CN104347256A - 电磁连接器 - Google Patents
电磁连接器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104347256A CN104347256A CN201410383686.7A CN201410383686A CN104347256A CN 104347256 A CN104347256 A CN 104347256A CN 201410383686 A CN201410383686 A CN 201410383686A CN 104347256 A CN104347256 A CN 104347256A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- core member
- magnetic core
- electromagnetic connector
- coil
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 201
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 98
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 38
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 9
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 7
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- REHONNLQRWTIFF-UHFFFAOYSA-N 3,3',4,4',5-pentachlorobiphenyl Chemical compound C1=C(Cl)C(Cl)=CC=C1C1=CC(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1 REHONNLQRWTIFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920004142 LEXAN™ Polymers 0.000 description 1
- 239000004418 Lexan Substances 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/14—Inductive couplings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
Abstract
公开了一种电磁连接器，被配置为构成包括布置在第一磁芯构件周围的多个线圈的第一磁路部分。电磁连接器被配置为与第二电磁连接器配对，第二电磁连接器被配置为构成包括布置在第二磁芯构件周围的线圈的第二磁路部分。当电磁连接器与第二电磁连接器配对时，第一磁芯构件与第二磁芯构件被配置为借助由所述第一磁路部分和第二磁路部分构成的磁路来将电磁连接器的多个线圈耦合到第二电磁连接器的线圈。所述磁路被配置为当所述多个线圈的第二线圈被通电时，在所述多个线圈的第一线圈和第二电磁连接器的线圈中感生信号。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是根据35 U.S.C.§120的，于2013年5月2日提交的、题为“Electromagnetic Connectors”的美国专利申请序列号No.13/875,858；于2011年12月30日提交的、题为“COMMUNICATIONS CONTROL SYSTEMWITH A SERIAL COMMUNICATIONS INTERFACE AND A PARALLELCOMMUNICATIONS INTERFACE”的美国专利申请序列号No.13/341,176；于2011年12月30日提交的、题为“SWITCH FABRIC HAVING A SERIALCOMMUNICATIONS INTERFACE AND A PARALLELCOMMUNICATIONS INTERFACE”的美国专利申请序列号No.13/341,161；和于2011年12月30日提交的、题为“ELECTROMAGNETIC CONNECTOR”的美国专利申请序列号No.13/341,143的部分继续申请案。本申请还是于2012年12月28日提交的题为“ELECTROMAGNETIC CONNECTOR ANDCOMMUNICATIONS/CONTROL SYSTEM/SWITCH FABRIC WITHSERIAL AND PARALLEL COMMUNICATIONS INTERFACES”的国际申请No.PCT/US2012/072056的部分继续申请案。美国专利申请序列号13/875,858、13/341,176、13/341,161和13/341,143以及国际申请No.PCT/US2012/072056通过引用的方式全部并入本文中。
背景技术
