CN104488044A - 非接触式连接器、非接触式连接器系统和非接触式连接器的制造方法 - Google Patents

非接触式连接器、非接触式连接器系统和非接触式连接器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及非接触式连接器(100)、包括非接触式连接器(100)和相应配合连接器(200)的系统、及非接触式连接器的制造方法。为使非接触式连接器(100)能向/从相应配合连接器传输/接收功率，本发明提出在非接触式连接器处提供内部铁氧体元件(102)和布置成至少部分地包围内部铁氧体元件的电感式耦接元件(110)。非接触式连接器的外部铁氧体元件(107)布置成至少部分包围电感式耦接元件(110)，其中外部铁氧体元件(107)的面向配合端(101)的前端(108)沿非接触式连接器的轴线方向相对于内部铁氧体元件(102)的面向配合端的前端(103)凹进。外部铁氧体元件(107)后端(109)磁性连接到内部铁氧体元件(102)后端(104)。电感式耦接支撑元件(601)围绕内部铁氧体元件(102)布置。电感式耦接元件是围绕电感式耦接支撑元件(601)缠绕以形成包括多个线圈绕组(115)的线圈的线材。电感式耦接支撑元件(601)包括向外延伸的中间盘，该中间盘将线圈绕组(115)划分为第一和第二线圈绕组部分。中间盘(602)具有形成线圈线材通路的狭槽(603)，线圈线材从中穿过敷设。

Description

非接触式连接器、非接触式连接器系统和非接触式连接器的制造方法
技术领域
本发明涉及电感式连接到相应的配合连接器的非接触式连接器、包括两种连接器的非接触式连接器系统和非接触式连接器制造方法。具体地，本发明提供包括内部铁氧体磁芯和围绕内部铁氧体磁芯缠绕的线圈的非接触式连接器。此外，提供仅仅包围部分线圈的外部铁氧体元件。线圈和铁氧体元件的布置允许向/从配合的非接触式连接器电感式传送/接收电功率。
背景技术
本发明总体涉及用于电感式功率传输的非接触式连接器。非接触式功率连接器因它们优于常规功率连接器的各种优点而得到广泛使用，即由于例如对于接触破坏的高抗性，无限次的配合循环，低磨损，防触电、火花和电流泄漏以及它们在脏或恶劣环境下的可操作性。
具体地，用于功率传输的非接触式连接器可用在各种工业用装置中，诸如，例如机器人技术、旋转应用和成型设备。这种非接触式连接器需要在恶劣环境影响下可操作，以抵抗在配合循环期间的高磨损量，或者可用于在潮湿、爆破或者可燃环境中的功率传输。
非接触式功率连接器系统的已知构造允许在非接触式连接器和配合连接器之间传输电功率。
但是，在电感式传输高功率水平期间，必需考虑到由于例如涡流而产生的明显量的热。热散失因此是重要的方面，但这导致对于适当壳体材料的需求。因此，外壳体可以由金属形成，这导致部分磁场线趋于流过金属壳体。因此，壳体内的那些场力线导致额外损耗。整体上，由于在电感式加热器中的功率损失，功率传输减小。
而且，已知的无线功率连接器考虑到配合连接器部分要求准确的对准。
发明内容
因此，存在对于改进的非接触式连接器的需求，该非接触式连接器改善了前述缺陷。
本发明的目的在于提出一种非接触式连接器和非接触式连接器系统，该非接触式连接器系统允许实现对非接触式连接器和配合连接器在配合状态下在两者间传输功率时的错位的降低的敏电感式。
本发明另一目的在于提出一种非接触式连接器和非接触式连接器系统，该非接触式连接器系统更有效地传输功率以便允许减小非接触式连接器的全长。
这些目的通过独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中列举了有利实施例。
本发明提供了用于在配合端电感式连接相应的配合连接器的非接触式连接器，如权利要求1所限定的。有利地，在非接触式连接器耦接到相应的配合连接器时，建立闭合的磁环。非接触式连接器包括内部铁氧体元件。这一元件另外可以称为中心铁氧体磁芯，其可例如具有管状形状。非接触式连接器的电感式耦接元件布置成至少部分地包围内部铁氧体元件，并且向/从相应的配合连接器传输/接收功率。非接触式连接器的外部铁氧体元件布置成至少部分地包围电感式耦接元件，其中外部铁氧体元件的面向配合端的前端在非接触式连接器的轴线方向上相对于内部铁氧体元件的面向配合端的前端凹进，并且其中外部铁氧体元件的后端磁性连接到内部铁氧体元件的后端。外部铁氧体元件另外可以称为外部铁氧体磁芯，其可具有管状形状。
内部铁氧体元件和外部铁氧体元件的该特殊布置有利地可以允许在连接器被电感式耦接到配合连接器时在连接器头部处的优化磁通量引导和宽的通量场。特别地，外部铁氧体磁芯的前端可以相对于中心铁氧体磁芯的前端鉴于连接器的纵向轴线(在下文中，也称为轴线方向L)凹进。
例如，凹进的外部铁氧体元件的这种具体布置允许令人满意的耦接，即使在连接器和配合连接器之间的错位情况下也是如此。电感式元件例如仅由外部铁氧体磁芯的后部(后部定义为与非接触式连接器的配合端相反)覆盖的另一个优点，在非接触式连接器的头部处提供宽的磁通量场。因此，可以实现向/从相应的配合连接器的可靠的功率传输/接收。
作为示例，内部和外部铁氧体元件可以在机械上在它们各自的后部被连接，以便形成U形横截面，具有面向非接触式连接器的配合端的开口。替代地，内部铁氧体元件和外部铁氧体元件可以例如一体地提供为单件。
根据非接触式连接器的部件的特殊布置的另一个优点，该构造例如允许适当的功率传送，即使在被耦接的连接器从它们的纵向轴线看角向错位时或者垂直于它们的纵向轴线横向/平面地失配时也是如此。另外，上述构造允许例如对于两个电感式耦接的连接器之间的变化距离的较小敏电感式。具有对于错位的较低敏电感式的该有利效果可以例如实现的原因是于，由于凹进的外部铁氧体元件而产生了宽的通量场。
另外，由于该特殊布置，在配合部件略失准时，磁场线可能例如不在同一非接触式连接器内形成闭合的磁环。相反，由于在错位状态下的宽磁通量场，磁场线可以例如连接到配合连接器的铁氧体元件。
电感式耦接元件可以例如仅仅通过使用线材形成为线圈，诸如例如实芯线圈线材、多股线圈线材等等。线材材料可以是适于所述目的的任何材料，诸如，例如铜。
例如，非接触式连接器可以用作带有功率传输的非接触式以太网耦接器。在这方面，在传输侧的非接触式以太网耦接器可具有外部功率输入端，并且在接收侧的配合非接触式以太网耦接器可具有外部功率输出端。外部功率输入端的一部分可以分别在传输和接收侧分支，以便对传输侧的以太网电路以及接收侧的以太网电路供电。这可例如允许实现灵活应用以及大的可传输功率范围。作为变型，在传输侧，要传输的功率可以例如从传输侧的数据线以电感式方式获得。可选地，为了最大的灵活性以及增大的可传输功率水平也可以应用外部电源。
作为另一示例，要由这些以太网耦接器传输的功率可以从传输侧的数据线电感式地获得，而接收的功率可以以电感式方式施加于接收侧的数据线。可选的在传输侧的外部功率输入和可选的在接收侧的外部功率输出是可能的。在本示例的变化中，在接收侧的接收功率可用于仅仅接收侧的内部电源。
