CN104870735A - 用于在固定的墙壁和可枢转地固定在该墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在固定的墙壁和可枢转地固定在该墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号的方法和设备，该设备具有用于电隔离地传递电能的功率传递装置，其中，设有光的或光电子的信号传递装置。

Description

用于在固定的墙壁和可枢转地固定在该墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在固定的墙壁和可枢转地固定在该墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号的方法和设备，其中，所述电功率电隔离地、尤其是电感地进行传递。

背景技术

这样的方法和这样的设备由DE 3915812 A1已知。为了传递功率而设有同轴设置的线圈或构造为柱体形的电容器。信号传递应同样通过线圈或电容器或者通过无线电进行。

对此不利的是：在通过这种布置系统(其也用于传递功率)传递信号时不能排除各传递之间的相互影响。此外，通常情况下，优化的功率传递对线圈或者说电容器的结构匹配的需求与优化的信号传递的不同，使得对于这种传递布置系统的应用始终仅能是一个非最佳的折衷。

如果所述信号通过无线电传输，则用于传递功率的设备在原则上可以对此构造为最优的。但无线电传递经常易受外界干扰并且可能借助适当手段通过外部发送器被影响，当涉及到与安全有关的信号时，这是特别不利的。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种改善的用于在固定的墙壁和可枢转地固定在该墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号的方法和设备。

该任务通过在权利要求1中描述的方法和在权利要求8中描述的设备解决。

在本发明的方法中，所述信号以光或光电子的形式在墙壁和翼扇之间传递。光的或光电子的传递一方面能够实现非常高的数据传递速率，使得所述信号传递也可以以高的分辨率数字化地进行。此外，不同于无线电技术的传递，所述光的或光电子的传递可以容易地完全对外屏蔽，使得所述传递相对于外部的干扰因素或干涉是不敏感的。最后，光的或光电子的信号传递的突出特点是非常低的功率需求，从而要单独为信号传递提供的电功率是相对较低的。

在按本发明的方法的一种优选实施形式中，电功率从初级侧传递到次级侧，而信号从次级侧传递到初级侧。

所述信号可以是这种信号：它们将设置在次级侧的负载的功率需求传输到初级侧上，以便建立一个闭环控制回路，该闭环控制回路确保：除了在电隔离的传递时的亏损之外，仅由负载所需的电功率被传递。闭环控制回路可以纯模拟地工作，即功率需求可以与以光或光电子的形式传递的电磁辐射的强度相关地进行传输。

或者所述信号用于将次级侧的传感器、报警器或报警器组的工作和/或报警状态例如传递到初级侧的报警装置上。如果借助按本发明的方法应仅将这种信号从次级侧传递到初级侧上，则优选在初级侧仅维持这样的功率，该功率足以运行传感器、报警器或报警器组。于是可以免除闭环控制回路。

特别优选地，初级侧是壁侧并且次级侧是翼扇侧。在壁侧通过在大多情况下现有的电源接头提供的电功率是足够的。在翼扇侧通常存在传感器、报警器或报警器组(例如玻璃破碎传感器、关闭传感器等)，它们的信号必须被固定的、即在壁侧的报警装置利用。

按本发明的方法的一个扩展方案是特别优选的，其中，在初级侧提供有直流电压，并且该直流电压被转变为其频率优选在10kHz和300kHz之间的交流电压，以便用于电隔离地电感地进行传递。该直流电压可以由报警装置的由电池或蓄电池缓存的电源件来提供。由此，只要报警装置可以运行，就可以确保所述方法的无故障的进行。该直流电压可以借助例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)功率电路被转变成交流电压，该MOSFET功率电路例如可以通过脉宽或脉相控制器进行功率控制。

初级和次级线圈组件优选构造为相同的。它们的阻抗和它们的壳体材料或芯材料在工作频率和待传递的最大功率方面是优化的。

用于在固定的墙壁和能够绕着铰链轴线枢转地固定在所述墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号的按本发明的设备包括用于电隔离地传递电功率的功率传递装置。根据本发明，设有光的或光电子的信号传递装置。

功率传递装置优选包括初级线圈组件和次级线圈组件。

信号传递装置优选包括发光二极管(LED)和光电二极管或光电晶体管。

为了实现具有尽可能小的亏损的功率传递和实现尽可能可靠的信号传递，线圈组件和信号传递装置构成为，使得它们分别具有一个中心轴线，并且该中心轴线设置成，使得所述中心轴线大致与铰链轴线重合。在翼扇绕着铰链轴线进行枢转运动时，线圈组件和信号传递装置的构件(例如发光二极管和光电晶体管)仅分别发生相对旋转并且此外不改变它们的相对位置。初级和次级线圈组件优选构造为相同的。它们的阻抗和它们的壳体材料或芯材料在工作频率和待传递的最大功率方面是优化的。

特别优选按本发明的设备的一个扩展方案，该设备包括第一功率传递装置，用于符合需要地为翼扇侧的负载提供电功率。示例性地将马达锁、照明装置等称为翼扇侧的负载。借助功率传递装置应给这些负载提供其功能所需的功率。因此，给初级线圈组件施加的初级功率应与相应的翼扇侧的功率需求相匹配。

为了实现该匹配，所述优选实施形式包括第一信号传递装置，用于对借助第一功率传递装置为翼扇侧的负载提供的电功率进行控制。借助该第一信号传递装置建立一个闭环控制电路，该闭环控制电路确保了：除了在功率传递装置中的亏损和在为了运行该功率传递装置所设有的电子电路本身中的亏损之外，仅与输出到翼扇侧的负载上的功率一样多的功率流入功率传递装置的初级侧。为此所需的控制优选纯模拟地进行，例如可以通过脉宽或脉相控制实现。

此外，按本发明的设备的该优选实施形式包括第二功率传递装置，用于提供为运行传感器、报警器和/或报警器组所需的功率。该第二功率传递装置同样可以包括初级侧的和次级侧的线圈组件，其中，初级线圈组件设置在壁侧，而次级线圈组件设置在翼扇侧。由于传感器、报警器和报警器组通常仅具有比负载(例如马达锁、照明装置等)明显低的功率需求，并且该功率需求明显更恒定，所以可以免除用于对施加给第二功率传递装置的初级功率进行控制的闭环控制电路。初级和次级线圈组件优选构造为相同的。它们的阻抗和它们的壳体材料或芯材料在工作频率和待传递的最大功率方面是优化的。

尽管如此，按本发明的设备的该优选实施形式包括第二信号传递装置。该第二信号传递装置仅用于将次级侧的传感器、报警器或报警器组的工作状态和/或报警状态传递到初级侧或者说壁侧的报警装置上。

此外，将为运行传感器、报警器和报警器组所需的功率传递与用于运行翼扇侧的其它负载的功率传递相分离具有如下优点：避免了由于突然的功率波动可能产生的干扰影响。也可以在初级侧或在壁侧提供小功率能力的、但对此例如不敏感的和在较长的时间内由蓄电池或电池缓存的初级电压源，由此提高了能够利用按本发明的设备实现的运行可靠性。

附图说明

现在应根据附图进一步解释本发明，在这些附图中示出按本发明的设备的实施例。在附图中：

图1以局部纵剖面图示出按本发明的设备的实施例；

图2以局部放大图示出在图1中的片段A；

图3是一个组件的透视性分解图，该组件包括功率传递装置以及信号传递装置；

图4是一个电路的方框图，如果根据图3的组件设置用于将电功率提供给翼扇侧的负载，则借助该电路将所述组件接通；并且

图5是一个电路的方框图，如果根据图3的组件设置用于将信号从翼扇传递到墙壁，则借助该电路将所述组件接通。

具体实施方式

在图1中整体用100标记的设备包括两个壁部件1、2，这两个壁部件能够沿着铰链轴线S的方向彼此间隔开地固定到在附图中未示出的墙壁上，该墙壁具有门洞或窗口。在上文中或在下文中所使用的术语“墙壁”包含框架或边框，该框架或边框通常设置在墙壁上的门洞或窗口的区域内。

壁部件包括固定件3、4。每个固定件具有一个用于容纳固定螺钉6的孔5和一个用于引导电力电缆和/或光纤电缆8穿过的孔7，这些电缆在图1中仅示意性示出并且这些电缆构成了功率或信号传送器和所属的电子或光电子电路的电力或光纤连接部，例如在下面还将更详细地进行说明。

