CN103427257B - 电连接器套件 - Google Patents

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Abstract

一种电连接器套件(1)，包括以可移动的方式彼此协作的电插头(10)和插座(20)。电插头(10)包括两条电轨道(11，12)，插座(20)包括两个可在内部位置和外部位置之间移动的可移动的电触头(21，22)。磁性操作装置(13，23)包括结合到插头(10)的磁体(13)和结合到插座(20)的可移动的磁性元件(23)，第一磁体(13)产生磁控制通量(Φcom)。磁性操作装置(13，23)包括由分别布置在插头(10)和插座(20)中的两个部分(33A，33B)组成的磁轭(33)。第一部分(33A)包括磁体(13)，第二部分(33B)通过变化的轴向气隙(E2)连接至可移动的磁性元件(23)。

Description

电连接器套件
技术领域
本发明涉及一种电连接器套件，该电连接器套件包括设计成以可移动的方式彼此协作的电插头和插座。所述电插头包括至少两条电轨道，所述插座包括至少两个能够在该插座的内部位置和外部位置之间移动的可移动的电触头。
该电连接器套件还包括磁性操作装置，所述磁性操作装置包括结合在所述插头中的第一磁体，以及结合在所述插座中并牢固地附接到电触头的可移动的磁性元件。第一磁体产生吸引所述可移动的磁性元件并使电触头在内部位置和外部位置之间移动电触头的磁控制通量。
背景技术
使用磁性装置将电插头定位在电插座上是已知的。
专利文件US7066739实际上描述了一种电连接器套件，该电连接器套件包括插头和插座，插头和插座分别具有设计成在磁性装置的作用下彼此接触的环形电轨道。使用环形电轨道能实现插头在插座上无差别/无区分的角度定位。
当插头布置在靠近插座的环境中时，电连接器套件的磁性装置的操作力足以将插头吸引在插座上。该操作力还将插头在处于连接位置的插座上牢固地保持就位。
专利文件EP2128936也描述了使用磁性装置将插头定位并固定在电插座上。在专利文件US3521216中，磁性装置还设计成移动电插座的电触头，以在电插头和插座之间形成电连接。
为了防止因直接接触而发生触电的危险，电插座和/或插头的电轨道通常布置在具有一定深度和宽度的凹槽中。这些凹槽的存在意味着为了便于形成接触，必须实现插头面向插座的轴向定位。凹槽越窄越深，轴向定位就必须越精确、越严格。在从插座中拔出插头时，这种对准和定位约束是最大的。为了解决该问题，专利文件US3521216描述了一种电轨道不在凹槽中的电插座。所述插座包括在从插座移除插头时不再带电的电轨道。该插座另外包括布置在所述插座内部且不易接近的可移动的电触头。所述电触头设计为仅在插头与插座接触时连接该电轨道。因此，当插头不与插座连接时，降低了触电的危险。
专利申请W02012032230所述的其它方案描述了一种封闭电触头的接近区域(access area)的盲板装置(blanking means)。具体而言，该盲板装置包括能够在由磁性装置产生的操作力的作用下从闭合位置移动到开启位置的挡板(flap)。所述磁性装置还设计成移动电插座的电触头，以在电插头和插座之间形成电连接。
后一个方案会产生与盲挡板(blanking flap)后的插座中的电触头和插座外部之间的绝缘距离相关的问题。某些标准要求设备外部和带电的电触头之间的绝缘距离应当等于例如5毫米的最短距离。因此，例如，若触点位于盲挡板后5毫米距离处，则它们需要从插座移动相同的距离到达出口，并与电插头的轨道连接。对于由磁力引起的移动，有时难以实现移动这样的距离。
发明内容
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种能够在电插座和插头之间形成安全的电连接的电连接器套件。
根据本发明的电连接器套件的磁性操作装置包括由分别布置在插头和插座中的两部分构成的磁轭。第一部分包括第一磁体，第二部分通过变化的轴向气隙与可移动的磁性元件连接。磁控制通量流过磁轭的第一和第二部分、可移动的磁性元件和变化的气隙。
根据本发明的实施方式，第一和第二部分均包括至少一个磁性区域，当所述电插头与插座连接时，所述磁性区域彼此相对地定位。
优选地，第一部分包括柱形体，该柱形体具有与第一磁体结合的第一磁性区域以及设计成面向第二部分的第二磁性区域定位的第二磁性区域。第二部分包括柱形体，该柱形体具有通过变化的轴向气隙连接到所述可移动的磁性元件的第一磁性区域以及设计成面向第一部分的第二磁性区域定位的第二磁性区域。
根据本发明的特定实施方式，第二部分的第一磁性区域包括一曲线轮廓，该曲线轮廓布置为使所述变化的气隙在两个最大气隙值之间变化。
有利地，所述第一磁体和所述磁性元件均为环形。
有利地，所述至少一个磁性元件包括环形磁体，当插头与插座连接时，该环形磁体设计成面向所述第一环形磁体布置。
优选地，插座包括柔性操作装置，该柔性操作装置产生强度比第一操作力小且与第一操作力方向相反的第二操作力，所述第二位移力设计成使电触头在外部位置和内部位置之间移动。
有利地，插座包括盲板装置，该盲板装置设计成在第一操作力的作用下从闭合位置移动到开启位置，以使电触头从内部位置移动到外部位置。盲板装置均包括两块盲挡板，每块盲挡板与闭合弹簧连接。
有利地，电插头和插座分别包括设计成与接地连接器连接的电触头。
有利地，插座包括将电触头以牢固固定的方式连接到磁性元件的接触压力弹簧。
附图说明
通过下文中对本发明的具体实施方式的说明，能够更清楚地理解本发明的其它优点和特征，这些实施方式仅用于给出非限制性的示例，并在附图中示出，其中：
图1是根据已知实施方式的电连接器套件处于第一操作位置时的截面图；
图2是根据已知实施方式的电连接器套件处于第二操作位置时的截面图；
图3是根据本发明的优选实施方式的电连接器套件处于第一操作位置时的示意性截面图；
图4是根据本发明的优选实施方式的电连接器套件处于第二操作位置时的示意性截面图；
图4bis是图3所示的连接器套件的磁轭的一部分的详图；
图5是图3所示的电连接器套件的示意性截面图；
图6是图3所示的连接器套件的插座的分解图；
图7是在轴向开启时施加在插座和插头之间的操作力的曲线图；
图8是在角度开启时施加在插座和插头之间的操作力的曲线图；
图9是施加在图3所示的连接器套件的插座的可移动部分上的力的曲线图；
图10和图11是图3和图4所示的电插座的保护元件的截面详图；
图12和图13是根据本发明的优选实施方式的电连接器套件的透视图。
具体实施方式
根据一种实施方式，电连接器套件1包括设计成以可移动的方式彼此协作的插头10和插座20。
如图1所示，所述电插头10包括本体15，该本体15包括至少一个大致平坦的接触面。所述电插座20包括本体25，该本体25包括至少一个大致平坦的接触面。当所述插头与所述插座接触时(图2和图4)，插座20和插头10的接触面设计成彼此接触。
插头10包括至少两条布置在所述插头的接触面上的电轨道11、12。所述电轨道优选地是环形的，并且是同心的。所述轨道进一步彼此电绝缘。电轨道11、12与电线17连接，并且设计成分别与电插座20的电触头21、22协作。
根据图12所示的特定实施方式，电插头10优选地包括设计成与接地线连接的电触头14。该电接地触头14位于两条同心环形轨道11、12的中央。
插座20包括设计成与电线(未示出)连接的至少两个电触头21、22。电触头21、22牢固地附接到位于插座20的外壳25内的磁性元件23。所述至少两个电触头21、22是可移动的，并且能够在插座20的内部位置和该插座外部的外部位置之间移动，以分别与电插头10的电轨道11、12直接电接触。根据特定实施方式，插座20的平坦接触面包括开口27，电触头21、22可穿过该开口27。
根据图13所示的特定实施方式，电插座20优选地包括设计成与接地连接器连接的电触头24。该电接地触点24优选地位于插座的接触面的中央，以与电插头10的电接地触点14接触。
电连接器套件1包括磁性操作装置13、23，该磁性操作装置产生第一操作力F1，以将插头10定位并固定在插座20上，使得环形轨道11、12分别与插座20的电触头21、22接触。
磁性操作装置13、23包括结合在插头10中的第一磁体13。该磁性装置还包括结合在插座20中并牢固地附接到可移动的电触头21、22的可移动的磁性元件23。第一磁体13产生磁控制通量Φcom，该磁控制通量产生第一操作力F1，该第一操作力F1吸引可移动的磁性元件23，并使电触头21、22在内部位置和外部位置之间移动电触头。
所述第一磁体13和所述磁性元件23优选地为环形。而且，它们分别位于插头10和插座20的接触面的外围，使得更好地分配第一操作力F1，以提高插头10定位和固定在插座20上的精度和效率。
根据第一特定实施方式，所述至少一个可移动的磁性元件23包括由可磁化材料制成的金属环。
根据图3和图4所示的第二特定实施方式，所述至少一个可移动的磁性元件23包括磁化区域。有利地，根据该实施方式，所述磁性元件23包括第二环形磁体44，该第二环形磁体44设计成当插头10与插座20接触时面向第一环形磁体13布置。根据该第二特定实施方式，第一操作力F1比第一特定实施方式中获得的第一操作力大。
根据优选的实施方式，磁性操作装置13、23包括由两部分33A、33B构成的磁轭33。磁轭33的第一部分33A布置在插头10中，磁轭33的第二部分33B布置在插座20中。
如图3和图4所示，磁轭的第一部分33A包括第一磁体13。第一部分33A实际上包括具有牢固地附接到第一磁体13的第一磁性区域的本体。例如，第一部分的本体呈现大致柱形。
磁轭的布置在插座20中的第二部分33B通过变化的轴向气隙E2连接到可移动的磁性元件23。
由第一磁体13产生的磁控制通量Φcom流过磁轭的第一和第二部分33A、33B、可移动的磁性元件23和变化的气隙E2。
磁轭的第一和第二部分33A、33B均包括至少一个磁性区域，当所述电插头10与插座20连接时，所述磁性区域分别布置成彼此相对地定位。
如图4所示，第一部分33A的柱形体包括设计成面向第二部分33B的第二磁性区域定位的第二磁性区域。
如图3和图4所示，第二部分33B包括具有通过变化的轴向气隙E2连接到可移动的磁性元件23的第一磁性区域的本体。而且，如图4所示，第二部分33B包括设计成面向第一部分33A的第二磁性区域定位的第二磁性区域。
例如，磁轭33的第二部分33B的本体呈现大致柱形。
本发明的这种连接器套件的工作方式如下。
如图3所示，当插头10远离插座20时，第一操作力F1对电触头21、22的定位没有任何影响。位于内部位置的电触头21、22相对于插座20的接触面缩回。电触头21、22通过产生第二操作力F2的柔性操作装置28而保持在插座20的外壳25内的该位置。根据本发明的一种实施方式，柔性装置28包括弹簧。第二操作力F2的强度比第一操作力F1小，并且与第一操作力F1的方向相反。所述第二操作力F2设计成使电触头21、22在外部位置和内部位置之间移动。
当插头10朝插座20移动并与插座20接触时，第一操作力F1的强度变得大于第二操作力F2的强度。如图4所示，磁性元件23和磁体13彼此吸引，这使插头10突然定位并固定在插座20上。因此，第一操作力F1作用在磁性元件23上，并使磁性元件23从内部位置移动到外部位置。然后，可以观察到电触头21、22在内部位置和外部位置之间相应地移动。因此，所述第一操作力F1能够使电触头21、22在这两个位置之间移动电触头。若拔出插头10，则第一操作力F1会变得比第二操作力F2小，第二操作力F2能够使电触头21、22在外部位置和内部位置之间移动。
当插头10与插座20接触时，由第一磁体13产生的磁控制通量Φcom主要流过磁轭的第一和第二部分、可移动的磁性元件23和变化的气隙E2。与现有方案不同的是，磁轭的存在确保控制通量更高效地流通。当第一部分33A的第二磁性区域面向第二部分的第二磁性区域定位时，磁轭的效率最高。
所述方案的目的是当可移动的磁性元件23和可移动的触点21、22的行程大于4.5毫米时(在内部位置和外部位置之间测量的行程)获得足够的第一操作力F1。与已知方案相比，在本发明的连接器套件中，具有位于插头10中的第一部分33A和位于插座20中的第二部分33B的磁轭33的存在使得能够以预期方式将一部分磁控制通量Φcom引导至可移动的磁性元件23。其结果是第一操作力F1。
图7中虚线所示的是本发明的连接器套件中的第一操作力F1的曲线图。以实线示出的曲线图对应于已知类型的电连接器套件的第一操作力的变化。第一操作力F1在与电触头21、22的内外位置对应的两个极值之间变化。作为一种示例性实施方式，本发明的连接器套件的尺寸例如确定为当电触头21、22处于外部位置时获得相当于52牛顿的操作力。当电触头21、22处于内部位置时测得的等效第一操作力F1等于9.45牛顿。为了比较，对于不包括磁轭的已知连接器套件(实线曲线图)，操作力仅为3.1牛顿，无疑不足以使插座20中的可移动组件(可移动的磁性元件23和电触头)产生移动。利用本发明的方案，当触点21、22处于内部位置时，施加的第一操作力F1增大为3倍。因此，当内部位置和外部位置之间的操作距离较大时，尤其大于5mm时，本发明的电连接器套件是特别合适的。如图7所示，本发明的连接器套件在触点处于内部位置时能够获得足够的操作力F1，同时在触点处于外部位置时能够具有可接受的操作力。“可接受”的含义是指所获得的操作力相当于具有小于5毫米的操作距离的已知连接器套件中的操作力。
图8中虚线所示为当以偏心方式从插座20拔出插头10时本发明连接器套件的以虚线表示的第一操作力F1的曲线图。当第一操作力F1小于20牛顿时，会出现用于收回可移动的磁性元件23和可移动的电触头21、22的倾斜点。对于已知类型的连接器套件(实线曲线图)，在收回发生时插头和插座之间的倾角为7.5°。对于本发明的连接器套件(虚线曲线图)，插头10和插座20之间的倾角为5.25°。实现的倾角越小，通过因倾斜所产生的空间而发生触电的危险越小。
根据图4bis所示的一种实施方式，磁轭33的第二部分33B的第一磁性区域优选地包括曲线轮廓，该曲线轮廓布置成使变化的气隙E2在至少两个最大气隙值之间变化。
当电触头21、22处于内部位置时，磁轭的第二部分33B通过变化的气隙E2与磁性元件23间隔开，这使得能够保证当插头10远离插座20时，与磁性元件23相关联第二磁体44不被磁轭33的第二部分33B吸引，并且以自然的方式移动。因此，插头10需要与插座20接触，以使主要由第一磁体13产生的磁控制通量Φcom产生具有足够强度的第一操作力F1，从而使电触头21、22从内部位置移动到外部位置。在图3和图4bis所示的示例性实施方式中，磁性元件23面向磁轭33的第二部分33B的第一区域(a)。
在磁性元件23移动期间，变化的气隙E2基本不变，并为最小值。在图4和图4bis所示的示例性实施方式中，磁性元件23移动成面向磁轭33的第二部分33B的第二区域(b)。
当磁性元件23到达外部位置时，磁轭33的第二部分33B经由达到第二最大值的变化的气隙E2与磁性元件间隔开。变化的气隙E2的这个第二最大值使得能够保证磁轭的第二部分33B不会阻碍或减缓磁性元件23的移动。磁控制通量Φcom主要在第一磁体13和磁性元件23之间流通。因此，在移动结束时变化的气隙E2的这种尺寸变化能改善代表第一操作力F1的曲线的线性度。在图4和图4bis所示的示例性实施方式中，磁性元件23面向磁轭33的第二部分33B的第三区域(c)。
与电连接器套件有关的其它问题涉及产生第二操作力F2的柔性操作装置28发生故障的风险。实际上，对于已知类型的连接器套件，在柔性操作装置28发生故障的情况下，在从插座20移除插头10之后，电触头21、22会停留于外部位置。为了确保人身安全，当从插座20移除插头10时，由于磁轭33的存在，还会产生一种称为可移动的触点21、22的“内吸力(draw-in force)”的负力。当柔性操作装置28运作时，负的“内吸力”被添加到第二操作力。如图5所示，该负力与磁性内吸通量Φren的流通相关联，该通量优选地在磁性元件23的第二环形磁体44、磁轭33的第二部分33B和变化的气隙E2之间流通。因此，磁轭33起着双重功能，这取决于插头10是否与插座20接触。
在插头10与插座20接触的情况下，当插座20的可移动元件开始从内部位置向外部位置移动时，磁轭33增大使电触头21、22外移的力。
在从插座20移除插头10的情况下，磁轭33产生称为“内吸力”的负力，有助于电触头21、22从外部位置向内部位置移动。如图9所示，作为一种示例性实施方式，当电触头21、22处于外部位置时(移动0毫米)，负力约为-3.6牛顿。该力保持负值直到移动7毫米，即直到电触头21、22被约束在插座20内的位置为止。在该情况下，如果柔性操作装置28发生故障，则本发明的连接器套件能确保电触头缩回到插座20之内。
根据本发明的一种实施方式，电连接器套件1的插座20包括盲板装置26。所述盲板装置布置在电触头能够穿过的开口27之前。盲板装置26还设计为在第一操作力F1的作用下从闭合位置移动到开启位置，以允许电触头21、22从内部位置移动到外部位置。根据该实施方式，优选地通过电触头21、22推动所述盲板装置26来使盲板装置26开启。当电触头21、22在第一操作力F1的作用下移动时，它们倾向于将盲板装置26推到旁边，以穿过开口27。
根据图10和图11所示的特定实施方式，每个开口的盲板装置26分别包括两块盲挡板。每块盲挡板与闭合弹簧29连接。有利地，盲板装置26在闭合弹簧29产生的力的作用下偏置到闭合位置。
根据替代实施方式，插座20包括接触压力弹簧30。实际上，每个电触头通过接触压力弹簧30以固定的方式与磁性元件23连接。所述弹簧确保每个电触头21、22和电轨道11、12之间的接触压力足以使电流在插座20和插头10之间流动。

Claims (10)

1.一种电连接器套件(1)，包括设计成以可移动的方式彼此协作的电插头(10)和插座(20)；
-所述电插头(10)包括至少两条电轨道(11,12)；
-所述插座(20)包括至少两个能够在所述插座的内部位置和外部位置之间移动的可移动的电触头(21,22)；
-磁性操作装置(13,23)，包括：
-结合在电插头(10)中的第一磁体(13)，以及
-可移动的磁性元件(23)，结合在插座(20)中并牢固地附接到所述可移动的电触头(21,22)；
第一磁体(13)产生吸引所述可移动的磁性元件(23)并使所述电触头(21,22)在内部位置和外部位置之间移动电触头的磁控制通量(Φcom)，
其特征在于，所述磁性操作装置(13,23)包括：
-磁轭(33),由分别布置在电插头(10)和插座(20)中的第一部分和第二部分这两个部分(33A,33B)构成；
-所述第一部分(33A)包括第一磁体(13)，以及
-所述第二部分(33B)通过变化的轴向气隙(E2)连接到可移动的磁性元件(23)；
磁控制通量(Φcom)流过所述磁轭(33)的第一和第二部分(33A,33B)、所述可移动的磁性元件(23)和所述变化的轴向气隙(E2)。
2.如权利要求1所述的电连接器套件，其特征在于，第一和第二部分(33A,33B)均包括至少一个磁性区域，当所述电插头(10)与所述插座(20)连接时，所述磁性区域彼此相对地定位。
3.如权利要求2所述的电连接器套件，其特征在于：
-第一部分(33A)包括一柱形体，该柱形体具有与第一磁体(13)结合的第一磁性区域以及设计成面向第二部分(33B)的第二磁性区域定位的第二磁性区域；
-第二部分(33B)包括一柱形体，该柱形体具有通过变化的轴向气隙(E2)连接到所述可移动的磁性元件(23)的第一磁性区域以及设计成面向第一部分(33A)的第二磁性区域定位的第二磁性区域。
4.如权利要求3所述的电连接器套件，其特征在于，所述第二部分(33B)的第一磁性区域包括一曲线轮廓，该曲线轮廓布置为使变化的轴向气隙(E2)在两个最大气隙值之间变化。
5.如上述任何一项权利要求所述的电连接器套件，其特征在于，所述第一磁体(13)和所述磁性元件(23)均为环形。
6.如权利要求1-4任何一项所述的电连接器套件，其特征在于，至少一个所述磁性元件(23)包括一环形磁体(44)，当所述电插头(10)与所述插座(20)连接时，该环形磁体(44)设计成面向第一磁体(13)布置。
7.如权利要求1-4任何一项所述的电连接器套件，其特征在于，所述插座(20)包括柔性控制装置(28)，该柔性控制装置产生强度比第一操作力(F1)小且与第一操作力(F1)方向相反的第二操作力(F2)，所述第一操作力设置成使电触头在内部位置和外部位置之间移动，所述第二操作力设计成使电触头(21、22)在外部位置和内部位置之间移动。
8.如权利要求1-4任何一项所述的电连接器套件，其特征在于，所述插座(20)包括盲板装置(26)，该盲板装置设计为在第一操作力(F1)的作用下从闭合位置移动到开启位置，以使电触头(21,22)从内部位置移动到外部位置；该盲板装置(26)均包括两块盲挡板，每块盲挡板与一闭合弹簧(29)连接。
9.如权利要求1-4任何一项所述的电连接器套件，其特征在于，所述电插头(10)和所述插座(20)分别包括设计成与接地连接器连接的电触头(14,24)。
10.如权利要求1-4任何一项所述的电连接器套件，其特征在于，所述插座(20)包括接触压力弹簧(30)，该接触压力弹簧(30)将所述电触头以牢固固定的方式连接至所述磁性元件(23)。
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