非接触式连接器能够例如另外用在医疗场合。在这方面，连接器可以例如用在人造关节或者人骨骼构造中。
非接触式连接器可以例如设置在柔性电缆内，或者设置在刚性连接器外壳中，或者M12连接器外壳，或者比M12连接器外壳厚且短的外壳中，或者可以例如设置在正方形形状的壳体内，或设置在成角形的外壳内。另外，连接器可以例如设置为使得连接器的电子电路可以被设置在远离连接器的机械部分的单独外壳中，而柔性电缆连接该两个部件。
作为另一示例，非接触式连接器可以适于例如在含有水和/或油的场合操作。在这方面，非接触式连接器能够提供到配合非接触式连接器的稳定且可靠连接，而配合非接触式连接器也可以在含水和/或含油的环境中操作或者在其外部操作。例如，非接触式连接器可以进一步形成为使得水和/或油被允许流过连接器的内部。
本发明的非接触式连接器另外包括布置在内部铁氧体元件周围的电感式耦接支撑元件。电感式耦接支撑元件另外可以称为电感式耦接元件的安装支撑，或者安装架。例如，电感式耦接支撑元件可以由非导电/绝缘的材料制成，例如塑料、树脂等等。电感式耦接支撑元件可以围绕内部铁氧体元件布置，以便其在其内部凹进处接触内部铁氧体元件的外表面，即电感式耦接支撑元件的内表面可以接触内部铁氧体元件的外表面。电感式耦接支撑元件的凹进优选地是沿着电感式耦接支撑元件的整个长度延伸的开口。根据具体优选实施例，电感式耦接支撑元件具有中空圆筒形状，具有圆形横截面，带有沿着电感式耦接支撑元件的整个纵向轴线延伸的开口。
有利地，借助于提供这些电感式耦接支撑元件(其可以例如被提供为线轴)，线圈绕组在例如自动缠绕处理(通过机器，例如)过程中的安装可以被明显简化。另外，线圈绕组的稳定性在制造过程之后保持它们围绕内部铁氧体元件的位置方面得以提高。换句话说，线圈绕组可以在缠绕处理期间和之后被牢固地保持。特别是，在例如连接器的前部与连接器的后部相比包括更多线圈绕组层的情况下。优选地，至少一层线圈绕组形成在支撑元件的外表面上，为第一线圈绕组层的形式。其它线圈绕组层优选地根据线圈要求形成在第一线圈绕组层的顶部上。
本发明的非接触式连接器的电感式耦接支撑元件包括带有狭槽的中间盘。中间盘(也可称为中间壁)有利地允许例如将非接触式连接器的前部和后部的不同层线圈绕组分开或隔开为不同的线圈绕组部分，每个部分具有优选数目的线圈绕组层。至少一个中间盘从电感式耦接支撑元件的外表面向外延伸。亦即，中间盘在背离电感式耦接支撑元件的纵向轴线的方向上延伸。根据电感式耦接支撑元件的优选实施例，其具有中空圆筒形状，并且中间盘因而沿着其径向方向延伸。中间盘优选地布置在所述电感式耦接支撑元件的前端和后端之间。中间盘优选地具有圆形横截面。狭槽有利地可以允许例如在例如自动缠绕处理期间的线圈绕组铺设。因此，狭槽形成线圈线材可从中通过铺设的线圈线材通路。中间壁能够包括多个该线圈线材通路，即狭槽。此外，狭槽(另外可称为中间盘的凹进)也可避免由于在被中间盘分开的电感式耦接支撑元件的两个部分之间的穿过线圈绕组，使得所制造的非接触式连接器在中间盘的区域中具有更大直径。狭槽允许线圈线材通过中间壁缠绕，以便优选地同一线圈线材形成由至少一个中间壁分开的各线圈绕组部分。
本发明非接触式连接器的电感式耦接元件是这样的线圈，该线圈包括多个绕组。例如，绕组可以布置在沿着支撑元件外表面的至少一个层中。由此，电感式耦接元件是这样的线材，该线材被缠绕以形成包括多个线圈绕组的线圈。线圈绕组围绕电感式耦接支撑元件缠绕。
根据可在上述实施例之外附加地或替代地使用的本发明有利实施例，电感式耦接元件径向地、优选对称地布置在电感式耦接支撑元件周围。例如，线圈绕组可围绕电感式耦接支撑元件的外表面(其径向向外面向)缠绕。由此，线圈的线圈线材围绕支撑元件(例如，线轴)的外表面缠绕。根据特别优选实施例，电感式耦接元件即线圈形成为使得其形成圆筒形状，且因此具有圆形横截面。由于线圈围绕优选地具有中空圆筒形状的支撑元件缠绕，线圈的优选形状因此也是中空圆筒形状。
根据可在上述实施例之外附加地或替代地使用的本发明有利实施例，线圈在位于内部铁氧体元件的未被外部铁氧体元件包围的前部处的第一部分中与在位于内部铁氧体元件的被外部铁氧体元件包围的后部处的第二部分中相比，具有更多的缠绕层。
有利地，在内部铁氧体元件的前部分处设置更多线圈层允许绕组集中在内部铁氧体元件的未被外部铁氧体元件覆盖的那些部分中。在前部分中具有更多层线圈绕组允许提高功率传输的效率。因此，与具有均匀分布线圈层的连接器相比，可减小非接触式连接器的全长，同时维持或甚至增大最大允许转换功率水平。
根据可在上述实施例之外附加地或替代地使用的本发明另一有利实施例，线圈在第一和第二部分包括偶数个层。这允许该非接触式连接器的成本有效组装。
根据可在上述实施例之外附加地或替代地使用的本发明有利实施例，非接触式连接器的非导电外罩元件布置成包围内部铁氧体元件、电感式耦接元件和外部铁氧体元件的至少部分。例如，非导电外罩元件可以是用于安装在连接器上的预制盖子构件。
根据本发明的特别优选实施例，非导电外罩元件被二次模制。例如，非导电外罩元件可以通过二次模制工艺提供，诸如，例如注塑处理。通过将铁氧体元件和线圈绕组模塑以形成该二次模制外罩元件，可提高整个连接器的稳定性。
根据可在上述实施例之外附加地或替代地使用的本发明另一有利实施例，非接触式连接器可以包括相对于非接触式连接器的轴线方向L从外部铁氧体元件的后端分开预定距离的壳体元件。
有利地，在外部铁氧体元件和壳体元件之间具有间隙的该构造允许例如明显减小会在壳体元件内发生的涡流。涡流的减小可例如达到其中电流损失可忽略的水平。间隙G指的是外部铁氧体元件的后表面与壳体元件的前表面之间的距离，即沿着连接器的纵向轴线测量的距离。优选地，将外部铁氧体元件的后表面和壳体元件的前表面之间的距离设置在2至3mm之间，以实现更好的结果。
根据另一优选实施例，非接触式连接器包括至少一个天线元件。天线信号可以优选的载频传输，诸如60GHz或者2.4GHz。天线元件优选地布置在非接触式连接器内，且能够例如布置在非接触式连接器的配合端和内部铁氧体元件的前端之间。配合端例如被理解为电感式耦接支撑元件的前侧，而前侧的平面垂直于非接触式连接器的轴线方向L。替代地，天线元件可相对于非接触式连接器的配合端布置在内部和/或外部铁氧体元件的后方。在内部和/或外部铁氧体元件后方的该布置例如被理解为内部和/或外部铁氧体元件位于非接触式连接器的天线元件和配合端之间。
天线元件是例如环形天线、抛物面天线、偶极子天线、定向天线或者任何其它合适天线类型。在环形天线类型的情况下，优选的优化环形天线用于近端通信，以便数据传输仅在近程(例如10mm或更小)范围内是可能的。该环形天线型元件是有利的，因为它减小了串扰特性，且还降低了与其它电子装置以及邻近其它非接触式连接器对偶的干扰。
天线另外例如被电连接到布置在非接触式连接器后部的电子电路，用于输送和/或接收无线电波。例如，天线可以直接由天线连接线以直角连接。这可进一步减小天线元件在非接触式连接器纵向方向上的空间需求。在天线元件布置在非接触式连接器的配合端处的情况下，以直角连接可例如导致天线布置为接近于内部铁氧体元件，由此导致非接触式连接器的紧凑结构。
