CN110581010A - 非接触式连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非接触式连接器。非接触式连接器包括对接头和电磁屏蔽套，对接头包括罩体，罩体内设有磁芯和线圈，电磁屏蔽套位于磁芯的后方和/或前方以沿磁芯径向屏蔽所述磁芯后端面之后和/或前端面之前的电磁场；或者，所述电磁屏蔽套包括位于磁芯的后方的后侧部分和/或位于磁芯的前方的前侧部分，后侧部分和/或前侧部分用于沿磁芯径向屏蔽所述磁芯后端面之后和/或前端面之前的电磁场。通过设置电磁屏蔽套，在非接触式连接器并排布置时，非接触式连接器对相邻连接器的干扰较小，同时能够屏蔽相邻连接器带来的干扰，从而降低了非接触式连接器并排布置时径向的空间需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触式连接器。
背景技术
目前，传统连接器插头和插座端插合时会进行直接的电接触，为保证插头和插座端的可靠连接，对插头和插座端的内部接触件的对插精度要求很高，因此其耐振动、冲击、潮湿等能力受到很大限制。无线传输技术包括无线数据传输技术和无线电能传输技术，其克服了传统连接器固有的缺点，具有可靠性高、维护便利、能够适应复杂环境等优点。但是无线传输技术面临以下问题：无线传输本身不可避免的会受到周围环境电磁干扰的不利影响、自身也会对周围环境造成干扰，并且，无线传输存在较多的电能损耗，导致能量传输效率较低。
现有的采用无线传输技术的非接触式连接器如申请公布号为CN104488045A、授权公告日为2015年04月01日的中国发明专利申请中公开的非接触式连接器，非接触式连接器包括磁芯、线圈和天线；线圈套设在磁芯上，用于实现电能的传输；天线包括天线连接部分，天线连接部分沿非接触式连接器的轴向从磁芯中心穿过，用于实现信号的传输。
上述非接触式连接器能够实现电能和信号的无线传输，但是，当两个以上非接触式连接器并排布置时，为了减少相互间的干扰需要使各非接触式连接器之间具有较大的径向间距，空间占用较大。另外，现有的非接触式连接器的壳体往往是金属壳体，容易导致电能损失，影响能量传输效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式连接器，用以解决现有的非接触式连接器并排布置时沿连接器径向的空间需求较大的问题。
本发明的非接触式连接器的技术方案为：非接触式连接器，包括用于与适配连接器对接的对接头，对接头包括罩体，所述罩体内设有磁芯和线圈；所述线圈套设在磁芯上，用于实现电能的无线传输；
所述非接触式连接器还包括电磁屏蔽套，所述电磁屏蔽套与磁芯同轴布置；
以非接触式连接器用于与适配连接器对接的一端为前端，所述电磁屏蔽套位于磁芯的后方和/或前方以沿磁芯径向屏蔽所述磁芯后端面之后和/或前端面之前的电磁场；
或者，所述电磁屏蔽套包括位于磁芯的后方的后侧部分和/或位于磁芯的前方的前侧部分，后侧部分和/或前侧部分用于沿磁芯径向屏蔽所述磁芯后端面之后和/或前端面之前的电磁场。
本发明的非接触式连接器的有益效果为：通过设置电磁屏蔽套，能够对应的沿磁芯径向屏蔽磁芯后端面之后和/或前端面之前的电磁场；从而屏蔽外部环境对非接触式连接器内部数据和电能的干扰，同时也能够防止内部电能传输时的电磁场向外部辐射，所以在非接触式连接器并排布置时，非接触式连接器对相邻连接器的干扰较小，同时能够屏蔽相邻连接器带来的干扰，从而降低了非接触式连接器并排布置时径向的空间需求。
进一步的，所述电磁屏蔽套的外径大于磁芯的外径,所述电磁屏蔽套具有用于与磁芯的轴向端部搭接的搭接部分。
其有益之处在于，相对于电磁屏蔽套与磁芯对接，能够更好地防止电磁泄漏。
进一步的，所述对接头的罩体为金属罩体，所述电磁屏蔽套在非接触式连接器径向上位于金属罩体与所述磁芯之间。
其有益之处在于，减少金属罩体导致的电能损耗。
进一步的，所述罩体的后端插设在非接触式连接器的壳体前端设置的安装口内，所述电磁屏蔽套的一部分向后伸出罩体的后端面。
其有益之处在于，能够更好地避免壳体与罩体连接处的电磁泄漏，并且有利于减小罩体的轴向尺寸。
进一步的，所述非接触式连接器包括磁芯固定件，磁芯固定件包括固定基座和插接芯体；
固定基座具有用于支撑磁芯后端面的环形前端面，插接芯体向前凸出固定基座，所述磁芯套设在插接芯体上，所述磁芯固定件的固定基座位于电磁屏蔽套内；
所述磁芯固定件的后端面上设有电路板插槽，供非接触式连接器内的电路板定位插接。
其有益之处在于，磁芯固定件能够对磁芯和电路板起到支撑作用，并且能够对电磁屏蔽套起到定位作用，结构紧凑，能够使装配更加方便，并且能够使磁芯与电路板依靠固定基座相互分离，减小电磁对电路板的影响。
进一步的，所述固定基座由基板和环形凸台形成；基板用于支撑磁芯的后端面，环形凸台连接在基板的后侧，使固定基座形成空心结构。
其有益之处在于，便于电路板的安装，有利于减轻重量、节约成本。
进一步的，所述插接芯体具有供非接触式连接器的天线穿过的天线穿孔，所述天线穿孔的孔壁上设有电磁屏蔽层或者吸波材料，吸波材料用于吸收特定频段的电磁波。
其有益之处在于，电磁屏蔽层能够屏蔽线圈产生的电磁，利于降低非接触式连接器的线圈对天线产生的干扰。
进一步的，非接触式连接器包括天线，天线用于穿过磁芯的部分上包裹有电磁屏蔽层或者吸波材料，吸波材料用于吸收特定频段的电磁波。
其有益之处在于，能够更好地降低电磁对天线的干扰。
进一步的，电磁屏蔽套为铜套，厚度为0.4mm至1.0mm。
其有益之处在于，铜的透入深度较小，屏蔽效果显著，提升电能传输效率。
附图说明
图1为本发明的非接触式连接器的具体实施例1的使用状态图；
图2为本发明的非接触式连接器的具体实施例1的爆炸图；
图3为本发明的非接触式连接器的具体实施例1的三维爆炸图；
图4为图1中A处的放大图；
图5为本发明的非接触式连接器的具体实施例1在使用时的无线信号收发电路原理图；
图6为本发明的非接触式连接器的具体实施例1在使用时的无线电能收发电路原理图；
图中：1、连接头，2、线缆，3、后端盖，4、壳体，5、印制板，6、磁芯固定件，61、固定基座，62、插接芯体，7、天线，71，天线连接部分，72、天线主体，8、电磁屏蔽套，9、磁芯，91、U形磁芯，92、环形磁芯，10、线圈骨架，11、金属罩体，12、螺母，13、电路板插槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的非接触式连接器的具体实施例1，是一种用于输出信号及电能的非接触式连接器，如图1和图2所示，非接触式连接器包括对接头和壳体4，对接头包括金属罩体11，以非接触式连接器用于与适配连接器对接的一端为前端、远离适配连接器的一端为后端，金属罩体11的后端插设在连壳体4前端设置的安装口内。金属罩体11内设有磁芯9和线圈；磁芯9的中心设有轴向通孔，磁芯9由横截面为U形的U形磁芯91和环形磁芯92固定连接形成，U形磁芯91具有朝向非接触式连接器前方的环槽，环槽内嵌设有线圈骨架10，线圈骨架10具有朝向非接触式连接器径向外侧开口的环形线圈容纳槽，环形线圈容纳槽供线圈绕设，磁芯9和线圈用于实现电能的无线传输。金属罩体11与磁芯9之间设有与磁芯9同轴的电磁屏蔽套8，电磁屏蔽套8为薄铜制成的套体，电磁屏蔽套8的厚度为0.7mm。电磁屏蔽套8的外径大于磁芯9的外径,具有用于与磁芯9的轴向端部搭接的搭接部分和位于磁芯9的后方的后侧部分，后侧部分用于沿磁芯径向屏蔽磁芯9后端面之后的电磁场，电磁屏蔽套8能够减小非接触式连接器受到周围环境的电磁干扰，同时降低非接触式连接器对周围环境造成干扰，并且能够降低无线电能传输时电能的损耗。后侧部分向后伸出金属罩体11的后端面，以更好地避免壳体4与金属罩体11连接处的电磁泄漏。
