Патент на изобретение №2398322

(54) СИСТЕМА ШИН ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении расхода кабеля при разводке. Система шин электропитания содержит электропроводящую базовую структуру и минимум один размещаемый на базовой структуре модуль распределения энергии и/или электропитания. Электропроводящая базовая структура по существу по всей длине имеет, по меньшей мере, линии электропередачи, выполненные как первые контактные устройства. Минимум один модуль распределения энергии и/или электропитания имеет вторые контактные устройства для контактирования с первыми контактными устройствами базовой структуры и контактирование происходит в любом месте на базовой структуре или с базовой структурой. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к системе шин электропитания в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Для электроснабжения потребителей в информационно-технических корпусах и шкафах применяются преимущественно блоки штепсельных розеток. Эти блоки штепсельных розеток часто оснащаются крепежными устройствами, посредством которых они могут фиксироваться в корпусах и шкафах или на них. Однако вид розеток в таких блоках штепсельных розеток является строго определенным, так что для потребителей, нуждающихся в ином виде розеток, приходится устанавливать другой блок штепсельных розеток.

Аналогичная система известна и применительно к 19-дюймовым серверным шкафам. Здесь имеется базовая структура, размещаемая вертикально в серверном шкафу. В этой базовой структуре через определенные промежутки установлены вводы, к которым могут подключаться любые блоки штепсельных розеток. Благодаря этому возможна замена отдельно взятого блока штепсельных розеток. При этом в данной базовой структуре предусмотрены линии электропередачи.

Недостаток данной конструкции состоит в том, что, поскольку вводные устройства расположены через определенные, заданные промежутки, блоки штепсельных розеток могут устанавливаться только в некоторых, заранее определенных местах.

Поэтому ставится цель свести к минимуму расход кабеля при разводке, то есть использовать как можно более короткие кабели, так что желательно располагать розетки как можно ближе к соответствующим потребителям.

В основе изобретения лежит задача создания такой системы шин электропитания для обеспечения потребителей, в которой распределительные устройства могут размещаться максимально близко к потребителю и которая обеспечивает возможность простого наращивания и приспособления.

Эта задача решается согласно изобретению посредством системы шин электропитания с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Исходя из этого предусматривается, что электропроводящая базовая структура в основном по всей длине имеет, как минимум, линии электропередачи, выполненные как первые контактные устройства, и что минимум один модуль распределения энергии и/или электропитания имеет вторые контактные устройства для контактирования с первыми контактными устройствами базовой структуры. Далее контактирование происходит в любом месте на базовой структуре или с базовой структурой.

Дальнейшие преимущественные варианты осуществления изобретения указываются в зависимых пунктах формулы изобретения, в описании, а также фигурах и пояснениях к ним.

Основной идеей изобретения можно считать необходимость учитывать в конструкции системы шин электропитания то, что при установке в требуемое положение модулей распределения энергии и/или электропитания предоставляется максимально высокая степень свободы. Согласно изобретению это достигается посредством того, что электропроводящая базовая структура по всей своей длине имеет контактные устройства. Эти контактные устройства могут быть выполнены, например, в форме шин электропитания. Модули распределения энергии имеют еще одно, второе контактное устройство для контактирования с шинами электропитания. Путем контактирования устанавливается энергопередающее соединение между базовой структурой и модулями. Поскольку шины электропитания как контактное устройство проходят непрерывно по всей длине базовой структуры, модули распределения энергии можно соединить с базовой структурой в любом месте. Благодаря этому модули распределения энергии могут быть максимально приближены к соответствующим потребителям.

Дальнейшим преимуществом является возможность одновременного использования различных модулей распределения энергии. Различные модули могут, например, иметь разные гнезда для потребителей или в зависимости от конструктивного решения давать разные напряжения или быть по-разному защищенными посредством предохранителей.

В принципе модули распределения энергии могут быть выполнены произвольно. Предпочтительно они рассчитаны на те или иные возможности или заданные значения подключения потребителей. Так, например, можно предусмотреть модули распределения энергии в виде клеммных панелей для открытой проводки кабельной сети. С другой стороны, целесообразно выполнить эти модули в виде блока штепсельных розеток. Благодаря этому облегчается подключение потребителей. Использование отдельных модулей позволяет выполнить несколько модулей с разным расположением розеток, приспособленным к тому или иному потребителю. Так могут использоваться другие особые штепсельные вилки или различные системы розеток, отличающиеся национальной спецификой и/или спецификой стандартов.

