(57)【要約】本発明は、電磁誘導によって移動体にエネルギーを供給し、移動体を誘導する装置に関する。前記装置は、移動体の指定された変位経路に沿って延びる、導体ループ（３）の形態における第一の誘導子と、移動体の上に設置され、エネルギー送信のための一次誘導子に磁気的に結合される二次誘導子と、移動体の上に設置され、一次誘導子の磁界に応じて測定信号を発生する複数の受信誘導子と、測定信号から、導体ループに関する移動体の位置の測定値を判断する評価装置とを備える。データ通信を可能にするために、受信誘導子（５；１２）は、データ受信機（２１，２４，２７，１８，１６）に接続され、これは、受信誘導子の少なくともひとつの出力電圧からデータ信号を抽出するための素子（２４）を含む。データライン（４ａ，４ｂ）は、移動体の指定された変位経路に沿って設置され、移動体の変位中、少なくともひとつの受信誘導子に誘導結合される。
2005528068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導によって移動体に電力を供給し、移動体をガイドするための装置であって、
前記移動体のために設けられたトラックに沿って導体ループとして延びる一次誘導子と、
前記移動体の上に設置され、電力伝送のために前記一次誘導子に磁気的に結合することのできる二次誘導子と、
前記移動体の上に設置され、前記一次誘導子の磁界に応じて測定信号を発生する複数の受信誘導子と、
前記測定信号から前記導体ループに関する前記移動体の位置の測定値を判断する評価装置と、
を備え、
前記受信誘導子（５，１２）はまた、前記受信誘導子（５，１２）の少なくともひとつの出力電圧からデータ信号を抽出するための手段（２４）を含むデータ受信装置（２１，２４，２７，１８，１６）に同時に接続され、前記移動体の移動中、前記受信誘導子（５，１）の少なくとも一方と、データ信号を送信するのに十分な誘導結合を呈する少なくともひとつのデータラインが、前記移動体の移動経路に沿って配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記データラインは、前記導体ループ（３）と同一であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記データライン（４）は、前記導体ループ（３）とは別に実現されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
受信誘導子（５，１２）の規則的配置が実現され、これが前記移動体の上に、その移動方向に対して少なくとも垂直に延びることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記受信誘導子（５，１２）は、同じコイル（５，１２）であり、これらは、その長さ方向の軸が相互に平行して伸び、すべての前記コイルの軸の終端が、多くとも２枚の平行な平面上にあるように配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記コイル（５，１２）が、プリント回路基板上の導電トレースとして平面形状に実現されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記コイル（５，１２）が、前記移動体の上に、その長さ方向の軸が前記移動体の経路の正接面にほぼ垂直に延びるように配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
受信誘導子（５，１２）の配置が、前記移動体の移動方向にも延びていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
少なくとも２列のコイル（５，１２）が、前記移動体の変位方向に向かって相互に前後に配置され、これらの列は相互に関し、前記コイル（５，１２）のひとつの横方向の寸法を列の数で割った分だけ、横方向にずれていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、位置の関数として、前記導体ループ（３）に関する前記移動体の位置の測定値としての誘導測定信号の少なくともひとつの極限値を判断することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、少なくともひとつの極限値を判断するために、複数のコイル（５，１２）の測定信号の間の非線形補間を行うことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
データ送信装置（１６，１８，２８，２９）が前記移動体の上に設置され、データ信号を送信するのに十分な前記データラインとの誘導結合を示す、少なくともひとつの送信誘導子と結合されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記ひとつまたは複数の送信誘導子が、前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）に接続される受信誘導子（５，１２）と同一であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記移動体の上に、複数の送信誘導子（１３）の規則的配置があり、これは、前記移動体の変位方向に少なくとも垂直に延び、前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）に接続された受信誘導子（５，１２）とは別に実施されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
