TW565863B - Device for inductive transmission of electrical power - Google Patents

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565863 A7 B7 五、發明説明（1 ) ---- 本發明係有關一種電能之電感傳輸之裝置，如申請專利 範圍第1項前言部分所述。 此種裝置例如參閱專利W0 92/17929，其作用在於傳輸電 能給至少一移動式耗電器而無機械或電接觸，包括一初級 及一次級元件，其以近似變壓器原理電磁耦合。初級元件 由一饋電裝置及一沿一路徑佈設之環線構成。一或多個接 收器及所屬接收裝置構成次級元件。不同於初級及次級元 件儘量緊耦合的變壓器，本裝置為一鬆耦合系統，因其： 用一千赫範圍的相當高工作頻率。如此可跨越高達數:分 的氣隙。次級側的工作頻率被作為一並聯諧振電路的共振 頻率，該並聯諧振電路由一電容器對接收器線圈的並 路構成。 # 此種饋電方式的優點尤其是無磨損、免維修、接觸安全 及高供應性。典型的用途為應用於製造技術中的材料自= 輸送系統，但亦可應用於人員輸送系統，如電梯及電動巴 士 :在許多應用中皆存在使一中心控制裳置與一移動式耗 電器通訊連接的需纟’尤其是遙控耗電器。此外，包含多 個移動式耗電器的系統亦被期待可使各耗電器彼此通訊例 如自動協調移動而避免相撞。在現行技術t此種通訊通常 使用無線連接。 本發明之目的在於提供一種 得資訊傳輸至移動式耗電器有 電纜。 電能之電感傳輸之裝置，使 一新途徑，並提供一適當之 之裝置及申請 此目的由申請專利範圍第1項特徵部分所述

