CN1781168A - 为负载供给能量的装置及相关*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及为负载供给能量的装置,包括电源单元(102),如具有接收市电频率电流的输入的开关模式电子变压器或电子镇流器,和用于提升所述市电频率到更高频率如30-50KHz并在更高频率传送能量的输出的装置。两部分连接器(108)具有第一磁心部分(106)和耦合第二磁心部分(112),该第一磁心部分具有连接到电源单元的输出的初级绕组(104),该第二磁心部分具有用于传递能量给负载(114)的次级绕组(110),所述磁心部分是高阻抗材料,如电阻率至少是104Ωcm的铁氧体。该装置可用于如供电低压卤素灯或其它白炽灯、荧光灯或电动机,计算机、收音机、电视机或类似电子设备的电源,加热器或类似装置。

Description

为负载供给能量的装置及相关***
发明的领域
本发明涉及为负载供给能量的装置及相关***。尤其是本发明涉及电能传输装置,包括两部分感应连接器,作为为电子仪器传递能量的装置,这些电子仪器例如是,照明设备、计算机、诸如电池充电器和打印机的***设备、诸如影印机和饮水机的办公设备。该装置和相关***也可用于建筑物内的电路中,如房屋、公寓、办公室、学校和大学、商业建筑等类似建筑物,也可以是户外灯笼和花园照明。
本发明包含两部分感应连接器,从单个初级连接器向一个或多个次级连接器耦合能量,而该次级连接器或每个次级连接器与一个或多个电子仪器如灯电连接。可选地是电子设备或仪器具有内置辅助设备,用来直接与初级连接器感应耦合。
本发明尤其,但不局限于,适用于低压照明(电压<50V)或荧光照明,虽然电源中使用的负载与照明不同,但电路也可以构想,这种负载例如电动机,收音机、电视或类似电子设备的电源,加热器或类似设备。
背景技术
建筑电源主要使用导线,构成与负载终端直接的金属到金属接触。这包括各种类型的插头和插座连接器。在英国,导线规格由BS 7671“电气安装要求”和IEC出版物364“建筑物的电气安装”规定。电源典型地分为具有不同电流的不同电路:从服务灯线盒和灯具夹持体的照明电路的6安培到通过插座接口(根据BS1363通常是3销插头)为仪器提供的13安培,以及直到炊具或电淋浴设备的40安培。电源插座由例如MK Electric公司提供,该公司为世界范围内的应用提供各种电源插头、插座和连接器。
近来,低压照明投入使用,例如,基于通过变压器工作于12V的钨卤素灯的槽式向下灯,和类似地表面安装聚光灯和轨道或基于导线的照明***。这些照明设备仍要求将负载终端直接电连接到电源。
GB-A-0392052(Siements)公开了一种两部分感应磁连接器,用于被甲烷或其他泄漏气体污染的大气的地点。使用带有电源和负载部分的机壳感应地影响从市电电源到负载的传输,电源和负载各自包围由初级绕组(电源)或次级绕组(负载)缠绕的环形磁心的一半。机壳的各部分如何装配在一起没有详细说明,但从附图中可以明显看出,负载部分的内表面形成有凹槽,用来按压配合入电源部分的外开槽。当去掉负载时,保持器(keeper)跨越电源半磁心的铁芯两端固定以避免过电流流过初级绕组,否则会造成过热或烧毁。GB-A-1366134是关于危险大气中的照明配件,并公开了一种类似的两部分连接器,其中初级绕组连接在L-C电路中,当欠载调谐到电源的频率(如1KHz)时,而在分离两部分变成失调。在一个例子中,磁心部分面对面接触,而在另一个例子中负载部分同轴地装入该磁心部分。US-A-3995209是类似的并且与通信***中使用的连接器相关。US-A-4303902也大致类似,但是公开了使用铁氧体磁心和例如100KHz的传输频率,而未公开负载设备的能量传输,该负载设备相对于例如在该频率的通信目的的电信号,并且缺少能量供给的细节。它描述的感应耦合器意图用于周围介质指示不宜暴露的金属与金属接触,如为避免***性气体中的火花的情况,用于海滨产业或水下作业等,也可参见涉及水底应用的耦合器的GB-A02020116和公开用于水底电源或电源线的耦合器的US-A-4538863。
发明内容
本发明基于这样的实现,随着现代电子高频能量供给的发展,使用两部分感应耦合对负载提供能量传输成为可行,假定耦合设备的磁心材料是电阻性的以避免涡电流和低磁阻,并且是低损耗的以避免在使用频率过热,以及在使用的较高频率无负载状态下的过流问题并不严重,其中第一半磁心上的初级绕组提供电抗,而能量供给装置具有内置的过流和/或负载短路保护。尤其是,高频能量供给装置和带有低磁阻材料的磁心的两部分耦合的组合被认为是新颖的。构想的频率高于23kHz扩展到典型地10MHz的频率。优选地目前设想的范围是25-100KHz之间,更好地是在25-60KHz之间。使用所谓的准模式电源供给装置允许从相对低频率到高频率的高效频率变换。
本发明的一方面提供给负载供给能量的装置,包括:
电源单元,具有用于接收市电频率电流的输入,用于提升所述频率到更高频率的装置和在该更高频率传送能量的输出;以及两部分感应连接器,具有第一磁心部分和耦合第二磁心部分,该第一磁心部分具有连接到该电源单元的输出的初级绕组,该第二磁心部分具有用于传递能量给负载的次级绕组,所述磁心部分由高阻抗材料构成。
其中“市电”(mains supply)与标准的的本地分布式电源相关,典型为50-60Hz,虽然可能更高或更低。
本发明也提供用于上述装置中的两部分感应连接器或其初级或次级部分。上述两部分连接器理想地带有可相互啮合的构造以建立两部分之间的机械的以及感应的连接,而优选地用于以相对姿态保持所述两部分,使得所述初级和次级部分的极片重合以提高有效感应耦合。
优选地连接器的初级和次级部分由夹子或其他弹性装置夹持在一起,该夹子或弹性装置具有最小气隙或带有塑料的或其他电绝缘材料的分离薄膜。两部分感应连接器的两部分可以包括插销和插孔,可拆卸地按压在一起来耦合连接器的两部分。
可选地,连接器的部分可以包括夹子和凹槽,可拆卸挤压在一起以便耦合其第一和第二部分。进一步可选地,它们可以包括卡口构造和凹槽,可拆卸地拧合在一起来耦合连接器的部分。
如前所说明的,构想各种形式的机械连接以保确实地保持耦合的两部分在一起。
期望地,磁心材料是低损耗铁氧体,以避免涡电流和低磁阻损耗,并且在传输能量的频率不会变得过热以优化***。
根据另一方面,本发明提供一种电子负载,在其近区有两部分感应连接器的半磁心和在该半磁心上的次级绕组为负载供能。一种特定类型的负载是白炽灯或荧光灯管,在其基座上有前述的感应连接器的半磁心和次级绕组,用于为灯或灯管提供接收的能量。
本发明进一步提供在高频AC能源和负载之间的耦合链路,高频AC能源连接到感应耦合器的初级绕组,该负载连接到同一感应耦合器的次级绕组的。应该清楚,根据这个实施例,作为***的操作,提供起着变压器功能的耦合器,它可分为第一和第二部分,允许能量在电子供给应用的能源和任何合适类型的负载之间传输。
由于该***不产生任何电压或电流,因此在广泛的环境上是内在安全的。本发明的一个主要应用是在照明领域,但是其他应用,如电源电路,包括:计算、电信、航空、海运、工业和家庭应用也在本发明的范围内。还应清楚,由于本发明使用能量的感应耦合,它可应用到不安全的环境,诸如在气体或石油运输工具(gas or oil rigs),在炼油或其他石化工厂,水底或采矿或其他有***危险的地下环境。
附图简要说明
现在参考附图仅通过举例的方式描述本发明优选的实施例和它如何实施:
图1显示通过高频供给单元和两部分感应耦合器驱动负载的市电电源的基本配置;
图2a是适用于低压照明使用的高频耦合器的图;
图2b是输出波形的图;
图2c是该单元的方框图;
图2d是该单元更详细的电路图;
图3a是电子镇流单元的方框图;
图3b是图3a中的该单元的输出波形的图;
图4是两部分感应耦合的详细视图;
图5是用于与低压灯一起使用的感应耦合***的配置方框图;
图6a是驱动放电管的配置的方框图;
图6b是驱动图6a所示的放电管的配置的更详细电路图;
图7a是驱动发光二极管(LED)灯的配置的方框图;
图7b和图7c显示可能的输出波形;
图8是导线环路***的方框图;
图9是用作向下照明的低压灯的方框图;
图10是使用两个感应耦合器和连接电缆的***的方框图;
图11是照明***方框图,其中灯是由单个相关的电源单元供电;
图12是从单个电源单元串联驱动的灯的方框图;
图13是从单个电源单元并行驱动的灯的方框图;
图14a是基于LED的向下照明和连接器的例子的分解图;
图14b是该连接器一部分的分解图;
图14c是该灯一部分的示意图;
图14d是该灯和半磁心的细节;
图14e是前述元件可装入的向下照明类型的盒体的示意图;
图15是荧光灯、灯线盒或接线盒和初级侧半磁心的分解图;
图16a和图16b是装配入图15的灯具单元的电源单元的下表面和上表面的透视图;
图16c示意地显示用于三芯电缆的线圈;
图17a和图17b是为负载传输能量的插头的上部和下部的透视图;
图17c显示耦合到互补的插座中的插头;
图17d是插头优选实施例的分解图;
图18a是电源的透视图,该电源带有集成的初级感应耦合器,用来接收多个并行配置的次级感应耦合器;
图18b是显示潜在产品范围的图,这些产品可与该感应耦合器配合工作,包括一系列版本和智能可编码的感应耦合器;
图19显示两部分感应耦合器,其中各部分配合装在一起;
图20显示具有两部分连接器的一部分的荧光灯和装入其近端的相关的驱动电路;
图21显示一对荧光灯和具有驱动荧光灯的点的槽板;
图22显示作为两线***一部分的插头,包括由初级感应耦合器利用绝缘替换类型设备简化的大直径两芯供给电缆;
