CN110050470A - 采用nfc技术的交流发电机电压数字调节器 - Google Patents

Abstract

一种用于旋转电机的电子装置特别地交流发电机电压调节器或变速驱动器，包括电子电路和有线总线，该有线总线用于与外部交换信息，所述电子装置的特征在于如下事实：总线由固定至电子电路的卡片(50)并且经由无线链路与电子电路的卡片(50)通信的接口模块限定。

Description

采用NFC技术的交流发电机电压数字调节器

本发明涉及用于控制和/或调节旋转电机的电子装置，并且尤其地但不排他地涉及交流发电机数字电压调节器。

NFC技术是符合各种标准诸如CEI-18000-3、ISO/CEI 14443和CEI 18092的射频非接触式通信技术，NFC技术在电话领域尤其地在移动领域非常普遍，并且在支付卡和交通卡领域也非常普遍。

NFC技术的应用领域各不相同，并且已经解决了若干问题区域以使该技术更加稳健和可靠。然而，在旋转电机领域中，尤其地在低电压或中电压交流发电机领域中，该技术仍然极少使用。

交流发电机是被设计成连接至负载或连接至电线源的旋转机。常规地，交流发电机的输出参数诸如电流或电压由电压调节器经由励磁电感器的励磁电流的调节来控制。励磁电流使得能够在励磁器电枢中产生电压，该电压经由旋转二极管桥被整流，以便为主机的旋转励磁器提供电力。因此，旋转励磁器成为由定子的主绕组感测到的磁通量的源，以生成负载或线源所需的输出信号。

已知的交流发电机数字电压调节器是使用例如USB、CANBUS和以太网类型的端口来与外部交换数据等的通信模块。当交流发电机在操作中时，该领域中的安全规则施加足够的隔离级别以保护连接至数字调节器的用户。这使调节器的制造复杂化并且使其成本增加。

因此，需要进一步改进配备旋转电机的电压调节器和其他通信设备，以尤其地简化它们的制造，同时为用户提供所需的保护。

本发明借助于一种用于旋转电机的通信电子装置，尤其地交流发电机电压调节器或变速器来满足这种需求，该通信电子装置包括电子电路和有线端口，该有线端口使得能够与外部交换信息，所述通信电子装置的特征在于，有线端口由刚性地固定至电子电路的板并且经由无线链路与电子电路的板通信的接口模块限定。

借助于装置本身内的无线通信，本发明使得能够克服上述物理隔离的约束，同时保证所需的安全级别。

电机可以是交流发电机。

调节器可以尤其地提供对交流发电机的保护，以防止可能导致交流发电机的损坏的潜在故障诸如过载和过励磁。

装置可以被配置成使得能够通过密码锁定数据，以使可访问数据安全并且通过特定于该装置的安全码的访问来确保对调节器的保护。

板可以容纳在外壳内，尤其地可以容纳在由热塑性材料制成的可能被加固的外壳内，并且然后接口模块优选地包括固定至该外壳上的壳体。板可以被埋置于浇注至外壳中的树脂中。

接口模块的壳体可以通过任何方式固定至板上或上述外壳上。优选地，接口模块的壳体包括接合在外壳的相应孔中的销，尤其地铆接在这些孔中的销。这些孔可以形成在外壳的边缘上。

接口模块与装置的通信模块通信。优选地，板包括连接至该通信模块的天线并且接口模块包括被设置成面向板的天线的天线。

优选地，接口模块和通信模块是NFC类型。这使得能够使用专用于这种类型的技术的部件，并且利用接口模块与通信模块之间的高可靠性通信的优势，尽管存在周围的电磁场。

接口模块包括至少一个连接器，尤其地USB类型的连接器，该连接器使得能够连接至电缆，该电缆例如连接至计算机。

装置尤其地交流发电机数字电压调节器可以包括主微控制器，该主微控制器的DC电力供应可以经由连接至接口模块的电缆尤其地连接至计算机的电缆来提供，或者经由配备有装置的机器尤其地当机器是交流发电机时产生的电压来提供。

当电机是交流发电机并且装置是调节器时，该调节器可以被配置成用于经由接口模块将以下传输至外部装备尤其地计算机：来自连接至交流发电机的传感器的信息，尤其地与温度、振动、电流和励磁电压有关的数据，并且特别地交流发电机的所有电参数。

装置的上述板可以包括附加的天线，该附加的天线使得能够在短路时消除由用于与接口模块交换数据的天线感测到的电磁场。这可以防止在从由通信模块供电至由电机供电的过渡阶段期间由通信模块接收数据和为装置供电。

本发明的另一主题是一种用于与根据本发明的配备旋转电机的电子装置交换数据的方法，尤其地用于配置该装置、控制该装置和记录包含在该装置中的信息或更新该装置的固件的方法，其中，计算机通过电缆连接至接口模块并且经由接口模块与装置交换数据。

