专利名称：用于沿道路移动的交通工具的无源位置感应与通信设备和方法
技术领域：
本发明与美国专利第6,011,308号相关，该专利颁布于2000年1月4日且被转让给受让人，在此收入其全部内容以供参考。
这些现有的系统需要交通工具上配备电池组，发电机或其他的电源，举例来说，以便支持产生车载信号，该信号直接或间接指示出车辆位置，并被传送到一个道旁站或另外一种交通工具等，以便进行信号译码。虽然在许多情况下车载电源都是可用的，但它时常是不可用的。通过非限定性的例证说明，这一点在小型车辆上特别属实，例如用于材料处理系统的车辆和用于震颤移动的车辆。
不管这种交通工具是否配备一个方便的车载电源，一般都有精确感应它们的位置的严格需求。在某些情况下，交通工具操作的前进速度需要以秒或更短的时间来进行。没有准确的、最新的位置信息，安全移动就可能遇到危险。
在现有技术中，有多种方法被用来进行交通工具和道旁站之间的通信。这些方法大部份涉及无线射频通信的使用。这种方案的缺点之一是由建筑物和隧道墙壁等干扰结构引起的信号衰减。另外一个缺点是它们需要车载电源，这在无动力交通工具中可能无法提供。
交通工具和道旁的通信通常使用的是交通工具标识的传送，该标识典型的例证是交通工具身份识别(ID)号码。现有技术为这种方法提出了一些不需要车载电子设备或车载电源的选择。典型情况下，这些选择要求用条形码或相似方法标示交通工具，且用道旁设置的读码器来探测那些条形码。不幸的是，这种解决方案成本昂贵，且容易由于污垢的聚积或其他的环境因素等出现不正确操作。当比较廉价的解决方案被提出时，它们仍时常受到环境因素的危害。
考虑到前面叙述的情况，本发明的目的是要提供经过改良的方法和设备以便进行基于道路的位置感应和通信设备和方法。
本发明的另外一个目的是要提供一些方法和设备，用于感应在道路上移动或与道路一起共同移动的交通工具的位置，以及与这些交通工具进行通信。
本发明的另外一个目的是要提供一些方法和设备，其能被用于所有类型的交通工具，无论它们是在铁道、公路还是其他的介质上移动。
本发明的另外一个目的是要提供一些方法和设备，其允许对交通工具进行探测和通信，举例来说，无论交通工具是位于地下的或处于与地面站天线或卫星无法联系的位置。
依照一个方面，本发明的一个系统包括一个通量源或场源，以及沿着一个道路放置的一个或多个感应绕组。一个换能器(或其他的耦合元件)被配置用来将来自电源的能量耦合到感应绕组，以便在其中感应一个信号，该信号随着沿道路的耦合元件的位置变化而改变。
道路可能是公路，铁路，线性马达系统的导轨或任何其他的交通工具的车道。通量源可能由沿该道路放置的一个或多个发射绕组来提供。这种发射绕组能获得有源电源，以便提供局部的磁场通量，这种绕组最好针对感应绕组进行放置，使它们之间的净信号耦合在除耦合元件的邻近区域之外的区域很小甚至没有。
根据本发明的其他方面，耦合元件被装配在交通工具、运载车辆或其他需要确定其沿道路位置的道路移动物体上。耦合元件可能是无源的结构，例如一个简单的铁磁材料体，传导性材料，或两者的组合体。它也可能包含一个或多个调谐接收机回路，举例来说，带有电容器或其他元件，以便与一个被发射绕组或其他通量源产生的信号在一频率上产生谐振。
依照本发明的相关方面，感应绕组具有一个空间的配置，其针对来自发射绕组耦合的能量对它们的接收特性进行本地化或改变。结果，在一个感应绕组中产生的位置信号的形式依据换能器或其他耦合元件的位置不同而改变。在相关方面，本发明提供的上述的系统中，一个或多个感应绕组被安排为一系列交互感应器回路。耦合元件在回路上的运动感应包络位置信号，其因位置而改变，且具有周期零信号或磁倾角。
本发明的另一个相关方面需要使用一种带有多个回路的发射绕组，所述多个回路以感应回路周期的倍数或约数为周期放置。可替代的方法是，或可增加的方法是，换能器能在道路方向上有一个宽度(或其他的尺度)，其是发射绕组回路及/或感应绕组回路周期的倍数或约数。
因此，通过非限定性例证，发射机回路的周期可能是感应回路周期的两倍，等等。这能有效地提供一个感应位置信号包络线，其具有定义良好的零信号或磁倾角，否则，当换能器沿着道路移动时，其具有一个固定的包络线形式。较佳的情况是，两个补偿感应绕组被用来提供相位信号，其可能被组合起来以便增强位置分辨率。
依照本发明上述方面的系统的一个优势是，它能消除正在确定位置的交通工具，运载车辆或其他的物体上使用车载有源电子设备的需要。
在一些情况下，可能要求配备车载电子设备，这时可以从发射绕组的信号中获得电源，而不需要永久性的存储单元(举例来说，电池组)或其他电源。为了实现这个目的，本发明进一步需要上述的系统，其中一个调谐接收机回路被用作一个耦合元件以便用感应方式将电源传递到交通工具。
依照本发明的相关方面，系统提供电路以便影响到达或来自道路上的交通工具的通信。举例来说，一个上述的接收机回路可以被用来接受道旁控制器发送给道路上的一种交通工具的一个指令信号。这种回路也能被用来发送信息。
例如，可以改变调谐接收机回路的耦合效果(举例来说，通过降低调谐电路的Q)来为一个在感应绕组中的位置信号“之上”的通信信号进行编码。本发明的这个方面能被某种交通工具用来将其识别编号或身份号码发送到一个道旁控制器。它允许单向或双向通信，而不需要电池或该交通工具上的其它电源。
本发明的其他方面提供上述的系统，其中传输和感应绕组被放置在一个线性马达的定子马达绕组之中。其优势在于，传输和感应绕组回路的周期，以及换能器的带宽，可以得到选择以便避免来自定子马达绕组的干扰和对清除信号进行耦合。
在附图和下文的描述中，本发明的上述和其他方面将得到明确的说明。
图6显示了一个实施例，其中交通工具上的调谐电路在被传输信号的频率上发生谐振，因此产生对位置感应的基于距离的耦合；图7显示了经由一个调谐电路换能器来从被传输的信号提取电源，以便为车载电子设备供电；
图8举例说明对调谐电路的Q进行交通工具调制以调整被感应的信号，从而允许进行从交通工具到一个道旁控制器的数据传输；图9描述图6调谐电路的一个印刷电路板实施例，尤其适用于线性同步马达，其中调谐电路的构造使用设置洞眼的印刷电路板技术，以便将板装在永磁阵列上，该阵列被用作交通工具上的一个线性同步马达的场激励装置；
图10描述了一个印刷电路板实施例，其用于永磁阵列的对称安装，该阵列被用作交通工具上的一个线性同步马达的场激励装置。
图1显示了一个由三个绕组组成的绕组结构的俯视图。三个绕组的位置，例如在一条薄的皮带状带子或条状物中，或在一个浅的曲径槽或道路中，彼此之间相互叠置。虽然图中的绕组是分开的，这是因为描述的需要，可以比较好的显示每个独立绕组的结构。如图所示，绕组包括一系列回路，而且，如绕组Q上的前两个回路的电流箭头所显示的那样，一个在绕组中流动的信号在后续回路中交替沿顺时针和反时针方向流动。在使用一个线性马达来感应位置的情况下，有源发射机绕组被设计为具有双倍于电动机极间距的极间距，以便将对马达的场耦合减到最少。在其他的情况下，绕组节距依照所需要的分辨率和交通工具结构与道路绕组之间的间隙进行选择。如果感应绕组存在极间距的话，其极间距双倍于发射机绕组节距，或四倍于线性马达的极间距。因此，马达场和发射机绕组或者感应器绕组之间的耦合非常小。
有源或发射机绕组Tx由一个正弦曲线载波驱动。图2显示了沿着图1中绕组中央的垂直面中的一个纵截面，以及一个有源绕组回路产生的磁场的简要描述。因为没有换能器C，如图2第一部分所示，事实上在发射机绕组和感应绕组之间没有载波耦合，这是由于两种类型绕组的极间距之间的关系。该事实在图中被举例说明为A案例。
当换能器存在时，如B案例所示，有源绕组和感应绕组之间的耦合被改变了。较佳的情形是，换能器的长度大约等于感应绕组极间距长度，以便减少来自马达的噪声耦合和取得所需要的发射机和感应绕组之间的耦合功能。换能器为通量提供一个低磁阻路径，从而在邻近区块中增加了场量(和改变了场的形状)。如图所示，区块直接位于感应绕组Q之上，且没有将净通量耦合进感应绕组Q之内，而它的一部分位于感应绕组D中彼此相对(或感应)的两个不同回路中的每一个之上。因此耦合通量感应该绕组中的附加信号，将通量增加区域中的一个净信号耦合到感应绕组D。这对应于一个零度电位。
C案例举例说明一个正净耦合进入两个感应绕组之内的情形。这个例子对应于一个180度的马达位置和在定位系统中一个45度的位置。图2的D案例举例说明一个正净耦合进入感应绕组Q之内的情形，以及没有净耦合进入感应绕组D的情形。这个例子对应于一个360度(或0度)的马达位置和在定位系统中一个90度的位置。
因此，换能器的实际效果是要在发射机绕组和感应绕组之间提供一个耦合，这将随换能器的位置而改变。在实验室中一组测试绕组被放置在一个开槽的马达上进行理论测试。绕组被连接到电子设备，而且取得了成功的定位。两个相位的耦合功能如图3所示。耦合功能展现出一种大约呈正弦曲线的空间变化，但是在外形上更呈三角形。可以通过修改一个无槽实施例中的换能器或绕组的形状，实现更呈正弦曲线的耦合功能。其他实施例到现在为止描述的配置在一边使用了一个铁磁性换能器。可以替代的方法是，一个换能器可能跨立绕组，造成绕组之间几乎相同的耦合功能。举例来说，换能器可能包含一个U形的元件，其跨在绕组横断面上面，下面及/或沿着绕组横断面通过。
本发明的位置感应系统在发射机绕组和因交通工具位置而改变的感应绕组之间取得一个信号耦合。这种耦合变化也可能通过利用一个传导板作为换能器而实现，该换能器的长度大约等于感应绕组极间距的长度。不需要在换能器的邻近区域中增加场，相反，传导板在它的邻近区域中降压出一个场，变更发射机绕组和感应绕组之间的耦合。在一个线性马达系统中，这种传导板被安装在运载车辆推进磁铁阵列的下面，这将会完成进一步的、第二位的目的保护磁铁。这种传导板的效果不如铁磁性换能器那么强，而且因此被认为是一个不令人满意的实施例。然而，铁磁性换能器和传导性反作用板的一个组合使用可能被证明是相当有用的。
需要考虑一些其他配置。不用两个感应绕组，相反，系统的实施可能需要配置一个单一感应绕组，或三个及更多的感应相位。同时，一个有多个发射绕组(每个都有一个不同的频率)的配置以及一个单一或多个感应绕组的配置也属于本发明的范围之内。
图4举例说明本发明的另外一个绕组结构，以便实施无源位置信号系统。在这个例证中，有源绕组或发射机绕组是一个非常宽的8字型绕组。每个感应绕组都被放置到有源绕组两个回路中的一个相应回路之中。这个系统一个适当的换能器将与有源绕组同样宽，并且其长度实质上等于感应绕组的一个极间距。这种结构的一个优势是可以使用一个只有图1实施例一半长度的极间距。然而，该结构的缺点是有来自发射机的较大幅射散发。
一个不同的绕组结构如图5所示。在这种方式中，绕组极间距两倍于电动机的极间距，以便实现对马达信号的拒绝。有两个有源发射机绕组，每个都被具有不同、但相关的频率的信号所激励。频率的选择要使一个两者共同的间隔可能被用于整合，而对来自每个绕组的信号进行解调或处理时则拒绝另一个发射机绕组所产生的频率。因此，‘D′发射机频率在‘Q′接收机中被拒绝，反之亦然。这种拒绝是必要的，因为来自‘D′发射机的一些信号被耦合进‘Q′感应绕组之内。注意，也可能在解调之前减去来自绕组‘Q′的信号的‘D′频率信号，以便取得附加的拒绝。
一个使用调谐电路的实施例本发明也考虑一个使用交通工具上的无源设备进行通信影响的系统。通信可能只需要几毫瓦能源，但较佳的情况是不要依赖电池、日光电池或其他可能不可靠的电源。本发明此种系统的一个实施例通过感应耦合来传输电源，其使用与上文描述相似或相关的道路绕组结构。然而，上文描述的无源转换器结构被一个或一个序列的调谐电路所替换。这些电路不但在发射机和感应器绕组之间提供位置感应耦合，而且它们也提供净电源，以便激活下面结合图8进一步描述的低电源感应通信。
图6显示了一个调谐回路换能器25的一个实施例，其包括交通工具上多个空间-分隔调谐电路。在实践中，换能器组合25可能包括任何数目的绕组，但是图中只有两个绕组20,21被显示出来。每个绕组可能由多重旋转所组成，但是为了描述简洁起见，它们被显示为双旋转绕组，而且每个绕组都被与一个调谐电容器Ctune串联，该调谐电容器在传输信号的频率上产生谐振的行为。与图1实施例相同的是，两个感应绕相互进行空间弥补，带有沿着道路移动的交替极性回路。因此，当绕组通过感应绕组上方时，在感应绕组中就形成了位置信号。在一些位置中，电力被耦合进调谐绕组电路20,21之内，然后回到感应器绕组D，但是不进入绕组Q。在其他的位置中，没有净耦合进入D，但是一个净信号被耦合进入绕组Q。于是，此移动类似于上文所描述的使用一个铁磁性区块作为交通工具上的换能器的实施例。
使用一个调谐换能器产生车载使用电源使用调谐电路位置换能器，本发明进一步设计系统，其可以经由一个整流器和过滤器来提取来自调谐电路的一些电力，其也可被并入一个负载绕组电路的单一换能器体25中。图7显示了本发明这个方面的一个实施例25′，其中两个调谐电路由绕组20,21(其他绕组也可能存在)和电容器Ctune所组成。每个调谐电路都被连接到一个传统电压加倍整流器装置D1，D2，且整流器装置的输出被并联。可以用其他形式的整流器电路，但是电压倍增器型整流器的使用或一个电荷泵电路的使用会产生一个实质上的直流电压，以便在不需要在调谐电路绕组中具有过多数目的旋转的情况下驱动车载电子设备。以这种方式提取电力可以降低调谐电路的Q，但是不至于对位置感应系统的移动产生不利的影响。
交通工具识别号码的通信本发明设计另外一种使用由调谐电路换能器传送的车载电源的通信方法。在这情况下，一个简单的电子电路能被用来反复地发送一个二进制电码。图8显示了发明这个方面的一个实施例。一个传统的有限态机器被一个振荡器驱动，交替地开启和关闭开关Sm并以此方式表示身份识别号码。开关和有限态机器可能得到现成的实现，举例来说，使用一个小的闸阵列和振荡器。开关Sm将一个电阻器R并联到调谐电路，或在其它可能的实施例中，并联到部分调谐电路。电阻器R降低调谐电路的Q，减少对道路感应绕组的耦合。通过按一个规定模式打开且关闭开关，一个数字信号被当作感应绕组接收信号上的一个调制而得到运载。只需要约5％的调制即可产生一个通信信号，其可被一个道旁通信控制器在感应绕组中以可靠方式探测到，并且被转换为一个交通工具身份识别号码。
对上述方法的替代或增加方法是，道旁站在发射绕组上发送的指令及/或其他信息信号发射绕组可被交通工具上的一个绕组以感应方式接收。这种信号可能经过了解调，放大，处理或以传统方式得到应用，举例来说，使用一个电路(未显示)，其用图7的换能器电路提供电源。
位置感应系统与线性马达的整合本发明的一个重要应用是为一个由线性马达提供电源的交通工具感应位置。上文已经指出，适当的回路尺寸或其他措施能将从马达电路到位置感应电路的交叉耦合减到最少。在线性马达系统的实施例中，可以在实质上地把换能器整合到交通工具磁铁结构上，且把发射机和感应器绕组整合到定子电动机绕组上，这样做也是有帮助的。图9显示了可以实现第一个目的换能器结构35。换能器绕组20和21被构造在同时具有调谐电容器Ctune的印刷电路板30上。电洞31被打在电路板30上，而且板上打了电洞，以便它能被放置在永久磁极之上，该磁极位于线性马达驱动系统的交通工具上。如果要使用通信电子设备，它们也可以被构造在相同的印刷电路板之上。然后，发射机和感应绕组缠绕在主马达的槽中，并位于推进绕组之上，所以要精确地参照于推进绕组安排它们的位置。净效果是要产生一个与线性马达精确对齐的廉价位置感应系统。
在图9中显示的例子说明了一个线性同步马达，但是本发明设计了相似的结构，以便使用一个线性感应马达。
图10显示了一种如图9所示的为对称交通工具设计的修改实施例。这对机器人工件运载交通工具尤其有用，其可被颠倒沿着一个道路在任一方向上进行端-到-端移动。在这个对称实施例中，两个谐振的绕组20,21每个都具有一个尺寸以便覆盖马达场阵列的四个连续极中的三个。(或覆盖两个连续感应回路中的1又1/2个，因为极间距对马达感应器的比率是2∶1)。这个方法不如如图8显示的方法那么有效，但它的优势在于，当对称交通工具进行端点转换时，位置信号登记仍保持相同。这在一些应用中可能是需要的，例如在道路上安装的双方向交通工具。
上文的描述和图示说明了许多系统配置，其中绕组，发射机，换能器，感应器和使用技术允许对运载车辆和交通工具等物体进行道路感应，追踪和通信。需要注意，这些可能被用在一定范围的应用中，包括自动材料处理，震颤工具，和传送人员和运送货物的交通工具。还需要注意的时，举例说明的实施例在此处被通过例证来讨论，且尽管本发明被如此说明，但是本技术领域的技术人员完全能理解和应用其他的实施例，以便改变现有技术系统或修改经过说明的实施例，而且所有如此的改变和修改都在本发明的范围之内。
因此，举例来说，绕组，发射机，换能器和感应器的构造材料和配置都可能不同于上文显示的实施例。而且，可能使用其他元件(和它们的解释信号)，使用逻辑，模拟电路，处理或技术，而不需要使用附图中显示的以及附文中列出的特定方式。进一步说明，在这个应用的各处解释中，换能器一词表示换能器，调谐电路和其他耦合元件(较佳情况是无源的)，其被用于以上文所述的方式将来自通量(或场)的电源传递进感应绕组之内。
通过更多的非限定性例证说明，尽管上述位置-感应和通信信号是周期性的，或在空间周期绕组中得到感应，但是本技术领域的技术人员能清楚它们也许是准周期性的，或甚至具有渐进长度的或只是预定的长度。
更进一步说明，在此处描述的系统能与线性马达和上述参考美国专利描述的其它类型的传送系统联合使用。
权利要求
1.一种用于沿着道路确定位置的系统，该系统包含一个通量源，至少一个第一感应绕组，包含多个沿着道路设置的交替感应的电感回路，，以及一个耦合元件，用于将电力从通量源耦合到第一感应绕组，以在其中感应一个随耦合元件沿着道路的位置而改变的位置信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中通量源包含一个发射机绕组，该绕组包括一个或多个沿道路设置的交替感应的电流回路，每个电流回路都产生磁通量。
3.根据权利要求2所述的系统，其中发射机绕组至少形成线性马达之定子马达绕组的一部分。
4.根据权利要求2所述的系统，其中发射机绕组被设置在线性马达的一个定子马达绕组的邻近区域中。
5.根据权利要求4所述的系统，其中发射机绕组和第一感应绕组中的至少一个具有数倍于定子马达绕组周期的周期。
6.根据权利要求1所述的系统，其中通量源被沿着距第一感应绕组最近的道路设置。
7.根据权利要求1所述的系统，其中通量源限定了道路。
8.根据权利要求6所述的系统，其中耦合元件被设置成随物体一起移动，以使位置信号随该物体沿着道路的位置而改变。
9.根据权利要求1所述的系统，其包含一个第二感应绕组，该第二感应绕组包含一个多个沿着道路设置的交替感应的电感回路，耦合元件用于将来自通量源的电力耦合到第二个感应绕组，以在其中感应一个随耦合元件沿着道路的位置而改变的位置信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其中第一感应绕组的电感回路从第二感应绕组的电感回路在道路方向上有所偏移。
11.根据权利要求9所述的系统，其中第一感应绕组的电感回路沿着道路被周期性地隔开，第二感应绕组的电感回路沿着道路被周期性地隔开，且感应绕组的电感回路在沿着道路的移动方向上与第二感应绕组的电感回路形成相位偏移。
12.根据权利要求11所述的系统，其中当n为偶数值时，偏移实质上等于+/-180°/n，而当n为奇数值时，偏移实质上等于+/-360°/n，其中n为感应绕组的数量。
13.根据权利要求9所述的系统，其中耦合元件被设置成随物体一起移动，以便可以根据在第一和第二感应绕组中感应得到的位置信号来确定物体沿道路移动的位置。
14.根据权利要求13所述的系统，其中物体沿着道路的位置可以根据在第一和第二感应绕组中感应到的位置信号之比来确定。
15.一个用于一个运载车辆的道路系统，该系统包含一个磁通量源，该通量源包含一个或多个产生磁通量的电流回路，至少一个第一感应绕组，该第一感应绕组包含多个沿道路设置的交替感应的电感回路，以及耦合到运载车辆上的一个换能器组件，该换能器组件包含一个用于将来自通量源的电能耦合到第二感应绕组的谐振电流回路，以便在其中感应出一个随耦合元件沿着道路的位置而改变的位置信号。
16.根据权利要求15所述的道路系统，其中谐振电流回路产生一个用于运载车辆的电力信号。
17.根据权利要求16所述的道路系统，其中谐振电流回路的调谐发生变化，以便在感应于第一感应绕组和任何可能存在的其他感应绕组中的位置指示信号上叠加另一个信号。
18.依照权利要求16所述的道路系统，其中另一个信号用于识别运载车辆。
19.一种用来确定运载车辆沿着道路的位置的系统，该系统包含磁通量源，该通量源包含一个或多个产生磁通量的电流回路，至少一个第一感应绕组，该第一感应绕组包含多个沿道路布置的交替感应的电感回路，以及一个随运载车辆而移动的耦合元件，所述耦合元件用于将来自通量源的电能耦合到第一感应绕组，以便在其中感应出一个随耦合元件沿着道路的位置而改变的位置信号。
20.根据权利要求19所述的系统，其中耦合元件包含传导性材料，顺磁性材料，铁磁材料和谐振回路中的一种或多种。
21.根据权利要求20所述的系统，其中耦合元件在道路方向上的尺寸小于电感回路在该方向上的尺寸的两倍。
22.根据权利要求21所述的系统，其中耦合元件在道路方向上的尺寸实质上等于电感回路在该方向上的尺寸。
23.根据权利要求19所述的系统，包含一个第二感应绕组，该第二个感应绕组包含多个沿道路设置的交替感应的电感回路，一个耦合元件，用于将来自通量源的电能耦合到第二感应绕组，以便在其中感应出一个随耦合元件沿着道路的位置而改变的位置信号。
24.根据权利要求23所述的系统，其中第一感应绕组的电感回路沿着道路被周期性地隔开，第二感应绕组的电感回路沿着道路被周期性地隔开，且第一感应绕组的电感回路与第二感应绕组的电感回路在沿着道路移动的方向上形成相位偏移，当n为偶数值时，该偏移实质上等于+/-180°/n，而当n为奇数值时，该偏移实质上等于+/-360°/n，n为感应绕组的数量。
25.根据权利要求19所述的系统，其中通量源包含一个发射机绕组，该发射机绕组包含多个沿道路设置的交替感应的电流回路，每个电流回路都产生磁通量。
26.一种用来确定沿道路位置的系统，该系统包含一个沿道路设置并定义一个沿着道路的场的发射机绕组，沿着道路被设置在多个交替感应的电感回路中的第一感应绕组，第一感应绕组的定位使得通过耦合元件沿着道路的移动而将来自发射机绕组的电能耦合到第一感应绕组，以便在其中感应出一个随耦合元件沿着道路的位置而改变的位置信号。
27.根据权利要求26所述的系统，其中发射机绕组定义了多个沿道路布置的具有交替极性的通量区域。
28.根据权利要求27所述的系统，其中第一感应绕组的电感回路沿着道路被周期性地隔开，通量区域沿着道路被周期性地隔开，且第一感应绕组的电感回路相对于道路的通量区域而对齐。
29.根据权利要求28所述的系统，其中电感回路的周期是通量区域周期的整数倍。
30.根据权利要求28所述的系统，其中通量区域的周期是电感回路周期的多倍，
31.一种用来确定一个运载车辆沿一个道路移动的位置的系统，该系统包含一个发射机绕组，其包含多个沿着道路设置的交替感应的电流回路，每个电流回路都产生磁通量，一个沿道路设置的第一感应绕组，其包含多个交替感应的电感回路，一个第二感应绕组，该第二感应绕组包含多个沿道路设置的交替感应的电感回路，一个与运载车辆一起移动的耦合元件，第一和第二感应绕组的定位与通量源和道路相关，以使通过耦合元件沿着道路的移动而将通量源和第一及第二感应绕组之间的电能进行耦合，以便在其中感应出随沿道路移动的运载车辆位置而改变的位置信号。
32.根据权利要求31所述的系统，其中第一和第二感应绕组的电感回路沿着道路被周期性地隔开，并且在沿着道路的移动方向上彼此形成相位偏移，发射机绕组的电流回路沿着道路被周期性地隔开，且第一和第二感应绕组的电感回路沿着道路的移动方向与发射机绕组电流回路对齐设置。
33.根据权利要求32所述的系统，其中电感回路的一个周期是电流回路周期的整数倍。
34.根据权利要求32所述的系统，其中电流回路的一个周期是电感回路周期的整数倍。
35.根据权利要求31所述的系统，其中可以根据在第一和第二感应绕组中感应到的位置信号之比确定运载车辆沿着道路的一个位置。
36.一种用于确定沿一个道路的位置的方法，其中方法包含以下步骤提供一个通量源，提供一个沿道路设置的感应绕组，其包含多个交替感应的电感回路，其中提供感应绕组的步骤包括给绕组定位，以使通过耦合元件沿着道路的移动而耦合通量源和感应绕组之间的电能，以便在感应绕组中产生一个位置信号。
37.一种用于在一个系统中确定一个沿道路运行的运载车辆或相似工具的位置的方法，所述系统中具有一个固定沿道路延伸的电流绕组，该绕组组成一个用于驱动运载车辆沿着道路移动的线性马达，这种方法包含以下步骤提供至少一个设置在道路附近的感应绕组，该绕组包括多个回路，每个回路都具有空间周期，且交替感应地沿着道路设置；操作电流绕组，作为一个用于传输电磁能的发射机；且在运载车辆上安装一个换能器，以便无源地在一个谐振电流回路中接受电能，当换能器沿着道路移动时，对换能器进行定位以在感应绕组中感应一个信号，使得在绕组中感应出的信号指示换能器的位置。
38.一种在一个系统中确定一个沿一个道路运行的运载车辆或相似工具的位置的方法，所述系统中具有一个沿道路延伸的电流绕组，该绕组组成一个用于驱动运载车辆沿着道路移动的线性马达，这种方法包含以下步骤提供多个位于道路附近的感应绕组，每个感应绕组具有一个周期，并沿着道路形成偏移；操作电流绕组以产生磁通量；且在运载车辆上安装一个换能器，以在一个谐振电流回路中无源地接收通量，回路的定位要使得在运载车辆携带换能器沿道路运行时能够在感应绕组中感应出位置-指示信号。
39.一种用于确定运载车辆、交通工具或相似工具沿着道路移动的位置的道路系统，该系统包含一个线圈组件，其沿着道路延伸并可以参照沿着道路的运动而获得，其中线圈组件包括一个发射机绕组，一个第一感应绕组和一个第二感应绕组，第一和第二感应绕组具有空间周期性，且彼此异相，发射机绕组被设置成用于将所产生的通量电磁耦合到第一和第二感应绕组，以致于由道路上的运载车辆所携带的耦合元件能在发射机绕组和第一及第二感应绕组之间改变感应耦合，以便在其中无源地产生随沿道路运行的运载车辆位置而改变的一个位置信号。
40.根据权力要求39所述的基于道路的系统，其中第一个和第二感应绕组具有相同的空间周期，并且还在运载车辆沿着道路移动的方向上形成相位偏移。
41.根据权利要求40所述的系统，其中在运载车辆沿着道路移动的方向上，发射机绕组的周期是第一和第二感应绕组的周期的倍数。
42.根据权利要求39或40所述的系统，其中在运载车辆沿着道路移动的方向上，第一和第二感应绕组的周期是发射机绕组的周期的整数倍。
43.一种确定沿着道路运行的运载车辆位置的系统，该系统包含包括相邻的第一和第二感应绕组的一个线圈组件，每个感应绕组具有相同的空间周期，而且被沿着道路重复设置，一个沿着道路延伸的发射机绕组，用于产生一个沿着道路的场，以及一个与运载车辆耦合的换能器组件，该换能器组件包括一个谐振电路回路，以在第一和第二感应绕组中感应随沿道路移动的运载车辆位置而改变的位置指示信号。
44.根据权利要求43所述的道路系统，其中谐振电流回路产生一个用于运载车辆的电力信号。
45.根据权利要求43所述的道路系统，其中谐振电路回路的调谐是变动的，用于调制第一和第二感应绕组中感应的位置指示信号。
46.根据权力要求45所述的道路系统，其中另一个信号识别运载车辆。
47.根据权利要求43所述的道路系统，其中谐振电路回路通过平板印刷形成在电路板上。
