具有来自次级侧反馈的无接触式连接器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无接触式连接器系统，其具有电力发送连接器(102)，电力发送连接器具有初级侧电感耦合元件(L

Contactless connector system with feedback from secondary side

The present invention relates to a contactless connector system having an electric power transmitting connector (102) having an electric power transmitting connector having a primary side inductive coupling element (L)

【技术实现步骤摘要】
具有来自次级侧反馈的无接触式连接器系统
本专利技术涉及无接触式连接器系统以及控制无接触式连接器系统以用于在电力发送连接器和电力接收连接器之间电感传输电力的方法。
技术介绍
电感能量转移的原理在许多应用中用作大量应用的技术开发的物理基础。在电感能量转移的情况下，其基本元件是松散耦合导体，其代表初级侧电力发送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“无接触式”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化。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，对于其中装置以及最终这些装置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。一方面,对于具有旋转或可移动部件的系统属于这种情况，这是因为基于IE的部件允许避免使用瞬动触头(wipercontact)，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，否则所述装置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力、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，其有效地传输电力和数据，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EP2581994B1中公开了这种无接触式连接器系统的示例。根据该文件，提供了一种无接触式连接器系统，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，用于将电力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发送。目前，TEConnectivity公司生产了一种名为ARISO的无接触式连接器系统，其在图1中示意性地示出。该已知的无接触式连接器系统200包括电力发送连接器202和电力接收连接器204。电力发送连接器202具有初级侧电感耦合元件Lp(也称为初级侧电力线圈)，其由输入电源供电。输入电力可以例如是直流(DC)电力，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，电力线圈Lp是谐振电路210的部件，其包括与电力线圈Lp并联的电容器Cp。当电力发送连接器202和电力接收连接器204的两个配合表面212、214充分地紧密接触时，次级电力线圈Ls磁耦合至初级侧电力线圈Lp。次级侧电力线圈Ls是次级侧谐振电路216的部件。借助于电磁耦合，电力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，以产生经调节的DC输出电力。除了电力传输以外，无接触式连接器系统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与连接至电力发送连接器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。电力接收连接器204设置有相对应的次级侧数据收发元件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发送信号。次级侧数据通信接口232连接至次级侧数据收发元件228，用于与连接至所述电力接收连接器204的第二外部部件(未在图中示出)进行通信。设置初级侧控制单元234以控制谐振电路210、初级侧数据通信接口222、以及初级侧数据收发元件224的操作。然而，传输电力和数据两者的已知的无接触式连接器系统使用谐振驱动电路以有效的方式传输电力，并且基于前馈控制来控制这些谐振系统，这意味着没有从次级侧测量和发送的信息可用于控制。对于必须满足关于它们的整体尺寸的严格要求的无接触式连接器系统尤其如此。因此，仍然需要一种传输电力和数据两者的无接触式连接器系统，其特别能量高效、安全且稳健，同时其可以以特别具有成本效益的方式来制造。
技术实现思路
该目的通过独立权利要求的主题来解决。本专利技术的有利实施例是从属权利要求的主题。根据本专利技术的无接触式连接器系统包括电力发送连接器，其具有：初级侧电感耦合元件，其连接至电力输入端子，所述电力输入端子可连接至提供输入电力的电源；谐振电路，用于通过所述输入电力在所述初级侧电感耦合元件处产生磁场；初级侧数据收发元件，用于发送和接收数据，从而在所述发送连接器和接收连接器之间形成双向数据链路；初级侧数据通信接口，连接至所述初级侧数据收发元件，用于与连接至所述电力发送连接器的第一外部部件进行通信；以及初级侧控制单元，用于控制所述谐振电路、所述初级侧数据通信接口、以及所述初级侧数据收发元件的操作。另外，无接触式连接器系统包括与所述电力发送连接器可配合的电力接收连接器，所述电力接收连接器具有：次级侧电感耦合元件，当与所述初级侧电感耦合元件电磁耦合时，其可操作为接收电力；次级侧数据收发元件，在所述电力发送连接器和所述电力接收连接器的配合状态中，其可操作为与所述初级侧数据收发元件形成双向数据链路；次级侧数据通信接口，连接至所述次级侧数据收发元件，用于与连接至所述电力接收连接器的第二外部部件进行通信。本专利技术基于以下想法：电力接收连接器还包括次级侧感应单元，其可操作为测量至少一个次级侧操作参数，且其中所述初级侧控制单元连接至初级侧数据通信单元，用于响应于所述至少一个次级侧操作参数和至少一个初级侧操作参数的组合来控制所述谐振电路的操作。通过在次级侧上感测一个或多个参数，并经由双向数据链路将信息发送至初级侧连接器，可以显著地改善连接器系统的性能。可以在次级侧上以及初级侧上监测多种参数，且信息可以由初级侧控制单元使用，以控制电力输送。特别地，通过测量电力发送连接器和电力接收连接器的温度，可以改善根据本专利技术的无接触式连接器系统的热管理。另外，通过监测跨初级电感耦合元件和次级电感耦合元件的电压，可以实现电力的远距离和超范围管理。这两个电压的比率可以用作两个电感耦合元件之间的距离的计量。通常，当电力发送连接器和电力接收发送器之间的距离增加时，可以输送的最大电力减小。在目前的连接器系统中，电力输送被最大化到固定水平，并且在距离为大约某一水平的情况下被设定为零。通过跨初级电感耦合元件和次级电感耦合元件的电压的比率，连接器系统知道初级电感耦合元件和次级电感耦合元件之间的当前距离是多少，且可以计算从其输送的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
无接触式连接器系统(100)包括：电力发送连接器(102)，具有：初级侧电感耦合元件(L

【技术特征摘要】
2015.11.13 EP 15194497.21.无接触式连接器系统(100)包括：电力发送连接器(102)，具有：初级侧电感耦合元件(Lp)，其连接至电力输入端子，所述电力输入端子可连接至提供输入电力的电源，谐振电路(110)，用于通过所述输入电力在所述初级侧电感耦合元件(Lp)处产生磁场，初级侧数据收发元件(124)，用于发送和接收数据，从而在所述发送连接器和接收连接器(102，104)之间形成双向数据链路，初级侧数据通信接口(122)，连接至所述初级侧数据收发元件(124)，用于与连接至所述电力发送连接器(102)的第一外部部件进行通信，以及初级侧控制单元(134)，用于控制所述谐振电路(110)、所述初级侧数据通信接口(122)、以及所述初级侧数据收发元件(124)的操作，电力接收连接器(104)，其与所述电力发送连接器(102)可配合，所述电力接收连接器(104)具有：次级侧电感耦合元件(Ls)，当与所述初级侧电感耦合元件(Lp)电磁耦合时，其可操作为接收电力，次级侧数据收发元件(128)，在所述电力发送连接器(102)和所述电力接收连接器(104)的配合状态中，其可操作为与所述初级侧数据收发元件(124)形成双向数据链路，次级侧数据通信接口(132)，连接至所述次级侧数据收发元件(128)，用于与连接至所述电力接收连接器(104)的第二外部部件进行通信，其中所述电力接收连接器(104)还包括次级侧感应单元(136)，其可操作为测量至少一个次级侧操作参数，且其中所述初级侧控制单元(134)连接至所述初级侧数据通信接口(122)，用于响应于所述至少一个次级侧操作参数和至少一个初级侧操作参数的组合来控制所述谐振电路(110)的操作。2.如权利要求1所述的无接触式连接器系统，其中所述初级侧收发元件(124)包括初级侧天线元件(126)，且所述次级侧收发元件(128)包括次级侧天线元件(130)，其中，在所述连接器系统(100)的配合状态中，所述天线元件(126，130)可操作为允许双向射频通信。3.如权利要求1或2所述的无接触式连接器系统，其中所述初级侧操作参数包括跨所述初级侧电感耦合元件(Lp)的初级电压(Vp)，且其中所述次级侧操作参数包括跨所述次级侧电感耦合元件的次级电压(Vs)，且其中初级控制单元(134)可操作为基于这些参数来计算所述初级侧电感耦合元件(Lp)和所述次级侧电感耦合元件(Ls)之间的距离，或者基于这些参数计算所述初级侧的输入处的电力与所述次级侧处的输出电力之间的电力损耗。4.如权利要求2或3所述的无接触式连接器系统，其中所述第一天线元件和第二天线元件线元件(126，130)中每一个包括圆极化天线。5.如前述权利要求任一项所述的无接触式连接器系统，其中所述次级侧感应单元(136)包括温度测量单元，用于产生指示所述电力接收连接器的温度的温度值，且其中所述温度值经由所述双向数据链路发送至所述初级侧。6.如前述权利要求任一项所述的无接触式连接器系统，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：G哈布拉肯，J迪特纳，B曼格，R霍斯萨伊尼，S阿布尔卡塞姆，F兰格，
申请(专利权)人：泰科电子连接荷兰公司，泰连德国有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL