CN105308834B - 通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的通信装置包括模块化组装设计，第一模块用于产生机械旋转运动，该旋转运动的旋转能量被第二模块也就是转换器模块转换成电能。第三模块是传送器模块，其通过由转换器模块供给的能量而进给和操作。

Description

通信装置
用于信号无线传输的装置是已知的，其从传送装置的环境中获得操作传送所需要的能量。这种装置口头上也被称为俘能器。
这种装置的一个示例是远程控制开关，其通过机械地按压按钮而产生信号，该信号被无线地传送给接收器，从而接通或关闭电气装置。
俘能器还用于供给功率传送器，其无线地传送通过传感器获得的测量值。
可用于这个目的的电动力的能量转换器是已知的，并包括具有永久磁铁的振荡器，其通过弹簧安装在外壳中，并且与线圈相反移动。所述能量转换器从振动中获得其机械能(DE102009041023A1)。
此外，用于安装在移动装置上的通信装置是已知的，其利用传送器传送测量的数据。这种装置包含以蓄电池的形式储存的能量。具有风力涡轮和发电机的能量转换器用于对蓄电池充电(DE10046593A1)。
本发明所解决的问题是提供一种无线操作的通信装置，其可在较低的努力下适合于广泛的各种应用情况和环境。
为了解决所述问题，本发明提出了一种通信装置，其具有在权利要求1中所陈述的特征。本发明的改进方案是从属权利要求的主题。
因此，根据本发明，这种类型的通信装置由模块化组装的至少三个构件构成。第一模块将动能转换成电能，并且被称为转换器模块。第二模块是能量管理模块，其例如储存、变换和/或转换由转换器模块所提供的电能，从而能够根据预定的边界条件提供电能。第三模块是传送器模块，其使用电能用于其自身操作并传送通信信号，例如测量值信号。
由于三个构件均可单独更换的模块化结构，取决于应用情况，有可能选择特别适合于所述应用情况的模块并在通信装置中使用它。
在本发明的改进方案中，提供了运动模块作为第四模块，其连接至转换器模块并机械地产生运动，尤其是旋转运动。
在已经存在适合形式的运动的特定应用情况中，具有转换器模块的通信装置可直接利用动能，结果运动模块不是必需的。
因此在改进方案中提供了这样的可能性，通信装置的模块可单独更换为具有其它特征的模块，但优选地具有相同或适合的安装尺寸。
在改进方案中可设置为，在根据本发明提出的通信装置的情况中，从具有相同功能和相同或适合的安装尺寸的多个模块中选择至少一个模块，优选地机械自持的模块。
根据本发明，可设置为使至少一个模块作为机械分开的构件实现，该构件设计为使得其可机械地且功能性地联接至指定的相邻模块。
取决于所使用的构件，在根据本发明的改进方案中，可设置为使能量管理模块或传送器模块具有功率匹配单元。所述功率匹配单元意图用于使由能量转换器供给的电能匹配传送器模块的电子器件的要求，并且可选地还匹配活动传感器的要求。
这里所指的类型的通信装置可用作用于测量值的传送器。如果待测量的值不直接产生旋转运动，那么在改进方案中可能使传送器模块具有用于测量传感器的连接可能性。这使得功率匹配单元负责所述传感器也变得有意义，如果其也是需要电功率来操作的传感器的话。
在本发明的另一配置中，用于机械地产生旋转运动的装置可具有弹簧加载的按钮，该按钮的弹簧加载用于恒定地将按钮设定在起动位置。利用这种按钮，可能检查例如装置状态的变化，例如活门的打开或闭合。
在改进方案中，按钮可作用在曲柄传动上，从而产生旋转运动。
在线性促动的情况下，用于产生旋转运动的另一可能性可能是使用齿条。
当然，用于产生旋转运动的另一可能性还可能是使用涡轮，其通过流(例如空气流或水流)起作用。
在改进方案中，用于产生旋转运动的装置还可具有传动机构，其具有齿轮传动或减速齿轮。
具体地说，在用于产生旋转运动的按钮的情况中，可设置为使所述装置具有自由飞轮，其具有不可逆向的棘轮，使得较长持续的旋转运动可通过多次促动按钮产生。
在本发明的另一改进方案中，可设置为使转换器模块具有转子和定子，转子具有至少一个永久磁铁，并且定子通过空隙与转子分隔开，并具有至少一个线圈。
由于永久磁铁的数量和设计以及线圈的数量和设计原因，由转换器模块供给的电功率可在很宽的限制范围内变化。
作为示例，转子可具有交替极化的永久磁铁，并且定子线圈的数量和尺寸可与永久磁铁的数量和尺寸相同。
在本发明的改进方案中，该至少一个线圈可容纳在印刷电路板上。印刷电路板可设有用于能量管理模块和/或用于传送器模块的插入位置。