送信誘導子（１３）は同様のコイル（６，９）であり、それぞれが強磁性コア（７，１０）を有し、これは、磁束の入口および出口面が前記移動体の移動経路の正接面に対してほぼ垂直に延びるように成形、配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記送信誘導子（１３）の配置はまた、前記移動体の変位方向に延びることを特徴とする請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも２列の送信誘導子（１３）は、前記物体の変位方向に前後に並べて設置され、これらの列は、ひとつの送信誘導子（６，９）の横方向の寸法を列の数で割った分だけ、相互に関してずれていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記データ転送に使用される前記周波数帯域が、前記電力供給装置の動作周波数とは顕著に異なり、前記位置測定信号と前記データ信号を分離するための少なくともひとつのフィルタ装置（２３，２４）があることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、データ送信のために各時点において前記受信誘導子（５，１２）によって供給される前記測定信号を参照して、前記データライン（４）との最大結合を実現する地点にある前記受信誘導子（５，１２）のひとつを選択し、前記選択された受信誘導子は、各時点におけるデータ信号の受信に使用されることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、前記データ送信のために各時点において前記受信誘導子（５，１２）によって供給される前記測定信号を参照して、前記データライン（４）との最大結合を実現する地点にある前記送信誘導子（１３）のひとつを選択し、前記選択された送信誘導子は、各時点におけるデータ信号の送信に使用されることを特徴とする請求項１２から１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記データライン（４）は、前記導体ループ（３）の２つの導体の一方（３ｂ）に隣接して配置される２つの導体（４ａ，４ｂ）で構成され、その断面において、前記データライン（４）の導体中心点を結ぶ線が、前記導体ループ（３）の前記２つの導体（３ａ，３ｂ）の導体中心線を結ぶ線に対してほぼ垂直であるようにすることを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
その一方が前記往路導体（３ａ）に近接し、一方が前記導体ループ（３）の前記帰路導体（３ｂ）に近接する２つのデータライン（４，１４）があることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記受信誘導子（１２）が前記導体ループ（３）の幅全体をカバーすることを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記送信誘導子（１３）が前記導体ループ（３）の幅全体をカバーすることを特徴とする請求項１０から２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記データ受信装置（２１，２４，２７，１８，１６）は、前記受信誘導子（５，１２）の少なくとも一方の出力電圧から別のデータ信号を抽出する手段と、前記移動体のために設けられた移動経路に沿って、少なくともひとつのデータ送信機が設置され、これが送信誘導子によって別のこのようなデータ信号を送信し、この送信誘導子は前記移動体が通過するときだけ、前記受信誘導子の少なくともひとつと、前記他のデータ信号を送信するのに十分な誘導結合を呈することを特徴とする請求項１から２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記データ送信機は、前記導体ループ（３）に沿った位置を示す記号を送信することを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記データ送信機は、前記電力供給手段の動作周波数および前記移動体と前記データライン（４，１４）の間のデータ送信の周波数帯域のいずれとも顕著に異なる周波数帯域において送信し、前記出力電圧からその他のデータ信号を抽出するために、前記受信誘導子（５，１２）の少なくとも一方が専用のフィルタ装置を備えることを特徴とする請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
静止データラインと、前記データラインに平行に延びる移動経路に沿ってガイドされる移動体との間で電磁誘導によってデータ送信を行う方法であって、前記移動方向に垂直な前記移動体の位置が測定されて、経路ガイドに使用され、前記移動体の上に、複数の個別の受信または送信誘導子（１２，１３）からなる受信および／または送信アンテナがあり、前記受信または送信誘導子（１２，１３）のうちデータライン（４，１４）との最大結合地点にあるひとつが、各時点において経路ガイドのために測定される前記移動体の位置に基づいて選択され、前記選択された受信または送信誘導子は、各時点におけるデータ信号の受信または送信に使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１のプリアンブルに示す、電磁誘導により移動体に電力を供給し、移動体をガイド(guide)する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導による電力伝送は、移動体の負荷(mobile load)に、機械的または電気的接触を行わずに電力を供給することができる。この目的で提供された装置は、たとえば、ＷＯ  ９２／１７９２９等から公知となったもののように、一次部分と二次部分を備え、原理的にはトランスと同様に電磁的に結合されている。一次部分は、電力供給用装置と、往路方向と帰路方向の導体と同一方向の経路に沿って存在する導体ループと、から構成され、これらの導体は相互に平行に延び、経路の終端で相互に伝導され(transition)、すなわち相互に接続されている。移動体の負荷に配置されたひとつまたは複数のピックアップおよび関連するピックアップ回路が二次部分を構成する。これは、従来の構成のトランスと異なり、固定されずに(loosely)結合されたシステムであり、キロヘルツ単位の比較的高い周波数で動作し、数センチメートルまでの大きなエアギャップの橋渡しをする（bridge）ことができる。このタイプの電力伝送の利点としては、特に磨耗、損耗がない、メンテナンスが不要、接触による事故がない、有用性が高い、等が挙げられる。代表的な用途には、製造技術における自動材料輸送システムだけでなく、エレベータや電気バスといった人間輸送システムもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような装置では、負荷が移動する経路が、導体ループのコースから外れてはならないので、レール束縛型の車両ではない場合、負荷が、適切にガイドされなければならない。このようなガイドは、たとえば、車両が、溝(groove)に沿って進むよう姿勢角の面的制御によって直接決定する方向軸回転用のフロントアクスルを有すること等により実現される。ここで、ピックアップは、この関節式のフロントアクスルに、カーブ部分であっても、移動面に埋め込まれた導体ループと常にできるだけ位置合わせされるよう、有利に配置されている。この解決策の不利な点は、溝を掘るのに労力を要する、移動面が平坦でない、制御面の機械的磨耗が避けられない、等である。
