CN1864343A

CN1864343A - 通过单一感应耦合的单向功率与双向数据传送

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Publication number: CN1864343A
Application number: CNA2004800293789A
Authority: CN
Inventors: H·M·W·古森斯; G·L·M·詹森; P·H·J·范登博希; A·默伦阿尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV; SKF AB
Current assignee: Koninklijke Philips NV; SKF AB
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-11-15
Also published as: EP1654813B1; WO2005015766A1; DE602004010140D1; US20060252370A1; US7454170B2; EP1654813A1; ATE378739T1; DE602004010140T2; JP2007502043A

Abstract

本发明提供一种用于在第一设备(1)与第二设备(2)之间用感应方式传输功率和全双工数据信号的电感传输系统。该传输系统包括：在第一设备(1)与第二设备(2)之间的双向感应性信道(6)，第一传输装置(121)，用于通过感应性信道(6)以第一频率f把功率信号从第一设备(1)传输到第二设备(2)，第一调制设备(21)，用于以第一调制频率调制第一数据信号，第二调制设备(15)，用于以第二调制频率调制第二数据信号，第二传输装置(124)，用于通过感应性信道(6)把调制的第一数据信号从第一设备(1)传输到第二设备(2)，和用于通过感应性信道(6)把调制的第二数据信号从第二设备(2)传输到第一设备(1)，其中第一调制频率与第二调制频率至少相差两倍，以及其中传输系统还包括信号抵销装置或补偿装置，用于补偿发送的数据信号，提供一个不受到设备一侧本身发送的信号干扰的全双工路径。

Description

通过单一感应耦合的单向功率与双向数据传送

本发明涉及信号传输方法和设备，更具体地，涉及用于在静止方与移动方之间通过感应传送能量和数据，即，不需要在静止方与移动方之间的机械接触。

在越来越多的应用中，需要向移动设备，例如旋转的设备，传送入和传送出电功率和数据，并且需要将电功率和数据耦合到诸如PLC或PC的静止设备。这样的应用的例子可以在自动设备、无线能量输送系统、远程测量系统等等中看到。

传统上，具有移动的滑动触点的汇流环被规定用于处理无限制的旋转运动。然而，汇流环受到摩擦磨损，造成噪声、数据传送丢失或系统故障。

长期以来知道，能量和数据可以经由线圈用感应方式传输，该线圈实际上相应于具有相应的空气隙的变压器。

从Paul Vahle GmbH(www.vahle.de/vahle_e.html)，知道一种无接触功率系统(CPS)。CPS藉助于类似于变压器的初级到次级的能量变换的电磁感应来供给电流。然而，与典型的变压器相反，CPS变压器把初级绕组拉长成一个长环，并把次级绕组放置在一个围绕初级导体的开放端芯子上，并且允许在二者之间有相对移动。CPS可以与Vahle开槽微波波导(SMG)数据传输系统组合。这意味着，存在着单独的用于功率的感应性路径和单独的经由波导的数据路径。

WO 95/07521描述用于探头的感应性传输系统。探头经由探头接口连接到第一线圈。这个第一线圈跨过小的间隙被电感耦合第二线圈，第二线圈经由接口电路被连接到机器控制块。数据信号从探头传送到接口。同时，功率载波信号和命令信号从接口传送到探头。为了传送每个信号而不会互相干扰，每个信号具有中心频率不同的载波，按照该现有技术文件，为了信号生成和恢复，该信号必须在互不重叠的频带中被载送。信号以恒定幅度由调制系统进行调制。

在这个系统中，在命令频带中的数据速率非常低。在两个方向上不可能同时具有两个相等的快速发送的数据流。

本发明的目的是提供信号传输系统和操作该系统的方法，它通过单独一个接口在两个方向上以高数据速率提供全双工数据通信流。本发明的另一个目的是两个信道都具有连续的通信流量而不互相干扰。再一个目的是通过同一个接口传输功率。