图22a显示接收图22所示的插头的插座,次级感应耦合器适配连接到图22所示的初级感应耦合器;
图22b显示市电电源的示意图,该电源接入高频(HF)发生器为由并联的初级感应耦合器简化的大直径两芯输出电缆供电;
图22c显示所使用的大直径3芯电缆的截面,要求集成的“接地”端并适合用于提供“接地”连续性的绝缘替换连接器(IDC)***中;和
图23显示允许多个初级和或次级连接的多面向感应耦合***的示意图。
优选实施例详细叙述
在图1中,显示根据本发明的一种供电装置的基本配置,例如110或240V和50-60Hz的市电AC电源100向高频AC至AC电源单元102提供能量,而高频AC至AC电源单元102向在分开的变压器108的半磁心106上的初级绕组104供电。在半磁心112上的次级绕组110连接到负载114上。可以从上述电源接收能量的负载的例子包括低压卤素灯、其他白炽灯、荧光灯、电扇、电动机、检测器、计算机、工业、家用设备或如用于建筑物或部分建筑物或户外照明使用的电源分布电路。通过耦合两部分建立接触,并且可通过分开两部分而断开。如箭头116所示,两部分可相对移动。
图2a示意地显示一种高频低压电源,其中来自电源200的电能也是以110或240V和50-60Hz供给高频低压AC至AC电源单元202,并在204产生额定11V的AC波形。如在图2b中看到的,该波形例如可以具有额定11.7伏的均方根值并可包括频率为23-100KHz,最好是23-60KHz的AC波形,它调制例如频率为100Hz(50Hz输入)或120Hz(60Hz输入)的低频包络,这种能量供给装置例如适用于白炽灯照明。低压卤素灯具有亮度和长寿命的优点,并且通常额定范围为5到50W,在12V吸收0.4A-4A。它们可以以封壳或分色的形式提供,并可以作为安装在绳子或轨道上的聚光灯,或镶嵌到或在天花板内的向下照射。
图2c显示一种切换模式电源供给装置的基本组成元件。来自电源200的能量通过电源单元202,该电源单元202具有电源滤波器级203,用于抑制从市电电源到单元202和从单元202回到市电电源的电源干扰。滤波的市电电流通过二极管桥式整流器205,依据电源频率的不同,100Hz或120Hz的整流输出通过调制器207,调制器207调制该包络产生频率为23-100K的AC,优选地是23-60KHz,最优选地是大约30-50KHz以给出图2b的波形。调制的信号通过输出级209,在204输出级209向半变压器213的初级绕组211供给12或24V高频调制的100或120HzAC输出。半变压器213与具有次级绕组215的半变压器217耦合,次级绕组215为白炽灯219提供能量。
图2d显示一种实用的能量供给电路的简化电路。AC电压提供给具有电源滤波器的全桥路整流器D1-D4,其中电源滤波器由电容器C1-C3和铁氧体扼流圈HFC提供。滤波的市电电流提供使用半桥路电路调制的包络波形,该半桥路电路由交替导通的三级管Q1、Q2和电容器C5、C6提供。输出变压器T2的初级跨接在半桥路电路,而L-C自震荡电路由与T2的初级串连的反馈变压器T1的初级T1c提供。相反方向的次级绕组T1b、T1a通过电阻R1、R2和切换电容器C7、C8对三级管Q1、Q2的基极提供激励。具有反向电压的齐纳二极管D5、D6为三级管Ql、Q2的基极提供保护,二极管D7和D8为三级管Q1、Q2提供避免反向电流的保护。
由网络R3、C9定时并由双向击穿二极管(DIAC)控制的启动电路连接到三级管Q2的基极。T2的次级绕组为灯219提供需要的电压减少并安排通过照明槽板或类似装置为驱动单个灯219提供大约60W的输出功率,或为驱动多个灯提供200W的输出功率。为避免过电流负载,例如,如果灯219变成开路,在电阻R4(它测量三级管Q1、Q2吸收的电流)两端的电压降的预定的增加通过电阻R5、R6向三级管Q3的基极提供一个启动信号,而该三级管Q3通常由电阻R7偏置关闭。如果开路的Q3转换为导通(ON),使得电容器C9短路并且半桥路震荡停止。恢复时间是由连接到三级管Q3的基极电路的R5、C10的时间常数决定的。除了这种电子切换电流过载保护设备外,还可以提供通过切断(未显示)监视例如输出变压器T2或它的绕组或三级管Q1或Q2的温度提供的热保护。
应当清楚,上面叙述的所有电路均包含在单元202中,相信它代表了基于离散元件和双级三级管的市场上的设备。
