(57)【要約】      （修正有）【課題】互いに電気接続させることができる複数のモジュールを有するモジュラーシステムを提供する。【解決手段】本発明は、互いに電気接続されることが可能である複数のモジュールを備えるモジュラーシステムであって、モジュールのうちからの少なくとも２つの第１のモジュールは互いに直列に接続されていることが可能であり、第１のモジュールの接続状態では、第１の接触手段２００が第１のモジュールの間に配置されており、モジュールのうちの第２のものは第２の接触手段１００を有し、第１の接触手段２００および第２の接触手段１００は、互いに電気接触するように構成されている、モジュラーシステムにおいて、第１の接触手段２００および第２の接触手段１００が、互いに電気接触する際に、まず、第１のモジュールを第２のモジュールに接続し、次に、第１のモジュールの互いとの接続を絶縁するように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気接続されることが可能である複数のモジュール（４０１、４０２）を備えるモジュラーシステムであって、前記モジュールのうちからの少なくとも２つの第１のモジュール（４０１）は互いに直列に接続されていることが可能であり、前記第１のモジュール（４０１）の接続状態では、第１の接触手段（２００）が前記第１のモジュール（４０１）の間に配置されており、前記モジュールのうちの第２のもの（４０２）は第２の接触手段（１００）を有し、前記第１の接触手段（２００）および前記第２の接触手段（１００）は、互いに電気接触するように構成されている、モジュラーシステムにおいて、前記第１の接触手段（２００）および前記第２の接触手段（１００）が、互いに電気接触する際に、まず、前記第１のモジュール（４０１）を前記第２のモジュール（４０２）に接続し、次に、前記第１のモジュール（４０１）の互いとの前記接続を絶縁するように構成されていることを特徴とする、モジュラーシステム。
【請求項２】
前記第１の接触手段（２００）が少なくとも２つの第１の導体（２０１）を備え、ばね力が前記２つの第１の導体（２０１）のうちの少なくとも一方に作用し、前記第１の導体（２０１）を他方の第１の導体（２０１）の方向に押すことを特徴とする、請求項１に記載のモジュラーシステム。
【請求項３】
前記第２の接触手段（１００）が、前記接触接続を作り出すために、前記２つの第１の導体（２０１）の間に押し込まれることが可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のモジュラーシステム。
【請求項４】
前記第２の接触手段（１００）が、絶縁手段（１０２）と、前記絶縁手段（１０２）によって互いに絶縁された少なくとも２つの第２の導体（１０１、７０１）とを備え、前記第１の接触手段（２００）および前記第２の接触手段（１００）が、前記第１の接触手段（２００）と前記第２の接触手段（１００）との間の前記接触接続を作り出す際に、各々、前記第１の導体（２０１）の一方が、前記２つの第１の導体（２０１）の互いとの前記接続が解除される前に、前記第２の導体（１０１）の一方と接触するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモジュラーシステム。
【請求項５】
前記第２の接触手段（１００）が、前記第１の接触手段（２００）への前記接触接続を作り出すように構成された端部（１０３）において丸みをつけられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモジュラーシステム。
【請求項６】
前記第２の接触手段（１００）が先細り状部分（１０４）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュラーシステム。
【請求項７】
前記第１の導体（２０１）が、前記先細り状部分（１０４）の形状に適合された湾曲を有し、前記先細り状部分（１０４）が、前記第１の接触手段（２００）への接続状態では、前記第１の導体（２０１）の間に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のモジュラーシステム。
【請求項８】
前記第２のモジュール（４０２）が、前記第２の導体（１０１）が同じ電位にある状態に切り替えられることが可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモジュラーシステム。
【請求項９】
前記第２のモジュール（４０２）が、前記モジュールのさらなる第２のモジュール（４０２）の第２の接触手段（１００）と接触するためのさらなる第１の接触手段（６００）を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモジュラーシステム。
【請求項１０】
複数の第１のモジュール（４０１）を有する電気回路を少なくとも１つの第２のモジュール（４０２）によって拡張するための方法であって、少なくとも１つの第１の接触手段（２００）が前記第１のモジュール（４０１）の間に配置され、前記第２のモジュール（４０２）は第２の接触手段（１００）を有し、前記方法は、以下のステップ、すなわち、
前記第２のモジュール（４０２）が前記第１のモジュール（４０１）に電気接続されるように、前記第１の接触手段（２００）と前記第２の接触手段（１００）とを電気接触させるステップと、次に、
前記第１のモジュール（４０１）の互いとの直接電気接続を絶縁するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に係る、互いに電気接続させることができる複数のモジュールを有するモジュラーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車内および産業システム内の現代の電子回路は、多数の電力消費機器、電気エネルギー源およびエネルギー貯蔵手段を備える。この種の電子回路をモジュール式に構築することが知られている。これは、組み立てに多額の経費をかけずに、個々のモジュールを電子回路に追加するか、またはそれらから取り外すことができることを意味する。
【０００３】
（特許文献１）は、電動車両内における配電用モジュールを開示している。前記モジュールは、ハウジング、主ＨＶ接続部、および出力側の少なくとも２つの接続部からなる。また、使用されない時には迂回される、予備接続部が設けられる。
【０００４】
（特許文献２）は、制御および自動化システムのためのモジュラー制御設備を開示している。個々のモジュールは互いに電気的に相互接続される。前記相互接続のために、モジュールの接続ストリップの接点は、ばねの力を受けて別のモジュールの接点ストリップに電気接続される。
【０００５】
さらなる従来技術として、（特許文献３）、（特許文献４）および（特許文献５）が参照される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１００４３５５Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１２５１５９５Ｂ１号明細書
【特許文献３】独国特許第１０２０１５１１２５１２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１４／０２２６３７７号明細書
【特許文献５】米国特許第７，２６９，０３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
対照的に、本発明は、動作中に電子回路を拡張することを可能にするモジュラーシステムを提供するという目的に基づく。さらに、動作中に電子回路を拡張するための方法も提供されることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的は、請求項１に記載のモジュラーシステムによって、および請求項１０に記載の方法によって達成される。本発明の諸実施形態は従属請求項において特定される。
【０００９】
本明細書の文脈において、モジュラーシステムとは、特に、機能システムを形成するために互いに接続させることができる複数の異なる構成要素を備えるシステムを意味すると理解される。モジュラーシステムは複数のモジュールを備える。前記モジュールは、異なる機能電子回路を形成するために異なる組み合わせで互いに結合させることができる。モジュールは、例えば、エネルギー貯蔵手段、エネルギー源および／または電力消費機器を備えてもよい。
【００１０】
モジュールのうちからの２つの第１のモジュールが互いに直列に接続されていることができる。第１のモジュールの接続状態では、第１の接触手段が第１のモジュールの間に配置されている。モジュールのうちの第２のものは第２の接触手段を有する。第１および第２の接触手段は、互いに電気接触するように構成されている。これは、例えば、プラグおよびソケットを含んでもよい。第１の接触手段は、例えば、１つ以上のケーブルによって第１のモジュールに接続されていてもよい。第２のモジュールは、例えば、１つ以上のケーブルおよび電気要素を備えてもよい。第２の接触手段は、ケーブルまたはケーブル群によって電気要素に接続されていてもよい。電気要素は、例えば、エネルギー源、エネルギー貯蔵手段または電力消費機器であってもよい。
【００１１】
第１および第２の接触手段は、互いに電気接触する際に、まず、第１のモジュールを第２のモジュールに接続し、次に、第１のモジュールの互いとの接続を絶縁するように構成されている。第１のモジュールの互いとの接続が絶縁された後に、２つの第１のモジュールは好ましくは、第２のモジュールと直列に接続される。
【００１２】
第１および第２の接触手段の配置によって達成される効果は、第１のモジュールが第２のモジュールに接続されているかぎり、第１のモジュールの互いとの接続が維持されることである。したがって、モジュラーシステムを用いて構築された電子回路は、第２のモジュールが追加されている間に動作し続けることができる。
【００１３】