【０００４】
これらの欠点を避ける、ひとつの優れた解決策は、ドイツ特許第１９８  １６  ７６２  Ａ１号において開示されている非接触電磁誘導ガイド方式である。このように、導体ループによって伝送される磁界は、電磁誘導センサ装置によって検出され、この装置の出力信号が評価装置に供給され、評価装置はこれらの信号から導体ループに対して横方向の車両の位置を判断し、この位置に関してサーボモータを制御し、車両のステアリングを行う。この開示によるセンサ装置は、車両の中央に配置され、垂直と水平の感度軸を有するひとつのセンサを備え、水平感度軸は移動方向に対して垂直に延びる。導体ループの往路および帰路導体中の電流は、どの時点においても同じで反転しているため、導体ループに関する車両の中心位置において、垂直感度軸を有するセンサの信号が最大値に到達すると、もう一方のセンサの信号はゼロとなる。
【０００５】
しばしば、自動輸送システムにおいて、車両と中央制御ステーションとの間でデータの通信が必要となる。そこで、ドイツ特許第３９  １６  ６１０  Ａ１号から、トラックガイドとデータ伝送を同時に行う装置が知られているが、トラック誘導導体はトラックガイド専用に使用されており、車両への電力供給には使用されない。トラックガイドのために設けられたセンサ装置は、前述の説明とまったく同じであり、一方、データ通信用の送受信装置については詳しく説明されない。
【０００６】
この先端技術を開始点とした本発明は、電磁誘導によって移動体に電力を供給し、移動体をガイドするための装置の追加機能として、データ通信を実現する有利な方法を提供する問題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この問題は、本発明に従い、特許請求の範囲の請求項１に記載された特徴を有する装置によって解決される。本発明の有利な構成は、従属クレームから明らかとなる。本発明による装置の動作を実現するために考案された方法は、請求項２８の目的である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の極めて重要な利点は、移動体の負荷の位置を判断するのに必要な誘導子が、データ受信にも同時に使用される、つまり、ガイドとデータ受信に必要な電磁誘導アンテナが１本ですむことである。ここで、相互にずれ、移動体の負荷の上に、移動方向に対して横方向に、垂直軸方向に沿って配置される２列のフラットコイル装置が特に適している。このようなフラットコイルは、プリント回路基板に装着しやすく、極端な場合、これらはプリント回路基板上で完全に平面的に実現することもできる。
【０００９】
この受信コイルの配置が、側方での電力伝送に使用される導体ループの少なくとも一方の導体をカバーするのに十分な広さを持ち、データラインが、負荷が移動する経路のカーブ部分であってもループのラインに隣接していれば、正確な位置判断と、ノイズのないデータ受信を行うのに十分な少なくともひとつの受信誘導子とデータラインとの結合の両方が常に保証される。これは、アンテナを移動体の負荷の関節式のフロントアクスルの中央に配置することができず、カーブ部分において横方向に片寄ってしまうような場合にも当てはまる。ここで、ラインの位置は、個々の受信コイルの測定信号の比較、または個々の受信コイルの間の振幅変化の補間から、極めて正確に判断される。
【００１０】
原理上、受信誘導子をデータ信号の送信に使用することもできるが、この目的では、データラインにさらに磁界を集中させる強磁性コアを有する誘導子の別個の装置を設置することがより有利であると思われ、相互にずれた２列の誘導子もまた特に好ましい解決策となる。送信誘導子と受信誘導子のどちらの面においても、瞬間的な横方向への片寄りによるデータラインにとっての最良の結合を特徴とするものが、位置判断の結果に基づいて、通信動作用に選択される。このプロセスは、原理上、複数の送信および／または受信コイルを持つ電磁誘導アンテナ装置に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施例を、図を参照しながら説明する。
【００１２】
図１，２には、それぞれ、本発明による装置の一部の断面図と上面図が模式的に示されている。２ａ，２ｂの２本の溝がトラック(track)１の中に掘られ、この上を電気式輸送用車両が移動する。導体ループ３の往路導体３ａと帰路導体３ｂは、溝２ａ，２ｂに埋め込まれている。このループの一部だけが図２に示されている。導体ループ３には、電源供給用電子装置（図示せず）によって電源供給され、トランスの空間的に分散された一次誘導子として作用し、その二次誘導子は、車両に搭載された負荷によって作られる。このように、車両には、その駆動に必要な電気エネルギーが供給される。負荷と車両はここでは重要でないため、図には示していない。このようなシステムの一般的な動作パラメータは、一次ラインの中央の間隔が１００ｍｍ、エアギャップ１０ｍｍ、電流１００Ａ、周波数２０ｋＨｚである。
【００１３】
