CN109659763A - 包括多极磁路的联接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括多极磁路的联接装置。所述联接装置包括凸元件(2)和凹元件(1)，凸元件(2)和凹元件(1)适于将一者轴向插入到另一者中并且借助卡口机构(8，18)彼此锁定，所述凸元件(2)和所述凹元件(1)均具有主磁路，所述主磁路包括铁磁磁轭和布置在横向于插入轴线的平面中的多个磁体，所述主磁路在所述凸元件(2)和所述凹元件(1)彼此面对地靠近时能够彼此磁耦合以形成多极磁路，其中所述磁体布置在这两个磁轭之间，以产生在这两个磁轭上闭合的磁通并产生轴向磁吸引力。

Description

包括多极磁路的联接装置
技术领域
本发明的领域是联接装置的领域，所述联接装置包括凹元件和凸元件，所述凹元件和所述凸元件适于将一者轴向插入到另一者中，在所述凹元件和所述凸元件上设置有磁路以产生趋于使这两个元件在插入到彼此中时移向彼此的磁场。
本发明特别涉及电连接器，其中凹元件可以是附接到牵引车辆的凹形电插座，凸元件可以是拖车挂钩的凸形电插头。
背景技术
众所周知，拖车挂接装置经由附接到车辆车身的挂钩而紧固到牵引车辆的后部。
当拖车的挂接装置挂在车辆上时，车辆后部处的灯光信号(转向灯、制动灯或倒车灯)被拖车遮挡，这些灯光信号需要借助电连接器从牵引车辆转移到拖车，该电连接器包括通常附接到牵引车辆的凹形电插座和通过电缆连接到拖车灯的凸形电插头。
文献FR3022084公开了具有凹形电插座和凸形电插头的电连接器的这种示例。
磁体布置在电插头和电插座上以产生相互吸引作用，该相互吸引作用使得它们彼此自动地夹紧，并且有助于促使凸插头轻易地朝向凹插座引导。
如上述文献中所述，由磁体在其间施加的轴向吸引力相对较弱。不总是足以将插头和插座牢固保持在一起。这主要是由于磁体尺寸小，需要磁体尺寸小以保持装置紧凑。需要能够在不需要施加轴向拔出力以抵抗磁性拔出力的情况下将插头和插座彼此断开，这也迫使磁体尺寸小，所述磁性拔出力是过度的并且对于联接装置的人体工程学是有害的。
这就是为什么寻求改善凹形电插座和凸形电插头的连接以及提高插头和插座在电连接位置中的锁定可靠性的原因。
发明内容
为了实现该目的，本发明的主题提出了一种联接装置，所述联接装置包括凸元件和凹元件，所述凸元件和所述凹元件适于将一者轴向插入到另一者中并且借助卡口机构彼此锁定，所述凸元件和所述凹元件均具有主磁路，所述主磁路包括铁磁磁轭和布置在横向于插入轴线的平面中的多个磁体。所述主磁路在所述凸元件和所述凹元件彼此面对地靠近时能够彼此磁耦合以形成多极磁路，其中所述磁体布置在这两个磁轭之间，以产生在这两个磁轭上闭合的磁通并产生轴向磁吸引力。
引导由磁体产生的磁通并使这些磁通在磁轭上闭合的可能性使得：当磁体在凸元件和凹元件之间相距较短时，可以产生特别强的磁吸引力。
该力的强度用于将凸元件和凹元件彼此牢固地夹紧，从而补充由卡口锁定机构形成的机械保持。以这种方式，形成特别可靠的联接装置。
根据本发明的其他有利和非穷举的特征，依据任何技术上可行的组合单独考虑：
·所述凹元件的所述主磁路和所述凸元件的所述主磁路在横向于所述插入轴线的平面中具有锁定角位移，以产生具有弹簧效应的磁保持扭矩；
·所述锁定角位移的范围为4°至6°；
·向一个或另一个元件施加解锁扭矩以将这两个元件置于解锁位置，这需要在所述凹元件的所述主磁路和所述凸元件的所述主磁路之间具有解锁角位移，对于该解锁角位移的所述轴向磁吸引力的强度小于这两个元件布置在所述锁定位置中时产生的轴向磁吸引力的强度；
·所述解锁角位移的范围为10°至45°；
·所述多极磁路具有四个极；
·所述多极磁路具有两个极；
·所述凹元件包括具有孔的环形保持架，所述凸元件的联接销插入到所述孔中；
