ES2935310T3 - Aparato eléctrico de comunicación inalámbrica y armario eléctrico que comprende dicho aparato eléctrico - Google Patents

Abstract

Este aparato eléctrico (2) comprende una unidad de control electrónico (6) que comprende una interfaz de comunicación por radio (8) provista de una antena de radio plana interna (10) alojada en el interior de una primera carcasa del aparato eléctrico y que comprende un primer elemento radiante. El dispositivo (2) comprende además un elemento de acoplamiento desmontable (14) conectado a una antena de radio externa (16), estando provisto el elemento de acoplamiento de un segundo elemento radiante y siendo móvil entre una posición conectada con la carcasa del aparato eléctrico y una posición desconectado de la carcasa. En la posición conectada, el elemento de acoplamiento está dispuesto frente a la antena de radio interna mientras está separado de esta última por un elemento eléctricamente aislante, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato eléctrico de comunicación inalámbrica y armario eléctrico que comprende dicho aparato eléctrico

La presente invención se refiere a un aparato eléctrico de comunicación inalámbrica. La invención también se refiere a un armario eléctrico que comprende dicho aparato eléctrico.

La invención se aplica, en particular, a los aparatos de gestión de una corriente eléctrica, por ejemplo, los aparatos de protección y conmutación eléctrica o de medición, como los disyuntores o los contactores, o los aparatos de medición de una corriente eléctrica.

En la actualidad, estos aparatos eléctricos suelen estar equipados con un ordenador electrónico de a bordo y medios de comunicación inalámbricos. Esto permite controlar y supervisar el funcionamiento de estos aparatos a distancia. Típicamente, la comunicación entre el aparato eléctrico y el exterior se realiza mediante un enlace de radio de largo alcance, por ejemplo según un protocolo LoRa, SigFox, o incluso LTE o Wifi. Para ello, el aparato eléctrico incluye una antena de radio, que se encuentra en el interior del aparato.

El documento WO 2016/128668 A1 describe un ejemplo de aparato eléctrico que comprende una antena según el preámbulo de la reivindicación 1.

El problema surge cuando el aparato se instala en un armario eléctrico con paredes metálicas, como suele ocurrir en las instalaciones de distribución de electricidad industriales o domésticas. Las paredes metálicas dificultan la propagación de las ondas de radio, por lo que la comunicación entre el aparato y el mundo exterior se ve perjudicada o incluso es imposible.

Para superar esto, es conocido el uso de una antena de radio adicional, instalada fuera del armario eléctrico y conectada al aparato por una conexión por cable, como un cable coaxial. Para ello es necesario que el aparato eléctrico esté equipado con un conector, como un conector SMA, que permita la conexión de dicho cable.

Sin embargo, esta solución no es del todo satisfactoria, ya que existe un riesgo de electrocución para los usuarios. Esto se debe a que las instalaciones eléctricas a las que se conecta el aparato eléctrico suelen tener tensiones eléctricas elevadas, por ejemplo de 110 voltios o más o de 230 voltios o más. Los medios de comunicación por radio suelen estar alimentados eléctricamente a partir de estas tensiones eléctricas. En caso de un fallo de aislamiento eléctrico dentro del aparato, el conector puede estar expuesto accidentalmente a estas tensiones, lo que no es aceptable.

Para remediar esto, es posible equipar el aparato con un sistema de aislamiento galvánico. Sin embargo, esta solución impone una serie de limitaciones técnicas e industriales, sobre todo en términos de coste, tamaño y complejidad de fabricación del aparato eléctrico.

Además, en el momento de la fabricación del aparato eléctrico, no es posible saber qué uso le darán los usuarios. Si un usuario decide colocar el aparato en un armario eléctrico que no tenga una pared metálica, no será necesaria una antena externa y el aislamiento galvánico será superfluo. Esto significa que sería necesario proporcionar varias versiones de cada aparato eléctrico, dependiendo de si se va a utilizar con una antena externa o no. Esta solución no es aplicable en la práctica, ya que llevaría a multiplicar el número de productos de cada gama, lo que plantearía problemas de industrialización.

Por lo tanto, existe la necesidad de un aparato eléctrico de gestión eléctrica para ser instalado en un armario eléctrico y que permita la comunicación inalámbrica para superar los inconvenientes anteriores.