通常，墙壁构成有初级侧PS，从该初级侧将电功率传递到翼扇中，该翼扇是次级侧SS。

在各固定件3、4上分别一体成型有容纳件9、10，用于容纳功率和信号传递装置11、12的构件。

此外，设备100包括扇部件13，该扇部件设置在两个壁部件1、2之间。扇部件13同样具有固定件14和在固定件14上一体成型的容纳件15。在固定件14上设有用于固定螺钉17的孔16，借助该固定螺钉能够将扇部件13安装到在附图中未示出的翼扇上。此外，固定件14还具有孔18，这些孔用于引导电力电缆和/或光纤电缆19，这些电缆在附图中也仅示意性示出。这些电缆用于将功率和信号传递装置11、12与翼扇侧的电子或光电子电路连接。

容纳件15同样用于容纳功率和信号传递装置11、12的翼扇侧的构件。这些翼扇侧的构件包括两个轴承套筒20、21，这两个轴承套筒沿着铰链轴线S的方向彼此间隔开并且可沿着该方向相对移动地被支承。主轴驱动装置22能够实现所述移动和固定在期望的位置处。该主轴驱动装置包括调节螺杆23，该调节螺杆在中间位置处具有冠齿轮24。该冠齿轮用于选择性地装上在附图中未示出的旋转工具或者用于与在附图中同样不可见的旋转操纵装置相嵌接。调节螺杆还具有两个螺纹区域25、26，这两个螺纹区域具有相反旋向的外螺纹。螺纹区域25、26嵌接在轴承套筒20、21的互补的内螺纹27、28中。通过主轴驱动装置22的旋转操纵因而可以使轴承套筒20、21沿着铰链轴线的方向移动，以便可以在装配位置和工作位置之间进行调节，在装配位置处轴承套筒20、21彼此间具有最小的间隔，而在工作位置处轴承套筒20、21几乎贴靠在壁部件的容纳件9、10中的轴承套筒29、30上。

功率和信号传递装置11、12的结构和作用原理当前应参照图2和3进行解释，在图2和图3中可见在图1中的下部的功率和信号传递装置12。

功率和信号传递装置12除了轴承套筒21(其借助调节螺杆23可移动地支承在扇部件13的容纳件15中)之外还包括轴承套筒29，该轴承套筒设置在容纳件10中。在上部的壁部件1的容纳件9中也设有功能相应的轴承套筒30。轴承套筒29、30沿着铰链轴线S的方向不可移动地设置。上部的轴承套筒30包括径向突出的夹紧装置31，以使得在可能移去扇部件13之后，该上部的轴承套筒不会自动向下掉出来。

在轴承套筒29、30中分别安装有一个初级线圈组件32、33。所述初级线圈组件分别包括由软磁性的、尤其是铁素体的材料制成的线圈壳体34、35。线圈壳体34、35具有中央芯36、37，线圈绕组38、39围绕着这些中央芯。在每个芯36、37中设有一个中心孔40。该中心孔用于容纳相应的光电晶体管41、42，该光电晶体管属于光电子的信号传递装置43、44的次级件。

在轴承套筒20、21中分别设有一个次级线圈组件45、46。所述次级线圈组件同样包括具有芯49、50的线圈壳体47、48，次级线圈绕组51、52围绕着该芯。

线圈壳体47、48同样具有穿过相应的芯49、50延伸的中心孔53。该中心孔用于容纳相应的发光二极管(LED)54、55，该发光二极管不一定要在可见光范围内工作，而是该发光二极管在输出的电磁辐射(为可见光或者为不可见光)的波长方面与相应的光电晶体管41、42相匹配。

发光二极管54、55属于信号传递装置43、44的相应的初级件。

为了改善发光二极管54、55与相应的光电晶体管41、42的光耦合而设有光导体嵌件56、57，这些光导体嵌件从线圈壳体的彼此相向侧被装入到孔40、53中并且刚好与线圈壳体的所述彼此相向侧齐平。

如在图3中可见，线圈组件和信号传递装置关于中心轴线A对称设置。在装配状态中该轴线与铰链轴线S重合。

如在图1中可见，按本发明的设备具有两个在图3中所示的组件B，这些组件各自都包括一个用于传递功率的装置和一个用于传递信号的装置，其中，这两个组件B沿着相反的方向设置。

其中一个组件B属于符合需要地为翼扇侧的负载提供电功率的装置。为了便于说明，假定它是在图1中的下部的组件B。于是初级线圈组件32和光电晶体管42与初级功率电子元件PLE相连，次级线圈组件45和发光二极管54与次级功率电子元件SLE相连。初级线圈组件32和次级线圈组件45属于第一功率传递装置96，初级线圈组件33和次级线圈组件46属于第二功率传递装置97。初级和次级电子元件的基本结构和它们的作用原理应根据图4进行详细解释。

初级功率电子元件PLE包括处理器58。该处理器通过输入端59供应有12V或24V的直流电压，该直流电压可以由报警装置的电源件提供。

处理器58还具有输入端60，通过该输入端可以探测从切换控制器61输出的电压，该切换控制器由同一个电压源供电。

处理器58包括输出端62，通过该输出端将所述处理器连接到MOSFET功率级64的驱动器63上。

MOSFET功率级在输入端侧与切换控制器的输出端相连。在MOSFET功率级的输出端上连接有初级线圈32。

切换控制器61具有控制输入端65，通过该控制输入端可以改变由切换控制器输出的电压。控制输入端65与光电晶体管42相连。

次级功率电子元件SLE包括整流器66，在该整流器的输入端上连接有次级线圈45。在中间接入超压保护器68的情况下，在整流器66的输出端67上连接有翼扇侧的负载69。

次级功率电子元件SLE还包括用于对额定/实际电压值进行比较的装置70，该装置将在整流器的输出端67的电压(实际值)与预定的额定值(12V或24V)进行比较。所述装置70包括信号输出端71，在该信号输出端上连接有发光二极管54。所述装置70在输出端71上产生电压信号，该电压信号模拟地作用在发光二极管上并且确定了所输出的电磁辐射的强度并且与额定/实际值差相关。所述信号由光电晶体管42探测到并且将与信号相关的电压值传递到切换控制器61的控制输入端65上。

因此，借助初级和次级功率电子元件PLE、SLE提供了一种闭环控制电路，该闭环控制电路确保：除了在初级和次级电子元件中的亏损和在从初级线圈32到次级线圈35的电隔离地传递时的亏损之外，仅与输出到负载69上的功率一样多的功率由MOSFET功率级64被输送给初级线圈32。

在设备100中上部设置的组件B(其包括对应的初级线圈组件33和次级线圈组件46及光电晶体管41和发光二极管55)是用于传递由报警装置的翼扇侧的传感器、报警器或报警器组所提供的信号的装置的一部分。对此设有初级信号电子单元PSE和次级信号电子单元SSE。

初级信号电子元件包括处理器72，该处理器具有用于施加12V或24V的电源电压的电源电压输入端。电源电压由外部电源或由报警装置提供。

所述处理器还包括一个端子74，在该端子上连接有报警装置的报警器组输出端。处理器72将从报警设备输出端获得的信号转变为串行数据并且对这些串行数据加密，以便有效地防止在随后的从初级线圈33到次级线圈46的电隔离的传递时这些信号未经授权地被获取。

处理器72具有输出端75，所述处理器经由该输出端连接到MOSFET功率级77的驱动器76上。通过输出端75和驱动器76将经串行转变的数据调频地传递给MOSFET功率级77。

此外，在MOSFET功率级上连接有内部的电压源78。MOSFET功率级77在输出侧与初级线圈33相连。因此，在运行中初级线圈33被施加有交流电压，该交流电压根据从报警装置的报警器组输出端得到的信号进行调频。

处理器72还包括用于电压/电流控制的输入端，这些输入端与在电压供应线路中接入的电阻79的电极相连。所述输入端被标记为80。最后，在处理器72上设有信号输入端81，在该信号输入端上连接有光电晶体管41。

次级电子元件同样具有处理器82。该处理器包括信号输入端83，在该信号输入端上连接有次级线圈46。处理器82经由信号输入端83通过对在次级线圈46中产生的同样经调频的电压进行的对应的信号解调来获取从初级线圈33传递到次级线圈46上的信号。

为了能够运行报警装置的翼扇侧的传感器、报警器或报警器组，将次级线圈46连接到整流器84上。整流器84对此包括输出端85，该输出端经由MOSFET 86连接到分配器87上，用于对传感器、报警器或报警器组施加电源电压。

分配器87具有输出端88，该输出端与处理器的输入端89相连，处理器通过该输入端获取通过分配器87提供给传感器、报警器或报警器组的电源电压。

处理器82与所测定的电源电压相关地控制输出端90，在该输出端上连接有MOSFET 86的栅极。

整流器84具有另外的输出端91。该输出端经由另外的MOSFET92连接到用于外部报警器的电压源上93。MOSFET 92同样通过输出端94被处理器控制，该输出端与控制栅相连。

