用于无接触感应能量传输的设备和用于该设备的操作方法技术

本发明专利技术涉及一种用于从主级部分(1)到次级部分(1’)的无接触感应能量传输的设备，所述主级部分(1)和所述次级部分(1’)均具有可以穿过空气间隙(6)以感应方式与彼此耦合的至少一个线圈(10、10’)。所述设备的特征在于：所述主级部分(1)和所述次级部分(1’)在每种情况下包括用于穿过所述空气间隙(6)传输数据的数据传输单元(30、30’)。本发明专利技术还涉及一种用于这种设备的操作方法。

Equipment for contactless induction energy transmission and operation method for the equipment

The present invention relates to a device for contactless inductive energy transmission from the primary part (1) to the secondary part (1'). Both the primary part (1) and the secondary part (1') have at least one coil (10, 10') that can be inductively coupled to each other through the air gap (6). The device is characterized in that the primary part (1) and the secondary part (1') in each case include a data transmission unit (30, 30') for transmitting data through the air gap (6). The invention also relates to an operation method for such a device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无接触感应能量传输的设备和用于该设备的操作方法
本专利技术涉及一种用于从主级部分到次级部分的无接触感应能量传输的设备，所述主级部分和所述次级部分均具有可以经由空气间隙以感应方式与彼此耦合的至少一个线圈。本专利技术还涉及一种关于用于从主级部分的线圈到次级部分的线圈的无接触感应能量传输的设备的操作方法。
技术介绍
与经由机械式连接的或断连的接触元件传输能量的连接器相比，用于无接触能量传输的设备在由于高数量的配合周期或强振动所致的磨损方面有益。此外，当在电力负载下插入或拔出时，接触腐蚀得以防止。通过用于能量传输的无接触设备，当断连具有高电流负载的连接器时形成的电弧的危害也不出现。最后，例如，能量的无接触传输在主级部分与次级部分之间提供电气隔离(galvanicisolation)，这在医疗应用中可能是需要的。缺少机械式错综互锁接触也使得有可能设计具有尽可能平滑的表面的设备，其使得无接触能量传输设备适合于例如食品产业中的具有增加的清洁度和卫生要求的应用。具体地说，高耐磨损性也使得无接触感应能量传输令自动化部门感兴趣，例如，用于将能量传输到机器人的可交换工具。公开WO2013/087676A2描述一种用于从主级部分到次级的无接触感应能量传输的设备，其可以替代用于例如机器人的可交换工具的能量传输的机械连接器。主级部分和次级部分均具有可以通过感应方式耦合到主级部分和次级部分并且均与铁氧体磁芯相互作用的至少一个线圈。由于其磁导率，铁氧体磁芯增加磁通量，从而可以甚至通过小设备尺寸和小传输区域传输高电功率。甚至当主级部分和次级部分(尚)未处于它们之间的距离为最小的位置中时，而是当它们之间存在间隙时，高磁通量也使得能量传输成为可能。在主级部分和次级部分的特定侧向偏移的情况下，即，如果主级部分和次级部分的线圈并非处于同一轴上，能量传输也可能发生。
技术实现思路
本专利技术的目的是扩展这种用于无接触能量传输的设备的应用可能性，尤其是在自动化中的使用。所述目的通过具有独立权利要求的相应特征的设备或用于该设备的操作方法得以解决。在从属权利要求中指示所述设备和所述操作方法的有利配置和其他变体。上述类型的本专利技术相关设备的特征在于这样的事实：主级部分和次级部分均具有用于经由空气间隙传输数据的数据传输单元。尤其是当用在工业环境中的自动化部门中时，除了例如用于机器人臂的可交换工具的供电电流之外，一般还需要数据连接。通过具有仅一个主级部分和一个次级部分的单个设备传输功率和数据两者简化了布置的设置和维护。在所述设备的有利的配置中，经由空气间隙以光学方式传输数据。因此，选择在任何情况下都不干扰感应能量传输的数据传输通道。数据传输单元优选地居中地布置，并且与所述线圈同心地布置。与仅用于功率传输的系统相比，线圈的中间的空间可以用于将数据传输单元集成到主级部分或次级部分中，而不增加它们的尺寸。在所述设备的另一有利的配置中，数据传输单元均具有至少一个传输元件和至少一个接收元件。传输元件优选地居中地布置，并且被多个接收元件包围。在所述设备的另一有利配置中，数据传输单元均具有一个导光元件。优选地，其基本上是圆柱形形状，并且具有面对传输元件或接收元件的第一光进入或出射表面以及面对空气间隙的第二光进入或出射表面。所述第一光进入或出射表面和/或所述第二光进入或出射表面的形状是平坦的、凹进的或凸出的。导光元件支持传输的效率，并且甚至在主级部分与次级部分之间存在侧向偏移和/或距离变化时使得传输成为可能。此外，线圈中心具有有限的安装空间。导光元件可以圆柱形，其直径使其贴合地配合到线圈的中心中。