在此连接期间，电机可以打开或关断。如果电机是关断的，则接口模块可以经由天线的耦合将能量发送至装置，并且因此使得能够操作装置的主微控制器，尽管机器是关断的。

根据优选的实施方式的一个特征，附加的天线在瞬态阶段期间短路，在所述瞬态阶段期间，装置接收由连接至计算机的接口模块传输的能量，并且在所述瞬态阶段期间，交流发电机的电压增加但仍不足以经由接口模块从电力供应接管。这使得装置的两个电力供应源之间能够灵活过渡。

本发明的又一主题是一种根据本发明的配备有装置的旋转电机，尤其地交流发电机，所述装置尤其地用作用于交流发电机的数字电压调节器。

通过阅读跟随后面的实现方式的非限制性示例的描述并且在检查附图时，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：

图1是根据本发明的装置的一个示例的电子电路的示意性透视图，

图2是图1中的电路的分解图，

图3示出了接口模块与用于容纳印刷电路板的外壳之间的机械配合的细节，

图4单独示出了图3中的外壳，

图5至图7示出了构成接口模块的元件，

图8是根据本发明的配备有装置的旋转机的电路图，

图9示出了图8中的电路图的细节，

图10是接口模块的电路图，以及

图11是接口模块的一个变型实施方式的类似于图10的视图。

图8示出了根据本发明的配备有通信装置17的旋转电机的电路图，该通信装置17在这种情况下是数字电压调节器。

在本示例中，旋转机是被设计成连接至负载或连接至电线18的交流发电机。

交流发电机的输出参数诸如电流或电压由电压调节器17通过调节励磁电感器11的励磁电流来控制。励磁电流使得能够在励磁器电枢12中产生电压，该电压经由旋转二极管桥13被整流，以便为主机的旋转励磁器14供电。因此，该旋转励磁器成为由定子15的主绕组感测到的磁通量的源，为负载或线18提供电力。

调节器17与工业中通常遇到的各种类型的励磁兼容。

调节器17在图9中更具体地示出。

调节器17的操作，尤其地调节和保护策略连同辅助功能一起，由主微控制器21提供，主微控制器21执行存储器中的程序。

调节器17的电力部分22使得确保正确调节所需的电流能够被供应至励磁电感器11。

微控制器21接收测量结果25和来自调节器17的输入和输出26的信息。

输入和输出26专用于接收和发送模拟信号或数字信号，而不限于数目或功能。

测量结果25主要涉及电压和电流，在相关的情况下连同一个或更多个辅助传感器19诸如温度传感器或转速传感器一起。在相关的情况下，微控制器可以接收关于驱动交流发电机的轴的装备诸如热力发动机的信息。该信息使得主微控制器21不仅能够确保电压的适当调节而且能够确保对交流发电机的充分保护。还可以在调节器17中执行数据的记录和事件日志的记录。

根据本发明，调节器17的电子电路包括经由匹配电路27连接至天线24的通信模块23。该通信模块23配备有微控制器，该微控制器使得能够与主微控制器21进行数据交换。

在本示例中，调节器17包括可见于图2和图3中的印刷电路板50，印刷电路板50承载调节器17的大部分电子部件，并且特别地承载通信模块23和天线24。

通信模块23经由天线24与接口模块4通信，接口模块4具有其自己的天线45，并且在图10中给出了接口模块4的电路图。

通信模块23和接口模块4优选地是使用NFC技术的通信模块。

如图5至图7中所示，接口模块4包括承载连接器201的印刷电路板200，连接器201限定有线端口例如USB端口类型的有线端口。

板200容纳在包括下外壳203和上外壳204的壳体202中，上外壳204可以借助于弹性可变形附接脚205通过例如卡扣配合固定至下外壳上。

上外壳204具有用于连接器201的通道的开口206。

板200承载天线45，并且壳体202以天线24和天线45基本上叠置的方式置于板50的顶部。

板50容纳在外壳210内，外壳210形成例如调节器17的支架，并且在图4中已经单独示出外壳210。

在外壳210的底侧上，外壳210在其底壁211上包括定位凸耳212，板50连同突出部214一起靠置在定位凸耳212上，从而保证正确对准。外壳的周壁217在顶部处通过边缘218朝向外部延伸，凸耳212也连接至周壁217。

在本示例中，壳体202被配置成固定至外壳210上，并且更具体地，固定至其边缘218上。通过与下外壳203一起模制并且插入到形成在边缘218上的相应孔223中的两个螺柱220来确保这种固定。根据所使用的材料，螺柱220的在边缘218下方突出的端部可以经受冷变形或热变形，以确保螺柱220保持在外壳210上。