最后，处理器82包括信号输出端95，通过该信号输出端将由传感器、报警器或报警器组识别的信号经适当调制地传递给发光二极管55。经相应调制的信号被光电晶体管41接收并且通过端子81提供给初级信号电子元件的处理器72，该处理器将信号适当解调并且通过端子74提供给报警装置。

附图标记列表

100           设备

1、2          壁部件

3、4          固定件

5             孔

6             固定螺钉

7             孔

8             电缆

9、10         容纳件

11、12        功率和信号传递装置

13            扇部件

14            固定件

15            容纳件

16            孔

17            固定螺钉

18            孔

19            电缆

20、21        轴承套筒

22            主轴驱动装置

23            调节螺杆

24            冠齿轮

25、26        螺纹区域

27、28         内螺纹

29、30         轴承套筒

31             夹紧装置

32、33         初级线圈组件

34、35         线圈壳体

36、37         芯

38、39         线圈绕组

40             中心孔

41、42         光电晶体管

43、44         信号传递装置

45、46         次级线圈组件

47、48         线圈壳体

49、50         芯

51、52         次级线圈绕组

53             中心孔

54、55         发光二极管

56、57         光导体嵌件

58             处理器

59             输入端

60             输入端

61             切换控制器

62             输出端

63             驱动器

64             MOSFET功率级

65             控制输入端

66             整流器

67             输出端

68             超压保护器

69             负载

70             额定/实际电压值比较

71             信号输出端

72             处理器

73             输入端

74             端子

75             输出端

76             驱动器

77             MOSFET功率级

78             电压源

79             电阻

80             输入端

81             信号输入端

82             处理器

83             信号输入端

84             整流器

85             输出端

86             MOSFET

87             分配器

88             输出端

89             输入端

90             输出端

91             输出端

92             MOSFET

93             电压源

94             输出端

95             信号

96             第一功率传递装置

97             第二功率传递装置

A             轴线

B             组件

S             铰链轴线

PLE           初级功率电子元件

SLE           次级功率电子元件

PSE           初级信号电子元件

SSE           次级信号电子元件

PS            初级侧

SS            次级侧

Claims (12)

1.一种用于在固定的墙壁和可枢转地固定在该墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号的方法，其中，所述电功率电隔离地进行传递，其特征在于，所述信号以光或光电子的形式进行传递。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电功率电隔离地电感地进行传递。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述电功率从初级侧(PS)传递到次级侧(SS)并且将所述信号从次级侧(SS)传递到初级侧(PS)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述初级侧是壁侧并且所述次级侧是翼扇侧。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在初级侧上提供直流电压，并且将该直流电压转变为其频率优选在10kHz和300kHz之间的交流电压，以便用于电隔离地电感地进行传递。

6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，所述信号用于在初级侧上对电功率进行控制。

7.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，所述信号用于将次级侧的传感器、报警器或报警器组的工作和/或报警状态传递到初级侧的报警装置上。

8.一种设备(100)，用于在固定的墙壁和能够绕着铰链轴线(S)枢转地固定在所述墙壁上的翼扇之间传递电功率和信号，该设备具有功率传递装置(96、97)，用于电隔离地传递电功率，其特征在于，设有光的或光电子的信号传递装置(43、44)。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述功率传递装置(96、97)包括初级线圈组件(32、33)和次级线圈组件(45、46)。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述信号传递装置(43、44)包括发光二极管(54、55)和光电二极管或光电晶体管(41、42)。

11.根据权利要求9至10所述的设备，其特征在于，所述线圈组件(32、33；44、45)和信号传递装置(43、44)分别具有一个中心轴线(A)并且将其设置成，使得所述中心轴线大致与铰链轴线(S)重合。

12.根据权利要求8至11之一所述的设备，该设备具有

a)第一功率传递装置(96)，用于符合需要地为翼扇侧的负载提供电功率；

b)第一信号传递装置(43)，用于控制借助第一功率传递装置(96)为翼扇侧的负载提供的电功率；

c)第二功率传递装置(97)，用于提供为运行传感器、报警器和/或报警器组所需的功率；以及

d)第二信号传递装置(44)，用于将次级侧的传感器、报警器或报警器组的工作和/或报警状态传递到初级侧的报警装置上。