以上的目的是通过按照本发明的方法和设备而完成的。

本发明提供用于在第一设备与第二设备之间以感应方式传输功率和全双工数据信号的电感传输系统。该传输系统包括：

-在第一设备与第二设备之间的双向感应性信道，

-第一传输装置，用于通过感应性信道以第一频率把功率信号从第一设备传输到第二设备，

-第一调制设备，用于以第一频率调制第一数据信号，

-第二调制设备，用于以第二频率调制第二数据信号，

-第二传输装置，用于通过感应性信道把调制的第一数据信号从第一设备传输到第二设备，和用于通过感应性信道把调制的第二数据信号从第二设备传输到第一设备，

其中第一调制频率与第二调制频率至少相差两倍，和优选地相隔偶数倍，以及其中传输系统还包括检测装置，用于分别在第一设备一侧和第二设备一侧解调第一数据信号和第二数据信号，和信号抵销装置，用于分别在第一设备一侧和第二设备一侧从分别发送的第二数据信号和发送的第一数据信号中分别抵销第一数据信号和第二数据信号。用于补偿发送的数据信号的信号抵销装置或补偿电路提供一个没有来自设备侧本身所发送的信号的干扰的全双工路径。

第一调制设备和第二调制设备可以适用于执行幅度调制。替换地，它们可以适用于执行相位调制或频率调制。

检测装置可以是同步检测装置。这样的同步的检测系统附加地改进了对不同信号之间的区分和系统的性能。

按照本发明，第一频率可以是与第一和第二调制频率相差10倍或以上。

第一传输装置可包括在第一设备一侧的第一线圈和在第二设备一侧的第一线圈。第二传输装置可包括在第一设备一侧的第二线圈和在第二设备一侧的第二线圈。

本发明还提供用于在第一设备与第二设备之间以感应方式传输功率和全双工数据信号的方法。方法包括：

-通过感应性信道以第一频率把功率信号从第一设备传输到第二设备，

-通过感应性信道把以第二频率被调制的第一数据信号从第一设备传输到第二设备，

-通过感应性信道把以第三频率调制的第二数据信号从第二设备传输到第一设备，第二和第三频率至少相差两倍以及优选地相差偶数倍，

-分别在第一设备一侧和第二设备一侧解调第一数据信号和第二数据信号，以及

-分别在第一设备一侧和第二设备一侧从分别发送的第二数据信号和发送的第一数据信号中分别抵销第一数据信号和第二数据信号。

按照本发明的方法可包括在发送之前对第一数据信号和第二数据信号进行幅度调制。

解调第一数据信号和第二数据信号可包括执行同步检测。

从结合附图作出的以下的详细说明将明白本发明的这些和其它特征、特性和优点，这些附图作为例子说明本发明的原理。本说明仅仅是为了举例而给出的，不是限制本发明的范围。下面列出的标号涉及到附图。

图1是按照本发明实施例的全双工数据和功率传输系统的示意性框图。

图2是按照本发明实施例的用于在接收的信号中抵销的发送的数据的补偿电路的示意性框图。

图3显示图2的示意性框图的实际的实施方案。

图4显示同步检测的原理。

图5显示在输入信号与解调信号之间的相位差正好等于零的情形下，同步检波器作为全波整流器工作。

图6是分别用于设置在1.5MHz的检波器与设置在3MHz的检波器的滤波特性的曲线图。

图7是按照本发明实施例的并行使用两个同步检波器的示意性框图。

图8是图7的示意性框图的实际的实施方案的实施例。

图9显示按照本发明实施例的传输系统的截面图。

图10显示按照本发明实施例的在传输系统中使用的锯齿形芯子。

图11显示按照本发明的实施例的变压器绕组。

在附图上，相同的标号是指相同的或类似的单元。

本发明将对于特定的实施例和参照某些附图进行描述，但本发明不限于此，而是仅仅由权利要求限制。所描述的图仅仅是示意的而不是限制性的。在附图上，某些元件的尺寸为了说明而可能被夸大，从而没有按比例画出。在本说明和权利要求中使用术语“包括”的场合中，它不排除其它单元或步骤的存在。在涉及到单数名词时使用不定冠词或定冠词例如“一个”、“这个”的场合下，这包括该名词的多数，除非另外专门阐述。

而且，在本说明和权利要求中使用术语第一、第二、第三等等是用来区分类似的单元的，而不一定用来描述顺序或按时间的先后。应当看到，这样使用的术语在适当的环境下是可互换的，并且这里描述的本发明的实施例能够在不同于这里描述或说明的其它的顺序下工作。