さらに、トゥーワイヤ(two-wire)のデータライン４が溝２ｂの中に設けられている。ここで、データライン４は、断面において、導体ループ３によって画定される面に垂直であり、つまり、ワイヤ４ａ，４ｂの中心点を結ぶ線は、導体３ａ，３ｂの中心線を結ぶ線に垂直である。このように、データライン４が導体ループ３から電磁誘導的に最適に外されるだけでなく、平坦なトゥーワイヤのラインとして実施されているデータライン４は、その柔軟性が他の方向よりこの方向において大きいため、データライン４を湾曲させて敷設することが簡単になる。２本の溝２ａ，２ｂは単純化のために同じ断面とされ、必要であれば溝２ａの中に別のデータラインを設置できるようなスペースが残されている。本発明において、導体３ａまたは３ｂのどちら側にデータライン４が設置されるかは問題とならない。したがって、内側に垂直に配置しても、導体３ａまたは３ｂ上に水平に配置しても、あるいは図のように外側に垂直に配置しても同様に良好である。
【００１４】
５つのフラットコイル５ａから５ｅで構成される誘導受信アンテナ５は、図中にはない車両に、トラック１の表面から１０ｍｍのオーダーで距離をおいて設置されている。コイル５ａから５ｅはすべて相互に平行であり、端面はトラック１の表面に平行で、あるいは図において点線で示されている軸はこの表面に対して垂直である。コイル５ａから５ｅは直線を形成し、この直線はその運動方向に垂直に延び、その後、導体ループの長さ方向と一致し、車両が正しく方向付けられる。これは同様に、コイル５ｄ，５ｅにも適用され、これらは帰路導体３ｂの長さ方向と、コイルの列５ａから５ｃに関して横方向にシフトされる。長さ方向へのシフトは、この方向へのコイルの寸法より若干長い。横方向へのシフトは、この方向へのコイルの寸法の判断に対応する。図２に示される楕円形の断面を持つコイルの絵は、単に例にすぎず、断面は円形でも、ほぼ長方形でもよい。コイルの断面寸法は、たとえば、１０から３０ｍｍのオーダーである。
【００１５】
受信コイル５ａから５ｅは、当初、アンテナ５、したがって、それが搭載されている車両の運動方向に垂直な位置を判断するために、導体ループ３の電流の磁界を測定するよう設定されている。このために、コイル５ａから５ｅは電子的評価装置に接続され、これがコイル５ａから５ｅにおける上記の磁界によって誘導される電圧の振幅を設定、比較、評価し、帰路導体３ｂに対してアンテナ５を設置する位置の測定値を判断する。この位置判断に基づき、ひとつまたは複数のサーボモータのための制御信号がコントローラによって発生され、導体ループ３のコースに従って走る経路に沿って、車両が自動的にステアリングされる。
【００１６】
位置の判断は、誘導された電圧の振幅Ｕが、受信コイル５ａから５ｅの横方向の位置Ｓの関数であり、一定の垂直距離で複数の極限値を持つ特性曲線を表すという事実に関係している。図３において、この曲線が定性的に示され、向きが反対の電流が流れる２本のワイヤを持つダブルラインの磁界グラフが描かれている。ここで、横軸の原点は、往路となる導体３ａと帰路となる導体３ｂの真中心にある。導体３ａ，３ｂの位置は、図３において、それぞれＨ，Ｒで示されている。周知のように、磁力線の曲線がループ状であり、その中心点がそれぞれ２本のワイヤを接続する直線上にあるが、すべて中間のスペースＨからＲの外側にあることから、２つの対称的な最小値はほぼＨとＲの位置で発生する。この最小値において、磁力線は水平であるため、連結された磁束はほとんどゼロとなる。最大値は真中心にあり、これは両方のワイヤからの均等な大きな正電界に起因する。
【００１７】
明らかに、このような曲線は、複数のコイルが経路Ｓに沿って配置され、電子的評価装置の中でその出力値が比較され、評価される、というように、極限値の検索による位置の判断に簡単に使用することができる。ここで、その付近で極めて急峻な曲線が見られる最小値のほうが、基準としてより好ましい。このコイル配置で経路Ｓに沿って個別の地点しかサンプリングされないため、これらの参照地点の間で、図３による曲線上で非線形補間を行うことを提案する。第一列のコイル５ａから５ｃに関して２列のコイル５ｄから５ｅは、コイルの横方向の寸法の半分だけずれているため、第一列のコイル５ａから５ｅに関する空間的スキャニング間隔は半分となる。
【００１８】
しかしながら、車両経路のカーブにおける導体ループ３の曲率半径は、長さ方向への２列のコイル５ａから５ｃ，５ｄから５ｅの距離に相対して大きくし、この長さ方向への間隔によって発生するエラーがカーブにおける精度を損なうことがないようにしなければならない。カーブや２つの経路の分岐ポイント（レール束縛システムに関する従来の用語に従い、以下ではスイッチポイントと呼ぶ）における導体ループ３の横方向の曲率により、評価装置によって判断される最小値の位置が側方へと逸れ始めるため、その曲率が顕著となる。このような、車両上のアンテナ５の位置によって予め判断される所望の位置からの現在の位置のずれは、車両の経路調整に使用することができる。
【００１９】
アンテナ５の別の機能は、電磁誘導によってデータ信号を受信することであり、この信号は、帰路導体３ｂのすぐ隣に配置されたデータライン４の上で中央コントローラ（図示せず）を通じて車両に伝えられる。それぞれ垂直軸を有する２つのフラット受信コイル５ｄ，５ｅに対するデータライン４の位置を、図４に拡大して示す。２つの導体４ａ，４ｂの距離が１０から２０ｍｍの範囲と比較的大きいことから、その固有インピーダンスは比較的大きく、従来のタイプの３００Ωのアンテナケーブルに匹敵する。薄い絶縁接続片が２つの導体４ａ，４ｂを機械的に接続し、これらの導体間に完全な一定のスペースを保つ。
【００２０】
導体４ａ，４ｂの中の×印と黒点で示されるデータケーブル４の電流が、ある時点で図の断面の中を上側の導体４ａでは逆方向に、また下側の導体４ｂでは順方向に流れると、ライン４と受信コイル５ｄ，５ｅの間のスペースには、図のようなタイプの磁界が存在し、つまり、磁力線は中心点の周りを時計回りの方向の円を描いて走り、これらの中心点は上側の胴体４ａの上方の、導体の中心点を接続する直線上にある。図の磁力線Ｂの２点において、磁束密度の水平成分ＢＨと垂直成分ＢＶが例として描かれている。
【００２１】
データケーブル４の上方の受信コイル５ｄまたは５ｅの正確な中心位置について、この地点での磁界Ｂが、純粋に水平なプロフィールとなることから、誘導結合は最小となり、つまり、この点で理論的に消失する。これに対し、磁束密度Ｂの大きさは、ライン４からコイル５ｄまたは５ｅが遠くなるほど小さくなる。この事実から、誘導結合の最大値は、コイル５ｄまたは５ｅとデータライン４の付近の、ただし上記の中央位置から離れた上側のライン４ａとの間の所定の垂直距離において現れる。図２に示すように、複数の受信コイル５ａから５ｅの規則的な配置を使用する場合、明らかに受信コイル５ａから５ｅのひとつは、常にこの最大値に最も近いため、データの受信に最も適している。
【００２２】
したがって、上記の評価装置は常に、位置判断のために最もよい位置づけにある受信コイル５ａから５ｅを選び、このコイルだけをマルチプレクサを通じてデータ受信装置に接続する。このように、特に、受信アンテナ５が導体ループ３に関して、つまりデータライン４に関してその通常の位置から側方に一時的に片寄る、カーブまたはスイッチポイントでの方向転換中、ステアリング制御にかかわらず、受信コイル５ａから５ｅの中の最も有利なコイルが反復的に変化する。アンテナの片寄りは、アンテナを車両の関節式フロントアクスルの下に普通ではない設置をした場合は避けられない。しかしながら、最良の位置の受信コイル５ａから５ｅが常に切り替わることにより、経路の中の直線的でない部分においても、問題のないデータ受信が確実に行われる。
【００２３】
原理上、前述のタイプのアンテナ５は、アンテナが取り付けられている車両からデータライン４を通って中央制御ステーションへとデータを電磁誘導によって伝送するのにも使用できる。しかしながら、伝送効率を高めるために、データライン４上に磁界を集中させるために強磁性コアを持つ別の送信コイルを使用することが有利である。図５には、このような送信コイルの２つのモデル６，９が示されている。
【００２４】
左側の送信コイル６は、特に、図１，４に示されるように、上下に重ねられた垂直導体４ａ，４ｂを持つデータライン４に使用するのに適している。鉄心７は、この場合はＵ字型であり、コイル６は車両の上に、Ｕ字型コア７の２本の脚がデータライン４に対して垂直に向くように設置されている。巻き線８は、２本の脚の間の水平部分に設置される。誘導結合は、この配置において、図のデータライン４の上のコイル６の中央位置において最大となる。
【００２５】
右側の送信コイル９は、並列する水平導体４ａ，４ｂを持つデータライン４に使用するのに特に適している。この導体の配置は、データライン４と導体ループ３の間に不要な誘導結合が生じること、および複合ラインの水平カーブが機械的に柔軟であることから、垂直配置ほど最適ではないが、原理上は考慮すべきである。鉄心１０は、この場合、Ｅ字型であり、コイル９は、Ｅ字型コア１０の３本の脚がデータライン４に垂直に向くように取り付けられている。巻き線１１は、中央の脚に設置されている。誘導結合は、この配置においても、図のデータライン４上のコイル９の中央位置において最大となる。
【００２６】
受信アンテナ５とまったく同様に、電磁誘導送信アンテナは、データライン４にノイズのないデータを送信するよう送信コイルが常に十分に正しい位置にある、つまり、カーブを移動中と同様に、車両の移動方向に対して垂直に配置された複数の規則的な線形送信コイルで構成される。さらに、前後に並べ、位置分解能を大きくするために相互に対して側方にずらして配置される２列のコイル配置の利点は、受信アンテナ５から送信アンテナにそのまま移行する。論理上、送信アンテナは、受信アンテナ５のように車両の移動方向に向かって同じ方向に取り付け、受信アンテナに関して長さ方向にシフトさせなければならない。
【００２７】
受信コイルと送信コイルの間の一定の空間配分にとって最良の送信コイルは、最良の受信コイルの選択に基づいて選択される。このように、受信アンテナに関する送信アンテナの長さ方向のずれについて、最良の送信コイルは必ずしも、最良の受信コイルと同じ横方向の位置にある必要はなく、経路のカーブ部分において、最も有利な位置にある送信コイルは、最良の受信コイルより側方にずれることがある。送信コイルの選択に対するこの影響を考慮するには、評価装置が経路のデータを一時的に記憶することが必要となる。
【００２８】
図６，７において、本発明による誘導および通信システムは、断面図または上面図における最大の機能的範囲で示されている。このシステムは、受信アンテナ１２を備え、これは、図１，２に関して前述したアンテナに原則的に対応するが、帰路導体３ｂだけでなく往路導体３ａにおいても、つまり、導体ループ３がその幅全体にわたってカバーされる点で異なる。受信アンテナ１２に関して長さ方向にシフトされた位置に、同じ構造の送信アンテナ１３が設置され、これも同様に導体ループ３を完全にカバーし、図５の左側に示したタイプの送信コイル６から組み立てられている。図６に見られるように、やはり垂直配置の第二のデータライン１４が、溝２ａにおいて往路導体３ａに隣接して設置されている。
【００２９】
図６，７によるシステムの利点は、車両およびアンテナ１２，１３が、導体３ａ，３ｂの一方から離れ、一時的に導体３ａまたは３ｂのいずれかがアンテナ１２，１３に近づくスイッチポイント（経路の分岐点）の領域でも機能することである。したがって、データライン１４，４がそれぞれ導体３ａ，３ｂに割り当てられており、データライン１４，４の各々が受信および送信アンテナ１２，１３によってカバーされているため、ノイズのないデータ送信がどの時点でも可能となる。
【００３０】
同じことが、車両のトラックガイドにも適用される。つまり、図１，２に示されているように、導体３ａまたは３ｂの一方が受信アンテナ５によってカバーされ、車両のトラックがスイッチポイントにおいてこの導体から離れていれば、アンテナ５が再び新しい導体３ａまたは３ｂを発見するまで、位置判断が行われず、したがって、ステアリング制御も不可能となる。これに対し、図６，７のアンテナ配置の場合、受信アンテナ１２は常に、少なくとも一方の導体３ａまたは３ｂの付近にあり、したがって、スイッチポイント領域においても干渉されない位置情報が確保される。
【００３１】
これらの観点が、特定の用途において決定的要因ではない場合、双方向データ通信について、原理上、図６，７に示されるアンテナ配置１２，１３の半分で十分であり、第二のデータライン１４は不要となる。これは、図１，２の配置に、相互に対して横方向にずらし、受信コイル５ａから５ｅの背後に長さ方向に延びる２列の追加の送信コイル６を追加したものに対応する。図１，２に示す２列の５つの受信コイルの数と、図６，７に示す２列の１１個の送信、受信コイルの数は、例にすぎないことは自明である。用途に応じて、所望の性能データを実現するためには、コイルおよび／または列の数が少なくても十分であり、また、もっと大きな数のコイルおよび／または列が必要な場合もある。
【００３２】
評価およびデータ通信装置の組み合わせ１５の回路ブロック図を図８に示す。装置１５の中枢はマイクロコンピュータ１６であり、これは装置１５のデジタル処理機能のすべてをモニターする。マイクロコンピュータ１６は、受信アンテナ１２によって検出されたアナログ位置測定信号を読むためのアナログ／デジタル変換機１７と、データライン４，１４から受信アンテナ１２を通じて受信したデジタルデータ信号を読み、ライン４，１４へと送信アンテナ１３を通じて送信されるデジタルデータ信号の出力のためのデジタル入力／出力ユニット１８を提供する。マイクロコンピュータ１６はさらに、車両の制御用電子装置と通信するための適当なデジタルインタフェースも提供する。たとえば、計算された位置データをステアリング制御ユニットに送信するために、別のＣＡＮバスインタフェース１９を提供し、データライン４，１４から中央制御ステーションに送信されることになる制御コマンドを出力するため、および状態情報を読むために、直列ＲＳ２３２インタフェースが使用される。上記のインタフェースのタイプに代わるものとして、ＲＳ４８５も適している。
【００３３】
受信アンテナ１２は、マルチプレクサ２１を通じて装置１５に接続され、マルチプレクサは、制御バス２２を介してマイクロコンピュータ１６によって制御される。このように、常に、受信アンテナ１２に接続される受信コイルがひとつだけ、制御バス２２の上で選択され、マルチプレクサ２１によって切り替えられ、出力に至る。２つのバンドパスフィルタ２３，２４は、マルチプレクサ２１の出力に並列して接続される。バンドパスフィルタ２３が電力伝送に使用される、たとえば２０ｋＨｚのオーダーでの導体ループ３の動作周波数に調整されると、バンドパスフィルタ２４は、データライン４，１４上のデータ伝送のために選択される、たとえば約１ＭＨｚのオーダーの周波数に調整される。これらのバンドパスフィルタ２３，２４は、導体ループ３の磁界から発せられる位置測定信号と、データライン４，１４からのデータ信号出力を分離する。
【００３４】
第一のバンドパスフィルタ２３からの位置測定信号は、次にサンプル・アンド・ホールド・ユニット２５に供給され、これは、マルチプレクサ２１等、追加の制御ライン２６を通じてマイクロコンピュータ１６によって制御される。サンプル・アンド・ホールド・ユニット２５の出力は、Ａ／Ｄ変換機１７の入力に接続される。第二のバンドパスフィルタ２４からのデータ信号は次に、復調器２７に供給され、復調器２７はこのデータ信号からデジタルベースバンド信号を回復し、これをマイクロコンピュータ１６のデジタル入力／出力インタフェース１８に出力する。
【００３５】
デジタル変調器２８は、復調器２７と対応する。車両から制御ステーションへと送信されるデータは、マイクロコンピュータ１６のデジタル入力／出力インタフェース１８からのベースバンド信号としてこの変調器に供給され、変調器がたとえば、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）を通じてキャリア信号に変調する。このように発生された送信信号は、これをドライバユニット２９に出力し、ドライバユニット２９には送信アンテナ１３が接続されている。このドライバユニット２９は、変調器２８からのデータ信号を増幅し、これを、制御バス２２に適用されるマイクロコンピュータ１６の制御を受ける送信アンテナ１３のひとつの送信コイル接続のみに切り替える。このように、ドライバユニット２９そのものは、図８においては個別に示されていない別のマルチプレクサを備える。十分な切り替え速度を確保するために、制御バス２２は、マルチプレクサ２１およびドライバユニット２９に含まれるもうひとつのマルチプレクサのための別個のアドレスラインを有する。
【００３６】
特定の時点で使用される送信および受信コイルの選択は、マイクロコンピュータ１６によって、それが計算するアンテナ１２，１３の位置を参照して行われる。この計算には、受信アンテナ１２のすべての受信コイルの位置測定信号を含み、これはマルチプレクサ２１を通じて切り替えられ、ひとつひとつ読み取られる。このように、データ通信のために、最も好ましい位置の送信および受信コイルだけが常に使用される。ここで、受信アンテナ１２の個々の受信コイルによって供給されるデータ信号の振幅もまた、選択基準として使用することができ、つまり、バンドパスフィルタ２４の関連する出力信号が使用されるが、位置信号、つまりバンドパスフィルタ２３の割り当てられた出力信号を使用するほうが好ましい。なぜなら、これらの信号の方が、データライン４，１４に関して、導体ループ３の中の電流値のほうがより大きいため、著しく強いからである。
【００３７】
受信アンテナ１２はまた、位置マーキングのために導体ループ３に沿った所定の位置に配置された送信機からの信号を受けるのにも使用できる。このような位置マーク送信機は、一般に、経路に沿った所定の位置に到達した、あるいはこれを通過した、自動制御車両に信号を送るために使用される。好ましくは、このような送信機は、送信コイルを提供し、これは導体ループ３に並列して配置され、受信アンテナ１２のコイルの少なくともひとつが、車両が通過したときに一時的に誘導結合され、これによって、短時間、静止した送信コイルからのデータ信号の受信アンテナ１２への送信が可能となる。
【００３８】
このデータ信号はデジタルコードを含み、このデジタルコードは、導体ループ３に沿った送信機の位置を示す。導体ループ３から車両への電力伝送およびデータライン（４，１４）と車両との間のデータ送信のための既存の磁界を通じたこの単方向位置データ送信を破壊しないようにするために、３つの磁界の周波数または周波数帯域を十分明確に差別化しなければならず、つまり、フィルタ２３，２４のほかに別のバンドパスフィルタによる位置データ信号の抽出が可能でなければならない。明らかに、別の変調器もまた、バンドパスフィルタの出力に接続する必要があり、これは図８の中央信号路２４−２７−１８と同じである。位置マークデータの復号と送信は、マイクロコンピュータ１６による追加機能としての別の手段を用いることなく、実行できる。