565863 五、發明説明（2 專利粑圍第14項特徵部分之電纜而達成。本發明之其他有 利设汁茶閱申請專利範圍附屬項第2至13項及第15至18項。 本發明之出發點為，用於電能傳輸之電感耦合同樣可用 於貝料傳輸，且在佈設初級環線時可輕易再佈設一與其平 行之貢料線。但此構想的問題在於，資料線與所屬移動式 耗電器中的接收及/或傳送裝置的電感耦合需夠緊，但同 需與饋電線.儘量退耦。本發明以一種資料線 殊幾何配置而解決了此問題。 泉的 知別有利的疋使用本發明完美組合資料線與饋電線的 纜，如此可大為簡化兩線路的佈設及避免佈設錯誤之風二 。此種整合兩線路電纜的另一優點是，抗彎強度較兩條： 開的電缓高，如此懸掛時可使用較少固定點而遵守預設 最大垂度。 以下將依據附圖詳細說明本發明之實施例。 圖1係本發明裝置縱向示意圖。 圖2係圖1裝置第一實施例之橫截面示意圖。 圖3係圖1裝置另一實施例之橫截面示意圖。 圖4A-C係本發明特殊電镜不同實施例之横截面示意圖。 如圖1所示’電能之電感傳輸系統由一饋電裝置！、一 電線2及一或多個移動式接收器3A至3C構成。圖i所示三 接收器3A至3C純為舉例性質。饋電裝置丨供給回路式饋 線2一交流電流’接收器3八至冗與該饋電線電感二 收器3A至3C各是一可沿饋電線2移動之耗電器的—部份 其由於已述之電感耦合而被供給一交流電壓。該交流電 時 特 電 的 饋 個 電 壓 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公复） -6- 565863 A7 B7 五、發明説明（3 ) 可在耗電為中視需要而被轉換。例如可藉一整流器及一習 知之調節器而轉換成所需之直流電壓。 依據本發明平行於饋電線2設有一資料線4，該資料線在 饋電I置1侧直接連接一組合之發送及接收裝置5，以下稱 作無線電收發機。接收器3八至3(：：處亦各設有一無線電收發 機6A至6C，其與貢料線4電感耦合。無線電收發機5與無線 私收發機6A至6C間訊息被以兩方向序列傳輸，例如傳輸至 移動式耗電為之控制命令及耗電器之狀態通報。如雙向通 訊非為必要，當然亦可在一側設一純發送器在另一側設一 或多個純接收器。雙向之無線電收發機6八至6C亦可不只與 固定的無線電收發機5通訊，而亦彼此互相通訊。最後傳輸 介質與資料線供一序列資料匯流排使用，使得連接的用戶 ’即固定無線電收發機5及移動式無線電收發機6a至6C， 之任意複式資料可以一適當之通訊協定經此序列資料匯流 排而被傳輸。 由於訊息信號電感傳輸應用於通信技術阻抗變換或電位 隔離發送器為長久以來所習知，故本發明用途之特點在於 ’初級與次級兩方彼此不相對固定，而可沿一另一途徑移 動，且訊息傳輸與一同時且同為電感的電能傳輸幾乎同距 離。 兩線路2, 4平行時’由於電能傳輸場的磁通密度需大於訊 息傳輸場，故可能發生饋電線2對資料線4的率擾，亦即傳 輸訊息信號干擾。為儘量降低此干擾，本發明使兩線路2 4 之芯線2A，2B及4A，4B的幾何配置如圖2截面圖所示。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 線 565863 A7 B7 五、發明説明（4 ) 兩線路2, 4皆為回路。故初級側電能傳輸饋入線路2的電 流在任意時刻皆由芯線2A離開饋電裝置}而由芯線2β回到 饋電裝置1或反之。同樣地，由無線電收發機5饋入線路4或 由無線電收發機6Α至6C饋入線路4的電感電流在任意時刻 亦由芯線4Α離開無線電收發機5而由另一芯線4Β回到無線 電收發機5或反之。以拓撲學而言亦即，芯線2Α，2Β及芯線 4Α，4Β各在接收器3Α至3C移動路徑終端回路式轉入彼此或 各以一端件彼此導電連接。饋電線2兩芯線2Α，2β如圖2芯 線2Β所示各由一金屬導體7構成，該金屬導體被一絕緣體8 包覆。同樣地，資料線4兩芯線4Α，4β亦如圖2所示芯線4八 各由一金屬導體9構成，該金屬導體被一絕緣體丨〇包覆。 為儘量降低電能傳輸對訊息傳輸的干擾，f僅量抑低兩 線路2, 4間的互感。這意、味，饋電線2的電流所產生的磁通 應儘量少與資料線4交鏈，亦即兩芯線4A, 4B的連接平面應 儘量不被通過。如圖2配置時總通量中由芯線⑼之電流產生 的磁通部分可以理想方式達到之，因—直線電流的場在截 面平面上習知為切向，電流分佈為徑向對稱時，芯線2β電 流的場線構成以芯線2Β中心軸為中心的圓，使得通過芯線 4Α，4Β連接平面的磁通部分為零。其達成手段為兩芯線 4Β對芯線2Β的對稱設置。 另一芯線2 Α的場線構成以芯線2 a中心軸為中心的圓，該 芯線的場雖然有一不小部份磁通通過芯線4八及4β的連接線 ，但該部分磁通不重要，因芯線2八比芯線川遠。芯線4八及 4B與芯線2A的距離越遠，芯線4八及48，彼此越接近，此部 -8 - t纸張尺度適財關家標準(CNS) A4規格(21GX297公I)-一~ 565863

