CN1849677A - 电连接器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一个由两部分组成的电连接器，包括第一部分为舌部(40)，其具有一个底座(42)和一个纵向伸出的舌(46)；第二部分为插槽部，它具有一个底座和可伸出的壁，从而确定了一个插槽可滑动地接收舌(40)，舌部与插槽部由一个锁定装置(56)所连接，从而允许可释放的相互接合，所述锁定装置包括一个可在第一位置和第二位置之间移动的锁定部件，在第一位置舌(40)留在插槽中，在第二位置舌从插槽中移出；一个主耦合元件(48)位于舌中；并且一个次耦合元件位于至少一个插槽壁上，当舌位于插槽中的时候这些元件提供非接触的电磁耦合。

Description

电连接器

技术领域

本发明涉及连接器，特别是无接触的电连接器，即电导体间没有直接接触的连接器。

背景技术

在恶劣的户外环境中使用便携或手持式电器设备正成为普遍现象，尤其是在战场上作为军用。为了自身功能的需要和在不使用时方便携带，这类设备可反复地与电源或其他电子设备连接或断开，这是人们需要的并且有时十分必要。

在战场环境下常用的连接器通常使用直接接触的插头，并用密封装置来保护接头，比较典型的密封连接器为圆形并使用螺纹连接。例如MIL-STD-1760和MIL-STD-38999型。

相对于这些直接接触的插头，本发明涉及无接触的连接器，尤其是感应耦合连接器，因此关于这类技术的讨论是十分有益的。

在感应连接器中，并不存在电能从连接器的一部分直接转换到另一部分，但能以感应耦合的方式从连接器的一个部分传到另一个部分，就像在变压器里一样。同样地，在电容性连接器中，电能也会从一个连接器传递到另一个连接器，就像在电容器里一样。

非接触或间接电磁耦合的连接器主要用于传输电能，传输在电动车辆与充电站之间(WO98/31073)或者在水下电缆之间进行(US4,538,863和GB2,136,635)。

这些连接器有一对感应器，在每半个连接器里有一个感应器，每个感应器在磁极的周围都有传导线圈。感应器位于连接器每一半的末端，因此当连接的时候，连接器的两半是面对面的方向以此产生两个感应器间的端点耦合。

连接器的两部分通常用螺钉、螺纹或液压传动器可靠地连接在一起，确保一个可靠的紧密配合的长期连接。

感应连接器也用于在传输线与传感器间传送测量信号，以及有关末端定位的内容在(US2002/0102884)里被公开。

电连接器适用于恶劣的户外环境，并作为一种设备被个人携带或使用，特别是在战场上用于军用，正日益变得重要。综上所述，由于使用电器设备正变得越来越普遍，如被士兵和其他军事人员使用。为了在这些环境使用，连接器必须足够坚固来应付严酷的户外环境，同时足够轻小而不影响使用者的灵活性。此外作为连接器的连接器必须精确可靠，以便相关的电器设备能够发挥他们的功能。

本发明的发明人认识到，当军事人员在训练或是战争中使用连接器的时候，传统的直接接触式连接器有很缺点。

首先，重复的接通和断开任何直接接触式连接器都不可避免在接触表面造成磨损和破裂，尤其如果连接器在连接的时候有大功率电流经过它，就会在连接器的表面造成电弧和氧化。随着时间的推移这会导致性能的退化，并能缩短连接器或设备的使用寿命，增加养护费用。

其次，在这些环境下，当连接器接通和断开的时候不可避免的有一些污垢、尘土或水渍对连接器某一部分或者整个连接器造成污染。在简易的直接接触式导电接线柱中，在接触表面的任何尘土污垢都将降低连接器的效率，导致设备的不正常、低效或不能运转。传统的连接器不能很好地与战争环境相适应，尤其是浸泡在盐水里、埋在沙中或暴露在化学战中的时候。

发明内容

概括地说，本发明提出：由两部分组成的连接器可提供机械力和耐久力，这种连接器由舌部和插槽部两部分组成，舌中的电磁耦合元件与插槽之间由一个可延展的交叠部分所连接，交叠部分在连接器被接通和断开的方向上，以便能在保持电磁耦合的同时允许舌在插槽中进行一些活动。

本发明的一个方面，提供了一种由两部分组成的连接器，其第一部分为舌部，具有底座和一个纵向伸出的舌；

第二部分为插槽部，它具有一个底座和可伸出的壁，从而使插槽可滑动地接收舌，舌部与插槽部由一个锁定装置所连接，从而允许可释放的相互接合，所述锁定装置包括一个可在第一位置和第二位置之间移动的锁定部件，在第一位置舌留在插槽中，在第二位置舌从插槽中移出；

一个主耦合元件位于舌中；以及

一个次耦合元件位于至少一个插槽壁上，当舌位于插槽中时这些元件提供非接触的电磁耦合。

本发明人认识到当本发明在恶劣的户外环境中使用时，会表现出十分显著的优点，例如，军事人员能够迅速地接通和断开它。传统的直接接触式连接器在这方面无此功能。传统的设计主要考虑提供对环境的封闭，但这是以各类“快速释放”功能为代价的。

在这些环境中使用的连接器会受到操作不慎和一定的碰撞和敲击。在传统连接器中，每一半连接器相对于另一半的任何运动都会破坏直接的电连接。

已知的直接接触的连接器通过在连接器的两半之间实现良好的公差使相对运动最小来阻止运动，但是这使整个设计对尘土和污垢的问题及反复接通和断开的必然磨损更加敏感。相对来说本发明更适于允许两部分之间的一些相对运动。

本发明的优点是把机械连接和电连接的功能结合在一个连接器中。因此避免了需要独立的的带连接器(用于机械强度)和线连接器(用于电连接)。

本发明人发现非接触的连接器能在恶劣的户外环境中使用，在连接器需要被反复地接通和断开的环境下，以及连接器与用户所携带设备构成机械连接的环境下。这是令人吃惊的，因为已知的非接触的连接器的尺寸很大，并且设计得很不适于用户在这些环境携带和使用它们。

此外，已知的非接触连接器没有提供牢固的机械连接和手动快速与精确地接通和断开连接器的能力。而且，如果在上述类型的环境中反复地接通和断开，已知的非接触连接器对进入的污垢、尘土和液体很敏感。

优选优选地，主和次耦合元件相交叠并沿至少一个插槽壁提供电磁连接。这种配置有这样的优点，即与耦合元件分别位于插槽底部和舌顶端的情况相比，任何被引入的污垢和尘土将更加不会阻碍耦合，因为由于舌反复进入插槽的运动，污垢和尘土将易于聚集在插槽底部。

因此本发明明确了已知的和以前未考虑到的关于直接接触导电接线柱的缺点，采用了基于非接触的电连接器的技术。概括地说本发明提供了一种由两部分组成的非接触式电连接器，这种连接器可被例如士兵这样的个人用户携带和使用，在恶劣的户外环境传输数据或提供动力，特别是在污垢和尘土将成为问题的战争环境。

优选的，是当舌在插槽中的时候，主和次耦合元件交叠，且这种交叠能产生电磁耦合。耦合元件可类似例如感应器或电容器的结构，且这样的耦合元件间的交叠可被分别看作是磁通量的交叠或电解质电荷的交叠。

数据和/或功率可在任一方向或两个方向同时通过连接器传输。

由两部分组成的连接器的特点是连接两个或更多的导线，因此电信号能在它们之间传输。相应地，连接器的第一和第二部分分别连接到两根导线的末端。携带例如多路数据信号的多路导线会连接，信号的传递可在时域或频域或相位域里用多路传输的方式完成。换句话说，两对或多对耦合元件可并入连接器里，因此数据或功率信号可以被同时传送。

换句话说，连接器的一部分(例如第一部分或第二部分)可被固定到一个设备上而另一部分是可移动的，可被固定的部分所使用。

优选的是，连接器有一个平坦的外形，使得连接器更舒适地适合携带者的身体。

优选的是，次耦合元件沿着插槽壁伸出，以提供可延伸的交叠来允许舌在插槽中有适当的可伸缩度。更好地，次耦合元件沿着插槽壁纵向伸出，因此在接合的方向有可伸展的交叠。这是非常有利的，因为连接器的特点是，在正常使用中必须能够适应相当大的压力，尤其是在连接的方向上，在这个方向上施加在导线、电缆或连接器任意一个方向背带上的力将被传递到连接器上，并且这种舌相对于插槽的运动是非常有可能的。本发明允许这样的运动，同时保持有效的电磁耦合。这种增加的可伸缩性，意味着提供了“快速释放”功能的简单锁定装置，例如见于帆布背包的压-放装置，可用于提供牢固的“快速释放”的机械连接，如下所述。对于在恶劣的户外环境中使用，简单机械连接与非接触的带有可伸展耦合交叠的电磁耦合，两者的结合在接合的方向上提供了牢固有效的连接。

优选的是，主耦合元件靠近舌的外表面纵向伸展，更好地平行于舌的表面，并且次耦合元件靠近对应连接器壁的内表面纵向伸展，更好地平行于壁的表面，因此在使用中主和次耦合元件交叠时，允许舌在插槽中横向或纵向运动，同时保持电磁耦合。

“保持电磁耦合”就意味着保持允许数据或功率传递的电连接。优点是数据或功率信号被连接器传送，而没有实质性的数据或功率的损耗。在功率传递的情况下，更优越的是，功率损耗将不高于35％，更好的是不高于25％，最好的是不高于15％。在传递数据信号的连接器中，正常的信号丢失是不高于30db，好些的不高于20db，更好些的不高于10db。