按照本发明的系统打算把信息在第一设备(诸如移动的例如旋转的设备)和第二设备(诸如静止设备)之间往返传送。第一设备可以是从属设备以及第二设备是主设备。本发明不限于一个移动的设备和一个静止设备。例如，二者都可以是静止的，或二者都是移动的。仅仅为了易于理解，在本说明中，主设备是指静止设备，从属设备是指移动设备。如上所述，本发明不限于此。主设备是用于把功率从其中发送到从属设备的设备。如果旋转设备例如是由电池供电的，则移动设备可以是主设备，而静止设备是从属设备。

旋转设备例如可以是汽车上的轮子或它的任何部件，诸如，例如轮胎、轮缘和/或轴承的零件。在这种情形下，静止设备可以是汽车中的电子控制系统，例如控制板计算机。来自旋转设备的数据，如传感器数据，被传送到固定的或静止的设备。这样的传感器可以是任何合适的物理特性的传感器，例如温度、压力、或加速度传感器或任何形式的换能器或转发器。按照本发明的传输系统的旋转部分必须被提供以功率以便用于传感器，并且例如用于第二设备上的处理电子装置。功能强大的处理系统可被提供在传输系统的运动的部分，以便减小和压缩来自各种传感器的数据量。传感器的采样频率可以例如为约几kHz，分辨率约为10比特。所有的这些传感器的高的数据速率合起来需要一定的带宽以连接静止的一方。带宽常常是有限的。因此，可提供处理电子装置以便把数据流减小到较低的可接受的数据速率。按照现有技术，可接受的数据速率是10到100kb/s。按照在本发明的情形下(例如汽车应用)，可能至少需要100kb/s的数据速率，以及可能希望有1Mb/s的数据速率。

由于移动部分需要的功率可以是若干瓦(处理电子装置所需要的)，本发明一方面提供电感耦合，即可以传送这样数量的能量的无接触耦合。功率传送由带有空气隙的变压器型耦合提供。对于数据传送，提供了可靠的无接触传送媒体。这也可以在电感耦合中被提供，它提供可靠性和低复杂性的优点。优选地，数据传送和功率传送被组合在同一个电感耦合中。这导致总的系统的可靠性和低复杂性，尤其是，耦合器的低复杂性。

图1示意地显示按照本发明的实施例的系统的框图。图的左面部分是传输系统的静止部分1，它被连接到静止设备，例如汽车的控制板计算机。图的右面部分是移动部分2，它被放置在移动设备上，例如在一个轮子上。

在静止部分1和移动部分2之间提供了带有两个芯子的电感耦合装置，例如铁氧体芯子，静止芯子4和旋转芯子5以及两组线圈(图1上未示出，但显示于图11)。包括第一静止线圈122和第一移动线圈123的第一组线圈121使用于传送功率，而使用第二静止线圈125和第二移动线圈126的第二组线圈124用于全双工数据传送。第一和第二静止线圈122，125位于静止设备一侧，第一和第二移动线圈123，126位于电感耦合装置3的移动设备一侧。空气隙6位于两个芯子4，5之间，因此也在各个静止与移动线圈之间。按照本发明的系统中传送的能量是毫瓦或瓦的量级。

功率传输

按照本发明的实施例的传输系统的静止部分1包括功率放大器7。具有第一频率的正弦波发生器使用由图1的“+电源输入(+Supply in)”表示的信号来驱动线性功率放大器，该第一频率是相对较低的频率，例如处在10与500kHz之间，有可能高达1MHz，这里例如是20kHz。对于在汽车应用中的使用，在静止部分中的电源由直流电压(例如来自汽车电池)供电，但本发明不限于直流电源。

在优选实施例中，功率放大器7可以由两级组成，一级用于放大正弦信号的正的部分，另一级用于放大正弦信号的负的部分。所以一个放大级被建立为非倒相放大器，而另一个放大级被建立为倒相放大器。每个放大器级驱动功率线圈122的一侧。合在一起，放大器的两个级即作为推挽驱动级运行。放大器7以单个电源电压+“电源输入”供电，它例如具有+12伏的数值。由于放大器级中的损耗，放大器生成小于12伏的电压，例如高达8伏峰值。在第一频率(例如20kHz)为了稍微增加效率，线圈122可以具有并联或串联的谐振电容器。