Para ello, la invención se refiere a un aparato eléctrico destinado a ser instalado en un armario eléctrico, comprendiendo este aparato eléctrico:

• un dispositivo para gestionar una corriente eléctrica;

• una unidad de control electrónico que comprende una interfaz de comunicación por radio provista de una antena de radio interna alojada dentro de una primera carcasa del aparato eléctrico;

el aparato eléctrico se caracteriza porque la antena de radio interna es una antena plana que comprende un primer elemento radiante,

porque el aparato eléctrico comprende además un elemento de acoplamiento amovible conectado a una antena de radio externa, estando el elemento de acoplamiento provisto de un segundo elemento radiante conectado a la antena de radio externa y pudiendo ser desplazado entre una posición conectada con la carcasa del aparato eléctrico y una posición desconectada de la carcasa,

porque, en la posición conectada, el elemento de acoplamiento está dispuesto delante de la antena de radio interna y está separado de ella por un elemento eléctricamente aislante, estando el segundo elemento radiante acoplado al primer elemento radiante para recibir la radiación electromagnética emitida por el primer elemento radiante;

y porque la antena de radio interna comprende un sustrato dieléctrico y un plano de tierra, estando el primer elemento radiante y el plano de tierra formados en caras opuestas del sustrato dieléctrico y el elemento de acoplamiento comprende un segundo sustrato dieléctrico y un segundo plano de tierra, estando el segundo elemento radiante y el segundo plano de tierra formados en caras opuestas del segundo sustrato dieléctrico.

congracias a la invención, el elemento de acoplamiento proporciona una conexión inalámbrica entre la interfaz de comunicación por radio y la antena externa, sin necesidad de un conector eléctrico cableado. Esto proporciona un medio sencillo de conectar una antena externa al aparato eléctrico, limitando al mismo tiempo el riesgo de electrocución para el usuario, esto sin necesidad de equipar al aparato eléctrico con un aislamiento galvánico.

Según aspectos ventajosos pero no obligatorios de la invención, dicho aparato eléctrico puede incorporar una o más de las siguientes características, tomadas solas o en cualquier combinación técnicamente admisible:

• El plano de tierra del elemento de acoplamiento tiene una capa metálica en forma de C.

• La carcasa del aparato comprende un alojamiento interno para recibir el elemento de acoplamiento cuando está en posición conectada y un volumen interno dentro del cual se aloja la antena interna, estando el alojamiento interno dispuesto frente a la antena interna y estando separado de la antena interna por una pared de dicha carcasa.

• El elemento de acoplamiento comprende una carcasa protectora independiente de la carcasa del aparato, la carcasa protectora comprende por lo menos un elemento clave para cooperar con un elemento de guía de forma complementaria provisto dentro del alojamiento.

• El elemento de acoplamiento está alojado en una segunda carcasa separada de la carcasa del aparato, la segunda carcasa tiene una forma similar o idéntica a la carcasa del aparato y en la posición conectada dicha segunda carcasa está dispuesta fuera de la carcasa del aparato.

• El elemento aislante está formado, al menos en parte, por una pared de la carcasa del aparato.

• La antena interna es una antena monopolo, como una antena de cuarto de onda.

• La unidad de control tiene un circuito impreso y la antena interna está formada en este circuito impreso. • En la posición conectada, el módulo de acoplamiento recoge al menos el 60% de la energía radiada por la antena.

Según otro aspecto, la invención se refiere a un armario eléctrico que tiene un aparato eléctrico situado dentro del armario eléctrico y conectado a una instalación eléctrica, siendo dicho aparato eléctrico como se ha descrito anteriormente, estando una antena externa conectada al aparato eléctrico situada fuera del armario eléctrico.

La invención se entenderá mejor y otras ventajas de la misma quedarán más claras a la luz de la siguiente descripción de una realización de un aparato eléctrico, dada sólo a modo de ejemplo y hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una representación esquemática de un aparato eléctrico según la invención;

la figura 2 es una representación esquemática de un ejemplo de antena interna del aparato eléctrico de la figura 1, mostrada en una vista en perspectiva;

la figura 3 es una representación esquemática de un ejemplo de elemento de acoplamiento del sistema de la figura 1, mostrada en una vista en perspectiva;

la figura 4 es una representación esquemática del sistema de la figura 1 en una vista en despiece parcial y según una primera realización de la invención;

la figura 5 es una representación esquemática del sistema de la figura 4 en una vista en sección transversal;

la figura 6 es una representación esquemática de un ejemplo del sistema de la figura 1 según una segunda realización de la invención;

la figura 7 es una representación esquemática del sistema de la figura 6 en una vista en sección transversal;

la figura 8 es un gráfico que muestra la magnitud de los parámetros de transmisión y reflexión del sistema formado por la combinación de la antena de la figura 2 con el elemento de acoplamiento de la figura 3, en función de la frecuencia de la señal de radio.

La figura 1 muestra un armario eléctrico 1 que contiene un aparato eléctrico 2. Por ejemplo, el armario 1 tiene paredes, no mostradas, que definen un alojamiento dentro del cual está instalado el aparato 2.