有利地，在内部铁氧体元件的前端之前实施天线元件允许实现配合连接器与天线元件之间的短距离。因此，需要较小的发射功率，由此允许降低与连接器附近的其它电子零件之间的干扰。
根据可与上述实施例另外地或替代地使用的本发明有利实施例，非接触式连接器另外包括用于连接天线元件的天线连接线，其中天线连接线布线为至少部分地通过铁氧体元件。该优选实施例建议将天线信号或者天线“信息”铺设为通过铁氧体磁芯，优选地通过内部铁氧体磁芯。在至少一个天线元件相对于配合端布置在内部和/或外部铁氧体元件之后的情况下，该连接线能够例如由布置在内部铁氧体元件开口内的天线棒形成。利用天线棒的该优选设计已经表现出对于近似60GHz的载频的有利结果。在天线元件布置在连接器配合端的情况下，连接线优选地布线为通过内部铁氧体磁芯。两种布置避免了例如需要在非接触式连接器的径向外部处提供连接线或者其它连接机构。在连接线的情况下，其必需长度可以例如被保持为最小，以便信号的发送/接收可以得到提高。
本发明进一步提供了包括根据先前所述实施例中一个的非接触式连接器和相应的配合连接器的非接触式连接器系统，所述相应的配合连接器连接到该非接触式连接器，以便非接触式连接器允许将功率传输到相应的配合连接器/从相应的配合连接器接收功率。
本发明进一步提供了如独立方法权利要求11中限定的非接触式连接器的制造方法。内部铁氧体元件可以插入在将电感式耦接元件布置在电感式耦接支撑元件周围之前或之后插入凹进，优选地插入电感式耦接支撑元件的开口(例如，孔)。优选地，内部铁氧体元件插入电感式耦接支撑元件的开口，电感式耦接支撑元件具有中空圆筒形状且带有圆形横截面，其中所述开口沿着支撑元件的整个纵向轴线延伸。
该方法的有利方面在于，其允许提及部件的全自动组装。因此，使得能够实现非接触式连接器的成本有效制造。
根据所述方法的进一步优选实施例，线圈缠绕处理在电感式耦接支撑元件的同一端开始和结束。优选地，整个线圈在这样的连续操作期间形成，在该操作期间，同一线圈线材被缠绕以形成由至少一个中间壁分开的各种线圈绕组单元。例如，在将线圈形成在包括带有仅仅一个狭槽的仅仅一个中间盘的支撑元件上的情况下，线圈线材在形成整个线圈的处理期间，即在线圈的全部线圈绕组单元的形成期间，优选地被布线通过同一狭槽两次。在包括带有两个狭槽的中间壁的情况中，线圈线材优选地在线圈形成处理期间被布线通过各狭槽一次。
附图说明
附图整合在说明书中并且形成说明书的一部分，以例示本发明的多个实施例。这些附图结合说明书用以解释本发明的原理。附图仅用于例示如何制作和使用本发明的优选和可选示例，并且不被阐释成将本发明限制为所例示和所描述的实施例。此外，多个方面的实施例可以分别地或以不同组合形式形成根据本发明的方案。下面所述的实施例因此可被单独地或以它们的任意组合来考虑。根据如在附图中例示的本发明各种实施例的以下更具体描述，其它特征和优点将变得明显，在附图中，同样的附图标记指示同样的元件，其中：
图1a和1b示意性地示出了根据本发明第一示例性实施例的非接触式连接器沿着纵向轴线的截面图，其为示出非接触式连接器沿着线A-A的横截面的细节图；
图2示意性地示出了根据本发明第一示例性实施例的非接触式连接器和相应的配合连接器沿着纵向轴线的截面图；
图3以沿着根据本发明第一示例性实施例的非接触式连接器的纵向轴线的截面图示意性地示出了非接触式连接器的电感式耦接元件的缠绕顺序；
图4示意性地示出了根据本发明第一示例性实施例的非接触式连接器沿着纵向轴线的截面图；
图5示意性地示出了根据本发明第一示例性实施例的被整合在管状壳体中的非接触式连接器沿着纵向轴线的截面图；
图6示意性地示出了根据本发明第二示例性实施例的非接触式连接器的透视图；
图7示意性地示出了根据本发明第二示例性实施例的非接触式连接器沿着纵向轴线的截面图；
图8示意性地示出了根据本发明第二示例性实施例的非接触式连接器的电感式耦接元件和电感式耦接支撑元件的透视图；
图9示意性地示出了根据本发明第二示例性实施例的非接触式连接器的电感式耦接元件和电感式耦接支撑元件的进一步透视图；
图10以沿着根据本发明第二示例性实施例的非接触式连接器的纵向轴线的截面图示意性地示出了非接触式连接器的电感式耦接元件的缠绕顺序；
图11示意性地示出了根据本发明第二示例性实施例的非接触式连接器的铁氧体元件的透视图；和
图12示意性地示出了根据本发明第一示例性实施例的包括另一天线构造的非接触式连接器的沿着纵向轴线的截面图。
具体实施方式
图1至5和12示出了非接触式连接器的第一优选实施例，而图6至11示出了非接触式连接器的第二优选实施例。两个实施例中的类似部件、元件和/或结构在以下说明书中可由相同的附图标记标示。
参考图1a，例示了非接触式连接器100沿着纵向轴线的截面图。此外，图1b例示了图1a中的非接触式连接器100沿着线A-A的横截面。
在下文中，使用术语“非接触式连接器”。应指出，非接触式连接器也可以是非接触式插塞式连接器。
根据图1a的非接触式连接器100的截面图，例图示出了非接触式连接器100的前端组件。前端组件相对于如图1a中水平虚线所示的轴线(纵向轴线)对称。换句话说，非接触式连接器100以环状围绕轴线布置。连接器的该圆形布置可特别地从图1b的横截面图中得出。
如在图1a中进一步示出的，非接触式连接器100包括内部铁氧体元件102，内部铁氧体元件102优选地具有管状形状以便内部铁氧体元件102围绕中心轴线、即如水平虚线所示的纵向轴线紧密布置。由于所述管状形状，内部铁氧体元件102包括沿着纵向轴线的圆筒形开口。这在下文中也称为内部铁氧体元件102的中空开口106。
而且，非接触式连接器100包括外部铁氧体元件107，外部铁氧体元件107也围绕纵向轴线对称地布置。外部铁氧体元件107也是管状形状，具有比内部铁氧体元件102的直径大的直径。该直径上的差异导致内部铁氧体元件102的外表面和外部铁氧体元件107的内表面之间的空间。
如从图1a可进一步看到的，外部铁氧体元件107关于纵向方向L(平行于纵向轴线)的长度比内部铁氧体元件102沿着纵向轴线的长度短。换句话说，外部铁氧体元件107的前端108相对于内部铁氧体元件102的前端103凹进。由此，表述“前端”表示非接触式连接器100的面向连接器100的配合端101的顶端。配合端101定义为非接触式连接器100的面向配对连接器、即配合连接器200(配合非接触式连接器200)的端部。由此，配对非接触式连接器200是接收由非接触式连接器100发射的功率的部件，如图1a所示。
另外，根据实施例，外部铁氧体元件107的前端108相对于内部铁氧体元件102的前端103凹进的特殊布置提供了改进非接触式连接器100和相应的配合连接器200之间的耦接特性的效果。即，使得外部铁氧体管件107凹进引起对于非接触式连接器100和相应的配合连接器200的错位的低敏电感式。这将结合图2进一步描述。
另外，图1a示出了外部铁氧体元件107的后端109和内部铁氧体元件102的后端104磁性连接。这可以例如是其间具有气隙的外部和内部铁氧体元件之间的磁性连接。根据本实施例的示例性实现，外部和内部铁氧体元件107、102可以一体地提供为一个单件，如图1a所示。但是，在本实施例的另外示例性实现中，外部和内部铁氧体元件分别地也可由如下多个铁氧体(块)元件组成，该多个铁氧体(块)元件在元件之间不包括气隙，并且彼此机械连接。该接触可例如是粘合接触或者焊接、粘结或者通过各种手段的结合。根据本实施例的另一示例性实现，外部和内部铁氧体元件分别可由多个铁氧体件(铁氧体块元件)组成，该多个铁氧体件之间具有一个或者更多个气隙。根据本实施例的另一示例性实现，外部铁氧体元件107或者内部铁氧体元件102被一体地提供为一个单件(即，以单件制成)，而相应的另一个由多个铁氧体块/件组成。
根据与图1a有关的实施例，内部铁氧体元件102和外部铁氧体元件107在它们的各后部处相连，并且形成横截面U形形状，具有相对于如图1a中例示的沿着纵向轴线的截面图的在非接触式连接器100前端处的开口。
关于内部铁氧体元件102，其同样可以是管状形状元件，即磁芯铁氧体元件，在示例性实施例中具有4毫米+/-0.1毫米的外径和2毫米+/-0.3毫米的内径和12毫米+/-0.6毫米的长度。
外部铁氧体元件107也可以具有管状形状，在示例性实施例中具有6毫米+/-0.15毫米的长度、9毫米+/-0.4毫米的外径和7毫米+/-0.3毫米的内径。
此外，根据本实施例的示例性实现，内部和外部铁氧体元件可以一体地以单件提供。
根据本实施例的另一示例性实现，内部铁氧体元件102可以进一步包括插口盘(标示为内部铁氧体元件102的后部，或者换句话说，整个铁氧体磁芯组件的后部)，其中这一插口盘可具有2毫米+/-0.3毫米的厚度，例如管状形状的外部铁氧体元件107沿轴线方向L安装在其上。
根据上述的示例性实现，包括内部和外部铁氧体元件的上述尺寸，可设有围绕内部铁氧体元件102的两层线圈绕组115，该两层线圈绕组在非接触式连接器100的两个铁氧体元件的U形开口(相对于图1a的截面图)的后端处开始。如图1a中进一步示例性所示的，可以围绕内部铁氧体元件102在其中线圈绕组115沿纵向方向L的不被外部铁氧体元件107包围的区域中设有三层线圈绕组115。
在本实施例的进一步示例性实现中，非接触式连接器100包括可例如位于外部铁氧体元件107外侧的壳体元件111(如在图1a中进一步例示的)。即根据本实施例的该第一示例性实现，壳体元件111可以接触外部铁氧体元件107的外表面。因此，壳体元件111的直径大于外部铁氧体元件107的直径。壳体元件111可以被采用，以便提供连接器布置的足够水平的热散失和/或额外稳定性。根据本实施例的示例性实现，壳体元件111可以例如由金属制成。如果选择金属作为材料，则壳体元件111也可以作用为用于设置在连接器内的电路的屏蔽元件。
而且，应指出，壳体111的直接接触外部铁氧体元件107外表面的比面积与引起的固定损耗(standing loss)即涡流成正比。因此，通过使得壳体111的前端112相对于外部铁氧体元件107的前端108(且因此也相对于内部铁氧体元件102的前端103)凹进实现该接触区域的减小，导致涡流的减小。由此，能够明显增大连接器的功率传输的效率。
根据本实施例的进一步示例性实现，非接触式连接器100的壳体元件111可以由铜、铝、镍、锡或者它们的合金(诸如黄铜(55-86％铜))提供。另外，壳体111可以被镀镍。
根据本实施例的另一示例性实现，壳体元件111可以例如由塑料形成。这种实现会减小生产成本，同时提供令人满意的连接器机械稳定性。
根据该第一实施例，壳体元件111如图1a所示相对于外部铁氧体元件107凹进。更详细地，壳体的前端在连接器100的轴线方向L上相对于外部铁氧体元件107的前端108凹进。
在以上描述中，已经使用表述“凹进”来表明内部铁氧体元件102、外部铁氧体元件107和壳体元件111沿着纵向轴线的不同长度/位置。但是，这些具体关系也可以描述为外部铁氧体元件107从壳体元件111沿轴线方向L伸出特定长度。另外，关于铁氧体元件的轴线方向的尺寸，图1a示出了内部铁氧体元件102从外部铁氧体元件107在轴线方向L上朝向非接触式连接器100的配合端101伸出。
根据涉及图1a的实施例，非接触式连接器100还包括包围内部铁氧体元件102的电感式耦接元件110。该电感式耦接元件110用于将功率传输到相应的配合连接器200或者从相应的配合连接器200接收功率。虽然在图1a中未示出，该电感式耦接元件110可以从电子电路401(也未示出)的输电线接收电功率，以便电流通过电感式耦接元件110。结合铁氧体元件，电感式耦接元件110建立电磁场，该电磁场然后由相应的配合连接器200的电感式耦接元件接收。
在本实施例的示例性实现中，电感式耦接元件110可以是至少一个线圈层。替代地，根据本实施例的另一示例性实现，电感式耦接元件110可以由围绕内部铁氧体元件102提供且由外部铁氧体元件107部分地覆盖的线圈绕组(材料可以例如是铜)组成。如在图1a中所示的，该线圈绕组的不同层数(至少一层)可用于电感式耦接元件110。虽然图1a示出线圈绕组，但这仅是示例性示出了本实施例的电感式耦接元件110的一个实现。电感式耦接元件110可以另外包括至少一个箔层，诸如铜箔层，而不是图1a中例示的线圈绕组115。
根据涉及图1a的实施例，电感式耦接元件110可以仅仅由外部铁氧体元件107部分地覆盖/包围。亦即，电感式耦接元件110可以由外部铁氧体元件107在内部铁氧体元件102的后部/后端包围，而电感式耦接元件110不被外部铁氧体元件107在内部铁氧体元件102的前部包围/覆盖，其中前部/前端定义为面向非接触式连接器100的配合端101的部分。
此外，根据本实施例的另一示例性实现，线圈在第一部分(其位于内部铁氧体元件102的前部/前端103处)与在第二部分(其位于内部铁氧体元件102的后部)相比包括更多缠绕层。线圈绕组的该特殊布置可在图1a中看到。例如，内部铁氧体元件102可由两个线圈绕组层相对于内部铁氧体元件102的整个长度在轴线方向L包围，而内部铁氧体元件102的前部可以由三层线圈绕组包围。应指出，在前部/前端处的线圈绕组层数不局限于三层，而是优选地大于包围内部铁氧体元件102的后部的线圈绕组层数。
而且，在电感式耦接元件110的前部处提供更多的缠绕层的该特殊布置，如在本实施例的示例性实现中所述的，允许提高效率，这又导致增大非接触式连接器100处单位体积可发射功率比率的优点和技术效果。由于功率传输的效率通过上述特殊布置得以改进，实现了非接触式连接器100的前端组件的全长的明显减少。例如，上述非接触式连接器100可具有10.5毫米的前端直径、12毫米的前端组件长度，并且能够以高效率以10-15瓦功率大小传送功率。
在本实施例的进一步示例性实现中，非接触式连接器100可以额外包括非导电外罩元件114，非导电外罩元件114可以由树脂、塑料等等提供，其中非导电外罩元件114布置成包围内部铁氧体元件102、电感式耦接元件110和外部铁氧体元件107的至少部分。如果没有壳体元件111设置在非接触式连接器100处，则非导电外罩元件114也可以完全地覆盖外部铁氧体元件107。
根据本实施例的进一步示例性实现，在壳体元件111设置在非接触式连接器100处的情况下，非导电外罩元件114可以基本上覆盖外部铁氧体元件107的不被壳体覆盖的前部，以及电感式耦接元件110的不被外部铁氧体元件107覆盖的部分，以及非接触式连接器100的配合端101的前表面(其垂直于轴线方向)。另外，如图1a所示，非导电外罩元件114覆盖非接触式连接器100的上述的部分，以便形成的非接触式连接器100具有带有壳体元件111的直径的圆筒形形状，而非导电外罩元件114的前部相对于纵向轴线方向L延伸超过内部铁氧体元件102一定量。
根据本实施例的另一示例性实现，其中在非接触式连接器100包括壳体元件111的情况下，非导电外罩元件114的至少一部分被壳体元件111重叠。
根据本实施例的示例性实现，壳体111的前端112和外部铁氧体元件107的前端108之间的距离可以例如是近似4毫米。另外，在内部铁氧体元件102的前端103和外部铁氧体元件107的前端108之间的距离可以是近似5毫米。由此，在壳体111的前端112和内部铁氧体元件102的前端103之间的距离可以例如是近似9毫米。而且，表示从内部铁氧体元件102的前端103至铁氧体元件的后端113沿轴线方向L测量的全长的、前端组件的全长可以例如是近似12毫米。
总体上，如在本实施例的各种示例性实现中所述的，提高功率传输的效率以及减小连接器100在配合状态下的错位敏电感式的优点通过至少将内部铁氧体元件102布置成从外部铁氧体元件107伸出来实现。换句话说，这些优点通过使得外部铁氧体元件107的前端108相对于内部铁氧体元件102的前端103凹进来实现。
功率传输效率的进一步提高允许连接器全长的减小，这通过额外地在非接触式连接器100的前部提供更多线圈绕组来实现。
另外实现相对于外部铁氧体元件107凹进的(金属)壳体元件111具有明显减少电流损失(诸如涡流)的效果，因为直接包围或者接触外部铁氧体元件107的壳体111的那些部件的面积得以减小。换句话说，减少了壳体111中的其中磁场可能引起涡流/热的区域/表面。
注意到，在该示例性第一实施例，壳体元件111描述为重叠外部铁氧体元件107的外表面的一部分。但是，壳体元件111也可以相对于外部铁氧体元件107的后端109进一步凹进，以便不具有重叠，即在壳体元件111和外部铁氧体元件107不具有直接接触。该布置可见根据图6至11稍后描述的第二示例性实施例。
如上所述，图1b示出了图1a中的非接触式连接器100沿线A-A的横截面。
如从图1b能够看到的，非导电外罩元件114已被省略以例示壳体元件111、内部和外部铁氧体元件102、107以及电感式耦接元件110，如结合图1a已经详述的。虽然图1b示出了外部铁氧体元件107的部件，这仅是示例性地表明电感式耦接元件110(在图1b中示例性地显示为线圈绕组115)具有比管状形状外部铁氧体元件107的外径小的外径。但是，注意到，根据本实施例的另一示例性实现，非接触式连接器100的电感式耦接元件110的外径可以等于外部铁氧体元件107的直径。
图2示出了根据本发明实施例的非接触式连接器100和相应的配合连接器200在配合状态下沿着纵向轴线的截面图。该构造也称为根据本发明的非接触式连接器系统。
如图中可看到的，非接触式连接器100和配合连接器200沿着纵向轴线(水平虚线)彼此相对布置且对准。亦即，连接器的各个配合端101/201面向彼此，同时在配合端101/201之间具有气隙217。例如，气隙217可以是近似5毫米。如由磁场线216指示的，在连接器的配合状态下，建立闭合的磁环。由于两个例示的连接器中的凹进的外部铁氧体元件107/207，使得场力线216倾向于保持磁性连接两个非接触式连接器100/200的外部铁氧体元件107/207，即使在连接器沿着垂直于纵向轴线的方向平面未对准的情况下也是如此。另外，在两个连接器的该平面错位情况下，防止在两个连接器的内部铁氧体元件102/202中流动的磁场线216在各相应非接触式连接器中形成闭合的磁环。更详细地，在该两个连接器的平面错位情况下，磁场线216被防止从外部铁氧体元件107流回到非接触式连接器100内的内部铁氧体元件102，(对配合连接器也是一样)。
因此，明显的是例示的构造允许不仅在垂直于它们的纵向轴线的横向/平面失配情况下而且甚至在耦接的连接器相对于它们的纵向轴线角向未对准情况也可实现适当的功率传送。根据上述的实施例实现，所述构造因此还允许关于两个电感式耦接的连接器之间的变化距离(气隙)的低敏电感式。
在电感式耦接的连接器的错位状态下的低敏电感式的效果可基本上视为由于与其中外部铁氧体元件不凹进的情况相比，凹进的外部铁氧体元件107/207建立了更宽的通量场。
图3以非接触式连接器沿着纵向轴线的截面图示出了根据本发明进一步示例性实施例的非接触式连接器100的电感式耦接元件110的缠绕顺序。
图3中每个包括号码的矩形示意性地示出了线圈绕组115的横截面(其实际上具有圆形形状)。
关于缠绕顺序描述，缠绕在U形的内部和外部铁氧体元件的内部后部(与连接器100的配合端101相反的内侧)处开始和结束(该内部后部也可称为铁氧体元件的铁氧体磁芯基部(盘)与连接器100的配合端101相反的一侧)。
·在第一步骤中，第一最内层从铁氧体磁芯基部(盘)开始，其中线圈115围绕内部铁氧体元件102缠绕至内部铁氧体元件102的配合端101/前端方向。
·在第二步骤中，将线圈115在内部铁氧体元件102的顶端缠绕形成第二层线圈绕组，之后在内部铁氧体元件102的顶端形成第三层线圈绕组。
·接着，沿朝着铁氧体元件的内部后部的方向重复执行第二步骤(线圈绕组以两个不同层交替布置)，直到到达外部铁氧体元件107的前端108。这可以例如导致6×3层的线圈绕组115。
·然后，在下一步骤中，仅在第二层中继续缠绕线圈115直至到达作为铁氧体元件的内部后部的铁氧体磁芯基部(盘)。
图4示意性地示出了根据本发明另一示例性实施例的非接触式连接器100沿着纵向轴线的截面图。
图4示出了包括有位于连接器100的前部中的天线元件402的天线构造。天线元件402为环形天线类型。
天线元件可以例如安装在非接触式连接器100的配合端101和内部铁氧体元件102的前端103之间。例如，天线元件402可以在非接触式连接器100的前端处实施(模制在)非导电外罩元件114中。该天线元件402允许两个配合连接器之间与功率传输无关的无线数据传送。所述天线可以例如提供在朝向配合连接器的纵向方向上直至5毫米的距离的高速率数据传送。在另一示例性实现中，天线可以实施为RF近场天线耦接元件。
