CN101636616A - 模块化电气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化电气系统，具有：基础模块(2，11)和至少一个负载模块(7，20，30)，所述基础模块(2，11)包括衬底(3，12)，电源(40)、电力/数据传输机构(4，16)和保持机构；所述至少一个负载模块(7，20，30)包括电气负载、电力/数据接收机构(8，26)和保持机构，所述负载模块(7，20，30)适于放置于所述衬底(3，12)上的第一位置和第二位置，其中在所述第一位置(连接位置)，所述基础模块的所述传输机构(4，16)与所述负载模块(7，20，30)的所述接收机构(8，26)相互作用，且在所述第二位置(排斥位置)，所述传输机构(4，16)与所述接收机构(26)的相互作用是不允许的或不可能的。该模块化电气系统的特征在于，所述基础模块和所述负载模块的所述保持机构包括磁体元件(5，9，49，59)，所述磁体元件相对于彼此布置使得所述负载模块(7，20，30)可移除地保持于所述第一位置且不保持于所述第二位置。

Description

模块化电气系统
技术领域
本发明涉及模块化电气系统，该模块化系统具有基础模块和至少一个负载模块，该基础模块包括衬底、电源、电力/数据传输机构和保持机构；该至少一个负载模块包括电气负载、电力/数据接收机构和保持机构，所述负载模块适于放置于所述衬底上的第一位置和第二位置，其中在所述第一位置，所述基础模块的传输机构与所述负载模块的所述接收机构相互作用且在所述第二位置，所述传输机构与所述接收机构的相互作用是不允许的或不可能的。
背景技术
在许多应用中，需要产品是可扩展的(scaleable)。这表示产品包括多个部分，其中的某些或全部是可移除的。为了正确定位，需要诸如螺钉、销钉或卡扣连接的机械连接器。但这些连接器会遇到一些问题。举例而言，卡扣连接会随时间而磨损，因此它们具有有限的寿命，特别是在经常使用的情况下。另外，如果移除这些部件，它们会变得可见，看起来不美观。
除此之外，随着现代产品的不断电气化，电源和数据传输也必须是可扩展的。这需要产品部件之间的电气接触。在大多数情况下，使用标准连接器，但是标准连接器是庞大的且也是可见的，这降低了系统的美观性并限制了设计可能性的范畴。
另外，随着系统部件之间的电气接触增加，部件之间的错误连接风险且因此由于例如短路造成的损坏的风险也增加。为了避免由于错误连接造成严重损害，部件具备安全电路。但这些措施增加了成本。
发明内容
鉴于上文所述，因此本发明的目的在于设计上述模块化电气系统从而克服这些缺点。特别地，模块化电气系统必须允许负载模块易于可移除地放置于基础模块上，而不会有基础模块与负载模块之间错误连接的风险。
本发明的这个目的和其它目的通过上文所述的模块化电气系统解决，该模块化电气系统的特征在于，所述基础模块和所述负载模块的所述保持机构包括磁体元件，磁体元件相对于彼此布置使得负载模块可移除地保持于所述第一位置且不保持于所述第二位置。
在本申请的情形下，“布置”表示磁体元件在基础模块和负载模块上的定位以及磁体元件的极化(北极/南极)取向。
换言之，基础模块和负载模块配备磁体元件，磁体元件一方面用于在基础模块上保持负载模块，且另一方面用于保证相对于两个模块之间连接的正确定位以供应电力和/或传输数据。
由于磁体元件可嵌入于模块的衬底或框架中，整个系统的外观和设计不会受到不利影响。此外，磁体元件并不易于磨损，因此与机械元件相比，它们的寿命不受限制。
本发明的模块化电气系统可用于不同的应用中，诸如地毯、灯、游戏、存在登记或安全性。
在优选实施例中，所述电气负载是光单元和/或控制器单元。更优选地，所述灯单元包括至少一个OLED(有机发光二极管)和/或LED(发光二极管)。
在另一优选实施例中，所述电力/数据传输机构包括至少两个电极，且所述电力/数据接收机构包括至少两个电极连接器元件。当然，也能构想到所述电力/数据传输机构包括至少两个电极连接器元件，且所述电力/数据接收机构包括至少两个电极。
尽管可用无线方式来进行电力到负载模块的供应和模块之间的数据传输，这是一个非常雅致且灵活的方案，但经由传导元件的连接是最廉价的方式且因此在许多应用中采用，特别是在照明系统的领域中采用。此处，基础模块包括电极，电极接触负载模块的电极连接器元件。
在优选实施例中，所述基础模块的所述保持机构包括具有类似极化取向的至少两个磁体元件，且所述负载模块的所述保持机构包括具有类似极化取向的至少两个磁体元件。优选地，所述基础模块和所述负载模块的磁体元件关于极化的取向使得在第二位置，所述基础模块中的至少一个磁体元件排斥所述负载模块的邻近磁体元件。
换言之，所述基础模块和所述负载模块的磁体元件被布置成使得使用者“感觉到”负载模块在基础模块上的正确位置和错误位置。使用者得到关于在基础模块上如何放置负载模块可能性的触感反馈。
磁体元件的吸引力和排斥力的使用使得在基础模块上定位负载模块有很多种可能。例如，可以构想到不同的负载模块具有不同取向的磁体元件，以允许在基础模块上提供不同位置用于这些负载模块。举例而言，可能在衬底上提供某些位置用于带控制器的负载模块和提供某些位置用于带光单元的负载模块。
在另一优选实施例中，所述负载模块的所述保持机构包括四个磁体元件的布置，所述磁体元件布置于所述负载模块框架的四个拐角，且所述基础模块的所述保持机构包括四个磁体元件的至少一个布置，这四个磁体元件的布置类似于所述负载模块布置。优选地，所述基础模块的所述保持机构包括均匀地分布于衬底上的四个元件的布置。
这个措施具有以下优点：提供这种布置允许精确地限定用于负载模块的具体位置。
在另一优选实施例中，所述基础模块和所述负载模块的所述布置的两个邻近磁体元件的取向不同于另外两个磁体元件。
这个措施具有以下优点：负载模块在基础模块上的位置进一步受到限制。特别地，负载模块可仅置于一个角位置。
在另一优选实施例中，所述基础模块和/或所述负载模块包括至少一个以下部件：用于将供电电压和/或电流转换成不同电压或电流的转换器、模拟控制电路、数字控制电路、接通/断开开关、保护电路。保护电路是保护主要部件的辅助电子元件，例如，过压保护、短路保护、超温保护等。更优选地，至少两个电极以细长平行导线的形式设于所述衬底上，且所述负载模块包括根据所述导线的间距间隔开的至少两个电极连接器元件。
在另一优选实施例中，所述磁体元件中的至少一个被提供为磁条。磁条的设计可根据特定应用进行选择，例如，平行的或圆形的磁条布置是可行的。
因此，这个措施具有以下优点：磁体元件的形式/设计是非常灵活的且可适应许多应用。而且，作为磁体元件的磁条是非常具有成本效益的。
通过具体实施方式和附图，另外的优点将会变得显而易见。
不言而喻，上文所提到的特点和将在下文解释的特点不仅可以以特别给定的组合使用，也可以以其它组合或单独地使用而不偏离本发明的范畴。
本发明的实施例在附图中描绘且将在具体实施方式中进一步解释。
附图说明
图1示出根据本发明的模块化电气系统的示意透视图；
图2示出模块化电气系统的示意透视图，其具有在基础模块上的两个负载模块；
图3示出被提供为具有光模块的照明系统的模块化电气系统的示意图；
图4是示出光模块和控制模块与整个照明系统的构件的示意方块图；
图5是具有六个光模块和一个控制模块的照明系统的示意图解；以及
图6是具有不同取向的磁体元件的模块化系统的示意图解。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出模块化电气系统并用附图标记1来表示。该系统包括基础模块2和至少一个负载模块7，该基础模块2形成该系统的固定部件，该至少一个负载模块7形成该系统的可自由放置和移除的部件。该基础模块2包括底板3，底板3可被提供为由框架携带的衬底。该衬底可例如包括印刷电路板和/或由相同或不同材料和形状制成的若干层的组件，衬底包括至少两个电极，例如以沿着衬底的整个长度延伸的细长平行导线的形式。衬底还可包括多个部件，诸如壳体、安装夹具、机械稳定器等。电极在图1中用附图标记4.1-4.5表示，提供这些电极以向负载模块供电以及在基础模块与负载模块之间传输数据。
另外，基础模块包括磁体元件5(在下文中被称作“磁体”)，其优选地嵌于衬底中使得它们是看不到的。一般而言，磁体5用作负载模块7的保持和定位机构。磁体5例如可形成为沿着基础模块的整个长度延伸的细长条。但是，磁体5也可被提供为沿着基础模块的长度分布的不连续的条部。也能构想到基础模块仅包括单个磁体5。将在下文中更详细地描述磁体5的形式/形状、位置和取向的某些实例。
负载模块7携带至少一个耗电装置或负载(未图示)，诸如控制电路或光单元，仅提及两个实例。用于供应到负载的电力从基础模块经由电极连接器元件8传输，电极连接器元件8安装于负载模块的底侧上。在基础模块上的正确位置，连接器元件8与相应电极接触从而建立电连接。
负载模块7包括至少两个连接器元件8.1、8.2用于接收供电电压。在必须要传输数据(如控制信号等)的应用中，提供至少一个另外的连接器元件8.3。在图1中，基础模块包括三个连接器元件8.1-8.3。但是，也能构想到经由计划用于供电的电极来传输控制信号。这允许设计仅具有两个电极和相应连接器的衬底和负载模块。
为了将负载模块固定于基础模块上，至少一个磁体9设于负载模块底侧上。优选地，提供两个或两个以上磁体9。负载模块的磁体布置(取向和位置)取决于基础模块2的磁体5的位置和取向。基础模块的磁体5与负载模块的磁体9的相互作用必须保证连接器元件8.1-8.3接触基础模块的适当电极4。关于图2，连接器元件8.1-8.3必须分别接触电极4.1、4.2和4.3。与此相应地，负载模块的磁体9之间的间距对应于基础模块2的磁体5之间的间距。因此，磁体5、9防止负载模块不正确地连接，例如利用接触电极4.2的连接器元件8.1等，磁体5、9被放置和保持于基础模块上。
通过使用磁体作为保持机构，负载模块7是可移除的且可沿基础模块的纵向自由地放置，如由图2中的箭头所示。
上述模块化电气系统一般可用于在固定部件上分别定位可移除的部件和它们的电气接触。但是，该模块化系统优选地用于模块化照明系统，例如在申请人的申请EP 07102169(PH0007411EP1)中所公开的模块化照明系统，其公开内容以引用的方式结合到本文中。
在图3中，示意性地示出照明系统形式的模块化电气系统和其主要部件，且照明系统以附图标记10来表示。照明系统通常用于发光，例如照亮房间等。
照明系统10包括基础模块11作为基础模块和一个或多个光模块20和控制模块30作为负载模块。
基础模块11包括衬底12，例如印刷电路板13和至少两个优选地三个电极16.1至16.3。在图3所示的实例中，电极16.1至16.3是印刷电路板导线17，其平行于彼此且以直线延伸。在本发明的情形下，“平行”表示电极16放置成使得它们之间的距离在其整个长度上并不变化。但平行并不表示电极必须沿着直线延伸。电极也可被提供为同心圆圈或环，如将在下文中描述。
两个电极16.1、16.2用于供电，且第三电极16.3用作数据线，只要一个电极用作电力传送和数据传送的共同接地。当然，也可以提供两个电极作为数据线。基础模块特别是衬底12的长度，可基于照明系统的具体应用而自由地选择。
光模块20包括例如以矩形设计的框架21，该框架支承衬底，在衬底上提供至少一个光元件42。光元件42可如在本实施例中为有机发光二极管(OLED)，或者任何其它的电力驱动的光元件，诸如发光二极管、卤素灯等。
光元件42设于框架21前侧22上，而后侧24则携带至少两个优选地三个电极连接器元件26.1至26.3。取决于特定应用，电极连接器元件被提供为例如平板电极衬垫或连接销。电极连接器元件26必须适应电极16，特别是就它们的空间位置和它们的大小而言。电极连接器元件26在衬底12上适当定位时必须接触相应电极16。
光模块20还包括保持部件49，保持部件49被设计成啮合衬底12以将光模块20保持并固定于衬底12上。
控制模块30具有后侧，该后侧类似于光模块20的后侧，表示控制模块30包括电极连接器元件和用作保持机构的磁体49。控制模块30的前侧支承旋转开关，旋转开关可由使用者手动操作。
在操作中，基础模块11的电极16.1和16.2被供应供电电压，供电电压由控制模块30和光模块20经由电极连接器元件26.1和26.2接收。供电电压用于向光模块20的光元件和控制模块30上的控制器电路加电。
经由第三电极16.3，取决于旋转开关34的操作，控制模块30传输参数信号34，参数信号34由光模块20接收且用于根据所希望的参数来调整光元件。光元件的亮度和颜色可为这样的参数。
因此，附着到基础模块11的控制模块30允许控制也附着到基础模块11的光模块20。优选地，光模块20可被寻址并且因此单独地由控制模块控制。另外，控制模块30可适于通过向输入转换器传输信号来控制供电电压，输入转换器转而调适供电电压。
如由图3中的箭头所示，光模块以及控制模块首先可沿着衬底12(其平行于电极16伸展)的长度自由地移动，其次通过克服磁体49与基础模块11的磁体(在图3中未示出)相互作用的吸引力而从衬底自由地移除。例如可将这些磁体提供为沿着基础模块11的整个长度延伸的两个平行条，其中两个条的间距对应于光模块20与控制模块30的两个磁体49之间的间距。
因此，照明系统关于光模块的位置是非常灵活的且通过使用控制模块30而容易控制，控制模块30也可在沿着衬底长度的任何位置附着到衬底12上。
如已在上文所述，控制模块经由电极16.3产生并传输控制信号，该信号表示所希望的光参数(亮度和/或颜色)。这个控制信号可由附着到衬底12上的任何光模块20接收且可用于相应地调整光元件。
在图4中示出照明系统10的构件和光模块与控制模块的主要电路构件的示意方块图。但应指出的是，这些方块图仅示出主要电路部件，而不是用于实现所描述的功能所需的每个电路。本领域技术人员知道如何设计电路以实现所述的功能。
如图4所示的照明系统10包括至少三个电极16，至少三个电极16连接控制模块30和若干光模块20.1至20.n。供电电压电极16.1、16.2与电源单元40电气耦合，电源单元40可为照明系统10的部分或者其可为外部单元。电源单元40例如可为输出电压为12V的AC/DC转换器。但是，取决于特定应用，其它电压也是可行的。电源单元还可包括保护电路，诸如过压保护、短路保护、超温保护等。
光模块20包括三个电极连接器元件26，其中的两个电极连接器元件与电源转换器/控制器电路44电气耦合。这个电路44向光元件42加电，光元件42可被提供为有机发光二极管(OLED)43。
另外，光模块20包括存储器46用于存储由控制模块30所传输的至少一个参数值。可选地，可提供另一存储器47来存储地址数据。如下文所述，这个存储器使得能经由控制模块来对每个个别光模块寻址成为可能。
如已在上文所提到的那样，存储器47可提供为电子存储器的形式，诸如EPROM、EEPROM等，或者机械存储器的形式，诸如DIP-开关等。
控制模块30包括控制器电路32，控制器电路32与电极连接器元件36电气耦合。另外，控制模块30具有控制器元件34，控制器元件34为(例如)旋转开关35。
控制器电路32经由电源电极16.1、16.2加电且产生携带参数的控制信号，参数代表由使用者通过操作旋转开关35所给的亮度或颜色值。这个控制信号经由第三电极16.3传输且由光模块20的控制器电路44接收。另外，所传输的参数值存储于存储器46中。除了亮度或颜色参数外，控制模块30也可传输表示接通或断开光模块20的指令的信号。
应当指出的是，控制信号也可叠加于供电电压上，结果导致可省略第三电极/连接器。
光模块20和控制模块30也可包括保护电路，诸如过压保护、短路保护、超温保护等。
如上文所提到的那样，光模块20以及控制模块30可沿着衬底12的长度平移，如由图3中所示的箭头指示。因此，光模块以及控制模块30几乎可自由地放置，优点在于控制模块30可置于允许使用者对操作元件34进行方便操作的位置。
如上文所提到的那样，在优选实施例中，光模块可包括地址存储器47，地址存储器47允许向个别光模块传输控制信号。每个光模块20具有存储于地址存储器47中的其自己的地址，地址为自动设置的或者手动设置的。地址对于每个模块20是唯一的且允许独立于彼此对个别光模块进行独立控制。地址由制造商预设且可由光系统的使用者修改。地址也可用于构建光模块的集合，该光模块的集合可独立地受到控制器的控制。该集合包括一个或多个光模块20。
用于控制数据的通信协议确保光模块20与控制模块30之间的通信。这种通信协议可以是标准协议，例如DALI、DMX或者专用协议。
可选地，控制模块30具有到外部主机的接口。主机可用于容易地设置照明系统。
图3所示的光模块与控制模块具有三个连接器元件26.1-26.3，三个连接器元件26.1-26.3必须接触适当电极或导线16.1-16.3。为了保证正确位置，光模块或控制模块的磁体49的间距对应于基础模块的磁体之间的间距，基础模块的磁体平行于彼此和导线16延伸。因此，磁体的吸引力定位光/控制模块20、30，使得连接器元件26接触导线16。
另外，为了防止连接器元件26.3接触电极16.1，基础模块11和光/控制模块20、30的磁体取向是不同的。换言之，光模块/控制模块20、30的一个磁体49的北极在底侧上且另一磁体的北极在顶侧上。磁体的不同取向允许使用磁体的排斥力来向使用者表示错误位置。
在图5中，示出了照明系统10的另一实施例。照明系统10包括基础模块11、六个同样的光模块20和一个控制模块30。与图3所示的基础模块相比，此处提供了五根导线16而不是三根导线作为电极。
所示实施例是可扩展的照明系统，其防旋转地放置光模块20和控制模块30。左部示出基础模块11包括携带五个电极16.1、16.2和16.3的衬底12。中部电极16.1在外部连接到接地电位(GND)。两个相邻电极16.2在内部连接到彼此且由正供电电压在外部供电。两个其余外部电极16.3是数据线电极。
在右侧，示出多个相同结构的光模块20和控制模块30。控制模块30包括六个销形电极连接器元件26。取决于控制模块30在衬底12上的放置角度，如果放置于基础模块上，这些电极连接器元件26中的三个电极连接器元件连接到基础模块的电极16。元件1将连接到GND且元件2将连接到正供电电压。
控制模块产生参考信号或控制信号，参考信号或控制信号经由控制模块的元件3传输到基础模块的外部两个电极。可通过旋转允许调暗光模块20的该旋转开关35来调整信号。如果置于基础模块上，在图5中示出的另外六个光模块的电极连接器元件26将分别连接到地、连接到供电电压和连接到参考信号。施加到三个电极16.1至16.3的电位被发送到光模块20的控制器，控制经过光元件例如OLED的电流。
在图5中，衬底12携带若干定位元件58，定位元件58被提供为磁体59。取决于所用光模块和控制模块的设计，定位元件以预定图案布置于衬底的外部纵向区域。布置于正方形拐角上的四个磁体59形成磁体布置61，其限定用于光模块20或控制模块30的地点或位置。从图5中显见，基础模块11具有七个磁体布置61用于七个光模块或控制模块20、30。
定位元件59用于在衬底12上保持和定位光模块20或控制模块30，使得连接器元件26接触基础模块11的合适电极16。为了实现这种定位功能，每个光模块20和控制模块30具备设于框架21拐角的类似布置的磁体49。模块20、30的磁体49的取向也是等同的。同样，基础模块11的布置61的磁体59的取向也是等同的，例如北极向上(如在图5中由“N”表示)。于是，模块20、30的磁体49的南极在底侧上。
磁体49、59的取向和定位使得光模块20或控制模块30被迫在正确位置，使得磁体49、59对准。因此，连接器元件26合适地接触电极16。由于提供多个连接器元件26，光模块20或控制模块30可放置于基础模块上的多个位置，每个位置转动90°。但不能将光模块20或控制模块30置于布置的四个磁体所限定的位置。这些位置是无效的或不允许的位置，而由布置61所限定的位置是允许的位置。
在必须防止光模块或控制模块旋转的情况下，如图6所示，改变磁体49、59的取向。在这个实施例中，四个磁体的每个布置的两个磁体49、59的取向不同。因此，两个磁体49的北极在光模块20或控制模块30的底侧上，且两个磁体49的北极在光模块20或控制模块30的顶侧上。对于基础模块的磁体59提供相对应的取向。
这种不同的取向由面对磁体的排斥力来防止光模块20或控制模块30放置于基础模块上不允许的位置。仅光模块20或控制模块30的四个旋转位置中的一个是允许且可能的。在其它三个旋转位置，使用者通过排斥磁体得到这个位置是不允许的或不正确的反馈。
本领域技术人员显见，本发明的教导可以在调整的实施例中使用，而不背离如权利要求所限定的本发明的范围。例如，可提供给每个光模块或控制模块多于四个或少于四个磁体。也能构想到基础模块包括仅单个磁体。

Claims (10)

1.一种模块化电气系统，所述模块化电气系统具有：
基础模块(2，11)，所述基础模块包括衬底(3，12)、电源(40)、电力/数据传输机构(4，16)和保持机构；
至少一个负载模块(7，20，30)，所述至少一个负载模块包括电气负载、电力/数据接收机构(8，26)和保持机构，所述负载模块(7，20，30)适于放置于所述衬底(3，12)上的第一位置和第二位置，其中在所述第一位置(连接位置)，所述基础模块的传输机构(4，16)与所述负载模块(7，20，30)的所述接收机构(8，26)相互作用，且在所述第二位置(排斥位置)，所述传输机构(4，16)与所述接收机构(26)的相互作用是不允许或不可能的，且所述基础模块和所述负载模块的保持机构包括磁体元件(5，9，49，59)，所述磁体元件(5，9，49，59)相对于彼此布置，使得所述负载模块(7，20，30)可移除地保持于所述第一位置且不保持于所述第二位置。
2.根据权利要求1所述的模块化电气系统，其中所述电气负载是光单元(42)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的模块化电气系统，其中所述电力/数据传输机构(4，16)包括至少两个电极(16.1-16.3)，且所述电力/数据接收机构(8，26)包括至少两个电极连接器元件(26.1-26.3)。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的模块化电气系统，其中所述电力/数据传输机构包括用于不接触地供应电力/数据的单元，且所述电力/数据接收机构包括用于从所述基础模块不接触地接收电力/数据的单元。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的模块化电气系统，其中所述基础模块的所述保持机构包括具有类似极化取向的至少两个磁体元件(59)，且所述负载模块的所述保持机构包括具有类似极化取向的至少两个磁体元件(49)。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的模块化电气系统，其中所述基础模块和所述负载模块的磁体元件(49，49)就极化而言取向为使得在所述第二位置，所述基础模块的至少一个磁体元件排斥所述负载模块的邻近磁体元件。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的模块化电气系统，其中所述负载模块的所述保持机构包括至少四个磁体元件(49)的布置，所述四个磁体元件(49)布置于所述负载模块的框架的四个拐角，且所述基础模块的所述保持机构包括与所述负载模块布置相似地布置的至少四个磁体元件(59)中的至少一个布置。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的模块化电气系统，其中所述基础模块的所述保持机构包括均匀地分布于所述衬底上的四个元件的多个布置。
9.根据权利要求1或2所述的模块化电气系统，其中所述基础模块和所述负载模块的所述布置的两个邻近磁体元件(59，49)的取向不同于另外的两个磁体元件。
10.根据权利要求3所述的模块化电气系统，其中至少两个电极(16.1-16.3)以细长平行导线(17)的形式设于所述衬底上，且所述负载模块包括根据所述导线(17)的间距间隔开的至少两个电极连接器元件。
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