El armario eléctrico 1 definido anteriormente se refiere a todos los tipos de contenedores para equipos eléctricos, en particular armarios, cofres, cajas de conexión, canaletas o bandejas portacables.

El aparato eléctrico 2 es aquí un aparato de gestión de la corriente eléctrica destinado a ser conectado a una instalación eléctrica, por ejemplo para protegerla o supervisar su funcionamiento.

Por ejemplo, el aparato eléctrico 2 es un aparato de protección eléctrica, como un disyuntor. Alternativamente, puede ser un aparato de conmutación o de corte de la corriente eléctrica, como un contactor, un interruptor o un relé controlable, o cualquier aparato equivalente. Otros ejemplos son un aparato de medición, como un contador de electricidad o un disparador. Son posibles otras aplicaciones.

El aparato eléctrico 2 comprende un dispositivo de gestión de la corriente eléctrica 4, una unidad de control electrónico 6, una interfaz de comunicación por radio 8 conectada a la unidad 6 y una antena de radio interna 10. El aparato eléctrico 2 comprende además una primera carcasa, denominada carcasa principal, por ejemplo una carcasa de plástico moldeado, dentro de la cual se alojan los mencionados componentes del aparato 2.

En este ejemplo, el aparato 2 está adaptado para ser fijado a un riel de montaje dentro del armario 1, tal como un riel de montaje DIN, por medio de elementos de fijación adecuados, aquí provistos en la parte posterior de la primera carcasa.

El dispositivo 4 se utiliza aquí para gestionar una corriente eléctrica que fluye dentro de una instalación eléctrica a la que está asociado el aparato 2. Por ejemplo, el dispositivo 4 es capaz de interrumpir el flujo de esta corriente de forma controlada y/o es capaz de medir las características físicas relativas a esta corriente eléctrica (intensidad, potencia, tensión, fase...). En la práctica, el dispositivo 4 está conectado eléctricamente a la instalación eléctrica, por ejemplo mediante regletas de conexiones.

Por ejemplo, si el aparato 2 es un aparato de protección eléctrica o un aparato de conmutación eléctrica, el dispositivo 4 es entonces un dispositivo de corte de corriente eléctrica, por ejemplo con contactos separables.

La unidad de control 6 está configurada para supervisar el funcionamiento del dispositivo 4 y/o para controlar el dispositivo 4. Por ejemplo, la unidad 6 es capaz de controlar la interrupción de una corriente eléctrica por el dispositivo 4, especialmente en respuesta a una orden de conmutación recibida de un transmisor externo a través de la interfaz 8. En algunas realizaciones, la unidad 6 también puede adquirir los valores de las magnitudes eléctricas medidas por el dispositivo 4, para transmitirlos a un receptor remoto fuera del aparato 2, con la ayuda de la interfaz 8.

A modo de ejemplo, la unidad 6 comprende aquí una unidad lógica computacional, como un microcontrolador programable o un microprocesador. La unidad 6 también contiene una o más memorias informáticas en las que se almacenan instrucciones ejecutables para el funcionamiento del aparato 2.

La interfaz de comunicación por radio 8 está conectada a la antena 10 para enviar y/o recibir datos a través de un enlace inalámbrico, en particular un enlace de radio. Así, la interfaz 8 permite al aparato 2 recibir instrucciones de un emisor remoto y/o transmitir información a un receptor remoto. La antena de radio 10 está alojada dentro de la carcasa principal del aparato 2. En otras palabras, no es físicamente accesible desde el exterior de la carcasa principal del aparato 2. La antena 10 puede formar parte de la interfaz 8.

La antena 10 es aquí una antena plana que comprende al menos un elemento radiante, preferentemente en forma de cinta y hecho de un material eléctricamente conductor. Este elemento radiante está adaptado para emitir radiaciones electromagnéticas cuando es alimentado eléctricamente, por ejemplo cuando la interfaz 8 utiliza la antena 10 para transmitir una señal de radio. Este elemento radiante se describe con más detalle a continuación bajo la referencia 24.

Preferiblemente, la antena 10 está impresa en un circuito impreso o en un elemento dieléctrico como la cara interna de la carcasa principal del aparato 2.

Por ejemplo, la antena 10 y la interfaz 8 están adaptadas para comunicarse según un protocolo de comunicación por radio como LoRa, o Sigfox®, o LTE, o Wifi, o cualquier otra tecnología equivalente.

La frecuencia de transmisión de la antena 10 se elige en función del protocolo de comunicación elegido. La frecuencia de la antena depende en particular de la forma y las dimensiones del elemento radiante 24. En este caso, a título ilustrativo, se ha elegido una frecuencia de 2,4 GHz. Sin embargo, son posibles otras frecuencias.

El módulo de radiocomunicación amovible comprende un elemento de acoplamiento 14, también denominado módulo de acoplamiento 14, y una antena de radio externa 16 conectada eléctricamente al elemento de acoplamiento 14.

La antena 16 está aquí conectada al elemento 14 a través de un enlace por cable 18, como un cable coaxial. Según realizaciones opcionales, la antena 16 es amovible. Por ejemplo, la antena 16 está conectada al enlace 18 a través de un conector, que está marcado con 61 y 71 en las figuras 5 y 7, respectivamente.

Preferiblemente, la antena 16 se coloca fuera del armario eléctrico 1. Así, cuando las paredes del armario eléctrico 1 son de material metálico, la antena externa 16 permite mantener la comunicación por radio entre el aparato 2 y un transmisor y/o receptor remoto, incluso cuando el aparato 2 está instalado dentro del armario eléctrico 1.

Más concretamente, el módulo 14 comprende al menos un elemento radiante similar al de la antena 10 y que se describe con más detalle a continuación bajo la referencia 34. La antena 16 está conectada al elemento radiante del módulo 14. La forma y la frecuencia del elemento o elementos radiantes del módulo 14 se eligen para que sean compatibles con la antena 10. Preferiblemente, la frecuencia es la misma que la de la antena 10.

En este ejemplo, la antena 10 tiene un solo elemento radiante y el módulo 14 también tiene un solo elemento radiante. Sin embargo, alternativamente, el número de elementos radiantes de la antena 10 y/o del módulo 14 puede ser diferente. Lo que se describe con referencia a este ejemplo es, sin embargo, aplicable

El elemento 14 puede desplazarse de forma reversible entre una posición conectada con la carcasa principal del aparato 2 y una posición desconectada de la carcasa.

En la posición conectada, la antena interna 10 está acoplada al módulo 14, es decir, al menos una parte de la energía radiada por la antena 10 cuando es activada por la interfaz 8 es recibida por el módulo 14 y luego transmitida a la antena externa 16. Por ejemplo, al menos el 50% o el 60% de la energía radiada por la antena 10 es recibida por el módulo 14. Por ejemplo, al menos el 50%, o al menos el 60%, y preferiblemente al menos el 70%, y más preferiblemente al menos el 75%, de la energía radiada como ondas de radio por el elemento radiante de la antena 10 es recibida por el correspondiente elemento radiante del módulo 14.

Lo mismo ocurre cuando la antena 10 recibe la radiación emitida por el módulo 14, por ejemplo cuando la antena 16 recibe una señal de radio.

Además, en la posición conectada, la antena interna 10 está dispuesta delante o adyacente al módulo 14 mientras está separada físicamente del módulo 14 por un elemento eléctricamente aislante 12.

Por ejemplo, en la posición conectada, el elemento 14 se coloca frente a la antena interna 10. Por ejemplo, el elemento 14 y la antena 10 están dispuestos uno frente a la otra y separados por una distancia inferior o igual a 3 cm o, preferiblemente, inferior o igual a 1 cm.

El elemento 12 permite el acoplamiento de radio entre la antena 10 y el módulo 14 al tiempo que evita el contacto directo entre la antena 10 y el módulo 14. En particular, el elemento 12 forma una barrera física, como una pantalla rígida, que preferiblemente no tiene una abertura ni un conector eléctrico. Por lo tanto, se entiende que la antena 10 y el módulo 14 no pueden comunicarse a través de un enlace por cable e intercambian señales aquí sólo en forma de ondas de radio.

En otras palabras, la conexión entre la antena 10 y el módulo 14 (y, por tanto, entre la interfaz 8 y la antena externa 16) es inalámbrica, es decir, esta conexión no requiere una continuidad eléctrica por cable entre la interfaz 8 y la antena externa 16. En particular, esta conexión no requiere la presencia de un conector físico en una salida de la interfaz 8.

El elemento de acoplamiento 14 transforma entonces la radiación recibida en una señal eléctrica que se transmite a la antena externa 16, que a su vez retransmite una señal de radio correspondiente a un receptor remoto. Como la antena 16 está situada fuera del armario eléctrico 1 que alberga el aparato 2, la señal de radio retransmitida por la antena 16 no se ve obstaculizada por las paredes del armario eléctrico. Por lo tanto, el aparato eléctrico 2 puede instalarse en armarios eléctricos incluso cuando éstos son de metal o, más generalmente, que sean susceptibles de perturbar la transmisión de las ondas electromagnéticas.