在本发明的另一配置中，可设置为使机械地设定成旋转运动的构件是转换器模块的转子。
在本发明的改进方案中，能量管理模块具有印刷电路板，在其上设置了转换器模块，并且其具有用于传送器模块的插入位置。
根据本发明，如本申请中已描述的那样，通信装置可用作信号发生器。因此，促动(例如按钮的促动)提供了待无线传送的信号。另外，在旋转运动由涡轮或风力涡轮产生的情况下，旋转本身可能就是信号，例如如果存在待查问的流运动。
根据本发明，如本申请中已描述的那样，通信装置可用于传送测量的传感器值。在这种情况下，机械地产生的旋转运动仅仅用于到传送器模块和可选地传感器的功率供给。
本发明也提出了一种装置，其被设计为用于机械地产生用于通信装置的旋转运动的模块。
本发明也提出了一种用于通信装置的转换器模块，其包含转子和定子，转子具有至少一个永久磁铁，并且定子通过空隙与转子分隔开，并具有至少一个线圈。
本发明还提出了一种用于通信装置的能量供给模块，其包含一种装置以及转换器模块，该装置被设计为用于机械地产生旋转运动的运动模块，该转换器模块用于将旋转运动的旋转能量转换成电能。
由于本发明提出的能够实现高的能量密度的模块化结构和转换器模块，该通信装置具有许多和各种应用领域。
本发明的进一步的特征、细节和优点从权利要求和摘要、从以下对本发明的优选实施例的描述并参照附图显现出来，权利要求和摘要两个部分的文本都通过引用而并入说明书中。各个所示实施例的单独的特征可在不超出本发明的范围的情况下彼此以任何方式组合。在图中：
图1示意性地显示了用于利用按钮产生旋转运动的装置；
图2显示了与图1相对应的具有齿轮传动的图示；
图3也示意性地显示了用于利用曲柄传动产生旋转运动的装置；
图4显示了通信装置的几何形状；
图5示意性地显示了由三个模块构成的通信装置的结构；
图6显示了根据本发明的通信装置的转换器模块的转子的端视图；
图7显示了转换器模块的定子的端视图；
图8显示了本发明的通信装置的转换器模块的简化的侧视图；
图9显示了与用于产生旋转运动的图1-图3的模块相对应的图示；
图10显示了根据本发明的另一实施例的通信装置的示意性分解图；
图11显示了从上面倾斜看去的图10的通信装置的视图；
图12显示了根据本发明的另一实施例的通信装置的示意性侧视图；以及
图13显示了从上面倾斜看去的图12的通信装置。
图1示意性地描述了用于产生旋转运动的装置。该装置包含齿条1，其可移动地安装在模块中。齿条1在其自由端具有按钮2。其通过压缩弹簧3移动到所示位置，该压缩弹簧被支撑对靠外壳壁4。齿条1用其排齿与齿轮5相接合。齿轮5通过指示的自由飞轮6连接至盘7。当利用按钮2将齿条1移动至图1的左边时，盘7通过齿轮5设定成旋转。如果按钮2被释放，齿条1返回所示位置。在这种情况下，盘7借助于自由飞轮脱离齿条1。这样，通过按压多次可产生盘7的较长持续的旋转运动。
在图2中所示的实施例中，齿条1与齿轮8接合，该齿轮8以旋转固定的方式连接至更大的齿轮9。所述更大的齿轮9然后与之前实施例的齿轮5相接合。由于这两个齿轮8、9的中间连接，形成了齿轮传动，其结果是在齿条1的相同行程的情况下盘7设定成更快地旋转。
在图3所示的实施例中，同样提供了按钮2，其在模块内可移动地引导，并且借助于压缩弹簧3设定在起动位置。具有按钮2的杆10的带角度的末端通过连接杆11连接至转轮12，其中连接杆11偏心地铰接在转轮12上。转轮12以旋转固定的方式连接至更大的转轮13，所述更大的转轮的外周与转轮15相接合，转轮15与齿轮5相对应。在所示的示例中，在转轮13和15之间存在摩擦接合。除此之外，转轮15的旋转又通过自由飞轮导致盘7的旋转。图3中所示的实施例因此描述用于盘7的曲柄传动。
图4示意性地显示了根据本发明的一个示例性实施例的通信装置的尺寸和几何形状。由三个部件组成的通信装置封装在长方体中，如图4中所示。长方体的厚度在大约10-20mm的范围内，而两个其它尺寸的边缘长度在大约50mm的区域中。
然后图5显示了这种通信装置的侧视图。按钮2从长方体的侧面突出来。按钮的行程大约是2-10mm。按钮2通过机械构件16使盘7旋转。
然后图6显示了转换器模块的一部分的端视图，也就是说，该模块将由第一模块产生的盘7的旋转运动转换成电能。这表现为图6中的转子。盘7形成转换器模块的转子的轭架。其由软磁性材料组成。永久磁铁17、18固定至轭架，该永久磁铁的磁极以交替相反的方式定向。在所示的示例中，存在八个永久磁铁。它们在图6的平面图中具有圆形截面形状。
