模块化电子系统和总线用户的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化电子系统，其用于接收、处理或传送信息，其特别是与总线系统和一些用户设备连接，本发明以及涉及一种单独的总线用户。
【背景技术】
[0002]EP I 484 511 BI示出一种链接模块，其用于操控流体技术的阀门配置组件的电气阀门传动机构，该链接模块包括壳体，该壳体具有安置在其上的链接触点，用于与另外的链接模块电触点接通。在此，壳体构造成注射成型的、电路模内装置(MID)类型的、立体的电路载体并且含有印制导线以及用于控制和监视功能和/或用于通讯功能的电气部件。
[0003]由DE 197 19 730 Cl已知一种用在具有爆炸危险的区域的、用于在至少一个用电器器与总线系统之间的能量和数据传输的插拔连接装置，在该插拔连接装置中设置有包括初级部分和次级部分的变压器，这些初级部分和次级部分可分离地和可连接地分别设置在插头半体壳体(Steckerhaelfte-Gehaeuse)中。在初级部分壳体中设置有一个用于电参量(电流/电压)的限制装置，而次级部分壳体的内部则可配置给具有爆炸危险的区域。
[0004]必须部分地非常紧凑地制造电子设备，就是说，必须巧妙地应对空间问题。同时要求设备的电子构件特别是在具有爆炸危险的区域中的良好的绝缘性和抗电压强度。
[0005]以总线系统运行的电子系统经常具有用于收纳总线系统部件和用于插拔固定(Steckbefestigung)用户设备的轨道。用户设备通常具有一块或多块电路板，这些电路板配备有电子构件，这些电子构件接收、处理和发出信号。经由总线系统进行能量供应以及信号输入和输出。电路板可以包含一层或多层的层结构，然而也可以使用灵活的或其它三维的具有触点接通的电子构件的导体结构(Leiterstruktur)。所述的构造在下文中简称为电路板。
[0006]对总线系统的用户设备提出了各种要求。出于安全原因，总线用户应该与它的能源和数据接口隔断电流。还追求用户设备的狭窄的结构宽度，以便能够在一个托轨(Traegerschiene)上并排安置多个设备。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是，提供一种模块化电子系统，该电子系统能够在电子构件良好绝缘的情况下实现紧凑的结构。特别是应该能够实现对电子设备节省空间地供电。
[0008]这个目的通过独立权利要求的主题得以实现。在从属权利要求中对有益的设计方案和改进方案加以阐述。
[0009]“有电磁作用的电子构件”概念是指包括线圈、天线或电容器片的感应的或电容的耦合节。“接通装置”概念表示为了供应电运行能量和/或信号能量(包括信息内容)的目的而与电子设备的电流连接装置或电磁连接装置。“扁平的”概念表示一种结构元件，该结构元件在一个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]“总线系统”概念与本申请相关地还包括用于为总线用户供电的纯总线。这样总线系统例如可以由仅仅两根导线构建而成，经由这些导线提供由不同总线用户经由触点接通连接(Kontaktverbindung)来获取的直流电压。由此至少两个总线用户并行地与其接通的一个单独的电源也被称为总线系统。
[0011]“模块化”概念可以意味着:例如总线用户可以插入到总系统中并且从该总系统中取出，而该总系统的功能性并不由此受到影响或损害。“模块化”也可以意味着:电气设备的、例如总线用户的功能可以借助扩展卡得到扩展，因而电气设备、例如总线用户不必在生产阶段就已经配备所有的功能。
[0012]本发明的一个方面涉及的是用于电子设备、特别是总线用户的壳体的构造，该总线用户例如可以是测量设备、自动化模块或控制设备。
[0013]在壳体部件中的一个壳体部件上或该壳体部件内可以设置有至少一个第一传输元件，该第一传输元件构造成变压器的初级线圈或用于将电能感应耦合到第二传输元件(次级线圈)中的发射天线。壳壁可以构造为多层的，其中第一传输元件(初级线圈)设置在中间层内。
[0014]电信号可以是测量或数据信号，另外还可以传输用于运行设备的电子构件的能量。优选与运行能量分离地传输测量或数据信号，然而也可以经由同一传输元件同时传输能量和信息，例如通过将数据调制(Aufmodulat1n)成能流(Energiestrom)。
[0015]换言之，在壳体内可以设置有变压器，该变压器的初级线圈作为壳体的组成部分设置在壳壁内或上，并且该变压器的次级线圈在壳体的内部设置在电路板上或者与电路板设置在一起或者设置在电路板内。
[0016]优选借助电耦合器、例如插头实施对初级线圈的供电，然而也可以使用电容耦合器或感应耦合器。两种最后提到的耦合器具有优点:在例如通向总线系统的接通装置与电气设备之间不存在触点接通类型的连接并且由此例如可以良好地封装壳体用以保护免受外界的影响。
[0017]根据本发明的结构能够实现为安置在壳体内的、由此与能源电流隔断的电子构件无触点接通地提供电能和或数据/信号。同时实现了降低电子构件所需的空间。
[0018]由此通过壳体实现的优点是:
[0019]-在电子构件的实施(Implementierung)中节省空间和节省费用；
[0020]-电子构件与能源电流隔断；和
[0021]-简化对电子构件的供电。
[0022]本发明的另一个观点涉及一种模块化电子系统，其具有至少一个电气设备例如总线用户，所述电气设备可以是电子模块诸如测量设备、自动化模块或控制设备。
[0023]电气设备、如总线用户可以包括设置在用户壳体的内腔或壁中的电子电路。
[0024]电子电路可以构造成电气运行器具，例如继电器、电流脉冲开关、定时开关或安全自动装置，或构造成测量设备、自动化模块、分离放大器或控制设备。
[0025]电气设备、例如总线用户可以包括如下构件:
[0026]-壳体，
[0027]-设置在壳体内的电子电路，和
[0028]-具有至少一个初级线圈和至少一个次级线圈的变压器，其用于将电能包括供电以及在必要时还包括数据信号以电磁的方式传输到与次级线圈耦合的电子电路中。
[0029]可以作为高频电压提供供电，以便能够将传输的结构尺寸保持在小的程度。高频在本发明中表示kHz (千赫兹)范围内的频率或者更高直到兆赫兹范围内。
[0030]如果由例如总线系统的供电单元提供高频电压，那么可以借助电耦合器、例如插头实施对初级线圈的供电。否则由例如总线系统的直流电流或者交流电流高频电压。
[0031]下文对有益的设计方案和改进方案加以阐述。改进方案的特征只要在技术上是适宜的，就可以相互并且与本发明的任何方面组合。
[0032]根据一种实施方式，初级线圈可以注射、绝缘且封装地构造成壳体的能量传输壁中的电路模内装置(MID)。
[0033]初级线圈作为扁平的、螺旋形的线圈或天线薄薄缠绕地制成或者印刷在基板上制成或者从沉积层中蚀刻制成。
[0034]可以与以初级线圈类似地或者利用相同的技术构成次级线圈。就是说，次级线圈可以构造成电路模内装置(MID)，或者构造成螺旋形的线圈或天线，或者构造成在用户设备的电路板中或上喷射的线圈或“蚀刻的”线圈或印刷在用户设备的电路板中的薄薄缠绕的线圈。
[0035]变压器可以包括两个或更多个次级线圈，然而也可以包括两个或更多个初级线圈，这些线圈电磁耦合。
[0036]在一种优选的实施方式中，电子系统具有一个总线，多个用户设备可以接通在该总线上。
[0037]所述总线可以构造成T总线并且优选执行TCP/IP协议，其中，总线用户可以经由RS-485或者无线电连接。
[0038]所述总线包括多根电导线，其中也可以设置两根用于供电的导线和两根或三根用于数据流的导线。
[0039]总线的导线可以设置在支承轨内或上。支承轨可以是金属制的型轨，该型轨用于固定用户设备。支承轨是为用户设备输送馈电电压和通讯信号的多个总线的调配系统(Rangiersystem)的组成部分。
[0040]支承轨可以构造成顶帽形轨。顶帽形轨、例如TS-35或DIN轨是具有U形或类似于帽子的轮廓的支承轨。在英语中顶帽形轨称为尺寸为35X7.5mm的“DIN Rail”。
[0041]总线也可以以混合传输途径为基础，该传输途径包括一根用于电源电压的电导线和用于数据信号的传输路径。
[0042]电子系统包括接通装置，以用于将总线用户与总线系统电流地或电容地和/或感应地接通。
[0043]接通装置设置在支承轨上并且使沿着该支承轨延伸的供应导线，在必要时经由相应的转换器而与相应的用户设备电连接。为此连接装置可以构造成插头、T总线元件或T总线插头。
[0044]供电电压可以调制成带有数据信号。在这种情况下，数据信号可以视为低频有效信号，而电源电压则可以视为高频载体。
[0045]数据信号的传输途径可以不同于供电电压的传输途径。这样例如可以通过导线传输供电电压而通过无线电传输数据信号，或者经由不同的导线传输数据信号和供电电压。
[0046]根据一种实施方式，可以设置转接设备，以便将供电电压输送给第一初级线圈而将数据信号输送给第二初级线圈。
[0047]作为备选，可以将供电电压和数据信号输送给一个唯一的初级线圈。