·所述凹元件和所述凸元件设置有至少一个引导凸轮，所述至少一个引导凸轮趋向于在解锁时使所述凸元件与所述凹元件分开；
·所述至少一个引导凸轮包括布置在所述凹元件上的齿和布置在所述凸元件上的凹槽，所述齿具有倾斜侧面，所述凹槽具有倾斜边缘，所述齿被配置成当所述凹元件和所述凸元件插入彼此时接合到所述凹槽中；
·所述齿被配置成靠置在所述凹槽的所述倾斜边缘上，以在解锁时使所述凸元件远离所述凹元件移动；
·所述联接装置包括机械转位系统，所述机械转位系统用于将所述凸元件成角度地定位在所述凹元件中；
·所述凹元件和所述凸元件是电插头和电插座；
·所述电插头和电插座是用于挂接装置的电插头和电插座，更具体地是用于拖车挂接装置的电插头和电插座。
附图说明
通过参考附图对本发明的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚，在图中：
-图1和图7是根据本发明的两个另选实施方式中的用于挂接装置的电连接器在插入到凹形电插座中之前的示意图，该挂钩包括凸形电插头；
-图1a和图2是根据本发明的一个实施方式的凹形电插座的示意图；
-图1b和图3是根据本发明的一个实施方式的凸形电插头的示意图；
-图4a和图4b示出了当凹形电插座和凸形电插头处于锁定位置和解锁位置中时布置在它们上的主磁路的角位移；
-图5a和图5b示出了可以用在根据本发明的联接装置中的多极磁路的两个示例；
-图6示出了由图5a和图5b的多极磁路生成的力和磁扭矩随角位移的演变。
具体实施方式
为了确保以下描述的简单性，相同的附图标记将用于在产品的各种公开实施方式中的相同元件或执行相同功能的元件。
图1、图1a、图1b示意性地示出了根据本发明的联接装置的示例，该联接装置在此包括凹元件1和凸元件2，凹元件1和凸元件2适于将一者沿轴线A轴向插入到另一者中并且锁定在连接位置，反之亦然。
凹元件1在这种情况下可以是凹形电插座，例如该凹形电插座用于附接到牵引机动车辆(未示出)的车身，并且凸元件2在这种情况下可以是凸形电插头，该凸形电插头通过电缆连接到拖车(未示出)的灯。
如图1和图1a所示，凹元件1包括具有凸缘形主体4的圆柱形盖3，凸缘形主体4具有环形保持架的孔5，孔5具有倒角的周缘12。
在图1和图1a所示的特定情况(其中联接装置是电插座)下，指形电触头6可以经由圆筒6b布置在环形保持架上。每个指形电触头6均可以通过压接的电线端子连接到电缆。
在此提供了一个闸门7，闸门7安装成例如经由复位弹簧7a在保持架中轴向平移，以便在没有凸元件2的情况下关闭孔5，这防止灰尘和其他脏物进入凹元件1的环形保持架中。
如图2中特别可见，环形保持架的内环形壁具有两个在直径上相对的凹部8。每个凹部8均形成在孔5的边缘上开口的轴向槽。该槽在一侧具有直边缘并且在另一侧具有倾斜边缘，该倾斜边缘构成引导斜面9。引导斜面9的斜度足够高，以允许凸元件2和凹元件1的明显连接，并且足够低以便在连接凸元件2和凹元件1期间的轴向力有限。因此，25°至35°的角度范围可以是一个很好的折衷方案。
引导斜面9终止于由邻接部11限制的内肩部10中。内肩部10的长度(即将斜面9的端部与邻接部11分开的距离)被选择为足够大以正确固定凸元件2和凹元件1之间的连接，并且足够小以便凹元件1和凸元件2在没有太大力的情况下分开。3mm至4mm的长度可以是一个很好的折衷方案。
参考图1和图1b，凸元件2在此包括具有前凸缘15b的圆柱形主体15a，圆柱形联接销16从前凸缘15b轴向延伸。在联接装置是电插座的特定情况下，指形电触头17可以布置在联接销16的环形外表面上。每个指形电触头17均可以通过压接的电线端子连接到电缆。
