JP2017112608A - 非接触コネクタおよび非接触コネクタシステム - Google Patents

Abstract

【課題】送電コネクタと受電コネクタとの間で電力を誘導的に伝送するための非接触コネクタシステムを提供する。【解決手段】受電コネクタ１０４は、一次側誘導結合要素Ｌｐに結合されることになる二次側誘導結合要素Ｌｓと、電力入力／出力端子１４２と、一次側データトランシーバ要素１２４とともにデータリンクを形成するように動作可能な二次側データトランシーバ要素１２８とを含む。二次側制御ユニット１３６は、電力が供給される電力供給１４６を有する。切替ユニット１４０が、電力入力／出力端子１４２における電力出力を制御するために電力入力／出力端子１４２に接続される。ここで、切替ユニット１４０は、二次側誘導結合要素Ｌｓまたは電力入力／出力端子のいずれかに電力供給１４６を接続するようにさらに動作可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、非接触コネクタシステムのための受電コネクタと、非接触コネクタシステムと、送電コネクタと受電コネクタとの間で電力を誘導的に伝送するための非接触コネクタシステムを制御する方法に関する。

誘導エネルギー伝送の原理は、多くの用途の技術開発の物理的基礎として複数の用途において役立つ。誘導エネルギー伝送の場合の必須要素は、緩く結合された導体であり、それは、一次側送電デバイスのインダクタまたは磁気巻線と目標デバイスのインダクタまたは磁気巻線との電磁結合を表す。動作中、エネルギーは、一次側部分と二次側部分との間で誘導的に伝送される。二次側部分が一次側部分から取り外される場合、エネルギー伝送は遮断される。この文脈では、「非接触」という用語は、それぞれ一次側部分および二次側部分における対応する電気コンタクト間にオーミック接続なしでエネルギー伝送を実現できることを示すために使用される。

電気接触を省くことは、様々な適用分野の多くの用途にとって非常に重要である。これは、具体的には、電源とシンクとの間の電気的接続を機械的にセットアップすることに高い要求がある用途に当てはまり、技術的に複雑なプラグおよびケーブルは、誘導エネルギー伝送（ＩＥ）の適用によって避けることができる。さらに、ＩＥに基づく技術的エネルギー供給システム構成要素は、機械的セットアップが外注コネクタの適用によって不必要に複雑になることなしに環境影響から保護することができる。その上、ＩＥのいくつかの適用分野では、技術的可能性の観点から電気接続の使用を避けなければならない。例えば、爆発を起こしやすい環境において、または導電性および／または侵食性（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）媒体中でのシステム構成要素の動作の間、非接触エネルギー伝送を可能にするシステムに依拠することは技術的に有利となり得る。
さらに、ＩＥの使用は、デバイスが、最終的にはこれらのデバイスの電気コンタクトが、高いストレスにさらされるシステムの信頼性を改善することができる。これは、一方では、回転部分または可動部分をもつシステムに当てはまり、その理由は、ＩＥに基づく構成要素が、摩擦のために摩耗を受けやすいワイパコンタクトの使用を避けることを可能にするからである。加えて、ＩＥ技術は、有利には、普通なら複数のプラグのための必要な大きさにしなければならないコネクタ付きデバイスで使用することができる。

互いの間にオーミックコンタクトなしに電力、信号、およびデータを信頼性高く伝送する非接触コネクタは、様々な用途分野において使用される。特に、苛酷な環境において信頼性高く接続されたままである必要がある可動部分および電子構成要素が含まれる産業用ロボットシステムの分野では、電力およびデータを効果的に伝送し、水、塵埃、または振動などの苛酷な環境によって影響されない非接触コネクタシステムが必要とされる。

そのような非接触コネクタシステムの一例が、欧州特許明細書ＥＰ２５８１９９４Ｂ１に開示されている。この書類によれば、一次側から二次側にワイヤレスで電力を伝送するために対合させることができる一次側誘導結合要素および二次側誘導結合要素を有する非接触コネクタシステムが提供される。その上、２つのアンテナ要素がコネクタシステムの対合された２つの部品の間に高周波データリンクを確立することを介して、双方向データ伝送が達成される。

現在、会社ＴＥ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙは、名称ＡＲＩＳＯの下で非接触コネクタシステムを生産しており、それが図１に概略的に示されている。この既知の非接触コネクタシステム２００は、送電コネクタ２０２と、受電コネクタ２０４とを含む。送電コネクタ２０２は、入力電源から電力を供給される一次側誘導結合要素Ｌ_ｐ（一次側電力コイルとも呼ばれる）を有する。入力電力は、例えば、ＤＣ電力とすることができ、ＤＣ電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６と後続のＤＣ／ＡＣコンバータ２０８とによって交流電圧に変換される。これが図１に概略的に示されているように、電力コイルＬ_ｐは共振回路２１０の一部であり、共振回路２１０は電力コイルＬ_ｐと並列なキャパシタＣ_ｐを含む。