功率放大器7以相对较低的第一频率例如20kHz的频率驱动静止部分1的第一静止线圈122。这在电感耦合装置3的空气隙6中生成交变磁场。在这个频率下，具有约0.5mm的空气隙的变压器系统有足够的效率。

这个交替的磁场被传送到在移动部分2上的功率拾取线圈，它是第一移动线圈123。在移动部分上的功率线圈123配备有中心抽头127。这个中心抽头127是接地的，其它的抽头128，129驱动整流器8中的全波电桥。整流器桥用具有低电压降的肖特基二极管构成。经由这个装置，可以在移动部分2生成正的电压和负的电压。在移动线圈123上的电压经过整流器8整流后通过调节装置9被调节，以便例如去除输出直流电压上的纹波。例如，可以提供平滑电容器和后面的稳压器，以便生成直流电压，适合于作为移动部分2的任选的电子设备的电源电压。为了稳定正侧电压，一个并行稳压器用来使电压损失最小。

从从属设备到主设备的数据传输

在移动部分2，多个传感器例如(但不限于)压力传感器10、加速度传感器11和温度传感器12可以生成一些信号，这些信号由控制器13变换成数字数据流14。比特速率可以处在10kb/s与1Mb/s之间，优选地在100kb/s与1Mb/s之间，例如，比特速率可以设置为128kb/s。

这个数据流14可以在第一调制设备15以第一调制频率(例如是1.5MHz的高频)被调制，例如接通/断开幅度调制。第一调制频率必须至少是功率频率的五倍，该功率频率正如前面所说的那样，可以从非常低变化到500kHz，或甚至可能到1MHz。原则上，第一调制频率可以高达10到20MHz，这取决于耦合器结构(空气隙，绕组数，所使用的铁氧体材料的类型等等)。原则上，也可以使用其它类型的调制，诸如频率或相位调制，但这些方法具有更复杂的解调器和调制器电路。

第一调制频率是功率信号的第一频率的至少5倍。

进入调制设备15的信号是串行TTL型数据流。这个数据流把1.5MHz驱动器接通和关断，这取决于高电平还是低电平。1.5MHz载波信号可以从例如6MHz时钟信号得到(把该时钟频率除以4)。

经调制的数据信号16到移动数据线圈126的耦合是经由一个包括高通滤波器的耦合网络17完成的，该高通滤波器具有的滤波器频率是用于从数据信道中消除功率频率和它的谐波分量。因此高通滤波器的频率处在功率频率与数据频率之间，例如约500kHz。功率频率分量被消除而数据频率分量则通过高通滤波器而传送。最后，调制的信号16驱动在移动部分2上的数据线圈126。在电感耦合装置3的空气隙6中的磁场以第一调制频率被调制，在所描述的例子中是1.5MHz。

静止部分1的数据线圈125接收空气隙6中的经调制的磁场，并把它变换成例如电压。这个电压在解调装置18中被解调，并被变换成数字数据流19。这个数据流19可被馈送到控制器20，例如送到汽车的控制板计算机(未示出)。

从主设备到从属设备的数据传输

从静止部分1到移动部分2的数据，诸如例如命令信号，诸如S0_wheel和S90_wheel，在调制设备21中以第二调制频率被调制，例如接通/关断幅度调制，该第二调制频率是第一频率的10倍或更高，并且是第一调制频率高偶数倍数。偶数倍数是优选的，因为奇数倍数由于会导致更多的干扰而不是最佳的。倍数2给出两个数据频率的相当好的分离。倍数4或6也是可能的，但在这种情形下，需要更高的信道带宽。如果只能得到小的信道带宽，则最好是相隔2倍。对于这里描述的例子，第二调制频率例如是3MHz。数据流的比特速率被设置为例如128kb/s。进入调制设备21的信号是串行TTL(晶体管-晶体管逻辑)型数据流。这个数据流以第二调制频率，例如3MHz，接通和关断地调制驱动器，这取决于进入的数据是高电平还是低电平。3MHz可以从6MHz时钟信号得到(把该时钟信号除以2)，给出正好50％的工作比。调制的数据流22经由一个包括高通滤波器的耦合网络23被耦合到静止数据线圈125，该高通滤波器的滤波器频率是例如约500kHz，它用于从数据信道中消除功率频率和它的谐波分量。

