模塊化電子系統(tǒng)和總線用戶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化電子系統(tǒng)，其用于接收、處理或傳送信息，其特別是與總線系統(tǒng)和一些用戶設(shè)備連接，本發(fā)明以及涉及一種單獨的總線用戶。
【背景技術(shù)】
[0002]EP I 484 511 BI示出一種鏈接模塊，其用于操控流體技術(shù)的閥門配置組件的電氣閥門傳動機構(gòu)，該鏈接模塊包括殼體，該殼體具有安置在其上的鏈接觸點，用于與另外的鏈接模塊電觸點接通。在此，殼體構(gòu)造成注射成型的、電路模內(nèi)裝置(MID)類型的、立體的電路載體并且含有印制導(dǎo)線以及用于控制和監(jiān)視功能和/或用于通訊功能的電氣部件。
[0003]由DE 197 19 730 Cl已知一種用在具有爆炸危險的區(qū)域的、用于在至少一個用電器器與總線系統(tǒng)之間的能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟灏芜B接裝置，在該插拔連接裝置中設(shè)置有包括初級部分和次級部分的變壓器，這些初級部分和次級部分可分離地和可連接地分別設(shè)置在插頭半體殼體(Steckerhaelfte-Gehaeuse)中。在初級部分殼體中設(shè)置有一個用于電參量(電流/電壓)的限制裝置，而次級部分殼體的內(nèi)部則可配置給具有爆炸危險的區(qū)域。
[0004]必須部分地非常緊湊地制造電子設(shè)備，就是說，必須巧妙地應(yīng)對空間問題。同時要求設(shè)備的電子構(gòu)件特別是在具有爆炸危險的區(qū)域中的良好的絕緣性和抗電壓強度。
[0005]以總線系統(tǒng)運行的電子系統(tǒng)經(jīng)常具有用于收納總線系統(tǒng)部件和用于插拔固定(Steckbefestigung)用戶設(shè)備的軌道。用戶設(shè)備通常具有一塊或多塊電路板，這些電路板配備有電子構(gòu)件，這些電子構(gòu)件接收、處理和發(fā)出信號。經(jīng)由總線系統(tǒng)進行能量供應(yīng)以及信號輸入和輸出。電路板可以包含一層或多層的層結(jié)構(gòu)，然而也可以使用靈活的或其它三維的具有觸點接通的電子構(gòu)件的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(Leiterstruktur)。所述的構(gòu)造在下文中簡稱為電路板。
[0006]對總線系統(tǒng)的用戶設(shè)備提出了各種要求。出于安全原因，總線用戶應(yīng)該與它的能源和數(shù)據(jù)接口隔斷電流。還追求用戶設(shè)備的狹窄的結(jié)構(gòu)寬度，以便能夠在一個托軌(Traegerschiene)上并排安置多個設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是，提供一種模塊化電子系統(tǒng)，該電子系統(tǒng)能夠在電子構(gòu)件良好絕緣的情況下實現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)。特別是應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)對電子設(shè)備節(jié)省空間地供電。
[0008]這個目的通過獨立權(quán)利要求的主題得以實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中對有益的設(shè)計方案和改進方案加以闡述。
[0009]“有電磁作用的電子構(gòu)件”概念是指包括線圈、天線或電容器片的感應(yīng)的或電容的耦合節(jié)。“接通裝置”概念表示為了供應(yīng)電運行能量和/或信號能量(包括信息內(nèi)容)的目的而與電子設(shè)備的電流連接裝置或電磁連接裝置?！氨馄降摹备拍畋硎疽环N結(jié)構(gòu)元件，該結(jié)構(gòu)元件在一個平面中的伸展基本上大于沿垂直于所述平面的方向的伸展。
[0010]“總線系統(tǒng)”概念與本申請相關(guān)地還包括用于為總線用戶供電的純總線。這樣總線系統(tǒng)例如可以由僅僅兩根導(dǎo)線構(gòu)建而成，經(jīng)由這些導(dǎo)線提供由不同總線用戶經(jīng)由觸點接通連接(Kontaktverbindung)來獲取的直流電壓。由此至少兩個總線用戶并行地與其接通的一個單獨的電源也被稱為總線系統(tǒng)。
[0011]“模塊化”概念可以意味著:例如總線用戶可以插入到總系統(tǒng)中并且從該總系統(tǒng)中取出，而該總系統(tǒng)的功能性并不由此受到影響或損害?！澳K化”也可以意味著:電氣設(shè)備的、例如總線用戶的功能可以借助擴展卡得到擴展，因而電氣設(shè)備、例如總線用戶不必在生產(chǎn)階段就已經(jīng)配備所有的功能。
[0012]本發(fā)明的一個方面涉及的是用于電子設(shè)備、特別是總線用戶的殼體的構(gòu)造，該總線用戶例如可以是測量設(shè)備、自動化模塊或控制設(shè)備。
[0013]在殼體部件中的一個殼體部件上或該殼體部件內(nèi)可以設(shè)置有至少一個第一傳輸元件，該第一傳輸元件構(gòu)造成變壓器的初級線圈或用于將電能感應(yīng)耦合到第二傳輸元件(次級線圈)中的發(fā)射天線。殼壁可以構(gòu)造為多層的，其中第一傳輸元件(初級線圈)設(shè)置在中間層內(nèi)。
[0014]電信號可以是測量或數(shù)據(jù)信號，另外還可以傳輸用于運行設(shè)備的電子構(gòu)件的能量。優(yōu)選與運行能量分離地傳輸測量或數(shù)據(jù)信號，然而也可以經(jīng)由同一傳輸元件同時傳輸能量和信息，例如通過將數(shù)據(jù)調(diào)制(Aufmodulat1n)成能流(Energiestrom)。
[0015]換言之，在殼體內(nèi)可以設(shè)置有變壓器，該變壓器的初級線圈作為殼體的組成部分設(shè)置在殼壁內(nèi)或上，并且該變壓器的次級線圈在殼體的內(nèi)部設(shè)置在電路板上或者與電路板設(shè)置在一起或者設(shè)置在電路板內(nèi)。
[0016]優(yōu)選借助電耦合器、例如插頭實施對初級線圈的供電，然而也可以使用電容耦合器或感應(yīng)耦合器。兩種最后提到的耦合器具有優(yōu)點:在例如通向總線系統(tǒng)的接通裝置與電氣設(shè)備之間不存在觸點接通類型的連接并且由此例如可以良好地封裝殼體用以保護免受外界的影響。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)為安置在殼體內(nèi)的、由此與能源電流隔斷的電子構(gòu)件無觸點接通地提供電能和或數(shù)據(jù)/信號。同時實現(xiàn)了降低電子構(gòu)件所需的空間。
[0018]由此通過殼體實現(xiàn)的優(yōu)點是:
[0019]-在電子構(gòu)件的實施(Implementierung)中節(jié)省空間和節(jié)省費用；
[0020]-電子構(gòu)件與能源電流隔斷；和
[0021]-簡化對電子構(gòu)件的供電。
[0022]本發(fā)明的另一個觀點涉及一種模塊化電子系統(tǒng)，其具有至少一個電氣設(shè)備例如總線用戶，所述電氣設(shè)備可以是電子模塊諸如測量設(shè)備、自動化模塊或控制設(shè)備。
[0023]電氣設(shè)備、如總線用戶可以包括設(shè)置在用戶殼體的內(nèi)腔或壁中的電子電路。
[0024]電子電路可以構(gòu)造成電氣運行器具，例如繼電器、電流脈沖開關(guān)、定時開關(guān)或安全自動裝置，或構(gòu)造成測量設(shè)備、自動化模塊、分離放大器或控制設(shè)備。
[0025]電氣設(shè)備、例如總線用戶可以包括如下構(gòu)件:
[0026]-殼體，
[0027]-設(shè)置在殼體內(nèi)的電子電路，和
[0028]-具有至少一個初級線圈和至少一個次級線圈的變壓器，其用于將電能包括供電以及在必要時還包括數(shù)據(jù)信號以電磁的方式傳輸?shù)脚c次級線圈耦合的電子電路中。
[0029]可以作為高頻電壓提供供電，以便能夠?qū)鬏數(shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸保持在小的程度。高頻在本發(fā)明中表示kHz (千赫茲)范圍內(nèi)的頻率或者更高直到兆赫茲范圍內(nèi)。
[0030]如果由例如總線系統(tǒng)的供電單元提供高頻電壓，那么可以借助電耦合器、例如插頭實施對初級線圈的供電。否則由例如總線系統(tǒng)的直流電流或者交流電流高頻電壓。
[0031]下文對有益的設(shè)計方案和改進方案加以闡述。改進方案的特征只要在技術(shù)上是適宜的，就可以相互并且與本發(fā)明的任何方面組合。
[0032]根據(jù)一種實施方式，初級線圈可以注射、絕緣且封裝地構(gòu)造成殼體的能量傳輸壁中的電路模內(nèi)裝置(MID)。
[0033]初級線圈作為扁平的、螺旋形的線圈或天線薄薄纏繞地制成或者印刷在基板上制成或者從沉積層中蝕刻制成。
[0034]可以與以初級線圈類似地或者利用相同的技術(shù)構(gòu)成次級線圈。就是說，次級線圈可以構(gòu)造成電路模內(nèi)裝置(MID)，或者構(gòu)造成螺旋形的線圈或天線，或者構(gòu)造成在用戶設(shè)備的電路板中或上噴射的線圈或“蝕刻的”線圈或印刷在用戶設(shè)備的電路板中的薄薄纏繞的線圈。
[0035]變壓器可以包括兩個或更多個次級線圈，然而也可以包括兩個或更多個初級線圈，這些線圈電磁耦合。
[0036]在一種優(yōu)選的實施方式中，電子系統(tǒng)具有一個總線，多個用戶設(shè)備可以接通在該總線上。
[0037]所述總線可以構(gòu)造成T總線并且優(yōu)選執(zhí)行TCP/IP協(xié)議，其中，總線用戶可以經(jīng)由RS-485或者無線電連接。
[0038]所述總線包括多根電導(dǎo)線，其中也可以設(shè)置兩根用于供電的導(dǎo)線和兩根或三根用于數(shù)據(jù)流的導(dǎo)線。
[0039]總線的導(dǎo)線可以設(shè)置在支承軌內(nèi)或上。支承軌可以是金屬制的型軌，該型軌用于固定用戶設(shè)備。支承軌是為用戶設(shè)備輸送饋電電壓和通訊信號的多個總線的調(diào)配系統(tǒng)(Rangiersystem)的組成部分。
[0040]支承軌可以構(gòu)造成頂帽形軌。頂帽形軌、例如TS-35或DIN軌是具有U形或類似于帽子的輪廓的支承軌。在英語中頂帽形軌稱為尺寸為35X7.5mm的“DIN Rail”。
[0041]總線也可以以混合傳輸途徑為基礎(chǔ)，該傳輸途徑包括一根用于電源電壓的電導(dǎo)線和用于數(shù)據(jù)信號的傳輸路徑。
[0042]電子系統(tǒng)包括接通裝置，以用于將總線用戶與總線系統(tǒng)電流地或電容地和/或感應(yīng)地接通。
[0043]接通裝置設(shè)置在支承軌上并且使沿著該支承軌延伸的供應(yīng)導(dǎo)線，在必要時經(jīng)由相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器而與相應(yīng)的用戶設(shè)備電連接。為此連接裝置可以構(gòu)造成插頭、T總線元件或T總線插頭。
[0044]供電電壓可以調(diào)制成帶有數(shù)據(jù)信號。在這種情況下，數(shù)據(jù)信號可以視為低頻有效信號，而電源電壓則可以視為高頻載體。
[0045]數(shù)據(jù)信號的傳輸途徑可以不同于供電電壓的傳輸途徑。這樣例如可以通過導(dǎo)線傳輸供電電壓而通過無線電傳輸數(shù)據(jù)信號，或者經(jīng)由不同的導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)信號和供電電壓。
[0046]根據(jù)一種實施方式，可以設(shè)置轉(zhuǎn)接設(shè)備，以便將供電電壓輸送給第一初級線圈而將數(shù)據(jù)信號輸送給第二初級線圈。
[0047]作為備選，可以將供電電壓和數(shù)據(jù)信號輸送給一個唯一的初級線圈。