送電コネクタ２０２および受電コネクタ２０４の２つの対合面２１２、２１４が十分に密接して接触するとき、二次電力コイルＬ_ｓは一次側電力コイルＬ_ｐに磁気的に結合される。二次側電力コイルＬ_ｓは二次側共振回路２１６の一部である。電磁結合によって、電力が一次側から二次側に伝送される。二次側共振回路２１６は、整流器回路２１８（例えば、ブリッジ整流器を含む）と、調整されたＤＣ出力電力を生成する後続のＤＣ／ＤＣコンバータ２２４とに接続される。

送電に加えて、非接触コネクタシステム２００は、さらに、コネクタシステムを介してデータを送信するための双方向データリンクを確立するための手段を備えている。一次側データ通信インタフェース２２２は、送電コネクタ２０２に接続された第１の外部構成要素（図に示されていない）と通信する。１つまたは複数のアンテナ要素２２６を有する一次側データトランシーバ要素２２４は、通信インタフェース２２２からのデータ信号を無線信号に変換し、それに応じて、受信した無線信号を電気データ信号に変換し、電気データ信号は通信インタフェース２２２に入力される。

受電コネクタ２０４は、ワイヤレス近接場無線リンクを介して一次側からの信号を受信し、二次側からの信号を一次側の方に送信する１つまたは複数のアンテナ２３０を有する対応する二次側データトランシーバ要素２２８を備える。二次側データ通信インタフェース２３２は、前記受電コネクタ２０４に接続された第２の外部構成要素（図に示されていない）と通信するための二次側データトランシーバ要素２２８に接続される。

一次側制御ユニット２３４は、共振回路２１０、一次側データ通信インタフェース２２２、および一次側データトランシーバ要素２２４の動作を制御するために設けられる。

欧州特許明細書ＥＰ２５８１９９４Ｂ１

しかしながら、電力およびデータの両方を伝送する既知の非接触コネクタシステムは、一次側からの誘導伝送を介して十分な電力供給がある場合、二次側に更新ファームウェアのみを備えることができる。その上、最大出力制御は、常に、ハードウェア変更を必要とする。

非接触コネクタ、および、一次側からの電力供給がなくても二次側コネクタへのアクセスを可能にする非接触コネクタシステムの必要性が依然として存在する。

この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項の主題である。

本発明による受電コネクタは、前記送電コネクタの一次側誘導結合要素（Ｌｐ）に電磁的に結合されるときに電力を受け取るように動作可能である二次側誘導結合要素（Ｌｓ）と、前記受電コネクタに接続された二次側外部構成要素に受け取った電力を出力するための、または外部二次側電源から電力を受け取るための電力入力／出力端子とを含む。送電コネクタと受電コネクタとの対合状態において、一次側データトランシーバ要素とともにデータリンクを形成するように動作可能である二次側データトランシーバ要素が設けられ、二次側データ通信インタフェースは、前記二次側外部構成要素と通信するための前記第２のデータトランシーバ要素に接続される。受電コネクタは、前記二次側データ通信インタフェースおよび前記二次側データトランシーバ要素の動作を制御するための二次側制御ユニットをさらに含み、前記二次側制御ユニットは、電力が供給されるための電力供給端子を有する。

本発明は、受電コネクタが、電力入力／出力端子における電力出力を制御するために前記電力入力／出力端子に接続される切替ユニットをさらに含み、ここで、切替ユニットが、二次側誘導結合要素（Ｌｓ）または電力入力／出力端子のいずれかに前記電力供給端子を接続するようにさらに動作可能であるという着想に基づく。

そのような切替ユニットを設けることによって、受電コネクタの二次側制御ユニットは、さらに、受電コネクタが一次側から電力を受け取らない場合には電力入力／出力端子を介して外部的に電力が供給され得る。これは、いくつかのシナリオにとって有利である。第１に、例えば、二次側制御ユニットに記憶されるファームウェアをインストールするかまたは二次側制御ユニットに記憶されたファームウェアが変更されるために、対応する送電コネクタへの接続なしに受電コネクタの保守を実行することが必要となることがある。第２に、対応する送電コネクタは接続されているが電力を供給しない場合に、データ受信および／または送信は、トランシーバ要素、データ通信インタフェース、および二次側制御ユニットに電力を供給するために二次側で外部電力供給装置を使用することによって依然として可能である。これは、例えば、システムの起動の間有利となり得る。

その上、本発明による切替ユニットは、電力入力／出力端子への電力供給を切替ユニットによって遮断できるように電力入力／出力端子と二次側誘導結合要素との間に接続される。これにより、受電コネクタによって二次側外部構成要素に出力される最大電力を制御する著しく簡単で効果的な方法が可能になる。

例えば、切替ユニットは、受電コネクタで測定されたパラメータ（温度、または受電コネクタと送電コネクタとの間の距離などの）に応答して二次側制御ユニットによって制御可能となり得る。さらに、二次側制御ユニットは、電力入力／出力端子に伝送される電力に関する情報も受け取り、電力が高すぎる場合に電力入力／出力端子を電力から切断するように切替ユニットを制御することができる。代替としてまたは追加として、切替ユニットは、本発明による受電コネクタに接続される外部構成要素の電力要件などの用途環境パラメータに最大電力出力制御を適応するように制御することもできる。そのような適応を実行するのにハードウェア変更は必要ではない。

電力入力／出力端子での短絡の場合には、切替ユニットは、やはり、出力をオフに切り替えるように制御することができる。

有利には、電力出力は、さらに、一次側から受け取ったデータ信号に応答して遮断され得る。これは、送電コネクタによって実行された測定に反応するのに特に有利である。

本発明の有利な実施形態によれば、切替ユニットは、ゲート端子、ソース端子、およびドレイン端子を有する金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含み、ＭＯＳＦＥＴは、二次側誘導結合要素（Ｌｓ）から電力入力／出力端子への接続をドレイン−ソース導通チャネルを介して行うように動作可能であり、電力入力／出力端子から二次側制御ユニットの電力供給端子への接続をドレイン−ソースボディダイオードを介して行うようにさらに動作可能である。これが一般に知られているように、逆ダイオードとも呼ばれる固有ボディダイオードが、ＭＯＳＦＥＴのドレインとソースとの間に接続されたボディ／ドレインｐ−ｎ接合に形成される。ボディダイオードは、時には、逆ドレイン電流（いわゆるフリーホイール電流）のための経路を必要とする回路、例えば、モーター制御用途におけるハーフブリッジおよびフルブリッジコンバータ回路などで使用される。

本発明によれば、外部二次側電源は、二次側制御ユニットにボディダイオードを介して電力を供給するために電力入力／出力端子に接続することができる。有利には、エンハンスメント型のｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴが使用される。エンハンスメント型は、ＭＯＳＦＥＴがノーマリオフであること、すなわち、ゲート−ソース電圧が０であるとき、ドレイン電流は流れることができないことを保証する。これは、コントローラがまだ準備できていないとき、起動の間トランジスタがオンにならないようにする。しかしながら、さらに、切替ユニットを実装するとき、他の好適な半導体スイッチまたはより複雑な回路構成を使用できることが当業者には明らかである。

その上、二次側制御ユニットの電力供給端子と、切替ユニットとの間にダイオードを設けることができ、ダイオードのカソードは電力供給端子に接続され、その結果、二次側制御ユニットからの電流流れが阻止される。これは、供給電圧が入力キャパシタを介して電力供給端子に接続される場合に特に有利である。

切替ユニットを制御するために、二次側制御ユニットは、制御信号を切替ユニットの制御入力端子に供給するための制御出力端子を含むことができる。それによって、切替ユニットは、二次側制御ユニットが利用できる情報に応答して開閉することができる。例えば、受電コネクタが、温度を検出するための感知要素を含む場合には、切替ユニットは、温度上昇に応答して作動することができる。その上、二次側制御ユニットは、出力部に送られる電力に関する情報を受け取ることもできる。電力レベルが高すぎる場合には、切替ユニットは、電力を二次側外部構成要素に出力しないために電力入力／出力端子を切断するように作動することができる。

有利な実施形態によれば、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子は駆動回路に接続され、前記駆動回路は前記二次側制御ユニットによって制御される。駆動回路は、ＭＯＳＦＥＴを制御するのに必要な入力電圧を生成する。特に、この駆動回路はレベルシフティング要素を含むことができる。レベルシフティング要素は、例えば、ベース端子、コレクタ端子、およびエミッタ端子をもつバイポーラトランジスタを含み、ここで、ベース端子は前記二次側制御ユニットの制御出力端子に接続され、エミッタ端子は基準電位に接続され、コレクタ端子は分圧器の一方の端部に接続され、分圧器の他方の端部はＭＯＳＦＥＴのソース端子に接続され、ここで、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子は前記分圧器の出力ノードに接続される。当然、さらに、これが当業者に知られているように、ＭＯＳＦＥＴまたは集積化レベルシフタをバイポーラトランジスタの代わりに使用することができる。

本発明は、さらに、上述で概説したような受電コネクタと、対応する対合可能な送電コネクタとを含むコンタクトコネクタシステムに関する。

送電コネクタは、入力電力を供給する電源に接続可能な電力入力端子に接続される一次側誘導結合要素（Ｌｐ）と、前記入力電力から前記第１の誘導結合要素（Ｌｐ）における磁場を生成するための共振回路とを有する。一次側データトランシーバ要素は、データを送信し受信するために設けられ、その結果、データリンクが前記送コネクタと前記受コネクタとの間に形成される。一次側データ通信インタフェースは、前記送電コネクタに接続される第１の外部構成要素と通信するために前記一次側データトランシーバ要素に接続され、一次側制御ユニットは、前記共振回路、前記一次側データ通信インタフェース、および前記第１のデータトランシーバ要素の動作を制御するために設けられる。

送電コネクタと受電コネクタとの間の一方向通信または双方向通信を可能にするために、一次側データトランシーバ要素は第１のアンテナ要素を含み、前記二次側データトランシーバ要素は第２のアンテナ要素を含み、ここで、コネクタシステムの対合状態における前記アンテナ要素は、高周波通信を可能にするように動作可能である。

本発明は、さらに、送電コネクタと受電コネクタとの間で電力を誘導的に伝送するための非接触コネクタシステムを制御する方法に関し、この方法は、第１の運用モードにおいて、共振回路により入力電力を変換することによって第１の誘導結合要素（Ｌｐ）における磁場を生成するステップと、前記一次側誘導結合要素に電磁的に結合されるときに二次側誘導結合要素を動作させて電力を受け取るステップと、前記送電コネクタと前記受電コネクタとの間にデータリンクを確立するステップとを含み、ここで、この方法は、第２の運用モードにおいて切替ユニットを制御して、二次側制御ユニットの電力供給端子を二次側誘導結合要素（Ｌｓ）から切断し、外部二次側電源に接続可能な電力入力／出力端子に電力供給端子を接続するステップをさらに含む。

好ましくは、第１の運用モードは、二次側制御ユニットが、前記一次側誘導結合要素に電磁的に結合されるときに二次側誘導結合要素によって受け取られた電力が供給される通常動作モードであり、第２の運用モードは、二次側誘導結合要素が一次側誘導結合要素に結合されていない保守モードである。有利には、本発明によれば、一次側からの電力供給の必要なしに二次側制御ユニットは電力が供給され得る。二次側コネクタしか必要としない手順、例えば、ファームウェアの更新、または二次側コネクタが組み立てられている動作環境への運用パラメータの適応などを容易に実行することができる。例えば、外部二次側ＤＣ電源は、電力入力／出力端子に接続することができ、診断および／またはプログラミングデータは、受電コネクタの二次側データインタフェースを介して外部コントローラに／外部コントローラから送信することができる。

添付図面は明細書に組み込まれ、本発明のいくつかの実施形態を示すために明細書の一部を形成する。これらの図面は、記述とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。図面は、単に、どのように本発明をなし使用することができるかの好ましくかつ代替の例を示すためのものであり、図示され記述された実施形態のみに本発明を限定すると解釈すべきではない。さらに、実施形態のいくつかの態様は、本発明による解決策を、個別にまたは様々な組合せで、形成することができる。したがって、以下の記述する実施形態は、単独で、またはそれらの任意の組合せで考察することができる。さらなる特徴および利点は、同様の参照が同様の要素を参照する添付図面に示されるような本発明の様々な実施形態の以下のより具体的な記述から明らかになるであろう。

従来の非接触コネクタシステムのブロック図である。 本発明による非接触コネクタシステムの斜視図である。 本発明による受電コネクタを有する非接触コネクタシステムのブロック図である。 本発明による切替ユニットの回路図である。 本発明による切替ユニットで使用されるｐ−チャネルエンハンスメントＭＯＳＦＥＴの概略図である。 本発明のさらなる実施形態による切替ユニットの回路図である。

本発明が、次に、図を参照しながらより詳細に説明され、最初に図２を参照する。

図２は、本発明のあり得る実施形態による非接触コネクタシステム１００の斜視図を示す。非接触コネクタシステム１００は、第１の端子１０１を介して電源（図に示されていない）に接続することができる送電コネクタ１０２を含む。送電コネクタ１０２は、非接触コネクタシステム１００の一次側を規定する。非接触コネクタシステム１００は、非接触コネクタシステム１００の二次側を規定する受電コネクタ１０４をさらに含む。第２の端子１０３は、二次側外部構成要素（図に示されていない）にシステムを接続するために設けられる。

送電コネクタ１０２および受電コネクタ１０４の対合面１１２、１１４が、それぞれ、互いに十分に近づけられると、受電コネクタ１０４は送電コネクタ１０２に電磁的に結合され、その結果、一次側から二次側への非接触誘導エネルギー伝送が行われ得る。

誘導電力伝送を可能にすることに加えて、非接触コネクタシステム１００は、さらに、２つのコネクタ１０２、１０４間に一方向データリンクまたは双方向データリンクを設けることができる。

図２に示すような非接触コネクタシステム１００は、傾斜、角度、およびずれを含む移動の自由度が高いという利点を有する。その上、改善された設計柔軟性とコスト削減とが、流体および（非強磁性体）壁を通して電力とデータ信号とを伝送することによって達成され得る。その上、この接続は、３６０°を超える角度だけより高速に回転するのを可能にする回転自由を備える。非接触コネクタシステム１００は、湿った環境およびほこりっぽい環境における無制限の対合繰り返し（ｃｙｃｌｅ）を保証し、したがって、保守コストを低減させる。安全で信頼できる接続が、振動耐性および完全に密封されたカプラにより、苛酷な環境において行われ得る。

図３は、本発明による非接触コネクタシステム１００の有利な実施形態のブロック図を示す。図２を参照しながら既に述べたように、非接触コネクタシステム１００は、送電コネクタ１０２と、受電コネクタ１０４とを含む。送電コネクタ１０２は、入力電源から電力を供給される一次側誘導結合要素Ｌ_ｐ（一次側電力コイルとも呼ばれる）を有する。入力電力は、例えば、ＤＣ電力とすることができ、ＤＣ電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６と後続のＤＣ／ＡＣコンバータ１０８とによって交流電圧に変換される。これが図３に概略的に示されているように、電力コイルＬ_ｐは共振回路１１０の一部であり、共振回路１１０は電力コイルＬ_ｐと並列なキャパシタＣ_ｐを含む。しかしながら、共振回路１１０は、当然、直列共振回路とすることもできる。

送電コネクタ１０２および受電コネクタ１０４の２つの対合面１１２、１１４が互いに十分に近いと、二次側電力コイルＬ_ｓは一次側電力コイルＬ_ｐに磁気的に結合される。二次側電力コイルＬ_ｓは二次側共振回路１１６の一部である。電磁結合によって、電力が一次側から二次側に伝送される。二次側共振回路１１６は、整流器回路１１８（例えば、ブリッジ整流器を含む）と、調整されたＤＣ出力電力を生成する後続のＤＣ／ＤＣコンバータ１２４とに接続される。

送電に加えて、非接触コネクタシステム１００は、さらに、コネクタシステムを介してデータを送信するためのデータリンクを確立するための手段を備えている。図面に示すように、および以下で説明するように、通信は双方向とすることができる。しかしながら、さらに、それぞれ、一次側から二次側への一方向通信または二次側から一次側への一方向通信が、やはり、本発明により使用され得る。一次側データ通信インタフェース１２２は、送電コネクタ１０２に接続された第１の外部構成要素（図に示されていない）と通信する。１つまたは複数のアンテナ要素１２６を有する一次側データトランシーバ要素１２４は、通信インタフェース１２２からのデータ信号を無線信号に変換し、それに応じて、受信した無線信号を電気データ信号に変換し、電気データ信号は通信インタフェース１２２に入力される。

受電コネクタ１０４は、ワイヤレス近接場無線リンクを介して一次側からの信号を受信し、二次側からの信号を一次側の方に送信する１つまたは複数のアンテナ１３０を有する対応する二次側データトランシーバ要素１２８を備える。二次側データ通信インタフェース１３２は、前記受電コネクタ１０４に接続された第２の外部構成要素（図に示されていない）と通信するための二次側データトランシーバ要素１２８に接続される。

一次側制御ユニット１３４は、共振回路１１０、一次側データ通信インタフェース１２２、および一次側データトランシーバ要素１２４の動作を制御するために設けられる。破線は、一次側データ通信インタフェース１２２および一次側データトランシーバ要素１２４から一次側制御ユニット１３４へのオプションのフィードバックを示す。フィードバックは、送電コネクタ１０２と受電コネクタ１０４との間の双方向通信が実装されている場合には二次側のパラメータに関する情報を供給する。

本発明によれば、受電コネクタ１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力部と、ＤＣ電力を供給するために外部構成要素（図に示されていない）に接続される端子１４２との間に接続される切替ユニット１４０を含む。切替ユニット１４０を作動させることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０と端子１４２との間の接続を遮断することができる。切替ユニット１４０を作動させるための制御信号１４４は、二次側制御ユニット１３６によって生成される。

本発明によれば、それによって、端子１４２の出力電力を制限するために最大電力をオフに切り替えることを達成することができる。ソフトウェアは、ハードウェアを変更する必要なしに、温度、デバイスタイプ、距離などのパラメータまたは他のパラメータに基づいて連続的出力電力を制御することができる。

本発明による切替ユニット１４０は、二次側制御ユニット１３６に電力を供給するために端子１４２（したがって、本出願では電力入力／出力端子とも呼ばれる）からの経路を用意するというさらなる機能を有する。これは、図３の電力供給ライン１４６によって示される。電力を二次側制御ユニット１３６に供給するために、外部電源、例えば、２４Ｖ外部電力供給装置を電力入力／出力端子１４２に接続することができる。この外部電力供給装置は、例えば、受電コネクタ１０４が装着される外部構成要素の一部とすることができる。一次側への接続の必要なしに二次側から二次側制御ユニット１３６に電力を供給することによって、さらに、一次側へのデータリンクは、電力が一次側から受け取られない場合でさえ維持することができる。

オプションとして、二次側制御ユニット１３６は、感知およびモニタ機能をさらに含むことができる。例えば、受電コネクタの温度をモニタすることができ、切替ユニット１４０は、測定された温度に応答して作動することができる。その上、二次側制御ユニット１３６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０によって生成された出力電圧をモニタしており、出力されることになる電力が事前に定義された閾値を超えている場合には電力入力／出力端子１４２への接続をオフに切り替えることができる。

受電コネクタ１０４は、オプションとして、少なくとも１つの二次側運用パラメータをモニタし、一次側に送信されて一次側制御ユニット１３４によって評価される制御信号１３８を生成することができる。言い換えれば、送電コネクタ１０２と受電コネクタ１０４との間のデータリンクは、非接触コネクタシステムによって相互接続されている２つの構成要素間で通信されるペイロードデータに加えて、二次側パラメータに関する情報を一次側制御ユニット１３４に供給する追加の制御データを搬送する。この情報は、コンタクトコネクタシステムの総合性能の改善を可能にする。その上、さらに、一次側制御ユニット１３４は、一次側の１つまたは複数の運用パラメータを測定するための手段を含むことができる。特に、以下のパラメータをモニタし制御することができる。

トランスミッタ側に関して、以下のパラメータを測定することができる。
ａ．入力電圧および入力電流、その結果として、入力電力が分かる。
ｂ．送電コネクタ１０２の温度。
ｃ．ＤＣ／ＡＣコンバータ１０８の入力電圧。
ｄ．一次側電力コイルＬ_ｐの両端の電圧Ｖ_ｐおよび一次側電力コイルＬ_ｐを通る電流、その結果として、伝送された電力が分かる。
ｅ．一次側データ通信インタフェース１２２におけるデータの存在、すなわち、データが伝送されるか否か。

レシーバ側に関して、以下のパラメータを測定することができる。
ａ．出力電圧および出力電流、その結果として、出力電力が分かる。
ｂ．受電コネクタ１０４の温度。
ｃ．二次側電力コイルＬ_ｓの両端の電圧Ｖ_ｓおよび二次側電力コイルＬ_ｓを通る電流、その結果として、受け取られた電力が分かる。
ｄ．二次側データ通信インタフェース１３２におけるデータの存在、すなわち、データが伝送されるか否か。

Ｖ_ｐおよびＶ_ｓに関する情報があると、システム制御部は、送電コネクタ１０２と受電コネクタ１０４との間の距離を決定することができる。距離が分かると、信頼できる電力／距離ディレーティングなどの機能が可能になる。

図４は、切替ユニット１４０のあり得る実施態様を示す。この実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴ１４８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力部と電力入力／出力端子１４２との間に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１４８はｐ−チャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴである。したがって、それはノーマリオフである、すなわち、ゲート端子Ｇの電圧が０であるとき、ドレインＤ端子とソースＳ端子との間に電流流れはあり得ない。

ＭＯＳＦＥＴ１４８のゲート端子Ｇは、二次側制御ユニット１３６によって制御されるために、二次側制御ユニット１３６の制御出力１４４に接続される。

ＭＯＳＦＥＴ１４８のゲートを駆動するための駆動回路は、バイポーラトランジスタ１５０を有するレベルシフタと、２つの抵抗器Ｒ１およびＲ２によって形成された分圧器とを含む。二次側制御ユニット１３６の制御出力１４４は、さらなる抵抗器Ｒ３を介してバイポーラトランジスタ１５０のベースＢに接続される。

このようにして、二次側制御ユニット１３６は、電力入力／出力端子１４２をＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に接続するかまたは切断することができる。特に、二次側制御ユニットが感知およびモニタ手段をさらに含む場合、ソフトウェア制御された最大電力出力制御を達成することができる。

さらに、ＭＯＳＦＥＴ１４８は、二次側制御ユニット１３６に電力を供給するための逆電流経路を備えることもできる。図５に示した等価回路から見て分かるように、および一般に知られているように、ＭＯＳＦＥＴは固有ボディダイオードＤ２を有し、固有ボディダイオードＤ２はＭＯＳＦＥＴのドレイン領域とソース領域との間に接続されたボディ／ドレインｐ−ｎ接合に形成される。固有ボディダイオードＤ２は、二次側制御ユニット１３６の電力供給入力部１４６に電力を供給するために使用することができる。この目的のために、電力入力／出力端子１４２は、外部電力供給装置、例えば２４Ｖ（図に示されていない）に接続されなければならない。代替として、さらに、固有ボディダイオードＤ２に加えて、外部ダイオードが回路に加えられてもよい。

そのような外部電力供給装置は、二次側受電コネクタ１０４が一次側送電コネクタ１０２に接続されないか、または電力が一次側から供給されない状況で有用である。例えば、二次側制御ユニット１３６のファームウェアの更新などの保守手順のために、または非接触コネクタシステム１００の起動の間、これは有利な特徴である。

電力供給入力部１４６は、入力キャパシタＣ１に接続することができる。ダイオードＤ１は、キャパシタＣ１の放電を阻止するために設けることができる。

要約すれば、本発明により切替ユニットを設けると、電力の出力をソフトウェアによってオンおよびオフに切り替えることができるという利点がある。非接触コネクタシステムの電力は、ハードウェアを変更する必要なしにソフトウェアで制御することができる。二次側制御ユニット１３６は、出力部に送られる電力に関する情報を受け取る場合には、電力が高すぎる場合に出力部を切り替えることができる。さらに、出力部での短絡の場合には、二次側制御ユニット１３６は出力部をオフに切り替えることができる。

その上、受電コネクタ１０４が送電コネクタ１０２から電力を受け取らない場合には、外部電力供給装置を電力入力／出力端子１４２に接続することによって、二次側制御ユニット１３６は外部から電力が供給され得る。この場合、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴのボディダイオードＤ２は導電性であり、電力を二次側制御ユニット１３６に伝送する。外部電力供給装置を使用すると、受電コネクタが一次側から電力を受け取らない場合でさえデータリンクを維持することができる。

図６は、本発明による切替ユニット１４０のさらなる実施形態を示す。図４を参照しながら既に説明した構成要素に加えて、切替ユニットは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の電圧と電力入力／出力端子１４２の電圧との間の差を測定するように動作可能である測定セクションをさらに含むことができる。そのような測定は、例えば、短絡が出力部で生じているかどうかを判断するために使用することができる。

図６から見て分かるように、二次側制御ユニット１３６は、測定信号１４５を受け取るためのさらなる端子を含む。端子は、抵抗器Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、およびＲ７を含む抵抗器ネットワークに接続される。破線で示されているように、抵抗器Ｒ４は、電圧Ｖｉがモニタされるべきかまたは電圧Ｖｓがモニタされるべきかに応じて、ＭＯＳＦＥＴ１４８のソース端子ＳとＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力部との間のノード１４７に、または二次側制御ユニットへの電力供給１４６に接続することができる。

以下のシナリオを考慮しなければならない。最初に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０はオフに切り替えることができ、出力スイッチ１４８は開いている。この場合、およびＲ４がノード１４７に接続されている場合、電圧Ｖｉは０Ｖであり、電圧Ｖｏは０Ｖであり、その結果、電圧Ｖｍも０Ｖである。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０が正常に動作しており、２４ＶのＤＣ電圧を供給しており、出力スイッチ１４８が開いている場合、Ｖｉは２４Ｖに等しく、Ｖｏは０Ｖに等しい。それゆえに、負荷抵抗が合成抵抗Ｒ４＋Ｒ５の値よりも値において非常に低い場合は、１２Ｖの値がＶｍとして測定される。第３の場合は通常動作モードである。ＤＣ／ＤＣコンバータの１２０は正常に動作し、２４ＶのＤＣ電圧を供給し、出力スイッチ１４８は閉じている。その結果、Ｖｉは２４Ｖの値を有し、Ｖｏも２４Ｖの値を有する。その結果、Ｖｍも２４Ｖである。
最後に、出力端子１４２の接地への短絡の場合には、スイッチ１４８は閉じているが、ＶｉおよびＶｏは両方とも０Ｖである。したがって、測定される電圧Ｖｍも０Ｖである。それゆえに、接地への短絡は、トランジスタ１４８は導電性であるが、０Ｖ信号を検出することによって測定端子で検出することができる。

１００ 非接触コネクタシステム
１０１ 第１の端子
１０２ 送電コネクタ
１０３ 第２の端子
１０４ 受電コネクタ
１０６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０８ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１１０ 一次側共振回路
１１２ 送電コネクタの対合面
１１４ 受電コネクタの対合面
１１６ 二次側共振回路
１１８ 整流器回路
１２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２２ 一次側データ通信インタフェース
１２４ 一次側データトランシーバ要素
１２６ 一次側アンテナ要素
１２８ 二次側データトランシーバ要素
１３０ 二次側アンテナ要素
１３２ 二次側データ通信インタフェース
１３４ 一次側制御ユニット
１３６ 二次側制御ユニット
１３８ 制御信号
１４０ 切替ユニット
１４２ 電力入力／出力端子
１４４ 制御信号
１４５ 測定信号
１４６ 二次側制御ユニットへの電力供給
１４７ ＤＣ／ＤＣコンバータとＭＯＳＦＥＴのソースとの間のノード
１４８ ＭＯＳＦＥＴ
１５０ バイポーラトランジスタ
２００ 非接触コネクタシステム
２０２ 送電コネクタ
２０４ 受電コネクタ
２０６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０８ ＤＣ／ＡＣコンバータ
２１０ 一次側共振回路
２１２ 送電コネクタの対合面
２１４ 受電コネクタの対合面
２１６ 二次側共振回路
２１８ 整流器回路
２２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２２ 一次側データ通信インタフェース
２２４ 一次側トランシーバ要素
２２６ 一次側アンテナ要素
２２８ 二次側トランシーバ要素
２３０ 二次側アンテナ要素
２３２ 二次側データ通信インタフェース
２３４ 一次側制御ユニット

Claims (15)

1. 非接触コネクタシステム（１００）のための受電コネクタであって、前記受電コネクタ（１０４）は、送電コネクタ（１０２）と対合可能であり、
   前記送電コネクタ（１０２）の一次側誘導結合要素（Ｌｐ）に電磁的に結合されるときに電力を受け取るように動作可能である二次側誘導結合要素（Ｌｓ）と、
   前記受電コネクタ（１０４）に接続された二次側外部構成要素に前記受け取った電力を出力するための、または外部二次側電源から電力を受け取るための電力入力／出力端子（１４２）と
   前記送電コネクタ（１０２）と前記受電コネクタ（１０４）との対合状態において、一次側データトランシーバ要素（１２４）とともにデータリンクを形成するように動作可能である二次側データトランシーバ要素（１２８）と、
   前記二次側外部構成要素と通信するための前記二次側データトランシーバ要素（１２８）に接続された二次側データ通信インタフェース（１３２）と、
   前記二次側データ通信インタフェース（１３２）および前記二次側データトランシーバ要素（１２８）の動作を制御するための二次側制御ユニット（１３６）であり、電力が供給される電力供給端子（１４６）を有する、二次側制御ユニット（１３６）と、
   を含み、
   前記受電コネクタ（１０４）は、前記電力入力／出力端子（１４２）における前記電力出力を制御するために前記電力入力／出力端子（１４２）に接続される切替ユニット（１４０）をさらに含み、前記切替ユニット（１４０）は、前記二次側誘導結合要素（Ｌｓ）または前記電力入力／出力端子のいずれかに前記電力供給端子（１４６）を接続するようにさらに動作可能である、受電コネクタ。
2. 前記切替ユニット（１４０）は、ゲート端子（Ｇ）、ソース端子（Ｓ）、およびドレイン端子（Ｄ）を有する金属酸化物半導体電界効果トランジスタＭＯＳＦＥＴ（１４８）を含み、前記ＭＯＳＦＥＴ（１４８）は、前記二次側誘導結合要素（Ｌｓ）から前記電力入力／出力端子（１４２）への接続をドレイン−ソース導通チャネルを介して行うように動作可能であり、前記電力入力／出力端子（１４２）から前記二次側制御ユニットの前記電力供給端子への接続をドレイン−ソースボディダイオード（Ｄ２）を介して行うようにさらに動作可能である、請求項１に記載の受電コネクタ。
3. 前記ＭＯＳＦＥＴ（１４８）は、エンハンスメント型のｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴである、請求項２に記載の受電コネクタ。
4. ダイオード（Ｄ１）が、前記二次側制御ユニット（１３６）の前記電力供給端子と、前記切替ユニット（１４０）との間に配列され、前記ダイオード（Ｄ１）のカソード（Ｋ）が前記電力供給端子（１４６）に接続される、請求項１から３の一項に記載の受電コネクタ。
5. 前記二次側制御ユニット（１３６）は、制御信号を前記切替ユニット（１４０）の制御入力端子に供給するための制御出力端子（１４４）を有する、請求項１から４の一項に記載の受電コネクタ。
6. 前記ＭＯＳＦＥＴ（１４８）のゲート端子（Ｇ）は駆動回路に接続され、前記駆動回路は前記二次側制御ユニット（１３６）によって制御される、請求項２および５に記載の受電コネクタ。
7. 前記駆動回路は、好適な制御電圧を前記ＭＯＳＦＥＴの前記ゲート端子に供給するためのレベルシフティング要素を含む、請求項６に記載の受電コネクタ。
8. 送電コネクタ（１０２）であり、
   入力電力を供給する電源に接続可能な電力入力端子に接続される一次側誘導結合要素（Ｌｐ）と、
   前記入力電力から前記第１の誘導結合要素（Ｌｐ）における磁場を生成するための共振回路と、
   データリンクが前記送コネクタと前記受コネクタとの間に形成されるようにデータを送信し受信するための一次側データトランシーバ要素（１２４）と、
   前記送電コネクタ（１０２）に接続された第１の外部構成要素と通信するために前記一次側データトランシーバ要素（１２４）に接続された一次側データ通信インタフェース（１２２）と、
   前記共振回路、前記一次側データ通信インタフェース（１２２）、および前記第１のデータトランシーバ要素（１２４）の動作を制御するための一次側制御ユニット（１３４）と、
   を有する送電コネクタ（１０２）と、
   先行する請求項の一項に記載の受電コネクタ（１０４）と
   を含む非接触コネクタシステム。
9. 前記一次側データトランシーバ要素（１２４）は一次側アンテナ要素（１２６）を含み、前記二次側データトランシーバ要素（１２８）は二次側アンテナ要素（１３０）を含み、前記コネクタシステム（１００）の対合状態における前記アンテナ要素は高周波通信を可能にするように動作可能である、請求項８に記載の非接触コネクタシステム。
10. 送電コネクタと受電コネクタとの間で電力を誘導的に伝送するための非接触コネクタシステムを制御する方法であって、前記方法は、第１の運用モードにおいて、
    共振回路により入力電力を変換することによって第１の誘導結合要素（Ｌｐ）における磁場を生成するステップと、
    前記一次側誘導結合要素に電磁的に結合されるときに二次側誘導結合要素を動作させて電力を受け取るステップと、
    前記送電コネクタと前記受電コネクタとの間にデータリンクを確立するステップと
    を含み、
    前記方法は、第２の運用モードにおいて、
    切替ユニットを制御して、二次側制御ユニットの電力供給端子を前記二次側誘導結合要素（Ｌｓ）から切断し、外部二次側電源に接続可能な電力入力／出力端子に前記電力供給端子を接続するステップ
    をさらに含む、方法。
11. 前記切替ユニットが、前記二次側制御ユニットによって生成された制御信号によって制御される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記切替ユニットがＭＯＳＦＥＴを含み、前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース接合が、前記第１の運用モードの間は導電性であり、前記第２の運用モードの間は非導電性であり、前記二次側制御ユニットの前記電力供給端子は、前記電力入力／出力端子に前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソースボディダイオードを介して接続される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記第１の運用モードは、前記二次側制御ユニットが、前記一次側誘導結合要素に電磁的に結合されるときに前記二次側誘導結合要素によって受け取られた電力が供給される通常動作モードであり、前記第２の運用モードは、前記二次側誘導結合要素が前記一次側誘導結合要素に結合されていない保守モードである、請求項１０から１２の一項に記載の方法。
14. 前記保守モードの間、外部二次側ＤＣ電源が、前記電力入力／出力端子に接続され、診断および／またはプログラミングデータが、前記受電コネクタの二次側データインタフェースを介して外部コントローラに／外部コントローラから送信される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記二次側制御ユニットは、前記一次側から伝送された電力レベルを表す情報を前記データリンクを介して受信し、前記二次側制御ユニットは、前記電力レベルが所定の閾値を超えている場合には、前記切替ユニットを非導電性となるように制御し、その結果、電力が前記電力入力／出力端子に出力されない、請求項１０から１４の一項に記載の方法。

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