具有來自次級側反饋的無接觸式連接器系統技術方案

本發明專利技術涉及一種無接觸式連接器系統，其具有電力發送連接器(102)，電力發送連接器具有初級側電感耦合元件(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)

【技術實現步驟摘要】
具有來自次級側反饋的無接觸式連接器系統
本專利技術涉及無接觸式連接器系統以及控制無接觸式連接器系統以用于在電力發送連接器和電力接收連接器之間電感傳輸電力的方法。
技術介紹
電感能量轉移的原理在許多應用中用作大量應用的技術開發的物理基礎。在電感能量轉移的情況下，其基本元件是松散耦合導體，其代表初級側電力發送裝置中的電感器或磁繞組與目標裝置中的電感器或磁繞組的磁耦合。在操作期間，能量在初級側部分和次級側部分之間電感轉移。如果從初級側部分移除次級側部分，則能量轉移被中斷。在上下文中，術語“無接觸式”用于表示：在初級側部分和次級側部分上的相對應的電觸頭之間分別沒有任何歐姆連接的情況下可以實現能量轉移。省略電觸頭對于在不同應用領域中的許多應用是非常重要的。這特別適用于在電源和電匯(sink)之間的電連接的機械設置中具有高要求的應用，其中可以通過應用電感能量轉移(IE)來避免技術上復雜的插頭和電纜。另外，基于IE的技術能量供應系統部件可以被保護免受環境影響，而不會由于應用外部連接器而使得機械設置不必要地復雜化。此外，在IE的一些應用領域中，鑒于技術可行性，必須避免使用電連接。例如，在易爆環境中或者在導電和/或腐蝕性介質中對系統部件進行操作期間，依賴于允許非接觸式能量轉移的系統在技術上是有利的。另外，對于其中裝置以及最終這些裝置的電觸頭暴露于高應力的系統，IE的使用可以改善系統的可靠性。一方面,對于具有旋轉或可移動部件的系統屬于這種情況，這是因為基于IE的部件允許避免使用瞬動觸頭(wipercontact)，其易于由于摩擦而磨損。此外，IE技術可以有利地用于具有連接器的裝置中，否則所述裝置必須針對多個插頭來設定尺寸。非接觸式連接器用于許多不同的應用領域中，其在彼此之間沒有歐姆接觸的情況下可靠地傳輸電力、信號和數據。特別地，在工業機器人系統的領域中(其中涉及需要在惡劣環境下使移動部件和電子部件保持可靠的連接)，需要接觸式連接器系統，其有效地傳輸電力和數據，并且不受惡劣環境的影響，例如水、灰塵或振動。在歐洲專利申請EP2581994B1中公開了這種無接觸式連接器系統的示例。根據該文件，提供了一種無接觸式連接器系統，其具有可以配合的初級側電感耦合元件和次級側電感耦合元件，用于將電力從初級側無線地傳輸到次級側。此外，經由兩個天線元件在連接器系統的相配合的兩個部分之間建立射頻數據鏈路來實現雙向數據發送。目前，TEConnectivity公司生產了一種名為ARISO的無接觸式連接器系統，其在圖1中示意性地示出。該已知的無接觸式連接器系統200包括電力發送連接器202和電力接收連接器204。電力發送連接器202具有初級側電感耦合元件Lp(也稱為初級側電力線圈)，其由輸入電源供電。輸入電力可以例如是直流(DC)電力，其通過借助于DC/DC轉換器206和隨后的DC/AC轉換器208轉換為交流電壓。如圖1中示意性示出的，電力線圈Lp是諧振電路210的部件，其包括與電力線圈Lp并聯的電容器Cp。當電力發送連接器202和電力接收連接器204的兩個配合表面212、214充分地緊密接觸時，次級電力線圈Ls磁耦合至初級側電力線圈Lp。次級側電力線圈Ls是次級側諧振電路216的部件。借助于電磁耦合，電力從初級側傳輸至次級側。次級側諧振電路216連接至整流電路218(例如包括橋式整流器)以及后續的DC/DC轉換器224，以產生經調節的DC輸出電力。