转换器模块包含定子，其与图6的转子协作，并在图7的端视图中显示。定子包含在轭架19上由软磁性材料组成的八个线圈20，其各自缠绕在由磁性材料组成的核芯周围。线圈20的数量和尺寸与容纳在定子7上的永久磁铁17、18的数量和尺寸相对应。
图8显示了由图6的转子和图7的定子组成的装置的侧视图。在图6和图7中可见的侧部彼此相对，并且在这两个部件之间形成了空隙21。
由转换器模块供给的电压取决于旋转速度、永久磁铁和线圈的数量、线圈上的绕组数量、所使用的材料、空隙的尺寸以及当然装置整体尺寸。
图9显示了用于产生旋转运动的另一示例。在这种情况下，风力涡轮22(所示的示例中的三叶风力涡轮)连接至转子7。所述风力涡轮22用作涡轮的一个示例。当然，其它形式的涡轮和风力涡轮是可能的。这种类型的旋转运动的产生适合于例如风力始终盛行的环境。
然而，如图9中所示的装置还可用于指示空气流或液体流的存在。
图10的图示示意性地显示了根据本发明的通信装置30，其具有运动模块31和转换器模块32，其中运动模块31和转换器模块32设置在公共轴33上。围绕轴33的旋转运动通过运动模块31产生，然后通过转换器模块32将该旋转运动转换成电能。轴33设置为设在功率管理模块34的印刷电路板上。在图10的图示中，所示的轴33以某种方式升离功率管理模块34，并且虚线意图指示在轴33和功率管理模块34之间提供的连接。
在功率管理模块34中，由转换器模块32供给的电能根据预定的边界条件转换。由转换器模块32供给的电压例如在能量管理模块34中升高和调整。AC电压由转换器模块32供给，该AC电压通过旋转的转子感应，该转子具有永久磁铁和与旋转的永久磁铁相对的固定线圈。所述AC电压首先在能量管理模块34中通过变压器升高至少许伏的值。然后，该电压通过DC-DC转换器整流和调整至所需的值。由转换器模块32供给的AC电压可按例如100的系数升高。调整后的具有例如1.8伏或3.3伏的值的DC电压作为能量管理模块34的输出电压供给，并且然后提供给传送器模块35。
传送器模块35然后可传送信息项目，例如测量值信号。信号然后可传送给例如中心工作站或合适的控制器，例如电机控制器。传送器模块35设置为插入到能量管理模块34的印刷电路板上的插入位置(图10中未显示)。这在图10中通过传送器模块35和能量管理模块34之间的虚线指示。
图11显示了从上面倾斜看去的图10的通信装置30的视图；可看到通信装置30的紧凑结构。模块化结构的显著优点是单独的模块31、31、34和35不仅可更换为具有其它特性的模块，而且特别是可使用市场上常用的模块。作为示例，市场制备的系统可用作能量管理模块34，例如来自德州仪器公司(Texas Instruments)的MSP430或来自线性电路技术公司(Linear Technology)的LTC31xx或LTC35XX。另外，可在市场上得到的系统可用作传送器模块，例如Semtech SX1230或传送器模块ZIGBEE。传送器模块可在例如315MHz、434MHz、868MHz或915MHz的频率下传送信号。所述系统的范围通常高达100m。传送的信号可为关于运动模块31处产生的动能(例如如果运动模块31具有涡轮时)的消息以及关于待发送流速的消息。然而，传感器还可连接至传送器模块35或能量管理模块34，然后该传感器的信号通过传送器模块35传送。
图12显示了根据本发明的另一通信装置40的示意性侧视图。运动模块41和转换器模块42设置在公共轴43上。运动模块41产生旋转能量，该旋转能量然后被转换器模块42转换成电能。在所示的实施例中，转换器模块42具有转子44，该转子围绕轴43旋转，并具有多个永久磁铁。通过转子44的旋转在线圈45中感应电压。线圈45设置在印刷电路板46上，并例如印刷在所述印刷电路板46上。线圈45中感应的电压然后通过印刷电路板46上的导线迹线传递给功率或能量管理模块47。考虑到预定的边界条件，能量管理模块47然后提供合适的电能供给到传送器模块48。
在图13的图示中可看出能量管理模块47和传送器模块48插入到印刷电路板46上的插入式连接器(未显示)中。结果，能量管理模块47可被简单地插上并且不需要额外的连接线，因为电能的传输通过印刷电路板46上的导线迹线来完成。传送器模块48以相同的方式插上，其中传送器模块48可插到能量管理模块47上或者同样插入到印刷电路板46上的合适的插入式连接器中，其中能量管理模块47然后通过印刷电路板46上的插入式连接器提供用于传送器模块48的操作所需的能量。如已经提到的那样，不仅线圈45印刷在印刷电路板46上，而且用于所述线圈45的整个布线都印刷在印刷电路板46上。根据本发明的通信装置40的结构由此得到显著地简化，如果需要，单独的模块可很容易地更换为具有不同特性的其它模块。

