專利名稱：電連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連接器，特別是無接觸的電連接器，即電導(dǎo)體間沒有直接接觸的連接器。
背景技術(shù)：
在惡劣的戶外環(huán)境中使用便攜或手持式電器設(shè)備正成為普遍現(xiàn)象，尤其是在戰(zhàn)場上作為軍用。為了自身功能的需要和在不使用時方便攜帶，這類設(shè)備可反復(fù)地與電源或其他電子設(shè)備連接或斷開，這是人們需要的并且有時十分必要。
在戰(zhàn)場環(huán)境下常用的連接器通常使用直接接觸的插頭，并用密封裝置來保護接頭，比較典型的密封連接器為圓形并使用螺紋連接。例如MIL-STD-1760和MIL-STD-38999型。
相對于這些直接接觸的插頭，本發(fā)明涉及無接觸的連接器，尤其是感應(yīng)耦合連接器，因此關(guān)于這類技術(shù)的討論是十分有益的。
在感應(yīng)連接器中，并不存在電能從連接器的一部分直接轉(zhuǎn)換到另一部分，但能以感應(yīng)耦合的方式從連接器的一個部分傳到另一個部分，就像在變壓器里一樣。同樣地，在電容性連接器中，電能也會從一個連接器傳遞到另一個連接器，就像在電容器里一樣。
非接觸或間接電磁耦合的連接器主要用于傳輸電能，傳輸在電動車輛與充電站之間(WO98/31073)或者在水下電纜之間進行(US4,538,863和GB2,136,635)。
這些連接器有一對感應(yīng)器，在每半個連接器里有一個感應(yīng)器，每個感應(yīng)器在磁極的周圍都有傳導(dǎo)線圈。感應(yīng)器位于連接器每一半的末端，因此當(dāng)連接的時候，連接器的兩半是面對面的方向以此產(chǎn)生兩個感應(yīng)器間的端點耦合。
連接器的兩部分通常用螺釘、螺紋或液壓傳動器可靠地連接在一起，確保一個可靠的緊密配合的長期連接。
感應(yīng)連接器也用于在傳輸線與傳感器間傳送測量信號，以及有關(guān)末端定位的內(nèi)容在(US2002/0102884)里被公開。
電連接器適用于惡劣的戶外環(huán)境，并作為一種設(shè)備被個人攜帶或使用，特別是在戰(zhàn)場上用于軍用，正日益變得重要。綜上所述，由于使用電器設(shè)備正變得越來越普遍，如被士兵和其他軍事人員使用。為了在這些環(huán)境使用，連接器必須足夠堅固來應(yīng)付嚴酷的戶外環(huán)境，同時足夠輕小而不影響使用者的靈活性。此外作為連接器的連接器必須精確可靠，以便相關(guān)的電器設(shè)備能夠發(fā)揮他們的功能。
本發(fā)明的發(fā)明人認識到，當(dāng)軍事人員在訓(xùn)練或是戰(zhàn)爭中使用連接器的時候，傳統(tǒng)的直接接觸式連接器有很缺點。
首先，重復(fù)的接通和斷開任何直接接觸式連接器都不可避免在接觸表面造成磨損和破裂，尤其如果連接器在連接的時候有大功率電流經(jīng)過它，就會在連接器的表面造成電弧和氧化。隨著時間的推移這會導(dǎo)致性能的退化，并能縮短連接器或設(shè)備的使用壽命，增加養(yǎng)護費用。
其次，在這些環(huán)境下，當(dāng)連接器接通和斷開的時候不可避免的有一些污垢、塵土或水漬對連接器某一部分或者整個連接器造成污染。在簡易的直接接觸式導(dǎo)電接線柱中，在接觸表面的任何塵土污垢都將降低連接器的效率，導(dǎo)致設(shè)備的不正常、低效或不能運轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的連接器不能很好地與戰(zhàn)爭環(huán)境相適應(yīng)，尤其是浸泡在鹽水里、埋在沙中或暴露在化學(xué)戰(zhàn)中的時候。

發(fā)明內(nèi)容
概括地說，本發(fā)明提出由兩部分組成的連接器可提供機械力和耐久力，這種連接器由舌部和插槽部兩部分組成，舌中的電磁耦合元件與插槽之間由一個可延展的交疊部分所連接，交疊部分在連接器被接通和斷開的方向上，以便能在保持電磁耦合的同時允許舌在插槽中進行一些活動。
本發(fā)明的一個方面，提供了一種由兩部分組成的連接器，其第一部分為舌部，具有底座和一個縱向伸出的舌；第二部分為插槽部，它具有一個底座和可伸出的壁，從而使插槽可滑動地接收舌，舌部與插槽部由一個鎖定裝置所連接，從而允許可釋放的相互接合，所述鎖定裝置包括一個可在第一位置和第二位置之間移動的鎖定部件，在第一位置舌留在插槽中，在第二位置舌從插槽中移出；一個主耦合元件位于舌中；以及一個次耦合元件位于至少一個插槽壁上，當(dāng)舌位于插槽中時這些元件提供非接觸的電磁耦合。
本發(fā)明人認識到當(dāng)本發(fā)明在惡劣的戶外環(huán)境中使用時，會表現(xiàn)出十分顯著的優(yōu)點，例如，軍事人員能夠迅速地接通和斷開它。傳統(tǒng)的直接接觸式連接器在這方面無此功能。傳統(tǒng)的設(shè)計主要考慮提供對環(huán)境的封閉，但這是以各類“快速釋放”功能為代價的。
在這些環(huán)境中使用的連接器會受到操作不慎和一定的碰撞和敲擊。在傳統(tǒng)連接器中，每一半連接器相對于另一半的任何運動都會破壞直接的電連接。