=通就越小。如線路4與線路2不再心在一共同的通道 人^再如圖2所示可將無線電收發機6A與接收器3A签 在單兀中，則藉增加芯線2 A的距離減少已述磁通部分 更=成立。上述後者亦適用兩芯線4A及4B繞芯線2B中心軸 ::日““疋轉90。’其在最小化與芯線2A磁通的交鏈上為最理 "刀開5又置貢料線4及/或無線電收發機0A與接收器3八完 王刀開日才糸統成本將大為提高。如線路4與無線電收發機6八 間的磁耦合因此被迫減少，則藉增加芯線2 A的距離減少已 述磁通部分亦不適當。 因此，在壓制饋電線2對資料線4的串擾方面，資料線4鄰 接且對稱於芯線中一芯線2B的設置為一種折衷。欲最大化 資料線4與無線電收發機6入間的磁耦合時有利的是，在所有 資料線4鄰接且對稱於饋電線2芯線2B的配置中選出一種資 料線4最接近無線電收發機6A的配置。故無線電收發機6a 整合在接收器3 A中時，如圖2所示，無線電收發機6A應儘 量接近芯線2B而亦接近資料線4。 除圖2之配置外，資料線4兩芯線亦可如對稱於鄰接的芯 線2B般同樣地對稱於較遠的饋電線2芯線2A，如圖3所示。 該圖中資料線4兩芯線4A及4B相較於圖2之配置繞饋電線2 芯線2 B中心軸順時鐘旋轉了 9 0。。此處資料線4與較遠芯線 2 A所產生的磁通亦無交鏈，故理論上而言根本不可能有電 感串擾。 圖3所示無線電收發機6 A的位置與圖2 —致，但其非為最 佳。假設圖2所示無線電收發機6 A最大靈敏度方向垂直於資 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 裝

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565863 A7 B7 五、發明説明 料線4兩芯線4A及4B中芯軸所構成平面，則圖2中無線電收 發機6 A在最佳位置上。如圖3所示資料線4兩芯線4八及4β順 呀鐘旋轉90時，理想的是使無線電收發機6 a亦向右旋轉至 芯線4A及4B旁。但有鑑於饋電線2分枝之可行性該處為不 可旎’故圖3中無線電收發機6八依然設在饋電線2上方。此 處然線電收發機6A的側向位置是一種電感耦合與接收器3 a 提供位置的妥協。 此外，無線電收發機6A中的發送及接收線圈亦可傾斜於 其殼體的外壁設置，如此不旋轉殼體而改變最大靈敏度方 向此處饋包線2上方之無線電收發機6 A有配合圖3側向設 .置資料線調整的自由度。 本發明不限於圖中所示之線路2及4截面。饋電線2芯線2八 及亦可具矩形截面，尤其是矩形導體7截面。該處導體7 截面有兩對稱平面，資料線4兩芯線4八及4β需對稱於其中 對稱平面，以消除芯線2 a電流過來的磁通部分。 二此外，接收器3A亦可為其他形狀。例如可為τ形或E形， 珂者的垂直線在兩芯線4八與化之間，後者的中間水平線伸 到兩心線4A與4B之間，且上下兩水平線包圍該兩芯線。同 樣地，無線電收發機6A亦可具不同於圖2之戴面形狀。 本發明資料線4的配置亦可同時應用於饋電線2芯線2八及 '以便可提供一第二資料線4而實現一全雙工通訊。該處 兩：料線皆須初級與次級相應無線電收發機5及6A至6C。 全雙工通訊亦可藉頻率範圍中兩傳輸方向的分離而只使用 一貧料線，如圖2及3所示。 裝

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565863 A7 B7 五、發明説明（ 如圖2及3所示，資料線4可與饋電線2分離。此處為遵守 資料線4對無線電收發機6A的定義位置，而將資料線*固定 在饋電線2芯線2B上。此固定可藉黏合或使用市售的線束。 以組裝而言特別有利的固定方法是沿鍊路2，4以相同距離設 卡夾，線路2，4可藉該卡夾彼此嵌合。兩線路2, 4亦可設在 一共同的特製電纜中，而使佈設大為簡化。 圖4 A至4 C顯示此種特製電纜三種可能實施例之截面圖。 圖4A實施例中資料線4兩芯線104A及1〇4Β的圓形絕緣體 ΠΟΑ及104B各以一接橋111A及111B與饋電線2芯線⑺⑶的 圓形、纟巴緣體1 0 8 —體成型連接。由部件1 〇 $ 1 1 〇 A 1 1 0 B 11 1A，111B所構成的整個絕緣體在一工作步驟中被播製到 導體107，109A，109B上。由於此不對稱外形，導體ι〇9Α及 109B在導體107上的位置可由外部被立即看出，故可避免佈 設時產生失誤。 圖4 A至4 C所示三實施例中饋電線2導體1 〇 7，2 0 7，3 0 7皆由 絞合線構成，亦即由多條彼此絕緣的線螺旋狀捲繞一中心 系巴緣體1 1 2，2 12，3 12而構成’該螺旋狀捲繞由圖4 a至4 C之 截面圖無法看出。導體107, 207, 307戴面雖非如圖2及3所示 為圓形，但電流分佈仍可被視作接近徑向對稱。故圖2及3 有關導體7電流磁場之說明亦適用圖4 A至4 C所示實施例之 導體107，207，307。此外，饋電線2使用絞合線的適用性與 各工作參數（電流及頻率）下徑向電流位移的程度有關。亦可 以不使用絞合線而使用如圖2及3所示具圓形截面之導體。 圖4A實施例中接橋1 1 1A及1 11B較細，使得可施予兩芯線 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝 訂