En la posición montada, el elemento 14 se encuentra fuera de la carcasa principal del aparato 2. No está en contacto físico directo con ningún elemento del aparato 2 que esté alimentado eléctricamente bajo tensión. En efecto, el elemento 14 está aislado eléctricamente de la corriente eléctrica que circula por el dispositivo 4 y/o de la corriente eléctrica que probablemente esté alimentando eléctricamente a la interfaz 8 para su funcionamiento. De este modo, se establece una conexión entre la interfaz 8 y la antena 16 sin poner en riesgo la seguridad de los usuarios, y sin necesidad de utilizar un aislamiento galvánico dentro del aparato 2 para proteger un circuito de alimentación eléctrica de la interfaz 8.

Además, cuando la antena 10 está acoplada al módulo 14, genera menos radiación radioeléctrica hacia otras regiones del espacio, como el interior del armario eléctrico 1, ya que la mayor parte de la energía radiada se transmite al elemento 14. Al reducir esta radiación no útil en el armario eléctrico 1, se reducen los problemas de compatibilidad electromagnética que pueden producirse en el armario eléctrico 1.

La figura 2 muestra un ejemplo de la antena 10.

Preferiblemente, la antena 10 es una antena dipolo. Más concretamente, se trata de una antena monopolo, por ejemplo una antena de cuarto de onda.

[0050] En general, la antena 10 comprende preferentemente un sustrato dieléctrico 20, un plano de tierra 22 y al menos un elemento radiante 24. La antena 10 forma así una antena plana micro-cinta, también denominada “microstrip antenna” en inglés.

En esta realización, el sustrato dieléctrico 20 es una placa plana con una forma de cuadrilátero, por ejemplo un rectángulo o un cuadrado. Se anota con “L20" la longitud del sustrato 20, medida según su lado más largo. En este ejemplo, la longitud L20 es menor o igual a 50cm, por ejemplo 40mm. El sustrato 20 es una placa de resina epoxi tipo FR4. Su grosor aquí es menor o igual a 1mm o 0,8mm.

Alternativamente, pueden utilizarse otros tipos de antenas planas para realizar la antena 10. Según un ejemplo, se puede utilizar una antena de tipo ”slot antenna”. Según otros ejemplos, la antena 10 se proporciona dentro de una pared de la carcasa principal del aparato 2, por ejemplo, formando el elemento radiante 24 en una cara interior de la carcasa principal del aparato 2, actuando entonces esta cara como sustrato dieléctrico.

En la figura 2, las referencias "20A" y "20B" representan caras opuestas del sustrato 20. Preferiblemente, el elemento radiante 24 y el plano de tierra 22 están formados en caras opuestas del sustrato 20. En este ejemplo, el elemento radiante 24 está formado en la cara 20A y el plano de tierra 22 está formado en la cara 20B.

El elemento radiante 24 comprende, por ejemplo, una pista metálica depositada sobre el sustrato 20. Por ejemplo, el elemento radiante 24 tiene una forma rectilínea. En el caso de que la antena 10 sea una antena unipolar, un primer extremo del elemento radiante 24 está conectado a una salida de la interfaz 8. El extremo opuesto forma un punto caliente de la antena 10. La referencia "L24" se refiere aquí a la longitud del elemento radiante 24. Por ejemplo, la longitud L24 es igual a 32 mm.

El plano de tierra 22 está formado por una pista eléctricamente conductora, por ejemplo metálica, depositada en la cara 20B del sustrato 20. En este ejemplo, el plano de tierra tiene la forma de un rectángulo en la base de la antena 10. El plano de tierra 22 está conectado a una entrada de tierra de la interfaz 8. Por ejemplo, un conector coaxial, como un conector UFL o MMCX, no mostrado, se acopla a la base de la antena 10 para permitir la conexión del elemento radiante 24 y el plano de tierra 22 con la interfaz 8.

Alternativamente, este conector coaxial puede omitirse, particularmente si la antena 10 está integrada con la interfaz 8, por ejemplo, estando formada en un sustrato dieléctrico común con la interfaz 8.

Alternativamente, pueden utilizarse otras estructuras de antena 10.

Según realizaciones ventajosas, pero no esenciales, la unidad de control 6 comprende un circuito impreso que incluye un sustrato dieléctrico en el que se montan todos o algunos de los componentes de la unidad 6. Este circuito impreso está referenciado como 62 en el ejemplo mostrado en la Figura 5. En este caso, la antena 10 está formada ventajosamente sobre este circuito impreso, es decir, el sustrato 20 corresponde al sustrato dieléctrico del circuito impreso de la unidad 6. En otras palabras, el sustrato 62 es común a la antena 10 y a la unidad 6, e incluso también a la interfaz 8.

La figura 3 muestra un ejemplo del módulo de acoplamiento 14.

La cinta 34 está adaptada para recibir la radiación electromagnética emitida por la cinta 24 de la antena 10, cuando el elemento de acoplamiento 14 está en la posición conectada y está orientado hacia la antena 10.

De forma similar al funcionamiento de la antena 10, el elemento radiante 34 está adaptado para emitir una radiación electromagnética correspondiente a una señal recibida por la antena externa 16, siendo esta radiación recibida entonces por la antena 10.

En este ejemplo, el elemento de acoplamiento 14 comprende un sustrato dieléctrico 30, y un plano de tierra 32. El elemento radiante 34 y el plano de tierra 32 se encuentran en caras opuestas 30A, 30B del sustrato 30. Por ejemplo, el sustrato 30 tiene una forma de placa plana. El sustrato 30 está preferentemente hecho del mismo material que el sustrato 20.

Más específicamente, en este ejemplo, el plano de tierra 32 está formado en la cara 30A. El elemento radiante está formado en la cara opuesta 30B.

El elemento radiante tiene aquí una forma rectilínea. Un primer extremo, por ejemplo el de la base del sustrato 30, está conectado con la antena externa 16.

A modo de ejemplo, en la posición conectada, los respectivos sustratos 20 y 30 de la antena 10 y del módulo 14 están dispuestos enfrentados y paralelos entre sí. Preferentemente, el elemento radiante 24 está alineado con el elemento radiante 34.

La longitud del elemento radiante 34 es preferiblemente igual a la longitud L24 de la cinta 24. Por ejemplo, el elemento radiante 34 es una pista metálica depositada en el sustrato 30.

Según realizaciones preferentes, pero no obligatorias, el plano de tierra 34 tiene forma de C. Específicamente, el plano de tierra 32 tiene tres porciones en forma de bandas conectadas entre sí y que se extienden en una sola pieza, cada una de estas porciones se extiende a lo largo de los bordes del sustrato 30.

Por ejemplo, las anchuras de estas bandas, indicadas por la referencia W32, son idénticas. La anchura W32, dada a título ilustrativo y no limitativo, es de 7 mm. Se anota como “L32" la longitud de las bandas laterales medida desde el borde de la banda base. La longitud L32, dada de nuevo a título ilustrativo y no limitativo, es aquí igual a 27 mm. La forma de C del plano de tierra ayuda a promover el acoplamiento radioeléctrico entre la antena 10 y el elemento 14. En efecto, el elemento 14 está en la posición conectada, las líneas de campo eléctrico están confinadas y guiadas hacia el elemento 14. Esto ayuda además a evitar que la antena irradie ondas electromagnéticas en todas las direcciones cuando el elemento 14 está en su posición conectada. En otras palabras, la señal de radio transmitida por la antena 7 se dirige esencialmente hacia el elemento de acoplamiento 14. Esto mejora la calidad del acoplamiento entre la antena 10 y el elemento 14 y reduce aún más los problemas de compatibilidad electromagnética.

Sin embargo, son posibles otras formas distintas a la forma de "C".

Según realizaciones preferentes, el elemento aislante 12 está formado, al menos en parte, por una pared de la carcasa principal del aparato 2. Por ejemplo, la antena interna 10 está dispuesta dentro de la carcasa principal al ser presionada contra una cara interior de una pared exterior de la carcasa principal. El módulo 14 está adaptado para, en la posición conectada, ser recibido contra la cara opuesta de esta pared.

A título de ejemplo, el elemento aislante 12 tiene un espesor de 2 mm. El material que forma esta pared 12 tiene una permeabilidad eléctrica efectiva igual a 2,4. Por ejemplo, el elemento 12 es un material plástico, como la poliamida PA66.

La figura 8 ilustra, a título de ejemplo, la evolución de los valores de amplitud de los coeficientes de transmisión y de reflexión del sistema formado por la asociación de la antena 10 con el elemento 14 anteriormente descrito a título de ejemplo, en función de la frecuencia F de una señal de radio expresada en Gigahercios. Estos coeficientes se conocen como "parámetros S" y se denominan S11, S21, S12 y S22. Su definición es conocida y no se describe en detalle. En este ejemplo, S11 es el coeficiente de reflexión de la antena 10, S22 es el coeficiente de reflexión del módulo 14, S21 es el coeficiente de transmisión de la antena 10 al módulo 14 y S12 es el coeficiente de transmisión del módulo 14 a la antena 10.

En este ejemplo, para la frecuencia de 2,4 GHz, la antena 10 y el módulo 14 tienen un coeficiente de reflexión inferior a -12dB. El coeficiente de transmisión es de -1,4 dB. En otras palabras, aproximadamente el 72% de la energía emitida por la antena 10 es recogida por el elemento 14. En esta configuración, la ganancia de la antena es de -3,86dBi, con una eficiencia total del 6,8%.

Las figuras 4 a 7 muestran construcciones alternativas del aparato 2.

Más específicamente, las figuras 4 y 5 ilustran un aparato eléctrico 50 según una primera realización del aparato 2. Todo lo que se ha descrito anteriormente con referencia al funcionamiento del aparato 2, y en particular con referencia a la antena 10 y al elemento 14, se aplica a esta primera realización.

La referencia 52 se refiere aquí a la carcasa principal del aparato 2. Esta carcasa 52 delimita a la vez un volumen principal 56 y un alojamiento auxiliar 54 que están separados entre sí por una pared interna 58. El alojamiento 54 es accesible desde el exterior de la carcasa 52 a través de una ranura. El alojamiento 54 está destinado a recibir el elemento 14 cuando está en su posición conectada. La antena interna 10 está alojada dentro del volumen 56 y no es físicamente accesible desde el alojamiento 54. Así, en esta primera realización, el elemento aislante 12 está formado por una parte de la pared interior 58.

El módulo 14 está aquí alojado en una carcasa protectora 60 independiente de la carcasa principal 52. En la posición conectada del módulo 14, la carcasa 60 se recibe dentro del alojamiento 54 pero permanece fuera del volumen 56. En la posición desconectada del módulo 14, la carcasa 60 se encuentra fuera del alojamiento 54. Por lo tanto, se entiende que el alojamiento 54 tenga una forma complementaria a la de la carcasa 60 y que la carcasa 60 esté adaptada para pasar por la ranura. El movimiento entre estas dos posiciones se realiza aquí mediante la traslación de la carcasa 60. El elemento 14 se muestra en su posición desconectada en la figura 4 y en su posición conectada en la figura 5.

En las figuras 4 y 5, la antena externa 16 no se muestra. La referencia 61 se refiere a un conector en un extremo distal del enlace por cable 18.

El alojamiento 54 está dispuesto preferentemente frente a la ubicación de la antena 10. En otras palabras, la antena 10 está dispuesta contra una cara de la pared 58 y el alojamiento 54 está formado en el lado opuesto de esta pared 58.

El aparato 50 permite así alojar el módulo 14 sin aumentar demasiado el tamaño de la carcasa 52. Esto es especialmente útil cuando el aparato se va a utilizar en armarios eléctricos donde el espacio es limitado.

En las realizaciones preferentes, la carcasa 60 incluye elementos clave adaptados para cooperar con elementos de forma complementaria dispuestos dentro del alojamiento 54. Esto permite imponer una dirección de inserción predefinida de la carcasa 60 con respecto a la carcasa 52 cuando se inserta en el alojamiento 54, por ejemplo para que en la posición conectada el elemento 14 esté alineado con la antena 10 y/o lo más cerca posible de la pared 58. Por ejemplo, la carcasa 60 tiene una o más protuberancias, visibles en la figura 4, que están dispuestas para sobresalir del borde de la carcasa 60. El alojamiento 54 tiene uno o más elementos de guía, como ranuras o hendiduras, no mostradas, en las paredes internas de la carcasa para recibir y guiar las protuberancias cuando la carcasa 60 se inserta en el alojamiento 54. Alternativamente, la(s) protuberancia(s) está(n) dispuesta(s) dentro del alojamiento 54 y la(s) ranura(s) de forma complementaria está(n) dispuesta(s) en la carcasa 60.

Las figuras 6 y 7 ilustran un aparato eléctrico 70 según una segunda realización del aparato 2. Los elementos del aparato eléctrico 70 según esta segunda realización que son similares a los de la primera realización llevan las mismas referencias y no se describen en detalle, en la medida en que la descripción anterior puede ser transpuesta a ellos. Además, la descripción del aparato 2 dada anteriormente, y en particular con referencia a la antena 10 y al elemento 14, se aplica a esta segunda realización.

En este ejemplo, el aparato 70 comprende dos carcasas 72 y 74 que son preferiblemente similares o incluso idénticas en forma. Las referencias V72 y V74 se refieren a los volúmenes internos de las carcasas 72 y 74 respectivamente. La carcasa 72 actúa como carcasa principal del aparato 70. Por lo tanto, la antena 10 está alojada dentro de la carcasa 72. El elemento 14 se aloja en el interior de la carcasa 74.

En la posición conectada, la carcasa 74 está colocada junto a la carcasa 72, en contacto con ella, quedando alineada con ella. Por ejemplo, las carcasas 72 y 74 están colgadas en el mismo riel de montaje dentro del armario eléctrico 1. Preferentemente, cada una de estas carcasas 72 y 74 está provista de elementos de fijación que permiten colgarlas en el mismo riel de fijación.

Dentro de la carcasa 72, la antena interna 10 se coloca en contacto con una cara interior de una pared exterior 76 de la carcasa 72. Del mismo modo, dentro de la segunda carcasa 74, el elemento 14 se coloca contra una cara interior de una pared exterior 78 de la carcasa 74. En la posición conectada, las paredes 76 y 78 están en contacto entre sí y enfrentadas una con la otra. De este modo, el elemento 14 queda enfrentado a la antena 10, alineado con ella, mientras está separado de ella por las paredes 76 y 78. Así, en esta segunda realización, el elemento aislante 12 está formado por las paredes 76 y 78.

Esta segunda realización puede ser implementada sin necesidad de modificar la arquitectura de la carcasa 72. En otras palabras, basta con tomar una carcasa existente 74, por ejemplo idéntica a la carcasa 72, y equiparla con un elemento 14 y con la conexión por cable 18.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Aparato eléctrico (2; 50; 70) para ser instalado en un armario eléctrico, comprendiendo dicho aparato eléctrico:

- un dispositivo (4) para gestionar una corriente eléctrica;

- una unidad de control electrónico (6) que comprende una interfaz de comunicación (8) provista de una antena interna (10) alojada dentro de una primera carcasa (52, 72) del aparato eléctrico;

siendo la antena interna (10) una antena plana con un primer elemento radiante (24),

comprendiendo el aparato eléctrico (2; 50; 70) además un elemento de acoplamiento (14) conectable de forma amovible a una antena de radio externa (16), estando el elemento de acoplamiento (14) provisto de un segundo elemento radiante (34) conectable a la antena de radio externa (16) y pudiendo ser desplazado entre una posición conectada con la primera carcasa del aparato eléctrico y una posición desconectada de la primera carcasa, y

en la posición conectada, el elemento de acoplamiento (14) está dispuesto delante de la antena interna (10) y separado de ella por un elemento eléctricamente aislante (12), estando el segundo elemento radiante (34) acoplado al primer elemento radiante (24) para recibir la radiación electromagnética emitida por el primer elemento radiante;

estando el aparato eléctrico (2; 50; 70) caracterizado porque la interfaz de comunicación (8) es una interfaz de comunicación por radio y porque la antena interna (10) es una antena de radio que comprende un sustrato dieléctrico (20) y un plano de tierra (22), estando el primer elemento radiante (24) y el plano de tierra formados en caras opuestas del sustrato dieléctrico (20),

y porque el elemento de acoplamiento (14) comprende un segundo sustrato dieléctrico (30) y un segundo plano de tierra (32), estando el segundo elemento radiante (34) y el segundo plano de tierra (32) formados en caras opuestas del segundo sustrato dieléctrico (30).

2. Aparato eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque el plano de tierra (32) del elemento de acoplamiento (14) comprende una capa metálica que tiene forma de C.

3. Aparato eléctrico (50) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera carcasa (52) del aparato comprende un alojamiento interno (54) para recibir el elemento de acoplamiento (14) cuando está en posición conectada y un volumen interno (56) dentro del cual se aloja la antena interna (10), estando el alojamiento interno (54) dispuesto frente a la antena interna (10) y estando separado de la antena interna (10) por una pared de dicha primera carcasa (58).

4. Aparato eléctrico (50) según la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento de acoplamiento (14) comprende una carcasa de protección (60) independiente de la primera carcasa (52) del aparato (50), comprendiendo la carcasa de protección (60) al menos un elemento clave para cooperar con un elemento de guía de forma complementaria previsto dentro del alojamiento (54).

5. Aparato eléctrico (70) según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el elemento de acoplamiento (14) está alojado en una segunda carcasa (74) separada de la primera carcasa (72) del aparato (70), teniendo la segunda carcasa (74) una forma similar o idéntica a la de la primera carcasa (72) del aparato (70), y porque en la posición conectada dicha segunda carcasa está dispuesta fuera de la primera carcasa (72) del aparato.

6. Aparato eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento aislante (12) está formado, al menos en parte, por una pared (58, 76, 78) de la primera o segunda carcasa del aparato (2).

7. Aparato eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la antena interna (10) es una antena monopolo, como una antena de cuarto de onda.

8. Aparato eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de control (6) comprende un circuito impreso (62) y porque la antena interna (10) está formada en este circuito impreso.

9. Aparato eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en la posición conectada, el módulo de acoplamiento (14) recoge al menos el 60% de la energía radiada por la antena (10).

10. Armario eléctrico (1) que comprende un aparato eléctrico (2; 50; 70) colocado en el interior del armario eléctrico y conectado a una instalación eléctrica, caracterizado porque el aparato eléctrico (2; 50; 70) es según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando colocada fuera del armario eléctrico una antena exterior (16) conectada al elemento de acoplamiento (14) del aparato eléctrico.