已知的直接接觸的連接器通過在連接器的兩半之間實現(xiàn)良好的公差使相對運動最小來阻止運動，但是這使整個設(shè)計對塵土和污垢的問題及反復(fù)接通和斷開的必然磨損更加敏感。相對來說本發(fā)明更適于允許兩部分之間的一些相對運動。
本發(fā)明的優(yōu)點是把機械連接和電連接的功能結(jié)合在一個連接器中。因此避免了需要獨立的的帶連接器(用于機械強度)和線連接器(用于電連接)。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)非接觸的連接器能在惡劣的戶外環(huán)境中使用，在連接器需要被反復(fù)地接通和斷開的環(huán)境下，以及連接器與用戶所攜帶設(shè)備構(gòu)成機械連接的環(huán)境下。這是令人吃驚的，因為已知的非接觸的連接器的尺寸很大，并且設(shè)計得很不適于用戶在這些環(huán)境攜帶和使用它們。
此外，已知的非接觸連接器沒有提供牢固的機械連接和手動快速與精確地接通和斷開連接器的能力。而且，如果在上述類型的環(huán)境中反復(fù)地接通和斷開，已知的非接觸連接器對進入的污垢、塵土和液體很敏感。
優(yōu)選優(yōu)選地，主和次耦合元件相交疊并沿至少一個插槽壁提供電磁連接。這種配置有這樣的優(yōu)點，即與耦合元件分別位于插槽底部和舌頂端的情況相比，任何被引入的污垢和塵土將更加不會阻礙耦合，因為由于舌反復(fù)進入插槽的運動，污垢和塵土將易于聚集在插槽底部。
因此本發(fā)明明確了已知的和以前未考慮到的關(guān)于直接接觸導(dǎo)電接線柱的缺點，采用了基于非接觸的電連接器的技術(shù)。概括地說本發(fā)明提供了一種由兩部分組成的非接觸式電連接器，這種連接器可被例如士兵這樣的個人用戶攜帶和使用，在惡劣的戶外環(huán)境傳輸數(shù)據(jù)或提供動力，特別是在污垢和塵土將成為問題的戰(zhàn)爭環(huán)境。
優(yōu)選的，是當(dāng)舌在插槽中的時候，主和次耦合元件交疊，且這種交疊能產(chǎn)生電磁耦合。耦合元件可類似例如感應(yīng)器或電容器的結(jié)構(gòu)，且這樣的耦合元件間的交疊可被分別看作是磁通量的交疊或電解質(zhì)電荷的交疊。
數(shù)據(jù)和/或功率可在任一方向或兩個方向同時通過連接器傳輸。
由兩部分組成的連接器的特點是連接兩個或更多的導(dǎo)線，因此電信號能在它們之間傳輸。相應(yīng)地，連接器的第一和第二部分分別連接到兩根導(dǎo)線的末端。攜帶例如多路數(shù)據(jù)信號的多路導(dǎo)線會連接，信號的傳遞可在時域或頻域或相位域里用多路傳輸?shù)姆绞酵瓿伞Q句話說，兩對或多對耦合元件可并入連接器里，因此數(shù)據(jù)或功率信號可以被同時傳送。
換句話說，連接器的一部分(例如第一部分或第二部分)可被固定到一個設(shè)備上而另一部分是可移動的，可被固定的部分所使用。
優(yōu)選的是，連接器有一個平坦的外形，使得連接器更舒適地適合攜帶者的身體。
優(yōu)選的是，次耦合元件沿著插槽壁伸出，以提供可延伸的交疊來允許舌在插槽中有適當(dāng)?shù)目缮炜s度。更好地，次耦合元件沿著插槽壁縱向伸出，因此在接合的方向有可伸展的交疊。這是非常有利的，因為連接器的特點是，在正常使用中必須能夠適應(yīng)相當(dāng)大的壓力，尤其是在連接的方向上，在這個方向上施加在導(dǎo)線、電纜或連接器任意一個方向背帶上的力將被傳遞到連接器上，并且這種舌相對于插槽的運動是非常有可能的。本發(fā)明允許這樣的運動，同時保持有效的電磁耦合。這種增加的可伸縮性，意味著提供了“快速釋放”功能的簡單鎖定裝置，例如見于帆布背包的壓-放裝置，可用于提供牢固的“快速釋放”的機械連接，如下所述。對于在惡劣的戶外環(huán)境中使用，簡單機械連接與非接觸的帶有可伸展耦合交疊的電磁耦合，兩者的結(jié)合在接合的方向上提供了牢固有效的連接。
優(yōu)選的是，主耦合元件靠近舌的外表面縱向伸展，更好地平行于舌的表面，并且次耦合元件靠近對應(yīng)連接器壁的內(nèi)表面縱向伸展，更好地平行于壁的表面，因此在使用中主和次耦合元件交疊時，允許舌在插槽中橫向或縱向運動，同時保持電磁耦合。
“保持電磁耦合”就意味著保持允許數(shù)據(jù)或功率傳遞的電連接。優(yōu)點是數(shù)據(jù)或功率信號被連接器傳送，而沒有實質(zhì)性的數(shù)據(jù)或功率的損耗。在功率傳遞的情況下，更優(yōu)越的是，功率損耗將不高于35％，更好的是不高于25％，最好的是不高于15％。在傳遞數(shù)據(jù)信號的連接器中，正常的信號丟失是不高于30db，好些的不高于20db，更好些的不高于10db。
優(yōu)選的是，本發(fā)明降低了連接器的復(fù)雜性，并消除了提供分別的機械和電連接的需要。
因此優(yōu)選的是，本發(fā)明的連接器實現(xiàn)了提供承載機械連接的功能，這種連接，例如能支撐所攜帶設(shè)備的重量。
優(yōu)選的是，連接器是塑料材料制成的，是優(yōu)越的耐沖擊的塑料材料。連接器由適合的彈性材料制成。優(yōu)選的是連接器由抵抗化學(xué)戰(zhàn)劑和去污劑的材料組成，因此它能在軍事戰(zhàn)爭的環(huán)境下使用?？捎脕碇圃爝B接器體的材料如尼龍66。更好些地，材料是合成的，例如被玻璃纖維加固了的尼龍。
典型地，耦合材料和控制連接器的電子電路被嵌入構(gòu)成連接器的材料里。這用以在使用連接器時保護這些部件。
接入連接器相應(yīng)端點的導(dǎo)線和電纜優(yōu)選的是背帶或扎帶的一部分，因此連接器和導(dǎo)線可支撐設(shè)備的重量。導(dǎo)線可被合適地并入傳統(tǒng)的背帶或扎帶，例如被士兵用于支撐他們的設(shè)備。優(yōu)選的是，本發(fā)明也提供了如在此被描述的有帶和導(dǎo)線的非接觸的連接器，被嵌入相連接的電纜或?qū)Ь€，因此電動設(shè)備能夠被容易地攜帶和操作，而沒有獨立的背帶或?qū)Ь€和電纜帶來的不便。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的機械帶扣形式的非接觸連接器結(jié)合了機械連接強度和功率與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?br> 連接器的主體提供了合適的機械連接功能和對帶狀導(dǎo)線端口的物理保護。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的非接觸連接器允許簡單快速地打開關(guān)閉連接器，連接器提供類似閉鎖、按鈕或扣件的鎖定裝置。這種鎖定裝置提供“快速解除”功能并確保牢固的機械連接，同時允許快速容易地接通和斷開連接器。鎖定裝置的首選例子是常見于帆布背包的壓-釋夾。另一個較好的連接器例子是中心彈性銷，其被提供在舌的一側(cè)而棘爪在對應(yīng)的插槽壁上。
鎖定裝置的提供使用戶花最少的時間接通和斷開連接器，同時確保舌于插槽的位置是彼此之間相對應(yīng)的正確方向，以此來提供有效的電磁耦合。這種鎖定方式甚至在用戶帶著手套時也可以接通和斷開連接器。
如上所述，較好的連接器結(jié)構(gòu)在外部是壓-放型塑料掛鉤，象典型地常見于帆布背包的那種。在內(nèi)部它利用于這種帶扣類似的布局，這種帶扣是改進了的含有主和次耦合元件的帶扣。此外，控制電耦合過程的電路包含在帶扣體中。
優(yōu)選的是，連接器具有“自清潔”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使插槽由于相接合的舌的運動而被清潔。優(yōu)選的是，這種“自清潔”裝置，污垢和塵土從插槽中被清除的原因，是由于在至少一側(cè)的插槽壁上提供了縫隙、孔或者是開口，這使污垢和塵土當(dāng)舌接合在插槽中時從插槽中排出。適宜地，一個縫隙或多個縫隙位于朝著插槽部的后方靠近或接近插槽底部。優(yōu)選的是，這種排列實現(xiàn)“活塞(piston)”運動，這種運動使舌進入插槽來推動污垢和塵土到插槽的后方，污垢和塵土可通過提供的一個或多個縫隙排出。
在本發(fā)明的連接器中耦合元件位于插槽壁和舌中，且這種舌進入插槽的“活塞”運動確保在插槽壁上沒有集聚污垢和塵土，這種運動把污垢和塵土通過一個或多個在插口壁上的縫隙推出插槽。
優(yōu)選的是，在至少一側(cè)的插槽壁上的耦合元件與自清潔結(jié)構(gòu)結(jié)合，例如，在插槽壁上提供縫隙或孔，即使是在惡劣的戶外環(huán)境中，也可允許耦合元件間的耦合，因為污垢和碎屑將被迫朝著插槽底部并能通過孔漏出的方向運動，所以使插槽壁表面沒有污垢。
“自清潔”結(jié)構(gòu)還有更多優(yōu)點，它使插槽部易于清洗，例如用水沖洗掉經(jīng)過插槽的污垢和塵土。
在特別推薦的配置中，插槽部包括兩個位于插槽的擋板，界定了一個為舌導(dǎo)向的導(dǎo)槽，擋板從插槽底部的出口處伸出到與插槽部的底座隔開的一點，因此被舌推入導(dǎo)槽的污垢和鎖屑能夠通過插槽底座和擋板之間的空間從導(dǎo)槽排出。
優(yōu)選的是，在包括此擋板或內(nèi)壁的插槽部中，舌部包括一個具有兩個、三個或更多的部分的舌，每部分從舌底部縱向伸出，由此每部分在被插槽壁和擋板或內(nèi)壁界定的插槽中是滑動可接合的。
耦合元件優(yōu)選地提供感應(yīng)或電容耦合，任何提供無需導(dǎo)電體直接連接的電磁耦合的近場天線排列(near field antenna arrangement)都可以使用。原則上它可提供一對電磁天線，每個在每一半連接器中，因此當(dāng)連接器接通的時候天線近似于近場，數(shù)據(jù)或功率傳輸即可實現(xiàn)。
優(yōu)選的是，耦合元件允許傳輸數(shù)據(jù)信號和功率，或者同時或者依次傳輸兩者。
優(yōu)選的是，電磁耦合由電感耦合提供以及主和次耦合元件是電感器。最簡單的典型電感器由繞著磁鐵芯的導(dǎo)電繞線組成，但是任何導(dǎo)電線圈的排列和能夠產(chǎn)生通量并被另一個電感器感知的芯都能被使用。
適宜地，次耦合元件從插槽底部伸出到至少一個插槽壁。優(yōu)選的是，次耦合元件的鐵磁芯有兩個或更多的伸長的橋臂，它們從插槽底部沿插槽壁伸出，在插槽中提供一個可伸展的感應(yīng)交疊區(qū)。這意味著有相當(dāng)大的靈活性，作為主電感器相對于次電感器的位置，因此一些舌在插槽中的運動是可能的。
在推薦的連接器中，插槽壁界定了一實質(zhì)上為長方形的插槽，為了接受對應(yīng)形狀的舌和可伸長的臂，次級線圈沿著壁的對面伸長來提供感應(yīng)區(qū)，在感應(yīng)區(qū)中設(shè)置主電感器來提供電磁耦合。這種排列可適于提供不同的鎖定裝置，例如伸長的臂可沿著插槽相反于壁的一側(cè)伸展，以便提供位于舌和插槽上表面的鎖定裝置。相反地，伸長的臂可以沿相反于上下壁伸展，以便提供位于舌一側(cè)和插槽壁相對應(yīng)的一側(cè)的鎖定裝置。