565863 A7 -----B7 五、發明説明（8 ) 104A及104B—力而使其與芯線102B分離。如此為有需要， 因饋電線2在首端需與饋電裝置1而資料線需與無線電收發 機5連接，如圖1所示。此外，饋電線2内部沿其路徑需接通 此處未示出之調諧電容器，以使饋電線在馈電裝置1預設的 工作頻率下產生共振’資料線4則不需此種調諧電容器。因 此有利的是可使資料線4輕易與饋電線2分離，以可不受其 他特殊系統組件左右而與兩線路之任一線路連接。 圖4B實施例不同於圖4A實施例之處為饋電線2導體207及 資料線4兩導體209A及209B的一件式共同絕緣體2 13具矩形 戴面。兩導體209A及209B設在絕緣體213—側214的兩角落 上。由該侧214垂直延伸一與導體209A及209B相鄰的切縫 2 1 5 A及2 1 5 B，使得該側2 14可由外部被辨識出。絕緣體2 13 與該側2 14相鄰的兩側在相當於209A及209B深度處各設有 一缺口 216A及216B。每一缺口 216A及216B與相鄰的切縫

215A及215B各構成一折斷處211A及211B，其相當於圖4A 實施例之接橋11 1A及111B，而可使資料線4與饋電線2分離。 圖4 C之弟三實施例不同於前兩實施例，其不設擠製之共 同絕緣體。在此實施例中饋電線2與資料線4首先為分開， 然後才使其彼此連接。饋電線2導體307的截面形狀與圖4A 相同’絕緣體308為圓環形。資料線4由兩導體3 09A及309B 構成’其各具圓環形絕緣體31〇A及310B。絕緣體以一接橋 317彼此連接。接橋317使導體3〇9八及3〇98的距離固定，尤 其是在資料線4縱向上保持恆定。資料線4的結構相當於昔 曰通用之3 00 Ω天線線路。基本上亦可使資料線4為一扁平 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

Claims (1)

