CN102415055A - 用于总线用户模块非接触式能量和数据供给的系统 - Google Patents

Abstract

用于对能在装配基座上彼此相邻排列的总线用户模块进行非接触式数据供给和能量供给的系统，其中，所述装配基座具有能量传输接口(5)和数据传输接口(6)，并且总线用户模块(2)各自具有对应的能量传输接口(7)和数据传输接口(8)，其特征在于，设置有沿主延伸方向延伸的供给轨道(4)，所述供给轨道具有能量传输接口(5)和数据传输接口(6)。

Description

用于总线用户模块非接触式能量和数据供给的系统

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的用于总线用户模块的非接触式能量供给和数据供给的系统。

背景技术

公知的是，借助电磁感应共同地或分开地无触碰地从发送单元到接收单元传输信号必要时也传输能量。在此，根据变型方案所述，借助高频磁场从初级线圈(发送器)到次级线圈(接收器)进行电感式传输。此外也公知的是，能量和数据电容式地在两个电路中传输。强烈依赖于距离的电容式耦合随着频率的升高而加强。

DE 102 03 765B4、DE 100 26 174A1和US 2001/0024888A1引用为技术上的背景。

在EP 1 885 085A1中建议，数据总线的总线用户模块借助电感式传输非接触地供给电能并以这种方式传输数据。

相比其所要求的，即总线用户和所属的装配基座在互相精确校准的插槽中组合在一起，EP 1 885 085A1的解决方案还是太不灵活了。但是由此还有如下可能，即将给定构造宽度的电子机构壳体联接到所述装配基座上。另一个问题是，由这种方式就预先给定了固定的止动点。

解决所述问题是本发明的首要任务。

发明内容

本发明通过权利要求1的内容解决所述任务。

然后，本发明建立了一种用于可在装配基座上相邻排列的总线用户模块的非接触式数据传输和能量传输的系统，其中，所述装配基座具有至少一个能量传输接口和一个数据传输接口(优选地分开构造，但也可以考虑构造为整合的接口)，并且总线用户模块分别具有相对应的能量传输接口和相对应的数据传输接口，其中，设置有利的供给轨道，所述供给轨道具有能量传输接口和数据传输接口。

特别优选和有利的是，装配基座构造为装配轨道，所述装配轨道设有沿装配轨道的主延伸方向延伸的供给轨道，所述供给轨道具有能量传输接口和数据传输接口。

尤其以如下方式能以低构件耗费建立最理想的系统，在所述系统中，装配轨道(尤其承载轨道)借助所述种类的补充供给轨道用于非接触式数据传输和能量传输。

可作为备选考虑的是，将系统装配到装配板上或直接使用供给轨道，以便在其上装配器具。

特别简单且成本低廉地，本发明可由以下方式实现，即，装配轨道设计为带有呈帽形横截面的承载轨道，总线用户模块可锁定且可优选无格栅地彼此相邻排列在所述承载轨道上，并且所述承载轨道具有开放空间，其中，供给轨道至少部分地整合到、优选地置入到所述开放空间中。在此可以考虑的是，所述供给轨道作为独立的元件预制，并且所述供给轨道作为大概预装配的单元作为整体固定在承载轨道处，尤其地粘接和/或卡入和/或夹紧和/或螺栓旋拧到承载导轨的开放空间中。

因为运动部件不接触承载轨道或在承载轨道内的总线轨道，所以故障可靠性(尤其当在轨道上只存在无源器件时)相对较高且磨损相对较少。

承载轨道原则上适合于所卡止模块的自由的可定位性。特别有利的是，即使无止动的总线用户模块也可以在承载轨道上沿主延伸方向无格栅地自由定位，因为所述系统特别灵活地设计。

根据所谓电容式的或电感式的系统的设计，供给轨道具有如下基体，即为了电容式耦合而将至少一个或多个带状导体施布到该基体上，或者为了电感式耦合而将至少一个或多个线圈施布到该基体上。

另外也可以考虑的是混合形式；那么能量传输可以电容式或电感式地进行，且数据传输可相应不同地电容式或电感式地进行。所述变型方案允许了根据任务选择匹配的传输方式(电感式或电容式)。

优选地，能量传输电感式地进行，并且数据传输电容式地进行，因为所述传输形式对所述变型方案相应地特别适合。

根据本发明的改进方案作如下设置，即，总线用户模块具有留空部，在供给轨道上的凸出部在装配在承载轨道的状态中嵌入到该留空部中。然后，该凸出部应如此地伸出超过承载轨道的开放空间，即，使得以高概率阻止不属于系统的模块按照机械编码的类型安放。

特别有利的是，数据传输接口和/或能量传输接口的初级侧电感分别设计为用于对总线用户模块的次级侧电感中的多个次级侧电感进行能量传输和数据传输。对此特别有利的是，取消在现有技术中通过为总线用户模块设置的牢固的插拔格栅(Steckraster)而产生的限制。而是多个总线用户模块能自由地在承载轨道上定位。另外，它们可以具有不同的在承载轨道的主延伸方向上的宽度和必要时不同的垂直于承载轨道的构造深度。恰好对多个总线用户电感式地供给能量显现为能以这种方式特别好地实现。

作为备选可以考虑的是，能量传输接口和/或数据传输接口各自具有电极、尤其是带状导体，所述带状导体设计用于对总线用户模块的多个次级侧电极进行电容式的能量传输和数据传输。这里也给出了特别简单的构造，所述构造具有可实现模块的无格栅布置方式的优点。

所述发明也提出了用于运行根据上述权利要求之一所述系统的方法，其出色之处在于，利用控制设备将安放到承载轨道上的总线用户模块的数量由至少一个可探明的物理参数在能量和/或数据传输中探明，并且依赖于安放到承载轨道上的总线用户模块的数量地调节所述系统。这种方法允许在必要时依赖于总线用户数量地优化调整系统。这是本发明的有利的但不是在每种情况下强制的改进方案。

此外可行的是，实现用于运行根据与系统相关的权利要求之一所述的系统的方法，在所述方法中利用控制设备探明安放到承载轨道上的总线用户模块的绝对地点，这对于地址分配尤其有用。

本发明的有利设计方案可从从属权利要求获知。

概括地说，依据本发明在以下要提到的优点是：

-功能模块的相对自由的可定位性；

-由此产生的降低的安装耗费；

-简单的维护；

-低磨损；

-实现高保护等级的简单可能性；

-必要时可以探明附加信息如总线用户模块的位置和/或顺序；

-可以使用现有的安装材料；

-提供对于可移动对象的可置入性。

优选的是，每个由网关模块和接在网关模块下游的能量和数据传输装置构成的组合的模块数不大于30。

另外优选作如下设置，即，在＜42V的低电压范围中每一个总线用户模块的额定功率是0W至20W，并且少于每2毫秒地、优选少于每“1毫秒”地将系统映像提供到网关模块处。

可以考虑供给轨道的模块化构造，在所述构造中，经由电缆进行数据供给，但为了能量供给进行每个模块的独立馈入(权利要求21描述了所述模块化构造，在所述构造中不仅数据而且能量也经由电缆传输。)

可以考虑的是，供给轨道的每个模块可构造特有的线圈/电感，或者可构造用于整个供给轨道的、在所有模块上延伸的单个电感。

代替从模块到模块的经由电缆的传输可以考虑在两个供给模块之间的非触碰式(电容式/电感式)耦合。

另外也可以考虑在网关/发生器与供给轨道之间的无触碰式耦入。

其它有利的设计方案由其它从属权利要求获知。

附图说明

下面，对本发明借助实施例参考附图作进一步介绍。其中：

图1示出承载轨道的透视视图，所述承载轨道具有置入到承载轨道中的供给轨道；

图2示出总线用户模块的构造的和该总线用户模块到带有供给轨道的承载轨道上的耦联的示意图；

图3示出网关模块的构造的和所述网关模块到能量和数据传输装置上的耦联以及到上位总线级的耦联的示意图；

图4示出用于承载轨道上的总线用户模块的非接触式能量和数据传输的系统的结构的原理图；

图5示出原理线路图，所述线路图图示出了在承载轨道与总线用户模块之间的电感式作用的能量耦合的功能和电容式的数据耦合的功能；

图6至图10示出其它原理草图和原理线路图，其图示出了在承载轨道与总线用户模块之间的电感式作用的能量耦合的功能及数据耦合的功能；

图11、图12示出承载轨道的透视视图，承载轨道具有带有总线用户模块的供给轨道；

图13示出带有能量传输接口和数据传输接口的承载轨道的另一透视视图；

图14a、b示出透视视图和简化示出的布置的剖面，所述布置由带有供给轨道的承载轨道构成，所述供给轨道具有电感式的能量传输接口和电容式的数据传输接口和带有类似接口的总线用户模块；

图15以简化示图示出带有能量或数据传输接口和总线用户模块的供给轨道的剖面；

图16示出用于电容式数据总线的系统构造的线路草图；

图17以原理图示出借助电缆的供给轨道的延长；

图18、图19示出具有电感式能量传输和电容式数据传输的系统的变型方案；

图20-22示出用于位置确定的电路图变型方案；

图23示出通过可随地点变化的电容量确定位置的原理图；并且

图24、图25示出图示出用于地点确定的模拟结果的图表；

图26、图27示出其它系统构造的组件的草图。

具体实施方式

图1示出呈帽形的承载轨道1的透视视图，所述承载轨道具有带有底边1a和两个与其垂直取向的侧边1b、1c的呈U形的基部，以及两个垂直于所述侧边竖立的且彼此背对指向的边缘边1d、1e。

公知地，所述边缘边1d、1e用于将电子机构壳体或类似物固着在承载轨道上，所述电子机构壳体或类似物为了上述目的通常具有相应的止动足(此处未示出)，电子机构壳体或类似物借助所述止动足包围边缘边1d、1e。

将不同的模块、尤其是可沿承载轨道1的主延伸方向X彼此相邻顺序排列的总线用户模块2安放到承载轨道1上。

在当前情况下，总线用户模块2设置有电子机构壳体，其设计为按照接线端子的方式卡止到承载轨道1的边缘边1d、1e上，并且彼此相邻排列在所述轨道上。

在承载轨道1上(优选在底边1a与侧边1b、1c之间的呈U形的开放空间3中)布置或构造至少一个供给轨道4。优选地，涉及一种粘接或夹紧在所述开放空间内的供给轨道4。

所述供给轨道4具有至少一个电容式或电感式作用的能量传输接口5和电容式或电感式作用的数据传输接口6(见图8和图10)。

根据图6，初级侧接口6、7组装为用于在初级侧电感和次级侧电感24中的能量和数据传输，这节省了部件和结构空间。

优选地，供给轨道此外具有带有长形的基体，所述基体置入到空间3内并且在空间3内沿承载轨道1的主延伸方向X延伸，在所述基体上布置有电容式或电感式作用的能量传输接口5(至少一个电感)或者电容式或电感式作用的数据传输接口6(至少一个电极)。

与图2相应地，每个总线用户模块2具有对应的电容式或电感式作用的能量传输接口7和对应的电容式或电感式作用的数据传输接口8。

优选地，接口5至8在供给轨道4的和总线用户模块2的彼此相对的侧上相对而置。

另外，每个总线用户模块2设有微控制器9，所述微控制器与能量传输接口7和数据传输接口8连接。另外，每个总线用户模块2具有一个或多个尤其地用于尤其通过电的或光学的导线/电缆来连接外部的现场器具12如执行器、传感器、启动器和其它类似物的接头10、11(或者说接口)，以便对这些现场器具供给能量和/或对这些现场器具发送数据和/或从这些现场器具接收必要时待处理的信号或数据，并且以便必要时将数据传输回网关模块13。另外，总线用户模块至少具有电子机构，所述电子机构是必需的，以便对构成完整的接收单元和(在应将数据发送回的情况下)用于数据的发送单元(见图8和图10)。

优选地，网关模块13通过一个或多个电的导线(电缆)与供给轨道4连接，并且连到供给轨道4上的电感/电容上。另外，网关模块13可能具有电的和/或电子的器件，这些器件对于进一步实现发送单元或者组合的发送和接收单元或发送和接收设备而言是必需的(图8和图10，如整流器和逆变器、电容器等)。也可以考虑的是，将所述组件直接整合到供给轨道4内，并且所述组件配备有网关功能。

优选地，网关模块13(见图3)具有硬线接合式的能量传输接口14和相应的硬线接合的(或者可能也是电容式或电感式作用的)数据传输接口15。

网关13尤其用于将外部能源16如电网器具的能量通过能量传输接口14耦入到能量传输接口5中，并且用于与上位的总线级17通讯，所述总线级例如可具有SPS(在线监测控制系统)。网关模块13同样具有微控制器18，此处所述微控制器连接到能量传输接口14及数据传输接口15以及总线级接口19上。

根据本发明的特别优选的变型方案，能量和/或数据传输设备由网关13的对接收和发送必要的器件组成，并且供给轨道4作如下设计，即，使多于一个总线用户模块可以连接到所述轨道上。

对此，供给轨道4的元件能量传输接口和数据传输接口5、6中的至少一个或两个元件作如下设计，即，使联接总线用户模块2中的多于一个、尤其是总线用户模块3中的多个能连接到其上。