В предпочтительном усовершенствовании изобретения базовая структура в дополнение к линиям электропитания имеет и линии передачи данных. Они выполнены как следующие, третьи контактные устройства. При этом целесообразно, чтобы хотя бы один модуль имел еще одно контактное устройство для установления соединения с третьими контактными устройствами.

Таким образом, становится возможной передача данных через линии передачи данных.

В принципе через линии передачи данных можно управлять коммуникацией из любого места. Так, например, соответствующее коммуникационное устройство может быть предусмотрено непосредственно на электропроводящей базовой структуре. Другая благоприятная возможность заключается в предусмотрении еще одного модуля в качестве коммуникационного, имеющего, как минимум, контактные устройства для контактирования с линиями передачи данных. Далее этот модуль должен быть рассчитан на передачу и/или прием информации на линиях передачи данных.

При использовании дополнительного модуля для обмена данными может быть предусмотрена основная версия без таких дополнительных устройств распределения данных с возможностью последующего расширения при возникновении потребности в других функциональных возможностях такого рода.

В этой связи полезно, чтобы, по крайней мере, модуль распределения энергии и/или электропитания также имел устройства для передачи и/или приема информации на линиях передачи данных. Благодаря этому становится возможным прием коммуникационным модулем или другим коммуникационным устройством данных с модулей электропитания и/или модулей распределения энергии. Так, например, может просто осуществляться контроль или управление в отношении суммарной запитанной мощности или отдельных модулей.

Можно также реализовать и другие механизмы контроля, используя функциональные возможности такого рода. Например, коммуникационный модуль может быть рассчитан таким образом, чтобы посредством соответствующих алгоритмов легко определялось местоположение отдельных распределительных модулей. Если в коммуникационном модуле к тому же имеется сопряжение с сетью или системой управления и операционной системой, то может использоваться или считываться информация по обслуживанию или актуальным условиям эксплуатации. Благодаря этому отпадает настоятельная необходимость в обслуживании на месте. Далее также открываются возможности целенаправленного отключения отдельных розеток или потребителей.

Коммуникационный модуль может быть предпочтительным образом рассчитан так, чтобы измерение тока или напряжения переносилось на отдельные модули или розетки или определялось по отдельности.

Защита отдельных модулей или блоков штепсельных розеток также может отображаться или контролироваться посредством коммуникационного модуля.

Для улучшения контакта модулей на базовой структуре целесообразно, чтобы у модулей имелись клещевые соединительные элементы для сцепления с базовой структурой. Они предпочтительно размещаются в соответствующей краевой зоне модулей.

Для установления надежного контакта оказалось целесообразным, чтобы первые и/или третьи контактные устройства выполнялись в виде разъемов «мама»» а вторые и/или четвертые контактные устройства предусматривались как подходящие к ним разъемы «папа». Это, во-первых, обеспечивает преимущество, состоящее в том, что линии электропередачи и контактные устройства на базовой структуре, выполненные как устройства «мама», оказываются защищены и предотвращается непроизвольное контактирование. Выступающие клещевые соединительные элементы, предусмотренные на модулях, служат для защиты также выступающих контактных устройств «папа», что препятствует их искривлению или поломке.

В принципе контактные устройства могут быть выполнены как соединения «папа-мама» или «мама-папа», но при этом предпочтительным является вариант выполнения с защитой от прикосновения.

В следующем предпочтительном варианте выполнения модули оснащены, по крайней мере, одним блокирующим устройством. Оно предпочтительно размещается на конце соответствующего модуля. Такого рода блокирующее устройство служит для дополнительного крепления модулей на базовой структуре, так что предотвращается непроизвольное смещение или удаление.

Наряду с возможностью дистанционной диагностики через коммуникационный модуль, который с пользой для коммуникации оснащен системами управления и/или контроля, на отдельных модулях также могут быть предусмотрены дополнительные индикаторные устройства для вывода информации. Так, например, могут быть предусмотрены светодиоды различного цвета для обозначения загрузки отдельных розеток в распределительном модуле. Для модулей также могу быть предусмотрены светодиодные мониторы или многосегментные индикаторы для отображения информации, касающейся актуальной энергетической нагрузки, подключенных потребителей или сообщений об ошибках. Аналогичным образом дисплеи могут быть предусмотрены в любом месте базовой структуры или могут адаптироваться к модулям.

Благодаря этому облегчается контроль на месте, так что при обслуживании такого рода отпадает необходимость в проведении длительных и подробных диагностических и контрольных испытаний с целью проверки исправности. Индикационные устройства могут также дополнительно иметь устройства ввода данных, чтобы при необходимости давать импульс анализу повреждений или выводу определенных данных или считывать их.

В предпочтительном варианте выполнения концевые участки базовых структур позволяют присоединять дальнейшие электропроводящие базовые структуры. Благодаря этому соответствующая изобретению система шин электропитания может быть просто расширена, что дает возможность приспособить ее к большему числу потребителей без значительного изменения системы в целом.

Поскольку электронные узлы и потребители в электронных корпусах и шкафах короче называемых шкафами электронных устройств или 19-дюймовыми серверными шкафами, размещаются все плотнее, энергопотребление такого шкафа возрастает. Также и по этой причине система шин электропитания в предпочтительном варианте выполнения рассчитана на передачу и пропускание нескольких фаз тока. В таком случае базовая структура имеет минимум по одной линии электропередачи на фазу.

При этом модули электропитания, имеющие возможность контактировать только с определенными линиями электропередачи, в состоянии предложить для подключаемых потребителей различные фазы или даже несколько фаз. Кроме того, возможно использование различными энергораспределительными модулями различных фаз с тем, чтобы, например, равномерно распределять нагрузку на все фазы.

Ниже изобретение будет более подробно рассмотрено на основании примеров осуществления и схематических чертежей. На данных чертежах показываются:

фиг.1 – принципиальная схема соответствующей изобретению системы шин электропитания;

фиг.2 – вид в плане системы шин электропитания с различными модулями;

фиг.3 – вид по сечению модуля и базовой структуры перед установкой;

фиг.4 – вид по сечению модуля и базовой структуры из фиг.3 после установки;

фиг.5 – вид по сечению модуля и базовой структуры с блокирующим устройством;

фиг.6 – серверный шкаф с двумя встроенными системами шин электропитания и

фиг.7 – принципиальная схема двойной системы шин электропитания с соединительным элементом.

Фиг.1 показывает принципиальную схему соответствующей изобретению системы шин электропитания 1. Показанная здесь система шин электропитания 1 имеет базовую структуру 2 с двумя концевыми деталями 6. На базовую структуру 2 установлены модуль электропитания 3, модуль распределения энергии 4 и модуль коммуникации 5. В другом конструктивном исполнении может быть целесообразно интегрировать модуль коммуникации в модуль питания, например, предусмотрев его на съемной плате в модуле питания.

Согласно фиг.1 модуль электропитания 3 связан с местной системой энергоснабжения. Наряду с простым подводом тока из местной системы энергоснабжения на базовую структуру 2 он может выполнять и другие функции. Например, могут быть предусмотрены трансформаторные устройства или дополнительные предохранители, такие как пустотные разрядники. После того как через модуль электропитания 3 на базовую структуру 2 подведена энергия, то есть ток, модуль распределения энергии 4 может передать энергию, получаемую им через базовую структуру 2, подключенным (здесь не показаны) потребителям. Дополнительно на базовой структуре 2 помещен модуль коммуникации 5. Он служит для обмена данными с известными системами управления или контроля. Для этого на базовой структуре 2 в дополнение к линиям электропитания 14 предусмотрены линии передачи данных 15. Через эти линии передачи данных модуль коммуникации 5 может обмениваться информацией или командами с модулем электропитания 3 и модулем распределения энергии 4. Например, он может определить точное положение отдельных модулей на базовой структуре. Кроме того, на базовой структуре 2 могут быть одновременно размещены и использованы несколько модулей распределения энергии.

На фиг.2 представлен вид в плане системы шин электропитания 1. Эта система шин электропитания 1 оснащена тремя различными модулями распределения энергии 4, выполненными как блоки штепсельных розеток 17, 18, 19. При этом блок штепсельных розеток 17 снабжен вводами для штепсельных вилок с защитным контактом. В блоке штепсельных розеток 18 имеются розетки для штекеров приборов, не выделяющих при работе тепловую энергию. В блоке штепсельных розеток 19, например, розетки выполнены в соответствии с американским стандартом трехштырьковых штепсельных вилок. В принципе здесь могут быть предусмотрены все виды нужных розеток, в том числе и розетки трехфазного тока или многофазные розетки. Благодаря выполнению модуля распределения энергии в виде модуля он легко заменяется и приспосабливается к местным условиям и стандартам. Как показано на фиг.2, различные типы блоков штепсельных розеток 17, 18, 19 можно использовать с одной базовой структурой 2.