电连接器是用于完成电路或者将两个或多个电路连接在一起的机械组件。插头和插座型电连接器通常包括插头和插口，插头中的多个插针或尖触头被配置用于插入到插口的配对插座中的开口中。多插针连接器使用多个金属插针。因而，在配对金属部件(例如插针和插座)之间的连接必须能够提供良好的电连接以完成电路。例如，将多插针连接器用作工业控制系统(ICS)/过程控制系统(PCS)中的互连，用以将输入/输出(I/O)设备连接到功率和/或通信信号传输电路。这种电路例如可以由电源背板使用，其中，多个电连接器并联到公共电源。其他类型的电连接器包括用于以太网和第5类(CAT5)电缆的Eight Positions,Eight Conductors(8P8C)组合式连接器；用于推荐标准232(RS-232)调制解调器串行端口、计算机、电信、测试/测量仪器、监视器、操纵杆、鼠标和游戏主机的D超小型连接器；包括用于接口设备的类型A、类型B、Mini-A、Mini-B、Micro-A和Micro-B连接器的通用串行总线(USB)连接器；诸如交流(AC)电插头和插座(例如具有突出的尖头、叶片、和/或插针的插头，其适配到插座、插口、输出口、墙上电源插座等等的配对插槽和/或孔中)之类的电力连接器；和诸如同轴电连接器之类的直流(DC)连接器；以及用于发送RF信号的射频(RF)连接器等。
发明内容
在一个或多个实现方式中，公开了一种设备，所述设备包括：多个电路和电磁连接器，所述电磁连接器被配置为构成第一磁路部分，所述第一磁路部分包括第一磁芯构件和布置在所述第一磁芯构件周围的多个线圈。多个线圈中各自的一个被配置为分别连接到多个电路中相应的一个电路。所述电磁连接器被配置为与第二电磁连接器配对，其中，第二电磁连接器被配置为构成第二磁路部分，所述第二磁路部分包括第二磁芯构件和布置在所述第二磁芯构件周围的线圈。所述第一磁芯构件与所述第二磁芯构件被配置为当所述电磁连接器与所述第二电磁连接器配对时，借助由所述第一磁路部分和第二磁路部分构成的磁路来将所述电磁连接器的所述多个线圈耦合到所述第二电磁连接器的所述线圈。所述磁路被配置为当所述多个线圈的第二线圈被通电时(例如以无源集线器的方式)，在所述多个线圈的第一线圈和所述第二电磁连接器的线圈中感生信号。
提供这个概要来以简化的形式介绍概念的选择，在以下详细说明中对其进一步说明。这个概要并非旨在确认所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
参考附图来说明具体实施方式。在说明书和附图的不同实例中可以使用相同参考标记来指示相似或相同的项。
图1是示出根据本公开内容的示例性实施例的包括与第二电磁连接器配对的第一电磁连接器的连接器组件的等距视图，其中，第一电磁连接器包括布置在第一磁芯构件周围的第一线圈和第二线圈，第二电磁连接器包括布置在第二磁芯构件周围的另一个线圈，并且其中，第一和第二电磁连接器构成磁路，磁路被配置为当所述第一电磁连接器的第二线圈被通电时(例如以无源集线器的方式)，在第一电磁连接器的第一线圈和第二电磁连接器的线圈中感生信号。
图2是根据本公开内容的示例性实施例的包括分别连接到多个电路的多个线圈的电磁连接器的示意图。
图3是根据本公开内容的示例性实施例的系统的局部示意图，系统包括与使用诸如图2中所示的电磁连接器之类的电磁连接器构成的无源集线器连接在一起的多条通信信道。
图4是根据本公开内容的示例性实施例的系统的局部示意图，系统包括在印刷电路板上制造的电路，其中，每一个电路都分别连接到由印刷电路板支撑的电磁连接器，例如图2中所示的电磁连接器。
图5A是根据本公开内容的示例性实施例的系统的横截面端视图，系统包括模块(例如工业元件)，被配置为与使用电磁连接器的背板耦合。
图5B是图5A中所示系统的局部横截面端视图，其中，使得电磁连接器配对以将模块耦合到背板。
具体实施方式
概述
多插针连接器典型地用于工业控制系统/过程控制系统中，用以将I/O设备连接到借助电源背板而被包括的功率和/或通信信号传输电路。插针互连提供了高精度的信号分辨率，常常由高质量材料构造，例如，镀金的硬化钢等等。在连接和断开多插针连接器时必须小心，以避免多个插针的弯曲或未对准。另外，在工业环境和现场，插针互连常常暴露于腐蚀性材料和污染物，并会受到氧化和涂覆，导致间发故障。确定故障的性质和原因是困难且高成本的。因而，多插针连接器通常是工业控制系统硬件的高成本和高维护组件。
工业控制系统/过程控制系统可能还需要在I/O设备与相关输电和控制设备之间的电流隔离。例如，I/O设备典型地使用变压器和/或光学设备进行信号传输以电隔离I/O设备、防止接地回路等等。工业系统可以提供用于功率和/或通信信号传输的背板，具有连接到背板的可插拔I/O设备。每一个可插拔I/O设备都可以使用多插针连接器来进行功率和通信传输，连同脉宽调制(PWM)/脉冲持续时间调制(PDM)与电力变压器一起来实现在背板与I/O设备之间的隔离。例如，背板可以使用DC电源和连接器来将DC信号传递到I/O设备。每一个I/O设备随后都可以使用PWM来将DC信号转换为AC，并使用变压器来将功率/通信信号传递到电路。高质量多插针连接器、PWM电路和电力变压器的使用增大了I/O设备的成本和复杂性。
因此，描述了采用电磁连接器的电磁连接器组件，所述电磁连接器构成磁路的部分。一个或多个电磁连接器包括磁芯构件和布置在磁芯构件周围的多个线圈。在实现方式中，电磁连接器被配置为与其他电磁连接器配对，以使得当一个电磁连接器与另一个电磁连接器配对时，连接器的磁芯构件将第一连接器的线圈耦合到的第二连接器的一个或多个线圈以完成磁路。当多个线圈中的一个线圈被通电时，磁路被配置为在多个线圈的另一个线圈和第二连接器的一个或多个线圈中感生信号。此外，当第二连接器的线圈被通电时，在第一连接器的多个线圈中感生信号。以此方式，可以以无源集线器的方式来使用电磁连接器组件。可以使用电磁连接器以便于例如在I/O模块与背板之间的通信。
根据本公开内容配置的电磁连接器不必一定需要准确接触、压力和/或对准以完成连接紧密耦合的线圈的磁路。在实现方式中，电磁连接器可以用于具有电源背板/总线结构的工业控制系统中。例如，电磁连接器可以与一个或多个I/O模块一起使用，以代替PWM、分隔电力变压器和相关晶体管，否则每一个I/O模块就会需要它们来保持在I/O模块与电源背板之间的隔离。还可以使用电磁连接器来代替多插针连接器进行通信和/或功率信号传输。去除多个PWM、电力变压器、晶体管和多插针连接器可以为此类结构提供显著的成本和空间节省，连同在传感器与控制组件之间增大的电流隔离。此外，用于信号传输的无触点互连可以提供对环境更为鲁棒的结构，减小或消除了起因于腐蚀、插针未对准等的现场故障。
在一个或多个实现方式中，电磁连接器组件被采用在包括用于分配AC信号的背板的系统中。系统可以包括与背板耦合的多个电磁连接器。如本文所述的，电磁连接器包括磁芯构件和磁芯构件的布置的一个或多个线圈(例如如前所述的)。每一个电磁连接器都被配置为与另一个电磁连接器相配对，另一个电磁连接器可以包括在模块内。当电磁连接器相配对时，线圈经由磁路耦合。磁路被配置为当给背板的线圈或模块的另一个线圈通电时，在模块的一个或多个线圈中感生信号。此外，当给模块的线圈通电时，磁路被配置为在背板的一个或多个线圈中感生信号。背板可以用于为模块的电路的供电和/或提供与模块的电路的通信。
系统可以被配置用于具有多支路电源背板/总线结构的工业控制系统/过程控制系统，其借助如前所述配置的电磁连接器使用DC-至-AC(DC/AC)转换电路和分布式变压器来发送高频AC电。根据本公开内容配置的系统可以无需为每一个I/O设备使用单独的PWM，以例如位于背板上的单个PWM代替多个PWM。因而，可以以磁路(例如紧密耦合的变压器)代替典型的连接器和电力变压器结构。每一个磁路都可以被配置为变压器的两部分(例如半个)，其中，变压器的一个部分(例如一半)位于每一个模块中，另一个部分(例如一半)位于背板中。变压器在背板中的部分例如可以包括初级线圈和一部分磁芯。变压器在每一个模块中的部分可以包括次级线圈和配对磁芯。初级线圈中的电力由次级线圈提取，随后被整流并用于为每一个模块中的电路供电和/或与每一个模块中的电路通信。
根据本公开内容配置的系统可以实施为包括开关结构的通信控制系统，所述开关结构具有串行通信接口(例如与主设备和多个从设备的串行或多支路总线(MDB))和并行通信接口(例如使用十字开关等实施的并行或点对点总线)。串行通信接口和并行通信接口可以用于将多个输入/输出(I/O)模块连接到通信/控制模块，并彼此连接。
示例性实现方式
图1到5示出了根据本公开内容的示例性实现方式的连接器组件102的示例性电磁连接器100。电磁连接器100可以用于期望将电路耦合在一起，以便将电信号和/或电力从一个电路发送到另一个电路，同时保持在电路之间的隔离的应用中。例如，可以使用电磁连接器100的应用包括但不必限于：工业控制系统/过程控制系统(例如，将I/O设备与功率和/或通信信号传输电路连接)、电信(例如用于无线电、宽带、视频和/或语音传输)、信息/数据通信(例如用于连接计算机联网设备，例如以太网设备、调制解调器等等)、计算机硬件互连(例如用于连接外围设备，例如操纵杆、键盘、鼠标、监视器等等)、游戏主机、测试/测量仪器、电力连接器(例如用于来自AC干线的输电)等。
每一个电磁连接器100都被配置为构成磁路部分104，其包括磁芯构件106和布置在磁芯构件106周围的一个或多个线圈108(例如围绕或在内部)。对于本公开内容来说，应注意，“磁芯构件”用于指代磁芯的非完整部分，其在电磁连接器100被耦合在一起时借助另一个磁芯构件而完整。每一个电磁连接器100都被配置为与连接器组件102的另一个电磁连接器100相配对，用于在借助电磁连接器100相连的组件之间发送功率和/或通信信号。例如，电磁连接器100的第一I形或E形磁芯构件106被配置为与另一个电磁连接器100的第二I形或E形磁芯构件106相配对，用以在第一电磁连接器100与第二电磁连接器100之间发送通信信号。
在一个磁芯构件106被配置为与另一个磁芯构件106相接触的实现方式中，接触面可以基本上是平坦的，但这个结构仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。因而，可以提供其他实现方式，包括为了增大在磁芯构件之间的接触表面积和/或提供磁芯构件的自对准(例如通过配置一个磁芯构件的一部分以插入另一个磁芯构件中)而设计的实现方式。例如，一个磁芯构件包括锥形插针，配置用于插入另一个磁芯构件的锥形孔中，其中，锥形插针的外圆周和/或末端被配置为接触锥形孔的一部分内壁和/或底面。在一些实施例中，电磁连接器100提供干涉适配结构，例如一个或多个线圈108布置在第一磁芯构件106周围，一个或多个其他线圈108布置在第二磁芯构件106内。可以使用具有一定几何外形的连接器来建立干涉适配，几何外形包括但不限于：圆锥形的、同心的、偏心的、几何的、用于摩擦适配的斜坡式的等等。
在本公开内容的实施例中，第一磁芯构件106不必配置为当第一电磁连接器100与第二电磁连接器100相配对时，与第二磁芯构件106接触。可以在一对特定的配对的磁芯构件106的多个点之间提供一个或多个间隙。例如，如图1所示，在具有两个I形磁芯构件106的实施例中，在第一I形磁芯构件106与第二I形磁芯构件106之间提供空气间隙AG。例如，第一磁芯构件106接近第二磁芯构件106设置，但不必电接触。此外，可以通过将E形磁芯构件106与C形磁芯构件、U形磁芯构件、I形磁芯构件等等相配对来提供空气间隙AG。例如，一个E形磁芯构件的中间芯柱可以被配置为通过具有包括平面绕组的第一线圈的第一电路板和具有包括平面绕组的第二线圈的第二电路板的延伸，其中，E形磁芯构件的外芯柱被配置为接触另一个U形磁芯构件芯柱。在这个结构中，U形磁芯构件的布置的线圈可以位于“U”的芯柱之间。但平面绕组仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。因而，线圈108可以包括其他绕组，例如缠绕在磁芯构件106周围或内部的绝缘铜绕组等等。
应注意，尽管在附图中将磁芯构件106显示为I形和E形磁芯构件，但这些形状仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。因而，磁芯构件106和/或两个配对的磁芯构件106的组合形式可以包括其他形状和/或磁芯几何外形，包括但不必限于：“C”/“U”磁芯、“EFD”磁芯、“EP”磁芯、“ER”磁芯、壶形磁芯、环形磁芯、环形/珠状磁芯等等。例如，磁芯构件106的形状可以基于耦合/操作频率来选择。此外，磁芯构件106可以实施为平面磁芯(例如具有平面绕组)。在实现方式中，磁芯构件106可以形成于电路板中或电路板上，例如连同构成为平面绕组的线圈108一起，以使得磁芯构件106借助电路板的一个或多个部分与线圈108电隔离。
电磁连接器100的一个或多个磁芯构件106可以由铁浆材料构成。但这个材料仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。因而，磁芯构件106可以包括具有适合于限制并引导由线圈108产生的磁场的磁导率的任何材料，包括但不限于：软磁材料(即具有低滞后性的磁性材料，例如硅钢)、铁磁金属(例如铁)、铁磁化合物(例如铁氧体)等等。
第一电磁连接器100的一个或多个线圈108可以紧密耦合到第二电磁连接器100的一个或多个线圈108，其中，具有由第一电磁连接器100的磁路部分104与第二电磁连接器100的磁路部分104构成的磁路。磁路被配置为当给第二电磁连接器100的一个或多个线圈108通电时，在第一电磁连接器100的一个或多个线圈108中感生信号，且当给第一电磁连接器100的一个或多个线圈108通电时，在第二电磁连接器100的一个或多个线圈108中感生信号，允许借助电磁连接器100在相连的组件之间发送功率和/或通信信号。在实现方式中，线圈108可以紧密耦合(例如使用铁芯来提供约为一(1)的耦合系数)、临界耦合(例如在通带中的能量传递是最佳的情况)、或者过耦合(例如次级线圈与初级线圈足够接近以衰减初级线圈的场)。
在实现方式中，磁芯构件106和/或线圈108的之一或者两者可以至少部分地(例如完全或部分地)机械地封套在材料的一个层或多个层内。此外，在一些实施例中，材料的一个层或多个层(例如保护层110)对第一磁芯构件106而布置，用于当第一电磁连接器100与第二电磁连接器100配对时，将第一磁芯构件106与第二磁芯构件106分隔开。保护层110可以由不导电/绝缘材料制造，例如薄膜塑性材料的涂层。可以使用包括但不限于：涂层、涂覆、沉积等等的技术来施加保护层(例如不导电/绝缘材料)。在一些实施例中，保护层110包括千分之五英寸(0.005in.)厚的热塑聚碳酸酯层。在本公开内容的实施例中。保护层110被配置为保护电磁连接器100的磁芯构件106和/或线圈108免于腐蚀、机械损坏(例如破裂)等等。当磁芯构件106由脆性材料构造时，封套尤其有用。例如，可以在由塑性材料构成的保护层中紧密封套磁芯构件106。以此方式，当对磁芯构件106的损坏(例如磁芯构件中的裂缝或破裂)出现时，材料的碎片可以在封套内保持彼此基本上接触。因而，对磁芯材料的损坏不会显著降低性能。
图2到图5示出了根据本公开内容的示例性实现方式的系统112，其被配置为与过程控制技术等等一起使用。例如，将系统112示出为可以与由控制器元件和子系统组成的分布式控制系统一起使用，其中，子系统由遍及系统分布的一个或多个控制器控制。系统112可以包括开关结构，包括串行通信接口和/或并行通信接口，用于在一个或多个背板114与一个或多个模块116之间提供通信。每一个背板114都具有多个电磁连接器100，其中，每一个电磁连接器100都包括磁芯构件106和磁芯构件106的布置的一个或多个线圈108(例如如前所述的)。借助背板114包含的每一个电磁连接器100都被配置为与借助诸如工业元件等等的模块116包含的另一个电磁连接器100相配对。例如，系统112可以借助工业控制系统(ICS)/过程控制系统(PCS)中的电磁连接器100互连来实施，用以将I/O设备连接到功率和/或通信信号传输电路。
当电磁连接器100相配对时，背板114的磁芯构件106的模块116的磁芯构件106被配置为借助磁路来耦合线圈108。磁路被配置为当给背板114的线圈108通电时(例如借助来自DC/AC转换器的AC信号)，在模块116的一个或多个线圈108中感生信号。在模块116的线圈108中感生的信号可以用于为一个或多个电路118供电和/或提供通信，如图2所示的。应注意，尽管将背板114说明为在模块116中感生信号，但这个实现方式仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。因而，磁路也可以用于当给模块116的线圈108通电时，在背板114的一个或多个线圈108中感生信号，以提供与背板114的通信。此外，可以以交替的顺序(例如一个接一个)来通电借助配对的电磁连接器100而被包含的线圈108，以提供双向通信等。
