt wird und sich die Bahn des Fahrzeugs an einer Weiche von diesem Leiter entfernt, dann ist solange keine Positionsbestimmung und folglich auch keine Lenkregelung möglich, bis die Antenne 5 wieder einen neuen Leiter 3a bzw. 3b findet. Bei einer Antennenanordnung wie in den Figuren 6 und 7 ist hingegen stets die Nähe der Empfangsantenne 12 zu mindestens einem Leiter 3a oder 3b, und damit eine ununterbrochene Positionsinformation auch im Bereich einer Weiche gewährleistet.The same applies to the vehicle's path guidance. If, as shown in Figures 1 and 2, only one of the conductors 3a or 3b is covered by a receiving antenna 5 and the vehicle's path moves away from this conductor at a switch, then no position determination and consequently no steering control is possible until the antenna 5 finds a new conductor 3a or 3b. With an antenna arrangement as in Figures 6 and 7, however, the proximity of the receiving antenna 12 to at least one conductor 3a or 3b is always guaranteed, thus ensuring uninterrupted position information even in the area of a switch.

Wenn diesen Gesichtspunkten im einzelnen Anwendungsfall keine entscheidende Bedeutung zukommt, dann genügt für eine bidirektionale Datenkommunikation im Grundsatz eine Hälfte der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Antennenanordnung 12, 13 und es kann auf die zweite Datenleitung 14 verzichtet werden. Dies entspricht der Anordnung der Figuren 1 und 2 mit zwei zusätzlichen, in Querrichtung gegeneinander versetzten Reihen von Sendespulen 6, die in Längsrichtung hinter den Empfangsspulen 5a - 5e liegen. Es versteht sich von selbst, daß die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Anzahl von fünf Empfangsspulen 5a - 5e in zwei Reihen und die in den Figuren 6 und 7 gezeigte Anzahl von jeweils elf Sende- und EmpfangsspulenIf these aspects are not of decisive importance in the individual application, then in principle one half of the antenna arrangement 12, 13 shown in Figures 6 and 7 is sufficient for bidirectional data communication and the second data line 14 can be dispensed with. This corresponds to the arrangement in Figures 1 and 2 with two additional rows of transmitting coils 6 offset from one another in the transverse direction, which are located longitudinally behind the receiving coils 5a - 5e. It goes without saying that the number of five receiving coils 5a - 5e shown in Figures 1 and 2 in two rows and the number of eleven transmitting and receiving coils shown in Figures 6 and 7

in jeweils zwei Reihen rein beispielhaften Charakter haben. Im einzelnen Anwendungsfall kann zur Erreichung angestrebter Leistungsdaten sowohl eine geringere Anzahl von Spulen und/oder Reihen ausreichen, als auch eine größere Anzahl von Spulen und/oder Reihen notwendig sein.in two rows each are purely exemplary. In individual applications, a smaller number of coils and/or rows may be sufficient to achieve the desired performance data, or a larger number of coils and/or rows may be necessary.

Das Blockschaltbild einer kombinierten Auswertungs- und Datenkommunikationseinrichtung 15 ist in Fig. 8 dargestellt. Kernstück dieser Einrichtung 15 ist ein Mikrocomputer 16, der alle digitalen Verarbeitungsfunktionen der Einrichtung 15 wahrnimmt. Der Mikrokomputer 16 verfugt über einen Analog-/Digital-Wandler 17 zum Einlesen der von der Empfangsantenne 12 aufgenommenen analogen Positionsmeßsignale und über eine digitale Ein-/Ausgabeeinheit 18 zum Einlesen der über die Empfangsantenne 12 von den Datenleitungen 4 und 14 empfangenen digitalen Datensignale sowie zum Ausgeben digitaler Datensignale, die über die Sendeantenne 13 auf den Datenleitungen 4 und 14 gesendet werden sollen. Ferner verfügt der Mikrocomputer 16 über geeignete digitale Schnittstellen zur Kommunikation mit der Steuerelektronik des Fahrzeugs. Beispielsweise kann zur Abgabe der errechneten Positionsdaten an die Lenkregeleinheit eine eigene CAN-Bus-Schnittstelle 19 vorgesehen sein, während zur Abgabe von Steuerbefehlen sowie zum Einlesen von Statusinformationen, die über die Datenleitungen 4 und 14 an eine zentrale Leitstelle gesendet werden sollen, eine serielle RS232-Schnittstelle dient. Alternativ zu den genannten Schnittstellentypen würde sich z. B. auch RS485 eignen.The block diagram of a combined evaluation and data communication device 15 is shown in Fig. 8. The core of this device 15 is a microcomputer 16, which carries out all digital processing functions of the device 15. The microcomputer 16 has an analog/digital converter 17 for reading in the analog position measurement signals received by the receiving antenna 12 and a digital input/output unit 18 for reading in the digital data signals received via the receiving antenna 12 from the data lines 4 and 14 and for outputting digital data signals that are to be sent via the transmitting antenna 13 on the data lines 4 and 14. The microcomputer 16 also has suitable digital interfaces for communication with the control electronics of the vehicle. For example, a separate CAN bus interface 19 can be provided to transmit the calculated position data to the steering control unit, while a serial RS232 interface is used to transmit control commands and read status information that is to be sent to a central control center via data lines 4 and 14. RS485, for example, would also be suitable as an alternative to the interface types mentioned.

Die Empfangsantenne 12 ist an die Einrichtung 15 über einen Multiplexer 21 angeschlossen, der von dem Mikrocomputer 16 über einen Steuerbus 22 gesteuert wird. Das heißt, daß über den Steuerbus 22 stets nur ein einzelner Empfangsspulenanschluß der Empfangsantenne 12 ausgewählt und vom Multiplexer 21 auf seinen Ausgang durchgeschaltet wird. Dem Multiplexer 21 parallel nachgeschaltet sind zwei Bandpaß filter 23 und 24. Während das Bandpaßfilter 23 auf die Betriebsfrequenz der zur Energieübertragung dienenden Leiterschleife 3, die beispielsweise in der Größenordnung von 20 kHz liegt, abgestimmt ist, ist das Bandpaßfilter 24 auf das zur Datenübertragung auf den Datenleitungen 4 und 14 ausgewählte Frequenzband, das beispielsweise in der Größenordnung um 1 MHz liegen kann, abgestimmt. Durch diese Bandpaßfilter 23 und 24 werden das vom Magnetfeld der Leiterschleife 3 herrührende Positionsmeßsignal und das von den Datenleitungen 4 und 14 ausgehende Datensignal voneinander getrennt.The receiving antenna 12 is connected to the device 15 via a multiplexer 21, which is controlled by the microcomputer 16 via a control bus 22. This means that only a single receiving coil connection of the receiving antenna 12 is selected via the control bus 22 and is switched through to its output by the multiplexer 21. Two bandpass filters 23 and 24 are connected in parallel downstream of the multiplexer 21. While the bandpass filter 23 is tuned to the operating frequency of the conductor loop 3 used for energy transmission, which is, for example, in the order of 20 kHz, the bandpass filter 24 is tuned to the frequency band selected for data transmission on the data lines 4 and 14, which can be, for example, in the order of 1 MHz. These bandpass filters 23 and 24 separate the position measurement signal originating from the magnetic field of the conductor loop 3 and the data signal emanating from the data lines 4 and 14.

Das Positionsmeßsignal von dem ersten Bandpaßfilter 23 wird anschließend einem Abtast- und Halteglied 25 zugeführt, welches ebenso wie der Multiplexer 21 über weitere Steuerleitungen 26 von dem Mikrocomputer 16 gesteuert wird. Der Ausgang des Abtast- und Haltegliedes 25 ist mit dem Eingang des A/D-Wandlers 17 verbunden. Das Datensignal von dem zweiten Bandpaßfilter 24 wird anschließend einem Demodulator 27 zugeführt, der daraus das digitale Basisbandsignal zurückgewinnt und an die digitale Ein-Ausgabeschnittstelle 18 des Mikrocomputers 16 abgibt.The position measurement signal from the first bandpass filter 23 is then fed to a sample and hold element 25, which, like the multiplexer 21, is controlled by the microcomputer 16 via further control lines 26. The output of the sample and hold element 25 is connected to the input of the A/D converter 17. The data signal from the second bandpass filter 24 is then fed to a demodulator 27, which recovers the digital baseband signal therefrom and outputs it to the digital input/output interface 18 of the microcomputer 16.

