[发明专利]非接触式连接器和非接触式连接器系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于非接触式连接器系统的功率接收连接器，涉及非接触式连接器系统，且涉及控制非接触式连接器系统的附属方法，用于在功率发射连接器和功率接收连接器之间电感地传输功率。

背景技术

在许多应用中，电感能量转移的原理用作大量的应用的技术开发的物理基础。电感能量转移情况下的基本元件是松散耦合导体，其代表初级侧功率传输装置中的电感器或磁绕组与目标装置中的电感器或磁绕组的磁耦合。在操作期间，能量在初级侧部分和次级侧部分之间电感地转移。如果从初级侧部分移除次级侧部分，则能量转移被中断。在上下文中，术语“非接触式”用于表示：在初级侧部分和次级侧部分上的相对应的电触头之间分别没有任何欧姆连接的情况下，可以实现能量转移。

省略电触头对于在不同应用领域中的许多应用是非常重要的。这特别适用于在电源和电汇(sink)之间的电连接的机械设置中具有高要求的应用，其中可以通过应用电感能量转移(IE)来避免技术上复杂的插头和电缆。另外，基于IE的技术能量供应系统部件可以被保护免受环境影响，而不会由于应用外部连接器而使得机械设置不必要地复杂。此外，在IE的一些应用领域中，鉴于技术可行性，必须避免使用电连接。例如，在易爆环境中或者在导电和/或腐蚀性介质中对系统部件进行操作期间，依赖于允许非接触式能量转移的系统在技术上是有利的。另外，对于其中器件以及最终这些器件的电触头暴露于高应力的系统，IE的使用可以改善系统的可靠性。这一方面是对于具有旋转或可移动部件的系统的情况，这是因为基于IE的部件允许避免使用瞬动触头(wiper contact)，其易于由于摩擦而磨损。此外，IE技术可以有利地用于具有连接器的装置中，否则其必须针对多个插头来设定尺寸。

非接触式连接器用于许多不同的应用领域中，其在彼此之间没有欧姆接触的情况下可靠地传输电功率、信号和数据。特别地，在工业机器人系统的领域中(其中涉及需要在恶劣环境下使移动部件和电子部件保持可靠的连接)，需要接触式连接器系统，其有效地传输功率和数据，并且不受恶劣环境的影响，例如水、灰尘或振动。

在欧洲专利申请EP 2581994 B1中公开了这种非接触式连接器系统的示例。根据该文件，提供了一种非接触式连接器系统，其具有可以配合的初级侧电感耦合元件和次级侧电感耦合元件，用于将电功率从初级侧无线地传输到次级侧。此外，经由两个天线元件在连接器系统的相配合的两个部分之间建立射频数据链路来实现双向数据传输。

目前，泰科电子(TE Connectivity)生产了一种名为ARISO的非接触式连接器系统，其在图1中示意性地示出。该已知的非接触式连接器系统200包括功率传输连接器202和功率接收连接器204。功率传输连接器202具有初级侧电感耦合元件L_p(也称为初级侧功率线圈)，其由输入电源供给功率。输入功率可以例如是DC功率，其通过借助于DC/DC转换器206和随后的DC/AC转换器208转换为交流电压。如图1中示意性示出的，功率线圈L_p是谐振电路210的部件，其包括并联于功率线圈L_p的电容器C_p。

当功率传输连接器202和功率接收连接器204的两个配合表面212、214充分地紧密接触时，次级功率线圈L_s磁耦合至初级侧功率线圈L_p。次级侧功率线圈L_s是次级侧谐振电路216的部件。借助于电磁耦合，功率从初级侧传输至次级侧。次级侧谐振电路216连接至整流电路218(例如包括桥式整流器)以及后续的DC/DC转换器224，以产生调节的DC输出功率。

除了功率传输以外，非接触式连接器系统200还配备有用于建立双向数据链路的机构，以通过连接器系统进行数据传输。初级侧数据通信接口222与连接至功率传输连接器202的第一外部部件(未在图中示出)进行通信。具有一个或多个天线元件226的初级侧数据收发器元件224将来自通信接口222的数据信号转换为无线电信号，并相应地将接收到的无线电信号转换为电数据信号，输入到通信接口222。

功率接收连接器204设置有相对应的次级侧数据收发器元件228，其具有一个或多个天线230，天线230经由无线近场无线电链路从初级侧接收信号，并从次级侧向初级侧传输信号。次级侧数据通信接口232连接至次级侧数据收发元件器228，用于与连接至所述功率接收连接器204的第二外部部件(未在图中示出)进行通信。