根据本实施例的示例性实施，天线元件402的连接线可以穿过内部铁氧体元件102的中空内部106，以便电连接到用于输送和/或接收无线电波的电子电路401(位于非接触式连接器100的后部)。铁氧体磁芯(内部铁氧体元件102)的中空中心部因此提供了朝向位于非接触式连接器100前方的天线元件402的用于阻抗受控的传输线的路径。
有利地，在内部铁氧体元件102的前端103前方实施天线元件402允许至相应的配合连接器200的另一天线元件402的短距离。由此，需要小的发射功率，从而降低了与配合连接器附近的其它电子零件的干扰。
根据本实施例的进一步示例性实施，真空辅助灌封部405可设置在非接触式连接器100的铁氧体元件的后端之后，以允许完全地填充非接触式连接器100的前端组件并且提供组件在整个连接器的管道壳体内的稳定性和坚实一体化(另见图5)。
图4示出了铁氧体元件和电子电路401之间的线圈供电线路404。线圈供电线路404将电流供给到电感式耦接元件110的线圈绕组115。
如图5所示，连接器外壳501可以例如由具有高电导率(用于低的涡流损失)和导热性(用于良好的热分散)的材料形成，特别是在靠近内部和外部铁氧体元件102、107的外壳501区域中。
根据本实施例的进一步示例性实施，螺纹403可以设置在壳体111的外表面上。例如，如果将连接器实施为M12连接器，则可以提供M12连接器螺纹。
图5示意性地示出了根据本发明另一示例性实施例的被整合在管状连接器外壳501中的非接触式连接器100沿着纵向轴线的截面图。
提供在管状连接器外壳501中的整个连接器布置可以包括例如整合在所示连接器外壳501的前部分/头部分处的非接触式连接器100(如图1至4所示)、由管状连接器外壳501包围的电子电路401、在管状连接器外壳501的外表面处的螺纹403，以及在管状连接器外壳501的后端处的连接分界面502，允许到其它电路(未示出)的连接。
根据本实施例的进一步示例性实施，管状连接器外壳501可以实施为非接触式M12连接器。在该外壳中，管状连接器外壳501具有小的M12形状因子，而管状连接器外壳501的外表面处的螺纹403可以是M12连接器螺纹。
在一个示例性实施中，图5中所示的M12连接器的外径可以为在前端(连接器的头部)近似10.5毫米。另外，图5中所示的M12连接器的管状连接器外壳501的外径可以近似为12.5毫米，而图5中所示的M12连接器的管状连接器外壳501可以为近似9.6毫米。
之后的图6至11示出了本发明的第二优选实施例。在下文中，将不重复第二实施例中与第一实施例相类似的那些特征。因此，第一和第二实施例使用的相同的附图标记描述类似部件。
图6示意性地示出了非接触式连接器100的一些部件的透视图，特别是根据第二实施例的电感式耦接支撑元件601。
如在本图中可看到的，电感式耦接支撑元件601环状布置在内部铁氧体元件102周围。因此，电感式耦接支撑元件601包括沿着其纵向轴线(即非接触式连接器100的轴线方向L)的圆筒形凹进或者开口(例如，孔)，以便允许将内部铁氧体元件102容纳在所述凹进或者开口中。
另外，如从图6可看到的，电感式耦接支撑元件601包括：前盘604，其布置为使得前盘604的平面垂直于非接触式连接器100的轴线方向L。前盘604设置在非接触式连接器100的配合端101侧。
另外，如在图6中所示，电感式耦接支撑元件601包括中间盘602，中间盘602布置为使得中间盘602的平面也垂直于非接触式连接器100的轴线方向L。但是，中间盘602从前盘604朝向非接触式连接器100的后端沿着非接触式连接器100的轴线方向L移位，由此形成位于前盘和中间盘604、602之间的空间。由所述盘602、604形成的空间提供可布置线圈绕组的区域。特别是，设置前盘和中间盘604、602利于通过自动安装处理来安装线圈绕组115。此外，这些盘602、604允许将安装的线圈绕组115在制成之后牢固地保持在它们的相应位置。
为允许实现线圈绕组115的通往和来自前盘604和中间盘602之间的区域的连接，在中间盘602中设有狭槽603。狭槽603可以是相对于中间盘602的轮廓的小的凹口或者凹槽，或者可以延伸到包围内部铁氧体元件102的电感式耦接支撑元件601的表面。另外，狭槽603可具有各种宽度。例如，所述宽度可以允许并列容纳将至少两个线圈绕组115。
应指出，电感式耦接支撑元件601可以例如称为线轴。
根据图6至11且如下面结合第二实施例所述的电感式耦接支撑元件601也可以实施为如图1至5和12所示且如结合第一实施例所述的非接触式连接器100。
图7示意性地示出了非接触式连接器100的截面图，具有如关于图6所述的整合的电感式耦接支撑元件601和安装的线圈绕组115。
如在本图中可看到的，电感式耦接支撑元件601另外包括后盘702，后盘702布置为使得后盘702的平面也垂直于非接触式连接器100的轴线方向L。后盘702从中间盘602朝向非接触式连接器100的后端沿着非接触式连接器100的轴线方向移位，由此在后盘702和所述中间盘602之间形成用于容纳线圈绕组的空间。例如，后盘702可以接触外部铁氧体元件107的内部后部(在先前实施例中称为铁氧体磁芯基部(盘))，如在图7中最佳地看到的。
在图7所示的实施例中，前盘604和中间盘602的外径相等，而后盘702的外径小于前盘和中间盘的外径。例如，盘的各外径可以相关于电感式耦接元件110的外径，即电感式耦接支撑元件601的各前部和后部中的线圈绕组层的高度。
图7进一步示例性地示出了电感式耦接支撑元件601的前部(即，前盘604和中间盘602之间的空间)包括4层线圈绕组115，而电感式耦接支撑元件601的后部(即，中间盘602和后盘702之间的空间)包括2层线圈绕组115。根据本实施例的进一步实施，电感式耦接支撑元件601的两个部分、即前部和后部包括偶数层的线圈绕组115。
非接触式连接器100包括这样的天线构造，该天线构造包括设置在非接触式连接器100的配合端101处的天线元件402a，并且在其连接点处具有仅一个弯曲部。亦即，天线元件402a可以例如被天线连接线701接触，而天线连接线701以直角接触天线元件402a。在本实施例示例中，不需要如例如在图4实施例中所示的(在截面图中看到的)U形天线元件402。因此，根据本实施例的天线元件402a允许直接安装在电感式耦接支撑元件601的前盘604的表面上，由此提供整体更为紧凑的结构，特别是在轴线方向L上。此外，天线连接线701可以穿过内部铁氧体元件102。天线元件402a构造成优选地以2.4GHz的频带操作。
如在图7中可进一步看到的，壳体元件111a的前端112相对于非接触式连接器100的铁氧体元件的后端113凹进。两者间的距离/间隙G优选在2-3毫米之间，测试表明涡流损失可忽略。
图7进一步示出了非导电外罩元件114a被围绕连接器布置提供，以便还填充铁氧体元件的后端113和壳体元件111a之间的间隙G。在所示的优选实施例中，非导电外罩元件是二次模制的部件114a，并且确保整个连接器具有足够水平的机械强度/稳定性。因此，根据本实施例的示例性实施，不需要壳体元件111a和外部铁氧体元件107的外表面之间的重叠以提供连接器布置的机械稳定性。这不仅从制造的观点有利，而且提供了沿径向方向的更紧凑连接器设计。亦即，本优选实施例的这一方面允许更紧凑设计，因为没有壳体元件111a和外部铁氧体元件107之间的重叠部。
图8示意性地示出了电感式耦接支撑元件601、即线轴以及与电子电路401相连的根据图7的线圈绕组115a的透视图。
由于电感式耦接支撑元件601的前部比电感式耦接支撑元件601的后部可支撑更多的缠绕层，所以线圈绕组在线圈绕组115a的自动缠绕处理过程中在狭槽603的区域中横穿。
电感式耦接支撑元件601、即线轴另外包括平行于非接触式连接器100的轴线方向L从后盘702凸出的两个安装销801。这些安装销801分别保持金属销802a、802b，如图8中最佳地示出的。金属销802、802b连接到电子电路401。因此，金属销802a、802b实现与如图4中所示的线圈供电线路404类似的功能。因此，依据本实施例，金属销802a、802b是线圈的供电线。
电感式耦接支撑元件601即线轴601的安装销801通过外部铁氧体元件107的后表面113、特别是通过外部铁氧体元件107的开口1101凸出，如在图11中最佳地看到的。形成线圈的线材围绕金属销802a、802b缠绕且与之固定。线圈绕组115a的线材然后将由安装销801保持，如图8中所示，其具有适于线材形状的凹进部分。因此，电流从PCB流到金属销802a、802b，然后流过线圈绕组115a的线材，用于将功率传输到相应的配合连接器/从相应的配合连接器接收功率。因此，确保了本领域技术人员已知的电流流动。图9例示了天线元件402a如何被布置在电感式耦接支撑元件601的前盘604处。在本示例中，天线元件402a呈环状沿着线轴601的前盘604的外侧形状布置。
图10以沿着非接触式连接器的纵向轴线的截面图示出了根据本发明进一步示例性实施例的非接触式连接器100的电感式耦接元件110的缠绕顺序。
图10中每个包括号码的矩形示意性地示出了线圈绕组115的横截面(其实际上具有圆形形状)。
此外，图10中的截面图中的阴影部分标示电感式耦接支撑元件601，包括其前盘604、中间盘602和后盘702。
关于缠绕顺序说明，缠绕在后盘702处开始和结束。特别地，在绕线轴601开始缠绕处理之前，线圈线材绕第一金属销802a缠绕，然后被引入线轴601。在完成绕线轴601的各层线圈绕组115a之后-稍后详细说明-绕第二金属销802b缠绕线圈线材，完成处理。
该缠绕处理另外在图9中示出，图9示出线圈线材的离开线轴601的一个线材端-在后盘702区域-从最上线材层离开。另外，图8详细示出了在绕金属销802a缠绕之后，线圈线材的进入线轴601区域的另一线材端进入，并且在线圈形成且由线轴601支撑时，该线材布置在下层中。在下文中，将进一步详细说明自动线圈缠绕处理。
·在第一步骤中，第一最内层从后盘702开始，其中线圈115绕线轴601缠绕至前盘604的方向。根据本实施例示例，在第6和第7绕组之间，线圈被布线通过线轴601的中间盘602的狭槽603。
·在第二步骤中，从前盘604缠绕线圈115直至到达中间盘602，以形成电感式耦接支撑元件601(即线轴601)的前部的第二层线圈绕组。然后，以第三层提供下一绕组(以图10中的绕组17例示)。
·在第三步骤中，第三层延续直到再次到达前盘604(在图10中以绕组21例示)。然后，以第四层提供下一绕组(在图10中以绕组22例示)。
·在第四步骤中，电感式耦接支撑元件601的前部的第四层延续直至再次到达中间盘602。在将线圈的线材铺设通过狭槽603时，绕组在电感式耦接支撑元件601的后部的第二层处沿着朝向铁氧体元件的内部后部的方向延续，直至到达线轴601的后盘702。
根据本示例，电感式耦接支撑元件601的前部可包括4层线圈绕组115，而电感式耦接支撑元件601的后部可包括2层线圈绕组115。图10仅涉及示例，并且示出了在电感式耦接支撑元件601的前部和后部中通过利用自动缠绕处理获得了偶数层的线圈绕组。
依据优选的制造设置，内部铁氧体元件102可以在上述缠绕处理之前、期间或之后引入线轴601。带有完成的绕组的线轴601然后被布置在外部铁氧体元件107中，而可以在带有线圈绕组的所述线轴601已被布置在外部铁氧体元件102内后，首先也将内部铁氧体元件102布置在线轴601中。因此，图10示出了线轴601、内部和外部铁氧体元件102、107的组装阶段。
前盘604在线圈绕组处理(未示出)之后可被移除。因此，最后安装在连接器中的线轴不需要包括前盘。
图11示意性地示出了根据本发明另一示例性实施例的非接触式连接器100的铁氧体元件的透视图。
根据该图中的图示，外部铁氧体元件107的后端113(即底部)包括开口1101，以便容纳电感式耦接支撑元件601的安装销801。
使供电线路、即金属销802a、802b穿过安装销801内部进一步允许非接触式连接器符合M12形状因子。特别是，因为这样金属销不需要被在外部铁氧体元件107的外表面处敷设。
图12示意性地示出了非接触式连接器300的沿着纵向轴线L的截面图，其包括另一天线构造。非接触式连接器300是基于如图1至5中所示的各个非接触式连接器100、200，其中相应部件被赋予相应的附图标记和术语。为简洁起见，省略关于相应部件的详细描述。
具体而言，非接触式连接器包括内部铁氧体元件102；布置成至少部分地包围内部铁氧体元件102的电感式耦接元件110；和布置成至少部分地包围电感式耦接元件110的外部铁氧体元件107。外部铁氧体元件107的面向配合端的前端108相对于内部铁氧体元件102的前端103沿轴线方向凹进。外部铁氧体元件107的后端109磁性连接到内部铁氧体元件102的后端104。
如在第一实施例的各图示中示出的，内部铁氧体元件102优选地具有管状形状，以便内部铁氧体元件102可以紧密地围绕中心轴线、即如水平虚点划线所示的纵向轴线L布置。由于该管状形状，内部铁氧体元件102包括沿着纵向轴线的圆筒形开口。该开口在下文中也称为内部铁氧体元件102的中空开口106。非接触式连接器300另外包括这样的天线构造，该天线构造包括相对于非接触式连接器300的配合端布置在内部和/或外部铁氧体元件102、107之后的天线元件402b。换句话说，天线元件402b的布置被设置在非接触式连接器300内，即其中内部和/或外部铁氧体元件102、107在非接触式连接器300的天线元件402b和配合端103之间的部位。例如，天线元件402b可以实现为具有偶极子结构。天线元件402b构造成优选地以60GHz频带工作。
天线元件402b在非接触式连接器300内的该布置允许非接触式连接器300的整体紧凑结构，因为包围内部铁氧体元件102、电感式耦接元件110和外部铁氧体元件107的非导电外罩元件114能够在连接器的前部沿纵向轴线L的方向制成为较薄。换句话说，非导电外罩元件不再需要保护和/或围住天线元件402或者402a，如图4或7中所示。因此，该布置允许减小非导电外罩元件114相对于内部铁氧体元件103前端的外伸，且因此提高了非接触式连接器的电感式耦接元件110和相应非接触式连接器之间在配合状态下的功率传输效率。