Das Gegenstück zu dem Demodulator 27 bildet ein digitaler Modulator 28. Diesem werden von dem Fahrzeug an die Leitstelle zu übertragende Daten als Basisbandsignal von der digitalen Ein- Ausgabeschnittstelle 18 des Mikrocomputers 16 zugeführt, die er beispielsweise durch Frequenzumtastung (FSK) einem Trägersignal aufmoduliert. Das so erzeugte Sendesignal gibt er an eine Treibereinheit 29 ab, an der die Sendeantenne 13 angeschlossen ist. Diese Treibereinheit 29 verstärkt das von dem Modulator 28 ankommende Datensignal und schaltet es unter der über den Steuerbus 22 ausgeübten Kontrolle des Mikrocomputers 16 auf nur einen Sendespulenanschluß der Sendeantenne 13. Dies heißt, daß die Treibereinheit 29 selbst einen weiteren, in Fig. 8 nicht eigens dargestellten Multiplexer beinhaltet. Um ausreichende Schaltraten zu gewährleisten, enthält der Steuerbus 22 getrennte Adreßleitungen für den Multiplexer 21 und den in der Treibereinheit 29 enthaltenen weiteren Multiplexer.The counterpart to the demodulator 27 is a digital modulator 28. Data to be transmitted from the vehicle to the control center is fed to this as a baseband signal from the digital input/output interface 18 of the microcomputer 16, which it modulates onto a carrier signal, for example by frequency shift keying (FSK). The transmission signal generated in this way is sent to a driver unit 29 to which the transmission antenna 13 is connected. This driver unit 29 amplifies the data signal arriving from the modulator 28 and switches it to just one transmission coil connection of the transmission antenna 13 under the control of the microcomputer 16 via the control bus 22. This means that the driver unit 29 itself contains a further multiplexer, not specifically shown in Fig. 8. In order to ensure sufficient switching rates, the control bus 22 contains separate address lines for the multiplexer 21 and the further multiplexer contained in the driver unit 29.

Die Auswahl der zu einem bestimmten Zeitpunkt benutzten Sende- und Empfangsspule trifft der Mikrocomputer 16 anhand der von ihm errechneten Position der Antennen 12 und 13. In diese Berechnung gehen die Positionsmeßsignale aller Empfangsspulen der Empfangsantenne 12 ein, die nacheinander über den Multiplexer 21 durchgeschaltet und eingelesen werden. Es wird also für die Datenkommunikation stets nur die Sende- und Empfangsspule mit der jeweils günstigsten Lage verwendet. Zwar könnten als Auswahlkriterium hierfür auch die Amplituden der von den einzelnen Empfangsspulen der Empfangsantenne 12 gelieferten Datensignale, d.h. die jeweils zugeordneten Ausgangssignale des Bandpaß filters 24 verwendet werden, doch ist es bevorzugt, die Positionssignale, d.h. die jeweils zugeordneten Ausgangssignale des Bandpaßfilters 23 zu verwenden, da diese Signale wegen des gegenüber den Datenleitungen 4 und 14 um Größenordnungen höheren Stromes in der Leiterschleife 3 wesentlich stärker sind.The microcomputer 16 selects the transmitting and receiving coils used at a specific time based on the position of the antennas 12 and 13 that it has calculated. The position measurement signals of all the receiving coils of the receiving antenna 12 are included in this calculation and are switched through and read in one after the other via the multiplexer 21. This means that only the transmitting and receiving coil with the most favorable position is used for data communication. The amplitudes of the data signals supplied by the individual receiving coils of the receiving antenna 12, i.e. the respective output signals of the bandpass filter 24, could also be used as a selection criterion for this, but it is preferable to use the position signals, i.e. the respective output signals of the bandpass filter 23, since these signals are significantly stronger due to the current in the conductor loop 3 being orders of magnitude higher than that of the data lines 4 and 14.

