RU2170481C1

RU2170481C1 - Sealed contactless connector

Info

Publication number: RU2170481C1
Application number: RU2000120995A
Authority: RU
Inventors: В.В. Леонтьев; С.В. Леонтьев; А.И. Головешкин; И.В. Гречушкин; А.П. Ковалев; И.А. Машкин; А.И. Машкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИТРОН"
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-07-10

Abstract

FIELD: transmission of electrical energy and data signals in the form of electromagnetic waves of various frequencies. SUBSTANCE: connector has two sealed separable parts each incorporating shroud made of radio-transparent material, multilayer printed-circuit board, planar multilayer coils, shield, cable, and stuffing arrangement. Shroud has bottom and cover with bottom-to-cover joint sealed over perimeter. EFFECT: improved reliability, enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, радиоэлектроники, вычислительной техники, телефонной связи и может быть использовано при бесконтактном способе передачи электроэнергии и информационных сигналов в виде электромагнитных волн различной частоты, при разработке вычислительных систем, систем управления, систем контроля и сбора информации, систем телекоммуникаций и связи. The invention relates to the field of electrical engineering, electronics, computer engineering, telephone communications and can be used with a non-contact method of transmitting electricity and information signals in the form of electromagnetic waves of various frequencies, in the development of computer systems, control systems, monitoring and data collection systems, telecommunication and communication systems .

Известны электроразъемы, функционирование которых основано на контактном (гальваническом) способе передачи электрической энергии. Known electrical connectors, the operation of which is based on a contact (galvanic) method of transmitting electrical energy.

(Электрические соединители: Справочник - М.: Радио и связь, 1988 г. - 271 стр.). (Electrical Connectors: Handbook - M.: Radio and Communications, 1988 - 271 pages).

Качество функционирования данных электроразъемов зависит от механической плотности соединения, материала (покрытия) контактов разъемных частей и от наличия воздействий неблагоприятных факторов внешней среды (температуры, влажности, вибраций, пыли), которые снижают надежность электрического перехода. Область их применения ограничивает опасность появления коротких замыканий и искрения, особенно во влажных, пожаро- и взрывоопасных средах. The quality of functioning of these electrical connectors depends on the mechanical density of the connection, the material (coating) of the contacts of the plug parts and on the presence of adverse environmental factors (temperature, humidity, vibration, dust), which reduce the reliability of the electrical transition. The scope of their application limits the risk of short circuits and arcing, especially in wet, fire and explosive atmospheres.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому электроразъему является герметичный бесконтактный электроразъем, включающий составной трансформатор, корпус которого выполнен в виде двух броневых сердечников, имеющих полости, предназначенные для размещения обмоток, при этом полости заполнены наполнителем, закрепляющим обмотки в сердечниках, а корпуса являются магнитопроводом. The closest technical solution to the proposed electrical connector is a sealed non-contact electrical connector, including a composite transformer, the housing of which is made in the form of two armored cores having cavities designed to accommodate the windings, while the cavities are filled with filler securing the windings in the cores, and the cases are a magnetic core.

(а.с. SU, 1832353 A1, кл. H 01 R 13/00, 03.09.73 г., 07.08.93 г., Бюл. N 29). (A.S. SU, 1832353 A1, class H 01 R 13/00, 09/03/73, 08/07/93, Bull. N 29).

Данный электроразъем, обладая определенной защитой от внешних неблагоприятных воздействий, имеет низкую надежность, определяемую невысокой герметичностью корпуса при длительных сроках эксплуатации в условиях воздействия влаги, из-за неоднородности корпуса на границе магнитопровод - наполнитель. Отсутствие в этом электроразъеме возможности одновременной передачи напряжения электропитания и информационных сигналов ограничивает его функциональные возможности и сужает область его применения. This electrical connector, having certain protection against external adverse influences, has low reliability, determined by the low tightness of the housing during long periods of use under moisture, due to the heterogeneity of the housing at the magnetic circuit - filler interface. The lack of the possibility of simultaneous transmission of the supply voltage and information signals in this electrical connector limits its functionality and narrows its scope.

Целью изобретения является повышение надежности электроразъема, расширение его функциональных возможностей и области применения. The aim of the invention is to increase the reliability of the electrical connector, expanding its functionality and scope.

Данная цель достигается тем, что каждая из частей бесконтактного герметичного электроразъема, выполненного в виде герметичных разъемных частей, каждая из которых содержит корпус, приемо-передающие элементы, кабель и гермоввод, снабжена многослойной печатной платой с экраном, которая размещена в корпусе, при этом приемо-передающие элементы выполнены в виде плоских многослойных катушек и установлены на печатной плате со стороны сочленения напротив экрана, а корпус имеет дно и крышку, которые герметично соединены по периметру и выполнены из однородного радиопрозрачного для электромагнитных волн материала, для установки гермоввода в стенке корпуса выполнено сквозное отверстие. This goal is achieved by the fact that each of the parts of the contactless sealed electrical connector, made in the form of sealed detachable parts, each of which contains a housing, transceiver elements, cable and pressure seal, is equipped with a multilayer printed circuit board with a screen, which is placed in the housing, while receiving - transmitting elements are made in the form of flat multilayer coils and are mounted on a printed circuit board from the joint side opposite the screen, and the case has a bottom and a cover that are hermetically connected around the perimeter and made from a homogeneous material translucent for electromagnetic waves, a through hole is made for installing a pressure seal in the housing wall.

На чертеже изображен герметичный бесконтактный электроразъем, общий вид, разрез. The drawing shows a sealed contactless electrical connector, General view, section.

Электроразъем выполнен в виде герметичных разъемных частей, каждая из которых содержит корпус 1, внутри которого размещена многослойная печатная плата 2, на которой установлены плоские многослойные катушки 3 и экран 4, обеспечивающие передачу электропитания и информационных сигналов в виде электромагнитных волн различной частоты, кабель 5, который электрически соединен с плоскими катушками 3 и экраном 4, гермоввод 6, в котором установлен кабель 5, при этом корпус 1 имеет дно 7 и крышку 8, которые герметично соединены по периметру, например, сварным швом и выполнены из радиопрозрачного для электромагнитных волн материала, например металла, керамики, стекла, а плоские катушки 3 установлены на печатной плате 2 со стороны сочленения напротив экрана 4, для установки гермоввода 6 в стенке корпуса 1 выполнено сквозное отверстие 9. The electrical connector is made in the form of sealed detachable parts, each of which contains a housing 1, inside which there is a multilayer printed circuit board 2, on which flat multilayer coils 3 and a shield 4 are installed, providing power and information signals in the form of electromagnetic waves of different frequencies, cable 5, which is electrically connected to the flat coils 3 and the screen 4, a pressure seal 6 in which the cable 5 is installed, while the housing 1 has a bottom 7 and a cover 8, which are hermetically connected around the perimeter, for example, a pipe nym seam and made of radiotransparent material for electromagnetic waves, such as metal, ceramics, glass, and the flat coil 3 mounted on the circuit board 2 on the side opposite the articulation of the screen 4, for installation in a wall leadthrough 6 the body 1 has a through opening 9.

Экран 4 предназначен для формирования направленного потока электромагнитной энергии на катушки 3 и может быть выполнен из магнитомягкого прецизионного сплава с нулевой магнитострикцией, максимальной магнитной проницаемостью и максимальным удельным сопротивлением. The screen 4 is designed to form a directed flow of electromagnetic energy to the coils 3 and can be made of a magnetically soft precision alloy with zero magnetostriction, maximum magnetic permeability and maximum resistivity.

Параметры материала корпуса 1, экрана 4, среды 2 (j - проводимость, E - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, μ - абсолютная магнитная проницаемость, б - толщина), величина зазора d, параметры катушек 3 и частот, на которых происходит передача электропитания и информационных сигналов, подбираются таким образом, чтобы дисперсия (зависимость скорости распространения волн от частоты) была оптимальной для данных материалов, по критерию максимального КПД передачи энергии (минимальных потерь энергии при прохождении электромагнитных волн через материал корпуса). Тем самым обеспечивается радиопрозрачность материала корпуса 1 для электромагнитных волн. The parameters of the housing material 1, screen 4, medium 2 (j is the conductivity, E is the absolute dielectric constant of the medium, μ is the absolute magnetic permeability, b is the thickness), the gap value d, the parameters of the coils 3 and the frequencies at which the power and information transmission signals are selected so that the dispersion (the dependence of the wave propagation velocity on the frequency) is optimal for these materials, according to the criterion of the maximum energy transfer efficiency (minimum energy loss during the passage of electromagnetic waves h Res housing material). This ensures the radio transparency of the material of the housing 1 for electromagnetic waves.

Работа электроразъема заключается в следующем. The operation of the electrical connector is as follows.

Стыковка электроразъема осуществляется путем соединения корпусов 1 разъемных частей по плоскости разъема 10. Расстояние d между корпусами 1 равно d = 0 + Δ, где Δ зависит от мощности и частоты сигнала, от материала корпуса и экрана. При этом электрические сигналы переменного тока катушки 3 первой части разъема трансформируются в катушки 3 второй части разъема за счет электромагнитной связи между ними. The electrical connector is docked by connecting the housings 1 of the detachable parts along the plane of the connector 10. The distance d between the housings 1 is d = 0 + Δ, where Δ depends on the power and frequency of the signal, on the material of the housing and the screen. In this case, the electrical AC signals of the coil 3 of the first part of the connector are transformed into coils 3 of the second part of the connector due to electromagnetic coupling between them.

Высокий КПД передачи электропитания и информационных сигналов в заданном диапазоне частот обеспечивается наличием экранов 4 и материалом корпуса 1, конструкционной структурой материала корпусов 1 и параметрами катушек. High efficiency of transmission of power and information signals in a given frequency range is ensured by the presence of screens 4 and the material of the housing 1, the structural structure of the material of the buildings 1 and the parameters of the coils.

Введение новых отличительных признаков в бесконтактный герметичный электроразъем позволяет обеспечить:
1. Одновременную передачу электропитания и информационных сигналов в широком диапазоне частот за счет применения плоских многослойных катушек, экранов и радиопрозрачного корпуса для электромагнитных волн в заданном диапазоне частот.The introduction of new distinctive features in a non-contact tight electrical connector allows you to provide:
1. Simultaneous transmission of power and information signals in a wide frequency range due to the use of flat multilayer coils, screens and a radio-transparent housing for electromagnetic waves in a given frequency range.

2. Практически полную герметичность, исключающую возможность воздействия неблагоприятных факторов внешней среды в течение длительного срока эксплуатации, за счет применения однородного герметичного корпуса. 2. Almost complete tightness, eliminating the possibility of exposure to adverse environmental factors over a long period of operation, through the use of a homogeneous sealed enclosure.

Применение предлагаемого бесконтактного герметичного электроразъема наиболее перспективно для автоматических систем управления, контроля, сбора и обработки информации, систем телекоммуникаций, систем телефонной связи и телефонных аппаратов (в том числе мобильных), систем цифровой широкополосной связи, систем охраны, сигнализации, мониторинга окружающей среды, сверхраннего обнаружения пожароопасной обстановки, где его использование позволяет существенно повысить надежность и долговечность их эксплуатации, расширить функциональные возможности и области их применения. The use of the proposed non-contact tight electrical connector is most promising for automatic control systems, control, collection and processing of information, telecommunications systems, telephone systems and telephone sets (including mobile ones), digital broadband systems, security systems, alarm systems, environmental monitoring, early monitoring detection of a fire hazardous situation, where its use can significantly increase the reliability and durability of their operation, expand the functional opportunities and areas of their application.

Claims

Contactless sealed electrical connector made in the form of sealed detachable parts, each of which contains a housing, transceiver elements, cable and pressure seal, characterized in that each of the connector parts is equipped with a multilayer printed circuit board with a screen, which is located in the housing, while the transceiver elements are made in in the form of flat multilayer coils and are mounted on a printed circuit board from the joint side opposite the screen, and the case has a bottom and a cover that are hermetically connected around the perimeter and made of single one radio-transparent material for electromagnetic waves, a through hole is made for installing a pressure seal in the housing wall.