优选的是，本发明降低了连接器的复杂性，并消除了提供分别的机械和电连接的需要。

因此优选的是，本发明的连接器实现了提供承载机械连接的功能，这种连接，例如能支撑所携带设备的重量。

优选的是，连接器是塑料材料制成的，是优越的耐冲击的塑料材料。连接器由适合的弹性材料制成。优选的是连接器由抵抗化学战剂和去污剂的材料组成，因此它能在军事战争的环境下使用。可用来制造连接器体的材料如尼龙66。更好些地，材料是合成的，例如被玻璃纤维加固了的尼龙。

典型地，耦合材料和控制连接器的电子电路被嵌入构成连接器的材料里。这用以在使用连接器时保护这些部件。

接入连接器相应端点的导线和电缆优选的是背带或扎带的一部分，因此连接器和导线可支撑设备的重量。导线可被合适地并入传统的背带或扎带，例如被士兵用于支撑他们的设备。优选的是，本发明也提供了如在此被描述的有带和导线的非接触的连接器，被嵌入相连接的电缆或导线，因此电动设备能够被容易地携带和操作，而没有独立的背带或导线和电缆带来的不便。

优选的是，本发明的机械带扣形式的非接触连接器结合了机械连接强度和功率与数据传输的功能。

连接器的主体提供了合适的机械连接功能和对带状导线端口的物理保护。

优选的是，本发明的非接触连接器允许简单快速地打开关闭连接器，连接器提供类似闭锁、按钮或扣件的锁定装置。这种锁定装置提供“快速解除”功能并确保牢固的机械连接，同时允许快速容易地接通和断开连接器。锁定装置的首选例子是常见于帆布背包的压-释夹。另一个较好的连接器例子是中心弹性销，其被提供在舌的一侧而棘爪在对应的插槽壁上。

锁定装置的提供使用户花最少的时间接通和断开连接器，同时确保舌于插槽的位置是彼此之间相对应的正确方向，以此来提供有效的电磁耦合。这种锁定方式甚至在用户带着手套时也可以接通和断开连接器。

如上所述，较好的连接器结构在外部是压-放型塑料挂钩，象典型地常见于帆布背包的那种。在内部它利用于这种带扣类似的布局，这种带扣是改进了的含有主和次耦合元件的带扣。此外，控制电耦合过程的电路包含在带扣体中。

优选的是，连接器具有“自清洁”结构，这种结构使插槽由于相接合的舌的运动而被清洁。优选的是，这种“自清洁”装置，污垢和尘土从插槽中被清除的原因，是由于在至少一侧的插槽壁上提供了缝隙、孔或者是开口，这使污垢和尘土当舌接合在插槽中时从插槽中排出。适宜地，一个缝隙或多个缝隙位于朝着插槽部的后方靠近或接近插槽底部。优选的是，这种排列实现“活塞(piston)”运动，这种运动使舌进入插槽来推动污垢和尘土到插槽的后方，污垢和尘土可通过提供的一个或多个缝隙排出。

在本发明的连接器中耦合元件位于插槽壁和舌中，且这种舌进入插槽的“活塞”运动确保在插槽壁上没有集聚污垢和尘土，这种运动把污垢和尘土通过一个或多个在插口壁上的缝隙推出插槽。

优选的是，在至少一侧的插槽壁上的耦合元件与自清洁结构结合，例如，在插槽壁上提供缝隙或孔，即使是在恶劣的户外环境中，也可允许耦合元件间的耦合，因为污垢和碎屑将被迫朝着插槽底部并能通过孔漏出的方向运动，所以使插槽壁表面没有污垢。

“自清洁”结构还有更多优点，它使插槽部易于清洗，例如用水冲洗掉经过插槽的污垢和尘土。

在特别推荐的配置中，插槽部包括两个位于插槽的挡板，界定了一个为舌导向的导槽，挡板从插槽底部的出口处伸出到与插槽部的底座隔开的一点，因此被舌推入导槽的污垢和锁屑能够通过插槽底座和挡板之间的空间从导槽排出。

优选的是，在包括此挡板或内壁的插槽部中，舌部包括一个具有两个、三个或更多的部分的舌，每部分从舌底部纵向伸出，由此每部分在被插槽壁和挡板或内壁界定的插槽中是滑动可接合的。

耦合元件优选地提供感应或电容耦合，任何提供无需导电体直接连接的电磁耦合的近场天线排列(near field antenna arrangement)都可以使用。原则上它可提供一对电磁天线，每个在每一半连接器中，因此当连接器接通的时候天线近似于近场，数据或功率传输即可实现。

优选的是，耦合元件允许传输数据信号和功率，或者同时或者依次传输两者。

优选的是，电磁耦合由电感耦合提供以及主和次耦合元件是电感器。最简单的典型电感器由绕着磁铁芯的导电绕线组成，但是任何导电线圈的排列和能够产生通量并被另一个电感器感知的芯都能被使用。

适宜地，次耦合元件从插槽底部伸出到至少一个插槽壁。优选的是，次耦合元件的铁磁芯有两个或更多的伸长的桥臂，它们从插槽底部沿插槽壁伸出，在插槽中提供一个可伸展的感应交叠区。这意味着有相当大的灵活性，作为主电感器相对于次电感器的位置，因此一些舌在插槽中的运动是可能的。

在推荐的连接器中，插槽壁界定了一实质上为长方形的插槽，为了接受对应形状的舌和可伸长的臂，次级线圈沿着壁的对面伸长来提供感应区，在感应区中设置主电感器来提供电磁耦合。这种排列可适于提供不同的锁定装置，例如伸长的臂可沿着插槽相反于壁的一侧伸展，以便提供位于舌和插槽上表面的锁定装置。相反地，伸长的臂可以沿相反于上下壁伸展，以便提供位于舌一侧和插槽壁相对应的一侧的锁定装置。

主电感器可在纵向方向上沿舌伸长，因此可获得甚至更大的电感交叠。

优选的是，主电感器磁芯有两个或多个沿舌纵向延展的伸长的壁。在这样的排列中主线圈和被线圈围绕着的主磁芯，典型地位于舌后部的部分或舌的底部，且磁芯伸长的臂可伸展到舌的前部。

在较优的配置中主电感器和次电感器都有伸长的臂。优选的是，在这种配置中两对伸长的臂可位于舌和插槽侧臂，空出上下臂来提供锁定装置，或者位于舌和插槽的上下臂，空出侧臂来提供锁定装置。

适宜地，铁磁芯由一种“软性”铁氧体材料制成，尽管任何铁磁材料均可被使用，例如镍铁导磁合金或陶瓷材料。特殊材料的使用取决于电感器的设计，例如工作频率和磁芯的尺寸规格。适合的材料在本领域是已知的。

优选的是，本发明提供非接触的感应连接器，在连接器中电感芯由分散在弹性物质中的铁氧体粒子构成。合适的弹性物质的是塑料材料。使用机械上适合这类的电感芯，意味着连接器能被提供一些弹性，来对接通和断开连接器进行进一步简化，并通过排除对部件之间的高宽容度的需要，来降低连接器的成本。

本发明的优越性是使用了有伸长的臂的电感芯，在电感芯中伸长的臂与被导电线圈围绕的电感芯的主要部分隔开，因此一些伸长的臂相对于芯的主要部分的独立运动是可能的。空间的大小对应于在芯的主要部分和伸长的臂之间能够传递的磁通量。空间的大小将取决于连接器用于传递数据还是功率。功率传递比数据传递需要更小的空间。较好的空间不到0.1mm，更好些的不到0.05mm，最好的不到0.01mm。用这种方式伸长的臂与芯的主要部分隔开，臂可由以上描述的机械柔韧的材料制成，来为电感器的结构提供最佳机械弹性。

本发明的非接触电连接器可以是电容性连接器，当舌在插槽中的时候，连接器中电磁耦合被电容器所形成的结构所提供。在电容性连接器中连接器的每一半都含有一半的电容器结构。

电容性连接器尤其适于高频数据传输，例如1兆赫及1兆赫以上。

优选的是，每个舌部和插槽部都包含一个电容器极板，因此当舌在插槽中时两板交叠形成电容器结构。在另外的优选配置中，电容器结构由舌和插槽壁中的环形导线提供，当舌在插槽中的时候，这些导线是同心的。适宜地，主耦合元件包括沿舌周围的导电材料的环状物，且次耦合元件包括沿着对应插槽内表面的导电材料的环状物，因此当舌在插槽中时主环位于次级环中。

在这段中关于主或次级元件或者第一或第二部分或元件的参考，意味着仅作为一个范例和所讨论的零部件，实际上可为第一或第二部分，并因此成为主或次要元件。

优选的用于驱动主和次耦合元件的电路，优选地位于插槽的底部和舌部。就以感应的方式来传递电功率来说，连接主要一侧的驱动电路优选地包含在连接器的体内。

优选的是，提供控制电路以自动地检测在连接器另一部分中的相配电路的存在。这可以通过，例如靠检测主电路阻抗的变化而获得，这种变化由次耦合元件的靠近引起(或反之亦然)。适宜地，当连接器的两部分连接和断开的时候，这也可以通过检测电流和电压间(正交)相位的变化而获得，。优选的是，当次耦合元件未被识别的时候，控制电路“折返”或对主要耦合元件降低功率。

优选的是，次耦合元件可被连接到应用不同的现有开关模式电源原理的电路以提供稳定的输出电压。

当磁耦合被用于传递数据和功率，优选的是，在连接器的第一部分中有控制电路来监测负载阻抗。

优选的是，主电感器的绕组由限幅直流电源提供方波。优选的是，功率以10kHz到300kHz传输，例如约200kHz，优选地，数据以10kHz到3MHz传输，例如约200kHz.本发明更好地提供在此介绍的由两部分组成的电连接器的应用，在这些频率上传输功率和数据。准确的频率通过计算最佳效率来确定，最佳效率基于内芯材料、几何形状与连接器控制电路的损耗特征。这是可实现的，例如，采用由4个场效应晶体管(FET)构成的‘H’电桥的已知排列。

优选的是，这允许电流在磁路中反相从而降低磁芯的起始饱和阈值。

优选地，电感器的磁芯运行于没有净直流电流在导电线圈中流动的状态，以便提高磁芯能够提供的未到饱和通量的值。

优选的是，数据和功率的传输通过监测电压波形和电流波形来控制，采用把他们放入锁相环路(PLL)的方法；PLL对比着电压来测量电流的相位，从而测量负载的复阻抗(complex impedance)。

优选地，所应用的控制逻辑能够较好地测量瞬时电压、电流和相位差(正交)，来保持电感器在其安全运行范围并测定次电感器是否被接合。

优选的是，基于这样的测量，电路控制‘H’电桥，并确定次电感器是否存在，从而是否满电压应该被切换到主电感器或者不用切换，一旦次级电感器未连接或出现故障，就在‘H’电桥的接通周期限制其振幅或工作。

因此通过连续地监控连接器在‘工作’或断开/故障等任意模式下的状态，控制电路能够完全接收正确的响应。

优选的是，数据可采用若干种方式来传输，例如：

直流限幅的频率调制，例如在200kHz之上的10％的频率调制提供一个20kHz的输出数据链路，且这在磁路的设计上仅会有很小的影响。

换句话说，功率驱动波形可以本身是数字信息。优选地，通过对直流平衡系统使用标准协议的方式，例如任何不归零制码(anynon-return to zero code)，将避免耦合元件的饱和。

连接可以是双向作用的，例如功率和数据可在任意一个方向或双向传输。优选的是传输可用时分复用(time multiplexing)的方式通过耦合元件完成。这需要一个协议来处理连接，且在连接器的每一半中有适合的简易微型控制器。

连接器两部分之间的通讯可以发生，例如以如上所述那样的直流限幅的频率调制，得到输出信号，和例如通过第二部分电路阻抗的预调制，来把数据映射回第一部分的监控电路。如果这种方式被使用，优选的是许多主电路的元件能被重复使用，例如，‘H’电桥电路被在第一部分用作“限幅”可被用作有源同步整流器(被电压监控电路和控制逻辑电路控制的)。优选的是控制逻辑电路的次要一侧，能依靠它通到‘H’电桥，来调制负载的阻抗，这能依次读取作为第一部分电路的数据。

优选的，这种安排允许数据在穿过连接器的两个方向传输。而且，连接器可以使数据在两个方向上传输，同时连接器在一个方向上传输功率。

多路信号可以用连接器传输，数据可更好地在时域、频域或向位域多路传输。复合信号可在连接器上直接传输，而更好地不采用多路传输。

附图说明

本发明将以例如仅根据附图的方式来描述如下：

图1A和1B表示本发明的非接触感应连接器的插槽部分，图1A是图1B沿A-A线分割的横截面；

图2A和2B表示本发明的非接触感应连接器的舌部分，图2A是图2B沿A-A线的横截面；

图3A到图3C表示本发明的感应连接器，在连接器中有一个中心棘爪锁定装置，图3A是一个插槽部分的平面图，图3B是插槽部的侧面图，图中表现了一些内部细节且图3C是装配好的连接器的剖面图；

图4A和4B表示本发明的电容性连接器，它内含有电容器极板，图4A是舌部的透视图而图4B是装配好的连接器的示意剖面图；

图5A和5B表示本发明的电容性连接器，它有同心环，图5A是舌部的透视图且图5B是装配好的环状结构的示意图；

图6表示可用于驱动主感应元件的电路；

图7表示可用于驱动次感应元件的简化电路；

图8表示可用于驱动次感应元件的较复杂的电路。

具体实施方式

图1A表示本发明的非接触连接器的插槽部分2。连接器具有与压-放夹或一般常见于帆布背包的挂钩类似的结构(见图2中的舌部40)。插槽部有底座4和从底部延伸以界定插槽7的壁6。插槽部具有平滑的曲线使它在被使用者使用和携带的时候更加舒适。插槽壁包括从底座延伸的相对着的上壁8和下壁10，以及两个相对着的壁12，该壁12从插槽的出口沿插槽长的方向延伸到大约中间位置。这种安排提供了在插槽的每一侧的底座4和侧壁12之间的缺口14。这些缺口14象棘爪一样作用，它们与在舌部的弹簧锁56(见图2)一起作用。这种棘爪也可以由，例如，在插槽壁上的孔或开口提供，或者，例如，插槽壁表面上的凹进或凸起。优选的是，提供缺口的进一步的优点是，插槽壁上的孔或开口使污垢、尘土和碎屑可从中漏出，否则这些脏东西可能会聚集在插槽中，使舌在插槽中滑脱。

内含导线的背带16被接到底座上。这个背带有很多优点；尤其是它结合了机械强度和导电性。电导线可以，例如，以拖索或纬线的形式织进带子中。另一个背带的例子是背带作为电导线的通道或是载体。在底座中背带被夹板18所保护。底座包括电路20，它驱动耦合元件，并且电路22也是这样，当22在插槽中的时候，它检测舌中耦合元件的存在。灌注的合成物24可以，例如，被用于在连接器中包裹住电导线。

插槽部2包括一个电感耦合元件26，该电感耦合元件26包括一个具有主部28和伸出的臂30的磁铁芯。导线缠绕在主部28周围来形成导电线圈32。主部28和线圈32位于底座4和伸出的臂30，该臂30是沿着上方插槽壁8和下方插槽壁10伸出的。伸出的臂30可以伸展到，例如，约在底座和插槽入口部之间一半位置的某一点。在一些具体的配置中伸出的臂可达到插槽的入口部。

这种配置提供了一个在插槽中的延伸感应区；若舌的感应元件位于这个区域，就将有充分的电磁耦合来允许数据和功率的传输。

连接器具有自清洁结构，例如，由在插槽中两个内壁34所提供，内壁从插槽入口附近延伸到距离底座4的一点。这些内壁，同时提供自清洁结构，例如，界定一个导向沟来把舌放入插槽中。在内壁与底座之间有缺口35，且任何被舌的活塞运动推入插口的碎屑，将被通过缺口35从导沟被清除。优选的，任何这样的碎屑都可由在插槽外壁上的缺口14从连接器中排出。

图2表示本发明的非接触感应连接器的舌部40，它与图1中表示的插槽部2的另一半协同工作。舌部40包括底座42，底座42有用于固定背带的夹板44。舌46从底座42中延伸出来，且包括感应元件48。感应元件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。

电感器具有磁铁芯50，其可以，例如是圆柱形的，但优选的是，有类似“线轴”或“棉卷轴”的几何外形，它可以从舌的上表面到舌的下表面贯穿舌的高度。磁铁芯的末端可以，例如，位于舌表面的正下方，因此磁铁芯可以被例如塑料材料的外层所保护。在“线轴”或“棉卷轴”的几何外形的情况下，铁芯的末端是适宜的扩口形状以便连接器另一半对应的电感芯可与之最大交叠。扩口被适宜地定形以便更好地与电感器在插槽中交叠，例如，它们可以是方形杆，适当带有圆角。

绕着磁芯的是导电线圈52。如上所述，为了细节更完美，磁芯的末端是向外展开的以产生较大的表面积在，例如，舌的上下表面，因此在插槽壁上与电感器有更大的交叠。

当舌在插槽7中的时候，电感器48位于插槽部的两个伸出的臂30之间。伸出的臂30和电感器48的外形尺寸有相当大的自由，位于插槽7中舌46的位置，同时保持耦合。伸出的臂和在舌中的电感器的外形尺寸可被选择以便确定这个优点。

舌46典型地具有略微圆形的前部54，以帮助它进入由内壁34界定的导沟。前部54的圆形表面也有利于连接时从导沟清除碎屑。

锁定装置包括两个弹性销56，它们位于舌40的每一侧并从底座42延伸出来，与在插槽壁6上的缺口14一起闩锁来提供“快速释放”的锁定装置。如上所述这种配置提供了与见于帆布背包的压-释夹类似的机械连接器。

弹性销56，例如，由弹性塑料制成，使这种弹性适宜地提供了所应用的两个弹性销的弹簧作用。弹性销典型地倾向于“宽向”的位置，因此当舌在插槽凸起部58中时，通过在插槽壁上的缺口14伸出，就把舌46固定在插槽7中。为了使舌移出，必须给凸起58提供克服弹性销探出的外力来缩回凸起58，因此舌可被撤回。

当连接器的两个分离的部分接合的时候，舌46可被直接插入插槽7，因为插槽壁6作用于弹性销58的外曲面把弹性销推到一起。当舌完全地进入的时候，弹性销将“卡”进缺口14以把舌46固定在插槽7中。