除了電力傳輸以外，無接觸式連接器系統200還配備有用于建立雙向數據鏈路的機構，以通過連接器系統進行數據傳輸。初級側數據通信接口222與連接至電力發送連接器202的第一外部部件(未在圖中示出)進行通信。具有一個或多個天線元件226的初級側數據收發元件224將來自通信接口222的數據信號轉換為無線電信號，并相應地將接收到的無線電信號轉換為電數據信號，輸入到通信接口222。電力接收連接器204設置有相對應的次級側數據收發元件228，其具有一個或多個天線230，天線230經由無線近場無線電鏈路從初級側接收信號，并從次級側向初級側發送信號。次級側數據通信接口232連接至次級側數據收發元件228，用于與連接至所述電力接收連接器204的第二外部部件(未在圖中示出)進行通信。設置初級側控制單元234以控制諧振電路210、初級側數據通信接口222、以及初級側數據收發元件224的操作。然而，傳輸電力和數據兩者的已知的無接觸式連接器系統使用諧振驅動電路以有效的方式傳輸電力，并且基于前饋控制來控制這些諧振系統，這意味著沒有從次級側測量和發送的信息可用于控制。對于必須滿足關于它們的整體尺寸的嚴格要求的無接觸式連接器系統尤其如此。因此，仍然需要一種傳輸電力和數據兩者的無接觸式連接器系統，其特別能量高效、安全且穩健，同時其可以以特別具有成本效益的方式來制造。
技術實現思路
該目的通過獨立權利要求的主題來解決。本專利技術的有利實施例是從屬權利要求的主題。根據本專利技術的無接觸式連接器系統包括電力發送連接器，其具有：初級側電感耦合元件，其連接至電力輸入端子，所述電力輸入端子可連接至提供輸入電力的電源；諧振電路，用于通過所述輸入電力在所述初級側電感耦合元件處產生磁場；初級側數據收發元件，用于發送和接收數據，從而在所述發送連接器和接收連接器之間形成雙向數據鏈路；初級側數據通信接口，連接至所述初級側數據收發元件，用于與連接至所述電力發送連接器的第一外部部件進行通信；以及初級側控制單元，用于控制所述諧振電路、所述初級側數據通信接口、以及所述初級側數據收發元件的操作。另外，無接觸式連接器系統包括與所述電力發送連接器可配合的電力接收連接器，所述電力接收連接器具有：次級側電感耦合元件，當與所述初級側電感耦合元件電磁耦合時，其可操作為接收電力；次級側數據收發元件，在所述電力發送連接器和所述電力接收連接器的配合狀態中，其可操作為與所述初級側數據收發元件形成雙向數據鏈路；次級側數據通信接口，連接至所述次級側數據收發元件，用于與連接至所述電力接收連接器的第二外部部件進行通信。本專利技術基于以下想法：電力接收連接器還包括次級側感應單元，其可操作為測量至少一個次級側操作參數，且其中所述初級側控制單元連接至初級側數據通信單元，用于響應于所述至少一個次級側操作參數和至少一個初級側操作參數的組合來控制所述諧振電路的操作。通過在次級側上感測一個或多個參數，并經由雙向數據鏈路將信息發送至初級側連接器，可以顯著地改善連接器系統的性能。可以在次級側上以及初級側上監測多種參數，且信息可以由初級側控制單元使用，以控制電力輸送。特別地，通過測量電力發送連接器和電力接收連接器的溫度，可以改善根據本專利技術的無接觸式連接器系統的熱管理。另外，通過監測跨初級電感耦合元件和次級電感耦合元件的電壓，可以實現電力的遠距離和超范圍管理。這兩個電壓的比率可以用作兩個電感耦合元件之間的距離的計量。通常，當電力發送連接器和電力接收發送器之間的距離增加時，可以輸送的最大電力減小。在目前的連接器系統中，電力輸送被最大化到固定水平，并且在距離為大約某一水平的情況下被設定為零。通過跨初級電感耦合元件和次級電感耦合元件的電壓的比率，連接器系統知道初級電感耦合元件和次級電感耦合元件之間的當前距離是多少，且可以計算從其輸送的電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
無接觸式連接器系統(100)包括：電力發送連接器(102)，具有：初級側電感耦合元件(L

【技術特征摘要】
2015.11.13 EP 15194497.21.無接觸式連接器系統(100)包括：電力發送連接器(102)，具有：初級側電感耦合元件(Lp)，其連接至電力輸入端子，所述電力輸入端子可連接至提供輸入電力的電源，諧振電路(110)，用于通過所述輸入電力在所述初級側電感耦合元件(Lp)處產生磁場，初級側數據收發元件(124)，用于發送和接收數據，從而在所述發送連接器和接收連接器(102，104)之間形成雙向數據鏈路，初級側數據通信接口(122)，連接至所述初級側數據收發元件(124)，用于與連接至所述電力發送連接器(102)的第一外部部件進行通信，以及初級側控制單元(134)，用于控制所述諧振電路(110)、所述初級側數據通信接口(122)、以及所述初級側數據收發元件(124)的操作，電力接收連接器(104)，其與所述電力發送連接器(102)可配合，所述電力接收連接器(104)具有：次級側電感耦合元件(Ls)，當與所述初級側電感耦合元件(Lp)電磁耦合時，其可操作為接收電力，次級側數據收發元件(128)，在所述電力發送連接器(102)和所述電力接收連接器(104)的配合狀態中，其可操作為與所述初級側數據收發元件(124)形成雙向數據鏈路，次級側數據通信接口(132)，連接至所述次級側數據收發元件(128)，用于與連接至所述電力接收連接器(104)的第二外部部件進行通信，其中所述電力接收連接器(104)還包括次級側感應單元(136)，其可操作為測量至少一個次級側操作參數，且其中所述初級側控制單元(134)連接至所述初級側數據通信接口(122)，用于響應于所述至少一個次級側操作參數和至少一個初級側操作參數的組合來控制所述諧振電路(110)的操作。2.如權利要求1所述的無接觸式連接器系統，其中所述初級側收發元件(124)包括初級側天線元件(126)，且所述次級側收發元件(128)包括次級側天線元件(130)，其中，在所述連接器系統(100)的配合狀態中，所述天線元件(126，130)可操作為允許雙向射頻通信。3.如權利要求1或2所述的無接觸式連接器系統，其中所述初級側操作參數包括跨所述初級側電感耦合元件(Lp)的初級電壓(Vp)，且其中所述次級側操作參數包括跨所述次級側電感耦合元件的次級電壓(Vs)，且其中初級控制單元(134)可操作為基于這些參數來計算所述初級側電感耦合元件(Lp)和所述次級側電感耦合元件(Ls)之間的距離，或者基于這些參數計算所述初級側的輸入處的電力與所述次級側處的輸出電力之間的電力損耗。4.如權利要求2或3所述的無接觸式連接器系統，其中所述第一天線元件和第二天線元件線元件(126，130)中每一個包括圓極化天線。5.如前述權利要求任一項所述的無接觸式連接器系統，其中所述次級側感應單元(136)包括溫度測量單元，用于產生指示所述電力接收連接器的溫度的溫度值，且其中所述溫度值經由所述雙向數據鏈路發送至所述初級側。6.如前述權利要求任一項所述的無接觸式連接器系統，其中所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：G哈布拉肯，J迪特納，B曼格，R霍斯薩伊尼，S阿布爾卡塞姆，F蘭格，
申請(專利權)人：泰科電子連接荷蘭公司，泰連德國有限公司，
類型：發明
國別省市：荷蘭,NL