Die Empfangsantenne 12 kann des weiteren auch dazu benutzt werden, Signale von zur Positionsmarkierung an vorbestimmten Stellen entlang der Leiterschleife 3 angeordneten Sendern zu empfangen. Solche Positionsmarkensender dienen üblicherweise dazu, einem automatisch gesteuerten Fahrzeug das Erreichen bzw. Passieren vorbestimmter Positionen entlang einer Strecke zu signalisieren. Zweckmäßigerweise verfügt ein solcher Sender jeweils über eine Sendespule, die neben der Leiterschleife 3 so angeordnet ist, daß mindestens eine der Spulen der Empfangsantenne 12 beim Passieren vorübergehend in eine induktive Kopplung zur Sendespule gelangt, wodurch kurzzeitig die Übertragung eines Datensignals von der stationären Sendespule zur Empfangsantenne 12 möglich ist.The receiving antenna 12 can also be used to receive signals from transmitters arranged at predetermined locations along the conductor loop 3 for position marking. Such position marker transmitters are usually used to signal to an automatically controlled vehicle that predetermined positions along a route have been reached or passed. Such a transmitter expediently has a transmitter coil which is arranged next to the conductor loop 3 in such a way that at least one of the coils of the receiving antenna 12 is temporarily inductively coupled to the transmitter coil when it passes, which makes it possible to briefly transmit a data signal from the stationary transmitter coil to the receiving antenna 12.

Dieses Datensignal beinhaltet einen digitalen Code, der die Position des Senders entlang der Leiterschleife 3 angibt. Um eine Störung dieser unidirektionalen Positionsdatenübertragung durch die vorhandenen Felder zur Energieübertragung von der Leiterschleife 3 zum Fahrzeug und zur Datenübertragung zwischen der Datenleitung (4; 14) und dem Fahrzeug zu vermeiden, müssen sich die Frequenzen bzw. Frequenzbänder der drei Felder ausreichend deutlich unterscheiden, d.h. es muß die Extraktion des Positionsdatensignals durch ein weiteres, zusätzlich zu den Filtern 23 und 24 vorzusehendes Bandpaßfilter möglich sein. Selbstverständlich muß dem Bandpaßfilter auch ein weiterer Demodulator nachgeschaltet werden, was einer Duplizierung des mittleren Signalpfades 24-27-18 in Fig. 8 entspricht. Die Decodierung und Weiterleitung der Positionsmarkendaten kann ohne weiteres von dem Mikrocomputer 16 als zusätzliche Funktion übernommen werden.This data signal contains a digital code that indicates the position of the transmitter along the conductor loop 3. In order to avoid interference with this unidirectional position data transmission by the existing fields for energy transmission from the conductor loop 3 to the vehicle and for data transmission between the data line (4; 14) and the vehicle, the frequencies or frequency bands of the three fields must differ sufficiently, i.e. it must be possible to extract the position data signal by means of a further bandpass filter provided in addition to the filters 23 and 24. Of course, a further demodulator must also be connected downstream of the bandpass filter, which corresponds to a duplication of the middle signal path 24-27-18 in Fig. 8. The decoding and forwarding of the position mark data can easily be carried out by the microcomputer 16 as an additional function.

Bei einem vorbestimmten seitlichen Abstand der Positionsmarkensender von der Leiterschleife 3 kann nach der Auswahl der besten Empfangsspule zum Empfang des Datensignals von der Datenleitung (4; 14) in einfacher Weise auch die beste Empfangsspule zum Empfang des weiteren Datensignals von einem der Positionsmarkensender bestimmt werden, wobei es sich in aller Regel um zwei verschiedene Empfangsspulen handeln wird. Die Empfangsantenne 12 kann demnach sogar quasi simultan zum Empfang dreier verschiedener Signale genutzt werden.At a predetermined lateral distance of the position mark transmitters from the conductor loop 3, after selecting the best receiving coil for receiving the data signal from the data line (4; 14), the best receiving coil for receiving the further data signal from one of the position mark transmitters can also be determined in a simple manner, whereby these will generally be two different receiving coils. The receiving antenna 12 can therefore even be used to receive three different signals almost simultaneously.

