專(zhuān)利名稱：向執(zhí)行器提供電能的裝置和方法以及執(zhí)行器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向執(zhí)行器提供電能的裝置和方法，以及進(jìn) 一步涉及一種扭j亍器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在自動(dòng)化技術(shù)裝置的不同應(yīng)用中，經(jīng)由總線來(lái)使用傳感器或執(zhí) 行器進(jìn)行過(guò)程的監(jiān)控和控制已經(jīng)變得非常普遍。尤其是，由于可以 減少布線和敷線的復(fù)雜度，因此與之相關(guān)的成本優(yōu)勢(shì)是非常顯著 的，同時(shí)還提高了運(yùn)行可靠性。
實(shí)際上，減少對(duì)敷線和布線需要的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被看作是非常重要 的，以至于在采用需要電源供應(yīng)的系統(tǒng)部件的應(yīng)用中，除了翁:凈居傳 輸?shù)幕竟δ芤酝猓€實(shí)現(xiàn)了通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)提供電能的輔助功
能。例如，AS接口總線就屬于這種情況。
對(duì)于執(zhí)行器(諸如具有較高功耗的電子管組)來(lái)說(shuō)，AS接口 總線的緊挨著"黃色電纜"的"黑色電力電纜"提供與數(shù)據(jù)信號(hào)完 全隔離的24V浮動(dòng)DC電源。盡管AS^妄口總線中的"黑色電力電 纜"本身能夠承載更大的電流，但是通常規(guī)定其使用極限最高為8A。 通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，可以流動(dòng)大于8A的電流，這仍然符合關(guān)于網(wǎng)絡(luò)中 壓降量的AS接口規(guī)格。遺憾的是，如果需要獨(dú)立的電源電纜，則會(huì)喪失通過(guò)減少所需
的ft線和布線而獲得的部分優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一個(gè)目的在于改進(jìn)向執(zhí)行器提供電能的裝置和方法， 從而^吏獨(dú)立電源l丈線變成多余。
該目的可以利用根據(jù)權(quán)利要求1的向執(zhí)行器提供電能的裝置、 利用根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)、以及利用根據(jù)權(quán)利要求9的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)方面。 技術(shù)效果
如果向執(zhí)行器提供電能的裝置包括i)連接裝置，用于接收來(lái) 自數(shù)據(jù)總線的第一電流，其中，第一電流具有第一電壓；ii)變壓 器裝置，用于將所述第一電流轉(zhuǎn)換成第二電流，其中，第二電流具 有高于第一電壓的第二電壓；iii)存儲(chǔ)裝置，適于存儲(chǔ)所述第二電 流的電能；以及iv)放電裝置，適于向執(zhí)行器釋放存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ) 裝置中的電能，那么就不再需要目前為止為操作執(zhí)行器所需要的、 高于通過(guò)數(shù)據(jù)總線可得到的電壓的操作電壓的獨(dú)立的電源敷線。
如果向執(zhí)行器提供電能的裝置進(jìn)一 步包括適于使所述放電裝 置放電的控制裝置，則可以更好地選擇使用執(zhí)行器的時(shí)刻。在這種 方式中，還可以使用需要比數(shù)據(jù)總線可以即時(shí)提供的電能更多的瞬 時(shí)電能的執(zhí)行器，這是因?yàn)榭梢源鎯?chǔ)可從數(shù)據(jù)總線獲取的較小的連
續(xù)可用電能。存儲(chǔ)電能的 一個(gè)特別有效的方法是將能量存儲(chǔ)到電容性存儲(chǔ)
裝置中。
如果連接裝置包括AS接口連接器，那么向執(zhí)行器提供電能的
裝置可以適于從AS接口接收能量，并還可以響應(yīng)于通過(guò)AS接口 傳送的指令使執(zhí)行器進(jìn)行放電。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖
來(lái)更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
附圖示出了用于向執(zhí)行器200提供電能的裝置50。該裝置包括 連接單元51、變壓器單元52、存儲(chǔ)單元53和放電單元54。即使裝 置50可能包括沖丸4亍器200， ^f旦是它并不是必須的。裝置50足可以 連接至執(zhí)行器200，優(yōu)選地通過(guò)執(zhí)行器連接器。
執(zhí)行器200可以是任何類(lèi)型的執(zhí)行器。然而，在該優(yōu)選實(shí)施例 中，它包4舌步進(jìn)電動(dòng)才幾、電》茲閥、4關(guān)鎖或耳關(guān)鎖釋》文電^茲體、或壓電 式力傳感器。
連才妻單元51適于乂人凄t悟總線100 4妾J]欠第一電流，因此第一電 流具有可能小于或等于數(shù)據(jù)總線電壓的第一電壓UBUS。連接單元 51可以4吏用連接器(或以獨(dú)立的布線)連接至電纜。其將第一電流 提供至變壓器單元52，同樣地，其為其他單元I是供地電位GND。
適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)據(jù)總線100的非限制性示例是AS接口 (ASI)，其中，連接單元51包括AS接口連接器。AS接口的數(shù)據(jù) 總線包括兩條布線IOI、 102,其中的一條是接地線102，而另一條 是數(shù)據(jù)線101，這兩條線之間的電壓UBUS = 30伏特。變壓器單元52適于將第一電流轉(zhuǎn)換成第二電流，其中，第二 電流具有高于第一電壓UBUS的第二電壓Uc。
如果第一電流的方向變^f匕，即，第一電流是A.C.電流而不是 D.C.電流，則變壓器單元52優(yōu)選地由變壓器52B構(gòu)成，其中變壓 器包括初級(jí)線圈321和次級(jí)線圏323、以及優(yōu)選地還包括鐵氧體芯 322,并且才艮據(jù)存儲(chǔ)單元53的類(lèi)型，即，根據(jù)存儲(chǔ)單元53是適于 存儲(chǔ)A.C.電流的電能還是適于存儲(chǔ)D.C.電流的電能，變壓器單元還 可選地包括A.C.至D.C.轉(zhuǎn)換器52C。 A.C.至D.C.轉(zhuǎn)換器52C優(yōu)選 地通過(guò)使用四個(gè)二極管331、 332、 333和334將A.C.電流轉(zhuǎn)換成 D.C.電流，并且確保將要從存儲(chǔ)單元53釋放的電能不會(huì)被引回變壓 器單元50的其他部分，而且也不會(huì)引回至數(shù)據(jù)總線100。
如果第一電流的方向不變^f匕，即，第一電流是D.C.電流而不是 A.C.電流，則變壓器單元52還可以在連接單元51和變壓器52B之 間包括D.C.至A.C.轉(zhuǎn)換器52A。 D.C.至A.C.轉(zhuǎn)換器52A的一種可 能的電路包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)(諸如晶體管304、 314),這兩個(gè)開(kāi)關(guān)可以 以預(yù)定方式進(jìn)4亍切4奐(優(yōu)選地4昔助于定時(shí)部件301、 302、 303、 311、 312、 313)來(lái)形成A.C.電流，例如，通過(guò)將D.C.電壓々貴送到變壓器 52C的初鄉(xiāng)及線圏321的不同端。
由于在本專(zhuān)利申請(qǐng)纟是交時(shí)，可在市場(chǎng)上獲得合適的D.C.至A.C. 轉(zhuǎn)換器，因此，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域^支術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式并不 需要對(duì)D.C.至A.C.轉(zhuǎn)換器的工作原理有深入的了解。
在AS接口中，線路101和102之間的電壓是D，C.電壓，因此， 第一電;危是D.C.電流。存儲(chǔ)單元53適于存儲(chǔ)第二電流的電能。存儲(chǔ)單元53優(yōu)選地是 電容性存儲(chǔ)單元，其非常適于存儲(chǔ)D.C.電流中所包含的電能。電容 性存儲(chǔ)單元可以由串聯(lián)或并聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)電容器53構(gòu)成。
此外，根據(jù)需要存儲(chǔ)A.C電流還是D.C電流中包含的電能，還 可以將用于存^t電能的其他類(lèi)型的系統(tǒng)用于存^f諸單元53中。作為 一個(gè)具體實(shí)例，同樣可以將至少一個(gè)以化學(xué)方式存儲(chǔ)能量的可充電
電池用作存〗諸單元53。
放電單元54適于將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元53中的電能釋放至執(zhí)行器 200。放電單元54可以包括開(kāi)關(guān)343 (諸如晶體管或晶閘管)、電阻 器341和二極管340。 一旦接收到放電指令，例如以控制電壓TRG 的形式，就觸發(fā)該開(kāi)關(guān)并將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元53中的電能釋》欠給執(zhí) 行器200。
裝置50的電路優(yōu)選地連接至數(shù)據(jù)線101和接地線102兩者。 數(shù)據(jù)線101優(yōu)選地連接至控制單元110，優(yōu)選地，該控制單元適于 通過(guò)設(shè)定控制電壓TRG來(lái)使放電單元54放電?？刂茊卧?10可以 適于響應(yīng)于通過(guò)數(shù)據(jù)總線IOO接收到的指令(DATA)、或者一旦滿 足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)(諸如，足夠的電流向變壓器單元52的傳送表示能量 存儲(chǔ)單元53的充電狀態(tài)足以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器200 )，就使放電單元54放 電。
為此，控制單元IIO可以包括協(xié)議棧，該協(xié)議棧適于通過(guò)AS 接口進(jìn)行通信，即，接收或發(fā)送4比特的用戶數(shù)據(jù)或如以"Combined Transaction Type 1"的方式，接收或發(fā)送16比特的模擬值。
盡管使用非限制性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是從所附權(quán)利要求 的范圍可以了解本發(fā)明的實(shí)際范圍。
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權(quán)利要求
1. 一種用于向執(zhí)行器(200)提供電能的裝置(50)，包括i)連接裝置(51)，用于接收來(lái)自數(shù)據(jù)總線(100)的第一電流，所述第一電流具有第一電壓(UBUS)；以及ii)變壓器裝置(52)，用于將所述第一電流轉(zhuǎn)換為第二電流，所述第二電流具有高于所述第一電壓(UBUS)的第二電壓(UC)；iii)存儲(chǔ)裝置(53)，適于存儲(chǔ)所述第二電流的電能，以及iv)放電裝置(54)，適于向所述執(zhí)行器(200)釋放存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置(53)中的電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(50),進(jìn)一步包括控制裝置(110)，適于使所迷放電裝置(54)放電(TRG)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(50)，其中，所述控制裝置(IIO) 響應(yīng)于從所述數(shù)據(jù)總線(100)接收到的指令(DATA).
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置(50 )，其中，所述控制裝置(110 ) 包括適于通過(guò)AS接口進(jìn)行通信的協(xié)議棧。
5. 4艮據(jù)前述^^又利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(50)，其中，所述存 儲(chǔ)裝置(53)是電容性存儲(chǔ)裝置。
6. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(50)，其中，所述連 接單元(51)包括AS接口連接器。
7. —種執(zhí)行器系統(tǒng)，包括執(zhí)行器(200)和用于向所述執(zhí)行器(200)提供電能的裝置(50),其特征在于，用于提供電能的 所述裝置(50 )是根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的執(zhí)行器系統(tǒng)，其中，所述執(zhí)行器(200 ) 包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電f茲閥、聯(lián)鎖或聯(lián)鎖釋放電f茲體、或壓電 式力傳感器。
9. 一種向執(zhí)行器(200)提供電能的方法，包括以下步驟i) 從數(shù)據(jù)總線(100、 101、 102)接收具有第一電壓(UBus) 的電;;危；ii) 將所述電流轉(zhuǎn)換為具有高于所述第一電壓(UBUS)的 第二電壓(uc)的電流；iii) 存儲(chǔ)所述第二電流的電能；以及iv) 向所述沖丸行器(200)釋》文所存儲(chǔ)的電能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，使用電容性存儲(chǔ)裝置來(lái)執(zhí) 行存儲(chǔ)電能的步驟。
全文摘要
一種向執(zhí)行器(200)提供電能的方法，包括以下步驟i)從數(shù)據(jù)總線(100、101、102)接收具有第一電壓(U<sub>BUS</sub>)的電流；ii)將所述電流轉(zhuǎn)換為具有高于所述第一電壓(U<sub>BUS</sub>)的第二電壓(U<sub>C</sub>)的電流；iii)存儲(chǔ)所述第二電流的電能；以及iv)向所述執(zhí)行器(200)釋放所存儲(chǔ)的電能。各獨(dú)立權(quán)利要求還要求保護(hù)向執(zhí)行器(200)提供電能的裝置(50)以及執(zhí)行器系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L12/40GK101502054SQ200680055423
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月25日
發(fā)明者魯?shù)婪颉R默爾曼 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司