CN1335917A - 向气动装置中或该装置上的用电器供给电能的方法及装置 - Google Patents

向气动装置中或该装置上的用电器供给电能的方法及装置 Download PDF

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Abstract

发明提出向气动装置(10)中或该装置上的用电器供给电能的方法及装置,其中该气动装置(10)通过空气导管(13)连接到一个压力源(12)。能量向气动装置(10)的传输是通过空气导管(13)借助声波,微波,空气导管(13)中的压力变化或气体流进行的。该传输能量变换为供电的电能是在气动装置(10)中或该装置上实现的。由此可省去供电用的电导线及能量传输仅在空气导管(13)中进行。

Description

向气动装置中或该装置上的用电器 供给电能的方法及装置
本发明涉及向气动装置中或该装置上的用电器供给电能的方法及装置，其中该气动装置通过空气导管连接到一个压力源。
为了控制动力装置，如阀装置、汽缸、传动装置及类似装置，一方面需要将压力空气通过空气导管输送，及另一方面需要输送电能及电控制信号的电输送导线及必要时需要回馈传感器信号的回馈导线。如果在一个气动装置上设有多个控制装置，如阀、多个传感器，则需要相应地增加电导线的数目，这经常地引起混乱的电线布置及过高的安装、维护及修理成本。
由DE 195 26 459公知了在由多个阀组成的阀站上通过一个母线控制的母线站，通过它也可进行传感器的回馈，但这里也需要附加供电导线及空气导管，以致这里的安装成本不会低。
由DE 31 47 339 A1，DE32 09 189 A1或DE 41 26 403 C2虽然公知了通过金属管道网借助超声波传输控制数据或传感器数据，但不传输供电能量，此外，该方法不能用于通常由塑料材料作的空气导管。
因此，本发明的任务是，建立一种方法及装置，通过该方法或装置可显著地减少受控制的气动装置的连接导线的数目并可简化安装。
根据本发明该任务将通过独立权利要求1及8的特征方案来解决。
根据本发明的装置的优点尤其在于，通过已有的空气导管也同时传输用于气动装置中用电器所需的供电能量，由此可省去与此相关的导线。在此情况下通过气态介质或导管的传输将借助声波、微波、压力变化或借助压力加载的气态介质的流动能量来进行。由于该原因能量的传输也可在通常使用的塑料导管中实现。向供电能量的转换是直接在气动中上或该装置中进行的。
通过从属权利要求中所述的措施可实现权利要求1中给出的方法及权利要求8中给出的装置的进一步有利变型及改进。
在一个有利的构型中，在气动装置中使用空气导管中的气态介质的压力来驱动带有发电机的微型涡轮机，即压力加载的气态介质的流动能量将直接地在气动装置中或该装置上被转换成供电能量。
在本发明的一个替换构型中，在气动装置中声波或压力变化借助压电效应或电容性或电感性转换方式至少部分地被转换成供电的电能。为了转换声波或压力变化，在此情况下使用压电转换器、电容性或电感性转换器或活塞振动装置是合乎要求的。这样一种转换器或活塞振动装置最好也设在通过空气导管与气动装置相连接的控制和/或数据接收装置中，用于将电能转换成在空气导管中输送的声波或压力变化。
在电子控制和/或数据接收装置及气动装置之间的控制信号和/或传感器信号的传输也可有利地通过空气导管借助声波信号，微波，或压力变化进行。为此最好设置不同的频率和/或信号序列和/或调制和/或压力脉冲序列，其中传输尤其是双向进行的，以便也能反馈传感器信号。
为了进行控制信号和/或传感器信号的传输，该控制和/或数据接收装置及气动装置设有至少一个第一转换器，用于将电信号转换成声波信号或压力变化，及设有至少一个第二转换器，用于将声波信号或压力变化转换成电信号。为了双向数据传输，无论是控制和/或数据接收装置还是气动装置均设有第一转换器及第二转换器，其中第一转换器及第二转换器也可构成组合的双向转换器。为了实施，此处主要是适合应用压电转换器，但电感性或电容性的转换器也适用。
有利地，用于提供供电能量的转换器与用于在声波信号或压力变化及电控制和/或传感器信号之间转换的转换器是相同的，因为通过该实施方式可最佳地充分利用该双重功能。
在一个替换的实施形式中，在电子控制和/或数据接收装置及气动装置之间的控制信号和/或传感器信号的传输也可无线地进行，尤其是通过无线电或红外线信号、或通过一个设在空气导管中或它们上或与其成整体的光导体来实现。在后一情况下，合乎要求地，控制和/或数据接收装置及至少一个气动装置各设有一个光发送器和/或光接收器。
为了能连续地供给电能，例如也可短时地供给较高的能量，可有利地设有一个储能装置，尤其是电容器或蓄电池，用于存储在气动装置中或该装置上产生的供电能量。
在气动装置中或该装置上尤其设有一构成微计算机的转发器，它用于以有利方式将传输的信号转换成用于至少一个控制装置、如气动装置中阀的控制信号和/或将传感器信号转换成待传输的信号。
控制和/或数据接收装置最好被构成连接在数据母线上的母线站。在此情况下，在母线站上可通过空气导管直接地或通过分支管与多个气动装置相连接。
在较大的系统中，也可使多个母线站连接在数据母线上，它们各与至少一个气动装置相连接。
合乎目的地，至少一个转换器、用于提供供电能量的装置被组合一体在气动装置中，以形成紧凑的结构，对于整体装配则仅需要通过单个空气导管连接即可。
本发明的实施例被表示在附图中及在以下的说明中详细地描述。其附图为：
图1：用于在母线站及气动工作缸之间传送数据的装置的电路框图，
图2：与图1类似的装置的细节图，该装置具有用于制备气动工作缸中供电能量的一个微型涡轮机，
图3：通过三个母线站驱动三个气动工作缸的概要示图，
图4：一个类似的装置，其中三个气动工作缸连接在一个母线站上，及
图5：与图4类似的示图，其中一个母线站的一个端子通过支路被引导到三个气动工作缸。
在图1所示的本发明实施例中，一个气动工作缸10通过电数据母线11、例如一个场母线来控制。一个气动压力源12通过一个例如由柔性塑料材料构成的导管13与气动工作缸10相连接。在气动工作缸10的壳体14的一个端部区域中整体地构有两个阀15，16；它们例如构成3/2通路阀。对此亦可替换地譬如使用4/3通路阀。这两个阀15，16一方面各与空气导管13及排气通道17相连接，另一方面各与一个运动活塞20两侧的两个工作缸室18，19中的一个相连接。
用于阀15，16的电控制信号通过一个电子控制及数据接收装置21的数据母线11传送。该装置包括一个与数据母线11相连接的母线站22，该母线站通过一个双向转换器23与空气导管13相连接。该双向转换器23例如构成压电式转换器，及将输入的电信号转换成相应的声波信号或音调振动，后者在导管13的气体状态的介质中传播及最后到达气动工作缸10中的一个相应的双向转换器24，在那里它又被转换成相应的信号。包含在电信号中的数据或是通过不同的频率、或是通过声波信号序列或相应的压力变化或在气态介质中压力冲击进行传输，所述不同频率可达到超声波频率及也可被调制。对此可替换地，例如也可通过微波进行该传输，它同样在气态介质中传播，其中则必需使用相应的微波转换器。
由双向转换器24产生的电信号将在壳体14中传送给一个微计算机25，在这里该信号被解码，及根据解码转换成用于两个阀15，16的相应控制信号。
对于微计算机的供电及阀15，16的直接或间接的供电，由转换器24产生的电信号的一部分在一个整流装置26中被整流并传送给一个储能装置27，后者例如构成电容器。通过该储能装置27可保证持续的供电，即使当此刻无信号通过导管13传来时或短时需要增高电流或用电时亦如此。在一个简化的实施形式中也可不使用储能装置27。
鉴于相对小的待供电电能，阀15，16譬如可构成多重预控阀装置，尤其可应用压电阀。
在这种气动汽缸10或另外的气动装置上以通常方式设置传感器，它们的传感器信号必需回馈给控制装置。在该实施例中表示出压力传感器28及用于检测活塞位置的位置传感器29。它们与微计算机25的输入端相连接，在微计算机中使相应的传感器信号数字化并编码，及以此方式传送给双向转换器24。在这里它被转换成相应的声波、音、或压力信号，及通过导管13传送到转换器23，在这里，它又被转换成电信号及这样地被传送给母线站22。该相应的信息在那里被数字化及通过数据母线11传送给一个未示出的主站，该主站譬如为一个PC。
当然也可以，在一个非中心化智能系统中使传感器信号也部分地在微计算机25和/或在母线站22中被全部或部分地求值，进一步处理或考虑用于控制。
当然也可以使用另外的解码及编码装置来取代微计算机25。
气动工作缸10的壳体14中的转换器24，微计算机25，整流装置26及储能装置27被组合在一个控制及数据传输装置30中，该数据传输装置譬如被构成可整体置换的或可由外部安装的单元。
通过导管13在两个方向上的数据传输例如可在确定的时间窗中进行或根据可变主辅系统的原理进行。并且供电能量的产生也可在时间窗中譬如与数据传输交替地进行，或在不进行数据传输的期间在储能装置27中进行能量储存，其中可由微计算机25来控制该过程。对此作为变换，也可持续地使用电信号的一部分来用于能量存储。
图2中表示控制及数据传输装置的一个替换构型31，它可替代控制及数据传输装置30来使用。其中相同或相同功能的部件或组件使用相同的标记及不再描述。这里供电能量不是由在气态介质中传输的声波信号或压力变化获得，而是用气态介质中的压力来驱动具有外加或整体微型发电机的微型涡轮机32。因为导管13持续由压力加载，该供电能量可持续地产生，由此可放弃使用储能装置，当然它仍可被设立。通过微型涡轮机32产生的电能将在一个电压整定电路33中被整定及供电给微计算机25及后联的驱动级34，以控制阀15，16。这种驱动级34当然也可设置在控制及数据传输装置30中。
也可使用另外的微型机械系统来代替微型涡轮机32产生电能，例如使用一种活塞振动装置。
在图3中所示的系统用于驱动三个气动工作缸10，40，70。控制及数据接收装置21及气动工作缸10以及其控制及数据传输装置30和其阀15，16与图1中(或图2)的装置相对应。受构成PC的主站35控制的数据母线11上连接着两个另外的控制及数据接收装置51和81，它们通过导管43，73与相应的控制及数据传输装置60，90及气动工作缸40，70相连接。气动工作缸40，70具有与阀15，16相对应的阀45，46或75，76。以此方式整个装置可以任意扩大。
对此也可变换地，根据图4所有气动工作缸10，40，70受一个控制及数据传输装置21的控制，为此在该装置上连接着三个空气导管13，43及73。在此情况下也可在图4中在电数据母线11上连接另外的控制及数据传输装置，它们又相应地控制多个气动工作缸或另外的气动装置和或接收其传感器信号。图5表示相对图4的一种变型，这里在控制及数据传输装置21上仅连接了空气导管43，而空气导管13及73通过分支件或T形件与该导管43相连接。
在这些实施例中所表示的气动工作缸10，40，70仅是用于举例的说明。也可使用另外的气动装置来取代它们或附加于它们，如使用区域阀，气动传动装置，维护装置或纯传感器装置，其中仅进行传感器信号回馈，但无有输送控制信号。
也可不使用所述的通过至少一个气动导管13，43，73传输控制和/或传感器信号的传输，该数据传输也可无线地进行，例如通过无线电或红外线信号、或通过一个设在空气导管13，43，73中或它们上或与其成整体的光导体来实现。在此情况下，相应的发送器和/或接收器被包括在电子控制和/或数据接收装置21，51， 81及气动装置10，40，70中。在光导体的情况下，例如光发送器和/或光接收器各设置在空气导管之连接点上。

Claims (26)

1.向气动装置中或该装置上的用电器供给电能的方法，其中该气动装置通过空气导管连接到一个压力源，其特征在于：能量向气动装置(10；40；70)的传输是通过空气导管(13；43；73)借助声波，微波，空气导管(13；43；73)中的压力变化或气体流进行的；及该传输能量变换为供电的电能是在气动装置(10；40；70)中或该装置上实现的。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：在气动装置(10)中使用空气导管(13；43；73)中的气态介质的压力来驱动微型涡轮机(32)。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：在气动装置(10)中声波或压力变化借助压电效应或电容性或电感性转换方式至少部分地被转换成供电的电能。
4.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：在一个电子控制和/或数据接收装置(21；51；81)及气动装置(10；40；70)之间的控制信号和/或传感器信号的传输是通过空气导管借助声波信号，微波，或压力变化进行的。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于：为了传输不同的控制或传感器信号设置了不同的频率和/或信号序列和/或调制和/或压力脉冲序列。
6.根据权利要求1至3中一项的方法，其特征在于：在电子控制和/或数据接收装置(21；51；81)及气动装置(10；40；70)之间的控制信号和/或传感器信号的传输是无线地进行的，尤其是通过无线电或红外线信号、或通过一个设在空气导管中或它们上或与其成整体的光导体来实现的。
7.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：该传输是在双向上进行的。
8.向气动装置中或该装置上的用电器供给电能的装置，其中该气动装置通过空气导管连接到一个压力源，其特征在于：在气动装置(10；40；70)中设有将通过空气导管借助声波，微波，气态介质的压力变化或流动能量传输的能量转换成供电的电能的装置。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于：为了将声波或压力变化转换成供电的电能设置了压电的、电容性或电感性的转换器(24)或一个活塞振动装置。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于：在一个通过空气导管(13；43；73)与气动装置(10；40；70)相连接的电子控制和/或数据接收装置中同样设有压电的、电容性或电感性的转换器(23)或一个活塞振动装置，用于将电能转换成输入空气导管中的声波及压力变化。
11.根据权利要求8的装置，其特征在于：为了将压力加载的气态介质的流动能量转换成供电的电能，在气动装置(10；40；70)中或该装置上设置了带发电机的微型涡轮机(32)。
12.根据权利要求8至11中一项的装置，其特征在于：设有一个储能装置(27)，尤其是一个电容器或蓄电池装置，用于存储在气动装置(10；40；70)中或该装置上产生的供电电能。
13.根据权利要求8至12中一项的装置，其特征在于：为了在一个电子控制和/或数据接收装置(21；51；81)及气动装置(10；40；70)之间通过空气导管(13；43；73)借助声波信号，微波，或导管(13；43；73)中气态介质的压力变化进行控制信号和/或传感器信号的传输，该电子控制和/或数据接收装置(21；51；81)及气动装置(10；40；70)设有至少一个第一转换器(23)，用于将电信号转换成声波信号或压力变化，及设有至少一个第二转换器(24)，用于将声波信号或压力变化转换成电信号。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于：控制和/或数据接收装置(21；51；81)设有第一转换器(23)，及气动装置(10；40；70)设有第二转换器(24)。
15.根据权利要求13的装置，其特征在于：为了双向数据传输，无论是控制和/或数据接收装置(21；51；81)还是气动装置(10；40；70)均设有两种类型的转换器(23，24)。
16.根据权利要求13的装置，其特征在于：第一转换器(23)及第二转换器(24)各被构成组合的双向转换器。
17.根据权利要求13至16中一项的装置，其特征在于：转换器(23，24)被构成压电转换器或电感性或电容性的转换器。
18.根据权利要求9或17的装置，其特征在于：用于提供供电能量的转换器(23，24)与用于在声波信号或压力变化及电控制和/或传感器信号之间转换的转换器(23，24)是相同的。
19.根据权利要求8至12中一项的装置，其特征在于：为了在控制和/或数据接收装置(21；51；81)及气动装置(10；40；70)之间进行控制信号和/或传感器信号的传输，这两个装置各设有通过红外光或无线电传输数据的装置。
20.根据权利要求8至12中一项的装置，其特征在于：为了在电子控制和/或数据接收装置(21；51；81)及气动装置(10；40；70)之间通过空气导管(13；43；73)进行控制信号和/或传感器信号的传输，这些装置被构成光导体或设有光导体，其中控制和/或数据接收装置及气动装置各设有一个光发送器和/或光接收器。
21.根据权利要求8至20中一项的装置，其特征在于：在气动装置(10；40；70)中或该装置上设有尤其是构成微计算机的转发器(25)，它被构造成用于将传输的信号转换成用于气动装置(10；40；70)中至少一个控制装置(15，16)的控制信号和/或将传感器信号转换成待传输的信号。
22.根据权利要求8至21中一项的装置，其特征在于：控制和/或数据接收装置(21；51；81)被构成连接在数据母线(11)上的母线站。
23.根据权利要求22的装置，其特征在于：在构成为母线站上的控制和/或数据接收装置(21)通过空气导管(13；43；73)与多个气动装置(10；40；70)相连接。
24.根据权利要求22或23的装置，其特征在于：多个构成为母线站的控制和/或数据接收装置(21；51；81)被连接在数据母线(11)上，它们各个与至少一个气动装置(10；40；70)相连接。
25.根据权利要求8至24中一项的装置，其特征在于：至少一个转换器(24)，用于提供供电能量的装置及转发器(25)被组合一体在气动装置(10；40；70)中。
26.根据权利要求8至25中一项的装置，其特征在于：空气导管(13；43；73)由柔性塑料材料构成。
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