1. 565863 第091115014號專利申請案 as 中文申請專利範圍替換本(92年10月） ^ L/〇 Γ---—— _ D8___ 六、申請專利範圍 1 · 一種電能之電感傳輸之裝置，其包括一由兩平行芯線構 成的初級饋電線，秀藉電感輕合而供電給至少一次級側 之移動式接收器，其特徵為，為進行使資料輸送至接受 器（3 Α至3C·)或由接收器接收資料之電感傳輸，在初級側 設一由兩平行芯線（4A，4B)構成的資料線（4)，該資料線 兩芯線（4A，4B)鄰接饋電線（2)兩芯線其中一芯線（2B)且 對稱於一平面，饋電線（2)芯線（2B)之導體（7)的截面對成 稱於該平面。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，其中資料線（4)如對稱於 相鄰芯線（2B)般同樣對稱於較遠的饋電線（2)芯線（2 A)。 3 ·如申請專利範圍第2項之裝置，其中資料線設在相鄰饋電 線（2)芯線（2B)背向另一芯線（2A)的一側。 4·如申請專利範圍第1項之裝置，其中資料線（4)設置在相 鄰饋電線（2)芯線（2B)與次級接收器（3 A至3C)移動空間之 間的空間中。 5·如申請專利範圍第1、2、3或4項之裝置，其中資料線（4) 固定在饋電線（2)上。 6·如申請專利範圍第5項之裝置，其中資料線（句固定在饋 電線（2)上使用複數個連接件，其沿兩線路（2,句設置， 使其可彼此嵌合。 7·如申請專利範圍第1、2、3或4項之裝置，其中資料線⑷ 與饋電線（2) —起整合在一共同的電纜中。 8.=申請專利ϋ圍第卜2、3或4項之裝置，其申次級接收 β(3Α至3C)上或内部設一電感，其與資料線⑷磁耦合。 O:\79\79472-921006.DOC 本纸張尺度適用中國國家揉準(CNS) A4規格7^QX297公羡） 565863 8 8 8 8 A B c D 申請專利範圍 9.如申請專利範圍第8項之裝置，其中與資料線（4)磁耦合 的電感設在次級接收器（3 A至3C)上或内部，使得該電感 在接收器（3A至3C)工作位置時如資料線（4)對稱於饋電線 (2)相鄰芯線（2B)般對稱。 10·如申請專利範圍第8項之裝置，其中在初級資料線（4)至 少一處或一端及在次級接收器（3A至3(：)上或内部設置至 少一發送裝置（5)及至少一接收裝置（6a至6C)，使得資訊 信號可經資料線（4)及與資料線磁耦合的電感在其間傳輸 〇 11 ·如申請專利範圍第1 〇項之裝置，其中初級及次級側皆各 設一組合之發送及接收裝置（5 ; 6A至6C )，使得可經 資料線（4)而進行一雙向通訊。 12·如申凊專利範圍第1、2、3或4項之裝置，其中相鄰於饋 電線（2)每一芯線（2 A，2B)各設一資料線。 13·如申請專利範圍第12項之裝置，其中資料線（4)在初級及 次級側各有所屬的發送及接收裝置（5; 6A至6C),其 構成一全雙工通訊。 14· 一種電能之電感傳輸之裝置的電纜，該電能傳輸至至少 一移動式耗電器，電纜具一截面接近對稱的導體，導體 被一絕緣體包覆，其特徵為，為同時進行使資料輸送至 耗電器或由耗電器接收資料之電感傳輸，平行於第一導 體（107 ; 207 ; 307)及對稱於該導體截面的對稱平面再設 截面較小的另兩導體（109A，109B ; 209A，209B ; 309A， 309B)，且另兩導體（ι〇9Α，109B ; 209A，209B ; 309A， O:\79\79472-921006.DOC . 2 - 本纸張尺度適用中國國家揉準(CNS) A4规格(210X297公董) 裝 訂 線 565863 A8 B8 C8 |________ D8 六、申請專利範圍 309B)各被一絕緣體（11〇A，11〇b ; 213 ; 310A，310B)包 覆，並與第一導體（107 ; 2〇7 ; 307)固定連接，且另兩導 體（109A，1〇9Β ; 209A，209B ; 309A，309B)對第一導體 (107 ; 207 ; 307)的角度位置可由電纜的形狀及/或標記 (3 19)而由外部看出。 15.如申請專利範圍第14項所述之電纜，其中另兩導體 (109A，109B ; 209A，209B ; 309A，309B)與其絕緣體 (110A，110B ; 213 ; 310A，310B)可與第一導體（1〇7 ; 207 ;307)分離而不破壞其絕緣體（1〇8 ; 213 ; 308)。 16·如申請專利範圍第14或15項所述之電纜，其中另兩導體 (109A，109B ; 209A，209B)之絕緣體（110A，110B ; 213) 與第一導體（107 ; 207)之絕緣體（108 ; 213)—體成型，並 可與其在折斷處（ΠΙΑ, 111B ; 211A，211B)分離。 17·如申請專利範圍第14或15項所述之電纜，其中另兩導體 (309A，309B)構成一與第一導體（307)及其絕緣體（308)分 離且絕緣之扁平電纜，該扁平電纜被放置到第一導體 (307)的絕緣體（308)上，並被一共同的包覆體（318)固定 在其上。 18·如申請專利範圍第17項所述之電纜，其中共同的包覆體 (3 18)由一織物或織物強化產物構成。 O:\79\79472-921006.DOC 本紙張尺度適用中理國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 裝 訂 線