切换模式电源供给装置在专利文献中广泛地叙述,这些参考文献中叙述的技术可应用在本发明中。可提供恒定电压或恒定电流输出的电路在US-A-3538518(Allington,Instrument Specialities Company)中公开,并且例如在US-A-4453205(Voight)和US-A-4945465(Marinus,Philips)中公开了切换模式电源供给装置的进一步的设计。过电流控制和/或过负载保护例如在US-A-4713740(Drabing,SMSA dvanced Power),US-A-4916569(Onopka,Zenith Electronics),US-A-4858094(Barlage,Allied-Signal),US-A-5633787(Song,Samsung),US-A-6434023(Preller,Infineon Technologies),US-A-2001/0009517(Preller),US-A-2001/0019469(Koh,Thomson Multimedia),和US-A-2002/0105767(Schuellein,Semiconductor Components)中讨论了。后面的描述详细地概述过电流保护方案,包括:
(a)一个脉冲一个脉冲方案:当检测的电流幅度超过门限电流幅度时,箝位该电源供给装置输出电流的峰值,并且通过减少电源切换设备的负载周期禁止电源供给装置输出;
(b)呃逆(hiccup)电流限制方案:一旦检测到过电流状态,就终止电源供给装置操作并在预定时间周期后尝试重新启动;
(c)返送(foldback)电流限制方案:使电源供给装置最大电流限制随电源供给装置输出电压递减,这样如果供给装置输出电压由于过负载或短路而递减时,最大电流限制也递减,使得输出电流减少到安全水平;和
(d)闩闭保护方案:该方案中,在过电流状态下电源供给装置完全关闭,而正常操作只有通过循环该输入电压(通/断)或触发使能(ENABLE)输入来恢复。如前所述,通常还提供抑制过温度的热保护。当然,上述方案可以应用在本发明的电源单元中。US-A-6208086(Nerone,General ElectricCompany)公开了一种驱动12V卤素灯的高频低成本电源供给装置。
在英国,当前可获得的用于低压卤素灯的电子变压器例如包括Leax LT60(20-60瓦)和PD 250(100-250瓦),参见Http://www.leax.co.uk/PDF/electronic%20transformers.pdf。适用的高频电源供给装置也可从下述单位获得:Arlen-EFA of Slough,UK(参见他们的TRX-105LV变压器,具有20-105瓦的负载范围,短路保护和过载保护),Tridonic Limited,Basingstoke,UK(TE绝缘变压器也提供20-105瓦,具有过载、过热和短路保护,和在30-40KHz操作灯;还有高频镇流器、LED电源供给和放电驱动器),Osram(105 VA 12V变压器,还有高频镇流器、LED电源供给和放电驱动器)以及来自Black Box的产品(LV变压器)、Mode的产品(LV变压器)、UniversalLight & Power的产品(LV变压器)、Multiload的产品(Voltmaster LV变压器)、Huco的产品(LV变压器)、Philips的产品(高频镇流器、LED电源供给和放电驱动器)、Magnatech的产品(高频镇流器)、Helvar的产品(高频镇流器、放电驱动器)、Transfiltala的产品(LV变压器)和Kaoyi(JP)的产品。
再参考图2d,两部分变压器T3的磁心优选地是基于软氧化金属陶瓷或软铁氧体。铁氧体材料可以分为三组:
(a)锰-锌铁氧体(Mn,Zn)O.Fe2O3,该组指定为H材料,具有101-103Ωcm阻抗并且较不优选;
(b)镍-锌铁氧体(Ni,Zn)O.Fe2O3,该组指定为N材料并可能具有大于103Ωcm的特定阻抗,典型地是104-107Ωcm,和例如104-105Ωcm;
(c)镁-锌铁氧体(Mg,Mn,Zn)O.Fe2O3,该组指定为HR材料。铁氧体也可能含有少量钴、钛、钙、硅等以获得特定需要的特性。该铁氧体可以是锰-锌铁氧体,但考虑到更大的固有阻抗和低磁心成本,优选镍-锌铁氧体,适合的等级为N27和N67。
对于荧光灯,使用高频AC-AC电源。图3a显示的电能供给装置是类似的,具有市电电源300,供给单元302和输出304,但在本例中,该输出具有23-100KHz频率的240V均方根电压,并具有如100Hz的波动频率。过去,传统的荧光灯照明***从使用串联轭流圈作为整流装置电源进行操作,用于产生足够的电压来操作灯具和荧光灯启动器启动灯具并在它启动后限制灯具的电流。虽然这样的***是低成本的,但经受轭流圈内可听见的峰鸣、能量损耗,点火延迟和闪烁的缺点。使用电子镇流器为灯具供能涉及将AC电源电压整流为DC电压,然后转换为高频AC电压来驱动灯具。
电子整流器工作在典型的20-60kHz频率,更高的工作频率大约改善10%效率,因为发光体激励的增加消除了闪烁、改善了点火速度和延长了灯具的寿命。电子镇流器比磁性轭流圈消耗更少的能量并使用切换模式技术,在相同的照明输出大约可节省25%的能量并且减少驱动电子电路的尺寸。来自电子整流器的高频AC也可以和上述的切换模式技术及基于铁氧体半磁心的两部分耦合变压器一同使用。用于荧光灯的切换模式电源供给装置例如在下述文献中公开,US-A-5065074(Hesketh,Coolite),US-A-5359274(Bandel,Philips),US-A-5796597(Fitzgerald,Thomson),US-A-6100647(Giannopoulos,Philips)。
图4是分开的变压器的细节,具有NT圈的供给侧或插座绕组104和具有MT圈的输出或插头侧绕组。为提升电压,NT/MT>1,而用于降低电压时,NT/MT<1。因此在图5的例子中,元件500-512对应于前述的元件,MT比如是四圈,NT也是四圈以便给低压灯514传送12V均方根输出,和NT是8圈以便传送24V给该低压灯。在图6a的例子中,元件600-612对应于前述的元件,MT比如是91圈,NT也是91圈以便给灯电路传递输出均方根。次级绕组610的一侧与镇流电感器614相连,再串连荧光灯616的一个电极,并通过串联电容器617、618和桥接可变电阻620(620:Rv=正相温度系数PTC)串连到荧光灯616的另一个电极,而该另一个电极又连接到次级绕组610的另一侧。
图6b显示更详细的电路,类似于图2b,除了电解电容器C11连接在整流器的一侧和负轨道之间,输出变压器T2被删除和两部分变压器的初级跨接在与反馈线圈T1c串联的半桥路。
在图7a的另外例子中,元件700-712对应于前述的元件,而绕组710跨接高频二极管D1-D4上,连接作为桥式整流器714,通过串联电阻716和任选的HF电容器720为发光二极管LED 718提供DC能量。供给单元702的输出可以是如图7b中的高频调制的DC,或如图7c中的高频DC。
图8和9显示导线环路***。在图8中,部件800-814是如前描述的,而初级绕组804是在单个导线环路803的任意位置。可建立从电源供给装置802到负载814的能量传输而不需要切断任何导线或在绕组804上***绝缘层,故可以重新定位而不会给电缆造成任何破坏。
在图9中,导线环路903和本连接器的插座部分904、906构成装入建筑物的照明线路的一部分。插头部分910和912构成装入建筑物的天花板的灯固定916的一部分,该灯固定916具有常规的插座918,用来常规的低压白炽灯920,该白炽灯920提供在这个例子中通常用箭头表示的负载914。可以建立需要的连接,而不使用接线盒或切断导线,这就减少了灯固定916安装在应有位置需要的技能。
在图10中,市电电源1000为高频电源单元1002供电,电源单元1002输出给前两部分连接器1004a、1010a,它们通过电缆1007连接到后两部分连接器1004b、1010b,连接器1004b、1010b又连接到负载1014,这样提供了电源单元1002和负载1014之间的间接连接。
图11-13显示提供具有上述两部分感应连接器的照明单元的各种可能情况。在图11中,市电电源1100a-1100d提供能量给各自的电源单元1102a-1102d,这些电源单元由相应的两部分连接器1106a-1106d,1112a-1112d连接到照明单元形式的负载1114a-1114d。这种***的安装不需要切断导线,而仅依靠通过天花板的导线环路。不需使用接线盒,而且各个照明单元易于安装和替换。在图12中,市电电源1200为供给单元1202供电,供给单元1202具有供能给连接到各自负载1214a-1214c的串联排列的连接器1204a-1204c,,1210a,1210c(1<c<n)的环。图13的安排是类似的,除了连接器1304a-1304n,1310a-1310n并联到单元1303。
本发明可提供建筑物的电线,其中如在照明电路中,旋入或压入终端的总个数可减少。在电缆或终端中的大多数电子火灾由于破裂或电弧产生的。终端的数量越多,火灾或电子冲击的危险就越大。另外,制造终端是最费时故也是任何电子安装的昂贵的部分,需要熟练技工。终端的数量越少,可能发生的错误就越少。因为引出口要安装在高处的天花板上,朝下和抵抗重力,所以照明安装尤其困难和费时。需要几种连接:有效的接地中线,切换有效和经常永久有效。低压安装需要变压器和更大的电流及电弧的危险。除了电子连接外,需要机械固定和在进行连接时需要支撑照明装置的重量。
图14a-14f显示使用两部分感应连接器为基于LED的照明安装提供电源连接的过程。聚碳酸脂或其他电绝缘塑料材料的灯具夹持座1401装备顶端开口来接纳携带初级绕组1404的铁氧体半磁心1403,和固定凸缘及挤压夹1407。灯具夹持体1409具有固定在聚碳酸脂后壳1413的压铸铝反光罩1411,其中互补的次级铁氧体半磁心1415固定在后壳1413。面朝上的闩舌1417可拆卸地啮合入挤压夹1407来稳固夹持体1409在应有的位置。灯具夹持体1409也支持LED灯,如Luxeon(商标)LED,它通过半磁心1415上的次级绕组1420,以及整流桥的另外部分和如图7a所示的相关元件接收电能。闩舌1417卡入在挤压夹1407以及使用材料的弹性之间使能够确实地推动半磁心1403、1415面对面接触,最小化它们之间的气隙和能量损失。OEM制造的壳体1422被设计为嵌入天花板并具有与孔1426一起形成的上表面1424,初级半磁心1403的末端抵靠该孔,和灯具支持体1409的闩舌1417可***其中,用于与挤压夹1407啮合。夹持座1401的凸缘1405通过锁舌或螺栓(未显示)固定于凸缘1405。初级绕组1404的能量来自高频变压器1430,该变压器连接到市电电源并具有输出导线环路1432,该导线环路可以环绕到半磁心1403上以提供初级绕组。应当清楚,白炽灯,如低压二色灯可用来替换LED。
图15显示工作在市电电压的荧光灯的安装。灯管1500从座体1502悬垂,该座体在小电路板上安置图6a所示的镇流和启动电路并具有围绕位于座体1502上表面的负载半磁心1504的次级绕组。接线盒1506具有座体1502在其中滑动配合的抵靠壁1508,并且闩舌1510也从接线盒1506悬垂滑过座体的槽表面1512并卡入锁定表面1514,从而保持座体1502正确装入接线盒1506。缠绕初级绕组环路1518的次级半磁心1516滑动配合在向上突出壁1520、1522之间并且通过卡入夹子1524夹持在应有的位置。再使用弹性夹使半磁心1504、1516能够确实地推动在一起面对面接触。在图16a、16b中,显示通过供给电缆1600馈送市电电压给电源单元1602,并具有如图6b所示的电路。从该单元1602的下侧,出现半磁心1616的极片,安排该半磁心夹入由接线盒1506的壁1520、1522限定的插座内。在极片1616的闭锁表面使得电源单元以图16a示的垂直方式或者图16b示的水平方式夹入插座。
图16c显示来自感应耦合器的多个次级绕组。在图17a-17d中,用于可能是灯或其他电子设备的负载的插头和插座连接器具有负载供给电缆1700,它引向插头座体1702,座体1702具有感应半磁心的第一和第二极片1704、1706和在座体1702的相对的边缘具有第一和第二前向或向下的凸出夹1708、1710。插头连接器与互补的插座部分1712耦合,该插座部分1712使用如参考图2d或图6b描述的单元供给能量,如果需要的话,由塑料薄膜或其他适合的电子绝缘的材料保护。如在图17d中看到的,插头座体包括上部分1702a和下部分1702b,这两部分通过螺钉1713紧固在一起并包围着感应磁心1714,该磁心缠绕着引向电缆接收端子1715的次级绕组。
虽然本实施例是基于夹子,它确实地将耦合部件固定在一起,使得感应半磁心确实地固定接触以便最小化气隙以及能量损失,可能足够提供从次级或插头部分凸出的两个或三个平销,用于接收在初级或插座部分的插孔内。该平销或插座可以是金属或塑料材料的,但是电子绝缘的并且不参与连接,除非可能为了保护负载而提供地线。插头部分1702可以缠绕如图4所示的特定数目(NT)的线圈以提供特定输出电压。
图18a显示引向高频变压器或镇流单元1802的电源电缆1800,单元1802的一端具有轨道形的、初级侧半磁心的第一和第二暴露的极片1804、1806。在轨道1804、1806的上部和下部以预定间隔排列形成多个插座。插头连接器1810以并排的关系装配入插座并包含与轨道1804、1806耦合的半磁心和卡入插座1808的第一和第二凸出夹1812、1814。连接器1810内的次级绕组导向负载电缆1816。图18b显示各种配置,相信可以自己解释,它可以提供与可变输出电压和可选的无源的或可编码(智能的)耦合器的串联或并联连接。
图19显示器械安装的耦合器1900,它是旋转或销钉装配入BESA盒1902,以便建立它们之间的感应和机械连接。
图20显示具有荧光管2002的荧光灯2000,基部2004容纳驱动该灯的电路(参见图6a),建立耦合到插座的能量传输感应的第一和第二极片2006和在该灯和插座之间建立机械连接的相对的第一和第二紧固件。机械连接可以采用夹子的形式以确实地夹持该灯在应有的位置,如果该连接要求该灯以正确方式紧固在适当位置以在它的极片和插座的极片之间面对面地接触,可以用螺旋连接或销钉凸起。如从图21中看出,荧光灯2100、2102可在沿着轨道2104间隔的插座位置2106、2106a供电,轨道2104可能容纳图6b所示类型的高频电子镇流器单元并通过电缆2108供给市电电源。
图22具有插头形式的初级感应耦合器300,可以是如前述的可编码类型的,并表示两线***3002包含大直径两芯供给电缆3004,该电缆利用绝缘替代类型设备3007a、3007b由初级感应磁心3006简化了。可编码设备(未显示)可用来传送由与每个负载相关的电子或智能接收机(未显示)接收的信号。例如,诸如灯之类的特定负载可以有它自己的地址,该地址可编程入电子存储设备中,如电可擦除只读存储器(EEPROM),用来选择地开或关或使该负载或每个负载变暗。应当清楚,初级和次级部分的配置可互换,这样可安排几个初级部分来耦合能量到一个次级部分。
图22a显示次级感应耦合器4000,它可以连接到如图22所示的初级感应耦合器3000。图22和图22a的安排可以被构想分别为插头3000和插座4000。虽然图22描述了插头3000具有初级磁心3006,而插座4000具有次级磁心4004,应当清楚,次级磁心部分4004也可以设置在插头3000的盒体内。理想地,插头3000盒体具有合适的紧固或连接装置3010a和3010b,利用类似的固定装置4010a、4010b,使得插头3000相对于插座4000是可拆卸或可脱开。紧固装置3010a、b和4010a、b例如可以包括销钉构造、螺钉构造、夹子、制动片或可滑动啮合机制。
同样可以理解,与高频电源电连接的插座4000可具有在其中设置的初级磁心部分,插座可适应于接受至少一个插头3000。
图22b显示进入高频(HF)发生器4016的市电电源的原理图,该高频发生器4016为由并联的初级感应耦合器4018和4019简化的大直径两芯输出电缆3004供电。该原理图表明可放置初级磁心部分与高频发生器4016直接电连接,用于连接一个或多个次级连接器(未显示)。
图22c显示通过使用的大直径3芯电缆4020的截面,其中需要集成“接地”端,并适用于提供“接地”连续性的绝缘替换连接器(IDC)***中。该IDC***能直接穿透电流承载电缆的绝缘套的外部,而暴露感应面的危险最小。因此认为使用具有这样***的本发明满足高安全标准。
图23显示多面感应耦合***的原理视图,根据一个实施例,允许多个次级部分2024、2026和2028接收来自一个初级部分4018的能量。应当清楚,初级和次级部分的配置可以互换,这样可以安排几个初级部分为一个次级部分耦合能量。
从一个部分耦合到另一个部分的总能量可通过改变各个初级和次级部分的相对朝向而变化。例如,相对于第二连接器旋转第一连接器,耦合能量的数量随着第一和第二部分的每部分的公共有效耦合面的大小的变化而变化。初级和次级磁心的体积也可以改变,因此它们可以是立方体、圆形、螺旋管形或截头元锥体。同样地,处级和次级磁心的有效面的形状也可以变化,因此可以是圆形、矩形、三角形或其他形状。
应当清楚,通过耦合磁能实现能量的传递,而不必在连接点传导电流,这样由于消除电弧和电冲击达到了内在的安全。
本发明仅通过举例的方式进行描述,应当懂得,在不脱离本发明的精神下可以对上述例子作各种修改。

Claims (43)

1.一种为负载供给能量的装置,包括:电源单元,具有用于接收市电频率电流的输入,用于提升所述频率到更高频率的装置,在该更高频率传送能量的输出;和两部分感应连接器,具有第一磁心部分和第二磁心部分,该第一磁心部分具有连接到该电源单元的输出的初级绕组连接,该第二磁心部分具有用于传递能量给负载的次级绕组连接,所述磁心部分是高阻抗材料构成的。
2.根据权利要求1的装置,其中该感应连接器的第一和第二磁心部分适合于彼此耦合和拆开。
3.根据权利要求1或2的装置,其中安排提升所述频率到更高频率的装置提升所述市电频率到23KHz-10MHz的频率。
4.根据权利要求1或2的装置,其中安排该提升所述频率到更高频率的装置提升所述市电频率到25-60KHz的频率。
5.根据权利要求1或2的装置,其中安排提升所述频率到更高频率的装置提升所述市电频率到30-50KHz的频率。
6.根据前述任一权利要求的装置,其中该提升所述频率到更高频率的装置包括电子变压器和用于传递调制的DC电源的装置。
7.据权利要求6的装置,其中该提升所述频率到更高频率的装置包括传递预定的电压的调制的DC电源的电子变压器。
8.根据权利要求6或7的装置,其中提供过电流和/或负载短路保护。
9.根据权利要求6、7或8的任一权利要求的装置,其中该提升所述频率到更高频率的装置包括切换模式电源或准模式电源转换器。
10.根据权利要求1-5的任一权利要求的装置,其中该提升所述频率到更高频率的装置是电子镇流器。
11.根据前述任一权利要求的装置,其中该感应连接器的第一和第二磁心部分是由体电阻率至少为103Ωcm的材料构成的。
12.根据权利要求11的装置,其中该感应连接器的第一和第二磁心部分是由体电阻率至少为104Ωcm的材料构成的。
13.根据前述任一权利要求的装置,其中该第一和第二磁心部分是由镍-锌铁氧体构成的。
14.根据前述任一权利要求的装置,其中该两部分感应连接器的第一和第二磁心部分包括插销和插座,它们可拆卸按压在一起来耦合连接器的第一和第二部分。
15.根据权利要求1-13的任一权利要求的装置,其中该两部分感应连接器的各部分包括夹子和凹槽,它们可拆卸挤压在一起,用于耦合该连接器的各部分。
16.根据权利要求1-13的任一权利要求的装置,其中该两部分感应连接器的各部分包括插销结构和凹槽,它们可拆卸旋转在一起来耦合该连接器的各部分。
17.根据权利要求1-16的任一权利要求的装置,其中该负载包括以下组的一个或多个:市电白炽灯、低压白炽灯、发光二极管和荧光灯。
18.根据权利要求17的装置,其中该负载包括多个并联的灯。
19.根据任一个权利要求17的装置,其中该负载包括多个串联的灯。
20.根据任何权利要求17的装置,其中该负载包括在导线或轨道上的多个灯。
21.根据权利要求1-16的任一权利要求的装置,其中该负载包括电动机;用于计算机、收音机、电视机或类似电子设备的电源;加热器或类似装置。
22.一种两部分感应连接器,或它的初级或次级部分,用于前述任一权利要求的装置中。
23.根据权利要求22的两部分感应连接器,具有与适配于耦合能量给一个或多个次级连接器的多面向初级感应连接器的初级连接。
24.根据权利要求22的两部分感应连接器,其中该次级连接具有适配于从一个或多个初级连接器耦合能量的多面向次级感应连接器。
25.根据权利要求22-24的任一权利要求的两部分感应连接器,适配于接收两芯电缆,有初级磁心,用于提供缠绕该磁心的导线的初级感应连接,该导线通过绝缘替换连接器设备连接到两芯电缆。
26.根据权利要求25的两部分感应连接器,具有第三条导线,用于提供额外的接地连接。
27.根据权利要求22-31的任一权利要求的两部分感应连接器,能够根据次级磁心上的线圈数目提供电压。
28.根据权利要求22-27的任一权利要求的两部分感应连接器,其中从次级耦合器输出的电压是AC或DC。
29.根据权利要求22-28的任一权利要求的两部分感应连接器,其中各连接器可以相对旋转,从而改变从初级磁心部分向次级磁心部分耦合的能量的数量。
30.根据权利要求29的两部分感应连接器,当从属于权利要求17-20中任一个权利要求时,其中各磁心部分可以相对旋转,从而提供调光器切换。
31.根据权利要求29的两部分感应连接器,当从属于权利要求17-20中任一个权利要求时,其中通过增加初级磁心和次级磁心部分的表面之间的气隙获得切换或调光效果。
32.根据权利要求22-31的任一权利要求的两部分感应连接器,包括铁氧体或类似低磁组的材料。
33.根据权利要求22-32的任一权利要求的两部分感应连接器,其特征在于初级和次级部分形成以下组中的任一个形状,包括:环形、菱形、立方形、平行六面体、半球形、截头圆锥体或其他圆形对称的立体。
34.根据权利要求22-33的任一权利要求的两部分感应连接器,它是工厂缠绕和提供完全满足特定负载的要求。
35.根据权利要求22-33的任一权利要求的两部分感应连接器,其中使用者缠绕初级和/或次级感应连接器具有完成的轮廓,如螺旋路径,来确保应用正确数目的线圈。
36.一种灯具,在其盒体内形成两部分感应连接器的次级磁心并且是与在所述磁心上的绕组电连接,以便为灯具供电。
37.根据权利要求36的灯具,其中该盒体支持白炽灯或荧光灯管,所述盒体在表面上具有所述次级磁心的至少第一和第二极片。
38.一种包含根据权利要求1-21的任一权利要求的负载的仪器,其中该仪器从下述组中选择:计算机、计算机***设备、含有手持装置的通讯设备、办公设备、医疗设备、家用电子仪器如洗碗机、洗衣机、微波炉(白色物品),食物搅拌器、收音机、电视机、高保真设备、音响设备(褐色物品),采矿设备、工业设备、航空设备、海运与潜海设备、汽车设备、商用和家用家具、学校设备、销售的零售点和广告设备、马路符号、马路标记、街道设备、石化设备、照明:包括商业、工业、零售、飞机场和跑道、马路符号、马路标记、电子监视设备、印刷电路板、军事设备、交通设备和安全***。
39.一种插头,包括在盒体内的次级磁心部分,该盒体具有紧固装置,与以下装置一起使用:根据权利要求1-21的任一权利要求的装置;或根据权利要求22-26的任一权利要求的连接器;或根据权利要求27或28的灯具;或根据权利要求38的仪器。
40.根据权利要求39的插头,其中所述紧固装置包括插销结构、旋转结构、夹子、制动片或滑动啮合机构。
41.一种与电源电连接的插座,具有初级磁芯部分,适合于接收根据权利要求39或40的至少一个插头。
42.一种***,包括:根据权利要求41的插座和根据权利要求39或40的插头,以及根据权利要求1-21任一个权利要求的装置;或根据权利要求22-26任一个权利要求的连接器;或根据权利要求27或28的灯具;或根据权利要求38的仪器或任何负载。
43.根据权利要求1-21的任一个权利要求的装置,适合与可更新的电力发电机包括:风、太阳、波浪和水力发电机一起使用。
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