根据本发明的相当特别地优选的变型方案，元件数据传输接口元件5、6中的至少一个或两个元件甚至作如下设计，即，使承载轨道1的所有的总线用户模块2能连接到其上。

优选的是，能量传输接口5和数据传输接口6设计为电容式或电感式作用，在此，所述能量传输接口和数据传输接口优选分别相应地具有至少一个初级电感21(线圈)或电容(电容器)的一个初级电极(带状导体或金属板或覆层或类似物)(见图5)。在图5中，例如电感21作如下设计，即，使所述电感用作为初级侧能量传输接口5，并且带状导体22充当初级侧数据传输接口6。

如在图5中可识别出的，元件21、22分别沿主延伸方向X在相比单个总线用户模块2或所述总线用户模块的能量数据传输接口和数据传输接口6更大的距离上延伸(次级电极24见图9或次级电感23见图7)。这在原理上由图18可见。

在这一点上，本发明明显偏离了迄今的趋势，即，每个总线用户模块分别设置有一个特有的能量和数据传输设备，或者说分别设置有特有的电感或特有的电容。

所述修改后的设计方案有许多优点。

显然的是，图5的设计方案毫无困难地实现了可以将单个总线用户模块在承载轨道1的主延伸方向X上安放在主延伸方向X上的任意地点处。不必要的是，如现有技术那样固定于某一预先给定的格栅。这也实现了以下，即，使用带有在主延伸方向X上的不同宽度的总线用户模块2。

另外，就能量和数据传输设备而言结构上的和设计上的耗费降低了，因为需要更少的初级电感(线圈)21。根据特别优选的变型方案，甚至仅需要唯一的初级电感21。

对到能量传输接口和数据传输接口5、6中的网关的数据和能量传输上位地加以控制或调节的控制设备(尤其网关模块13的微控制器18或其它控制设备)优选作如下设计，即根据探明的实际状态再调节系统。

优选地，(尤其在接口的电感式设计中)再调节整个系统的谐振频率，以便针对可变的总线用户模块数分别调整到最理想的工作点。必要时同样对输入电压进行再调节。再调节尤其可以借助于参考总线管理模块(Referenz-Busleitermodul)实现，所述参考总线管理模块也可以整合到网关中，并且这样该参考总线管理模块用作为再调节的参考。

就此而言，虽然也许一定的控制技术上的耗费是必要的，但不强制。然而另一方面，可缩减设计上的耗费，并且尤其明显地提升在使用现场的系统的可操作性及其可变性。

也可以考虑的是，供给轨道4中的每一个只在例如1m长的承载轨道1的长度的一部分上延伸，即在所述承载轨道一半的长度上延伸，其中，单个的供给轨道4则借助电缆20(图17)互相联接。相似地，供给轨道4可以在多个承载轨道1上通过电缆延长而互相联接。系统以这些方式变得很灵活。

有利地，供给轨道(仅优选地)具有初级电感/线圈21和/或初级电极(例如呈带状的导体)22，这些供给轨道具有在承载轨道方向X上的延伸，所述延伸大于两个总线用户模块的延伸。

可以考虑供给轨道的模块化的构造，在所述构造中，数据传输经由电缆进行，但为了能量供给而进行每个模块的独立馈入。这在图26中图示出。

进入到装配轨道的供给元件(供给轨道4)既可以自始至终连续也可以划分成单独的部段。但在划分的情况下，整个系统应该是逻辑互联的，为此在各分段31之间设置有电缆接合式的连接20。有利地，用于数据传输的信号路径和最理想的位置确定(依据37的不同情况)能在直接的路径上回路通过，然而用于能量传输的馈入独立地设置用于每个部分区段。以这种方式，发生器模块13’可更成本低廉，因为该发生器模块仅须提供少的功率并且再调节证明是复杂程度降低的。

也可以考虑的是在网关13(或其它的发生器)与供给轨道4之间的无触碰式数据和/或能量耦合。这由图27图示出。

在供给轨道4中交流电压发生器到初级线圈的联接既可以直接电缆接合式地进行，然而也可以考虑同样电感式耦合。在这种情况下，供给轨道4优选地包含用于发生器模块13的牢固的止动位置，所述发生器模块通过特有的输送器将所需的信号耦入到位于供给轨道中的次级电感36中。这样，所述输送器的输出通过带有电容器34的振荡电路馈送给实际的初级线圈35，所述初级线圈实现了用户2的电感式的供给。此外，这种构造的有利特征是取消了供给轨道4中的有源组件，这有利于故障可靠性。此外，供给轨道4可以实施为不带有机电触点的封闭元件。

另外，系统的控制设备优选作如下设计，即，获取如下物理参数，所述物理参数允许了探明安放到线圈上或电极上的总线用户的数量。

另外，系统的控制设备优选作如下设计，即，获取如下物理参数，所述物理参数允许了探明安放到线圈上或电极上的总线用户在主延伸方向X上的位置。

另外可作为有利的而强调的是，根据优选的但并非强制的本发明的设计方案，商用标准的承载轨道1可装备有能量和数据传输装置4。

根据本发明的在图11至图13中示出的另一有利变型方案，能量和数据传输装置的至少一个区段垂直于支承轨道1地、沿Z轴方向向上地以伸出区域25从开放空间3伸出。相应地，那么总线用户模块2的壳体和网关模块13具有与区域25对应的留空部26。以这种方式可有利地建立如下编码，所述编码机械作用地阻止不属于系统的模块27(图12)可能被卡止。

图14示出由支承轨道1构成的简化示出的布置方式的透视视图和剖面，所述承载轨道具有供给轨道，所述供给轨道具有电感式的能量传输接口5、电容式的数据传输接口6和带有类似接口7、8的总线用户模块。

然后，初级侧(承载轨道侧)的电感(见初级铁芯28)相比次级侧(总线用户模块2)的电感(见次级铁芯29)更宽。以这种方式可以避免的是，总线用户模块必须沿Y方向垂直于承载轨道地准确地定位。而是造出了重叠区域，在所述重叠区域内定位精度得到补偿或者说可以忽略。

图15提出了一种用于补偿定位不精确度的类似的可行方案。在此作如下设置，即，电容式作用的能量和/或数据传输设备的电极分别通过平行引导的带状导体30、31构造。但所述带状导体并不处在X-Y平面中，而是在X-Z方向上。优选的是，带状导体分别成对地构造在呈U形的凹陷部32的侧边32a、b上和相对应的凸出部33的侧边33a、b上。以这种方式，在每个凸出部33或者说每个凹陷部32上构造两个电容。此外优选的是，凸出部30中的每两个和凹陷部32中的每两个在Y方向上偏置地相应构造有各两个上述类型的电容。

进一步优选的是，在凹陷部内的带状导体30具有相比在凸出部30的侧边上的带状导体31更大的垂直于承载轨道(沿Z方向)的延伸。如此地，以简单的方式实现无论是沿X方向还是沿Z方向的位置误差的影响的降低。

运行谐振频率的再调节是可以考虑的，但在电容式的设计中或者当在每个初级电感一种电感式设计的情况下仅设置有几个总线用户模块时不强制需要。

即使在电容式的无触碰式能量和数据耦合系统中也可以同时进行多个总线用户模块2的连上。

优选地，电容式的用于数据传输和能量传输的耦合面在空间上彼此分开地安置在供给轨道4的适合的承载体结构上。

优选地，用于能量供给的信号处理在初级侧通过逆整流器进行，且在次级侧通过带有连接在下游的DC/DC转换器的整流器实现(以便达到希望的电压)；见图10。

通过振荡电路的合适设计，谐振频率可以与总线用户(总线用户模块2)的数量无关地保持恒定。

图18图示出用于电感式能量传输的和用于电容式数据传输的变型方案。在这种情况下，在供给轨道上在平行于X，Y平面的平面中设置有用于电容式数据传输的接口5，并且在总线用户模块上在平行于X-Y面的相应面上设置有对应的接口7。与之相反地，能量传输利用在供给轨道的平行于X-Y平面取向的侧上的线圈电感式地进行。在初级侧上的电容器围绕着线圈铁芯25卷绕，所述铁芯的端侧与供给轨道的侧36、37相对而置。

最后，图19还示出一种用于电感式能量传输5、7和电容式能量传输6、8的可能的变型方案。此处，线圈又在X-Y平面的平面内相对而置，而用于电容式数据传输的电极在Y-Z平面内布置在供给轨道的侧上。

根据图18和19，在供给轨道上用于能量传输和用于数据传输的接口明确地在空间上互相分开并在不同平面(这里是互相垂直取向的平面)中取向。

图20至图25图示出用于在线性布置方案中的位置确定的方法。

在这种用于对可顺序排列的总线用户模块2进行无触碰式位置确定的方法中优选在能量和/或数据传输接口5、6的电容式设计情况下使用。

在此，每个单独的用户或者说每个单独的总线用户模块2在与带有能量传输接口和数据传输接口的承载轨道1的连接中构造两个耦合电容。

在此优选的是，电容可随地点变化地设计(图23)，方法是：一个或两个电极具有沿X方向变化的几何形状和/或所述电极的距离沿X方向改变和/或必要时布置在一个或两个电极上的电介体关于其性质或几何形状改变。