【００３９】
導体ループ３からの位置マーク送信機の所定の横方向の距離において、データライン（４，１４）からのデータ信号を受信するのに最良の受信コイルを選択した後、位置マーク送信機のひとつからの別のデータ信号を受信するための最良の受信コイルもまた、簡単な方法で決定でき、どのような状況において、このプロセスは２つの異なる受信コイルに関係する。受信アンテナ１２は、３つの異なる信号をほぼ同時に受信するのにも使用できる。
【００４０】
本発明は、電磁誘導によって移動体に電力を伝送し、ガイドするのと同時に、電磁誘導によってデータ通信を行うための複合システムを提供し、これにより、いずれの場合でも、今日、本発明が関するデータ通信に求められる最低要件（シングルマスター、ハーフデュプレックス、９６００ボーの転送率、１００ｍｓの応答時間）を満たすことができる。しかしながら、これより多くのニーズに対しても、システムの性能データは、追加の手段を用いることなく適応させることができる。これは、伝送速度と応答時間だけに適用されるのではない。このように、第二のデータライン１４の提供は、図６，７について説明したように、フルデュプレックス動作の可能性を開く。
【００４１】
少なくとも受信アンテナ、送信アンテナおよび評価およびデータ通信装置の各々が単独のモジュールを構成すること、あるいはこれらのコンポーネントの全部を単独のモジュールに集積することが好ましいものの、これは本発明を実現するための要件ではない。複数の個別のコイルを使用し、評価装置とデータ受信装置を、車両のための中央制御電子装置の一体的コンポーネントとして実現することは、本発明の実施例であり、これも保護される特許請求範囲の中に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による装置の一部の断面略図である。
【図２】図１に示す装置の一部の上面略図である。
【図３】運動方向に垂直な地点に関する、受信誘導子の出力電圧曲線である。
【図４】図１の図の拡大簡略化断面図である。
【図５】本発明による装置の送信誘導子の２つの例を示す図である。
【図６】双方向通信に適した誘導子の装置の断面略図である。
【図７】図６による装置の上面略図である。
【図８】図６，７の誘導手段に関連する動作のための評価、受信、送信装置の回路ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月6日(2003.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導によって移動体に電力を供給し、移動体をガイドするための装置であって、
前記移動体に沿って導体ループとして延びる一次誘導素子と、
前記移動体の上に設置され、電力伝達のために前記一次誘導素子と磁気的に結合することのできる二次誘導素子と、
前記移動体の上に設置され、前記一次誘導素子の磁界に応じて測定信号を発生する複数の受信誘導素子と、
前記測定信号から前記導体ループに関する前記移動体の位置の測定値を判断する評価装置と、
を備え、
前記受信誘導素子（５；１２）はまた、前記受信誘導素子（５；１２）の少なくともひとつの出力電圧からデータ信号を抽出するための手段（２４）を含むデータ受信装置（２１，２４，２７，１８，１６）に同時に接続され、前記移動体の移動中、前記受信誘導素子（５；１）の少なくとも一方と、データ信号を送信するのに十分な誘導結合を呈する少なくともひとつのデータラインが、前記移動体のために設けられた経路に沿って配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記データラインは、前記導体ループ（３）と同一であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記データライン（４）は、前記導体ループ（３）とは別に実現されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記受信誘導素子（５；１２）は、同じコイル（５；１２）であり、これらは、その長さ方向の軸が相互に平行して伸び、すべての前記コイルの軸の終端が、多くとも２枚の平行な平面上にあるように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記コイル（５；１２）が、プリント回路基板上の導電トラックとして平面形状に実現されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コイル（５；１２）が、前記移動体の上に、その長さ方向の軸が前記移動体の経路の正接面にほぼ垂直に延びるように配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
受信誘導素子（５；１２）の配置が、前記移動体の移動方向にも延びていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
少なくとも２列のコイル（５；１２）が、前記移動体の移動方向に向かって相互に前後に配置され、これらの列は相互に関し、前記コイル（５；１２）のひとつの横方向の寸法を列の数で割った分だけ、横方向にずれていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、前記導体ループ（３）に関する前記移動体の位置の測定値としての誘導測定信号の少なくともひとつの極限値を判断することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、少なくともひとつの極限値を判断するために、複数のコイル（５：１２）の測定信号の間の非線形補間を行うことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