在本公开内容的实施例中，模块116和/或背板114包括多个电路118，其中，两个或多个电路118分别单独地连接到布置在电磁连接器100的磁芯构件106周围的线圈108。以此方式，可以以无源集线器120的方式来实施在背板114与一个或多个模块116之间的通信。例如，背板114或模块116可以使用多个通信信道122来通信，其每一条例如都可以使用控制器124(例如微控制器)来实施，如图3所示的。当给布置在背板114中的线圈108时，在与模块116的每一条通信信道122相关的每一个线圈108中感生信号。此外，当给布置在模块116中的线圈108通电时，在与背板114相关的一个或多个线圈108中感生信号。以此方式，在多个控制器124之间提供通信。在本公开内容的实施例中，两个或多个电路118至少实质上相同(例如相同、电气等效等)，用以在背板114和/或模块116内提供冗余。
在一些实现方式中，电路118实施在单个、单片式印刷电路板(PCB)126中，例如，具有由PCB 126支撑的电磁连接器100的多个I形和/或E形磁芯构件106或线圈108，如图4所示的。在实现方式中，磁芯构件可以与PCB 126机械隔离(例如不接触PCB 126)。但这个结构仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。在一些实施例中，包括一个或多个偏移构件128(例如弹簧)，用于偏移磁芯构件106，如图5B所示的。例如，在所示实施例中，朝向另一个磁芯构件106偏移磁芯构件106。但在其他实施例中，磁芯构件106远离另一个磁芯构件106地偏移，与另一个磁芯构件106对齐地偏移等。
系统112可以被配置为连接一个或多个I/O模块116(例如用作从设备)并往来于I/O模块116发送数据。I/O模块116可以包括输入模块、输出模块、和/或输入和输出模块/例如，输入模块可以用于在过程中或现场从输入仪器接收信息，同时输出模块可以用于将指令发送到现场的输出仪器。例如，I/O模块116可以连接到过程传感器，例如用于测量煤气厂、精炼厂的管道中的压力的传感器等等。在实现方式中，I/O模块116可以用于在应用中收集数据或控制系统，应用包括但不必限于：工业过程，例如制造、生产、发电、制作、和精炼；基础设施过程，例如水处理和分配、废水收集和处理、油和气管道输送、电力传输和分配、风电场、和大型通信系统；用于建筑、机场、船舶和空间站的设施过程(例如监视并控制加热、通风和空调(HVAC)设备与能量消耗)；大场地工业过程工厂，例如石油和天然气、精炼、化学、制药、食品和饮料、水和废水、制浆和造纸、公用电力、采矿、金属；和/或关键基础设置。
在实现方式中，I/O模块116可以被配置为将从传感器接收的模拟数据转换为数字数据(例如，使用模数转换器(ADC)电路等等)。I/O模块116还可以连接到电机，并且被配置为控制电机的一个或多个运行特性，例如电机速度、电机转矩等等。此外，I/O模块116可以被配置为将数字数据转换为模拟数据，用于到电机的传输(例如使用数模转换器(DAC)电路等等)。在实现方式中，一个或多个I/O模块116可以包括通信模块，被配置用于经由通信子总线进行通信，例如以太网总线、H1现场总线、过程现场总线(PROFIBUS)、高速通道可定址远程转换器(HART)总线、Modbus等等。此外，I/O模块116中两个或多个可以用于为通信子总线提供容错和冗余连接。
每一个I/O模块116可以提供有唯一标识符(ID)，用于区分一个I/O模块116与另一个I/O模块116。在实现方式中，在将I/O模块116连接到系统112时，可以借助其ID来识别它。多个I/O模块116可以与系统112一起使用，以便提供冗余。例如，两个或多个I/O模块116可以连接到传感器和/或电机。每一个I/O模块116都可以包括一个或多个端口130，提供到借助诸如PCB 126之类的I/O模块116而被包含的硬件和电路的物理连接。
一个或多个I/O模块116可以包括接口，用于连接到其他网络，包括但不必限于：广域蜂窝电话网络，例如3G蜂窝网、4G蜂窝网或全球移动通信系统(GSM)网；无线计算机通信网络，例如Wi-Fi网络(例如使用IEEE802.11网络标准运行的无线LAN(WLAN))；个域网(PAN)(例如使用IEEE802.15网络标准运行的无线PAN(WPAN))；广域网(WAN)；内联网；外联网；国际互联网络；因特网等等。此外，一个或多个I/O模块116可以包括连接，用于将I/O模块116连接到计算机总线等等。
可以将由系统112发送的数据分包，即数据的分离部分可以转换为包括数据部分连同网络控制信息一起的数据包等。系统112可以使用用于数据传输的一个或多个协议，包括面向比特同步数据链路层协议，例如高级数据链路控制(HDLC)。在特定实例中，系统112可以按照国际标准化组织(ISO)13239标准等实施HDLC。此外，两个或多个系统112可以用于实施冗余HDLC。当应注意，HDLC仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。因而根据本公开内容，系统112可以使用其他各种通信协议。
现在参考图5A和5B，背板114和模块116包括两(2)个E形磁芯连接器组件102和三(3)个I形磁芯连接器组件102。E形磁芯连接器组件102基本上相同，其中，一个充当模块116的主电源，其他的充当模块116的备用电源。参考三个I形磁芯连接器组件102，一个提供从背板114到模块116的高频通信，一个提供从模块116到背板114的高速通信，一个提供相对低频双向通信，用于监控和/或管理功能。如所示的，布置在模块116中的每一个I形磁芯电磁连接器100都具有五(5)个绕组，借助I形磁芯电磁连接器100包含的一(1)个绕组布置在背板114中。I形磁芯电磁连接器100构成连接器组件102，包括多绕组变压器，具有在多个负载之间平衡的阻抗。但两个电磁功率传输组件和三个电磁通信组件的使用仅是作为示例而提供的，并非意图限制本公开内容。在其他实施例中，提供了更少或更多的此类组件。
结论
尽管以特定的用于结构特征和/或过程操作的语言说明了主题，但应当理解，在所附权利要求书中限定的主题不一定局限于上述的特定特征或操作。相反，作为实施权利要求书的示例性形式公开了上述的特定特征和操作。
Claims (20)
1.一种电磁连接器，所述电磁连接器被配置为构成第一磁路部分，所述电磁连接器包括：
第一磁芯构件；以及
多个线圈，所述多个线圈布置在所述第一磁芯构件周围，所述多个线圈中的每一个线圈都被配置为分别连接到多个电路中相应的一个电路，所述电磁连接器被配置为与第二电磁连接器配对，所述第二电磁连接器被配置为构成第二磁路部分，所述第二电磁连接器包括第二磁芯构件和布置在所述第二磁芯构件周围的至少一个线圈，所述第一磁芯构件和所述第二磁芯构件被配置为当所述电磁连接器与所述第二电磁连接器配对时，借助由所述第一磁路部分和第二磁路部分构成的磁路来将所述多个线圈耦合到所述至少一个线圈，所述磁路被配置为当所述多个线圈中的第二线圈被通电时，在所述至少一个线圈和所述多个线圈的第一线圈中感生信号。
2.根据权利要求1所述的电磁连接器，其中，在单个印刷电路板上制造所述多个电路中的每一个电路。
3.根据权利要求2所述的电磁连接器，其中，所述单个印刷电路板被配置为支撑所述第一磁芯构件和所述多个线圈。
4.根据权利要求1所述的电磁连接器，进一步包括对于所述第一磁芯构件而布置的材料的至少一个层，用于当所述电磁连接器与所述第二电磁连接器配对时，将所述第一磁芯构件与所述第二磁芯构件分隔开。
5.根据权利要求1所述的电磁连接器，其中，所述第一磁芯构件包括I形磁芯构件。
6.根据权利要求6所述的电磁连接器，其中，所述I形磁芯构件被配置为与第二I形磁芯构件配对。
7.一种设备，包括：
多个电路；以及
电磁连接器，所述电磁连接器被配置为构成第一磁路部分，所述电磁连接器包括第一磁芯构件和布置在所述第一磁芯构件周围的多个线圈，所述多个线圈中的每一个线圈都被配置为分别连接到多个电路中相应的一个电路，所述电磁连接器被配置为与第二电磁连接器配对，所述第二电磁连接器被配置为构成第二磁路部分，所述第二电磁连接器包括第二磁芯构件和布置在所述第二磁芯构件周围的至少一个线圈，所述第一磁芯构件和第二磁芯构件被配置为当所述电磁连接器与所述第二电磁连接器配对时，借助由所述第一磁路部分和第二磁路部分构成的磁路来将所述多个线圈耦合到所述至少一个线圈，所述磁路被配置为当所述多个线圈中的第二线圈被通电时，在所述至少一个线圈和所述多个线圈的第一线圈中感生信号。
8.根据权利要求7所述的设备，进一步包括印刷电路板，其中，在所述印刷电路板上制造所述多个电路中的每一个电路。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述印刷电路板被配置为支撑所述第一磁芯构件和所述多个线圈。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个电路中的至少两个电路至少实质上相同。
11.根据权利要求7所述的设备，进一步包括对于所述第一磁芯构件或所述第二磁芯构件的至少之一而布置的材料的至少一个层，用于当所述第一电磁连接器与所述第二电磁连接器相配对时，将所述第一磁芯构件与所述第二磁芯构件分隔开。
12.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一磁芯构件或所述第二磁芯构件的至少之一包括I形磁芯构件。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第一磁芯构件或所述第二磁芯构件的至少之一的至少另一个包括第二I形磁芯构件，所述第二I形磁芯构件被配置为与所述I形磁芯构件相配对。
14.一种工业控制系统，包括：
工业元件，所述工业元件包括多个电路和第一电磁连接器，所述第一电磁连接器被配置为构成第一磁路部分，所述第一电磁连接器包括第一磁芯构件和布置在所述第一磁芯构件周围的多个线圈，所述多个线圈中的每一个线圈都被配置为分别连接到所述多个电路中相应的一个电路；
背板，所述背板包括第二电磁连接器，所述第二电磁连接器被配置为构成第二磁路部分，所述第二电磁连接器包括第二磁芯构件和布置在所述第二磁芯构件周围的至少一个线圈；以及
无源集线器，所述无源集线器由所述第一电磁连接器与第二电磁连接器相配对而构成，所述第一磁芯构件和第二磁芯构件被配置为当所述第一电磁连接器与所述第二电磁连接器配对时，借助由所述第一磁路部分和第二磁路部分构成的磁路来将所述多个线圈耦合到所述至少一个线圈，所述磁路被配置为当所述多个线圈中的第二线圈被通电时，在所述至少一个线圈和所述多个线圈的第一线圈中感生信号。
15.根据权利要求14所述的工业控制系统，进一步包括印刷电路板，其中，在所述印刷电路板上制造所述多个电路中的每一个电路。
16.根据权利要求15所述的工业控制系统，其中，所述印刷电路板被配置为支撑所述第一磁芯构件和所述多个线圈。
17.根据权利要求14所述的工业控制系统，其中，所述多个电路中的至少两个电路至少实质上相同。