主電感器可在縱向方向上沿舌伸長，因此可獲得甚至更大的電感交疊。
優(yōu)選的是，主電感器磁芯有兩個或多個沿舌縱向延展的伸長的壁。在這樣的排列中主線圈和被線圈圍繞著的主磁芯，典型地位于舌后部的部分或舌的底部，且磁芯伸長的臂可伸展到舌的前部。
在較優(yōu)的配置中主電感器和次電感器都有伸長的臂。優(yōu)選的是，在這種配置中兩對伸長的臂可位于舌和插槽側(cè)臂，空出上下臂來提供鎖定裝置，或者位于舌和插槽的上下臂，空出側(cè)臂來提供鎖定裝置。
適宜地，鐵磁芯由一種“軟性”鐵氧體材料制成，盡管任何鐵磁材料均可被使用，例如鎳鐵導(dǎo)磁合金或陶瓷材料。特殊材料的使用取決于電感器的設(shè)計，例如工作頻率和磁芯的尺寸規(guī)格。適合的材料在本領(lǐng)域是已知的。
優(yōu)選的是，本發(fā)明提供非接觸的感應(yīng)連接器，在連接器中電感芯由分散在彈性物質(zhì)中的鐵氧體粒子構(gòu)成。合適的彈性物質(zhì)的是塑料材料。使用機械上適合這類的電感芯，意味著連接器能被提供一些彈性，來對接通和斷開連接器進行進一步簡化，并通過排除對部件之間的高寬容度的需要，來降低連接器的成本。
本發(fā)明的優(yōu)越性是使用了有伸長的臂的電感芯，在電感芯中伸長的臂與被導(dǎo)電線圈圍繞的電感芯的主要部分隔開，因此一些伸長的臂相對于芯的主要部分的獨立運動是可能的。空間的大小對應(yīng)于在芯的主要部分和伸長的臂之間能夠傳遞的磁通量。空間的大小將取決于連接器用于傳遞數(shù)據(jù)還是功率。功率傳遞比數(shù)據(jù)傳遞需要更小的空間。較好的空間不到0.1mm，更好些的不到0.05mm，最好的不到0.01mm。用這種方式伸長的臂與芯的主要部分隔開，臂可由以上描述的機械柔韌的材料制成，來為電感器的結(jié)構(gòu)提供最佳機械彈性。
本發(fā)明的非接觸電連接器可以是電容性連接器，當(dāng)舌在插槽中的時候，連接器中電磁耦合被電容器所形成的結(jié)構(gòu)所提供。在電容性連接器中連接器的每一半都含有一半的電容器結(jié)構(gòu)。
電容性連接器尤其適于高頻數(shù)據(jù)傳輸，例如1兆赫及1兆赫以上。
優(yōu)選的是，每個舌部和插槽部都包含一個電容器極板，因此當(dāng)舌在插槽中時兩板交疊形成電容器結(jié)構(gòu)。在另外的優(yōu)選配置中，電容器結(jié)構(gòu)由舌和插槽壁中的環(huán)形導(dǎo)線提供，當(dāng)舌在插槽中的時候，這些導(dǎo)線是同心的。適宜地，主耦合元件包括沿舌周圍的導(dǎo)電材料的環(huán)狀物，且次耦合元件包括沿著對應(yīng)插槽內(nèi)表面的導(dǎo)電材料的環(huán)狀物，因此當(dāng)舌在插槽中時主環(huán)位于次級環(huán)中。
在這段中關(guān)于主或次級元件或者第一或第二部分或元件的參考，意味著僅作為一個范例和所討論的零部件，實際上可為第一或第二部分，并因此成為主或次要元件。
優(yōu)選的用于驅(qū)動主和次耦合元件的電路，優(yōu)選地位于插槽的底部和舌部。就以感應(yīng)的方式來傳遞電功率來說，連接主要一側(cè)的驅(qū)動電路優(yōu)選地包含在連接器的體內(nèi)。
優(yōu)選的是，提供控制電路以自動地檢測在連接器另一部分中的相配電路的存在。這可以通過，例如靠檢測主電路阻抗的變化而獲得，這種變化由次耦合元件的靠近引起(或反之亦然)。適宜地，當(dāng)連接器的兩部分連接和斷開的時候，這也可以通過檢測電流和電壓間(正交)相位的變化而獲得，。優(yōu)選的是，當(dāng)次耦合元件未被識別的時候，控制電路“折返”或?qū)χ饕詈显档凸β省?br> 優(yōu)選的是，次耦合元件可被連接到應(yīng)用不同的現(xiàn)有開關(guān)模式電源原理的電路以提供穩(wěn)定的輸出電壓。
當(dāng)磁耦合被用于傳遞數(shù)據(jù)和功率，優(yōu)選的是，在連接器的第一部分中有控制電路來監(jiān)測負載阻抗。
優(yōu)選的是，主電感器的繞組由限幅直流電源提供方波。優(yōu)選的是，功率以10kHz到300kHz傳輸，例如約200kHz，優(yōu)選地，數(shù)據(jù)以10kHz到3MHz傳輸，例如約200kHz.本發(fā)明更好地提供在此介紹的由兩部分組成的電連接器的應(yīng)用，在這些頻率上傳輸功率和數(shù)據(jù)。準確的頻率通過計算最佳效率來確定，最佳效率基于內(nèi)芯材料、幾何形狀與連接器控制電路的損耗特征。這是可實現(xiàn)的，例如，采用由4個場效應(yīng)晶體管(FET)構(gòu)成的‘H’電橋的已知排列。
優(yōu)選的是，這允許電流在磁路中反相從而降低磁芯的起始飽和閾值。
優(yōu)選地，電感器的磁芯運行于沒有凈直流電流在導(dǎo)電線圈中流動的狀態(tài)，以便提高磁芯能夠提供的未到飽和通量的值。
優(yōu)選的是，數(shù)據(jù)和功率的傳輸通過監(jiān)測電壓波形和電流波形來控制，采用把他們放入鎖相環(huán)路(PLL)的方法；PLL對比著電壓來測量電流的相位，從而測量負載的復(fù)阻抗(complex impedance)。
優(yōu)選地，所應(yīng)用的控制邏輯能夠較好地測量瞬時電壓、電流和相位差(正交)，來保持電感器在其安全運行范圍并測定次電感器是否被接合。
優(yōu)選的是，基于這樣的測量，電路控制‘H’電橋，并確定次電感器是否存在，從而是否滿電壓應(yīng)該被切換到主電感器或者不用切換，一旦次級電感器未連接或出現(xiàn)故障，就在‘H’電橋的接通周期限制其振幅或工作。
因此通過連續(xù)地監(jiān)控連接器在‘工作’或斷開/故障等任意模式下的狀態(tài)，控制電路能夠完全接收正確的響應(yīng)。
優(yōu)選的是，數(shù)據(jù)可采用若干種方式來傳輸，例如直流限幅的頻率調(diào)制，例如在200kHz之上的10％的頻率調(diào)制提供一個20kHz的輸出數(shù)據(jù)鏈路，且這在磁路的設(shè)計上僅會有很小的影響。
換句話說，功率驅(qū)動波形可以本身是數(shù)字信息。優(yōu)選地，通過對直流平衡系統(tǒng)使用標準協(xié)議的方式，例如任何不歸零制碼(anynon-return to zero code)，將避免耦合元件的飽和。
連接可以是雙向作用的，例如功率和數(shù)據(jù)可在任意一個方向或雙向傳輸。優(yōu)選的是傳輸可用時分復(fù)用(time multiplexing)的方式通過耦合元件完成。這需要一個協(xié)議來處理連接，且在連接器的每一半中有適合的簡易微型控制器。
連接器兩部分之間的通訊可以發(fā)生，例如以如上所述那樣的直流限幅的頻率調(diào)制，得到輸出信號，和例如通過第二部分電路阻抗的預(yù)調(diào)制，來把數(shù)據(jù)映射回第一部分的監(jiān)控電路。如果這種方式被使用，優(yōu)選的是許多主電路的元件能被重復(fù)使用，例如，‘H’電橋電路被在第一部分用作“限幅”可被用作有源同步整流器(被電壓監(jiān)控電路和控制邏輯電路控制的)。優(yōu)選的是控制邏輯電路的次要一側(cè)，能依靠它通到‘H’電橋，來調(diào)制負載的阻抗，這能依次讀取作為第一部分電路的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的，這種安排允許數(shù)據(jù)在穿過連接器的兩個方向傳輸。而且，連接器可以使數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，同時連接器在一個方向上傳輸功率。
多路信號可以用連接器傳輸，數(shù)據(jù)可更好地在時域、頻域或向位域多路傳輸。復(fù)合信號可在連接器上直接傳輸，而更好地不采用多路傳輸。


本發(fā)明將以例如僅根據(jù)附圖的方式來描述如下圖1A和1B表示本發(fā)明的非接觸感應(yīng)連接器的插槽部分，圖1A是圖1B沿A-A線分割的橫截面；圖2A和2B表示本發(fā)明的非接觸感應(yīng)連接器的舌部分，圖2A是圖2B沿A-A線的橫截面；圖3A到圖3C表示本發(fā)明的感應(yīng)連接器，在連接器中有一個中心棘爪鎖定裝置，圖3A是一個插槽部分的平面圖，圖3B是插槽部的側(cè)面圖，圖中表現(xiàn)了一些內(nèi)部細節(jié)且圖3C是裝配好的連接器的剖面圖；圖4A和4B表示本發(fā)明的電容性連接器，它內(nèi)含有電容器極板，圖4A是舌部的透視圖而圖4B是裝配好的連接器的示意剖面圖；圖5A和5B表示本發(fā)明的電容性連接器，它有同心環(huán)，圖5A是舌部的透視圖且圖5B是裝配好的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6表示可用于驅(qū)動主感應(yīng)元件的電路；圖7表示可用于驅(qū)動次感應(yīng)元件的簡化電路；圖8表示可用于驅(qū)動次感應(yīng)元件的較復(fù)雜的電路。
具體實施例方式
圖1A表示本發(fā)明的非接觸連接器的插槽部分2。連接器具有與壓-放夾或一般常見于帆布背包的掛鉤類似的結(jié)構(gòu)(見圖2中的舌部40)。插槽部有底座4和從底部延伸以界定插槽7的壁6。插槽部具有平滑的曲線使它在被使用者使用和攜帶的時候更加舒適。插槽壁包括從底座延伸的相對著的上壁8和下壁10，以及兩個相對著的壁12，該壁12從插槽的出口沿插槽長的方向延伸到大約中間位置。這種安排提供了在插槽的每一側(cè)的底座4和側(cè)壁12之間的缺口14。這些缺口14象棘爪一樣作用，它們與在舌部的彈簧鎖56(見圖2)一起作用。這種棘爪也可以由，例如，在插槽壁上的孔或開口提供，或者，例如，插槽壁表面上的凹進或凸起。優(yōu)選的是，提供缺口的進一步的優(yōu)點是，插槽壁上的孔或開口使污垢、塵土和碎屑可從中漏出，否則這些臟東西可能會聚集在插槽中，使舌在插槽中滑脫。
內(nèi)含導(dǎo)線的背帶16被接到底座上。這個背帶有很多優(yōu)點；尤其是它結(jié)合了機械強度和導(dǎo)電性。電導(dǎo)線可以，例如，以拖索或緯線的形式織進帶子中。另一個背帶的例子是背帶作為電導(dǎo)線的通道或是載體。在底座中背帶被夾板18所保護。底座包括電路20，它驅(qū)動耦合元件，并且電路22也是這樣，當(dāng)22在插槽中的時候，它檢測舌中耦合元件的存在。灌注的合成物24可以，例如，被用于在連接器中包裹住電導(dǎo)線。
插槽部2包括一個電感耦合元件26，該電感耦合元件26包括一個具有主部28和伸出的臂30的磁鐵芯。導(dǎo)線纏繞在主部28周圍來形成導(dǎo)電線圈32。主部28和線圈32位于底座4和伸出的臂30，該臂30是沿著上方插槽壁8和下方插槽壁10伸出的。伸出的臂30可以伸展到，例如，約在底座和插槽入口部之間一半位置的某一點。在一些具體的配置中伸出的臂可達到插槽的入口部。
這種配置提供了一個在插槽中的延伸感應(yīng)區(qū)；若舌的感應(yīng)元件位于這個區(qū)域，就將有充分的電磁耦合來允許數(shù)據(jù)和功率的傳輸。
連接器具有自清潔結(jié)構(gòu)，例如，由在插槽中兩個內(nèi)壁34所提供，內(nèi)壁從插槽入口附近延伸到距離底座4的一點。這些內(nèi)壁，同時提供自清潔結(jié)構(gòu)，例如，界定一個導(dǎo)向溝來把舌放入插槽中。在內(nèi)壁與底座之間有缺口35，且任何被舌的活塞運動推入插口的碎屑，將被通過缺口35從導(dǎo)溝被清除。優(yōu)選的，任何這樣的碎屑都可由在插槽外壁上的缺口14從連接器中排出。
圖2表示本發(fā)明的非接觸感應(yīng)連接器的舌部40，它與圖1中表示的插槽部2的另一半?yún)f(xié)同工作。舌部40包括底座42，底座42有用于固定背帶的夾板44。舌46從底座42中延伸出來，且包括感應(yīng)元件48。感應(yīng)元件48可位于舌中的任何位置并可以，例如，位于舌的前方或甚至，例如，靠近舌尖。
電感器具有磁鐵芯50，其可以，例如是圓柱形的，但優(yōu)選的是，有類似“線軸”或“棉卷軸”的幾何外形，它可以從舌的上表面到舌的下表面貫穿舌的高度。磁鐵芯的末端可以，例如，位于舌表面的正下方，因此磁鐵芯可以被例如塑料材料的外層所保護。在“線軸”或“棉卷軸”的幾何外形的情況下，鐵芯的末端是適宜的擴口形狀以便連接器另一半對應(yīng)的電感芯可與之最大交疊。擴口被適宜地定形以便更好地與電感器在插槽中交疊，例如，它們可以是方形桿，適當(dāng)帶有圓角。
繞著磁芯的是導(dǎo)電線圈52。如上所述，為了細節(jié)更完美，磁芯的末端是向外展開的以產(chǎn)生較大的表面積在，例如，舌的上下表面，因此在插槽壁上與電感器有更大的交疊。
當(dāng)舌在插槽7中的時候，電感器48位于插槽部的兩個伸出的臂30之間。伸出的臂30和電感器48的外形尺寸有相當(dāng)大的自由，位于插槽7中舌46的位置，同時保持耦合。伸出的臂和在舌中的電感器的外形尺寸可被選擇以便確定這個優(yōu)點。
舌46典型地具有略微圓形的前部54，以幫助它進入由內(nèi)壁34界定的導(dǎo)溝。前部54的圓形表面也有利于連接時從導(dǎo)溝清除碎屑。
鎖定裝置包括兩個彈性銷56，它們位于舌40的每一側(cè)并從底座42延伸出來，與在插槽壁6上的缺口14一起閂鎖來提供“快速釋放”的鎖定裝置。如上所述這種配置提供了與見于帆布背包的壓-釋夾類似的機械連接器。
彈性銷56，例如，由彈性塑料制成，使這種彈性適宜地提供了所應(yīng)用的兩個彈性銷的彈簧作用。彈性銷典型地傾向于“寬向”的位置，因此當(dāng)舌在插槽凸起部58中時，通過在插槽壁上的缺口14伸出，就把舌46固定在插槽7中。為了使舌移出，必須給凸起58提供克服彈性銷探出的外力來縮回凸起58，因此舌可被撤回。
當(dāng)連接器的兩個分離的部分接合的時候，舌46可被直接插入插槽7，因為插槽壁6作用于彈性銷58的外曲面把彈性銷推到一起。當(dāng)舌完全地進入的時候，彈性銷將“卡”進缺口14以把舌46固定在插槽7中。
舌部40包括控制電感線圈的電路60，例如橋整流器。典型地，電路比開關(guān)式電源電路小得多。
圖3A到3C表示本發(fā)明的電連接器，其中的鎖定裝置包括單個鎖銷。本實施例有一個水平剖面并且圖釋了由一個中心鎖定裝置所提供的“快速釋放”功能。圖3A和3B表示的插槽部70，有一個底座72和限定了插槽75的四個壁74。在插槽的上壁有一個開口76。在舌部底座附近的插槽的側(cè)壁上也有孔77，通過它塵土和碎屑可以從插槽中漏出。
圖3C中表示的舌部78包括舌80，舌80有一個一體的彈性銷82，當(dāng)舌80在插槽75中的時候，彈性銷82與在插槽壁上的開口76一起作用。彈性銷82，例如，以舌的后折疊伸出(folded back extension)的方式形成，且這種配置簡化了生產(chǎn)。例如，舌80和彈性銷82由給銷提供彈簧作用的彈性材料83結(jié)合形成。彈性銷被偏置于“向上”的位置。優(yōu)選的是舌和鎖是一個整體，并由相同的材料制成。
當(dāng)舌在插槽中的時候，彈性銷82由于其偏置而伸入開口76中。插槽壁74對彈性銷82作用，以把舌80固定在適當(dāng)位置。為了從插槽75中移出舌80，必須在向下的與它偏置相反的方向上給彈性銷82提供外力，因此彈性銷82從開口76縮回，且舌80可從插槽75被拉出。
與圖1的插槽部相比，本裝置插槽部分中的電感器位于插槽下壁并包括，例如，一個半環(huán)形的鐵磁芯84，磁芯84有導(dǎo)電線圈86纏繞。
舌80包括一個感應(yīng)元件88，例如，感應(yīng)元件88有與插槽部70中的電感器相同的半環(huán)形形狀。當(dāng)舌80在插槽中的時候，兩個半環(huán)形的感應(yīng)元件重疊來提供一個如圖3C所示的環(huán)形電感器。這個重疊允許舌在接合方向上的一些運動，同時保持有效的電連接。
這類的電連接器的另一優(yōu)點是當(dāng)舌80和插槽75連接的時候，彈性銷82相對著在插槽部70上的側(cè)翼90推動，例如在如圖3C所示的插槽壁74上，且這起到了相對于對應(yīng)的插槽的內(nèi)表面94，來推動舌的下表面92的作用。這確保了兩個表面的緊密連接，并且有助于清除污垢和塵土，達到有效的電磁耦合。
圖4A和4B表示本發(fā)明的電連接器的舌部，在其中數(shù)據(jù)和功率傳輸利用電容耦合完成。連接器的整體結(jié)構(gòu)為壓-釋夾，與圖1和2所示并在上面介紹的類似。
在本實施例中電磁耦合是通過電容器而不是通過感應(yīng)器完成的。多個電容器極板100被安置在舌101上，例如剛好在舌101的表面之下，以及極板102被安置在，例如剛好在插槽壁104的對應(yīng)的內(nèi)表面之下。當(dāng)舌部插入插槽中時，成對的極板將交疊，同時形成了含有被介質(zhì)層隔開的兩個導(dǎo)電極板的電容器結(jié)構(gòu)。
圖片5A和5B表示一個提供電容耦合的交錯配置。在這個實施例中，舌部110具有，例如一個基本為矩形的截面，同時包含4個電容環(huán)112環(huán)繞在舌周圍，電容環(huán)112位于舌部表面之下且沿著舌部的長度隔開。
插槽部，例如，在限定插槽或?qū)系牟宀郾趦?nèi)包含有電容環(huán)114，從而當(dāng)舌部在插槽中時，舌部的電容環(huán)位于槽部的電容環(huán)之中。這種同心環(huán)的配置可供給多個電容器結(jié)構(gòu)，并且在涉及到部在槽之中的精確定位時具有實現(xiàn)彈性電磁耦合的優(yōu)點。
圖6展示了一個可用來控制一半的連接器的控制電路的例子。這個電路適用于控制連接器的這個部分以傳輸或播放功率數(shù)據(jù)和/或功率。
例如，當(dāng)連接器從主端向次端傳輸功率以及數(shù)據(jù)(例如，連續(xù)性數(shù)字信號)需要以相同的方向被傳遞，那么如果功率傳輸頻率為200kHz，數(shù)據(jù)可以被編碼來改變功率傳輸頻率使頻率為兩個不同的數(shù)值，例如195和205kHz。優(yōu)選的是，這可在次端被檢測到并且數(shù)據(jù)可被解調(diào)出來。
可選擇的，主要驅(qū)動波形可以是信息本身，其作為串行的編碼來傳輸功率載波(這需要編碼具有一個平衡的平均波形從而不會使中心達到飽和)。
如果需要的話，次端的反饋可以通過有效負載的調(diào)制產(chǎn)生，這可以在主端通過電路輪流監(jiān)控。
圖7表示一個通過簡單電路可用來控制部分連接器的例子，這個電路可接受連接器的另外一半產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和功率傳輸。
圖8表示了一個用來控制連接器“接收”端的復(fù)雜控制電路的例子。這種電路允許數(shù)據(jù)提取和穩(wěn)定的直流輸出。
權(quán)利要求
1.一種由兩部分組成的電連接器，包括第一部分為舌部，其具有一個底座和一個縱向伸出的舌；第二部分為插槽部，它具有一個底座和可伸出的壁，從而使插槽可滑動地接收舌，舌部與插槽部由一個鎖定裝置所連接，從而允許可釋放的相互接合，所述鎖定裝置包括一個可在第一位置和第二位置之間移動的鎖定部件，在第一位置舌留在插槽中，在第二位置舌從插槽中移出；一個主耦合元件位于舌中；并且一個次耦合元件位于至少一個插槽壁上，當(dāng)舌位于插槽中的時候這些元件提供非接觸的電磁耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由兩部分組成的電連接器，其中主耦合元件縱向延伸到舌表面的附近，而且次耦合元件縱向延伸到相應(yīng)插槽壁的內(nèi)表面，因此在使用中這兩部分耦合元件的交疊，可以滿足在維持電磁耦合的同時舌可以在插槽中橫向和/或縱向運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的由兩部分組成的電連接器，其中主和次耦合元件分別作為主和次感應(yīng)器，并且每個元件都包含一個由導(dǎo)電線圈纏繞的鐵磁芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的由兩部分組成的電連接器，其中，次傳導(dǎo)線圈固定在插槽的底部，同時次感應(yīng)器芯具有兩個延伸到插槽壁的伸出的臂，從而當(dāng)舌部位于插槽中時，主感應(yīng)器位于兩臂之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的由兩部分組成的電連接器，其中主感應(yīng)線圈位于舌的后部，同時主感應(yīng)器芯具有兩個延伸到舌部前方的伸出的臂，從而當(dāng)舌位于插槽中時，主感應(yīng)器的臂位于次感應(yīng)器臂之間并與之交疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或要求5所述的由兩部分組成的電連接器，其中至少有一個伸出的感應(yīng)器臂與其它的磁芯隔開，從而允許當(dāng)其他磁芯作電磁波通信時這些磁芯的伸出的臂相對于其它的磁芯可以自由運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6所述的由兩部分組成的電連接器，其中主和次磁芯由鐵氧體材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的由兩部分組成的電連接器，主要和第二磁芯均由分散在彈性物質(zhì)中的鐵氧粒子組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的由兩部分組成的電連接器，其中，主和次耦合元件都是一半的電容器結(jié)構(gòu)，從而當(dāng)舌部位于插槽中時，這個電容器形成電容耦合作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的由兩部分組成的電連接器，其中，主和次耦合元件都是一個電容器極板，從而當(dāng)舌在插槽中時，主和次電容器極板存在交疊。
11.根據(jù)任何一條前述權(quán)利要求所述的由兩部分組成的電連接器，其中，有至少一個插槽壁包含一個靠近槽底的孔，從而當(dāng)舌位于插槽中時，污垢和塵土可從插槽中排放出去。
12.根據(jù)任何一條前述權(quán)利要求所述的由兩部分組成的電連接器，其中，插槽部包括兩個位于插槽中的檔條，該檔條界定了一個為舌導(dǎo)向的導(dǎo)槽，該檔條從插槽口伸出到距插槽底座一定距離的一點，從而當(dāng)塵土和污垢被舌推入導(dǎo)槽后可從插槽底和檔條之間的空隙通過導(dǎo)槽排放出去。
13.根據(jù)任何一條前述權(quán)利要求所述的由兩部分組成的電連接器，其中鎖定裝置包括一個彈性銷以及一個與其相配合的棘爪。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的由兩部分組成的電連接器，其中彈性銷位于舌部之上，同時棘爪位于相應(yīng)的插槽壁上。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的由兩部分組成的電連接器，其中，舌部有兩個彈性銷位于舌部兩側(cè)，并與舌部有一定距離，同時插槽的兩個棘爪位于相應(yīng)的插槽壁上
16.一種在電氣設(shè)備間傳輸電信號的裝置，其包括根據(jù)任何一條前述權(quán)利要求的由兩部分組成的電連接器，一條背帶聯(lián)結(jié)到連接器的至少一部分，其中，所述背帶包含電線以用來對連接器的耦合元件進行電連接。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求1到15中任意一項所述的由兩部分組成的電連接器的舌部，其中包括一個底座和一個縱向伸出的舌，一個位于舌中的電磁耦合元件，以及，一個鎖定裝置，用來配合插槽部的鎖定裝置使舌可釋放地固定在槽中。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求1到15中任意一項所述的由兩部分組成的電連接器的插槽部，包括一個底座和用于界定一個槽可滑動地接收舌部的縱向延伸的插槽壁，一個位于至少一個插槽壁上的電磁耦合元件，以及，一個鎖定裝置，用來配合舌部的鎖定裝置使舌可釋放地固定在槽中。
19.用來在電氣設(shè)備之間傳輸電信號的根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的由兩部分組成的電連接器的用途。
20.一種方法，其用來調(diào)制根據(jù)權(quán)利要求1到15中任意一項所述的，由兩部分組成的電連接器中的主耦合元件和耦合元件中的電流特性，所述方法包括檢測連接器的接合狀態(tài)以及校正電流特征以響應(yīng)檢測狀態(tài)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中當(dāng)所述由兩部分組成的電連接器連接或斷開時，通過檢測阻抗變化來檢測連接狀態(tài)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法，其中，當(dāng)所述由兩部分組成的電連接器連接或斷開時，通過檢測電流和電壓之間的相位變化來檢測連接狀態(tài)。
23.至此這種由兩部分組成的電連接器在前面的描述中已被充分解釋了，可見圖1到5。
全文摘要
本發(fā)明提供一個由兩部分組成的電連接器，包括第一部分為舌部(40)，其具有一個底座(42)和一個縱向伸出的舌(46)；第二部分為插槽部，它具有一個底座和可伸出的壁，從而確定了一個插槽可滑動地接收舌(40)，舌部與插槽部由一個鎖定裝置(56)所連接，從而允許可釋放的相互接合，所述鎖定裝置包括一個可在第一位置和第二位置之間移動的鎖定部件，在第一位置舌(40)留在插槽中，在第二位置舌從插槽中移出；一個主耦合元件(48)位于舌中；并且一個次耦合元件位于至少一個插槽壁上，當(dāng)舌位于插槽中的時候這些元件提供非接觸的電磁耦合。
文檔編號H01R13/627GK1849677SQ200480025537
公開日2006年10月18日 申請日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月17日
發(fā)明者H·安德魯 申請人:泰勒斯控股(英國)有限公司