無接觸連接器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于電感式連接到相應(yīng)的配合連接器的無接觸連接器、包括兩個連接 器的無接觸連接器系統(tǒng)、以及無接觸連接器的制造方法。具體地，本發(fā)明提供了包括電感耦 合元件諸如線圈的無接觸連接器。進(jìn)一步，提供了圍繞線圈的至少部分的外部鐵氧體元件。 線圈和鐵氧體元件的布置允許將電力電感式傳輸?shù)脚浜系臒o接觸連接器/從配合的無接 觸連接器接收電力。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明總體涉及用于電感式功率傳輸?shù)臒o接觸連接器。無接觸功率連接器因它們 優(yōu)于常規(guī)功率連接器的各種優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用，即由于例如對于接觸破壞的高抗性、無 限次的配合循環(huán)、低磨損、防觸電、發(fā)火花和電流泄漏以及它們在臟或惡劣環(huán)境下的可操作 性。
[0003] 具體地，用于功率傳輸?shù)臒o接觸連接器可用在各種工業(yè)用裝置中，諸如，例如機(jī)器 人技術(shù)、旋轉(zhuǎn)應(yīng)用和成型設(shè)備。這種無接觸連接器需要在惡劣環(huán)境影響下可操作，以抵抗在 配合循環(huán)期間的高磨損量，或者可用于在潮濕、爆破或者可燃環(huán)境中的功率傳輸。
[0004] 已知的無接觸功率連接器系統(tǒng)構(gòu)造允許在無接觸連接器和配合連接器之間輸送 電力。
[0005] 但是，在電感式傳輸高功率級的情況下，必需考慮到因例如渦流產(chǎn)生的大量熱。由 此熱耗散是重要方面，但這導(dǎo)致對合適殼體材料的需求。因此，外殼體可以由金屬制成，這 導(dǎo)致磁場線的部分趨于流過金屬殼體。因此，殼體內(nèi)的那些場線導(dǎo)致附加損耗?？傮w上，由 于在電感式連接器處的功率損失，降低了功率傳輸。
[0006] 但即使殼體形成為使得因?qū)嶋H電感耦合元件引起的渦流被降低，本發(fā)明的發(fā)明人 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，另外，因?qū)﹄姼旭詈显┙o的引線引起的磁場也由于功率損失而對放熱有明 顯影響。具體地，外部鐵氧體元件將包括一些底板，通過這些觸頭引線對這些底板進(jìn)行饋 送。任何流過觸頭引線的電流都引起圍繞引出線的磁場線，且因此在該底板中引起渦流。這 些渦流又導(dǎo)致對連接器的加熱，這在操作期間是不容許的。
[0007] 根據(jù)國際磁學(xué)協(xié)會的鐵氧體罐磁芯（ferritepotstylecore)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 (IMA-STD-llO2011. 03,可從http://www.adamsmagnetic.com/pdf/Standard-Spec-for-Ferrite-Pot-Style-Cores,pdf下載到），存在各種形式的所謂罐磁芯，這些磁芯考慮到了 與圍繞引線通孔電線的B場關(guān)聯(lián)的困難。但是，這些磁芯帶有在圓柱形側(cè)壁中的較大開口， 并不足以減少由功率傳輸電感耦合元件本身引起的功率損失。
[0008] 因此，需要克服了前述缺陷的改進(jìn)的無接觸連接器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提出一種無接觸連接器和無接觸連接器系統(tǒng)，其允許降低由于 對電感耦合元件供給的電線激發(fā)的磁場的發(fā)熱，并且優(yōu)化連接器的功率傳遞性能。
[0010] 該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決。有利實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。
