CN104838598A - 用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统(10)，所述总线系统包括至少两个能并排定位的总线用户(12；14)。每个总线用户(12、14)具有壳体(18)，所述壳体具有多个壁(20)。在壳体(18)的第一壁(20a、20b)中或上设置有天线(22)，所述天线定义几何面，所述几何面与第一壁(20a)的面具有至少为0.5的面积比。总线用户(12、14)相互电耦合，其方式为，每个总线用户的天线(22)与另一个总线用户的天线(24)电磁耦合以用于传输数据和/或能量。相互电耦合的总线用户(12、14)的第一壁(20a)大致彼此平行地设置。

Description

用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统

技术领域

本发明涉及一种用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统，并且涉及一种用于在模块化的总线系统中使用的总线用户。

背景技术

已知在其中可以设置有电子模块(例如测量仪器、自动化模块或控制器)的系统，其中能够实现对电子模块供应电能以及经由无线电进行通讯。

然而，已知的系统可能是有问题的，因为经由无线电的功率传输具有不足够的效率，由此对传输的功率设定相对狭窄的范围。

发明内容

本发明的任务在于，对于总线系统的用户使经由无线电的功率传输更有效率。

该任务通过从属权利要求的技术方案解决。有利的实施方式和进一步扩展方案在从属权利要求中给出。

本发明的一个方面涉及一种用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统，所述总线系统包括至少两个能并排定位的总线用户。在这里并排意味着，总线用户可以紧靠并排或彼此间隔开。

本发明的另一个方面涉及一种在用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统中使用的总线用户。

所述总线用户或每个总线用户可以包括具有多个壁的壳体。在所述壳体中设置或能设置电子线路或电子模块。备选地，总线用户可以构成为用于与电子模块耦合。

壳体可以具有彼此基本上成对平行的壁并且必要时基本上为平行六面体形。壳体也可以具有一种如下的形状，在所述形状中，壁彼此成对倾斜或非平行地设置。

总线用户可以并排地设置或能并排地设置，从而第一总线用户和最后的总线用户分别具有一个紧邻的相邻用户并且其余的总线用户分别具有两个紧邻的相邻用户。

在壳体的第一壁中或上可以设置至少一个天线。在这里，第一壁不限定壁中的确定的次序，而是表示这样的壁，天线设置在所述壁中或上。第一壁可以理解为天线壁。

每个所述总线用户可以与其一个或多个紧邻的相邻用户电耦合，其方式为，每个总线用户的天线与其一个或多个紧邻的相邻用户的天线电磁耦合。

每个所述总线用户可以在支承轨道上设置或能设置在支承轨道上，所述支承轨道优选构成为顶帽式轨道(Hutschiene)，必要时电导线设置在所述顶帽式轨道中。优选地，供给模块可以电耦合或能耦合到电导线上，例如电流式耦合，尤其是借助T型插头或必要时电感式或电容式地耦合。

每个所述总线用户可以借助插接连接能机械耦合到支承轨道上。

第一总线用户必要时可以与最后的总线用户一致，从而总线具有环形拓扑结构。

总线系统称为模块化的。在这里“模块化”可以表示，总线用户可以插入到总线系统中并且从总线系统中取出，而不会由此影响或妨碍总线系统的功能性。“模块化”也可以表示，借助扩展卡可以扩展总线用户的功能，从而总线用户不必在制造阶段中就已经装备所有功能。

总线用户的天线可以具有几何的天线面。

在基本上二维构成的天线中，所述天线例如设置在壁的平面中，其中，垂直于平面的尺寸显著小于沿平面的尺寸，几何的天线面可以理解为这样的面，所述面由天线的外轮廓限定。这样的天线可以是薄地缠绕的或印刷的天线或平面天线，其以带状线工艺实施，例如贴片天线或带状线缝隙天线。

在垂直于壁地也具有不可忽略不计的尺寸的天线中，例如在包括沿纵轴线设置的线匝的线圈中，几何的天线面设置在如下壁面中，所述壁面由天线投影的外轮廓限定到壁面上。

几何的天线面可以相对于第一壁的面具有面积比。面积比可以理解为天线面积与第一壁或天线壁的面积的数学商。面积比可以具有至少0.5或例如至少0.6、0.7或0.8的值。由此实现，总线用户之间的功率传输相对于总线用户彼此不准确的对准较不敏感。

总线用户可以构成用于与至少另一个总线用户电耦合，其方式为，所述总线用户的天线与所述另一个总线用户的天线电磁耦合，以用于传输数据和/或能量。

相互电耦合的总线用户的第一壁可以大致彼此平行地设置。

总线系统和总线用户的所描述的特征是非常有利的。

天线的高的面积比、第一壁的彼此平行的布置结构以及彼此对准的天线能够实现在参与的总线用户的天线之间有效率地传输电磁辐射，并且能够实现传输高的电磁功率。

使用设置在壁中或上的天线能够实现用于为总线用户提供电能的节省空间的布置结构，因为由此可以避免使用传统的变压器。

因此优点在于：

-在实现电子模块时的空间和成本节约，

-电子模块的电流分离，以及

-电子模块的能量供应的简化和效率提高。

以下给出有利的实施方案和进一步扩展方案。进一步扩展方案的特征只要技术上合适就可以相互并且与本发明的每个所述方面组合。

按照一种实施形式，总线系统可以具有供给电能和/或数据到总线用户中或配置给其的电子模块中或总线中的供给模块。供给模块可以构成为第一总线用户。

电磁能量可以以传输链的形式从一个总线用户传输至下一个总线用户，也就是说从供给模块传输到第一总线用户上，从第一总线用户传输到第二总线用户上等等。传输链可以构成或形成总线。

电磁能量也可以星形地从总线用户传输到多个总线用户、例如至少两个、三个、四个或五个总线用户上。这样，第一总线用户的电磁辐射例如可以由所有总线用户或总线用户的至少一部分接收。

供给模块可以具有用于信号处理或信号放大或信号再生的器件。以有利的方式借此可以处理从外部供给到总线系统中的信号。

特别有利的是，借此总线系统内的信号也由供给模块接收、处理并且进一步供给到总线系统中，也就是说可以传输到另一个总线用户上。

信号处理可以补偿沿总线传输路段的损耗。

供给模块可以连接到电源电压上，所述电源电压优选为约220或110V并且具有约50或60Hz的频率。

按照一种实施形式，所述天线可以构成为螺旋天线、圆形天线、线圈或电容板。

在生产技术方面，所述天线可以构成为模塑互联设备(MID)或嵌体或构成为喷射的或薄地缠绕的或印刷的或可粘上的天线。

备选地，也可以涉及平面的天线，其以带状线工艺实施，例如贴片天线或带状线缝隙天线。尤其是可考虑这样的天线用于传输数据信号。

所述天线可以设置在薄膜上，所述薄膜紧固在第一壁上。该实施形式以有利的方式能够实现天线的有效率的和低成本的安装/拆卸或替换。

按照一种实施形式，面积比的最低值可以为0.7或优选0.8或尤其是0.9。

天线可以通过在壁的整个面上延伸。在该情况中，面积比等于或大致等于1。

按照一种实施形式，一个总线用户的天线可以具有如下匝数，所述匝数与总线用户至供给模块的距离有关，其中，所述距离作为处于其间的总线用户的数量来测量。

至供给模块的距离大于第二总线用户至供给模块的距离的总线用户的天线的匝数可以大于所述第二总线用户的天线的匝数，以用于补偿损耗、尤其是传输损耗或在总线用户的电子线路中的损耗。

按照一种实施形式，可以在至少一些所述总线用户的壳体中，在第二壁中设置有另外的天线。在这里，第二壁不限定壁中的确定的次序，而是表示另一个壁，其附加于第一壁，天线设置在所述第一壁中或上。也就是说，在两个、三个、四个、五个或多个壁上或中分别可以设置一个天线或必要时设置多个天线。

在至少一些所述总线用户的壳体的第一和/或第二壁中可以设置有多个天线。

数据和能量可以通过不同的天线或必要时通过一个天线能传输。以有利的方式，由此可以将天线参数、如尺寸或制造技术与要传输的信号的参数、例如频率或功率相适配。

按照一种实施形式，在每个总线用户的壳体中可以设置有电子线路或电子模块。所述电子模块可以尤其是测量仪器、自动化模块或控制器。

按照一种实施形式，每个总线用户可以构成为用于与电子模块连接的适配器。每个适配器可以构成用于传输数据和/或能量。适配器因此补充总线系统的模块化的设计，按照该设计，总线用户或电子模块可以容易地插入总线系统中并且从总线系统中取出。

适配器可以构成用于与支承轨道和与电子模块机械和电连接。在适配器的连接(例如在插入到支承轨道中的或套装到支承轨道上)的状态中，适配器可以视为连接机构，所述连接机构将支承轨道与电子模块连接。

在该实施形式中，电子模块可以插入支承轨道中或套装到支承轨道上，并且适配器优选可以套装到电子模块上或以另一种方式与其连接。

适配器可以包括用于机械地紧固在支承轨道上的第一紧固器件。适配器可以借此机械紧固到支承轨道上并且从支承轨道拆卸。如果支承轨道带有电导线，则适配器也能连接到所述导线上。

适配器可以具有用于机械地紧固到电子模块上的第二紧固器件。尤其是第二紧固器件在其作为支承轨道和电子模块之间的连接机构的功能方面能够实现相应的连接。

第二紧固器件可以模仿支承轨道的形状，从而电子模块能类似于紧固到支承轨道上地紧固到适配器上。以有利的方式，适配器能够实现电子模块的灵活使用，所述电子模块可选地直接或通过适配器连接到支承轨道上，而不需要改变电子模块。

电子模块可以与适配器能借助插接连接机械和/或电耦合。

电子模块和适配器之间的电耦合可以实施为电流式的、优选借助夹紧点来实施。备选地，电子模块可以与适配器能电磁式、例如电感式或电容式地耦合，以用于传输数据和/或能量。

适配器可以具有用于再生或放大电信号的器件，其中所述信号可以包括数据信号和/或能量供应信号。

适配器可以相对于电子模块电磁屏蔽，以用于阻止电子模块的电磁干扰。为此，适配器可以被金属箔缠绕，至少在靠近与电子模块的连接的区域中，其中适配器和电子模块之间的电连接可以通过销来实施。

按照一种实施形式，总线用户可以构成为用于与电子模块连接的适配器。备选地，总线用户可以构成为电子模块。

为了阻止在一个总线用户值内从一个天线至另一个天线或在相邻的各总线用户之间的串扰，可以在总线用户的壳体中设置屏蔽装置。

附图说明

以下借助实施例并且参考附图进一步阐述本发明。在此，相同的附图标记参阅照相同的或相应的元件。不同的实施例的特征只要技术上合适就可以相互并且与本发明的每个所述方面组合。

图中：

图1示出按照第一实施形式的总线系统；

图2a示出按照第一实施形式的包括一个天线的总线用户；

图2b示出按照第二实施形式的包括两个天线的总线用户；

图3a示出按照第一实施形式的适配器；

图3b示出适配器和电子模块的布置结构；

图3c示出按照第二实施形式的适配器；

图3d-3g示出适配器和电子模块的布置结构；

图4示出按照第二实施形式的总线系统；以及

图5示出包括两个天线的总线用户的横截面视图；所述天线通过屏蔽解耦。

具体实施方式

图1示出用于传输数据和能量的示例性的模块化的总线系统10。总线系统10具有例如四个并排定位的总线用户12，所述总线用户分别可以彼此具有距离。每个总线用户12具有包括多个壁20的壳体18，如在图2a中示出的那样。

在壳体18的第一壁20a上设置有天线22，所述天线定义几何的天线面，所述天线面与第一壁20a的面具有大约0.7的值的面积比。

总线用户12相互电耦合，其方式为，每个总线用户12的天线22与另一个总线用户12的天线22电磁耦合以用于传输数据和能量。

相互电耦合的总线用户12的第一壁20a大致彼此平行地设置。

总线系统10具有用于供给电能和数据的供给模块16，其中，供给模块16构成为第一总线用户。

供给模块16连接到电源电压32上，所述电源电压约为220V并且具有约50Hz的频率。

总线用户12连同供给模块16可拆卸地紧固在支承轨道26上。

图2a示出按照第一实施形式的总线用户12。总线用户12具有包括多个壁20的壳体18。壳体18基本上为平行六面体形，包括基本上彼此成对平行的壁20。在壳体18中设置有电子线路36，所述电子线路在示出的示例中通过电路板表示。

在壳体18的第一壁20a上设置有螺旋天线22，所述螺旋天线构成为模塑互联设备(MID)。

总线用户12与其一个或多个紧邻的相邻用户12电耦合，其方式为，所述总线用户的天线22与其一个或多个紧邻的相邻用户12的天线22电磁耦合，以用于传输数据和能量。

图2b示出按照第二实施形式的总线用户12。该实施形式与在图2a中示出的第一实施形式的区别在于，总线用户12除了第一天线22之外具有另一个天线24。所述两个天线22、24设置在其上的壁、亦即天线壁20a、20b大致彼此平行。所述两个天线22、24彼此对准，天线22、24的电磁耦合由此非常良好。

图3a示出按照第一实施形式的构成为适配器14的总线用户12。适配器14构成用于与电子模块38连接并且构成用于在电子模块38和总线之间传输数据和能量。

总线当前构成为从总线用户12至其唯一的或其两个紧邻的相邻用户12的链形的通讯连接。

适配器14包括电子线路36和天线22。如在图3b中示出的那样，适配器14在侧面机械耦合到电子模块38上，所述电子模块例如构成为控制装置或测量仪器。通过(未示出的)电流的或电磁的耦合，适配器14将数据和能量传输给电子模块38。

借助天线22，图3b的构成为供给模块的适配器14将能量传输给其(在图中未示出的)相邻用户的天线22。

图3c示出包括两个天线22、24的适配器14。第一天线22设置在第一壁20a上，第二天线24设置在另一个壁20b上。天线壁20a、20b大致彼此垂直地设置。

第一天线22用于在适配器14和

-其相邻用户，也就是说相邻的适配器，以及

-与适配器14耦合的、在图3f、3g中示出的电子模块38之间的数据和能量传输，所述第一天线的天线壁20a大致平行于相邻的适配器的(在该图中未示出的)天线壁地设置。

在适配器14的第二天线24和电子模块38的(未示出的)天线之间发生数据和能量的传输。适配器14的天线壁20b大致平行于与适配器14耦合的电子模块38的天线壁地设置。

图3f、3g示出适配器14和电子模块38的两个备选的布置结构。按照图3f，适配器14定位在支承轨道26上并且电子模块38定位在适配器14上，从而适配器14设置在支承轨道26和电子模块38之间。按照图3g，电子模块38定位在支承轨道26上并且适配器14定位在电子模块38上。适配器14和电子模块38在两种情况中彼此重叠地设置并且相互电流式耦合。

如果适配器14设置在电子模块(图3g)上，则所述适配器可以类似于内联(Inline)系统具有夹紧点，从而实施有设置在顶帽式轨道中的信号线40(参看图4)的直接连接。备选地，适配器设置在电子模块38和至外围(夹紧或插头平面)的连接端之间(图3f)。代替或附加于天线，适配器14可以具有插头。借此可能的是，也将不具有感应接口的总线用户连接到适配器14上。

图3d、3e示出适配器14的备选实施形式，其构成用于与支承轨道26和/或电子模块38连接。

按照图3e，适配器14具有用于机械地紧固在支承轨道26上的第一紧固器件28和用于机械地紧固到(在图3e未示出的)电子模块38上的第二紧固器件30。第二紧固器件30模仿支承轨道26的形状，从而电子模块38能类似于紧固到支承轨道26上地紧固到适配器14上。支承轨道的所述形状在图4中可看出。

按照图3d示出图3e中的适配器14和支承轨道26，连同电子模块38。

图4示出用于传输数据和能量的模块化的总线系统10的第二实施形式。总线系统10具有五个紧靠并排定位的构成为适配器14的总线用户。适配器14设置在构成为顶帽式轨道26的支承轨道上。在每个适配器14上分别设置有电子模块38。

在该图中标绘的垂直箭头表示适配器14和电子模块38之间的数据和能量传输。粗的箭头指示能量和数据传输，细的箭头指示数据传输。

在顶帽式轨道26中设置有电导线40，构成为供给模块16的适配器通过T型插头与所述电导线连接以用于传输电源电压。供给模块16用于为与此耦合的电子模块38供应能量以及用于供给能量到总线中。

因此本发明的目的在于，在相邻地设置在顶帽式轨道26上的电子模块38之间传输数据和/或能量，其中，同时较高的功率的传输也是可能的。

按照图3a、3b，在相邻设置的总线用户14(以下也称为“电子组件”)的内侧上在电子组件的壳体18中或上借助MID(模塑互联设备)设置线圈结构22，其中，线圈结构22优选在电子组件的整个侧面上延伸。

这样相对置的壁20和高的匝数允许传输较大的能量或功率。借助线圈22的匝数比，能调节在相继的线圈或总线用户之间的电流变换比。这样，例如电子组件12的第一线圈22的线匝的数量沿能量传输的方向小于在后续的电子组件上设置的并且朝向第一线圈22的线圈的匝数。由此能够补偿电子组件12中的电压损耗。

为了补偿沿总线的损耗也设置信号再生或放大。这样例如在供给模块16中设有用于放大信号或能量的电路。

从发射线圈往回辐射到电子组件的电子装置中的辐射通过在适配器和电子模块之间设置的、以金属涂敷的薄膜来减少或完全抑制。

包括屏蔽装置50的示例性的总线用户12在图5中以横剖视图示出，所述屏蔽装置至少减少天线的辐射并且因此减少串扰。总线用户12又具有壳体18，其中，图5仅示出两个对置的壁20a和20b和底壁20。在壁20a和20b的内面上分别设置有天线22或24，所述天线分别可以构成为线圈。此外，在壳体18之内装入包括电子线路的电路板36。电路板36与天线22和24电连接。为了阻止天线22和24之间的串扰，在每个天线22、24前设置有板形的屏蔽装置50，所述屏蔽装置优选遮盖整个天线面。也可想到的是，电路板36本身作为屏蔽装置使用。为此电路板36的朝向天线22和24的侧面可以配设有金属层。

在一种备选的总线用户12(未示出)中，天线22和24也可以设置在壁20a和20b的相应的外表面上。在该情况下，壁20a和20b的内面可能作为屏蔽装置起作用。为此，以金属涂敷的薄膜例如可以作为屏蔽装置50施加在壁20a和20b的相应的内面上。

附图标记列表

10  总线系统

12  总线用户、电子组件

14  适配器

16  供给模块

18  壳体

20  壁

20a 第一壁、天线壁

20b 第二壁、天线壁

22  天线、线圈、线圈结构

24  另一个天线

26  支承轨道、顶帽式轨道

27  支承轨道的紧固器件

28  第一紧固器件

30  第二紧固器件

32  电源电压

34  电流连接

36  电子线路

38  电子模块

40  电导线

50  屏蔽装置

Claims (11)

1.用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统(10)，所述总线系统包括至少两个能并排定位的总线用户(12、14)，其中，每个总线用户(12、14)具有如下特征：

-壳体(18)，所述壳体具有多个壁(20)，

-其中，在壳体(18)的第一壁(20a)中或上设置有至少一个天线(22)，所述天线定义几何的天线面，所述天线面相对于第一壁(20a)的面具有至少为0.5的面积比，

-其中，总线用户(12、14)相互电耦合，其方式为，每个总线用户的天线(22)与另一个总线用户的天线(24)电磁耦合，以用于传输数据和/或能量，并且

-其中，相互电耦合的总线用户的第一壁(20a)大致彼此平行地设置。

2.按照权利要求1所述的总线系统，其特征在于如下特征中的至少一个：

-总线系统(10)具有用于供给电能和/或数据的供给模块(16)，其中，供给模块(16)构成为第一总线用户；

-供给模块(16)具有用于信号处理或信号放大或信号再生的器件(36)；

-供给模块(16)连接到电源电压(32)上，所述电源电压优选为约220或110V并且具有约50或60Hz的频率。

3.按照上述权利要求之一所述的总线系统，其特征在于如下特征中的至少一个：

-天线(22、24)构成

-为螺旋天线、圆形天线、线圈或电容板，和/或

-为模塑互联设备(MID)，或嵌体，或

-为喷射的或薄地缠绕的或印刷的或可粘上的天线；

-天线(22、24)设置在紧固于第一壁(20a)上的薄膜上。

4.按照上述权利要求之一所述的总线系统，其特征在于如下特征中的至少一个：

-面积比的最低值为0.5或优选0.6或尤其是0.7；

-天线(22、24)在壁的整个面上延伸。

5.按照权利要求4所述的总线系统，其特征在于至少一个如下特征：

-一个总线用户(12、14)的天线(22、24)具有如下匝数，所述匝数与总线用户至供给模块的距离有关，其中，所述距离作为处于其间的总线用户的数量来测量；

-至供给模块(16)的距离大于第二总线用户至供给模块(16)的距离的总线用户(12)的天线的匝数大于所述第二总线用户的天线的匝数，以用于补偿损耗、尤其是传输损耗或在总线用户的电子线路中的损耗。

6.按照上述权利要求之一所述的总线系统，其特征在于如下特征中的至少一个：

-在至少一些所述总线用户(12、14)的壳体(18)中，在第二壁(20b)中设置有另外的天线(24)；

-在至少一些所述总线用户的壳体(18)的第一和/或第二壁(20a；20b)中设置有多个天线(22、24)；

-数据和能量能通过不同的天线传输；

-数据和能量能通过一个天线传输。

7.按照上述权利要求之一所述的总线系统，其特征在于，在每个总线用户(12、14)的壳体(18)中设置有电子线路(36)。

8.按照权利要求1至6之一所述的总线系统，其特征在于如下特征中的至少一个：

-每个总线用户构成为用于与电子模块(38)连接的适配器(14)，其中，每个适配器(14)构成用于传输数据和/或能量；

-适配器(14)构成用于与支承轨道(26)和/或与电子模块(38)连接；

-适配器(14)具有用于机械地紧固在支承轨道(26)上的第一紧固器件(28)；

-适配器(14)具有用于机械地紧固在电子模块(38)上的第二紧固器件(30)；

-第二紧固器件(30)模仿支承轨道的形状，从而电子模块(38)能类似于紧固到支承轨道上地紧固到适配器(14)上；

-电子模块(38)与适配器(14)能借助插接连接装置机械和/或电耦合，其中，电耦合优选借助夹紧点实施；

-电子模块(38)与适配器(14)能电磁式、例如电感式或电容式地耦合，以用于传输数据和/或能量；

-适配器(14)具有用于再生或放大包括数据信号和/或能量供应信号的电信号的器件；

-适配器(14)相对于电子模块(38)电磁屏蔽以用于阻止电子模块的电磁干扰。

9.按照上述权利要求之一所述的总线系统，其特征在于，在至少一个总线用户(12、14)的壳体(18)中设置有用于屏蔽所述至少一个天线(22)的装置(50)。

10.用于在用于传输数据和/或能量的模块化的总线系统(10)中使用的总线用户(12、14)，所述总线用户包括

-壳体(18)，所述壳体具有多个壁(20)，

-其中，在壳体的至少一个第一壁(20a)中或上设置有至少一个天线(22)，所述天线定义几何的天线面，所述天线面相对于第一壁(20a)的面具有至少为0.5的面积比，

-其中，总线用户(12、14)构成用于与至少另一个总线用户电耦合，其方式为，总线用户的天线(22)与另一个总线用户的天线(24)电磁耦合，以用于传输数据和/或能量，

-其中，相互电耦合的总线用户(12、14)的第一壁(20a)大致彼此平行地设置。

11.按照权利要求9所述的总线用户，其特征在于，所述总线用户构成为用于与电子模块(38)连接的适配器(14)或构成为电子模块(38)。