舌部40包括控制电感线圈的电路60，例如桥整流器。典型地，电路比开关式电源电路小得多。

图3A到3C表示本发明的电连接器，其中的锁定装置包括单个锁销。本实施例有一个水平剖面并且图释了由一个中心锁定装置所提供的“快速释放”功能。图3A和3B表示的插槽部70，有一个底座72和限定了插槽75的四个壁74。在插槽的上壁有一个开口76。在舌部底座附近的插槽的侧壁上也有孔77，通过它尘土和碎屑可以从插槽中漏出。

图3C中表示的舌部78包括舌80，舌80有一个一体的弹性销82，当舌80在插槽75中的时候，弹性销82与在插槽壁上的开口76一起作用。弹性销82，例如，以舌的后折叠伸出(folded back extension)的方式形成，且这种配置简化了生产。例如，舌80和弹性销82由给销提供弹簧作用的弹性材料83结合形成。弹性销被偏置于“向上”的位置。优选的是舌和锁是一个整体，并由相同的材料制成。

当舌在插槽中的时候，弹性销82由于其偏置而伸入开口76中。插槽壁74对弹性销82作用，以把舌80固定在适当位置。为了从插槽75中移出舌80，必须在向下的与它偏置相反的方向上给弹性销82提供外力，因此弹性销82从开口76缩回，且舌80可从插槽75被拉出。

与图1的插槽部相比，本装置插槽部分中的电感器位于插槽下壁并包括，例如，一个半环形的铁磁芯84，磁芯84有导电线圈86缠绕。

舌80包括一个感应元件88，例如，感应元件88有与插槽部70中的电感器相同的半环形形状。当舌80在插槽中的时候，两个半环形的感应元件重叠来提供一个如图3C所示的环形电感器。这个重叠允许舌在接合方向上的一些运动，同时保持有效的电连接。

这类的电连接器的另一优点是当舌80和插槽75连接的时候，弹性销82相对着在插槽部70上的侧翼90推动，例如在如图3C所示的插槽壁74上，且这起到了相对于对应的插槽的内表面94，来推动舌的下表面92的作用。这确保了两个表面的紧密连接，并且有助于清除污垢和尘土，达到有效的电磁耦合。

图4A和4B表示本发明的电连接器的舌部，在其中数据和功率传输利用电容耦合完成。连接器的整体结构为压-释夹，与图1和2所示并在上面介绍的类似。

在本实施例中电磁耦合是通过电容器而不是通过感应器完成的。多个电容器极板100被安置在舌101上，例如刚好在舌101的表面之下，以及极板102被安置在，例如刚好在插槽壁104的对应的内表面之下。当舌部插入插槽中时，成对的极板将交叠，同时形成了含有被介质层隔开的两个导电极板的电容器结构。

图片5A和5B表示一个提供电容耦合的交错配置。在这个实施例中，舌部110具有，例如一个基本为矩形的截面，同时包含4个电容环112环绕在舌周围，电容环112位于舌部表面之下且沿着舌部的长度隔开。

插槽部，例如，在限定插槽或导沟的插槽壁内包含有电容环114，从而当舌部在插槽中时，舌部的电容环位于槽部的电容环之中。这种同心环的配置可供给多个电容器结构，并且在涉及到部在槽之中的精确定位时具有实现弹性电磁耦合的优点。

图6展示了一个可用来控制一半的连接器的控制电路的例子。这个电路适用于控制连接器的这个部分以传输或播放功率数据和/或功率。

例如，当连接器从主端向次端传输功率以及数据(例如，连续性数字信号)需要以相同的方向被传递，那么如果功率传输频率为200kHz，数据可以被编码来改变功率传输频率使频率为两个不同的数值，例如195和205kHz。优选的是，这可在次端被检测到并且数据可被解调出来。

可选择的，主要驱动波形可以是信息本身，其作为串行的编码来传输功率载波(这需要编码具有一个平衡的平均波形从而不会使中心达到饱和)。

如果需要的话，次端的反馈可以通过有效负载的调制产生，这可以在主端通过电路轮流监控。

图7表示一个通过简单电路可用来控制部分连接器的例子，这个电路可接受连接器的另外一半产生的数据和功率传输。

图8表示了一个用来控制连接器“接收”端的复杂控制电路的例子。这种电路允许数据提取和稳定的直流输出。

Claims (23)

1.一种由两部分组成的电连接器，包括

第一部分为舌部，其具有一个底座和一个纵向伸出的舌；

第二部分为插槽部，它具有一个底座和可伸出的壁，从而使插槽可滑动地接收舌，舌部与插槽部由一个锁定装置所连接，从而允许可释放的相互接合，所述锁定装置包括一个可在第一位置和第二位置之间移动的锁定部件，在第一位置舌留在插槽中，在第二位置舌从插槽中移出；

一个主耦合元件位于舌中；并且

一个次耦合元件位于至少一个插槽壁上，当舌位于插槽中的时候这些元件提供非接触的电磁耦合。

2.根据权利要求1所述的由两部分组成的电连接器，其中主耦合元件纵向延伸到舌表面的附近，而且次耦合元件纵向延伸到相应插槽壁的内表面，因此在使用中这两部分耦合元件的交叠，可以满足在维持电磁耦合的同时舌可以在插槽中横向和/或纵向运动。

3.根据权利要求1或2所述的由两部分组成的电连接器，其中主和次耦合元件分别作为主和次感应器，并且每个元件都包含一个由导电线圈缠绕的铁磁芯。

4.根据权利要求3所述的由两部分组成的电连接器，其中，次传导线圈固定在插槽的底部，同时次感应器芯具有两个延伸到插槽壁的伸出的臂，从而当舌部位于插槽中时，主感应器位于两臂之间。

5.根据权利要求4所述的由两部分组成的电连接器，其中主感应线圈位于舌的后部，同时主感应器芯具有两个延伸到舌部前方的伸出的臂，从而当舌位于插槽中时，主感应器的臂位于次感应器臂之间并与之交叠。

6.根据权利要求4或要求5所述的由两部分组成的电连接器，其中至少有一个伸出的感应器臂与其它的磁芯隔开，从而允许当其他磁芯作电磁波通信时这些磁芯的伸出的臂相对于其它的磁芯可以自由运动。

7.根据权利要求4到6所述的由两部分组成的电连接器，其中主和次磁芯由铁氧体材料制成。

8.根据权利要求7所述的由两部分组成的电连接器，主要和第二磁芯均由分散在弹性物质中的铁氧粒子组成。

9.根据权利要求1或2所述的由两部分组成的电连接器，其中，主和次耦合元件都是一半的电容器结构，从而当舌部位于插槽中时，这个电容器形成电容耦合作用。

10.根据权利要求9所述的由两部分组成的电连接器，其中，主和次耦合元件都是一个电容器极板，从而当舌在插槽中时，主和次电容器极板存在交叠。

11.根据任何一条前述权利要求所述的由两部分组成的电连接器，其中，有至少一个插槽壁包含一个靠近槽底的孔，从而当舌位于插槽中时，污垢和尘土可从插槽中排放出去。

12.根据任何一条前述权利要求所述的由两部分组成的电连接器，其中，插槽部包括两个位于插槽中的档条，该档条界定了一个为舌导向的导槽，该档条从插槽口伸出到距插槽底座一定距离的一点，从而当尘土和污垢被舌推入导槽后可从插槽底和档条之间的空隙通过导槽排放出去。

13.根据任何一条前述权利要求所述的由两部分组成的电连接器，其中锁定装置包括一个弹性销以及一个与其相配合的棘爪。

14.根据权利要求13所述的由两部分组成的电连接器，其中弹性销位于舌部之上，同时棘爪位于相应的插槽壁上。

15.根据权利要求13所述的由两部分组成的电连接器，其中，舌部有两个弹性销位于舌部两侧，并与舌部有一定距离，同时插槽的两个棘爪位于相应的插槽壁上

16.一种在电气设备间传输电信号的装置，其包括根据任何一条前述权利要求的由两部分组成的电连接器，一条背带联结到连接器的至少一部分，其中，所述背带包含电线以用来对连接器的耦合元件进行电连接。

17.一种根据权利要求1到15中任意一项所述的由两部分组成的电连接器的舌部，其中包括一个底座和一个纵向伸出的舌，一个位于舌中的电磁耦合元件，以及，一个锁定装置，用来配合插槽部的锁定装置使舌可释放地固定在槽中。

18.一种根据权利要求1到15中任意一项所述的由两部分组成的电连接器的插槽部，包括一个底座和用于界定一个槽可滑动地接收舌部的纵向延伸的插槽壁，一个位于至少一个插槽壁上的电磁耦合元件，以及，一个锁定装置，用来配合舌部的锁定装置使舌可释放地固定在槽中。

19.用来在电气设备之间传输电信号的根据前述任何一项权利要求的由两部分组成的电连接器的用途。

20.一种方法，其用来调制根据权利要求1到15中任意一项所述的，由两部分组成的电连接器中的主耦合元件和耦合元件中的电流特性，所述方法包括检测连接器的接合状态以及校正电流特征以响应检测状态。

21.根据权利要求20所述的方法，其中当所述由两部分组成的电连接器连接或断开时，通过检测阻抗变化来检测连接状态。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，当所述由两部分组成的电连接器连接或断开时，通过检测电流和电压之间的相位变化来检测连接状态。

23.至此这种由两部分组成的电连接器在前面的描述中已被充分解释了，可见图1到5。

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