较大的安装空间于是关于传输元件和接收元件在线圈的外部是可用的。在设计方面，所述第一光进入和出射表面的形状是平坦的，并且第二光进入和出射表面的形状是凹进的，这对于补偿侧向偏移是特别有利的。用于经由空气间隙从主级部分的线圈到次级部分的线圈的无接触感应能量传输的设备的操作方法的特征在于：在从主级部分到次级部分的感应能量传输期间，主级部分与次级部分之间的数据的光学传输借助于集成在主级部分和次级部分中的数据传输单元经由空气间隙而进行。所述传输优选地在半双工或全双工过程中是双向的。这样结合上述设备产生优点。附图说明下文将使用附图通过实施例示例更详细地解释本专利技术。附图示出：图1为用于无接触能量传输的设备的截面图；图2为图1在中所示的设备的另一截面图；图3为无接触能量传输设备的数据传输单元的示意性侧视图；图4为根据图3的数据传输单元的俯视图；图5为无接触能量传输设备的数据传输单元的导光元件的不同配置；图6为数据传输单元的替选配置的平面图；以及图7为数据传输单元的示例性实施例的框图。具体实施方式图1示出根据应用的用于从主级部分1到次级部分1’的无接触能量传输的设备的示意性截面图。在图2中，沿着图1中显示的截面线A-A在截面中示出主级部分1。分配给主级部分1的元件(以下又称为主级元件)在附图中具有没有撇号的附图标记。分配给次级部分1的元件(以下又称为次级元件)具有对应撇号的附图标记，由此为具有相同或相当功能的主级元件和次级元件提供具有相同数字的附图标记。如果下文并未明确指示主级侧或次级侧，则使用没有撇号的附图标记指示两侧。主级部分1和次级部分1’均具有外壳2，其可以由常用于连接器外壳的材料(例如塑料、铝或不锈钢等)制成。外壳2是半壳体形状的，由此它们的前侧通过前面板3封闭。在背离前面板3的后部区域中，用于连接线路5的缆线入口4装配在外壳2中。连接线路5优选地是混合线路，其合并用于能量供应(包括待传输的能量)的连接线路以及数据线路。替代地，也可以在分离的线路中供应能量和数据。除了固定线路以外，连接器也可以被布置在外壳2上。直接在前面板3之后，存在所布置的线圈10，其缠绕在铁氧体磁芯11上或缠绕在插入铁氧体磁芯11中的线圈主体上。线圈10可以与单个导体缠绕。然而，为了减少趋肤效应，优选地使用多磁芯高频李兹线。在示例性实施例中，主级侧和次级侧上的铁氧体磁芯11是具有外部边沿12和相关同心的内部穹顶13的圆杯形磁芯。该磁芯又称为(圆柱对称)E-磁芯。考虑铁氧体磁芯11中的不同杂散磁场，外部边沿12和内部穹顶13的横截面优选地近似为相同大小，以实现均匀磁通量密度。使用具有不同几何形状的铁氧体磁芯也是可能的。例如，可以使用具有圆形或正方形或矩形铁氧体磁芯的正方形或矩形磁芯。也可以使用没有线圈主体的线圈，例如具有胶合在一起的导体。铁氧体磁芯11在相应前面板3的一侧上是打开的，而在相对侧上，外部边沿12和内部穹顶13由杯形底部连接。线圈10插入外部边沿12与内部穹顶13之间的环形槽中。线圈10的外部边沿和内部边沿与铁氧体磁芯11之间的任何其余间隙可以用导热介质填充。在操作期间，使得具有其前面板3、3’的主级部分1和次级部分1’靠近在一起，并且彼此面对，以用于无接触感应能量传输。在图1中形成空气间隙6的该距离绘制为传输距离zo。取决于尺寸，尤其是线圈10或铁氧体磁芯11的直径，可靠的传输距离zo的尺寸范围为0到几毫米或厘米。主级侧上沿着线圈10的轴的方向随后称为z方向，所分配的轴称为z轴。x和y方向或轴在前面板3的水平面垂直于此而延伸。在操作期间，交变电流施加到主级侧上的线圈10(以下又称为主级线圈10)。主级线圈1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从主级部分(1)到次级部分(1’)的无接触感应能量传输的设备，所述主级部分(1)和所述次级部分(1’)均具有能够经由空气间隙(6)以感应方式与彼此耦合的至少一个线圈(10、10’)，其特征在于，所述主级部分(1)和所述次级部分(1’)均具有用于经由所述空气间隙(6)传输数据的数据传输单元(30、30’)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.10 DE 102016119213.9;2017.01.31 DE 10201711.一种用于从主级部分(1)到次级部分(1’)的无接触感应能量传输的设备，所述主级部分(1)和所述次级部分(1’)均具有能够经由空气间隙(6)以感应方式与彼此耦合的至少一个线圈(10、10’)，其特征在于，所述主级部分(1)和所述次级部分(1’)均具有用于经由所述空气间隙(6)传输数据的数据传输单元(30、30’)。2.如权利要求1所述的设备，其中，经由所述空气间隙(6)的数据传输以光学方式进行。3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述数据传输单元(30、30’)居中地布置，并且与所述线圈(10、10’)同心地布置。4.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述数据传输单元(30、30’)均具有至少一个传输元件(32)和至少一个接收元件(33)。5.如权利要求4所述的设备，其中，在每个数据传输单元(30、30’)处提供有中心传输元件(32)，并且所述中心传输元件(32)被多个接收元件(33)包围...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·格伦伯格，M·纽，
申请(专利权)人：威德米勒界面有限公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE