JP3137341B2 - プラグ及びソケット接続部 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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。1992年11月
30日及び1992年12月１日にデゲンドルフ（Deggendorf）
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.Cra
mer 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器に適合させる所望
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
非常に高い効率と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、FS
K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
てることが好ましい。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、完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は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 0170/017
1、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19を
介したエネルギー及びデータバスは、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、誘電性伝送の
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に誘電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16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29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50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24V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RS48
5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、示されている構成の逆の
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。

単純な機器の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13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、RO
M59、RAM60、パワーオンリセット（POR）モジュール6
1、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気回路を切り離す
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Pt
100 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EEPROM63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75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78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。

フロントページの続き (72)発明者 ラング レイナー ドイツ国 ロッティンゲン リンデンベ ッグ １ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 38/14

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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（4
   4）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（44）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、2
    9）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、2
    8）と２次側フェライトコア（１、30）との間の空隙（1
    4）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（13）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（72）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. 【請求項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。