经由在静止部分1处的线圈125，在第二调制频率上的信号(例如3MHz信号)在空气隙6中在同一个频率上被变换成磁场调制。

在移动部分2上的数据线圈126接收在空气隙6中的调制的磁场，并把它变换成电压。这个电压在解调装置24中被解调，并被变换成数字数据流25。这个数据流25可被馈送到控制器13。

发送信号的抵销

在移动部分2上，在第二调制频率上的信号(例如3MHz信号)被在该侧的数据线圈126接收。这个线圈126也是用于数据从移动部分到静止部分1的驱动线圈。由于在传输信道上(电感耦合装置3)严重的信号损耗，在第二调制频率3MHz上的接收的信号被在第一调制频率1.5MHz上第二数据信号占据优势。接收的3MHz信号比起发送的1.5MHz信号在幅度上小到十分之一以下。

同样地，在静止部分1处接收例如1.5MHz的信号第一调制频率的信号的线圈125也是用于来自静止部分1和被发送到移动部分2的数据(例如命令信号)的驱动线圈。由于在电感耦合装置3的传输信道上的严重的信号损耗，在数据静止线圈125处接收的信号，例如1.5MHz信号，被由静止部分1发送的第二调制频率(例如3MHz)的数据信号占优势。接收的1.5MHz信号比起发送的3MHz信号在幅度上小到十分之一以下。

所以，在电感耦合装置3的两边，发送的信号从接收的信号中被抵销。例如，本发明包括使用回声抵销器或滤波器，以便从接收的信号中去除或抑制不想要的信号。本发明的实施例在后面对于在静止部分的发送的信号抵销进行说明。在移动部分的发送的信号抵销不再详细说明，因为是相类似的。

图2显示用于发送的数据信号的补偿电路30。在对发送的数据信号无补偿时，在一侧接收的信号将被在该侧发送的信号占优势。数据信号将被电感传输信道衰减到1/10。因此其自身发送的信号将是从其它的一侧接收的信号的10倍。为了消除在接收的信号中的自身发送的信号，必须进行补偿。

从数据-1-输入(Data-1-in)到信道的耦合的传送具有一定的频率传送特性。这个频率传送特性在补偿其自身的信号时必须被使用。对于这种补偿，数据不仅进入到耦合网络23，而且也进入到补偿滤波器31。这个补偿滤波器31的输出从自电感信道6接收的信号32中被减去。其结果是一个其中消除了大量发送信号的信号。这样，在相减后，只留下从另外一侧接收的信号数据-2-输出(Data-2-out)。在另外一侧进行相同的操作。这样，建立了没有来自本身发送的信号干扰的全双工路径。当然，由于信道与滤波器分量的变化，这个操作有某些容差。对于不想要的信号的优选的抑制是10到20dB。

图3显示本原理的实际的实施方案。从发送器到变压器耦合的传送或从而也就是传输信道可以由一阶高通滤波器33来替代(简化)。这个一阶高通滤波器33由简单的RC电路代表。在底部的差分放大器34将取在变压器处的信号与补偿网络31的输出之间的差值。耦合网络23可以是一个电阻，如图3所示。

最后得到的是一个其中大量发送的信号已被消除的信号，该信号要传送经过同步检测电路。

同步检测

同步检测方案的基本目的是数据信道中的幅度检测。由于在所描述的本发明的实施例中的两个数据信道是在两个不同的频率上进行幅度调制的，因此将有两个不同的同步检波器，在传输信道6的每一侧各一个。

在替换实施例中，没有详细描述，在图上也未示出，用相应的解调方案可以执行频率调制或相位调制。

对于同步检测，在本例中在静止部分的检波器必须检测在第一调制频率上调制的数据信号(例如1.5MHz信号)的存在，而在移动部分的检波器必须检测在第二调制频率上调制的数据信号(例如3MHz信号)的存在。