Die Erfindung stellt ein kombiniertes System zur induktiven Energieversorgung und Führung eines beweglichen Objektes mit gleichzeitiger induktiver Datenkommunikation dar, mit dem in jedem Fall die Mindestanforderungen (Single-Master, Halbduplex, 9600 Baud Übertragungsrate, 100 ms Reaktionszeit), die im vorliegenden Zusammenhang heute an eineThe invention represents a combined system for inductive power supply and guidance of a moving object with simultaneous inductive data communication, which in any case meets the minimum requirements (single master, half duplex, 9600 baud transmission rate, 100 ms response time) that are currently required of a

Datenkommunikation gestellt werden, erfüllbar sind. Die Leistungsdaten des Systems können aber ohne weiteres an einen erhöhten Bedarf angepaßt werden. Dies gilt nicht nur für die Übertragungsgeschwindigkeit und die Reaktionszeit. So eröffnet die Bereitstellung einer zweiten Datenleitung 14, wie sie anhand der Figuren 6 und 7 beschreiben wurde, auch die Möglichkeit eines Vollduplex-Betriebes.Data communication requirements can be met. The performance data of the system can, however, be easily adapted to an increased demand. This applies not only to the transmission speed and the response time. The provision of a second data line 14, as described with reference to Figures 6 and 7, also opens up the possibility of full duplex operation.

Obgleich es zweckmäßig ist, wenn zumindest die Empfangsantenne, die Sendeantenne und die Auswertungs- und Datenkommunikationseinrichtung jeweils eine Baueinheit bilden, oder sogar alle diese Komponenten zu einer einzigen Baueinheit zusammengefaßt sind, ist dies keine Voraussetzung zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung. Auch die Verwendung einer Vielzahl separater Spulen und die Realisierung der Auswertungseinrichtung und der Datenempfangseinrichtung als integrale Bestandteile einer zentralen Steuerelektronik des Fahrzeugs stellen Ausführungsformen der Erfindung dar, die vom Schutzbereich der Ansprüche umfaßt sind.Although it is expedient if at least the receiving antenna, the transmitting antenna and the evaluation and data communication device each form a structural unit, or even if all of these components are combined into a single structural unit, this is not a prerequisite for implementing the present invention. The use of a large number of separate coils and the implementation of the evaluation device and the data receiving device as integral components of a central control electronics system of the vehicle also represent embodiments of the invention that are covered by the scope of protection of the claims.

Claims

1. Device for inductive energy supply and guidance of a moving object, with a primary inductance extending as a conductor loop along a planned path of movement of the object, a secondary inductance arranged on the object and magnetically coupled to the primary inductance for energy transmission, several receiving inductances arranged on the object, which emit measurement signals dependent on the magnetic field of the primary inductance, and with an evaluation device which determines from the measurement signals a measure of the position of the object in relation to the conductor loop, characterized in that the receiving inductances ( 5 ; 12 ) are simultaneously connected to a data receiving device ( 21 , 24 , 27 , 18 , 16 ) which contains means ( 24 ) for extracting a data signal from the output voltage of at least one of the receiving inductances ( 5 ; 12 ), and that at least one data line is arranged along the planned path of movement of the object, which during the movement of the object has an inductive coupling with at least one of the receiving inductances ( 5 ; 12 ) sufficient to transmit a data signal.

2. Device according to claim 1, characterized in that the data line is identical to the conductor loop ( 3 ).

3. Device according to claim 1, characterized in that the data line ( 4 ) is formed separately from the conductor loop ( 3 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a regular arrangement of receiving inductances ( 5 ; 12 ) is provided, which extends on the object at least transversely to its direction of movement.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the receiving inductances ( 5 ; 12 ) are mutually similar coils ( 5 ; 12 ) which are arranged such that their longitudinal axes run parallel to one another and that the axial ends of all coils lie in at most two mutually parallel planes.

6. Device according to claim 5, characterized in that the coils ( 5 ; 12 ) are realized planar as conductor tracks on a circuit board.

7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the coils ( 5 ; 12 ) are arranged on the object such that their longitudinal axes run approximately perpendicular to the tangential plane of the movement path of the object.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the arrangement of the receiving inductances ( 5 ; 12 ) also extends in the direction of movement of the object.

9. Device according to claim 8, characterized in that at least two rows of coils ( 5 ; 12 ) are provided which follow one another in the direction of movement of the object, and that these rows are offset from one another in the transverse direction by the transverse dimension of one of the coils ( 5 ; 12 ) divided by the number of rows.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the evaluation device ( 21 , 23 , 25 , 17 , 16 ) determines at least one extremum of the induced measurement signal as a function of the location as a measure of the position of the object in relation to the conductor loop ( 3 ).

11. Device according to claim 10, characterized in that the evaluation device ( 21 , 23 , 25 , 17 , 16 ) interpolates non-linearly to determine the at least one extremum between the measurement signals of several coils ( 5 ; 12 ).