18.根据权利要求14所述的工业控制系统，进一步包括对于所述第一磁芯构件或所述第二磁芯构件的至少之一而布置的材料的至少一个层，用于当所述第一电磁连接器与所述第二电磁连接器配对时，将所述第一磁芯构件与所述第二磁芯构件分隔开。
19.根据权利要求14所述的工业控制系统，其中，所述第一磁芯构件或所述第二磁芯构件的至少之一包括I形磁芯构件。
20.根据权利要求19所述的工业控制系统，其中，所述第一磁芯构件或所述第二磁芯构件的至少之一的至少另一个包括第二I形磁芯构件，所述第二I形磁芯构件被配置为与所述I形磁芯构件配对。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/959,888 US9437967B2 (en) | 2011-12-30 | 2013-08-06 | Electromagnetic connector for an industrial control system |
| US13/959,888 | 2013-08-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104347256A true CN104347256A (zh) | 2015-02-11 |
| CN104347256B CN104347256B (zh) | 2018-12-18 |
Family
ID=51265632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410383686.7A Active CN104347256B (zh) | 2013-08-06 | 2014-08-06 | 电磁连接器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2892061B1 (zh) |
| JP (1) | JP6584758B2 (zh) |
| CN (1) | CN104347256B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017208889A (ja) * | 2016-05-16 | 2017-11-24 | 富士通株式会社 | ワイヤレス給電装置およびワイヤレス給電方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1176616A2 (en) * | 2000-07-25 | 2002-01-30 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Non-contact electric power transmission apparatus |
| JP2003068543A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-07 | Yazaki Corp | 電磁誘導型コネクタ |
| US20080303351A1 (en) * | 2005-12-02 | 2008-12-11 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Coupling System |
| EP2450921A1 (de) * | 2010-11-05 | 2012-05-09 | RAFI GmbH & Co. KG | Ladevorrichtung, Empfangsstation sowie Steckvorrichtung zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie |
| WO2013102069A1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-07-04 | Maxim Integrated Products, Inc. | Electromagnetic connector and communications/control system/switch fabric with serial and parallel communications interfaces |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06189479A (ja) * | 1992-12-15 | 1994-07-08 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 電磁給電装置 |
| JP3185605B2 (ja) * | 1995-05-29 | 2001-07-11 | 松下電器産業株式会社 | 直流電源装置 |
| JPH09182324A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-11 | Kansei Corp | 乗物用補助電子装置への電力供給装置 |
| WO2002041773A1 (en) * | 2000-11-20 | 2002-05-30 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | An electrically isolated power and signal coupler system for a patient connected device |