可以使用用于将模块4的壳体固定至外壳210和/或板50上的其他技术诸如例如卡扣配合、铆接、压接、力配合、焊接、粘合剂粘结、螺纹连接、滑块安装。

在图10中的示例中，模块4是例如只允许例如通过计算机配置调节器17以及实时观察参数的简化版本。

模块4中的提供NFC功能的单元44可以经由天线45通过负责调节电信号的匹配电路40接收能量和数据。数据和能量也可以通过接口41来自计算机；在这种情况下，匹配电路可以起到将该数据转换成由调节器17的天线24可解释的电信号的作用。

接口41优选地是USB类型或RS232类型，但是使用另一类型的通信端口仍然在本发明的范围内。

在图11中的变型中，模块4包含使得模块4的功能能够扩展的附加的微控制器42。例如，CAN总线J1939或CANOpen类型的通信协议借助于该微控制器实现，并且也借助于任何其他类型的现场总线实现。该模块4的接口41可以由一个或更多个有线通信端口组成。

本发明提供了使用模块4更新电压调节器的固件的可能性。

本发明提供的另一功能是经由配备有NFC技术和专用应用的电话读取数字电压调节器的参数。

调节器17由电力供应供电，该电力供应传送仅在交流发电机供应足够的电压时所需的电压。

板50可以包括附加的天线300，附加的天线300叠置在天线24上，并且调节器17可以选择性地短路以消除来自模块4的场。

具体地，天线300暂时短路几毫秒，以便执行在交流发电机不传送为模块23适当地供电所需的电压而是模块23从模块4接收其能量的状态与由交流发电机供应的电压足以确保模块23的操作的状态之间的干净过渡。

这使得当切换到使用来自交流发电机的电压产生的电力供应时调节器17与例如经由模块4连接至调节器17的计算机之间的通信损失能够得到管理。

本发明不限于刚刚已经描述的示例。

具体地，例如，模块4可以直接地固定至板50上。

本发明适用于除交流发电机之外的旋转电机。

Claims (13)

1.一种用于旋转电机的电子装置(17)尤其是交流发电机电压调节器或变速器，所述电子装置(17)包括电子电路和有线总线，所述有线总线使得能够与外部交换信息，其特征在于，所述总线由刚性地附接至所述电子电路的板(50)并且经由无线链路与所述电子电路的所述板(50)通信的接口模块(4)限定。

2.根据权利要求1所述的装置，所述板(50)容纳在外壳(210)内并且所述接口模块(4)包括固定至所述外壳(210)上的壳体(202)。

3.根据权利要求2所述的装置，所述接口模块(4)的所述壳体(202)包括接合在所述外壳(210)的相应孔(223)中的销，尤其地铆接在这些孔中的销。

4.根据权利要求3所述的装置，所述孔(223)形成在所述外壳(210)的边缘(218)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述接口模块(4)与所述装置的通信模块(23)通信，所述板(50)包括连接至所述通信模块(23)的天线(24)并且所述接口模块(4)包括被设置成面向所述板(50)的所述天线(24)的天线(45)。

6.根据权利要求5所述的装置，所述接口模块(4)和所述通信模块(23)是NFC类型。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述接口模块(4)包括连接器(201)，尤其是USB类型的连接器(201)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括主微控制器(21)，所述主微控制器(21)的DC电力供应能够通过连接至所述接口模块(4)的电缆尤其是连接至计算机的电缆来提供，或者通过由配备有所述装置(17)的机器尤其是当所述机器是交流发电机时产生的电压来提供。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述电机是交流发电机并且所述装置是调节器(17)，所述调节器(17)被配置成用于经由所述接口模块(4)将来自连接至所述交流发电机的传感器(19)的信息传输至外部装备尤其是计算机，所述信息尤其是与温度、振动、电流和励磁电压有关的数据并且特别是所述交流发电机的所有电参数。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述板(50)包括附加的天线(300)，所述附加的天线(300)使得能够在短路时消除由用于与所述接口模块(4)交换数据的所述天线(24)感测到的电磁场。

11.一种配备有诸如前述权利要求中任一项所限定的装置的旋转电机，尤其是交流发电机。

12.一种用于与诸如权利要求1至10中任一项所限定的配备旋转电机的电子装置(17)交换数据的方法，尤其是用于配置所述装置、控制所述装置和记录包含在所述装置中的信息或更新所述装置的固件的方法，其中，计算机通过电缆连接至所述接口模块(4)并且经由所述接口模块(4)与所述装置交换数据。

13.根据权利要求10和12所述的方法，所述机器是交流发电机并且所述装置是调节器，其中，所述附加的天线(300)在瞬态阶段期间短路，在所述瞬态阶段中所述调节器接收由连接至所述计算机的所述接口模块(4)传输的能量，并且在所述瞬态阶段中所述交流发电机的电压增加但不足以经由所述接口模块(4)从所述电力供应接管。