Представленные здесь блоки штепсельных розеток 17, 18, 19 имеют дополнительно для каждой розетки индикаторное устройство 13. Оно может отображать, например, что потребитель, подключенный к данной розетке, получает энергию или что возникает проблема или сбой. На левом конце базовой структуры 2 помещен модуль электропитания 3. В этом модуле электропитания 3 имеются три индикаторных устройства 13. Они служат для индикации трех имеющихся в распоряжении фаз. Если возникает сбой или одна из фаз перестает давать необходимую мощность, это может быть отображено соответствующим индикаторным устройством 13.

В упрощенной форме индикаторное устройство 13 может показывать только «Выход из строя» или «Работа».

На концах блоков штепсельных розеток 17, 18, 19 предусмотрены приводы для блокирующих устройств.

Представленная на фиг.2 базовая структура 2 имеет как линии энергоснабжения 14, так и линии передачи данных 15. В данном варианте предусмотрены пять линий энергоснабжения 14 и минимум четыре линии передачи данных 15.

Точная компоновка базовой структуры 2 и размещение модуля 3, 4 или 5 на этой базовой структуре 2 будут описаны со ссылкой на фигуры 3 и 4.

Представленная в фиг.3 базовая структура 2 имеет пять линий энергоснабжения 14. Базовая структура 2 предусмотрена для использования в системе трехфазного переменного тока. При этом линия электропередачи 21 служит для первой фазы, линия электропередачи 22 для второй фазы и линия электропередачи 23 для третьей фазы. Линия электропередачи 24 служит, например, как нейтральная линия, а линия электропередачи 25 для заземленного защитного провода. Представленные здесь линии электропередачи 21, 22, 23, 24 и 25 выполнены как контактные устройства «мама» 32. Для контактирования и передачи энергии в модуле 4 имеются приспособленные к ним контактные устройства «папа» 33. Линии передачи данных 15 и соответствующие контактные устройства 35 и 34 выполнены аналогично контактным устройствам 32 и 33 для передачи энергии. Поскольку через линии передачи данных 15 не передаются большие мощности, их размер может быть небольшим. Число линий электропередачи 14, равно как и линий передачи данных 15, зависит от того, какая именно система используется, например система коммуникации.

При установке модуля 4 не всегда требуется, чтобы все пять линий электропередачи 14 контактировались посредством модуля 4. Если модуль используется только как однофазный, то есть в распоряжении потребителей имеется только одна фаза, то достаточно, например, контактирования с линиями электропередачи 21, 24 и 25.

Для обеспечения хорошего контакта между базовой структурой 2 и модулем 4, модуль 4 с боков оснащается выступающими соединительными элементами 26. Когда модуль 4 насаживается на базовую структуру и сдвигается с ней, соединительные элементы 26 сцепляются с соответствующими сопрягаемыми деталями 27 на базовой структуре. Поскольку соединительные элементы 26 предусмотрены в нижней части модулей, можно использовать модули более широкие, чем базовая структура 2. Благодаря этому можно применять также и электронные узлы с очень широкими штекерами.

Чтобы воспрепятствовать непроизвольному отсоединению модуля 3, 4, 5, размещенного на базовой структуре 2, на модулях 3, 4, 5 дополнительно предусматривается блокирующее устройство 16. Блокирующее устройство 16, как показано на фиг.5, входит в зацепление с предусмотренной для этого выемкой 30. В представленном варианте блокирующее устройство 16 выполнено в виде штифта, перпендикулярно которому расположен другой, поперечный штифт. При повороте блокирующего устройства на 90° поперечный штифт уже нельзя будет вытащить из базового модуля 2 и модуль 3, 4, 5 оказывается зафиксированным на базовой структуре 2. В принципе возможны и другие блокирующие конструкции.

На фиг.5 контактное устройство 37 для заземленного защитного провода выполнено иначе, чем на фигурах 3 и 4. Здесь оно по сравнению с другими линиями электропередачи расположено выше, так что при насаживании модуля 3, 4, 5 он в первую очередь соприкасается с контактным устройством 37. Благодаря этому устанавливается опережающее заземление, обеспечивающее более высокую безопасность.

Конструкция линий электропередачи 14, равно как и линий передачи данных 15, такова, что они не располагаются открыто на базовой структуре 2. Это позволяет предотвратить непроизвольное контактирование или короткое замыкание отдельных линий 21, 22, 23, 24, 25, 14, 15.

Контактные устройства, например, могут быть выполнены в виде ножевых контактов и иметь соответствующие опорные пластины. Также возможна конструкция с пружинящими контактами. Далее могут применяться и другие контактные устройства, устанавливающие соединения с силовым и/или геометрическим замыканием.

На фиг.6 представлен серверный шкаф 43. Этот серверный шкаф имеет две системы шин электропитания 41 и 42. При этом система шин электропитания 41 расположена вертикально, а система шин электропитания 42 – горизонтально. В системе шин электропитания 41 еще имеется место для размещения дополнительных модулей. Эти модули могут быть установлены в процессе эксплуатации, поскольку контактирование не влияет на другие модули. Также в соответствующей изобретению системе шин электропитания 1 в процессе эксплуатации возможна замена отдельных модулей без отключения от сети всей системы шин электропитания.

Фиг.7 показывает двойную систему шин электропитания 51. Она состоит из двух примыкающих друг к другу шин электропитания. Для передачи энергии с модуля электропитания 3 и на вторую шину устанавливается, как минимум, одна концевая деталь 52 в качестве соединительного элемента. При этом на соединительном элементе 52 выполняются соединения для линий электропередачи 14 и линий передачи данных 15. Таким образом, энергия из модуля электропитания 3 направляется на обе шины электропитания. Это также относится и к информации, которая направляется через модуль коммуникации 5 на базовые структуры 2. В представленной на фиг.7 системе шин электропитания 51 размещаются две базовые структуры «спиной к спине» или рядом. Однако можно также, используя соединительный элемент, расположить две базовый структуры одну над другой, так что их высота будет большей. Так, например, из горизонтальной системы шин электропитания 42 при помощи такого соединительного элемента и еще одной базовой структуры может быть построена вертикальная, более длинная система шин электропитания 41.

Таким образом, соответствующая изобретению система шин электропитания предоставляет простую гибкую схему, позволяющую гибко формировать энергоснабжение в электронных шкафах.

Формула изобретения

1. Система шин электропитания (1), в особенности для информационно-технических корпусов и шкафов, с электропроводящей базовой структурой (2) и минимум одним размещаемым на базовой структуре (2) модулем распределения энергии (4) и/или электропитания (3), что электропроводящая базовая структура (2), по существу, по всей длине имеет, по меньшей мере, линии электропередачи (14), выполненные как первые контактные устройства (32), что минимум один модуль распределения энергии (4) и/или электропитания (3) имеет вторые контактные устройства (33) для контактирования с первыми контактными устройствами (32) базовой структуры (2), и что контактирование происходит в любом месте на базовой структуре или с базовой структурой (2), отличающаяся тем, что минимум один модуль распределения энергии (4) выполнен в виде блока штепсельных розеток (17, 18, 19), что электропроводящая базовая структура (2) предусмотрена для переноса нескольких, в особенности, трех фаз, и что модули распределения энергии предусмотрены для выборочного отвода одной или нескольких фаз.

2. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что базовая структура (2) имеет линии передачи данных (15), выполненные как третьи контактные устройства (34).

3. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что минимум один модуль (3, 4, 5) имеет четвертое контактное устройство (35) для контактирования с третьими контактными устройствами (34).

4. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрен модуль коммуникации (5), имеющий минимум одно четвертое контактное устройство (35) для контактирования с минимум одним третьим контактным устройством (34) и сформированный для передачи и/или приема информации на линиях передачи данных (15).

5. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что модули (3, 4, 5) имеют клещевые соединительные элементы (26) для сцепления с базовой структурой (2).

6. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что первые (32) и/или третьи (34) контактные устройства выполнены как контактные устройства «мама» и альтернативно «папа», и что вторые (33) и/или четвертые (35) контактные устройства выполнены как контактные устройства «папа» и альтернативно «мама».

7. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что модули (3, 4, 5), в особенности на концах, имеют минимум одно блокирующее устройства (16) для фиксации модулей (3, 4, 5) в любом месте на базовой структуре или с базовой структурой (2).

8. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, модуль распределения энергии (4) и/или электропитания (3) имеет устройства для передачи и/или приема информации на линиях передачи данных (15).

9. Система шин электропитания по п.4, отличающаяся тем, что на или в модуле коммуникации (5) предусмотрено минимум одно сопряжение для коммуникации с системами управления и/или контроля, и что модули (3, 4, 5) имеют устройства для, в особенности двустороннего, управления и/или контроля через линии передачи данных (15).

10. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что модули (3, 4, 5) имеют индикаторные устройства (13) для вывода информации о состоянии.

11. Система шин электропитания по п.1, отличающаяся тем, что базовая структура (2) имеет концевые детали (6), предусмотренные для соединения с другой электропроводящей базовой структурой.

12. Система шин электропитания по одному из пп.1-11, отличающаяся тем, что минимум один модуль распределения энергии (4) имеет отличающиеся национальной спецификой и/или спецификой стандартов вводные устройства для потребителей или ретрансляции.

РИСУНКИ