| JP4842174B2 (ja) * | 2007-03-07 | 2011-12-21 | Ｕｒｏ電子工業株式会社 | 非接触給電装置 |
| US8971072B2 (en) * | 2011-12-30 | 2015-03-03 | Bedrock Automation Platforms Inc. | Electromagnetic connector for an industrial control system |
-
2014
- 2014-08-05 JP JP2014159475A patent/JP6584758B2/ja active Active
- 2014-08-06 CN CN201410383686.7A patent/CN104347256B/zh active Active
- 2014-08-06 EP EP14180106.8A patent/EP2892061B1/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1176616A2 (en) * | 2000-07-25 | 2002-01-30 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Non-contact electric power transmission apparatus |
| JP2003068543A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-07 | Yazaki Corp | 電磁誘導型コネクタ |
| US20080303351A1 (en) * | 2005-12-02 | 2008-12-11 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Coupling System |
| EP2450921A1 (de) * | 2010-11-05 | 2012-05-09 | RAFI GmbH & Co. KG | Ladevorrichtung, Empfangsstation sowie Steckvorrichtung zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie |
| WO2013102069A1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-07-04 | Maxim Integrated Products, Inc. | Electromagnetic connector and communications/control system/switch fabric with serial and parallel communications interfaces |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2892061A3 (en) | 2015-08-12 |
| EP2892061A2 (en) | 2015-07-08 |
| EP2892061B1 (en) | 2018-12-26 |
| JP2015032836A (ja) | 2015-02-16 |
| CN104347256B (zh) | 2018-12-18 |
| JP6584758B2 (ja) | 2019-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11658519B2 (en) | Electromagnetic connector for an Industrial Control System | |
| US11966349B2 (en) | Electromagnetic connector for for an industrial control system | |
| US11688549B2 (en) | Electromagnetic connector for an industrial control system | |
| JP4757123B2 (ja) | 電力線搬送通信の伝送機器、コンセントプラグ、コンセントプラグボックス、テーブルタップ、結合装置、通信装置、及び通信システム | |
| CN104347256B (zh) | 电磁连接器 | |
| CN109142944A (zh) | 连接元件、传感器和用于过程自动化的传感器装置 | |
| US11967839B2 (en) | Electromagnetic connector for an industrial control system | |
| EP3249758B1 (en) | Electromagnetic connector and communications/control system/switch fabric with serial and parallel communications interfaces | |
| JP5255939B2 (ja) | ポーリング通信システム、及びポーリング制御方法 | |
| CN102610379A (zh) | 一种连接器和信号传输的方法 | |
| WO2008011622A2 (en) | Bpl low-voltage coupler |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |