电感的能量供应装置制造方法
电感的能量供应装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于对电子模块供电和/或提供数据的装置，该装置包括具有线圈轴的发送线圈(20)和至少两个并排设置的具有接收线圈(31、32)的能量接收部件(34、35)，这些接收线圈的线圈轴彼此平行或者平行于发送线圈轴延伸。线圈(20、31、32)分别装入多个谐振电路中。能量接收部件(34、35)为电子部件(41、42)供电并且连同电子部件一起通过绝缘的隔离区域(33)相互电隔离，该隔离区域通过数据信号耦合路径(46)跨接。
【专利说明】电感的能量供应装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对一个或多个电子模块供电和/或提供数据的装置。
【背景技术】
[0002]通常使用具有初级线圈和次级线圈的变压器或能量输送器用于电隔离地供电，这些线圈形成隔离间隔。EP I 885 085 Al公开了相互分离的输电端口和数据传输端口，这些端口用于非接触地耦合总线用户。对于每个总线用户不会设置两个次级绕组和两个处理单
J Li ο
[0003]还已知多个这样的端口，通过这些端口除了可以传递能量以外，还可以双向地传递信号或数据。在WO 98/15069 Al中利用装配有用于传输能量的初级线圈和用于传输数据的初级线圈的铁磁芯柱和装配有用于接收能量的次级线圈和用于接收数据的次级线圈的铁磁芯柱的共同作用。在初级侧和次级侧之间有具有良好电绝缘的电位隔离，而能量侧和数据侧之间没有这种具有良好电绝缘的电位隔离。由于铁磁芯柱因而在初级侧和次级侧之间不可能有相对自由的定位可能性。
[0004]WO 2010/125048 Al公开了一种用于从安装基座到总线用户模块无接触地提供数据和能量的系统，其中设置了具有能量传输端口和数据传输端口的供给轨道并且总线用户模块分别具有相应的能量传输端口和相应的数据传输端口。在能量传输和数据传输以电感的方式进行的情况下该端口包括一个具有垂直于供给轨道的线圈轴的初级线圈并且每个总线用户模块分别包括一个具有同样垂直于供给轨道的线圈轴的次级线圈。
[0005]在WO 2008/118178 Al中借助共振的磁场经过一定距离进行无线地能量传输。由此在供电单元和耗能单元之间形成电位隔离，但是没有三个电位组之间的隔离。
[0006]EP 2 067 148 BI公开了一种用于多个电子设备的充电设备，其中初级绕组在一个接触面上包括多个重合的线圈元件并且次级绕组在该接触面上定位时接收电磁能。初级绕组设置为振荡回路的一部分并且包含一个电容器用于使振荡回路的谐振频率和工作频率相配合。待充电的电子设备在相邻电子设备之间没有信号-数据耦合路径。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种用于无接触地为电子模块供电和/或提供数据的装置，其中，电子模块应该满足提高的安全性要求。
[0008]根据本发明，借助还能够运行数据信号的能量供应部件供给两个能量接收部件，这两个能量接收部件相互之间并且和能量供应部件之间电隔离。电能接收部件分别配置有具有各自的信号接线柱的电子部件，因此构成的从所有接口接出的电子模块由于火花放电满足了提高的安全性要求。
[0009]在一个优选的实施方式中设置有用于产生交变磁场的发送线圈、和发送线圈电感耦合的第一接收线圈、和发送线圈电感耦合的至少一个第二接收线圈、用于和发送线圈构成发送谐振电路的发送电容、用于和第一接收线圈构成第一接收谐振电路的第一接收电容、用于和第二接收线圈构成第二接收谐振电路的第二接收电容、作为负载连接在第一接收线圈上的第一电子部件和作为负载连接在第二接收线圈上的第二电子部件，其中具有第一电子部件的第一接收谐振电路和具有第二电子部件的第二接收谐振电路通过绝缘的隔离区域根据电位相互分开地设置。具有第一电子部件的第一谐振电路和具有第二电子部件的至少第二个谐振电路构成在第一和至少第二个接收谐振电路之间设有绝缘的隔离区域的电子模块，该隔离区域能够通过数据信号耦合路径跨接。借助多个发送线圈并排地为多个电子模块提供能量。
[0010]发送线圈和对应的电子模块之间以及电子模块内部的电隔离地铸造决定了绝缘等级，为了达到该绝缘等级传输装置必须设置在相互分离的电位组之间。在根据本发明的装置的制造方案中可以在发送线圈和接收线圈之间以及需要相互电隔离的接收线圈之间设置相对大的间距，由此能够实现高的绝缘等级。该方案还使得发送模块的供电端子设置在装置的远离电子模块的信号接口的侧边并且在信号接口中输入端子相对于输出端子安装在与模块相对的一侧上。
[0011]在本发明的一个优选的实施例中，具有第一电子部件的第一接收谐振电路和具有第二电子部件的至少第二个接收谐振电路安插在共同的电路板上。这实现了相对于发送线圈狭窄的设备构造，该发送线圈能够沿着长形的夹持装置、例如支承轨道延伸。以这种方式能够并排地定位多个电子模块，从而用夹持装置进行固定。
[0012]如果第一电子部件具有信号输入接口并且第二电子部件具有信号输出接口，那么第一和第二电子部件安插在共同的电路板上并且第一电子部件和第二电子部件通过数据信号耦合路径连接是有利的。在这种实施方式中，信号接口位于与电子部件相对的侧边上，即，具有最大可能的绝缘间距。
[0013]根据本发明的的一个优选的实施方式，发送线圈具有立体螺旋形的线匝以及圆柱形的、用于产生轴平行的场力线的轮廓，接收线圈用其接收平面垂直于这些场力线设置。众所周知，具有立体螺旋形线匝的线圈产生磁场线，该磁场线在线圈内部平行于线圈轴延伸，在线圈外部弯曲然后返回然后平行或近似平行于线圈轴延伸，从而再次弯入线圈内部。接收线圈撑开平面，轴平行的场力线垂直或近似垂直地处于该平面上，从而在发送线圈和接收线圈之间产生有效耦合。如果接收线圈安插在电路板上，那么接收线圈的线匝能够呈平面螺旋地延伸是适宜的。这种线圈能够经济地制造并且具有大的用于场力线的俘获截面。
[0014]在工业设备中通常需要大量的电子模块，这些电子模块经常沿夹持装置固定在开关柜中。对于这种应用情况，在本发明中沿夹持装置设有多个发送线圈，并且多个配有至少两个接收线圈的电子模块能够沿夹持装置相对自由地定位在一排并且固定在夹持装置上。以这种方式能够以电源供应多个分别具有不同宽向尺寸的电子模块，其中通过电隔离供电装置和信号处理装置以及数据处理装置实现了高度的绝缘并且信号处理或数据处理可以额外地实现高的绝缘等级。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]根据【专利附图】
【附图说明】本发明的两个实施例。其中
[0016]图1示出了具有能量供应装置和信号处理装置或数据处理装置的电子模块的示意图，以及
[0017]图2示出了电子模块耦合到夹持装置上。
【具体实施方式】
[0018]在长形的模块夹持装置I的支承轨道10上固定有发送线圈20，通过交变的输入电压22为该发送线圈供电并且该发送线圈因此作为能量供应部件2进行工作。在距离发送线圈20—定距离处借助壳体4(图2)固定电路板30，该壳体支撑在轨道10上。作为导体电路，两个平面的接收线圈31、32以螺旋形状安装在电路板30上，这两个接收线圈通过绝缘的隔离区域33相互分开。第一接收线圈31和第一电子部件41相连并且第二接收线圈32和第二电子部件42相连。部件31、41、54构成电子模块3的第一能量接收件34并且部件32、42、55构成第二能量接收件35。
[0019]第一电子部件41可以是电子模块3的信号输入电子部件或者数据输入电子部件并且第二电子部件42可以是电子模块的信号输出电子部件或者数据输出电子部件。两个电子部件41、42通过数据信号耦合路径46相互连接，以在这些电子部件之间交换数据或信号。可以通过能够表示为光信号路径的耦合件构成耦合路径46，然而也可以采用借助电容或电感的耦合件的传输方法。但是对此也可以替代性地采用线圈31和32之间的磁耦合进行信号传输或数据传输。
[0020]发送线圈20以立体螺旋形进行缠绕并且具有一个线圈轴，该线圈轴平行于支承轨道10的纵向。接收线圈31和32以平面螺旋形进行缠绕并且分别具有线圈轴，这两个线圈轴彼此平行并且平行于发送线圈轴。
[0021]如果通过交变的电源电压22激励发送线圈20，那么出现由一些场力线50、51、52示出的交变磁场。通过场力线51表示的磁场部分贯穿平面的接收线圈31。相应地，通过场力线52表示的磁场部分贯穿平面的接收线圈32，而场力线50表示漏磁场。通过激励发送线圈20，除了电感以外还在线圈线匝之间产生电容效应，也就是说，发送线圈20本身就已经构成具有一定自然谐振频率的振荡回路。可以借助一个或多个电容器将该自然谐振频率调整到特定的值，该值例如能够和输入电压的工作频率相符。通过总电容53表示能够振动的系统的电容效应。实际中通过串联电容器构成电容。对此替代性地或额外地也可以使用并联电容器。最后也可以这样形成线圈的几何形状，即，输入电压22的工作频率和发送线圈20的自然谐振频率相符，由此不需要杂散的电容器，即总电容53仅由线圈线匝的寄生耦合电容组成。
[0022]如果发送线圈20受到激励，那么由于电感耦合线圈31和32也受到激励。在线圈中在单个线圈线匝之间有电容效应。为了在具有线圈20、31、32的振荡回路之间调节共同的或几乎共同的谐振频率可以在单个线圈线匝之间有针对性地利用电容效应或者在这里也可以使用串联或并联或者结合了两种连接方式的电容器，以设置合适的电容54、55，借助该电容可以在谐振时运行接收电路。
[0023]为了限制漏感的有害作用可以设置例如由铁素体材料构成的屏蔽材料。这种屏蔽板21在发送线圈20和轨道10之间延伸。通过铁素体材料还可以相对于邻近线圈隔离接收线圈31、32。
[0024]可以这样建立绝缘的隔离区域33，即在隔离区域有这样的绝缘材料，该绝缘材料没有设置导体电路或其他电子组件。电子部件41、42可以安装在电路板30的不同侧，信号接线柱43和44也是同样。电子模块3这样固定在壳体4(图2)中，信号接线柱43、44例如能够接触连接器。
[0025]壳体4适合以多个相同类型的壳体相互并排地固定在例如导轨10形式的夹持装置I上并且沿着长形夹持装置I相互并排地夹住多个电子模块3。此外一些发送线圈20沿夹持装置I延伸，这些发送线圈可以相互对齐并且电子模块可以对准这些发送线圈。电子模块3的数量不需要和发送线圈20的数量相一致。一方面电子模块能够特别狭长地构造，另一方面还能够在电子模块的行列中使用宽的电子模块。总体上来说形成了由供电装置和多个电子模块构成的系统，在供电装置中，在分开的电位组之间形成提高的绝缘。
[0026]图2示出了用于对电子模块3供电和提供数据的装置的第二实施例。和实施例1相同的部件具有相同的附图标记。此外设有设备壳体4，以保护电子模块3的单个配件并且以规定的布置相对于夹持装置I进行固定。
[0027]电子模块3的能量供应部件2具有底部部件23，该底部部件局部地伸入壳体4中并且和长形的夹持装置I能够松开地连接。底部部件23包含发送线圈20，该发送线圈借助塑料壳与发送线圈附近的部件良好绝缘地受到固定。塑料壳通过卡合固定在支承轨道10上。发送线圈20包含铁素体磁芯24，该铁氧体磁芯聚束交变磁场并且指向线圈31和32。如在36和37所示出的一样，线圈31和32可以包含铁素体磁芯。铁素体磁芯36、37的形状不需要是棒状的，也可以是向后弯曲的形状，从而低地保持磁阻抗。
[0028]图2示出了耦合路径46作为光分离路径。因此通过绝缘的隔离区域33传递两个电子部件41和42之间的数据。也可以通过电感、电容、或电磁传递方法实现提高的安全性要求。在壳体4中设置有凹空部用于信号接口 43、44，这些凹空部相互之间保留有安全距离。
[0029]通过线圈系统20、31、32也可以传递调节能量信号的数据信号。在这里也可以遵循各种安全标准。
[0030]如下进行电子模块3的运行:根据振荡回路的谐振频率选择交变的电源电压的工作频率。交变的电源电压22激励电流通过发送线圈20，由此产生由场力线50、51、52示出的交变磁场。由于电感耦合所以在接收线圈31和32中分别产生交变电流，该交变电流在线圈共振时能够以较高效率使负载运转。实际上负载通常由整流器电路、滤波电容器和连接在其上的电子部件41、42构成。电子部件可以集成在电路板上或者安置在外部。因此电源的能量通过磁场到达各个电子部件41、42中，以在电子部件中作为电源供信号处理或数据处理使用。由场线50、51、52不出的磁场还包含通过振荡电路的、由电容器53表不的电容在一定程度上收集并补偿的能量部分。因此在理想情况下仅需要将如在电子元件41和42所获得的这么多的电能输送到系统中。从电源电压22来看，由电子部件所构成的负载在理想的共振条件下看作是纯的欧姆负载。
[0031]如在发送线圈中通过电容53几乎均衡了电感一样，在接收线圈31、32中通过电容54,55几乎均衡了电感。这是谐振电路的有利作用。
[0032]所示的实施例可以在各个方向有所变化。两个接收线圈可以安装在电路板的不同侧上，对此在这种情况下电路板可以用作隔离区域。
[0033]此外，交变的输入电压22能够用于能量供给和数据信号输入。对此，通过载波信号和数据信号作为调制信号传递能量。然后在接收线圈中将能量信号和数据信号分离。因此发送线圈分别和其中一个接收线圈构成数据信号耦合路径。
[0034]例如借助所述的负载调制方法也可以实施从接收线圈到发送线圈的数据信号传递。在相关的电子部件中改变负载的类型和大小，这对发送线圈中的电流-电压关系有反作用，由此可以探测到这种反作用作为发送端上的数据信号。在这种数据信号耦合路径中可以使用辅助载波来更好地分离能量信号和数据信号。
[0035]也可以在接收线圈之间进行数据交换，因为这些接收线圈相互磁耦合。通过适当地加入额外的电容例如可以产生第二谐振频率，该谐振频率用于数据信号的载体。
[0036]替代两个接收线圈，也可以使多个接收线圈围绕发送线圈，以使多通道系统进行运转。可以在两个、三个或四个单独的平面中设置模块并对此相互电分离。各个平面的电子部件之间的数据信号耦合路径能够是光、磁或电容类型的。
【权利要求】
1.一种用于对电子模块(3)供电和提供数据的装置，所述装置包括: -构造在长形的夹持装置(I)中的能量供应部件(2)，所述能量供应部件具有用于产生交变磁场的发送线圈(20)， -具有第一接收线圈(31)以及具有连接在第一接收线圈(31)上的第一电子部件(41)的第一能量接收部件(34)，所述第一接收线圈和发送线圈(20)电感耦合，所述第一电子部件具有第一信号接线柱(43)， -具有第二接收线圈(32)以及具有连接在第二接收线圈(32)上的第二电子部件(42)的第二能量接收部件(35)，所述第二接收线圈和发送线圈(20)电感耦合，所述第二电子部件具有第二信号接线柱(44)， -其中具有第一电子部件(41)的第一能量接收部件(34)和具有第二电子部件(42)的第二能量接收部件(35)安插在共同的电路板(30)上以及构成电子模块(3)的安装在设备壳体(4)中的部分，所述设备壳体能够固定在夹持装置(I)上，并且 -其中具有第一电子部件(41)的第一能量接收部件(34)和具有第二电子部件(42)的第二能量接收部件通过置于共同的电路板上的、绝缘的隔离区域(33)相互电隔离，所述隔离区域通过数据信号耦合路径跨接，以直接在第一电子部件(41)和第二电子部件(42)之间交换信号和数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，线圈系统(20、31、32)具有至少一个电容元件(53、54、55)用于构成发送系统和接收系统的各自的至少一个谐振电路。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，其中设有发送电容(53)用于构成具有发送线圈(20)的谐振电路。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，设有第一接收电容(54)用于构成第一接收谐振电路。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，设有第二接收电容(55)用于构成第二接收谐振电路。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，发送线圈(20)固定在夹持装置(I)的支承轨道(10)上，并且借助壳体(4)固定电路板(30)，所述壳体支撑在支承轨道(10)上。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，第一电子部件(41)的信号接线柱(43)是信号输入接口并且第二电子部件(42)的信号接线柱(44)是信号输出接□。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，多个第一和第二接收线圈(31、32)设置在多个电路板(30)平面中。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的装置，其特征在于，接收线圈(31、32)以平面螺旋形进行缠绕。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，数据信号耦合路径(46)是光号路径。
11.根据权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，数据信号耦合路径(46)由线圈之间的磁耦合构成。
12.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，发送线圈(20)具有立体螺旋形的线匝以及圆柱形的、用于产生具有轴平行于夹持装置(I)的纵向的场力线的磁场部分的轮廓，接收线圈(31、32)以其接收平面垂直于这些场力线设置。
13.根据权利要求1至12中任意一项所述的装置，其特征在于，沿长形的夹持装置(I)设置有多个发送线圈(20)，并且多个电子模块(3)能够沿夹持装置(I)并排地定位并且能够固定在夹持装置(I)上。
14.根据权利要求1至13中任意一项所述的装置，其特征在于，电子模块(3)的能量供应部件(2)具有底部部件(23)，所述底部部件伸入电子模块(3)的壳体(4)中并且和长形的夹持装置(I)能够松开地连接以及所述底部部件在相对于电子模块(3)具有良好电绝缘的情况下包含发送线圈(20)，其中，发送线圈(20)包含铁素体磁芯(24)，所述铁素体磁芯和接收线圈(31、32)的铁素体磁芯(36、37)相耦合地设置。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述底部部件(23)具有塑料壳体并且设有用于卡合在夹持装置(I)的支承轨道(10)上的多个卡合装置以及相对于模块壳体(4)具有规定的结构。
【文档编号】H04L12/40GK104205656SQ201380005289
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月11日 优先权日:2012年1月12日
【发明者】彼得·肖尔茨 申请人:菲尼克斯电气公司
【专利摘要】本发明涉及一种用于对电子模块供电和/或提供数据的装置，该装置包括具有线圈轴的发送线圈(20)和至少两个并排设置的具有接收线圈(31、32)的能量接收部件(34、35)，这些接收线圈的线圈轴彼此平行或者平行于发送线圈轴延伸。线圈(20、31、32)分别装入多个谐振电路中。能量接收部件(34、35)为电子部件(41、42)供电并且连同电子部件一起通过绝缘的隔离区域(33)相互电隔离，该隔离区域通过数据信号耦合路径(46)跨接。
【专利说明】电感的能量供应装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对一个或多个电子模块供电和/或提供数据的装置。
【背景技术】
[0002]通常使用具有初级线圈和次级线圈的变压器或能量输送器用于电隔离地供电，这些线圈形成隔离间隔。EP I 885 085 Al公开了相互分离的输电端口和数据传输端口，这些端口用于非接触地耦合总线用户。对于每个总线用户不会设置两个次级绕组和两个处理单
J Li ο
[0003]还已知多个这样的端口，通过这些端口除了可以传递能量以外，还可以双向地传递信号或数据。在WO 98/15069 Al中利用装配有用于传输能量的初级线圈和用于传输数据的初级线圈的铁磁芯柱和装配有用于接收能量的次级线圈和用于接收数据的次级线圈的铁磁芯柱的共同作用。在初级侧和次级侧之间有具有良好电绝缘的电位隔离，而能量侧和数据侧之间没有这种具有良好电绝缘的电位隔离。由于铁磁芯柱因而在初级侧和次级侧之间不可能有相对自由的定位可能性。
[0004]WO 2010/125048 Al公开了一种用于从安装基座到总线用户模块无接触地提供数据和能量的系统，其中设置了具有能量传输端口和数据传输端口的供给轨道并且总线用户模块分别具有相应的能量传输端口和相应的数据传输端口。在能量传输和数据传输以电感的方式进行的情况下该端口包括一个具有垂直于供给轨道的线圈轴的初级线圈并且每个总线用户模块分别包括一个具有同样垂直于供给轨道的线圈轴的次级线圈。
[0005]在WO 2008/118178 Al中借助共振的磁场经过一定距离进行无线地能量传输。由此在供电单元和耗能单元之间形成电位隔离，但是没有三个电位组之间的隔离。
[0006]EP 2 067 148 BI公开了一种用于多个电子设备的充电设备，其中初级绕组在一个接触面上包括多个重合的线圈元件并且次级绕组在该接触面上定位时接收电磁能。初级绕组设置为振荡回路的一部分并且包含一个电容器用于使振荡回路的谐振频率和工作频率相配合。待充电的电子设备在相邻电子设备之间没有信号-数据耦合路径。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种用于无接触地为电子模块供电和/或提供数据的装置，其中，电子模块应该满足提高的安全性要求。
[0008]根据本发明，借助还能够运行数据信号的能量供应部件供给两个能量接收部件，这两个能量接收部件相互之间并且和能量供应部件之间电隔离。电能接收部件分别配置有具有各自的信号接线柱的电子部件，因此构成的从所有接口接出的电子模块由于火花放电满足了提高的安全性要求。
[0009]在一个优选的实施方式中设置有用于产生交变磁场的发送线圈、和发送线圈电感耦合的第一接收线圈、和发送线圈电感耦合的至少一个第二接收线圈、用于和发送线圈构成发送谐振电路的发送电容、用于和第一接收线圈构成第一接收谐振电路的第一接收电容、用于和第二接收线圈构成第二接收谐振电路的第二接收电容、作为负载连接在第一接收线圈上的第一电子部件和作为负载连接在第二接收线圈上的第二电子部件，其中具有第一电子部件的第一接收谐振电路和具有第二电子部件的第二接收谐振电路通过绝缘的隔离区域根据电位相互分开地设置。具有第一电子部件的第一谐振电路和具有第二电子部件的至少第二个谐振电路构成在第一和至少第二个接收谐振电路之间设有绝缘的隔离区域的电子模块，该隔离区域能够通过数据信号耦合路径跨接。借助多个发送线圈并排地为多个电子模块提供能量。
[0010]发送线圈和对应的电子模块之间以及电子模块内部的电隔离地铸造决定了绝缘等级，为了达到该绝缘等级传输装置必须设置在相互分离的电位组之间。在根据本发明的装置的制造方案中可以在发送线圈和接收线圈之间以及需要相互电隔离的接收线圈之间设置相对大的间距，由此能够实现高的绝缘等级。该方案还使得发送模块的供电端子设置在装置的远离电子模块的信号接口的侧边并且在信号接口中输入端子相对于输出端子安装在与模块相对的一侧上。
[0011]在本发明的一个优选的实施例中，具有第一电子部件的第一接收谐振电路和具有第二电子部件的至少第二个接收谐振电路安插在共同的电路板上。这实现了相对于发送线圈狭窄的设备构造，该发送线圈能够沿着长形的夹持装置、例如支承轨道延伸。以这种方式能够并排地定位多个电子模块，从而用夹持装置进行固定。
[0012]如果第一电子部件具有信号输入接口并且第二电子部件具有信号输出接口，那么第一和第二电子部件安插在共同的电路板上并且第一电子部件和第二电子部件通过数据信号耦合路径连接是有利的。在这种实施方式中，信号接口位于与电子部件相对的侧边上，即，具有最大可能的绝缘间距。
[0013]根据本发明的的一个优选的实施方式，发送线圈具有立体螺旋形的线匝以及圆柱形的、用于产生轴平行的场力线的轮廓，接收线圈用其接收平面垂直于这些场力线设置。众所周知，具有立体螺旋形线匝的线圈产生磁场线，该磁场线在线圈内部平行于线圈轴延伸，在线圈外部弯曲然后返回然后平行或近似平行于线圈轴延伸，从而再次弯入线圈内部。接收线圈撑开平面，轴平行的场力线垂直或近似垂直地处于该平面上，从而在发送线圈和接收线圈之间产生有效耦合。如果接收线圈安插在电路板上，那么接收线圈的线匝能够呈平面螺旋地延伸是适宜的。这种线圈能够经济地制造并且具有大的用于场力线的俘获截面。
[0014]在工业设备中通常需要大量的电子模块，这些电子模块经常沿夹持装置固定在开关柜中。对于这种应用情况，在本发明中沿夹持装置设有多个发送线圈，并且多个配有至少两个接收线圈的电子模块能够沿夹持装置相对自由地定位在一排并且固定在夹持装置上。以这种方式能够以电源供应多个分别具有不同宽向尺寸的电子模块，其中通过电隔离供电装置和信号处理装置以及数据处理装置实现了高度的绝缘并且信号处理或数据处理可以额外地实现高的绝缘等级。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]根据【专利附图】
【附图说明】本发明的两个实施例。其中
[0016]图1示出了具有能量供应装置和信号处理装置或数据处理装置的电子模块的示意图，以及
[0017]图2示出了电子模块耦合到夹持装置上。
【具体实施方式】
[0018]在长形的模块夹持装置I的支承轨道10上固定有发送线圈20，通过交变的输入电压22为该发送线圈供电并且该发送线圈因此作为能量供应部件2进行工作。在距离发送线圈20—定距离处借助壳体4(图2)固定电路板30，该壳体支撑在轨道10上。作为导体电路，两个平面的接收线圈31、32以螺旋形状安装在电路板30上，这两个接收线圈通过绝缘的隔离区域33相互分开。第一接收线圈31和第一电子部件41相连并且第二接收线圈32和第二电子部件42相连。部件31、41、54构成电子模块3的第一能量接收件34并且部件32、42、55构成第二能量接收件35。
[0019]第一电子部件41可以是电子模块3的信号输入电子部件或者数据输入电子部件并且第二电子部件42可以是电子模块的信号输出电子部件或者数据输出电子部件。两个电子部件41、42通过数据信号耦合路径46相互连接，以在这些电子部件之间交换数据或信号。可以通过能够表示为光信号路径的耦合件构成耦合路径46，然而也可以采用借助电容或电感的耦合件的传输方法。但是对此也可以替代性地采用线圈31和32之间的磁耦合进行信号传输或数据传输。
[0020]发送线圈20以立体螺旋形进行缠绕并且具有一个线圈轴，该线圈轴平行于支承轨道10的纵向。接收线圈31和32以平面螺旋形进行缠绕并且分别具有线圈轴，这两个线圈轴彼此平行并且平行于发送线圈轴。
[0021]如果通过交变的电源电压22激励发送线圈20，那么出现由一些场力线50、51、52示出的交变磁场。通过场力线51表示的磁场部分贯穿平面的接收线圈31。相应地，通过场力线52表示的磁场部分贯穿平面的接收线圈32，而场力线50表示漏磁场。通过激励发送线圈20，除了电感以外还在线圈线匝之间产生电容效应，也就是说，发送线圈20本身就已经构成具有一定自然谐振频率的振荡回路。可以借助一个或多个电容器将该自然谐振频率调整到特定的值，该值例如能够和输入电压的工作频率相符。通过总电容53表示能够振动的系统的电容效应。实际中通过串联电容器构成电容。对此替代性地或额外地也可以使用并联电容器。最后也可以这样形成线圈的几何形状，即，输入电压22的工作频率和发送线圈20的自然谐振频率相符，由此不需要杂散的电容器，即总电容53仅由线圈线匝的寄生耦合电容组成。
[0022]如果发送线圈20受到激励，那么由于电感耦合线圈31和32也受到激励。在线圈中在单个线圈线匝之间有电容效应。为了在具有线圈20、31、32的振荡回路之间调节共同的或几乎共同的谐振频率可以在单个线圈线匝之间有针对性地利用电容效应或者在这里也可以使用串联或并联或者结合了两种连接方式的电容器，以设置合适的电容54、55，借助该电容可以在谐振时运行接收电路。
[0023]为了限制漏感的有害作用可以设置例如由铁素体材料构成的屏蔽材料。这种屏蔽板21在发送线圈20和轨道10之间延伸。通过铁素体材料还可以相对于邻近线圈隔离接收线圈31、32。
[0024]可以这样建立绝缘的隔离区域33，即在隔离区域有这样的绝缘材料，该绝缘材料没有设置导体电路或其他电子组件。电子部件41、42可以安装在电路板30的不同侧，信号接线柱43和44也是同样。电子模块3这样固定在壳体4(图2)中，信号接线柱43、44例如能够接触连接器。
[0025]壳体4适合以多个相同类型的壳体相互并排地固定在例如导轨10形式的夹持装置I上并且沿着长形夹持装置I相互并排地夹住多个电子模块3。此外一些发送线圈20沿夹持装置I延伸，这些发送线圈可以相互对齐并且电子模块可以对准这些发送线圈。电子模块3的数量不需要和发送线圈20的数量相一致。一方面电子模块能够特别狭长地构造，另一方面还能够在电子模块的行列中使用宽的电子模块。总体上来说形成了由供电装置和多个电子模块构成的系统，在供电装置中，在分开的电位组之间形成提高的绝缘。
[0026]图2示出了用于对电子模块3供电和提供数据的装置的第二实施例。和实施例1相同的部件具有相同的附图标记。此外设有设备壳体4，以保护电子模块3的单个配件并且以规定的布置相对于夹持装置I进行固定。
[0027]电子模块3的能量供应部件2具有底部部件23，该底部部件局部地伸入壳体4中并且和长形的夹持装置I能够松开地连接。底部部件23包含发送线圈20，该发送线圈借助塑料壳与发送线圈附近的部件良好绝缘地受到固定。塑料壳通过卡合固定在支承轨道10上。发送线圈20包含铁素体磁芯24，该铁氧体磁芯聚束交变磁场并且指向线圈31和32。如在36和37所示出的一样，线圈31和32可以包含铁素体磁芯。铁素体磁芯36、37的形状不需要是棒状的，也可以是向后弯曲的形状，从而低地保持磁阻抗。
[0028]图2示出了耦合路径46作为光分离路径。因此通过绝缘的隔离区域33传递两个电子部件41和42之间的数据。也可以通过电感、电容、或电磁传递方法实现提高的安全性要求。在壳体4中设置有凹空部用于信号接口 43、44，这些凹空部相互之间保留有安全距离。
[0029]通过线圈系统20、31、32也可以传递调节能量信号的数据信号。在这里也可以遵循各种安全标准。
[0030]如下进行电子模块3的运行:根据振荡回路的谐振频率选择交变的电源电压的工作频率。交变的电源电压22激励电流通过发送线圈20，由此产生由场力线50、51、52示出的交变磁场。由于电感耦合所以在接收线圈31和32中分别产生交变电流，该交变电流在线圈共振时能够以较高效率使负载运转。实际上负载通常由整流器电路、滤波电容器和连接在其上的电子部件41、42构成。电子部件可以集成在电路板上或者安置在外部。因此电源的能量通过磁场到达各个电子部件41、42中，以在电子部件中作为电源供信号处理或数据处理使用。由场线50、51、52不出的磁场还包含通过振荡电路的、由电容器53表不的电容在一定程度上收集并补偿的能量部分。因此在理想情况下仅需要将如在电子元件41和42所获得的这么多的电能输送到系统中。从电源电压22来看，由电子部件所构成的负载在理想的共振条件下看作是纯的欧姆负载。
[0031]如在发送线圈中通过电容53几乎均衡了电感一样，在接收线圈31、32中通过电容54,55几乎均衡了电感。这是谐振电路的有利作用。
[0032]所示的实施例可以在各个方向有所变化。两个接收线圈可以安装在电路板的不同侧上，对此在这种情况下电路板可以用作隔离区域。
[0033]此外，交变的输入电压22能够用于能量供给和数据信号输入。对此，通过载波信号和数据信号作为调制信号传递能量。然后在接收线圈中将能量信号和数据信号分离。因此发送线圈分别和其中一个接收线圈构成数据信号耦合路径。
[0034]例如借助所述的负载调制方法也可以实施从接收线圈到发送线圈的数据信号传递。在相关的电子部件中改变负载的类型和大小，这对发送线圈中的电流-电压关系有反作用，由此可以探测到这种反作用作为发送端上的数据信号。在这种数据信号耦合路径中可以使用辅助载波来更好地分离能量信号和数据信号。
[0035]也可以在接收线圈之间进行数据交换，因为这些接收线圈相互磁耦合。通过适当地加入额外的电容例如可以产生第二谐振频率，该谐振频率用于数据信号的载体。
[0036]替代两个接收线圈，也可以使多个接收线圈围绕发送线圈，以使多通道系统进行运转。可以在两个、三个或四个单独的平面中设置模块并对此相互电分离。各个平面的电子部件之间的数据信号耦合路径能够是光、磁或电容类型的。
【权利要求】
1.一种用于对电子模块(3)供电和提供数据的装置，所述装置包括: -构造在长形的夹持装置(I)中的能量供应部件(2)，所述能量供应部件具有用于产生交变磁场的发送线圈(20)， -具有第一接收线圈(31)以及具有连接在第一接收线圈(31)上的第一电子部件(41)的第一能量接收部件(34)，所述第一接收线圈和发送线圈(20)电感耦合，所述第一电子部件具有第一信号接线柱(43)， -具有第二接收线圈(32)以及具有连接在第二接收线圈(32)上的第二电子部件(42)的第二能量接收部件(35)，所述第二接收线圈和发送线圈(20)电感耦合，所述第二电子部件具有第二信号接线柱(44)， -其中具有第一电子部件(41)的第一能量接收部件(34)和具有第二电子部件(42)的第二能量接收部件(35)安插在共同的电路板(30)上以及构成电子模块(3)的安装在设备壳体(4)中的部分，所述设备壳体能够固定在夹持装置(I)上，并且 -其中具有第一电子部件(41)的第一能量接收部件(34)和具有第二电子部件(42)的第二能量接收部件通过置于共同的电路板上的、绝缘的隔离区域(33)相互电隔离，所述隔离区域通过数据信号耦合路径跨接，以直接在第一电子部件(41)和第二电子部件(42)之间交换信号和数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，线圈系统(20、31、32)具有至少一个电容元件(53、54、55)用于构成发送系统和接收系统的各自的至少一个谐振电路。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，其中设有发送电容(53)用于构成具有发送线圈(20)的谐振电路。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，设有第一接收电容(54)用于构成第一接收谐振电路。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，设有第二接收电容(55)用于构成第二接收谐振电路。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，发送线圈(20)固定在夹持装置(I)的支承轨道(10)上，并且借助壳体(4)固定电路板(30)，所述壳体支撑在支承轨道(10)上。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，第一电子部件(41)的信号接线柱(43)是信号输入接口并且第二电子部件(42)的信号接线柱(44)是信号输出接□。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，多个第一和第二接收线圈(31、32)设置在多个电路板(30)平面中。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的装置，其特征在于，接收线圈(31、32)以平面螺旋形进行缠绕。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，数据信号耦合路径(46)是光号路径。
11.根据权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，数据信号耦合路径(46)由线圈之间的磁耦合构成。
12.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，发送线圈(20)具有立体螺旋形的线匝以及圆柱形的、用于产生具有轴平行于夹持装置(I)的纵向的场力线的磁场部分的轮廓，接收线圈(31、32)以其接收平面垂直于这些场力线设置。
13.根据权利要求1至12中任意一项所述的装置，其特征在于，沿长形的夹持装置(I)设置有多个发送线圈(20)，并且多个电子模块(3)能够沿夹持装置(I)并排地定位并且能够固定在夹持装置(I)上。
14.根据权利要求1至13中任意一项所述的装置，其特征在于，电子模块(3)的能量供应部件(2)具有底部部件(23)，所述底部部件伸入电子模块(3)的壳体(4)中并且和长形的夹持装置(I)能够松开地连接以及所述底部部件在相对于电子模块(3)具有良好电绝缘的情况下包含发送线圈(20)，其中，发送线圈(20)包含铁素体磁芯(24)，所述铁素体磁芯和接收线圈(31、32)的铁素体磁芯(36、37)相耦合地设置。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述底部部件(23)具有塑料壳体并且设有用于卡合在夹持装置(I)的支承轨道(10)上的多个卡合装置以及相对于模块壳体(4)具有规定的结构。
【文档编号】H04L12/40GK104205656SQ201380005289
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月11日 优先权日:2012年1月12日
【发明者】彼得·肖尔茨 申请人:菲尼克斯电气公司
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