在本发明中选择同步检波器，因为它的快速的响应和它的对于相隔诸如2或更大的偶数倍数的频率的高的消减比。这也是为什么第一和第二调制频率要选择为相差2的倍数(例如在以上的例子中的1.5MHz和3MHz)的原因。在原理上，同步检测是一个频率选择性的幅度检测方法。其它幅度检测方法也是可能的，例如带通滤波器与峰值或平均值检波器的组合。

同步检波器40可用于图4所示的装置中。要被检测的输入信号应当具有与在检波器中使用的解调频率相同的频率(调制频率)和相对于解调频率恒定的相移。

在传输信道33上接收的信号被乘以检测或解调频率的0度分量以及检测或解调频率的正交的90度分量。

在如图5所示的特殊情形下，当在接收的信号与解调信号之间的相位差正好是零时，可以看到，在这些条件下，同步检波器40作为全波整流器工作。

如果相位差不是零，出现负电压时间区域以及正电压时间区域，并且减小输出电压的平均值，这样，它总是低于图5所示的例子的数值。

现在来确定作为相位的函数的检测信号的输出电压V_o。

在乘法器41中输入电压V_i在时间上随解调频率被乘以+1或-1。这个效果在数学上表示为：

V_o＝V_i·S(t) (1)

其中S(t)是-1或+1。

如果这个项用傅利叶级数形式重写，则得到的以下的公式：

S (t) = \frac{4}{π} Σ_{n = 0}^{\infty} \frac{1}{2 n + 1} \sin (2 n + 1) ω_{dem} t - - - (2)

输入电压V_i假设是具有频率f_i＝m·f_dem和相位角_m的正弦电压。利用公式(1)和(2)，这导致输出电压V_o：

这个输出电压V_o的算术平均值由随后的、具有以下公式的低通滤波器42进行计算：

与公式(3)相组合，得到以下的、最后的结果：

V_o＝0 for m≠2n+1 (4)

其中n＝0，1，2，3，...

如果输入电压信号V_i包括各频率的混合，则只有其频率等于解调频率或是它的奇数倍数的这些分量对输出电压的平均值有贡献。这解释了为什么同步检波器40特别适合于选择的幅度测量。

同步检波器也是相位敏感的，因为其输出依赖于在输入信号的适当的分量与解调频率之间的相位角。对于_m＝90°，V_o是零，即使满足频率条件的话。对于图5的例子，_m＝0⁰和m＝1。在这种情形下，公式(4)产生：

{\overset{&OverBar;}{V}}_{o} = \frac{2}{π} {\hat{V}}_{o}

其中 V_o是信号的平均值以及是信号的峰值。公式(4)因此产生全波整流后的正弦电压的算术平均值；结果可以直接从图5得到。

公式(3)表明，只有其频率等于解调频率或是它的奇数倍数的那些输入电压V_i对输出电压V_o有贡献。然而，这仅仅在低通滤波器41的时间常数是无限大时才成立。实际上，这是不可能的，在本发明的情形下甚至是不希望的，因为如果低通滤波器的截止频率是零，则输出电压V_o根本就不改变。如果截止频率大于零，同步检波器不再区别出离散的频率，而是各个频带。这些频带的3dB带宽是2f_c，图6显示最终的滤波器特性。图上显示两个特性。上面的曲线61是设置在1.5MHz的检波器的特性。第二条曲线62是设置在3MHz的检波器的输出。可以清晰地看到，两个检波器对于低频干扰都不太敏感，并且对于比它们的解调频率高两倍的频率也不太敏感。

奇次谐波的贡献任选地可以通过使用用于解调的正弦信号来消除。在本例中，这并不是必要的，因为只有两个频段可能有干扰。如果在同步检测方案中要检测的信号被乘以方波信号，则检波器也将生成奇次谐波信号的输出(见图6)。在要被检测的信号乘以正弦信号的情形下，检波器不会生成奇次谐波频率的输出。用于这一用途的电路是更复杂的，并且是更难建成的，特别是在MHz的范围。

按照公式(4)，同步检波器40不直接产生幅度V_peak，但给出复数幅度Vi的实部V_peak·cos。为了确定幅度|V_i|＝V_i_peak，解调频率的相位角可以由适当的相移网络来调节，以使得检波器的输出是最大值。这样，信号V_i(t)和解调器电压V_dcm(t)是同相的，并得到以下结果：