联接销16的前端具有倒角的周缘，以便于将其插入到凹元件1的孔5中。凸元件2的联接销16的基部19位于主体15b的侧面上，是截头圆锥形的，其外表面与凹元件1的孔5的倒角的周缘12的内表面互补。
图1和图3示出了从联接销16的环形外表面径向突出的两个凸耳18。联接销16上的这些在直径上相对的凸耳18用于穿入形成凹部8的轴向槽中并且用于容纳在由内肩部10限定的空间中。因此，在凸元件2和凹元件1之间构成卡口锁定机构。由于这种机构，在凸元件2和凹元件1没有被夹紧在一起的情况下，凸元件2不能通过简单的轴向拔出力从凹元件1中拔出。
在将联接销16插入孔5中的过程中，两个凸耳18因此通过轴向平移而接合在形成两个凹部8的槽中，并在斜面9上滑动。在将凸元件2插入到凹元件1中的最后，两个凸耳18通过肩部10的引导而与凹部8的邻接部11接合。这种配置限定了凸元件2和凹元件1的锁定位置。
为了将这两个元件彼此断开，将旋转扭矩施加到两个元件1、2中的任一者，以便将凸耳18抵接在形成开口8的槽的直边缘上，这些直边缘面向肩部10的邻接部11。这种配置限定了凸元件2和凹元件1的解锁位置。在该位置中，凸耳18从内肩部10释放，因此可以通过向凹元件1和凸元件2中的一者施加轴向拔出力而从开口8拔出凸耳，以便将一者与另一者分开。
联接装置可以有利地提供机械转位器，用于根据这些元件的预定相对角位置将凸元件2引导到凹元件1中。为此，在凹元件1的主体4的凸缘的前部上，可以设置轴向突出的销14；并且类似地可以在凸元件2的主体15b的凸缘的前部上设置端口23，可以将销14插入端口23中。
图7示出了根据本发明的另选实施方式的联接装置。在该图所示的情况下，凹部8形成在凹连接器1的凸缘4的外轮廓上。每个凹部8均具有斜面9、肩部10和肩部10的邻接部11。还发现，孔8的直边缘与肩部10的邻接部11相对。凸耳18由凸元件2的两个轴向突出元件支撑。如图1、图1a、图1b的主实施方式中那样，凸耳18和开口8形成卡口锁定机构。
根据本发明并且不管所选择的另选实施方式如何，凸元件1和凹元件2均支撑主磁路23a、23b，主磁路23a、23b分别布置在凸元件2的主体的凸缘15b的前部后面和凹元件1的凸缘4的前部后面，如图1a和图1b所示。
每个主磁路23a、23b均包括由铁磁材料(诸如软铁)形成的磁轭24a、24b。磁轭24a、24b分别沿横向于插入轴线的平面布置在凹元件1和凸元件2中。每个磁轭均可以是环形(如图1a和图1b所示)，或者采用任何给定的闭合形状或由多个非相邻的段组成。
每个主磁路同样均包括多个磁体25，磁体25能够产生磁通，并且附接到磁轭24a、24b。磁体25分别布置在凸元件2的凸缘15b的前侧和凹元件1的凸缘4的前侧，面向磁轭24a、24b。因此，当凸元件2和凹元件1彼此面对地靠近时，磁体25布置在两个磁轭23a、23b之间。
如下面在本公开的其余部分中将更详细地公开的，当凸元件1和凹元件2彼此面对地靠近时，凹元件1的主磁路23a和凸元件2的主磁路23b在横向于插入轴线的平面中具有角位移。在本公开的其余部分中，该位移简称为“角位移”。角位移是角度取向的结果，在该角度取向下，每个主磁路23a、23b均已经固定到凸元件2和凹元件1。这也是凸元件2和凹元件1在它们即将连接在一起时的相对角度取向的结果。
选择磁体25的取向，使得在至少一个角位移范围内产生磁吸引力，该磁吸引力使这两个元件1、2朝向彼此移动。将在本公开的关于图5a和图5b的描述的其余部分中详细描述多个优选示例。
在图1a和图1b所示的实施方式中，四个永磁体分别布置并规则地分布在每个环形磁轭24a、24b的周边处，彼此成90°。完全可以考虑另一种分布，并且例如将两个相邻的磁体25分开60度至120度的角度。该分布在两个主磁路23a、23b上不一定相同，但是为了简单实现发生的磁现象，这种配置是优选的。这使得尤其可以建立基准角位置，对于该基准角位置，每个主磁路23a、23b的磁体25面向彼此。
永磁体可以是具有几毫米边的立方体形式并且由NdFeB制成。它们可以具有大约1.2T以上的剩磁密度。
图5a示出了凸元件2和凹元件1在插入位置彼此面对地一起移动时的两个主磁路23a、23b，主磁路23a、23b与构成凸元件2和凹元件1的其余部分隔离，以便具有更大的可见度。在图5a中所示的磁体配置25中，根据“NSNS”配置，主磁路23a、23b之一的每个相邻磁体对均由取向为具有相反极性的磁体构成。在这种配置中，存在两个角位移，对于所述两个角位移，每个主磁路23a、23b的磁体面向彼此，与相反极性的面相对，因此彼此相互吸引。
在图5a所示的布置中，主磁路23a、23b倾向于彼此磁耦合以形成多极磁路26。该磁路产生：轴向吸引力，该轴向吸引力倾向于使两个元件1、2朝向或远离彼此移动；和磁扭矩，该磁扭矩倾向于使元件1、2中的一者相对于另一者旋转。该力和该扭矩由图5a中的箭头F和C表示。由永磁体25产生的磁通在这些磁轭24a、24b上被引导、循环和闭合。
由此形成四个磁通回路，磁通回路在每个主磁路23a、23b的每个相邻磁体对中并且在分开这对磁体25的每个磁轭部分24a、24b中循环。然后，极性磁路26具有四个磁极26a、26b、26c、26d，如图5a中示意性所示。
引导由永磁体25产生的磁通并使它们闭合以构成磁极的可能性使得可以在凸元件2和凹元件1之间产生特别强烈的吸引力，这比由简单的磁体(其尺寸与这里使用的相同构成的主磁路23a、23b)所产生的吸引力强烈得多。
该力的强度在本发明中用来引导凸元件2与凹元件1的连接并且将凸元件2和凹元件1彼此牢固地夹紧，从而补充由卡口锁定装置形成的机械保持。以这种方式，形成特别可靠的联接装置。因此，两个元件1、2朝向彼此的磁吸引力自然地导致凸耳18进入槽8中，凸耳18在斜面9上滑动以将这些凸耳18放置在肩部10中。
为了允许以小于磁吸引力所施加的轴向拔出力减小的方式断开装置，凸元件2和凹元件1可以设置有至少一个引导凸轮，该引导凸轮倾向于当凸元件2和凹元件1相对于彼此从锁定位置旋转到解锁位置时将所述元件彼此分开。
因此，如图1、图2和图3所示，孔5的周缘12可以设置有两个在直径上相对的齿13，每个齿13均具有用作支承表面的两个倾斜侧面。凸元件的截头圆锥形基部19可以包括具有倾斜边缘21、22的两个凹槽20，当凸元件2插入到凹元件1中时，凹元件1的具有倾斜侧面的齿13可以插入到倾斜边缘21、22中。
由这两个元件相对于彼此旋转引起的分离具有如下作用：减小轴向磁吸引力，并因此有利于凸元件和凹元件的断开。换句话说，可以理解，当从锁定位置切换到解锁位置时，通过凸元件2的销16的凹槽20的倾斜边缘21、22与凹元件1的齿13的倾斜侧面之间的磁性接合来促进磁链的断开，从而形成引导凸轮。
一般而言，由多极磁路26产生的力和磁扭矩的方向和强度取决于两个主磁路23a、23b之间存在的角位移。因此，图6分别示出了由多极磁路26产生的磁力沿插入轴线A的分量和由多极磁路26产生的磁扭矩作为角位移的函数。按照惯例，基准或零角位移被定义为多极磁路26产生两个主磁路23a、23b之间的最大吸引力并且产生零磁扭矩的位移。主磁路23a、23b分别固定到凸元件2和凹元件1，使得零角位移导致凸耳18大致与开口8相对放置。
在图6中可以看出，在该零角位移附近，多极磁路26产生高强度的吸引力，其倾向于将凸元件2夹紧在凹元件1上。另一方面，磁扭矩倾向于将该角位移朝向平衡的零角位移调整，这引导凸耳18朝向形成开口8的槽运动。因此，通过使凸元件2和凹元件1相对于彼此成角度地取向以允许它们被置于锁定位置中，而不需要使用者在元件1、2上施加力或特定的扭矩，多极磁路26自然可以轻易地引导凸元件2插入到凹元件1中。应注意，根据多极磁路26的配置，它具有多个角位移，这些角位移符合上述基准角位移的定义。在这种情况下，选择将凸耳18大致面向凹部8的位移值作为参考角位移值，这就足够了。这种选择可以通过前面描述的机械转位机构的存在来实现。
在本发明的非常有利的另选实施方式中，在图4a所示并且由图6中的箭头F1实现的锁定位置中，主磁路23a、23b在其之间具有非零的角位移“a”，该角位移“a”为几度，例如，4°至6°，以便施加剩磁扭矩，该剩磁扭矩导致将凸耳18保持在邻接部11上。由此产生弹簧复位效果，使得可以将凸耳18保持在邻接部11上。两个元件1、2的锁定位置通过该保持扭矩来固定。
如前所示，为了解锁联接装置，将解锁扭矩施加到元件1、2中的任一者上，以便将它们置于解锁位置，在该解锁位置，凸耳18与槽8的直壁抵接。解锁位置导致在两个主磁路23a、23b之间施加锁定角位移b，如图4b所示。该位置由图6中的箭头F2实现。有利地，选择该角位移，使得轴向牵引的磁力具有相对较低的强度，如图6中清楚可见，使得使用者可以以相对较弱的拔出力从凹元件1中拔出凸元件2。
更一般地说，应理解，在解锁位置中，由多极磁路26产生的磁牵引力比锁定位置中的所述磁路26产生的磁牵引力更低(并且优选地显着更低)。为了获得这种特定的配置，可以调整凸元件2和凹元件1的磁性尺寸(特别是凸耳18在锁定位置和解锁位置之间在凹部8中的角位移)以及主磁路23a、23b的配置，以便调整特性曲线的轮廓，如图6所示。
这种巧妙的特征可以单独使用或与引导凸轮组合使用，以试图减小要施加的拔出力来获得装置的断开。
在图6中注意到，在解锁位置中，总是施加复位扭矩，虽然如果使用者释放拔出力，则凸元件2和凹元件1可以再组装在一起。
在图5a的多极磁路26的配置中，存在四个极并因此存在两个基准角位置。在这种情况下，并且如前所述，机械转位器可以仅允许在这些基准位置中的一个位置中进行组装。
然而，以优选的方式，将选择为形成仅包括两个极的多极磁路26，因此仅具有单个基准角位移。这可以通过在每个主磁路23a、23b的环形磁轭24a、24b上仅放置两个磁体25来获得。然而，这种配置不能容易地获得已经添加到图6中的力和扭矩轮廓，但是在某些应用中这种配置仍然是可能的。
因此，优选地，将在每个磁轭24a、24b上使用四个永磁体，其布置类似于关于图5a的描述所描述的布置。然而，在该优选实施方式中并且对于每个主磁路23a、23b，两对相邻的磁体被取向为具有相反的极性，并且另外两对相邻的磁体被取向为具有相同的极性，以便形成“NNSS”配置。以这种方式，两个磁循环回路26a、26b形成为具有相反的极性。
如在图5b中清楚可见，在这种情况下，磁轭不必具有闭合形状(诸如环形)，以使得可以闭合磁通并形成两个极。两个单独的铁电材料部分足以形成功能性磁轭。在这种配置中，多极磁路26的磁特性非常类似于图6的特性曲线所示的磁特性。
可以选择将偶极子中的多极磁路26的这种配置与机械转位装置组合，即使后者不再是必需的。
当然，本发明不限于所描述的实施方式，并且可以使用另选解决方案而不脱离权利要求书中限定的本发明的范围。
尽管所描绘的示例表示每个主磁路23a、23b的每组磁体的四个磁体，但是本发明可以应用于不同数量的磁体，优选地偶数个磁体。而且，一些磁体25可以由简单的铁磁部件替换，只要这些替换件总是能够闭合多极磁路中的磁通即可。因此，不需要所有磁体25都由永磁体组成。
应注意的是，机械转位系统可布置成使得销14布置在凸元件2的主体15的凸缘上，并且使得端口23布置在凹元件1的主体4的凸缘上。
还应注意，当联接装置是电插座时，指形电触头6、17分布在凹形电插座1的内侧和凸形电插头2的外侧，并沿轴向插入方向延伸。通过选择使用具有弹簧区域的指部来保证指形电触头6和17之间的正确接触。

Claims (14)

1.一种联接装置，所述联接装置包括凸元件(2)和凹元件(1)，所述凸元件(2)和所述凹元件(1)适于将一者轴向插入到另一者中并且借助卡口机构(8，18)彼此锁定，所述凸元件(2)和所述凹元件(1)均具有主磁路(23a，23b)，所述主磁路(23a，23b)包括铁磁磁轭(24a，24b)和布置在横向于插入轴线的平面中的多个磁体(25)，所述主磁路(23a，23b)在所述凸元件(2)和所述凹元件(1)彼此面对地靠近时能够彼此磁耦合以形成多极磁路(26)，其中所述磁体(25)布置在这两个磁轭(24a，24b)之间，以产生在这两个磁轭(24a，24b)上闭合的磁通并产生轴向磁吸引力。
2.根据权利要求1所述的联接装置，其中，在锁定位置，所述凹元件(1)的所述主磁路(23a)和所述凸元件(2)的所述主磁路(23b)在横向于所述插入轴线的平面中具有锁定角位移，以产生具有弹簧效应的磁保持扭矩。
3.根据权利要求2所述的联接装置，其中，所述锁定角位移的范围为4°至6°。
4.根据权利要求2或3所述的联接装置，其中，向一个或另一个元件(1，2)施加解锁扭矩以将这两个元件(1，2)置于解锁位置，这需要在所述凹元件(1)的所述主磁路(23a)和所述凸元件(2)的所述主磁路(23b)之间具有解锁角位移，对于该解锁角位移的所述轴向磁吸引力的强度小于这两个元件(1，2)布置在所述锁定位置中时产生的轴向磁吸引力的强度。
5.根据权利要求4所述的联接装置，其中，所述解锁角位移的范围为10°至45°。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的联接装置，其中，所述多极磁路(26)具有四个极。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的联接装置，其中，所述多极磁路(26)具有两个极。
8.根据前述权利要求中任一项所述的联接装置，其中，所述凹元件(1)包括具有孔(5)的环形保持架，所述凸元件(2)的联接销(16)插入到所述孔(5)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的联接装置，其中，所述凹元件(1)和所述凸元件(2)设置有至少一个引导凸轮，所述至少一个引导凸轮趋向于在解锁时使所述凸元件(2)远离所述凹元件(1)移动。
10.根据权利要求9所述的联接装置，其中，所述至少一个引导凸轮包括布置在所述凹元件(1)上的齿(13)和布置在所述凸元件(2)上的凹槽(20)，所述齿(13)具有倾斜侧面，所述凹槽(20)具有倾斜边缘(21，22)，所述齿(13)被配置成当所述凹元件(1)和所述凸元件(2)插入彼此时接合到所述凹槽(20)中。
11.根据权利要求10所述的联接装置，其中，所述齿(13)被配置成靠置在所述凹槽(20)的所述倾斜边缘(21，22)上，以在解锁时使所述凸元件(2)远离所述凹元件(1)移动。
12.根据前述权利要求中任一项所述的联接装置，所述联接装置包括机械转位系统，所述机械转位系统用于将所述凸元件(2)成角度地定位在所述凹元件(1)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的联接装置，其中，所述凹元件(1)和所述凸元件(2)是电插头和电插座。
14.根据权利要求13所述的联接装置，其中，所述电插头和所述电插座是用于挂接装置的电插头和电插座，更具体地是用于拖车挂接装置的电插头和电插座。
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