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that a data transmission device ( 16 , 18 , 28 , 29 ) is provided on the object and is connected to at least one transmission inductance which has an inductive coupling with the data line sufficient for the transmission of a data signal.

13. Device according to claim 12, characterized in that the at least one transmitting inductance is identical to one of the receiving inductances ( 5 ; 12 ) connected to the evaluation device ( 21 , 23 , 25 , 17 , 16 ).

14. Device according to claim 12, characterized in that a regular arrangement of a plurality of transmitting inductances ( 13 ) is provided on the object, extending at least transversely to its direction of movement, which are formed separately from the receiving inductances ( 5 ; 12 ) connected to the evaluation device ( 21 , 23 , 25 , 17 , 16 ).

15. Device according to claim 14, characterized in that the transmitting inductances ( 13 ) are mutually similar coils ( 6 ; 9 ), each having a ferromagnetic core ( 7 ; 10 ) which is shaped and arranged such that the entry and exit surfaces of the magnetic flux run approximately perpendicular to the tangential plane of the movement path of the object.

16. Device according to claim 14 or 15, characterized in that the arrangement of the transmitting inductances ( 13 ) also extends in the direction of movement of the object.

17. Device according to claim 16, characterized in that at least two rows of transmitting inductances ( 13 ) are provided which follow one another in the direction of movement of the object, and in that these rows are offset from one another in the transverse direction by the transverse dimension of an individual transmitting inductance ( 6 ; 9 ) divided by the number of rows.

18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the frequency band used for the data transmission differs significantly from the operating frequency of the energy supply, and that at least one filter device ( 23 , 24 ) is provided for separating the position measuring signals and the data signals.

19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the evaluation device ( 21 , 23 , 25 , 17 , 16 ) selects, on the basis of the measurement signals supplied by the receiving inductances ( 5 ; 12 ), at any time for the data transmission that of the receiving inductances ( 5 ; 12 ) which is currently in the position of maximum coupling with the data line ( 4 ), and that at any time the respectively selected receiving inductance is used to receive a data signal.

20. Device according to one of claims 12 to 19, characterized in that the evaluation device ( 21 , 23 , 25 , 17 , 16 ) selects, on the basis of the measurement signals supplied by the receiving inductances ( 5 ; 12 ), at any time for the data transmission that of the transmitting inductances ( 13 ) which is currently in the position of maximum coupling with the data line ( 4 ), and that at any time the respectively selected transmitting inductance is used to transmit a data signal.

21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized in that the data line ( 4 ) consists of two conductors ( 4a , 4b ) which are arranged adjacent to one of the two conductors ( 3b ) of the conductor loop ( 3 ) such that in cross section the connecting line of the conductor centers of the data line ( 4 ) is approximately perpendicular to the connecting line of the conductor centers of the two conductors ( 3a , 3b ) of the conductor loop ( 3 ).

22. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that two data lines ( 4 , 14 ) are provided, one of which is arranged adjacent to the forward conductor ( 3a ) and one adjacent to the return conductor ( 3b ) of the conductor loop ( 3 ).

23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the receiving inductances ( 12 ) cover the entire width of the conductor loop ( 3 ).

24. Device according to one of claims 10 to 23, characterized in that the transmitting inductances ( 13 ) cover the entire width of the conductor loop ( 3 ).

25. Device according to one of claims 1 to 24, characterized in that the data receiving device ( 21 , 24 , 27 , 18 , 16 ) contains means for extracting a further data signal from the output voltage of at least one of the receiving inductances ( 5 ; 12 ), and that at least one data transmitter is arranged along the intended path of movement of the object, which transmits such a further data signal via a transmitting inductance which has an inductive coupling with at least one of the receiving inductances ( 5 ; 12 ) sufficient for transmitting the further data signal only while the object is passing.

26. Device according to claim 25, characterized in that the data transmitter transmits a code indicating its position along the conductor loop ( 3 ).

27. Device according to claim 25 or 26, characterized in that the data transmitter transmits in a frequency band which differs substantially both from the operating frequency of the energy supply and from the frequency band of the data transmission between the object and the data line ( 4 ; 14 ), and that a separate filter device is provided for extracting the further data signal from the output voltage of at least one of the receiving inductors ( 5 ; 12 ).