CN104285507A - 用于总线参与者模块的非接触式数据供给的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化数据传输系统，其被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波传输数据。根据本发明的模块化数据系统包括安装轨、第一总线参与者和第二总线参与者。第一总线参与者包括发射/接收模块。第二总线参与者也包括发射/接收模块。第一总线参与者和第二总线参与者可释放地固定到安装轨，以能够彼此附连，并且第一和第二总线参与者的发射/接收模块被构造成以便借助于波长在微米范围内的电磁波传输数据。根据本发明的另一种模块化数据传输系统包括安装轨和至少第一总线参与者。安装轨包括至少一个发射/接收模块。第一总线参与者包括发射/接收模块并可释放地固定到安装轨。安装轨允许另外的总线参与者以可附连的方式固定到第一总线参与者。此外，安装轨和第一总线参与者的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波传输数据。

Description

用于总线参与者模块的非接触式数据供给的系统

技术领域

本发明涉及工业环境下总线参与者模块的非接触式数据供给的系统。

背景技术

当前，已知的总线参与者模块是用于工业应用的周边模块，例如，自动化技术的输入/输出模块。这种周边模块通常必须符合电气方面以及相对于它们的周围条件的特定要求。

由此，例如，在特别严酷的工业环境下，对于总线参与者模块的使用来说，符合特定的保护标准是必须的。保护类型的广泛已知的分类，如例如IEC 60529，确定电气操作装置操作在容许温度范围内并且具有腐蚀性负荷下的适用性，如例如对工业中的侵蚀性物质(如潮气、水、蒸汽、酸、碱溶液、油或燃料)的抵抗力。

出于能够以通用方式用在工业中的目的，期望总线参与者模块的高的保护等级。于是，从克服如灰尘和潮气的环境影响的机械角度，直到防止向周围飞溅火花而带来爆炸风险，通常采取特殊的保护步骤。

但是，在已知总线参与者模块的情况下，保护等级较低，因为通常设置暴露的电触头以用于工业总线参与者模块之间的数据传输。

例如，US6371435B1公开了一种包括多个总线参与者模块的系统。在这个系统中，使用总线参与者模块，该总线参与者模块每个包含数据总线线路以及用于集成电子单元的电流供给线路。每个总线参与者模块在相对于相邻模块的横向表面上具有暴露的压力触头，使得在总线参与者模块接合在安装轨上时，触头在总线参与者模块的布置方向上自动彼此接触。接合在安装轨上的总线参与者模块于是连接到连续的数据总线和电流供给线路，以形成终端总线。

虽然这个系统带来了一种简单和模块化的连接以向总线参与者模块提供数据，但是电接触会导致暴露的电触头的高腐蚀性负担，尤其是在严酷的工业环境下，这导致总线参与者模块的数据供给的信号完整性方面的缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于包括总线参与者的技术连接装置，其运行总线参与者模块之间的稳固的数据传输，并也适于用在特别严酷的工业环境下。

这个目的是根据本发明来实现的，在于能够彼此附连到安装轨的总线参与者模块包括至少一个发射/接收模块，该发射/接收模块借助于电磁波构成，该电磁波具有微米范围内的波长，以用于非接触式数据传输。

该波长有利地是在1至5微米之间，使得发射/接收模块适于发射/接收载波频率在61GHz至244GHz之间的电磁波。

尤其是，借助于具有微米范围内的波长的电磁波的数据传输运行在相对大的距离上在电磁失真方面的降低，这是因为具有这样波长的电磁波在空气中经历高程度的衰减。此外，借助于具有在微米范围内的波长的电磁波的数据传输需要低水平的传输功率。

根据本发明的模块化数据传输系统包括安装轨、第一总线参与者和第二总线参与者。第一总线参与者包括发射/接收模块。第二总线参与者也包括发射/接收模块。第一总线参与者和第二总线参与者可释放地固定到安装轨，以能够彼此附连，并且第一和第二总线参与者的发射/接收模块被构造成以借助于具有在微米范围内的波长的电磁波传输数据。

在根据本发明的模块化数据传输系统的有利实施方式中，至少第一和/或第二总线参与者包括波导，该波导被构造成用于电磁波的低损失传输，并且布置在第一总线参与者的发射/接收模块和第二总线参与者的发射/接收模块之间。

在另一个有利的实施方式中，根据本发明的模块化数据传输系统包括第三总线参与者，该第三总线参与者包括发射/接收模块并且可释放地固定到安装轨，以附连到所述总线参与者。所述第一总线参与者还包括第二发射/接收模块，所述第二发射/接收模块和所述第三总线参与者的发射/接收模块被构造成借助于具有在微米范围内的波长的电磁波传输数据。至少第一和/或第三总线参与者可选地包括波导，该波导被构造成用于电磁波的低损失传输，并且布置在第一总线参与者的发射/接收模块和第三总线参与者的发射/接收模块之间。

在根据本发明的模块化数据传输系统的另一有利的实施方式中，所述总线参与者每个包括控制单元，该控制单元连接到相对应的总线参与者的发射/接收模块的其中一个或二者上。在每个总线参与者具有多个发射/接收模块的情况下，所述模块连接到控制单元，所述控制单元将一个发射/接收模块接收到的数据转发到另一个发射/接收模块，以用于数据传输。

在根据本发明的模块化数据传输系统中，波长有利地在1至5微米之间，使得发射/接收模块适于发射接收载波频率在61GHz至244GHz之间的电磁波。

根据本发明的另一模块化数据传输系统包括安装轨和至少第一总线参与者。所述安装轨包括至少一个发射/接收模块。所述第一总线参与者包括发射/接收模块并可释放地固定到安装轨。所述安装轨允许另外的总线参与者以可附连的方式固定到第一总线参与者。所述安装轨和第一总线参与者的发射/接收模块被进一步构造成借助于波长在微米范围内的电磁波传输数据。

在根据本发明的模块化数据传输系统的有利的实施方式中，第一总线参与者包括波导，该波导被构造成用于电磁波的低损失传输，并且布置在第一总线参与者的发射/接收模块和安装轨的发射/接收模块之间。

在另一个有利的实施方式中，根据本发明的模块化数据传输系统包括第二总线参与者。所述第二总线参与者包括发射/接收模块，且所述安装轨包括第二发射/接收模块。所述第二总线参与者可释放地固定到安装轨一附连到所述第一总线参与者。安装轨和第二总线参与者的另外的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波传输数据。至少第一和/或第二总线参与者可选地包括波导，该波导被构造成用于电磁波的低损失传输，并布置在第二总线参与者的发射/接收模块和安装轨的发射/接收模块之间。

在根据本发明的模块化数据传输系统的另一个有利实施方式中，总线参与者每个包括控制单元，该控制单元连接到所述安装轨的多个发射/接收模块上，并且将一个发射/接收模块接收的数据转发到其他发射/接收模块中至少一个，用于数据传输。

有利地是，根据本发明的模块化数据传输系统中的波长在1至5微米之间，使得发射/接收模块适于发射/接收载波频率在61GHz至244GHz之间的电磁波。

根据本发明的前述模块化数据传输系统所述的另一有利实施方式，至少一个总线参与者包括电气连接装置。所述总线参与者被进一步布置在安装轨的接收构件内并由该接收构件可释放地连接到安装轨。所述安装轨的接收构件包括电气对立连接装置，该电气对立连接装置以连接状态连接到第一总线参与者的电气连接装置上，用于供给能量的传输。

有利地是，在根据本发明的模块化数据传输系统中的总线参与者的电气连接装置与接收构件的电气对立连接装置形成非接触或形成接触的插头类型连接，用于传输供给能量。

在根据本发明的模块化数据传输系统的另一个有利的实施方式中，总线参与者的电气连接装置还包括具有发射/接收线圈的部分-发射器，而接收构件的电气对立连接装置也包括具有发射/接收线圈的部分-发射器，所述总线参与者的部分-发射器可选地集成在总线参与者的发射/接收模块内。

根据本发明的前述模块化数据传输系统中的一个所述的另一有利的实施方式，至少一个波导布置在总线参与者内，使得波导的第一端部与总线参与者的相对应的发射/接收模块相对，而波导的第二端部延伸到总线参与者的外侧，并且这个端部与相邻总线参与者的发射/接收模块或者安装轨的发射/接收模块相对。

根据前述模块化数据传输系统中的一个所述的另一个有利的实施方式，所述相对应的波导的延伸到总线参与者的外侧的第二端部被以漏斗状方式构造，以便补偿总线参与者固定到安装轨时的定位公差，并且可选地所述波导的第一端部也以漏斗状方式构造。

根据本发明的模块化数据传输系统中的至少一个波导有利地被构造成中空导体，其具有圆形或带角的横截面。

可替代的时，根据本发明的模块化数据传输系统中的至少一个波导被构造为介电材料作为芯部并且一个或多个金属限界元件围绕所述芯部的结构，使得所述限界构件形成具有圆形或带角的横截面的波传播路径。

可替代的是，在根据本发明的模块化数据传输系统中的至少一个波导被构造为具有第一介电材料作为芯部且第二介电材料围绕芯部的结构，所述第二介电材料具有圆形或带角的横截面并且在所述第一和第二介电材料之间的边界面反射所述电磁波。

根据本发明的前述模块化数据传输系统中的一个所述的另一有利的实施方式，发射/接收模块被构造为将发射和接收装置单独地布置在总线参与者内，并且为每个发射和接收装置设置波导。

附图说明

为了更好地理解本发明，参照随后的附图中所示的实施方式来更加详细地解释本发明。相同的部件利用相同的附图标记和相同的部件称谓来表示。此外，来自所示和所描述的实施方式的单个特征的组合也可以单独地构成根据本发明的独立的发明技术方案。附图中：

图1+2是根据本发明的系统的数据传输的示意图，用于根据第一和第二实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给；

图3a+3b是根据本发明的用于总线参与者模块的非接触式数据供给的系统的透视图，其具有或不具有第一或第二实施方式的单个总线参与者模块的壳体；

图4a+4b是来自图3b的透视图的前和后详细视图；

图5是根据本发明的用于第一或第二实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的系统的数据传输的示意图；

图6是根据本发明的用于总线参与者模块的非接触式数据供给的系统的透视图，其不具有根据第三实施方式的单个总线参与者的壳体；

图7是来自图6的根据本发明的系统的透视图的详细截面，其具有单个总线参与者模块的壳体；

图8是根据本发明的用于根据第四实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的系统的数据传输的示意图；

图9是用于第四实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的根据本发明的系统的透视图；

图10是用于来自图9的总线参与者模块的非接触式数据供给的根据本发明的系统的透视图，其不具有单个总线参与者模块的壳体；

图11是用于第四实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的根据本发明的系统的数据传输的示意图；

图12a-12c是用于根据前述实施方式中的一个所述的总线参与者的非接触式数据供给的根据本发明的系统中使用的不同波导的透视图；以及

图13a-13g是用于根据前述实施方式中的一个所述的总线参与者的非接触式数据供给的根据本发明的系统中使用的不同波导的透视图。

具体实施方式

参照图1和2，下面，首先要更加详细地解释用于总线参与者模块的非接触式数据供给的系统的总体发明原理。

图1和2示出根据本发明的第一和第二实施方式的模块化数据传输系统。模块化数据传输系统的两个实施方式都允许总线参与者模块的非接触式数据供给。

模块化数据传输系统100包括多个总线参与者模块，例如，总线参与者模块110和120，它们被构造成用于非接触式数据传输。在系统100内连接的所有总线参与者模块优选地是相同类型的，并且在这种情况下，下面的描述可以同等地应用于这种总线参与者模块。

模块化数据传输系统200包括多个总线参与者模块，例如，总线参与者模块210和220，它们被构造成用于非接触式数据传输。在系统200内连接的所有总线参与者模块优选地是相同类型的，并且在这种情况下，下面的描述可以同等地应用于这样的总线参与者模块。

为了非接触式数据传输，所示的第一和第二总线参与者模块110或210中的每一个包括至少一个发射/接收模块112、113或212、213、214、215，其允许到系统中的相邻布置的总线参与者模块的非接触式数据传输。为此目的，第一总线参与者模块的至少一个发射/接收模块和第二总线参与者模块的至少一个发射/接收模块优选地彼此相对布置。

第一实施方式的总线参与者模块110包括第一发射/接收模块112和第二发射/接收模块113。总线参与者模块110的两个发射/接收模块112、113都优选地构造成用于双向数据传输。借助于两个发射/接收模块112、113，以两个相邻的总线参与者模块进行同时的双向数据传输是有可能的。

第二实施方式的总线参与者模块210包括第一发射/接收模块组212、215和第二发射/接收模块组213、214。第一发射/接收模块组212、215包括第一接收模块212和第一发射模块215。第二发射/接收模块组213、214包括第一发射模块213和第二接收模块214。

相对应的总线参与者模块210的第四发射/接收模块212、213、214、215优选地构造成用于单向数据传输。借助于四个发射/接收模块212、213、214、215，可以以两个相邻的总线参与者模块进行同时的双向数据传输。

于是，第一实施方式的模块化数据传输系统100与第二实施方式的模块化数据传输系统200的区别在于第一系统100的总线参与者模块120具有集成的发射/接收模块112和113，它们每个包括发射器和接收器，而第二系统200的总线参与者模块210具有包括专用的发射模块和专用的接收模块212、213、214和215的组。

相对应的总线参与者模块110、210的上述发射/接收模块112、113或212、213、214和215的共同方面在于它们被构造成借助于具有在微米范围内的波长的电磁波进行数据传输。

结合本发明，具有在微米范围内的波长的电磁波意在被理解为具有在61GHz至244GHz之间的载波频率的电磁波。尤其是，λ＝4.9μm的波长导致具有61GHz的频率的电磁波，λ＝1.2μm的波长导致具有244GHz的频率的电磁波。

有利地是，非接触式数据传输允许发射/接收模块集成在相对应总线参与者模块的壳体内。因此，对于总线参与者模块之间的数据传输来说，不需要电气连接(也就是说，无电气耦接)，并且可以免去用于数据传输的暴露的电气触头。

波长在微米范围内的电磁波的使用进一步减小了在总线参与者模块的非接触式数据供给期间的感应干扰。

尤其是，在总线参与者模块的发射/接收模块之间的感应干扰能够通过使用波长在微米范围内的电磁波来减小，这将在下面更加详细地解释。

根据第一或第二实施方式，总线参与者模块优选地被构造成具有两个发射/接收模块或者两个发射/接收模块组。由于利用两个发射/接收模块，同时的数据传输是可实现的，并且是需要的，因此在两个数据传输操作之间会发生感应干扰。

有利地是，发射/接收模块所使用的电磁波的短波长导致在空气中的高程度的阻尼(所谓的自由空间衰减)，使得在微米范围内的波长下发生的感应干扰仅在若干毫米(在0和20mm之间)的距离上发生。

于是，相对应的总线参与者的发射/接收模块112、113或212、213、214和215能够在印刷电路板上极其靠近地布置到一起，并且不需要任何特别的装置来改善信噪比。

不必说，单个总线参与者模块的发射/接收模块112、113或212、213、214和215的最大发射功率也适于在模块化总线参与者系统中使用，使得总线参与者模块的非接触式数据传输的相互失真也借助于传输功率适应而得以最小化。

通过使用波长在微米范围内的电磁波，可获得另外的优点。

由于短的波长，总线参与者模块的非接触式数据供给可以在短响应时间下实现。这个优点对于自动化技术的应用领域来说是尤其重要的，这是因为只有基于小的响应时间才有可能实现工业操作的精确和准确的同步控制。

根据第一或第二实施方式，系统100的总线参与者模块110或者系统200的总线参与者模块210包括控制系统111或211。控制系统111或211可以被构造为微处理器，或者构造为专用逻辑模块，并且连接到发射/接收模块112、113或212、213、214和215。

控制系统111或211被构造成使得，一方面，它提供寻址到(addressed to)总线参与者模块110或210并且非接触地传输到其上以用于在总线参与者模块内进一步处理的数据，另一方面，它将目的地不是它的非接触地传输的数据转发到总线参与者模块110或210。

非接触地传输的数据的进一步处理由总线参与者模块例如借助于工业的致动器、传感器、启动器和/或其他电气装置的外部连接来进行。

尤其是，总线参与者模块110或210的控制系统111或211可以被构造成使得该系统110或210作用为级联链(daisy chain)。如通常已知的，级联链被理解为这样的系统，其中总线参与者模块110或210仅连接到其相邻的、在后或在前的总线参与者模块以用于数据传输(相对于被构造成作为逻辑总线主设备的控制数据传输的总线参与者模块)。

于是，数据传输信号在它到达所提供的数据接收器(其目标)之前，必须从数据源(其来源)在一些条件下通过一个或多个总线参与者模块转发。

根据第一和第二实施方式，总线参与者模块110或210提供第二发射/接收模块113或第二发射/接收模块组213、213，通过它们，随后的总线参与者模块被提供数据传输信号，由此产生总线参与者模块的链路。

此外，第一和第二实施方式的总线参与者模块110或210能够被设置有电气连接装置，为了清楚的缘故，该电气连接装置在图1和2中未示出。该电气连接装置被构造成使得它与电气对立连接装置协作，从而可以将能量提供到总线参与者模块110或210。

可替代的，总线参与者模块也能够包括单独的电源(例如，电池)，例如以便在系统故障或电能故障的情况下，也能够确保致动器、传感器、启动器和/或其他电气装置被控制为进入预先限定的休止状态。相对应的总线参与者模块的电气分离(例如，相对于其他总线参与者模块)借助于单独的电源实现，该单独的电源集成在总线参与者模块中。

总线参与者模块的电源(以与电气连接装置相同的方式)优选地尤其是连接到发射/接收模块112、113或212、213、214和215以及控制系统111、211，并且给它供能。

总之，可以说第一和第二实施方式的总线参与者模块被构造成，借助于两个集成的发射/接收模块或者借助于两个发射/接收模块组，而用于与至少一个附连的总线参与者模块相互或用于双向数据传输。

图3a和3b是根本发明的第二实施方式的模块化数据传输系统的透视图。所示的系统200允许总线参与者模块的非接触式数据供给。该总线参与者模块在图3a中示出具有壳体，而在图3b中示出没有壳体。

应该指出的是，下面相对于图3a和图3b的解释不仅仅应用于第二实施方式的模块化数据传输系统200，而且可以结合第一实施方式的模块化数据传输系统100使用。但是出于冗余的原因，为了简化而舍弃这样的描述。

图3a和3b示出根据第二实施方式的模块化数据传输系统200，该模块化数据传输系统包括如下元件：安装轨240；第一总线参与者模块210和第二总线参与者模块220。如图3a和3b所示，模块化数据传输系统200也能够通过第三总线参与者模块230来扩展，也就是，在于第三总线参与者模块230以附连到第二总线参与者模块220的状态固定到安装轨240上。

第一总线参与者模块210包括至少一个发射/接收模块212、213、214和/或215；而第二总线参与者模块220也包括至少一个发射/接收模块。第一和第二总线参与者模块210、220的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波来进行数据传输。

总线参与者模块210和220可释放地固定到安装轨240，安装轨240允许总线参与者模块210、220以能够彼此附连的方式布置。

仅仅通过总线参与者模块210和220以彼此附连的状态机械固定到安装轨，还确定了总线参与者模块相对于彼此的横向取向并尤其是可以确定总线参与者模块的相对应的发射/接收模块相对于彼此的横向取向。于是，不需要总线参与者模块的发射/接收模块相对于另一个总线参与者模块的相对应的发射/接收模块的附加的横向定位。

通常，安装轨240提供用于总线参与者模块210、220的机械固定装置，并允许总线参与者模块210、220在对应于安装轨240的延伸方向的主延伸方向上布置。

由于这样的布置，对于每个总线参与者模块(例如，总线参与者模块210)限定了相邻关系：以附连到相对应的总线参与者模块的状态固定于安装轨的总线参与者模块是总线参与者模块的邻居(也就是说，相邻的总线参与者模块)。

安装轨240的典型示例是在图3a和3b中示出的礼帽状轨道(top hatrail)，即，具有帽子状横截面的固定轨道。但是，也有可能使用替代的具有不同横截面(如，例如G状、H状或T状横截面)的安装轨240，只要该安装轨240允许总线参与者模块210、220以能够彼此附连的方式固定即可。

安装轨240的这种构造与总线参与者模块210、220能够自由定位在安装轨240上的优点相关联。相对于总线参与者模块210、220的预定宽度的限制被摒弃。

总线参与者模块210还包括印刷电路板(PCB)，所述至少一个发射/接收模块布置在该印刷电路板上。例如，总线参与者模块210包括其上布置有发射/接收模块212、213、214和215以及控制系统211的印刷电路板216。

优选地是，第一组的发射/接收模块212、215布置在印刷电路板216的一侧，而第二组的发射/接收模块213、214布置在印刷电路板216的另一侧。在发射/接收模块的这种布置中，印刷电路板216作用为屏蔽装置，其相对于另一组发射/接收模块屏蔽一组发射/接收模块的电磁波辐射/接收。

可替代的是，发射/接收模块也可以布置在总线参与者模块内的印刷电路板216的一侧上，在相对应的总线参与者模块内的另外的屏蔽装置影响电磁波的辐射/接收以至于一组发射/接收模块的电磁波的辐射/接收相对于相应的另一组发射/接收模块被屏蔽的程度。

此外，总线参与者模块210包括电气连接装置217，该电气连接装置被构造成向总线参与者模块210、尤其是向发射/接收模块212、213、214和215以及控制系统211供能。为此目的，电气连接装置217被构造成使得它与电气对立连接装置配合。

相对应的电气对立连接装置能够设置用于安装轨的接收构件内的一个或多个总线参与者模块；或能够通过另一个总线参与者模块的电气连接装置形成，以附连到相对应的总线参与者模块。

在第二实施方式中，总线参与者模块210的电气连接装置217包括五个形成接触式插头连接。这些形成接触式插头连接中的四个作用为向总线参与者模块210提供一种或不同电势的电能，并且第五个形成接触式插头连接作用为将总线参与者模块210接地。

详细地说，根据第二实施方式的总线参与者模块210的形成接触式插头连接被构造成使得，在位于总线参与者模块内的印刷电路板216和以附连状态固定的总线参与者模块的相对应的电气连接装置之间形成电连接。

为此目的，总线参与者模块210的形成接触式插头连接每个在第一端部处被构造为夹紧触头，该夹紧触头在边缘处围绕印刷电路板216接合，并且电连接到印刷电路板216的设置在两侧处的相对应的印刷导体。

总线参与者模块210的四个形成接触式插头连接的另一端部(第二端部)设置有两个相反取向的接触区域，该接触区域允许相对于以附连方式固定的总线参与者模块的电连接。

总线参与者模块210的第五个形成接触式插头连接构成例外。布置于总线参与者模块210的最中间的第五个形成接触式插头连接的第二端部作用为通过安装轨240使总线参与者模块210接地。

为此目的，第五个形成接触式插头连接的第二端部没有如同其他四个形成接触式插头连接那样设置相反取向的接触区域，而是代之允许与安装轨接合，并因此形成到安装轨的电连接。在金属安装轨216的情况下，总线参与者模块例如能够通过这种形成接触式插头连接而接地。

图4a是图3b的系统200的透视图的前部细节图，而图4b是后部细节图。于是，图4a和4b涉及模块化数据传输系统的第二实施方式。

尤其是，图4b示出总线参与者模块210，该总线参与者模块210包括第一组的发射/接收模块212、215，该第一组发射/接收模块处于布置在印刷电路板216的一侧的状态下，并且包括第二组的发射/接收模块213、214，该第二组发射/接收模块处于布置在印刷电路板216的另一侧的状态下。

图5是根据本发明的用于第二实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的系统的数据传输的示意图。

尤其是，图5示出了模块化数据传输系统200，该模块化数据传输系统200包括第一总线参与者模块210、第二总线参与者模块220和第三总线参与者模块230。

总线参与者210、220和230中的每一个包括两组发射/接收模块，该发射/接收模块允许与相对应的相邻总线参与者模块进行数据传输。两组发射/接收模块布置在总线参与者模块中的印刷电路板的相对两侧。

下面将描述借助于图6和7中的示例示出的根据本发明的模块化数据传输系统300。

图6是根据本发明的用于总线参与者模块的非接触式数据供给的系统的透视图。总线参与者模块被示出为没有壳体。图7是图6的系统的透视图的详细截面，其具有单个总线参与者模块的壳体。

总地来说，总线参与者模块可以构造成具有两个集成的发射/接收模块，如关于图1所解释的，或者具有包括专用发射模块和专用接收模块的两组，如关于图2所解释的。

但是，所示的模块化总线参与者系统300包括第一总线参与者模块310和第二总线参与者模块320，它们每个包括两组发射/接收模块。总线参与者模块310尤其包括两组发射/接收模块312和315、313和314。发射/接收模块312、313、314和315对应于发射/接收模块212、213、214和215，并且在此方面期望省略详细描述。

应该指出的是发射/接收模块312、313、314和315被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波进行数据传输。

有利地是，在模块化总线参与者系统300内使用的波长在1至5微米之间，使得发射/接收模块适于发射/接收载波频率在61GHz至244GHz之间的电磁波。

此外，至少第一总线参与者模块310和/或第二总线参与者模块320包括波导318。波导被构造成用于波长在微米范围内的电磁波的低损失传输。于是，波导318的横截面和长度适于该波长。

此外，在第一总线参与者模块310和/或第二总线参与者模块320内的波导318被布置在第一总线参与者模块310的发射/接收模块和第二总线参与者模块320的发射/接收模块之间。

图6和7示出具有两个波导318、319的总线参与者模块310，所述两个波导布置在总线参与者模块310的壳体内。

第一波导318相对于接收模块312定位，使得它沿着接收模块312和以附连于总线参与者模块310的状态布置的总线参与者模块的潜在的发射模块之间的路径(也是波传播路径)导引电磁波。

第二波导318关于发射模块313定位，使得它沿着在接收模块313和以附连到总线参与者模块310的状态布置的总线参与者模块320的接收模块之间的路径导引电磁波。

由于定位在发射模块的区域内的波导的第一端部，由发射模块发射的电磁波被指向波导并被结合。然后，电磁波在波导内被引导直至波导的第二端部。

波导的第二端部有利地直接布置在相应的接收模块旁边或者与第二波导的第一端部协作，所述第二波导然后使其第二端部布置在相对应的接收模块的区域内，以便将电磁波引导到相对应的接收模块。

具有不同几何形状的波导可以用在总线参与者模块内。例如，波导可以在纵向方向上是笔直的，但是也可以提供弯曲的、成角度的或S状部分，其允许发射/接收模块在总线参与者模块内自由布置。

换言之：

第一和第二实施方式提供了总线参与者模块的发射/接收模块和以附连方式固定的总线参与者模块的相对应的发射/接收模块的相对布置。在这种情况下，电磁波成为沿着总线参与者模块的发射/接收模块与以附连方式固定的总线参与者模块的相对应的发射/接收模块之间的单向路径传播。

但是，在第三实施方式中，有利地是，由于在总线参与者模块310内的波导318，总线参与者310的发射/接收模块和以附连方式固定的总线参与者模块的相对应的发射/接收模块不相对布置。

代之，波导318能够影响电磁波在波导的纵向方向上的传播方向，使得电磁波沿着弯曲的、成角度的或S状路径传播。于是，波导带来了将相对应的发射/接收模块在总线参与者模块内自由定位的能力。

除了涉及到定位自由的能力之外，另一个优点是与波导相关的：由总线参与者的发射/接收模块射出的电磁波被波导结合，并且系统地传输到相邻固定的总线参与者模块的相对应的发射/接收模块。

由此，波导屏蔽靠近布置的其他发射/接收模块而免受所述发射/接收模块所射出的电磁波的影响。于是，总线参与者模块内的波导降低了信噪比，并等同地降低了相对于附近总线参与者模块的感应干扰。也有可能降低发射/接收模块的传输功率。

在第三实施方式中，波导319布置在总线参与者模块310的壳体内，使得波导319的一个端部(第一端部)指向发射/接收模块313、314，而波导319的另一端部(第二端部)到达总线参与者模块310的壳体的内侧。结果，发射/接收模块312、315向布置在印刷电路板316的相对侧的发射/接收模块313、314的电磁波的辐射能够被减小。

尤其是，延伸直至总线参与者模块310的壳体内侧的波导319的端部定位成使得它与另一个波导的(其他)端部(第一端部)相对，所述另一波导布置在以附连状态固定于总线参与者模块310上的总线参与者模块320内。这个其他波导的第二端部定位成使得电磁波借助于所述其他波导从发射/接收模块313、314向总线参与者模块320的相对应的发射/接收模块传导。

应进一步提及的是每个波导318和319也能够被构造成使得它提供用于传播电磁波的两个分离的路径(也是波传播路径)。波导的这种构造在包括专用的发射模块和接收模块的组的情况下是有利的，这是因为它在相邻固定的总线参与者模块之间将用于非接触式数据传输的两个传输通道彼此屏蔽。

下面要描述借助于图8中的示例示出的根据本发明的模块化数据传输系统400的第四实施方式。

对于非接触式数据传输，所示的总线参与者模块410和安装轨440每个分别包括至少一个发射/接收模块412或442，由此，可以相对于该系统的相邻布置的总线参与者模块进行数据传输。

模块化数据传输系统400包括一个或多个总线参与者模块，例如，总线参与者模块410、以及安装轨440，它们被构造成用于非接触式数据传输。在系统中连接的所有总线参与者模块优选地为相同类型的，并在这种情况下，下面的描述可以等同地应用于这样的总线参与者模块。

在第四实施方式中，总线参与者模块410包括第一发射/接收模块412，且安装轨440包括第一和第二发射/接收模块442、443。安装轨440的两个发射/接收模块442、443和总线参与者模块410的发射/接收模块412优选地被构造成用于双向数据传输。借助于两个发射/接收模块442、443，可以通过两个相邻的总线参与者模块同时进行双向数据传输。

相应的总线参与者模块410或安装轨440的上述发射/接收模块412、442和443的共同方面在于他们被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波进行数据传输。

有利地是，在模块化总线参与者系统400内使用的波长在1至5微米之间，使得发射/接收模块适用于发射/接收载波频率在61GHz和244GH在之间的电磁波。

结合本发明，波长在微米范围内的电磁波意在被理解为载波频率在61GHz至244GHz之间的电磁波。尤其是，λ＝4.9μm的波长导致具有61GHz的频率的电磁波，而λ＝1.2μm的波长导致具有244GHz频率的电磁波。

非接触式数据传输有利地允许发射/接收模块集成在相对应的总线参与者模块/安装轨的壳体内。结果，不需要电连接用于在总线参与者模块之间进行数据传输(也就是说，没有电气耦接)，并且可以摒弃用于数据传输的暴露的电触头。

波长在微米范围内的电磁波的使用进一步降低了在总线参与者模块的非接触式数据供给期间的感应干扰。

此外，总线参与者模块之间的感应距离能够通过利用波长在微米范围内的电磁波来减小，这将在下面更加详细地加以解释。

根据第一或第四实施方式，安装轨440优选地被构造成具有两个发射/接收模块442、443。由于利用两个发射/接收模块，同时的数据传输是可能的并可能是必要的，因此在两个数据传输操作之间会发生感应干扰。

有利地是，发射/接收模块所使用的电磁波的短波长导致空气中的高程度的阻尼(所谓的自由空间衰减)，使得在微米范围的波长下仅在若干毫米(在0至20mm之间)的距离处发生感应干扰。

于是，安装轨440的发射/接收模块442、443并因此总线参与者模块也是能够极其靠近地一起布置在印刷电路板上，并且不需要用于改进信噪比的特殊装置。

不必提及的是总线参与者模块/安装轨的发射/接收模块412、442和443的最大发射功率也适于用在模块化总线参与者系统中，使得总线参与者模块的非接触式数据传输的互调失真(mutual distortion)也借助于传输功率适应而最小化。

利用波长在微米范围内的电磁波带来另一个优点。

由于短波长，总线参与者模块的非接触式数据供给可以在短响应时间下实现。这个优点对于自动化技术的应用领域是尤其关键的，因为只有基于小响应时间才能够实现工业操作的精确和准确的同步控制。

根据第四实施方式，系统400的总线参与者模块410包括控制系统411。控制系统411可以被构造为微处理器或者构造为专用逻辑模块，并连接到发射/接收模块412。安装轨440也包括控制系统(未示出)，该控制系统连接到发射/接收模块442、442。

总线参与者模块410的控制系统411以这样的方式构造，使得它提供被寻址到总线参与者模块410并且非接触地传输到其上以在总线参与者模块内进一步处理的数据。非接触传输的数据的进一步处理可以通过总线参与者模块，例如，借助于致动器、传感器、启动器和/或工业的其他电器装置的外部连接来进行。

安装轨440的控制系统被构造成使得它将非接触传输的数据转发到相对应寻址的总线参与者模块410。为此目的，安装轨的发射/接收模块所接收的数据被转发，以用于由安装轨的另一发射/接收模块来传输。

尤其是，安装轨440的控制系统被构造成使得系统400作用为数据总线。如通常已知的，数据总线被理解为这样的系统，该系统被构造成使得其中安装轨440将借助于非接触式数据传输而将所接收到的数据转发到所有其他总线参与者。但是，可替代的是，根据级联链的控制系统也是可能的，其中，由发射/接收模块接收的数据仅被转发到安装轨440的相对应的相邻发射/接收模块，以用于非接触式数据传输。

对于级联链，可以得知数据传输信号在它到达所提供的数据接收器(其目标)之前必须在一些条件下由一个或多个总线参与者模块从数据源(其来源)转发。

第四实施方式的总线参与者模块410可以进一步设置有电气连接装置，为了清晰的缘故在图8中没有示出。电气连接装置被构造成使得它与安装轨440内的电气对立连接装置相协作，使得可以将能量供给到总线参与者模块410。

可替代的是，总线参与者模块也能够包括分离的电源(例如，电池)，例如，以便在系统故障或电源故障的情况下也能够确保将致动器、传感器、启动器和/或其他电气装置控制到预先限定的休止状态。相对应的总线参与者模块的电气分离(例如，相对于其他总线参与者模块)借助于单独的电源是可行的，该单独的电源集成在总线参与者模块中。

以与电气连接装置相同的方式，总线参与者模块的电源尤其是连接到发射/接收模块412和控制系统411，以给其供电。

图9和10是根据本发明的第四实施方式的模块化数据传输系统的透视图。所示的该系统400允许总线参与者模块的非接触式数据供给。总线参与者模块和安装轨在图9中被示出具有壳体，而在图10中被示出没有壳体。

图9和10示出了根据第四实施方式的模块化数据传输系统400，借助于示例，其包括以下构件：安装轨440、第一总线参与者模块410和第二总线参与者模块420。如图9中所表示的，模块化数据传输系统400能够通过另外的总线参与者模块430来扩展，也就是说，另外的总线参与者模块430以附连到第二总线参与者模块420的状态固定到安装轨440上。

但是，应该指出的是，对于本发明的概念来说，第四实施方式的模块化数据传输系统400不必需包括两个总线参与者模块，而是代之，可包括至少一个总线参与者模块410。

第一总线参与者模块410包括一个发射/接收模块412，且安装轨也包括至少一个发射/接收模块442。所述第一总线参与者模块410和安装轨440的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波进行数据传输。

第一总线参与者模块410可释放地固定到安装轨440上，安装轨440允许另外的总线参与者模块以附连到第一总线参与者模块410的状态布置。

通常，安装轨440提供用于第一总线参与者模块410以及可选的另外的总线参与者模块的机械固定装置，并且允许总线参与者模块在主延伸方向上布置，所述主延伸方向对应于安装轨440的延伸方向。

由于那样的布置，对每个总线参与者模块(例如，总线参与者模块410)限定了相邻关系：对于总线参与者模块来说，以附连到相对应的总线参与者模块的状态固定到安装轨的总线参与者模块是邻居(也就是说，相邻的总线参与者模块)。

在第四实施方式中，安装轨440还提供了至少一个总线参与者模块的无线数据供给，并且为此目的而包括在引言中解释的至少一个发射/接收模块442。于是，安装轨440在第四实施方式中实现了“主干(backbone)”的功能。

安装轨440的典型示例是在图9和10中示出的固定装置440，其具有多个沿着安装轨440的延伸方向布置的接收构件。总线参与者模块可以布置为使得，安装轨的这种接收构件可释放地由此连接到安装轨。如果总线参与者模块连接到安装轨，则在下面将称之为连接状态。

安装轨440的这种构造与这样的优点相关联，即：至少一个总线参与者模块410能够布置在预定的接收构件内，并于是仅布置在安装轨440的固定位置处，并且由此可以向总线参与者模块指派地址。

此外，总线参与者模块410包括印刷电路板(PCB)416，发射/接收模块412布置在该印刷电路板上。安装轨440也包括印刷电路板446，至少一个发射/接收模块442安装于该印刷电路板446上。此外，控制系统411或446可布置在总线参与者模块410或安装轨440的印刷电路板416、446上。

优选地是，总线参与者模块410的发射/接收模块412布置在印刷电路板416的指向安装轨442的相对应的发射/接收模块442的位置的一侧上。在这种布置中，印刷电路板416作用为屏蔽装置，其将通过总线参与者模块410的发射/接收模块而辐射/接收的电磁波相对于在每种情况下相邻布置(尤其是，布置成背向)的总线参与者模块屏蔽。

在这个上下文中，应该提及的是取代所示的集成发射/接收模块412、442和443，系统400也可以提供包括专用发射模块和接收模块的组。此外，系统400的总线参与者模块也可以包括波导，该波导关于发射/接收模块自由定位以及改善信噪比的能力方面实现了与相对于第三实施方式描述的那些波导相当的效果。

此外，总线参与者模块410包括电气连接装置417，该电气连接装置417被构造成向总线参与者模块410、包括发射/接收模块412和控制系统411等供给能量。为此目的，电气连接装置447被构造成使得它与电气对立连接装置相协作。

在第四实施方式中，安装轨440包括至少一个电气对立连接装置447。该安装轨440的接收构件可以包括电气对立连接装置447，在连接状态中，该电气对立连接装置连接到总线参与者模块410的电气连接装置417，以传输供给能量。

有利的是，总线参与者模块410的电气连接装置417可以与安装轨440的电气对立连接装置447形成非接触连接，以便传输供给能量。

由于非接触能量传输，将发射/接收模块与电气连接装置一起集成在相对应的总线参与者模块的壳体内成为可能。结果，或是对于总线参与者模块和安装轨之间的数据传输、或是对于相应的能量传输，不需要电连接(也就是说，没有电气耦接)，并且可以摒弃用于数据和能量传输的暴露的电触头。

同样的原理可以应用于安装轨，于是，安装轨也不需要暴露的电触头来用于总线参与者模块的非接触式数据供给和能量供给。

对于非接触能量传输来说，总线参与者410的电气连接装置417包括具有发射/接收线圈的部分-发射器，且安装轨440的电气对立连接装置447包括具有发射/接收线圈的部分-发射器。总线参与者模块410的部分-发射器可选地集成在发射/接收模块412(未示出)内。

图11是用于第四实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的根据本发明的系统的数据传输的示意图。

尤其是，图11示出了模块化数据传输系统400，其包括第一总线参与者模块410、第二总线参与者模块420和安装轨440。

总线参与者模块410和420中的每一个包括发射/接收模块，且安装轨440也包括每个总线参与者模块至少一个发射/接收模块，由此，与相邻总线参与者模块的数据传输变得可能。发射/接收模块布置在总线参与者模块内、在印刷电路板的指向安装轨的端部处。

图12a到12c是用于根据其中一个前述实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的根据本发明的系统中使用的不同的波导的透视图。

结合第三和第四实施方式，已经提到波导能够设置在总线参与者模块内，以便获得诸如发射/接收模块在总线参与者模块内自由定位能力以及在无线数据传输期间的信噪比的改善的优点。

例如，波导被构造成中空导体，如图12a所示。

可替代的是，波导也可以由具有第一介电材料作为芯部且具有一个或多个金属限界元件(其围绕所述芯部)的结构来构造。图12b示出了包含塑料材料、树脂或其他介电材料作为芯部并且包含围绕芯部的金属覆层作为限界元件的波导。所述金属覆层能够被构造为金属涂覆的塑料层或为金属层。

在另一种替代方式中，波导可以被构造成具有第一介电材料作为芯部且具有围绕芯部的第二介电材料的结构，所述第一介电材料和第二介电材料之间的边界面反射电磁波，例如，参照图12c。重要的方面是两个介电材料对所使用的电磁波具有不同的折射率。例如，这可以通过产生介电带隙而实现。

图13a至13g是用于根据其中一个前述实施方式的总线参与者模块的非接触式数据供给的根据本发明的系统中使用的不同波导的透视图。

关于图13a和13b应该特别提到的是图12a至12c的前述波导或是形成为圆形或是形成为带角的横截面。波导的横截面的直径或宽度适于在无线数据传输中使用的波长。

此外，如图13c中所示，波导也可以具有多个路径(波传播路径)，用于不同传输通道的电磁波。在波导内的两个单独的波传播路径在包括专用的发射模块和接收模块的组方面是有利的。这种波导允许设置用于非接触式数据传输(发射和接收)的两个传输通道彼此屏蔽。

如图13d和13f中所表示的，波导也可以设置有漏斗状端部件。例如，延伸到总线参与者模块的外侧的相对应的波导的第二端部可以漏斗状方式构造，以补偿总线参与者模块固定到安装轨时的定位公差。可选的，波导的第一端部也可以以漏斗状方式构造。

此外，波导可以是沿着纵向方向笔直的，或者可以提供弯曲的、成角度的或S状的部分。在图13e中，波导被构造成具有弯曲部，使得波导沿着彼此以90度角度布置的两个发射/接收模块之间的路径引导电磁波。

可替代的是，如图13f中所示，波导也可以构造在印刷电路板内，其中，芯部由印刷电路板的未设置有印刷导体并且围绕有多个金属孔(贯通触点)的区域形成，被孔围绕的芯部形成波传播路径。

附图标记列表：

110、210、310、420               第一总线参与者模块

120、220、320、420               第二总线参与者模块

230、430                         第三总线参与者模块

340、440                         安装杆

112、212、312、412、442          发射/接收模块

113、213、313、443               发射/接收模块

214、314                         发射/接收模块

215、315                         发射/接收模块

216、316、416、446               印刷电路板

217、317、417                    电气连接装置

447                              电气对立连接装置

318、319                         波导

Claims (15)

1.一种模块化数据传输系统，包括：

安装轨；

第一总线参与者，包括发射/接收模块；以及

第二总线参与者，包括发射/接收模块，

所述第一总线参与者和所述第二总线参与者可释放地固定到所述安装轨，以能够彼此附连，

所述第一和第二总线参与者的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波传输数据。

2.如权利要求1所述的模块化数据传输系统，其中：

至少第一和/或第二总线参与者包括波导，所述波导被构造成用于所述电磁波的低损失传输并且布置在所述第一总线参与者的发射/接收模块和所述第二总线参与者的发射/接收模块之间。

3.如权利要求1或2所述的模块化数据传输系统，包括：

第三总线参与者，所述第三总线参与者包括发射/接收模块，并且可释放地固定到所述安装轨以附连到所述第一总线参与者；

所述第一总线参与者包括第二发射/接收模块，且所述第二发射/接收模块和所述第三总线参与者的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波进行数据传输，且

至少所述第一和/或第三总线参与者包括波导，所述波导被构造成用于所述电磁波的低损失传输并且布置在所述第一总线参与者的发射/接收模块和所述第三总线参与者的发射/接收模块之间。

4.一种模块化数据传输系统，包括：

安装轨，包括至少一个发射/接收模块；以及

至少第一总线参与者，包括发射/接收模块，

所述第一总线参与者可释放地固定到所述安装轨，且所述安装轨允许另外的总线参与者以可附连的方式固定到所述第一总线参与者，

所述安装轨的发射/接收模块和所述第一总线参与者的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波进行数据传输。

5.如权利要求4所述的模块化数据传输系统，其中：

所述第一总线参与者包括波导，所述波导被构造成用于所述电磁波的低损失传输，并且所述波导布置在所述第一总线参与者的发射/接收模块和所述安装轨的发射/接收模块之间。

6.如权利要求4或5所述的模块化数据传输系统，包括：

第二总线参与者，包括发射/接收模块；且

所述安装轨包括第二发射/接收模块，并且所述第二总线参与者可释放地固定到所述安装轨以附连到所述第一总线参与者，

所述第二总线参与者和所述安装轨的另外的发射/接收模块被构造成借助于波长在微米范围内的电磁波进行数据传输，且

至少所述第一和/或第二总线参与者包括波导，所述波导被构造成用于所述电磁波的低损失传输，并且所述波导布置在所述第二总线参与者的发射/接收模块和所述安装轨的发射/接收模块之间。

7.如权利要求1至6中任一项所述的模块化数据传输系统，其中：

所述波长在1至5微米之间，使得所述发射/接收模块适于发射/接收载波频率在61GHz至244GHz之间的电磁波。

8.如权利要求1至7中任一项所述的模块化数据传输系统，其中：

所述总线参与者中的至少一个包括电气连接装置，且所述总线参与者被布置在安装轨的接收构件内，并且由此可释放地连接到所述安装轨；且

所述安装轨的接收构件包括电气对立连接装置，所述电气对立连接装置在连接状态中连接到所述第一总线参与者的电气连接装置，用于传输电能。

9.如权利要求8所述的模块化数据传输系统，其中：

所述总线参与者的电气连接装置与所述接收构件的电气对立连接装置形成非接触式或形成接触式插头连接，用于传输电能。

10.如权利要求9所述的模块化数据传输系统，其中：

总线参与者的电气连接装置包括具有发射/接收线圈的部分-发射器，且所述接收构件的电气对立连接装置也包括具有发射/接收线圈的部分-发射器，所述总线参与者的部分-发射器可选地集成在所述总线参与者的发射/接收模块内。

11.如权利要求2、3和5至10中任一项所述的模块化数据传输系统，其中：

至少一个波导布置在所述总线参与者内，其布置方式使得所述波导的第一端部与总线参与者的相对应的发射/接收模块相对，且所述波导的另一端部延伸到所述总线参与者的外侧并且这个端部与相邻的总线参与者的发射/接收模块或者安装轨的发射/接收模块相对。

12.如权利要求11所述的模块化数据传输系统，其中：

相对应的波导的延伸到所述总线参与者的外侧的第二端部以漏斗状方式构造，以便补偿总线参与者固定到安装轨时的定位公差，并且可选地，所述波导的第一端部也以漏斗状方式构造。

13.如权利要求2、3和5至12中任一项所述的模块化数据传输系统，其中：

至少一个波导被构造成具有圆形或带角的横截面的中空导体。

14.如权利要求2、3和5至12中任一项所述的模块化数据传输系统，其中：

至少一个波导被构造成如下结构，即：具有介电材料作为芯部，且具有一个或多个围绕所述芯部的金属限界元件，使得所述限界构件形成具有圆形或带角的横截面的波传播路径。

15.如权利要求2、3和5至12中任一项所述的模块化数据传输系统，其中：

至少一个波导被构造成如下结构，即：具有第一介电材料作为芯部，具有围绕芯部的第二介电材料，所述第二介电材料具有圆形或带角的横截面，并且所述第一和第二介电材料之间的边界面反射所述电磁波。