データ送信装置（１６，１８，２８，２９）が前記移動体の上に設置され、データ信号を送信するのに十分な前記データラインとの誘導結合を示す、少なくともひとつの送信誘導素子と結合されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記ひとつまたは複数の送信誘導素子が、前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）に接続される受信誘導素子（５；１２）と同一であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記移動体の上に、複数の送信誘導素子（１３）の規則的配置があり、これは、前記移動体の移動方向に少なくとも垂直に延び、前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）に接続された受信誘導素子（５；１２）とは別に実施されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
送信誘導素子（１３）は同様のコイル（６；９）であり、それぞれが強磁性コア（７；１０）を有し、これは、磁束の入口および出口面が前記移動体の移動経路の正接面に対してほぼ垂直に延びるように成形、配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記送信誘導素子（１３）の配置はまた、前記移動体の移動方向に延びることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも２列の送信誘導素子（１３）は、前記物体の移動方向に前後に並べて設置され、これらの列は、ひとつの送信誘導素子（６；９）の横方向の寸法を列の数で割った分だけ、相互に関してずれていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記データ転送に使用される前記周波数帯域が、前記電力供給装置の動作周波数とは顕著に異なり、前記位置測定信号と前記データ信号を分離するための少なくともひとつのフィルタ装置（２３，２４）があることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、データ送信のために各時点において前記受信誘導素子（５；１２）によって供給される前記測定信号を参照して、前記データライン（４）との最大結合を実現する地点にある前記受信誘導素子（５；１２）のひとつを選択し、前記選択された受信誘導素子は、各時点におけるデータ信号の受信に使用されることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記評価装置（２１，２３，２５，１７，１６）は、前記データ送信のために各時点において前記受信誘導素子（５；１２）によって供給される前記測定信号を参照して、前記データライン（４）との最大結合を実現する地点にある前記送信誘導素子（１３）のひとつを選択し、前記選択された送信誘導素子は、各時点におけるデータ信号の送信に使用されることを特徴とする請求項１１から１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記データライン（４）は、前記導体ループ（３）の２つの導体の一方（３ｂ）に隣接して配置される２つの導体（４ａ，４ｂ）で構成され、その断面において、前記データライン（４）の導体中心点を結ぶ線が、前記導体ループ（３）の前記２つの導体（３ａ，３ｂ）の導体中心線を結ぶ線に対してほぼ垂直であるようにすることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
その一方が前記送出ライン（３ａ）に近接し、一方が前記導体ループ（３）の前記帰還ライン（３ｂ）に近接する２つのデータライン（４，１４）があることを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記受信誘導素子（１２）が前記導体ループ（３）の幅全体をカバーすることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記送信誘導素子（１３）が前記導体ループ（３）の幅全体をカバーすることを特徴とする請求項９から２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記データ受信装置（２１，２４，２７，１８，１６）は、前記受信誘導素子（５；１２）の少なくとも一方の出力電圧から別のデータ信号を抽出する手段と、前記移動体のために設けられた移動経路に沿って、少なくともひとつのデータ送信機が設置され、これが送信誘導素子によって別のこのようなデータ信号を送信し、この送信誘導素子は前記移動体が通過するときだけ、前記受信誘導素子の少なくともひとつと、前記他のデータ信号を送信するのに十分な誘導結合を呈することを特徴とする請求項１から２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記データ送信機は、前記導体ループ（３）に沿った位置を示す記号を送信することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記データ送信機は、前記電力供給手段の動作周波数および前記移動体と前記データライン（４，１４）の間のデータ送信の周波数帯域のいずれとも顕著に異なる周波数帯域において送信し、前記出力電圧からその他のデータ信号を抽出するために、前記受信誘導素子（５；１２）の少なくとも一方が専用のフィルタ装置を備えることを特徴とする請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
静止データラインと、前記データラインに平行に延びる移動経路に沿ってガイドされる移動体との間で電磁誘導によってデータ送信を行う方法であって、前記移動方向に垂直な前記移動体の位置が測定されて、経路誘導に使用され、前記移動体の上に、複数の個別の受信または送信誘導素子（１２；１３）からなる受信および／または送信アンテナがあり、前記受信または送信誘導素子（１２；１３）のうちデータライン（４；１４）との最大結合地点にあるひとつが、各時点において経路誘導のために測定される前記移動体の位置に基づいて選択され、前記選択された受信または送信誘導素は、各時点におけるデータ信号の受信または送信に使用されることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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