JP2000513880A - プラグ及びソケット接続部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、潜在的に爆発性の領域に対する、バスシステムにおける電気的変数によるエネルギー及びデータの転送を可能にするプラグ及びソケット接続部に関する。本発明の装置は、変圧器として構成された第１の部分、第２の部分、それに加えて、伝送される電気的変数に対するリミット装置を備えている。リミット装置は第１の部分に配置されていて、第２の部分に転送される電気的変数を「ｅ」型保護に従って許容可能な値に制限するように設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】 プラグ及びソケット接続部 本発明は、請求項１の前提部に従ったプラグ接続部、及び請求項２１の前提部 に従ったエネルギー及びデータ伝送方法に関する。 エネルギー及びデータ伝送のための互換性のあるプラグ接続部は、独国特許第 ４０３３０５２Ｃ２号から知られている。既知のプラグ接続部は、１次部及び２ 次部を有する送信器を有しており、これらは分割可能であり且つ組み合わせて使 用可能である。１次部は変換器手段も有しており、これは、センサとしてのロー ドセルから評価ユニットへ伝送されたデータを復調する。しかし、この既知のプ ラグ接続部は、危険な場所は意図されておらず、またそのような場所のために設 計されてもいない。なぜなら、例えば、伝送される電気量に対するリミット手段 が設けられていないからである。 数多くのアプリケーションでは、危険な場所でエネルギー及びデータを負荷に 伝送する必要がある。ここでは、負荷とは、一般にセンサ及びアクチュエータを 意味する。例としては、オイル及び液化石油ガスタンクのためのレベルゲージが 挙げられる。 数多くのトランスポンダー方法が知られており、それらの方法では、危険な場 所に置かれた受信器が、無線データ及びエネルギー伝送によって真性に安全な方 法で駆動される。受信器の応答を返送するために必要なエネルギーも、ｈｆ伝送 パワーとして送られる。この目的のために、受信器は対応するアンテナを有して いる。しかし、伝送されるパワーが低いために、一般にはセンサ或いはアクチュ エータを動作させることができない。 従って、そのようなセンサ或いはアクチュエータに対して、バスシステムを使 用してエネルギー及びデータ伝送を実行することが、既に提案されている。１９ ９２年１１月３０日及び１９９２年１２月１日にデゲンドルフ（Ｄｅｇｇｅｎｄ ｏｒｆ）で行われた「第２回Ｐ−ＮＥＴフィールドバスシステムに関する国際会 議」でのクラマー・ニールセン氏（Ｍｒ．Ｃｒａｍｅｒ Ｎｉｅｌｓｅｎ）に よる講演では、真に安全な防爆性負荷に対するフィールドバスシステムが説明さ れた。バスシステム全体が、「ＩＳ−１６、真に安全Ｐ−ＮＥＴバス」の要件に 対応している。従って、これは完全に、「真に安全」型保護タイプに構成されて いる。エネルギー及びデータは、２ワイヤバスラインによって一緒に伝送される 。関連するプラグ接続部は誘導的に動作し、２つの対向するコイルをカップコア に有している。しかし、「真に安全」型保護タイプに構成した結果として、この バスシステムの効率は余り高くない。この保護タイプは非常に低い電力を許容す るのみであるので、比較的少数の負荷しかバスシステムに接続することができな い。特にこのバスシステムでは、「真に安全」型保護タイプ以外の負荷を供給す ることは不可能であり、また、いかなるタイプの保護もなくそれに応じてパワー 消費が増加したデータを、真に安全で防爆タイプの形式に構成された負荷に加え て供給することも、不可能である。従って、この伝送システムのフレキシビリテ ィは非常に低い。エネルギー及びデータが同じライン上を伝送されるので、この バスシステムの最大情報密度も低減される。ライン或いは電子コンポーネントに おける分散の結果、信号の混合も生じる。これは、供給対象のバスノードの数を 減らすか、或いはデータ伝送レートを減らすことによってのみ回避される。しか し、両方の手段とも、非常に望ましくない。 独国特許第４３４４０７１Ａ１号は、危険な場所のための伝送システムを開示 している。このシステムでは、バスシステムはやはり真に安全な防爆型に構成さ れていて、従って、先の段落で説明したものと同じ問題点を有している。 欧州特許第０６６６６３１Ａ２号は、危険なプロセスエンジニアリング設備に おけるフィールドバスのための供給システムを開示している。エネルギー及びデ ータは、同じワイヤ対を介して伝送される。待機バスから真に安全な防爆負荷ま での途中には、電流及び電圧リミット手段が、空間的に分離されて配置されてい る。リミット手段の一つは、負荷への接続の直ぐ上流の分配器（ディストリビュ ータ）に位置している。オプションとして、前記リミット手段を省略或いは改変 することができ、従って「真に安全」型保護タイプ以外に構成されたり、いかな るタイプの保護もなく構成されたりしている負荷も、接続可能である。しかし、 各接続部に対して伝送可能な最大電力が固定されており、真に安全ではない接続 部に対してさえも、電流或いは電圧の一方が非常に制限されるという問題がある 。 独国特許第２７５２７８３Ｂ１号は、医療機器のためのプラグ接続部を開示し ており、これは例えば、ＥＣＧ信号を評価ユニットに伝送する。このプラグ接続 部では、機器からのエネルギー伝送は、対応するエネルギー供給部によって、誘 導性送信器を介して２次部に向けて行われる。前記の機器では、データ伝送は、 光エレクトロニクスラインによって、例えばＥＣＧから、２次部を介して１次部 に向けて行われる。しかし、この機器は、特にエネルギー伝送のためのリミット 手段を有しておらず、また、双方向性データ伝送もない。これより、この機器は 危険な場所には適していない。 「電気マイスター＋ドイツの電気作業」の１９８５年第６号第３４９〜３５２ ページの文書には、危険な場所における設備に対する要件が開示されている。し かし、そこで提供されるバリアは、ワイヤドイン接続された電流−電圧バリヤを 構成するに過ぎず、データ伝送に対しては限られた範囲でしか使用できない。危 険な場所に対してプラグインデータ及びエネルギー伝送装置をどのように設計す べきかについては、何の教示も提供されない。 独国特許第３６４４８６８Ａ１号は、サブスクライバのためのローカルネット ワークへの接続部に関する。しかし、この公報は、エネルギー及びデータを伝送 する２ワイヤラインのみを開示しており、エネルギー及びデータを伝送する際に は著しい制約を招く。加えて、対応する接続部はプラグインタイプではなく、異 なるセンサ或いはアクチュエータのパワー要件に対する容易に適合させる所望の フレキシビリティは、存在しない。 従って、本発明の目的は、上述の問題点を克服して、危険な場所でのセンサ及 びアクチュエータのような負荷に対するエネルギー及びデータ伝送のためのプラ グ接続部を提供することであって、前記プラグ接続部によって、高い効率及びフ レキシビリティが提供される。加えて、危険な場所に対するエネルギー及びデー タ伝送方法が提供されて、これによって高信頼性が達成される。 本発明によれば、この目的は、請求項１の前提部に従ったプラグ接続部により 、その特徴部の特徴の結果として、達成される。危険な場所に対するエネルギー 及びデータ伝送方法の場合には、この目的は請求項２１の特徴によって達成され る。 本発明の本質的な考え方は、エネルギー及びデータが個別の供給ラインによっ てバスシステムからプラグ接続部に供給されて、プラグ接続部の内部のみで、少 なくともその１次部において、対応する電気量に対するリミット手段が設けられ るというものである。少なくとも２次部は、危険な場所に位置している。 本発明に従ったプラグ接続部の設計の結果として、プラグ接続部全体、或いは プラグ接続部及びバスシステムさえも、危険な場所に位置させることが可能であ る。この場合、高いデータ伝送レートが可能になって、この設計は非常にフレキ シブルに、危険な場所においてプラグ接続部を介して異なるパワーレベルを必要 とする負荷を接続することを可能にする。 これより、所望であれば、「安全増強」型保護タイプに構成された負荷や、他 の保護タイプに構成されてそれに対応する高いパワー消費を有する負荷の接続す ることができる。単純な機器も、接続できる。 プラグ接続部の１次部にリミット手段が設けられており、これが２次部に伝送 される電気量を、安全増強（ｅ）型タイプ、真に安全（ｉ）型タイプ、或いは他 の（例えば、ｍ、ｄ、ｐ、ｑ、ｓ、ｏ型）タイプに対して許容可能な値に制限す るように設計されていることによ、り、センサ及びアクチュエータを危険な場所 でプラグ接続することができる。この目的のために、リミット手段は、伝送され る電気量を各場合に許容される値にまで独立して制限する。これによって同時に 、プラグ接続部の非常に高い効率どフレキシビリティとが確保される。このプラ グ接続部は、真に安全な回路及び真に安全とはいえない回路におけるバスシステ ムで動作することができ、異なる保護タイプの負荷を供給する。本発明に従った プラグ接続部の非常に高い効率及びフレキシビリティの結果として、危険な場所 に対して極めて有益な伝送システムを構成することが可能になる。 加えて、少なくとも１次部は、少なくともデータに対する変換器を有している ので、本発明に従ったプラグ接続部のパワーが増加する可能性がある。これによ り、電気量が、バスシステムの伝送特性に対して最適化された伝送形式で、プラ グ接続部に伝送される。プラグ接続部の１次部のみで、プラグ接続部の伝送モー ドに対して最適化された信号形式への変換が行われる。これらの信号形式は、ク ロック化された或いは変調された信号であっても良い。 より好ましい実施形態によれば、変換器は変調器−復調器であって、入力デジ タルパルスを、伝送のために最適化された信号形式に変換する。これらは、、例 えば、ＦＳＫ或いは他の周波数変調タイプ又は振幅変調タイプであっても良く、 他の変調タイプであっても良い。２次部も変調器−復調器を含んでいるので、信 号形式の再変換はそこで行われる。この場合には、プラグ接続部は、データの逆 伝送にも適している。 伝送特性を改良するためには、１次部に、オプションとしては２次部にも、送 受信器（トランシーバ）を有しでることが好ましい。送受信器は、例えば、、負 荷からの差信号を論理レベルに変換するために必要である。送受信器がプラグ接 続部に位置する結果として、伝送されるべき信号形式が、１次部から２次部への 伝送にクリティカルな移行時に直接に形成される。この手法の結果として、デー タ損失は非常に低い。 １次部が、マイクロプロセッサ及びアドレス可能メモリ、特にＥＥＰＲＯＭを 有していることも好ましい。この手法によって、１次部のアドレシングが可能に なる。特定のプラグ接続部にアドレスされたデータのみが、２次部に伝送される 。これにより、エネルギー伝送も選択的に制御できる。 プラグ接続部の特に好適な実施形態では、１次部が、２次部に接続された負荷 の負荷をモニタする装置を有していて、これが、２次部に供給される電気量を、 接続された負荷の保護タイプの関数として制限する。 これによって、本発明に従ったプラグ接続部のオートメーション度を非常に高 めることができるようになる。プラグ接続部に対し、伝送される電気量の最大値 を明らかにするために、バスシステムを通して個別の情報を伝送する必要はない 。２次側からの情報で必要とされるものは、自動的な適合のためのものだけであ る。これらは、負荷及び／或いは２次部の自己認識型データであってもよい。負 荷モニタ装置は、獲得した情報をリミット手段への指示に変換する。 負荷モニタ装置の特に発展的な安全性は、接続された負荷が正しく動作してい ることを保証する信号を２次部から受信したときにのみ、１次側からのエネルギ ー伝送を行わせることである。そのような信号は、その周波数或いは位相がチェ ックされる交流信号であっても良く、又は、チェック可能かつコード化された情 報を有するデジタル信号であっても良い。特に、２次部が接続されていなければ 、エネルギー伝送が切り離される。 ２次部に、不揮発性メモリ、例えばＥＥＰＲＯＭをマイクロプロセッサと共に 設けて、ここにプラグ接続部及び／或いは接続された負荷のアドレス及び／或い は他の特性を記憶させることも好ましい。これは特に、１次部の負荷モニタのた めの装置に、２次部或いは接続された負荷の自己認識データを非常に効率的に供 給できる。 あるエネルギー節減手法は、２次部にマイクロプロセッサを設けて、これが、 プラグ接続部にアドレスされたバスシステムからのデータを受信すると、２次部 の電子コンポーネントを動作させるようにする。そうでなければ、これらのコン ポーネントは切り離されていて、電流が流れない。 １次部及び２次部の間の電気量のための送信器を誘導的に設計することは、非 常に有益である。これにより同時に、バスシステムと負荷との間に好ましいガル バニック分離或いは絶縁をもたらす。 本願では、安全なガルバニック分離という意味でのガルバニック分離という用 語は、ＩＥＣ７９−３及びＥＮ５００２０規格に従った分離を意味する。 誘導的な伝送は、請求項１３及び１５に従って配置する１次側及び２次側のコ イルを通って、特に良く行われる。フェライトコアは、伝送効率を確実に増大さ せる。 「リセプション構造」とも呼ばれる環状の導電性物体のリンクアップを通じて 電流が誘導され、その内部でスパークが発生する可能性を排除する目的で、１次 部及び２次部に、低透磁率を有する材料、例えば合成材料或いはプラスチックを 配置する。これらの材料は、リセプション構造からの最小間隔も確保して、スパ ークを発生できない値にまで浮遊電界強度が減衰される。 （ｄ）型保護タイプに適合されたエアギャップを形成し、エアギャップをモニ タする保護装置が設けられることにより、良い結果が得られる。保護装置は、エ アギャップが引き離されるのを検知し、この場合には直ちにリミット手段に、伝 送される最大電気量を、結果として変化した１次部の接続条件に従って減少させ るように指示する。機械的な保護装置を設けて、エアギャップが引き離されると １次側及び２次側の伝送コンポーネントを互いに除去することによって、伝送効 率を低下させることも可能である。 エアギャップは好ましくは、各フェライトコアの間の間隙やボックスナットと １次側プラグケースとの間のネジ付き接続部或いは他のロック機構、例えば差し 込みピンとの間から、またボックスナットと２次側プラグケースとの間の間隙か ら、延びている。エアギャップをモニタする保護装置は、ロック機構がオープン したことを検出されるように設計されている。機械的な保護装置を通じて、ロッ ク機構のオープンをコイルの分離とリンクすることが可能である。 プラグ接続部の１次側ケースに関しては、耐圧エンクロージャ（ｄ）、密閉エ ンクロージャ（ｍ）、その他の保護タイプ、或いはそれらの組合せの構造を使用 することも可能である。 データ伝送もまた、光学装置を通じて非常に効率的に行うことができる。 原理的には、１次部及び２次部の間に電気量を伝送するために、電気接点を備 えた装置を設けてもよい。 上述のように、本発明に従ったプラグ接続部は、「真に安全」型以外の保護タ イプに構成されたり、いずれの保護タイプにも構成されていないバスシステムと 共に使用されると、効果的である。この場合には、プラグ接続部の効率及びフレ キシビリティがフルに利用される。しかし、使用は上記に限られるものではない 。バスシステムは、真に安全（ｉ）型保護タイプに構成することもできる。 バス設備は、例えば安全増強（ｅ）型保護タイプに構成することができる。例 えば、バス設備は、２４Ｖ／４Ａ用に設計することができる。 バスシステムは、３つの導体或いは多数の導体からなるシステムとして構成さ れてもよい。情報密度を増すために、バスシステムは、例えば少なくとも４本の ラインと１つのシールドとを装備することができる。少なくとも２本のラインは エネルギー伝送用に使用され、少なくとも２本の他のラインが情報伝送用に使用 される。情報伝送用のラインは、データを中断することなく伝送することができ て、エネルギー伝送に必要な信号形式との望ましくない混合は生じない。ノイズ 耐性も増加し、回路構成もより単純になる。 適したバストポロジーはノード点構成であって、この構成では、ノード点は、 「安全増強」型保護タイプの端子、或いは堅固な接続点、例えば、「安全増強」 型保護タイプに対応するはんだ付けジョイントである。これらの手法により、（ ｅ）型保護タイプを特に容易に維持することができる。バスライン自身は、スタ ブ、トリー、或いはリング構造を有することができる。 危険な場所のためのエネルギー及びデータ伝送方法の場合には、本発明に従っ て、プラグ接続部の１次部で、接続された負荷の保護タイプが決定されるか或い はあらかじめ決定されていて、伝送される電気量は、決定された或いはあらかじ め決定されている保護タイプに従って制限される。特に好ましい方法では、、こ の方法は、異なる保護タイプを有する負荷を供給することができる。特に、セン サ及びアクチュエータを、危険な場所でプラグイン接続できる。この目的のため に、伝送される電気量の最大値は、各々の場合に許容される値に適合される。 特に確実になることは、２次部を除去すると、最大値が「真に安全」型保護タ イプで許容される値に制限されるという点である。例えば、接続状態を信頼性良 く確立するために十分な例えば２Ｗの低パワーにまで下げることが可能である。 ２次部が除去されたときには、１次側の電磁界は爆発性混合物に関して点火（イ グニッション）を生じさせることは許されない。 適切には、アンプラグ状態での１次部における開始値は、＜１．２Ｖ、＜０． １Ａ、＜２０μＪ或いは＜２５ｍＷに制限される。「単純機器」の定義（ＤＩＮ ＥＮ５００１４／ＶＤＥ ０１７０／０１７１、ｐａｒｔ １／０５／７８、 セクション１．３）にあてはまる負荷の場合には、これらの値を越えない。 エネルギー及びデータ伝送方法は、本発明に従ったプラグ接続方法によって、 効果的に行われる。 以下、本発明を非限定的な実施形態及び添付の図面を参照しつつ、より詳細に 説明する。添付の図面は、以下の内容を示す。 図１は、本発明に従ったプラグ接続部の断面図を示す。 図２は、本発明に従ったプラグ接続部の他の実施形態の断面図を示す。 図３は、本発明に従ったエネルギー及びデータ伝送システムのブロック回路図 を示す。 図４は、インテリジェントセンサの電子回路を示す。 図５は、本発明及び図１に従った、ただし光学的なデータ伝送装置を備えたプ ラグ接続部の断面図を示す。 図１に示されている本発明に従ったプラグ接続部の断面図は、１次部２３と２ 次部２４とを有している。１次部２３は、（ｍ、ｄ）型保護タイプ或いはその他 のタイプ、又はそれらの組合せ（ｍ、ｅ（ｉ））に構成されている。２次部２４ は、「真に安全」（ｉ）型保護タイプに構成することができる。オプションとし て耐圧ねじカップリング２０を通る１次側プラグケース２１へのバスケーブル１ ９を介したエネルギー及びデータパスは、ｍ、ｄ、ｐ、或いはｑ型保護タイプ、 又はその他の保護タイプに構成されている。４本のバスラインが１次側電子モジ ュール１８に供給されており、それらについては後で詳細に説明する。電子モジ ュール１８で電子的に処理され、誘導的に伝送可能な電気信号は、１次側接続部 １７を介して１次側コイル５に伝送される。コイル５は１次側フェライトコア４ に位置しており、１次側フェライトコア４の材料特性は、伝送される周波数に応 じて選択され、誘導性伝送の良好な伝送効率が可能である。２次側コイル２は、 ２次部２４の主軸状フェライトコア１の周りに、主軸のほぼ半分の高さにまで巻 かれている。プラグ接続部が完全にプラグイン接続された状態では、１次側コイ ル５と２次側コイル２とは同じ軸方向セグメントに同軸状に配置される。２次側 コイル２は、巻き線を保護する役割を果たす絶縁体３に囲まれている。１次側コ イル５及び２次側コイル２は、それぞれ絶縁体６８及び６９によって、それらを 囲んでいるフェライトコア４及び１から絶縁されている。 ２次側コイル２に誘導的に伝送された電気信号は、２次側接続ワイヤ８によっ て、２次部ケース１０の中の２次側電子モジュール９に伝送される。処理された 電気信号は、その後に２次側接続ケーブル１１を介して機器、装置、或いは負荷 の一つ、例えば抵抗センサに伝達される。機器或いは負荷からの応答信号は、プ ラグ接続部を逆方向に伝達される。 １次部２３の端面には、磁気的な伝導性に劣る材料、例えばプラスチック性の 環状アタッチメント６が取り付けられていて、これは、組み合わされたセンタリ ング装置及びスペーシング部として機能する。２次部２４の主軸状フェライトコ ア１のベースセグメント７は、やはり磁気的な伝導性に劣る材料、例えばプラス チックでできている。１次部２３及び２次部２４のセンタリング並びに機械的な 保護の他に、前記プラスチックセグメントは、リンクアップされたリセプション 構造の中に誘導によって生じる可能性があるコイル５から或いはコイル５へのエ ネルギー伝送を、最小限にするように機能する。これは、プラスチックセグメン トが磁気的な絶縁体として作用するからである。アタッチメント６の上には、２ 次部２４を固定するボックスナット１３が配置されている。ボックスナット１３ とアタッチメント６とは、ねじ１２によって接合面でねじ留めされる。或いは、 差し込みピンクロージャーを用いることも可能である。保護タイプに必要かつ明 示して規定されたエアギャップ４９は、２次側フェライトコア１と１次側フェラ イトコア４との間の間隙１４から、アタッチメント６とベースセグメント７との 間の間隙に沿って、更にねじ１２を介して２次側ケース１０に沿って、或いは２ 次側ケース１０とボックスナット１３との間の間隙２５に沿って、外部に延びて いる。１次部２３及び２次部２４は、互いに安全にガルバニックに分離されてい る。１次側ケース２１は、突起２６とねじ付きリング１５とによってケース壁１ ６に固定されている。 図２に示されているプラグ接続部は、図１のプラグ接続部と大部分が同じに構 成されている。図１と同一の構成部材には同じ参照番号が付されており、あらた めて説明しない。一方相違点は、１次側コイル２７及び関連する１次側フェライ トコア２８の設計、並びに２次側コイル２９及び関連する２次側フェライトコア ３０に関している。コイル及びフェライトコアの配置は、１次及び２次側で同一 である。フェライトコア２８及び３０はカップ形状を有していて、カップが内側 に向いている。それらは各々がカップコアを有しており、すなわち、カップの中 央に円筒状ピンが同じ高さまで突出していて、カップ壁を有している。円筒状ピ ンの周りには、それぞれコイル２７及び２９が巻かれている。コイル２７及び２ ９は、フェライトコア２８及び３０の内部全体を実質的に埋めている。プラグ接 続部が互いに完全にプラグされると、１次側コイル２７と２次側コイル２９とは 、同軸状に且つ直接に隣接して配置される。コイル２７及び２９は、それぞれ絶 縁体２２で覆われていて、且つ絶縁体７０及び７１によってそれらを囲むフェラ イトコア２８及び３０から絶縁されている。 図３は、左側にバスライン５１の詳細を示しており、これは、２本のエネルギ ーライン３１、２本のデータライン３２、及びシールド３３を有している。エネ ルギー及びデータは、示されていないエネルギー及びデータ源によって生成され て、バスライン５１に供給される。エネルギーライン３１の電気値は、例えば２ ４Ｖ及び４Ａである。バスシステム全体は、ノード点配置に構成されている。ノ ード点５０で、バスライン５１のエネルギーライン３１及びデータライン３２は 、エネルギーライン３１用の分岐ライン５２及びデータライン３２用の分岐ライ ン５３に接続されている。ノード点は、「安全増強」型保護タイプの端子、或い は堅固な接続点、例えば「安全増強」型保護タイプに応じたはんだ付けジョイン トとして設計されている。 破線４７は、図面上、プラグ１次部２３のケースを模式的に示している。破線 ４８は、図面上、プラグ２次部２４のケースを模式的に示している。 上側の分岐ライン５２には、電力用のリミット手段３４が挿入されていて、そ れによって、バスライン５１のエネルギーライン３１によって消費された電力を 、ノード点５０に接続された負荷４４の保護タイプに従って許容される最大電力 に、望まれるように制限できる。これにより、リミット手段３４は、１次部の保 護タイプ（例えば、ｍ、ｄ）及び２次部の保護タイプを維持するように作用する 。なぜなら、伝送されるエネルギーは、供給されるエネルギーよりも常に小さく なるからである。 データライン３２の両分岐ライン５３にはリミット手段３５が挿入されており 、これもまた制限機能を満たして且つ１次側保護タイプ（例えばｍ、ｄ）を確実 に維持し、接点を使用する伝送形式の場合には、２次側保護も提供する。 データライン３２の分岐ライン５３は、送受信器３６に接続されている。物理 的なインターフェースは、例えばＲＳ４８５である。送受信器３６には、エネル ギー供給ライン５４とデータ用の接続ライン５５とが更に通っており、これらは 変調器−復調器を有する電子モジュール３７に接続されている。前記ユニットで は、バスライン５１から受け取られた電気量を、関連するプラグ接続部システム での伝送に適した電気量にする変換が行われる。この場合、それは、例えば図１ 及び２の実施形態に従った誘導的に動作するプラグ接続部システムである。モジ ュール３７の変調器−復調器によって変換された電気量は１次側コイル３９に供 給され、１次側コイル３９から誘導的に２次側コイル４０に伝送される。２次側 コイル４０には、変調器−復調器を有する２次側電子モジュール４１が接続され ていて、これが、誘導的伝送に適した電気信号形式を、負荷４４への更なる処理 に適した形式に変換する。２次側変調器−復調器４１は、オプションとして設け られる２次側送受信器４３によって、或いは直接に、接続ライン４６を介して負 荷４４に接続される。供給電圧ライン４２によって、負荷４４の動作に必要なエ ネルギーが、２次側変調器−復調器４１から負荷に伝送される。オプションとし て設けられる２次側送受信器４３も、エネルギー分岐ライン４５によって供給電 圧ライン４２に接続される。 負荷４４からの応答データは、示されている構成を逆の順に通過する。１次部 ２３の全体が、例えば（ｍ、ｄ、ｑ、ｐ）型保護タイプ或いは他の保護タイプ、 またはそれらの組合せに構成される。２次部２４の全体が、例えば（ｉ）型保護 タイプ或いは他の保護タイプに構成される。 オプションとして、例えば（ｅ、ｍ、ｄ、ｑ、ｐ）型保護タイプ或いはそれら の組合せに構成された負荷４４に供給することも可能である。 単純な機器を接続することも可能である。この目的では、１次側電子モジュー ル３７はモニタ回路38と関連しており、このモニタ回路３８が、接続される負荷 ４４の保護タイプをモニタして、１次側コイル３９から伝送可能な電気量の値を 適合させる。２次部２４を除去すれば、「真に安全」型保護タイプのための値に 対するセッティングになる。モニタリングを維持するために必要な電力は例えば ２Ｗである。２つのコイル３９及び４０を通じた誘導的結合によって、モニタ回 路３８は、２次側、すなわち、例えば負荷４４或いはプラグ２次部２４に関連し たコンポーネントから、自己認識データを受け取る。モニタ回路３８は、２次側 の自己認識データから、プラグ１次部２３に接続された全構成が真に安全型以外 の保護タイプであることを確認したときにのみ、信号をパワーリミット手段３４ 及び３５に転送して、これらが、バスライン５１からの電力を、接続された機器 の保護タイプに従った最大値に制限する。２次部からの自己認識データが明確に 決定されないときには、モニタ回路３８は、パワーリミット手段３４及び３５ に、パワーを「真に安全」型保護タイプに許容された値に制限するように指示す る。この配置は、複数の「フェールセーフ」形式に構成されているが、その詳細 は図面からは明らかではない。 モニタ回路３８は、２つのコイル３９及び４０の間のエアギャップ４９に関し て、特別な機能を果たす。このエアギャップ４９は、例えば保護タイプに関する 要件を満たすために必要であって、例えば２つのプラグの片方部分が引き離され て増大してはならない。従って、モニタ回路３８は、エアギャップ４９のサイズ の増大を検知して、そのような場合には直ちに、１次側コイル３９から伝送可能 な電力を「真に安全」型保護タイプに許容される値に確実に制限する。 図１及び２を参照すると、これは以下のように達成される。ボックスナット１ ３が緩んで１次部２３及び２次部２４が引き離され、エアギャップ４９が増大す ると、これが確実に検知されて、前述の手段がとられる。機械的な保護を提供す ることも可能であって、伝送効率を劣化させる１次側及び２次側コイル５、２７ 、２、２９の分離に常にリンクしたねじ１２の締まり方を通じて保護が達成され る。 先に述べたように、（ｅ）型保護タイプから「真に安全」（ｉ）型保護タイプ への伝送形式の変換は、プラグ１次部２３にて行われる。 図４は、インテリジェントセンサの電子回路を示す。図面を煩雑にしないよう に、個々のコンポーネントのエネルギー供給ラインは、図４には描かれていない 。先の図面に示されたコンポーネントの参照番号は図４の参照番号と同一であり 、これらのコンポーネントの説明を繰り返さない。 データは、送受信器５６によって電子モジュール５７に供給される。電子モジ ュール５７は、マイクロプロセッサ５８とそれに関連した周辺機器とを有してい る。それは、ＲＯＭ５９、ＲＡＭ６０、パワーオンリセット（ＰＯＲ）モジュー ル６１、及び監視タイマ（ＷＤＴ）６２である。ＥＥＰＲＯＭ６３も、電子モジ ュール５７に関連している。これらの全コンポーネントは、プラグ接続部の２次 部２４に設けられている。関連するセンサのアドレスはＥＥＰＲＯＭ６３に記憶 されており、センサ電子回路は、マイクロプロセッサ５８によって駆動されてい る。この電子回路は、好ましくは、関連するプラグにアドレスされたデータが信 号ライン３２に入力されたときにのみ駆動される。そうでないときには、マイク ロプロセッサ５８は、要求されるように電子回路を切り離すことが好適である。 電子モジュール５７によって送られた信号は、更なる信号処理コンポーネント を介して負荷４４に供給される。それは、アナログ−デジタル変換器６４、バン ドギャップリファレンス６５、マルチプレクサ６６、並びに接続されたＰｔ100 ６７である。これらのコンポーネントの動作は、ここでは詳細には説明されない 。これらのコンポーネントは基本的に、この場合は熱電対であるセンサ４４から 正確なデータを得るために使用される。 或いは、電子モジュール５７及びＥＥＰＲＯＭ６３は、プラグ接続部の１次部 ２３に収納されることもできる。ノード点のアドレス６３は、そのときにはＥＥ ＰＲＯＭ６３に記憶される。 図５は、本発明に従ったプラグ接続部の他の実施形態を、図１のプラグ接続部 のような長手方向の断面で示す。再び、同じ参照番号が同一のサブアセンブリに 対して使用されている。 しかし、図５の場合には、１次部２３と２次部２４とは、光学的なデータ伝送 用に設計されている。この目的のために、導光ロッド７１が、１次部２３に長手 方向に実質的に同軸に設けられており、電子モジュール１８において、送信器７ ５及び受信器７６に結合されている。 対応する導光ロッド７２が、２次部２４に長手軸方向に設けられており、２次 側の対応する電子モジュール９に、送信器７８及び受信器７９を有している。対 応する導光ロッド７１及び７２は、光学的データ伝送用のガラスファイバとして 設計できて、ガラスファイバの断面はほぼ円形の円筒状である。 導光性ロッド７１及び７２の端面は、２次部の円錐状にテーパ形状をなしてい る部分の実質的に中央の部分で、平面的に互いに対向しており、光学的な損失が 大きく妨げられる。 従って、１次部２３に供給されたデータは、送信器７５によって光信号に変換 されて、導光ロッド７１によって導光ロッド７２に伝送され、そこから受信器７ ８への供給が行われる。受信器７８は、光データを電気信号に変換する。 ２次部２４からのデータ伝送パスは、送信器７９を介して１次部受信器７６に 通じており、そこで、光信号は電気信号に変換される。エネルギー及びデータ伝 送の分離は、干渉効果が低減され、且つデータ伝送レートをエネルギー伝送から 独立させることができるという効果を有する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年７月１６日（１９９９．７．１６） 【補正内容】 請求の範囲 １．少なくとも一つの電気的負荷（４４）とバスシステム（５０）との間のエ ネルギー及びデータの伝送のための、危険な場所用のプラグ接続部であって、送 受信器として構成された１次部（２３）と２次部（２４）とを有し、前記１次部 （２３）及び２次部（２４）は分離可能かつ接続可能で、前記１次部（２３）に 関連した変換器（３７）を有しており、 ａ）前記バスシステム（５０）は、それぞれ別個のエネルギー及びデータ供給 ライン（３１、３２）を介して前記プラグ接続部（２３、２４）に接続されてお り、 ｂ）少なくとも前記１次部（２３）に、伝送される電気量に対するリミット手 段（３４、３５；３８）が設けられており、 ｃ）少なくとも前記２次部（２４）は、前記危険な場所に関連可能である、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ２．請求項１に記載のプラグ接続部であって、 前記送受信器が「安全なガルバニック分離」により誘導的に設計されているこ とを特徴とするプラグ接続部。 ３．請求項１又は２のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記プラグ接続部の１次側ケース（１０）が、「耐圧エンクロージャｄ型」保 護タイプ、「密閉エンクロージャｍ型」保護タイプ、それらの組合せ、または、 「ｐ」型、「ｑ」型、「ｓ」型、又は「ｏ」型のいずれかの保護タイプに設計さ れており、 前記バスシステムの前記供給ライン（３１、３２）は、３又は４ワイヤライン として構成されており、 前記プラグ接続部は、双方向データ伝送用に設計されおり、 前記１次部（２３）及び前記２次部（２４）は、それぞれデータ用の変調器− 復調器装置（３７、４１）を有する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ４．請求項１から３のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）及びオプションとしては前記２次部（２４）が、それぞれ 送受信器（３６、４３）を有し、 前記１次部（２３）及び／又は２次部（２４）が、マイクロプロセッサとアド レス可能なメモリ、特にＥＥＰＲＯＭとを有する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ５．請求項１から４のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）は、前記２次部（２４）に接続された前記負荷（４４）の 負荷をモニタする装置（３８）を有し、 前記リミット手段（３４、３５；３８）は、前記２次部（２４）へ伝送される 電気量を、「ｅ」型保護タイプ、「ｉ」型保護タイプ、又は他の保護タイプ、例 えば「ｍ」型、「ｄ」型、「ｐ」型、「ｑ」型、「ｓ」型、或いは「ｏ」型に対 して許容される値に制限する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ６．請求項５に記載のプラグ接続部であって、 前記負荷モニタ装置（３８）は、前記接続された負荷（４４）が正しく動作し ていることを確認する信号が前記２次部（２４）から受信されたときのみ、前記 １次部（２３）のエネルギー伝送を行うことを特徴とするプラグ接続部。 ７．請求項１から６のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）及び２次部（２４）の間に、「ｄ」型保護タイプに適合し たエアギャップ（４９）が形成されており、前記エアギャップ（４９）をモニタ する保護装置が設けられていることを特徴とするプラグ接続部。 ８．請求項１から７のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記２次部（２４）は、前記プラグ接続部及び／又は前記接続された負荷（４ ４）のアドレス及び／又は更なる特性を記憶する不揮発性メモリ（６３）を有し ており、 前記２次部（２４）は、前記バスシステム（５１）によって供給されたデータ のモニタ装置（５８）を含んでおり、 前記モニタ装置（５８）は、前記プラグ接続部の前記２次部（２４）にアドレ スされたデータの前記バスシステム（５１）からの受信時に、前記２次部（２４ ）の電子コンポーネントを駆動する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ９．請求項１から８のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）は、１次側フェライトコア（４）の中に絶縁体（６８）と ともに設けられたコイル（５）を有しており、 前記２次部（２４）は、主軸状フェライトコア（１）の周りに巻かれ、かつ絶 縁体（３、６９）によって囲まれたコイル（２）を有し、 前記２次側フェライトコア（１）は、前記プラグ接続部がプラグ接続されると 、前記１次側コイル（５）と前記２次側コイル（２）とが同軸状に、かつ同じ軸 方向セグメントに配置されるように、前記１次側フェライトコア（４）の凹部の 中に導入される、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １０．請求項９に記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）の端面は、センタリング装置かつスペーシング部として構 成された、磁気的な伝導性に劣る材料からなる環状アタッチメント（６）を有し 、 前記主軸状２次側フェライトコア（１）もまた、磁気的な伝導性に劣る材料か らなるベースセグメント（７）を有する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １１．請求項１から８のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 １次側フェライトコア（２８）及び２次側フェライトコア（３０）は、それぞ れカップコアを有するカップ形状になっており、 特定のカップコアの周りには、それぞれコイル（２７、２９）が巻かれていて 、該コイルは絶縁されており、前記プラグ接続部が結合した状態では、それらの 端面が対向し、同軸状に配置される、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １２．請求項９から１１のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 エアギャップ（４９）は、１次側フェライトコア（４、２８）と２次側フェラ イトコア（１、３０）との間の空隙（１４）から、ねじ付き接続部（１２）まで 、又は他のロック機構、例えば差し込みピンクロージャー、ボックスナット（１ ３）と前記１次側プラグケース（２１）との間、及び前記ボックスナット（１３ ）と２次側プラグケース（１０）との間の空隙（２５）まで、延びていることを 特徴とするプラグ接続部。 １３．請求項１から１２のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 １次部（２３）と２次部（２４）との間のデータ伝送のための光学装置（７１ 、７２、７５、７６、７８、７９）を備えたことを特徴とするプラグ接続部。 １４．請求項１３に記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）の前記光学装置は、前記２次部（２４）の導光ロッド（７ ２）に接続された導光ロッド（７１）を有しており、 両側に、光エレクトロニクス的データ伝送のための送信器（７５；７９）と受 信器（７６；７８）とを備えた、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １５．請求項１に記載のプラグ接続部であって、 １次部（２３）と２次部（２４）との間の電気量の伝送のための、電気接点が 設けられた装置を備えたことを特徴とするプラグ接続部。 １６．請求項１から１７の一つに記載のプラグ接続部であって、 前記バスシステム（５１）は、エネルギー伝送用の少なくとも２つの電気ライ ン（３１）と、データ伝送用の少なくとも２つの電気ライン（３２）と、シール ド（３３）と、を有することを特徴とするプラグ接続部。 １７．請求項１から１６のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記バスシステム（５１）は、ノード点配置に構成されており、 ノード点は、「安全増強ｅ型」保護タイプの端子、或いは堅固な接続部、特に 「安全増強ｅ型」保護タイプに対応したはんだ付けジョイントである、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １８．危険な場所のためのエネルギー及びデータの伝送方法であって、エネル ギー及びデータは、バスシステムによって、請求項１から１７のいずれかに記載 の少なくとも一つのプラグ接続部の１次部に伝送可能であり、当該エネルギー及 びデータは、前記プラグ接続部の２次部から少なくとも一つの負荷に伝送可能で あり、 前記１次部において、接続された負荷の保護タイプが決定され、伝送される電 気量が、前記決定された保護タイプに対応する最大量に制限されることを特徴と する、エネルギー及びデータの伝送方法。 １９．請求項１８に記載のエネルギー及びデータの伝送方法であって、 前記伝送される電気量の最大値が、前記２次部が除去されると、「真に安全ｉ 型」保護タイプに対して許容される値、或いは「単純機器」に対する値に制限さ れることを特徴とする、エネルギー及びデータの伝送方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも一つの電気的負荷（４４）とバスシステム（５０）との間のエ ネルギー及びデータの伝送のための、危険な場所用のプラグ接続部であって、送 受信器として構成された１次部（２３）と２次部（２４）とを有し、前記１次部 （２３）及び２次部（２４）は分離可能かつ接続可能で、前記１次部（２３）に 関連した変換器（３７）を有しており、 ａ）前記バスシステム（５０）は、それぞれ別個のエネルギー及びデータ供給 ライン（３１、３２）を介して前記プラグ接続部（２３、２４）に接続されてお り、 ｂ）少なくとも前記１次部（２３）に、伝送される電気量に対するリミット手 段（３４、３５；３８）が設けられており、 ｃ）少なくとも前記２次部（２４）は、前記危険な場所に関連可能である、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ２．請求項１に記載のプラグ接続部であって、 前記送受信器が安全なガルバニック分離により誘導的に設計されていることを 特徴とするプラグ接続部。 ３．請求項１又は２のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記プラグ接続部の１次側ケース（１０）が、耐圧エンクロージャ（ｄ）型保 護タイプ、密閉エンクロージャ（ｍ）型保護タイプ、それらの組合せ、または、 他の保護タイプ（ｐ、ｑ、ｓ、ｏ）に設計されており、 前記バスシステムの前記供給ライン（３１、３２）は、３又は４ワイヤライン として構成されており、 前記プラグ接続部は、双方向データ伝送用に設計されており、 前記１次部（２３）及び前記２次部（２４）は、それぞれデータ用の変調器− 復調器装置（３７、４１）を有する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ４．請求項１から３のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）及びオプションとしては前記２次部（２４）が、それぞれ 送受信器（３６、４３）を有し、 前記１次部（２３）及び／又は２次部（２４）が、マイクロプロセッサとアド レス可能なメモリ、特にＥＥＰＲＯＭとを有する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ５．請求項１から４のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）は、前記２次部（２４）に接続された前記負荷（４４）の 負荷をモニタする装置（３８）を有し、 前記リミット手段（３４、３５；３８）は、前記２次部（２４）へ伝送される 電気量を、（ｅ）型保護タイプ、（ｉ）型保護タイプ、又は他の保護タイプ（例 えばｍ、ｄ、ｐ、ｑ、ｓ、ｏ）に対して許容される値に制限する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ６．請求項５に記載のプラグ接続部であって、 前記負荷モニタ装置（３８）は、前記接続された負荷（４４）が正しく動作し ていることを確認する信号が前記２次部（２４）から受信されたときのみ、、前 記１次部（２３）のエネルギー伝送を行うことを特徴とするプラグ接続部。 ７．請求項１から６のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）及び２次部（２４）の間に、（ｄ）型保護タイプに適合し たエアギャップ（４９）が形成されており、前記エアギャップ（４９）をモニタ する保護装置が設けられていることを特徴とするプラグ接続部。 ８．請求項１から７のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記２次部（２４）は、前記プラグ接続部及び／又は前記接続された負荷（４ ４）のアドレス及び／又は更なる特性を記憶する不揮発性メモリ（６３）を有し ており、 前記２次部（２４）は、前記バスシステム（５１）によって供給されたデータ のモニタ装置（５８）を含んでおり、 前記モニタ装置（５８）は、前記プラグ接続部の前記２次部（２４）にアドレ スされたデータの前記バスシステム（５１）からの受信時に、前記２次部（２４ ）の電子コンポーネントを駆動する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 ９．請求項１から８のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）は、１次側フェライトコア（４）の中に絶縁体（６８）と ともに設けられたコイル（５）を有しており、 前記２次部（２４）は、主軸状フェライトコア（１）の周りに巻かれ、かつ絶 縁体（３、６９）によって囲まれたコイル（２）を有し、 前記２次側フェライトコア（１）は、前記プラグ接続部がプラグ接続されると 、前記１次側コイル（５）と前記２次側コイル（２）とが同軸状に、かつ同じ軸 方向セグメントに配置されるように、前記１次側フェライトコア（４）の凹部の 中に導入される、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １０．請求項９に記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）の端面は、センタリング装置かつスペーシング部として構 成された、磁気的な伝導性に劣る材料からなる環状アタッチメント（６）を有し 、 前記主軸状２次側フェライトコア（１）もまた、磁気的な伝導性に劣る材料か らなるベースセグメント（７）を有する、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １１．請求項１から８のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 １次側フェライトコア（２８）及び２次側フェライトコア（３０）は、それぞ れカップコアを有するカップ形状になっており、 特定のカップコアの周りには、それぞれコイル（２７、２９）が巻かれていて 、該コイルは絶縁されており、前記プラグ接続部が結合した状態では、それらの 端面が対向し、同軸状に配置される、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １２．請求項９から１１のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 エアギャップ（４９）は、１次側フェライトコア（４、２８）と２次側フェラ イトコア（１、３０）との間の空隙（１４）から、ねじ付き接続部（１２）まで 、又は他のロック機構、例えば差し込みピンクロージャー、ボックスナット（１ ３）と前記１次側プラグケース（２１）との間、及び前記ボックスナット（１３ ）と２次側プラグケース（１０）との間の空隙（２５）まで、延びていることを 特徴とするプラグ接続部。 １３．請求項１から１２のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 １次部（２３）と２次部（２４）との間のデータ伝送のための光学装置（７１ 、７２、７５、７６、７８、７９）を備えたことを特徴とするプラグ接続部。 １４．請求項１３に記載のプラグ接続部であって、 前記１次部（２３）の前記光学装置は、前記２次部（２４）の導光ロッド（７ ２）に接続された導光ロッド（７１）を有しており、 両側に、光エレクトロニクス的データ伝送のための送信器（７５；７９）と受 信器（７６；７８）とを備えた、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １５．請求項１に記載のプラグ接続部であって、 １次部（２３）と２次部（２４）との間の電気量の伝送のための、電気接点が 設けられた装置を備えたことを特徴とするプラグ接続部。 １６．請求項１から１７のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記バスシステム（５１）は、エネルギー伝送用の少なくとも２つの電気ライ ン（３１）と、データ伝送用の少なくとも２つの電気ライン（３２）と、シール ド（３３）と、を有することを特徴とするプラグ接続部。 １７．請求項１から１６のいずれかに記載のプラグ接続部であって、 前記バスシステム（５１）は、ノード点配置に構成されており、 ノード点は、「安全増強」型保護タイプの端子、又は堅固な接続部、特に「安 全増強」型保護タイプに対応したはんだ付けジョイントである、 ことを特徴とするプラグ接続部。 １８．危険な場所のためのエネルギー及びデータの伝送方法であって、エネル ギー及びデータは、バスシステムによって、請求項１から１７のいずれかに記載 の少なくとも一つのプラグ接続部の１次部に伝送可能であり、当該エネルギー及 びデータは、前記プラグ接続部の２次部から少なくとも一つの負荷に伝送可能で あり、 前記１次部において、接続された負荷の保護タイプが決定され、伝送される電 気量が、前記決定された保護タイプに対応する最大量に制限されることを特徴と する、エネルギー及びデータの伝送方法。 １９．請求項１８に記載のエネルギー及びデータの伝送方法であって、 前記伝送される電気量の最大値が、前記２次部が除去されると、「真に安全」 （ｉ）型保護タイプに対して許容される値、或いは「単純機器」に対する値に制 限されることを特徴とする、エネルギー及びデータの伝送方法。