Claims (20)

1.一种通信装置，包括
-转换器模块，其用于将动能转换成电能，
-连接至所述转换器模块的能量管理模块，其用于根据由所述转换器模块提供的所述电能产生的预定边界条件提供电能，以及
-用于传送信息的传送器模块；且
-其中，所述转换器模块具有转子(7)和定子(19)，所述转子(7)具有至少一个永久磁铁(17,18)，并且所述定子(19)通过空隙与所述转子(7)分隔开，并具有至少一个线圈(20)；
-其中，所述至少一个线圈提供在印刷电路板上；且
-其中，带有所述至少一个线圈的所述印刷电路板具有用于所述能量管理模块的插入位置和用于所述传送器模块的插入位置，且
-其中，所述通信装置还包括用于机械地产生运动的运动模块，其中所述运动模块连接至所述转换器模块，并且所述转换器模块将所述运动模块中产生的运动转换成电能，且其中，所述运动模块和所述转换器模块设置在设于所述印刷电路板上的公共轴上。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述模块可单独地更换为具有其它特性并且具有相同的或适合的安装尺寸的模块。
3.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，所述能量管理模块具有功率匹配单元。
4.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，所述传送器模块具有用于传感器的连接。
5.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，所述装置具有用于产生旋转运动的弹簧加载的按钮(2)。
6.根据权利要求5所述的通信装置，其特征在于，所述装置具有连接至所述按钮(2)的曲柄传动。
7.根据权利要求5所述的通信装置，其特征在于，所述装置具有连接至所述按钮(2)的齿条(1)。
8.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，所述装置具有通过流起作用的涡轮以用于产生旋转运动。
9.根据权利要求5所述的通信装置，其特征在于，在所述模块中具有齿轮传动机构以用于产生所述旋转运动。
10.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，所述装置具有不可逆向的棘轮和自由飞轮(6)。
11.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，旋转运动是所述转换器模块的所述转子(7)的旋转运动。
12.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，所述能量管理模块具有印刷电路板，所述印刷电路板上设置了所述转换器模块，并且所述印刷电路板具有用于所述传送器模块的插入位置。
13.根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，所述动能是旋转能量。
14.利用根据权利要求1至13中任一项所述的通信装置作为信号发生器。
15.利用根据权利要求1至13中任一项所述的通信装置传送测量的传感器值。
16.用于根据权利要求1至13中任一项所述的通信装置的能量供给模块，包括
-设计为运动模块的装置，其用于机械地产生运动，和
-转换器模块，其用于将所述运动的动能转换成电能。
17.根据权利要求16所述的能量供给模块，其特征在于，所述运动模块产生的运动是旋转运动。
18.根据权利要求16所述的能量供给模块，其特征在于，所述动能是旋转能量。
19.用于根据权利要求1至13中任一项所述的通信装置的转换器模块，其包括转子(7)和定子(19)，所述转子(7)具有至少一个永久磁铁(17,18)，并且所述定子(19)通过空隙(21)与所述转子(7)分隔开，并具有至少一个线圈(20)。
20.根据权利要求19所述的转换器模块，其特征在于，所述定子(19)具有多个线圈(20)。
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