[0011] 本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)：在通常為線圈的電感耦合元件的供給電線的入口處，會發(fā) 生磁性短路。流過電線的任何電流導(dǎo)致高的B場，該高的B場可能使得在電線從中通過的 位置處鐵氧體發(fā)生飽和。如果發(fā)生飽和并且電流是交變的（在所有的感應(yīng)耦合功率傳送方 案中均為這種情況），則將發(fā)生額外的過大損耗。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，避免這樣的磁 性短路且因此避免鐵氧體材料的飽和導(dǎo)致功率損失降低。這樣的磁性短路可通過多種方式 避免。
[0012] 首先，B場的出現(xiàn)可通過防止凈電流流過無接觸連接器的底板中的開口來避免。這 可通過將在操作期間沿兩個相反方向傳導(dǎo)電流的兩根電線輸送通過鐵氧體底板中的一個 共同供給通孔來完成。沿相反方向流動的電流將導(dǎo)致整個B場的消除。
[0013] 替代地，磁性短路及與之關(guān)聯(lián)的發(fā)熱也可通過經(jīng)由具體鐵氧體幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計增大 磁路長度來避免。例如，具有不同尺寸且處于不同位置的氣隙可插入引出線引起的B場的 磁路。由于空氣的透磁率比鐵氧體的導(dǎo)磁性低1000倍以上，從而增大了磁路長度。這樣的 氣隙可以多種方式插入，并且也可通過在不同鐵氧體部件之間使用膠層或者薄的非磁性非 導(dǎo)電薄片來實(shí)現(xiàn)。
[0014]電感耦合元件可例如通過使用線材形成線圈，諸如例如實(shí)心線圈線材、多股線圈 線材等等。線材材料可以是適于所述目的的任何材料，例如銅。
[0015] 例如，無接觸連接器可以用作帶有功率傳輸?shù)臒o接觸以太網(wǎng)耦合器。在這方面，在 傳輸側(cè)的無接觸以太網(wǎng)耦合器可具有外部功率輸入，并且在接收側(cè)的配合無接觸以太網(wǎng)耦 合器可具有外部功率輸出。外部功率輸入的一部分可以分別在傳輸和接收側(cè)分支，以便將 對傳輸側(cè)的以太網(wǎng)電路以及接收側(cè)的以太網(wǎng)電路供電。這可例如允許靈活應(yīng)用以及大的可 傳輸功率范圍。作為變型，在傳輸側(cè)，要傳輸?shù)墓β士梢岳鐝膫鬏攤?cè)的數(shù)據(jù)線以電感方式 獲得。可選地，也可應(yīng)用外部電源，以實(shí)現(xiàn)最大靈活性以及增大的可傳輸功率水平。
[0016] 作為另一示例，要由這些以太網(wǎng)耦合器傳輸?shù)墓β士梢詮膫鬏攤?cè)的數(shù)據(jù)線電感式 地獲得，而接收的功率可以以電感方式應(yīng)用于接收側(cè)的數(shù)據(jù)線。可選的在傳輸側(cè)的外部功 率輸入和可選的在接收側(cè)的外部功率輸出是可能的。在本示例的變化中，在接收側(cè)的接收 功率可用于僅僅接收側(cè)的內(nèi)部電源。
[0017] 無接觸連接器能夠例如另外用在醫(yī)療場合。在這方面，連接器可以例如用在人造 關(guān)節(jié)或者人骨骼構(gòu)造中。
[0018] 無接觸連接器可以例如設(shè)置在柔性電纜內(nèi)，或者設(shè)置在剛性連接器外殼中，或者 M12連接器外殼，或者比M12連接器外殼厚且短的外殼中，或者可以例如設(shè)置在方形形狀的 殼體內(nèi)，或設(shè)置在成角形的外殼內(nèi)。另外，連接器可以例如設(shè)置為使得連接器的電子電路可 以被設(shè)置在遠(yuǎn)離連接器的機(jī)械部分的分立（seperate)外殼中，而柔性電纜連接該兩個部 分。
[0019] 作為另一示例，無接觸連接器可以適于例如在含有水和/或油的場合操作。在這 方面，無接觸連接器能夠提供到配合無接觸連接器的穩(wěn)定且可靠連接，而配合無接觸連接 器也可以在含水和/或含油的環(huán)境中操作或者在其外部操作。例如，無接觸連接器可以進(jìn) 一步形成為使得水和/或油被允許流過連接器的內(nèi)部部件。
[0020] 但是，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思也可有利地用于其它的電感式無接觸功率連接器，例如， 用在電動車輛的領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0021] 附圖整合在說明書中，并且形成說明書的一部分，以例示本發(fā)明的多個實(shí)施例。這 些附圖結(jié)合說明書用以解釋本發(fā)明的原理。附圖僅僅用于例示如何能夠制成和使用本發(fā)明 的優(yōu)選和可選示例的目的，而并不被闡釋為將本發(fā)明限制為僅所示和所說明的實(shí)施例。此 外，所述實(shí)施例的多個方面可以個體地或者以不同組合形成根據(jù)本發(fā)明的方案。以下所述 實(shí)施例由此可被單獨(dú)考慮或者以其任意組合來考慮。根據(jù)以下關(guān)于如附圖中所示的本發(fā)明 各種實(shí)施例的更具體描述，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記指示同 樣的元件，并且其中：
[0022] 圖1是部分分解圖方式的無接觸連接器的透視圖；
[0023] 圖2是處于完全組裝形式的根據(jù)圖1的連接器的透視圖；
[0024] 圖3是具有罐磁芯型鐵氧體元件的無接觸電感式連接器的透視圖；
[0025] 圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的無接觸連接器的透視圖；
[0026] 圖5是根據(jù)另一實(shí)施例的無接觸連接器的透視圖；
[0027] 圖6是根據(jù)另一實(shí)施例的無接觸連接器的透視圖；
[0028] 圖7是根據(jù)另一實(shí)施例的無接觸連接器的透視圖；
[0029] 圖8是根據(jù)另一實(shí)施例的無接觸連接器的透視圖；
[0030] 圖9是根據(jù)另一實(shí)施例的無接觸連接器的透視圖；
[0031] 圖10是第一變型的無接觸連接器構(gòu)思的示意性截面圖；
[0032] 圖11是穿過根據(jù)圖10的無接觸連接器的、旋轉(zhuǎn)90°的橫截面；
[0033] 圖12是根據(jù)另一構(gòu)思的無接觸連接器的示意性橫截面；
[0034] 圖13是通過圖12的連接器的、圍繞連接器縱向軸線旋轉(zhuǎn)90°的橫截面；
[0035] 圖14是通過根據(jù)第三構(gòu)思的無接觸連接器的示意性橫截面；
[0036] 圖15是通過圖14的連接器的、圍繞連接器縱向軸線旋轉(zhuǎn)90°的示意性橫截面。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 現(xiàn)在將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0038] 圖1示出了可電感式連接到相應(yīng)的配合連接器的無接觸連接器100的基礎(chǔ)件的部 分分解圖。無接觸連接器100因此具有配合端101以用于與合適的配合連接器（但是，圖 中未示出）相互作用，以便無接觸功率傳遞并且可選地另外的信號傳輸是可能的。電感耦 合元件110,在本示例中為具有多個繞組115的線圈，被設(shè)置用于將能量電感式傳輸?shù)较鄳?yīng) 的配合連接器。第一和第二觸頭引線103、104將電流供給到繞組115和從繞組115接收電 流。
[0039] 外部鐵氧體元件107被提供和設(shè)置為使得它至少部分地圍繞電感耦合元件。這形 成對于B場朝向配合連接器的改進(jìn)引導(dǎo)。為進(jìn)一步引導(dǎo)B場，設(shè)有同樣由鐵氧體材料組成 的底板105。為將第一和第二觸頭引線103、104供給通過鐵氧體部件，底板105包括兩個引 線通孔108、109。
[0040] 用于其它部件（諸如光纖或者天線）的額外開口 106可以可選地設(shè)置在底板105 中。此外，可選地，插入在電感耦合元件110中的內(nèi)部鐵氧體元件102也可設(shè)置在根據(jù)本發(fā) 明的無接觸連接器100中。但是，該內(nèi)部鐵氧體元件102對于本發(fā)明并不必需的。
[0041] 圖2示出了根據(jù)圖1的無接觸連接器100的組裝圖。如已經(jīng)提及的，該結(jié)構(gòu)是不 利的，因為由于流過第一和第二觸頭引線103、104的電流（如箭頭111、112標(biāo)示的）造成 的，所激發(fā)的磁場被底板105引導(dǎo)和短路。該B場可能使得底板105的鐵氧體飽和，并且在 電流交變的情況下，將發(fā)生額外的過大損耗。
[0042] 該影響可以通過使用所謂的罐型鐵氧體113(見圖3)抑制。但是，該罐磁芯113 是有缺陷的，因為它沒有將形成電感耦合元件110的線圈繞組115產(chǎn)生的磁場充分地引導(dǎo) 至配合連接器。
[0043] 因此，本發(fā)明的基本思想在于防止由分別通過觸頭引線103、104的電流引起的磁 路的短路，同時仍保持對于由位于