48.一种用于确定一个运载车辆、交通工具或相似工具沿着道路移动的位置的系统，其中该系统包含一个沿着道路延伸，并可以参照沿着道路的运动而获得的线圈组件，其中该线圈组件包含一个电流绕组，该绕组构成一个用于驱动运载车辆沿着道路移动的线性马达，周期性设置且相互异相的第一和第二感应绕组，所述感应绕组用以从电流绕组到感应绕组进行电磁信号耦合，使得耦合元件通过线圈组件改变电磁信号耦合，以便在第一和第二感应绕组中产生随耦合元件的位置而改变的信号来指示沿着道路的位置。
49.根据权利要求48所述的道路系统，进一步包含一个耦合元件，用于随一个运载车辆沿感应绕组移动，以便当运载车辆移动时，耦合到感应绕组的信号能指示运载车辆的位置。
50.一种用于确定一个运载车辆或相似工具沿着道路移动的位置的系统，其中该系统包含一个沿着道路延伸，并可以参照沿着道路的运动而获得的线圈组件，其中该线圈组件包含一个电流绕组，该绕组构成一个用于驱动运载车辆沿着道路移动的线性马达，相邻的第一和第二感应绕组，每个感应绕组有一个相同的空间周期，而且被沿着道路重复布置，一个安装在运载车辆上的谐振电流回路，用于无源接收来自一个谐振电流回路中的电流绕组的电力，该回路用于当运载车辆运载换能器沿着道路运行时在第一和第二感应绕组中感应位置指示信号，以此无源地提供一个指示位置的电信号。
51.一种用于确定一个运载车辆、交通工具或相似工具沿着道路移动的位置的方法，这种方法包含以下步骤提供一个线圈组件，用于沿着道路延伸，可以参照沿着道路的运动而获得其中提供线圈组件的步骤包括提供一个发射机绕组，一个第一感应绕组和一个第二感应绕组，该发射机绕组用于在其中将一个信号电磁耦合到第一和第二感应绕组，所述第一和第二感应绕组周期性设置且相互异相；在运载车辆上安装一个耦合组件，以便当运载车辆沿道路移动时，该耦合组件改变从信号转换器绕组到第一和第二感应绕组的耦合，以无源地在第一和第二感应绕组中产生能指示沿着道路运行的运载车辆位置的信号，而不需要运载车辆上的有源电源。
52.一种用于在一个系统中确定运载车辆或相似工具沿着道路移动的位置的方法，所述系统具有一个固定沿道路延伸的电流绕组，该绕组构成一个用于驱动运载车辆沿着道路移动的线性马达，这种方法包含以下步骤提供相邻的第一和第二感应绕组，每个感应绕组都有一个相同的空间周期，且沿着道路重复设置；操作电流绕组以便产生通量；以及在运载车辆上安装一个换能器，以便无源地在一个谐振电流回路中接收通量，当运载车辆携带换能器沿着道路移动时，所述回路在第一和第二感应绕组中感应一个相位位置指示信号，以无源地提供一个指示运载车辆位置的电信号。
全文摘要
一种用于对沿着道路移动的物体(如一种运载车辆或交通工具)进行跟踪、感应和通信的基于道路的方法、装置和系统。该系统包括一个沿着道路设置的发射机绕组，其由一个发射机提供电源，还包括一个或多个可以在其中感应信号的感应绕组。交通工具包含一个产生将发射信号耦合到感应绕组的位置指示耦合的换能器。换能器可以是一个无源的铁磁体或导体，其在局部改变绕组之间的耦合，或是一个交通工具携带的、用于将从发射机接收的电源耦合到一个感应绕组的调谐线圈。使用一个离散位置感应器可以在规则间隔时间内获得绝对位置，例如霍尔效应磁场感应器，而且从感应绕组获得的信号可以通过记数循环或确定相位得到监控，以便确定一个精确的交通工具位置。使用一个感应绕组可以确定大约1/8波长的距离，使用两个或更多的感应绕组，一个道旁控制器可以在一个波长范围之内的小部分波长上确定位置。不需要任何车载电源就可以获得位置感应，而且可以从信号转换器或位置感应系统提取电源以便驱动车载的电子通信单元。位置感应信号的调制可以被用来在交通工具和道旁控制器之间提供双向通信。一个典型的应用是将交通工具的识别号码发送到一个控制器，或让控制器激活一个车载机构。
文档编号G08G1/017GK1451148SQ01809613
公开日2003年10月22日 申请日期2001年3月14日 优先权日2000年3月17日
发明者特蕾西·M·克拉克, 布赖恩·M·佩罗 申请人:麦格内移动公司