为确保天线元件402b(相对于非接触式连接器300的配合端布置在内部和/或外部铁氧体元件102、107之后)的有效信号传输，非接触式连接器300的天线构造额外包括有设置在非接触式连接器300的内部铁氧体元件102的开口内的天线棒1201，用于在非接触式连接器300的配合端和天线元件402b之间递送电磁波。
具体地，天线棒1201具有圆锥形形状，其中天线棒1201的前侧(即，天线棒1201面向非接触式连接器300的配合端的一侧)的直径小于天线棒1201的相反侧的直径。天线棒1201的横向尺寸适于内部铁氧体元件102的内径。该天线棒1201的渐缩形构造允许沿非接触式连接器的配合端方向集中的天线构造模式。另外，内部铁氧体元件102的表面可适于改进对天线元件杆1201传播的电磁波的反射，以用作天线元件402b的波导。
另外，天线棒1201在内部铁氧体元件103的前端和内部铁氧体元件104的后端之间延伸。天线棒1201也适于天线元件402b的载频的波长。更详细地，天线棒1201的长度根据预定比率对应于载频，即载频波长的整数倍数。图12中所示的天线棒1201适于以近似60GHz的载频传播无线电波。
天线元件402b电连接到电子电路401，电子电路401包括有用于无线数据传送的发送/接收电路。另外，天线元件402b布置在非接触式连接器300内，接近天线棒1201的向内面向侧，具体地在允许天线元件402b和天线棒1201之间的高效电磁耦接的一段距离处。
如从上述关于非接触式插塞式连接器的说明中易于清楚的，包括天线元件402b和天线棒1201的天线构造是如图4中所示的天线元件402和图7中所示的天线元件402a的替代。因此，上述天线构造，即包括有天线元件402b和天线棒1201，也可以整合到第二实施例的非接触式连接器中，即包括有线轴601的实施例。
对于如例如图7中所示的第二实施例的非接触式连接器100，代替于天线元件402a，天线元件402b可相对于非接触式连接器的配合端布置在内部和/或外部铁氧体元件102、107之后。同时，天线棒1201可设置在内部铁氧体元件102内，以便它具有沿非接触式连接器的配合端的方向的辐射图案。天线棒1201连接到天线元件402b，经由非接触式连接器的配合端发送/接收电磁波。
附图标记

Claims (12)

1.非接触式连接器(100)，用于电感式连接在相应的配合连接器(200)的配合端(101)，所述非接触式连接器(100)包括：
内部铁氧体元件(102)；
电感式耦接元件(110)，所述电感式耦接元件布置成至少部分地包围所述内部铁氧体元件(102)，用于向/从所述相应的配合连接器(200)传输/接收功率；
外部铁氧体元件(107)，所述外部铁氧体元件(107)布置成至少部分地包围所述电感式耦接元件(110)，其中所述外部铁氧体元件(107)的面向所述配合端的前端(108)在所述非接触式连接器(100)的轴线方向上相对于所述内部铁氧体元件(102)的面向所述配合端的(101)的前端(103)凹进，并且其中所述外部铁氧体元件(107)的后端(109)磁性连接到所述内部铁氧体元件(102)的后端(104)；和
电感式耦接支撑元件(601)，所述电感式耦接支撑元件围绕所述内部铁氧体元件(102)布置；
其中所述电感式耦接元件(110)是缠绕以形成线圈的线材，所述线圈包括围绕所述电感式耦接支撑元件(601)缠绕的多个线圈绕组(115)；
其中所述电感式耦接支撑元件(601)包括向外延伸的中间盘(602)，所述中间盘将所述线圈绕组(115)划分为第一线圈绕组部分和第二线圈绕组部分，并且
其中所述中间盘(602)具有形成线圈线材通路的狭槽(603)，所述线圈线材穿过所述狭槽敷设。
2.根据权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述电感式耦接元件(110)沿径向布置在所述电感式耦接支撑元件(601)周围。
3.根据权利要求1或2所述的非接触式连接器(100)，其中，所述线圈在位于所述内部铁氧体元件(102)的未被所述外部铁氧体元件(107)包围的前部处的第一部分中与在位于所述内部铁氧体元件(102)的被所述外部铁氧体元件(107)包围的后部处的第二部分中包括更多的缠绕层。
4.根据权利要求3所述的非接触式连接器(100)，其中，所述线圈在所述第一和第二部分中包括偶数个层。
5.根据先前权利要求中一项所述的非接触式连接器(100)，还包括非导电外罩元件(114)，所述非导电外罩元件布置成包围所述内部铁氧体元件(102)、所述电感式耦接元件(110)和所述外部铁氧体元件(107)的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的非接触式连接器(100)，其中，所述非导电外罩元件(114)是二次模制的。
7.根据先前权利要求中一项所述的非接触式连接器(100)，还包括壳体元件(111)，所述壳体元件(111)相对于所述非接触式连接器(100)的轴线方向从所述外部铁氧体元件(107)的后端(109)分开预定距离。
8.根据先前权利要求中一项所述的非接触式连接器(100)，还包括至少一个天线元件(402、402a、402b)。
9.根据权利要求8所述的非接触式连接器(100)，还包括用于连接所述天线元件(402、402a、402b)的天线连接线(701、1201)，其中所述天线连接线(701、1021)被敷设通过所述铁氧体元件(102)。
10.非接触式连接器系统，包括根据权利要求1至9中一项所述的非接触式连接器(100)和相应的配合连接器(200),所述相应的配合连接器(200)与所述非接触式连接器(100)相连，以便所述非接触式连接器(100)允许向/从所述相应的配合连接器(200)传输/接收功率。
11.制造非接触式连接器的方法，所述方法包括如下步骤：
提供电感式耦接支撑元件，所述电感式耦接支撑元件包括具有狭槽(603)的向外延伸的中间盘(602)；
通过缠绕线材以形成包括围绕所述电感式耦接支撑元件(601)缠绕成第一线圈绕组部分和第二线圈绕组部分的多个线圈绕组的线圈，将电感式耦接元件围绕所述电感式耦接支撑元件布置；
将内部铁氧体元件插入所述电感式耦接支撑元件的凹进内；以及
以外部铁氧体元件围住围绕所述电感式耦接支撑元件布置的所述电感式耦接元件的至少一部分，
其中所述方法还包括在形成所述线圈绕组部分的同时将所述线圈线材铺设通过所述狭槽(603)的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：
将天线元件设置在所述非接触式连接器内；以及
设置非导电外罩元件以便包围所述电感式耦接支撑元件、所述电感式耦接元件、所述内部铁氧体元件、所述外部铁氧体元件和所述天线元件。
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