また、第２の接触手段への第１の接触手段の接触接続が、まず、２つの第１のモジュールが互いに電気接続され、次に、第２のモジュールへの第１のモジュールの接続が絶縁されるという事実のおかげで解除可能となるように、第１および第２の接触手段が構成されていることも可能である。これは、第２のモジュールを、動作中に、モジュラーシステムを用いて構築された電子回路から取り外すことを可能にする。
【００１４】
例えば、電子回路のモジュールが故障した時に、第２のモジュールを追加することが必要になる場合がある。また、第２のモジュールによって電子回路の機能を拡張することが望まれる場合もある。第２のモジュールが故障した時に、第２のモジュールを電子回路から取り外すことが望まれる場合がある。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、第１の接触手段は少なくとも２つの第１の導体を備えてもよい。ばね力が２つの第１の導体の少なくとも一方に作用し、前記第１の導体を他方の第１の導体の方向に押すことができる。ばね力は、例えば、ばね要素によって加えられることが可能である。代替的に、または加えて、第１の導体の一方、または第１の導体の両方は、それ自体が弾性的に弾力のあるように構成されていてもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、第２の接触手段が、接触接続を作り出すために２つの第１の導体の間に押し込まれ得ることが可能である。ばね力が第１の導体の少なくとも一方に作用する場合に、これは特に有利である。それゆえ、ばね力は、第２の接触手段への第１の導体の接続を確実にする。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、第２の接触手段は、少なくとも２つの第２の導体、および絶縁手段を備えてもよい。第２の導体は絶縁手段によって互いに絶縁されていることが可能である。第１および第２の接触手段は、第１および第２の接触手段の間の接触接続を作り出す際に、各々、第１の導体の一方が、２つの第１の導体の互いとの接続が解除される前に、第２の導体の一方と接触するように構成されていることが可能である。
【００１８】
したがって、２つの第１の導体の互いとの電気接続が解除される前に、２つの電気接続を作り出すこと、すなわち、各々、第１の導体の一方と第２の導体の一方との間の電気接続を作り出すことが可能である。第１の接触手段と第２の接触手段との間の接触接続を作り出す際には、したがって、２つの第１のモジュールが互いに直接接続され、且つ第２のモジュールが２つの第１のモジュールに接続されている、少なくとも短い瞬間が存在し得る。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、第２の接触手段は、第１の接触手段への接触接続を作り出すように構成された端部において丸みをつけられていてもよい。本説明の文脈では、丸みをつけられた端部とは、特に、第２の接触手段が端部に向かって連続的に狭くなることを意味すると理解される。
【００２０】
第２の接触手段の丸みをつけられた端部は、第２の接触手段と第１の接触手段との間の接触接続を作り出すために特に有利である。丸みをつけられた端部は、第１のモジュールの互いとの接続が絶縁されることなく、まず、第２のモジュールと第１のモジュールとの間の接続を作り出す。次に、第２の接触手段が第１の接触手段内にさらに挿入されると、第１のモジュールの互いとの接続が絶縁される。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、第２の接触手段は先細り状部分を有してもよい。この種の先細り状部分は、ばね力が、少なくとも、第１の接触手段の第１の導体の一方に作用する場合に、特に有利である。このとき、ばね力は前記第１の導体を第２の接触手段の先細り状部分内に押し込み、それにより、特に固定された接触が第１および第２の接触手段の間において達成される。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、第１の導体は、第２の接触手段の先細り状部分の形状に適合された湾曲を有してもよい。その結果、第１の接触手段と第２の接触手段との間の特に良好な接触接続が達成される。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、第２のモジュールが、第２の導体が同じ電位にある状態に切り替えられ得ることが可能である。前記状態では、場合により危険になる過電圧が予想されないため、第２のモジュールを動作中に電子回路に非常にうまく追加することができる。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、第２のモジュールは、モジュールのうちからのさらなる第２のモジュールの第２の接触手段への接触接続のためのさらなる第１の接触手段を備えてもよい。したがって、モジュラーシステムを用いて構築された電子回路が、第２のモジュールがすでに追加された後に、なおさらに拡張されることが可能になるため、これは特に有利である。したがって、モジュラーシステムを用いて構築された電子回路の柔軟性および拡張性がなおさらに増大する。さらなる第１の接触手段は、特に、以上においてすでに説明された第１の接触手段と全く同じか、またはそれと同様に構成されていることが可能である。