{\overset{&OverBar;}{V}}_{o} = \frac{2}{π} {\hat{V}}_{i}

因为只有频率分量的幅度而非相位角是重要的，在解调器的相位与输入信号V_i之间的同步是不必要的。

在这种情形下，可以如图7所示并行使用两个同步检波器70，71。两个解调器信号72，73相对于输入信号V具有未知的相位，但互相之间有90°的固定的相位差。

在两个低通滤波器74，75之后，可找到同相和正交分量的幅度。为了生成输入信号V_i中解调的频率分量的绝对值，必须对两个解调器的输出72、73的平方(见块78和79)求和(见方块77)并取该和之平方根(见方块76)。

求平方(方块78和79)和平方根(方块76)的运算需要多个电路。能得到对适当的检测是足够好的输出信号的更简单的方法是取两个解调器输出72，73的绝对值的最高值。这个运算被显示于图8的实际的实施电路图。

图上显示具有多个开关的乘法器实施方案。由于要被检测的信号80必须乘以+1或-1，这个函数可以经由在倒相和非倒相信号之间切换的开关装置81容易地实施。在检测0度分量的上面部分，两个开关82，83之一总是由常规的解调器信号84和倒相的解调器信号85进行选择。对于90度检波器信道，执行相同的操作，但这时要用经移相装置86移相90度的解调器信号。两个输出87，88传送通过低通滤波器89，90，后面跟随绝对值电路91，92。经由二极管电路93，两个信道的最高的一个被传送到检波器输出端94。这个仍然是模拟的信号93被传送到比较器95，比较器将在输出端96重新生成数据。在比较器的输入端，检波器输出94与限幅电平97进行比较：高于限幅电平97的、在检波器输出端94处的信号将导致第一个二进制数值，例如“0”，低于限幅电平97的、在检波器输出端94处的信号将导致第二个二进制数值，例如“1”。为了对于噪声不敏感，比较器95优选地具有一定的滞后量。

系统的实施方案

图9显示按照本发明的耦合系统的实施方案的实施例的截面图。

在这个系统中，上面部分是位于移动设备，例如在轮子旋转部分上的移动部分2。下面部分是静止部分2。

在移动部分2，至少有一个PCB(印刷电路板)，在所显示的例子中有三个PCB 100，101，102。第一PCB 100收集传感器信号，并把它传送到第二PCB 101。第二PCB 101上安置有用于执行信号处理的控制器13。第三PCB 102提供类似于功率整流8和调节9的功能，以及与相关联的滤波器一起提供数据的调制15和解调24的功能。在给定的例子中，有三个PCB 100，101，102，但也可以或多或少使用任何适当的数目的PCB。例如，所有的功能可以合并在一起在同一个PCB上。

在静止部分1，也有类似于在移动部分2中的PCB 100，101，102的三个PCB，103，104，105。这里同样地，PCB的数目可以是不同的，诸如一个或多个。在静止部分1中PCB的数目不需要与在移动部分2中的PCB的数目相同。在图9显示的实施例中，静止部分1的上面的PCB103包含下列功能：用于传感器检测，诸如速度检测，对于第一频率例如20kHz的功率驱动器，和调制电路21与具有相关的滤波的解调电路18。第二PCB 104包含用于执行信号处理的控制器20。第一PCB 105收集传感器信号，并把它传送到第二PCB 104。它也具有例如经由CAN(控制器域网络)接口到控制板计算机的连接，正如本领域技术人员熟知的。

在静止部分1与旋转部分2之间是芯子4，5和线圈122，123，125，126，它们用于能量和数据传送。它包含罐形芯子(potcore)型结构18，每一侧有一个用于功率传送的线圈122，123，和一个用于数据传送的线圈125，126。罐形芯子是用于线圈或变压器的标准型铁氧体芯子的名称。图10是罐形芯子的一半，圆形线圈在本例中由在里面和外面的铁氧体包围。数据线圈125，126优选地放置在里面，它保证数据信道上最恒定的传送。功率线圈122，123具有较大的直径，并被放置在靠近芯子107的外缘的锯齿106旁(见图10)。