非接触式连接器还包括支撑在电磁屏蔽套内的磁芯固定件6，磁芯固定件6为尼龙材质，包括固定基座61和插接芯体62；固定基座61由基板和环形凸台形成；基座具有用于支撑磁芯9后端面的环形前端面，环形凸台连接在基板的后侧，使固定基座61形成空心结构，环形凸台的后端面上设有电路板插槽13，供非接触式连接器内的印制板5定位插接。插接芯体62向前凸出固定基座61，供磁芯9套设在插接芯体62上。插接芯体62具有天线穿孔，天线穿孔的孔壁上粘接有吸波材料层。
非接触式连接器包括天线，天线7是陶瓷天线7，包括天线连接部分71和天线主体72，天线连接部分71沿非接触式连接器的轴向从天线穿孔中穿过，用于实现信号的传输，天线连接部分71从天线穿孔内穿过与壳体4内的印制板5上的天线接口焊接，天线连接部分71上设有用于屏蔽线圈对天线连接部分71的干扰的吸波材料层，天线主体72通过粘接胶粘接固定在环形磁芯92的前端面上。
天线穿孔的孔壁上的吸波材料与天线连接部分71上的吸波材料均用于屏蔽线圈和天线7之间的相互干扰。吸波材料用于吸收特定频段的电磁波，其材质为现有技术，例如现有的EGT高频聚合物薄片，吸波材料在高频段很容易进行阻抗匹配，实现高度的磁性收敛效果，具有良好的吸收投射性能，目前在NFC、RFID读写器标签和FPC挠性板中应用很广。其他实施例中，可以将天线穿孔的孔壁上的吸波材料与天线连接部分上的吸波材料替换为电磁屏蔽层形式，电磁屏蔽层可以采用电磁屏蔽薄膜。
印制板5集成了无线数据收发电路、无线电能发射电路和发射端配对调制解调电路，印制板5设置在壳体4中，通过电路板插槽13固定。壳体4的后端通过后端盖3封闭，壳体4与后端盖3之间为过盈配合，壳体4的前端与金属罩体11之间也为过盈配合，保证天线、线圈、印制板5与外部环境之间的隔离。壳体4外周面设有有螺纹，螺母12与壳体4上的螺纹配合，用来对非接触式连接器进行安装。
金属罩体11和壳体4内部灌入有导热灌封胶，导热灌封胶对壳体4内部印制板5、电磁屏蔽套8、磁芯固定件6、线圈、磁芯9以及天线7进行灌封固定，提高非接触式连接器对恶劣环境的耐受性和散热性能。
非接触式连接器在使用时通过线缆2与连接头1相连，后端盖3上设有供线缆2穿过的过线通孔，过线通孔和线缆2之间为过盈配合，连接头1是外部电能和数据的输入接口，连接头1通过线缆2同印制板5连通，连接头1的具体结构为现有技术中常见的结构，不再赘述。
如图5所示，两个非接触式连接器在使用时的无线数据收发电路原理如图2所示，在发射端，GPIO和IO-LINK的输入信号首先通过单片机编码处理，然后通过射频芯片，调制到高频，再通过天线7发出，在接收端，射频芯片首先对接收的信号进行解调，然后通过单片机对解调过的信号进行解码，最后驱动GPIO和IO-LINK输出。
两个非接触式连接器在使用时的无线电能收发电路原理如图6所示，首先对输入的电能信号进行电压转换将电能信号转换为直流低压输入，然后通过逆变电路转换为交流信号，再通过谐振补偿电路实现最高效率输出。接收端通过谐振补偿电路的耦合接收能量，然后通过整流电路将交流信号转化为直流电，再通过稳压电路输出。
在两个非接触式连接器进行能量和数据传输前，需要引入配对程序，即通过图6中调制解调电路对线圈上信号的幅度和频率调制，实现两个非接触式连接器动态配对数据传输通信，从而完成接收端和发射端识别、异物检测、确定传输功率和频率等功能，保证连接建立的可靠性。
本发明的非接触式连接器的具体实施例2，本实施例中的非接触式连接器为用于接收信号及电能的非接触式连接器，本实施例相对于具体实施例1的区别仅在于，印制板和连接头不同，印制板包括无线数据收发电路、无线电能接收电路、接收端配对调制解调电路，连接头能够实现数据和电能的输出功能，印制板与连接头的结构为现有技术中常见的结构，不再赘述。
本实施例中，电磁屏蔽套包括位于磁芯的后方的后侧部分和用于搭接在磁芯的轴向端部的搭接部分，电磁屏蔽套用于沿磁芯径向屏蔽磁芯后端面之后的电磁场，在其他实施例中，需要通过电磁屏蔽套沿磁芯径向屏蔽磁芯后端面之后的电磁场时，电磁屏蔽套也可以仅包括位于磁芯的后方的后侧部分，在使用时对接在磁芯上。或者，电磁屏蔽套用于沿磁芯径向屏蔽磁芯前端面之前的电磁场，此时电磁屏蔽套与磁芯之间可以为搭接，也可以为对接。或者，电磁屏蔽套也可以同时沿磁芯径向屏蔽磁芯后端面之后和前端面之前的电磁场，此时电磁屏蔽套可以为整体的形式，其轴向两端分别伸出磁芯的前端面和后端面；或者，电磁屏蔽套也可以为沿轴向分体的形式，此时电磁屏蔽套与磁芯之间可以为搭接，也可以为对接。
其他实施例中，可以不设置磁芯固定件，仅依靠导热灌封胶对壳体内部印制板、电磁屏蔽套、线圈、磁芯以及天线的位置进行固定。
其他实施例中，电磁屏蔽套可以采用铜以外的其他导电性能较好的材质，例如，铝、铜合金等，电磁屏蔽罩的厚度可以根据实际使用情况作出调整。
其他实施例中，磁芯固定件也可以为尼龙以外的材质，例如PEI、PBT等。
Claims (9)
1.非接触式连接器，包括用于与适配连接器对接的对接头，对接头包括罩体，所述罩体内设有磁芯和线圈；所述线圈套设在磁芯上，用于实现电能的无线传输；
其特征在于： 所述非接触式连接器还包括电磁屏蔽套，所述电磁屏蔽套与磁芯同轴布置； 以非接触式连接器用于与适配连接器对接的一端为前端，所述电磁屏蔽套位于磁芯的后方和/或前方以沿磁芯径向屏蔽所述磁芯后端面之后和/或前端面之前的电磁场； 或者，所述电磁屏蔽套包括位于磁芯的后方的后侧部分和/或位于磁芯的前方的前侧部分，后侧部分和/或前侧部分用于沿磁芯径向屏蔽所述磁芯后端面之后和/或前端面之前的电磁场。
2.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于：所述电磁屏蔽套的外径大于磁芯的外径,所述电磁屏蔽套具有用于与磁芯的轴向端部搭接的搭接部分。
3.根据权利要求2所述的非接触式连接器，其特征在于：所述对接头的罩体为金属罩体，所述电磁屏蔽套在非接触式连接器径向上位于金属罩体与所述磁芯之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的非接触式连接器，其特征在于：所述罩体的后端插设在非接触式连接器的壳体前端设置的安装口内，所述电磁屏蔽套的一部分向后伸出罩体的后端面。
5.根据权利要求1或2或3所述的非接触式连接器，其特征在于：所述非接触式连接器包括磁芯固定件，磁芯固定件包括固定基座和插接芯体；
固定基座具有用于支撑磁芯后端面的环形前端面，插接芯体向前凸出固定基座，所述磁芯套设在插接芯体上，所述磁芯固定件的固定基座位于电磁屏蔽套内； 所述磁芯固定件的后端面上设有电路板插槽，供非接触式连接器内的电路板定位插接。
6.根据权利要求5所述的非接触式连接器，其特征在于：所述固定基座由基板和环形凸台形成；基板用于支撑磁芯的后端面，环形凸台连接在基板的后侧，使固定基座形成空心结构。
7.根据权利要求5所述的非接触式连接器，其特征在于：所述插接芯体具有供非接触式连接器的天线穿过的天线穿孔，所述天线穿孔的孔壁上设有电磁屏蔽层或者吸波材料，吸波材料用于吸收特定频段的电磁波。
8.根据权利要求1或2或3所述的非接触式连接器，其特征在于：非接触式连接器包括天线，天线用于穿过磁芯的部分上包裹有电磁屏蔽层或者吸波材料，吸波材料用于吸收特定频段的电磁波。
9.根据权利要求1或2或3所述的非接触式连接器，其特征在于：电磁屏蔽套为铜套，厚度为0.4mm至1.0mm。
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