【００２５】
２つの第１のモジュールの互いとの接続の機械的絶縁に対する代替として、モジュラーシステムが、第２のモジュールがいつ２つの第１のモジュールに接続されたのかを検出するように構成されている、制御要素を備えることも可能である。さらに、制御要素は、第２のモジュールと２つの第１のモジュールとの間の接続を検出した後に、例えば、スイッチング要素が開かれるという事実のおかげで、２つの第１のモジュールの互いとの接続を絶縁するように構成されていてもよい。
【００２６】
請求項１０に記載の方法によれば、第１の接触手段が第２の接触手段と電気接触し、そのため、第２のモジュールは第１のモジュールに電気接続される。その後、第１のモジュールの互いとの直接電気接続は絶縁される。次に、第２のモジュールは２つの第１のモジュールと直列に接続される。
【００２７】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図を参照した、好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。ここで、同一もしくは同様の構成要素、および同一もしくは同様の機能を有する構成要素のために、同じ参照符号が用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る第２の接触手段の概略図を示す。
【図２】図１からの第２の接触手段、および第１の接触手段の概略図を示す。
【図３】相互に接続した状態における図２からの第１および第２の接触手段の概略図を示す。
【図４ａ】第１および第２の接触手段の接触過程の間における概略電気回路図の区分を示す。
【図４ｂ】第１および第２の接触手段の接触過程の間における概略電気回路図の区分を示す。
【図４ｃ】第１および第２の接触手段の接触過程の間における概略電気回路図の区分を示す。
【図５】本発明の一実施形態の概略電気回路図の区分を示す。
【図６】本発明の一実施形態の概略電気回路図の区分を示す。
【図７】本発明の一実施形態に係る第２の接触手段の概略斜視図を示す。
【図８】本発明の一実施形態に係る第２の接触手段の概略斜視図を示す。
【図９】本発明の一実施形態に係る第２のモジュールの概略回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、第１の接触手段２００（図２および図３参照）と接触するように構成されている、第２のモジュールの第２の接触手段１００を示す。第２の接触手段１００は、絶縁手段１０２によって互いに絶縁された２つの第２の導体１０１を備える。第１の接触手段２００と接触するように構成された端部１０３において、第２の接触手段１００は丸みをつけられている。さらに、第２の接触手段は先細り状部分１０４を有する。
【００３０】
図２は、第２の接触手段１００および第１の接触手段２００を示す。第１の接触手段２００は、接触領域２０２内で互いに触れ合う、２つの第１の導体２０１を備える。２つの第１の導体２０１は各々、第１のモジュールに接続されている。第１のモジュールは図２に示されていない。
【００３１】
図２では、第２の接触手段１００の丸みをつけられた端部１０３が第１の導体２０１とすでに接触している。しかし、２つの第１の導体２０１の互いとの接続はまだ絶縁されていない。図２では、各々、一方の第２の導体１０１は第１の導体２０１と接触している。第１および第２の導体１０１および２０１は、各々、例えば、ケーブルとして構成されていることが可能である。
【００３２】
第１の導体２０１は、特に、接触領域２０２内、および隣接領域内において、湾曲形状を有し、前記湾曲形状は第２の接触手段１００の先細り状部分１０４に適合されている。ばね力が２つの第１の導体２０１を互いに向かって押す。例えば、２つの第１の導体２０１は弾性変形可能材料で作製することができ、それら自身で互いに対してばね力を加えることができる。
【００３３】
図３では、第２の接触手段１００は２つの第１の導体２０１の間にさらに押し込まれており、そのため、２つの第１の導体２０１はもはや触れ合っておらず、絶縁手段１０２によって互いに電気絶縁されている。２つの第１の導体２０１は先細り状部分１０４に隣接している。第１の導体２０１に作用するばね力は、第１の導体２０１と第２の導体１０１との間の非常に良好な接続を達成する。
【００３４】
図２および図３を一緒に見ると、２つの第１の導体２０１の互いとの接続が絶縁される前に、まず、第２の接触手段１００と第１の接触手段２００との間の接続が作り出されることが非常に明確になる。
【００３５】
図４ａ〜図４ｃは、第２の接触手段１００と第１の接触手段２００との間の接触プロセスを概略電気回路図によって示す。２つの第１のモジュール４０１および１つの第２のモジュール４０２が示されている。図４ａでは、２つの第１のモジュール４０１はスイッチング要素４０３によって互いに接続されている。回路図において、スイッチング要素４０３は、ばね力によって互いに向かって押された第１の導体２０１の等価物である。図４ａでは、第２のモジュール４０２は第１のモジュール４０１にまだ接続されていない。
【００３６】
図４ｂに示される回路図は、回路機構の観点から言えば、図２に示される状態の等価物である。第２のモジュール４０２は第１のモジュール４０１に接続されている。同時に、２つの第１のモジュール４０１はスイッチング要素４０３によって依然として互いに接続されている。したがって、２つの第１の導体２０１は絶縁手段１０２によってまだ互いに絶縁されていない。
【００３７】
図４ｃに示される回路図は、回路機構の観点から言えば、図３に示される状態の等価物である。第２の接触手段１００は今や、２つの第１の導体２０１の間に、２つの第１の導体２０１がもはや互いに直接接続されなくなるほど奥まで押し込まれている。したがって、スイッチング要素４０３は開いているように示されている。
【００３８】
図４ａ〜図４ｃから、２つの第１のモジュール４０１の互いとの接続が絶縁される前に、第２のモジュール４０２が第１のモジュール４０１にまず接続されることが非常に明確になる。したがって、第２のモジュール４０２は、第１のモジュール４０１、および任意選択的に、図に示されていないさらなる構成要素の動作中に、電子回路内に統合されることが可能である。
【００３９】
図５は、第１の接触手段２００および第２の接触手段１００の代替的な一実施形態を示す。第１の接触手段２００は４つの第１の導体を備える。第２の接触手段１００は４つの第２の導体を備える。接触動作の原理は、以上においてすでに説明されたものと同様であり、そのため、接触が形成された後に、スイッチング要素４０３は開いている。
【００４０】
図６に示される実施形態は、特に、電気回路図においてさらなるスイッチング要素６００によって示される、さらなる第１の接触要素が存在するという点で、図５からの実施形態と異なる。さらなる第１の接触要素は、例えば、さらなる第２のモジュール４０２によって、柔軟な仕方で電子回路を拡張するために用いられることが可能である。
【００４１】
図７は代替的な第２の接触手段７００を示す。前記代替的な第２の接触手段は、絶縁手段１０２によって全て互いに絶縁された、合計６つの第２の導体７０１を備える。前記第２の接触手段７００は、上述された第２の接触手段１００と同様の仕方で用いられることが可能である。ただし、第１の接触手段への接触接続が３つの導体によって各々作り出されるという相違がある。
【００４２】
図８に示される第２の接触手段８００は、特に、第２の導体７０１が絶縁手段１０２の凹部内に配置されているという点で、図７からの接触手段７００と異なる。このように、第２の接触手段８００は、改善された仕方で差し込まれることが可能である。図８は、第２の導体７０１のうちの３つが、絶縁手段１０２と面一の表面を形成することを示している。しかし、絶縁手段１０２の凹部が第２の導体７０１の厚さよりも深いことも可能である。その結果、第２の接触手段８００は、なおさらに改善された仕方で差し込まれ、案内されることが可能である。
【００４３】
図９に示される第２のモジュール４０２の概略回路図は、例えば、例として、電気エネルギー源、電気エネルギー貯蔵手段または電力消費機器であってもよい、電気要素９００を備える。２つの第２の導体１０１はスイッチング要素９０１によって互いに接続されることが可能である。第２のモジュール４０２を電子回路に追加する際に、全てのスイッチング要素９０１は開いていることができるか、または全てのスイッチング要素９０１は閉じていることができる。どちらの場合でも、２つの第２の導体１０１は各々同じ電位にある。スイッチング要素９０１が開いている時には、ダイオード９０２は整流器を形成し、電気要素９００を通じた電圧の起こり得る上昇を防止する。
【００４４】
２つの第２の導体１０１が同じ電位にある時に、第２のモジュール４０２は、非常に干渉の低い仕方で、またはさらに、干渉のない仕方で、動作中に既存の電子回路内に統合されることが可能である。
【００４５】
また、第２のモジュール４０２が、予期しない過電圧が生じた時にスイッチ９０１への損傷を防止するために、過電圧阻止手段を備えることも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  第２の接触手段
１０１  第２の導体
１０２  絶縁手段
１０３  端部
１０４  先細り状部分
２００  第１の接触手段
２０１  第１の導体
４０１  第１のモジュール
４０２  第２のモジュール
４０３  スイッチング手段
６００  第１の接触部分
７００  第２の接触部分
７０１  第２の導体
８００  第２の接触手段
９００  電気要素
９０１  スイッチング要素
９０２  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2018037408000001.pdf