轮子角度或速度传感是经由功率信号的调制而执行的。当静止芯子4的齿106与旋转芯子5的锯齿被对准时，磁间隙处在最小值，所以在初级和次级一侧的线圈之间有最大磁耦合，因而传送的功率处在它的最大值。当锯齿106没有对准时，有最小的磁耦合，因而传送的功率处在它的最小值。

这个功率调制可以经由功率线圈122被测量。

在可以按照本发明被使用的芯子的实施例中，可以有40个锯齿106。这导致40次功率变化和从而每在一旋转有40个脉冲。磁接口按此而建立，以使得耦合因子在每一旋转变化40次。这造成传送的功率的变化，它被测量和被转换成一个周期为每一次旋转40次的脉冲信号。这个信号被传送到控制器，控制器发送信号到控制板计算机。控制板计算机可以将这样的信号用于各种各样的目的，其中ABS功能(仿阻塞系统)仅仅是一个例子。

数据线圈125，126和功率线圈122，123被放置在里面芯子108与外面线圈墙109之间的间隙中。

变压器绕组是如图11所示，以及如上面描述的。

应当看到，虽然在这里对于按照本发明的设备讨论了优选实施例、特定的构建和结构以及材料，但可以在不背离本发明的范围和精神的条件下在形式和细节上作出各种改变或修正方案。

Claims

1.一种用于在第一设备(1)与第二设备(2)之间以感应方式传输功率和全双工数据信号的感应传输系统，包括：

在第一设备(1)与第二设备(2)之间的双向感应性信道(6)，

第一传输装置(121)，用于通过感应性信道(6)以第一频率把功率信号从第一设备(1)传输到第二设备(2)，

第一调制设备(21)，用于以第一调制频率调制第一数据信号，

第二调制设备(15)，用于以第二调制频率调制第二数据信号，

第二传输装置(124)，用于通过感应性信道(6)把调制的第一数据信号从第一设备(1)传输到第二设备(2)，和用于通过感应性信道(6)把调制的第二数据信号从第二设备(2)传输到第一设备(1)，

其中第一调制频率与第二调制频率至少有两倍的分隔效率的，其中传输系统还包括检测装置，用于分别解调在第一设备(1)一侧和在第二设备(2)一侧的第一数据信号和第二数据信号，和信号抵销装置，用于分别在第一设备(1)一侧和第二设备(2)一侧从分别发送的第二数据信号和发送的第一数据信号中分别抵销第一数据信号和第二数据信号。

2.按照权利要求1的感应传输系统，其中第一调制设备(1)和第二调制设备(2)适合于执行幅度调制。

3.按照权利要求1的感应传输系统，其中检测装置是同步检测装置。

4.按照权利要求1的感应传输系统，其中第一频率与第一和第二调制频率相差10倍或更多。

5.按照权利要求1的感应传输系统，其中第一传输装置(121)包括在第一设备(1)一侧的第一线圈(122)和在第二设备(2)一侧的第一线圈(123)。

6.按照权利要求1的感应传输系统，其中

第二传输装置(124)包括在第一设备(1)一侧的第二线圈(125)和在第二设备(2)一侧的第二线圈(126)。

7.一种用于在第一设备(1)与第二设备(2)之间以感应方式传输功率和全双工数据信号的方法，包括：

通过感应性信道(6)在第一频率上把功率信号从第一设备(1)传输到第二设备(2)，

通过感应性信道(6)把以第二频率调制的第一数据信号从第一设备(1)传输到第二设备(2)，

通过感应性信道(6)把以第三频率调制的第二数据信号从第二设备(2)传输到第一设备(1)，第二和第三频率至少相差两倍，

分别在第一设备(1)一侧和第二设备(2)一侧解调第一数据信号和第二数据信号，以及

分别在第一设备(1)一侧和第二设备(2)一侧从分别发送的第二数据信号和发送的第一数据信号中分别抵销第一数据信号和第二数据信号。

8.按照权利要求7的方法，包括在发送之前对第一数据信号和第二数据信号进行幅度调制。

9.按照权利要求7的方法，其中对第一数据信号和第二数据信号的解调包括执行同步检测。