由此，除了电容式的能量和数据传输和电感式的能量和数据传输，尤其可以考虑的是，能量传输接口电感式地设计，且数据传输接口电容式地设计。

以上述方式可联接特别大数量的用户。

中央控制单元再调节总线用户模块2到网络上的进接(主-从原则)。

在此，通过不同频率范围的使用以及通过不同几何形状的布置，电感式和电容式的信号传输可以断开。

优选地，几何上的实施方案以如下方式构成，即，使得允许大的机械的定位误差。

在此也可设置的是，根据前述的方法进行自动位置识别。

在此产生的信号借助微处理器或者说控制设备进行评估。

在此，探明谐振频率。

如果探明了谐振频率，则对与依赖于地点的谐振峰值的高度进行评估。

对此，例如构成耦合电容器的一部分的带状导体不是以矩形而是以已知的不同于最终形状的几何形状构造在承载轨道1上。

根据图23设置的是，带状导体由在地点X1的基本宽度Y1开始沿X方向变宽，也就是说在Y方向上的宽度增大。

通过所述宽度获得在X方向上的可变电容。

就此而言，由电容量能得出关于各个所卡止的组件的所在地点的结论。

下面，阐释用于如带有其初级电极和/或初级电感的供给轨道那样示出的线性结构上的位置确定的优选方法。

为了确定已装配的用户或者说总线用户模块2的顺序，要么需要线性地对所有的用户逐一计数，要么需要确定和比较用户的个别的几何位置。作如下建议：沿着装配轨道的延伸方向改变特定的物理参量。涉及无触碰式连接的事实限制了可供选择的物理参数，此处提供了电容式的解决方案。以带状导体形式实施的两个电极之间的电容量的改变可通过不同措施实现。

$C_K={\mathrm{\ϵ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_R\·\frac{A}{d}$

基于电容的通过上述公式描述的原理上的数学描述，对面积A、电极距离d或通过介电常数ε_R描述的电介质特性的依赖于地点的设计可用于获得同样依赖于地点的耦合电容量，所述耦合电容量可在测量技术上评估。以可变的面积为例，下面介绍电极布置的一种可行的实施方案，该电极布置适用于使用在供给轨道上，并且必要时能与能量和/或数据连接直接组合。

为此参照图23，该图图示出了电极面的可能的用于位置确定的几何设计。

在这种情况下，呈三角形的底面应用在初级侧上，所述底面与相对放置的在次级侧上的电极面组合地实现了两个电容器的构造，所述电容器的电容值直接依赖于重叠面积，进而依赖于模块的位置。有效面积A由次级侧模块宽度b和平均垂直尺寸a的乘积得出，所述平均垂直尺寸a可依赖于位置变量l_P地以如下表达：

a＝a_S+a_L，其中 $a_L=\frac{w-a_S}{l}\·l_P\⇒a=a_S+\frac{w-a_S}{l}\·l_P---\left(2\right)$

因此，有效面积A一般可由a和b的乘积确定：

$A=a\·b=(a_S+\frac{w-a_S}{l}\·l_P)\·b---\left(3\right)$

因此，可代入到用于一般电容量计算的公式中，列出如下用于依赖于位置的耦合电容量C_K的等式：

$C_K\left(l_P\right)={\mathrm{\ϵ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_r\·(a_S+\frac{w-a_S}{l}\·l_P)\·\frac{b}{d}---\left(4\right)$

图20示出电路变型方案1，在所述电路变型方案中在次级侧进行电压测量。

用于次级侧上位置确定的最简单的方法可通过测量在负载电阻上的电压降(或电流)来进行。随着耦合电容器的电容量的增长，在所述耦合电容器上出现的电压降减小，当在初级侧上的输入电压恒定时其导致在次级侧上的相应负载电阻上的升高的电压降。

图21示出带有在初级侧上的串联谐振的电路变型方案2。

使用很少数量的附加组件的方案在初级侧上使用谐振电感。在此，在该侧上耦入的信号必须与系统谐振频率相符，所述系统谐振频率由电感值和耦合电容的并联电路的值得出。由此，系统谐振频率不恒定，而是依赖于现有的次级侧模块的数量。因此，初级侧上的谐振频率的评估实现了用户数量的确定，但还不能实现顺序的确定。

系统谐振频率的边界由两个状态描述。最高可能的谐振频率发生在只有一个单独的用户的情况下，并且所述用户处在最小耦合电容量的位置上。一般地，这种状态可由如下描述：

$C_{K-\min }(l_P=\frac{b}{2})={\mathrm{\ϵ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_r\·(a_S+\frac{(w-a_S)\·b}{2\·l})\·\frac{b}{d}$

系统谐振频率的下边界值通过如下情况限定，即，系统占用全部长度，这导致最大可能的有效耦合电容量：

$C_{K-\max }={\mathrm{\ϵ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_r\·(a_S+\frac{w-a_S}{2})\·\frac{l}{d}---\left(7\right)$

一般地，由此得出的边界频率能以如下形式公式化：

$f_{R-\min }=\frac{1}{\mathrm{\π}\·\sqrt{2\·L_R\·C_{K-\max }}};$ $f_{R-\max }=\frac{1}{\mathrm{\π}\·\sqrt{2\·L_R\·C_{K-\min }}}---\left(8\right)$

可使用于个别的位置确定的、在次级侧上的电压降依赖于相应的次级侧阻抗，所述阻抗由耦合电容器的串联电路和负载电阻获得。

${\underset{\‾}{Z}}_{2N}=R_{\mathrm{LN}}+\frac{2}{\mathrm{j\ω}\·C_{\mathrm{KN}}}$

该次级侧阻抗由初级侧看是并联布置的，并且因此加载以相同的输入电压

(2·U _CKN+U _LN＝const.)。

因此，在次级侧负载电阻恒定的情况下，在次级侧上的电压是个别的耦合电容量的函数，与位置变量l_P相关。以带有在不同位置中的四个用户的系统为例，电压曲线可能看起来如在图24中示出的对用于电路变型方案1的模拟那样。

图22示出带有在次级侧上的串联谐振的电路变型方案3。

作为在初级侧上的振荡电路的备选，也可以在次级侧布置谐振条件所需的电感。与电路变型方案2相反地，所需的现在视用户数量而定的组件数量提高了。另外，用户的位置现在不通过在次级侧上电压降的高度来限定，而是通过相应的谐振频率来限定。由初级侧看，不再调整单个系统谐振频率，而是调整通过相应的用户位置限定的单个谐振频率。通过这种布线，单个用户不仅可确定该用户的位置(方法是该用户寻找其特有的、个别的谐振频率)，而且由初级侧看，还可不但探明所连接用户数量而且探明其位置。

为了能够确定谐振频率，需要生成在次级侧上的电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号对于测量足够强。以次级侧电压为例，依赖于耦合电容量的表达式可以如下列描述地列出：

${\underset{\‾}{U}}_{\mathrm{RLN}}=\frac{R_{\mathrm{LN}}}{\frac{2}{\mathrm{j\ω}\·C_{\mathrm{Kn}}}+\mathrm{j\ω}\·L_{\mathrm{RN}}+R_{\mathrm{LN}}}\·{\underset{\‾}{U}}_1$

参考与在用于电路变型方案2的模拟中相同的参数，如图25表示出用于谐振频率分布曲线的计算的结果，其示出了用于电路变型方案3的模拟结果。

附图标记列表

承载轨道                              1

底边                                  1a

侧边                                  1b、1c

边缘边                                1d、1e

总线用户模块                          2

呈U形的空间                           3

供给轨道                              4

初级侧能量传输接口                    5

初级侧数据传输接口                    6

次级侧能量传输接口                    7

次级侧数据传输接口                    8

微控制器                              9

接头                                  10、11

现场器具                              12

网关模块                              13

能量传输接口                          14

数据传输接口                          15

能源                                  16

总线级                                17

微控制器                              18

总线级接口                            19

电缆                                  20

初级电感                              21

初级电极                              22

次级电感                              23

次级电极                              24

区域                                  25

留空部                                26

模块                                  27

初级铁芯                              28

次级铁芯                              29

带状导体                              30、31

凹陷部                                32

侧边                                  32a、b；33a、b

凸出部                                33

电容器                                34

初级线圈                              35

次级电感                              36

信号路径                              37

主延伸方向                            X

方向                                  Y、Z

Claims (24)

1.用于对能在装配基座上彼此相邻排列的总线用户模块进行非接触式数据供给和能量供给的系统，其中，所述装配基座具有能量传输接口(5)和数据传输接口(6)，并且所述总线用户模块(2)各自具有对应的能量传输接口(7)和对应的数据传输接口(8)，其特征在于，设置有具有所述能量传输接口(5)和所述数据传输接口(6)的供给轨道(4)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装配基座构造为装配轨道，所述装配轨道设有沿所述装配轨道(1)的主延伸方向延伸的所述具有所述能量传输接口(5)和所述数据传输接口(6)的供给轨道(4)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述装配轨道设计为带有呈帽形横截面的承载轨道(1)，所述总线用户模块(2)能够锁定并且优选能无格栅地彼此相邻排列在所述承载轨道上，并且所述承载轨道具有开放空间(3)，其中，所述供给轨道(4)至少部分地整合到、优选置入到所述开放空间(3)中。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述装配轨道构造为在横截面中呈帽形的承载轨道(1)。

5.根据权利要求2、3或4所述的系统，其特征在于，所述供给轨道(4)被粘接到或卡入到或夹紧到所述承载轨道(1)的所述开放空间中。

6.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述总线用户模块(2)能够在所述承载轨道(1)上沿所述承载轨道的主延伸方向无格栅地自由定位，并且/或者所述供给轨道沿排列方向在多于一个总线用户模块上延伸。

7.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述供给轨道(4)具有承载体结构，为了电感式和/或电容式耦合将至少一个或多个电感和/或电极施布到所述承载体结构上。

8.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述供给轨道(4)具有伸出超过所述承载轨道(1)中的开放空间(3)的凸出部(25)，并且所述总线用户模块(2)具有留空部(26)，所述凸出部(25)在已装配到所述承载轨道(1)上的状态中嵌入到所述留空部中。

9.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述能量传输接口(5)和/或所述数据传输接口(6)为了电感式的非接触式传输而设计，并且各自具有初级侧电感，并且所述总线用户模块(2)的所述能量传输接口(7)和/或所述对应的数据传输接口(8)为了电感式的非接触式传输而设计，并且各自具有次级侧电感。

10.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述能量传输接口(5)和/或所述数据传输接口(6)为了电容式的非接触式传输而设计，并且所述总线用户模块(2)的所述能量传输接口(7)和/或所述对应的数据传输接口(8)为了电容式的非接触式传输而设计。

11.根据权利要求1的前序部分所述的或根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，

a.所述数据传输接口(6)和/或所述能量传输接口(5)的初级侧电感分别设计为用于对所述总线用户模块的次级侧电感中的多个次级侧电感进行能量传输和数据传输，或者

b.所述能量传输接口(5)和/或数据传输接口(6)分别具有电极，尤其具有带状导体，所述带状导体设计为用于对所述总线用户模块的多个次级侧电极进行电容式能量传输和数据传输。

12.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，作为用于补偿定位不精确度的机构，所述初级侧电感与所述次级侧电感相比具有不同的在与所述承载轨道垂直的Y方向上的构造宽度。

13.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，初级和次级侧电极(30、31)垂直于在X-Y方向上的承载轨道平面地构造在彼此相嵌的、在所述供给轨道(4)上和在所述总线用户模块(2)上的凸出部(33)的和凹陷部(32)的侧边上。

14.根据前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述电极垂直于在X-Y方向上的承载轨道平面地在彼此相嵌的、在所述供给轨道上和在所述总线用户模块上的凸出部的和凹陷部的侧边上不同宽地在与所述承载轨道垂直的Z方向上取向，以便补偿定位不精确度。

15.根据前述权利要求所述的系统，其特征在于，在所述供给轨道(4)上的带状导体具有在主延伸方向上能变化的、在Y方向上的构造宽度。

16.根据前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述系统具有控制设备，该控制设备设计成将所述系统依赖于安放到承载轨道上的总线用户模块的数量地再调节。

17.根据前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述系统具有控制设备，该控制设备设计成将安放到所述承载轨道上的总线用户模块的数量由至少一个能探明的物理参数中探明，并且将所述系统依赖于安放到承载轨道上的总线用户模块的数量地再调节。

18.根据前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述系统具有控制设备，该控制设备设计成探明安放到承载导轨上的总线用户模块的绝对地点。

19.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述系统具有网关模块(13)，并且所述网关模块优选设有所述控制设备。

20.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述网关模块(13)通过一个或多个电的导线(电缆与所述供给轨道(4)连接，并且联接到在所述供给轨道上的电感/电容上。

21.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述网关模块(13)具有电的和/或电子的器件，所述器件此外对于实现发送单元或组合式发送和接收设备而言是必要的。

22.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述供给轨道中的多个供给轨道联接到所述网关模块上，所述供给轨道的能量传输接口和数据传输接口通过电缆连接互相连线。

23.用于运行根据前述权利要求之一所述的系统的方法，其特征在于，借助控制设备，在能量传输和/或数据传输中将安放到承载轨道上的总线用户模块的数量由至少一个能探明的物理参数中探明，并且将所述系统依赖于安放到承载轨道上的总线用户模块的数量地再调节。

24.用于运行根据前述权利要求之一所述的系统的方法，其特征在于，借助所述控制设备，探明安放到承载轨道上的总线用户模块的绝对地点。

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