CN112292813A - 可远磁操作的电连接器和机械紧固件 - Google Patents

Abstract

两个相邻的主体(12、13)的表面之间的机械和电连接组件(11)包括在阳部件(14)上的由磁激励器(19)驱动的突出螺杆(16)。阴部件(15)上的螺纹腔(18)紧密地接合螺杆，以在两个主体之间形成刚性机械连接。与螺杆旋转接触的垫圈端子(23)能够接受与电导体(24)的焊接连接(8)。腔的端部处的插头端子(25)与焊接到该腔上的导体(27)封闭电路径。包括自转磁体的远程外部致动器激励并导致磁激励器(19)旋转，并驱动螺杆(16)进入或离开腔(18)并与插头(25)电接触。

Description

可远磁操作的电连接器和机械紧固件

在先申请

本申请是2018年03月14日提交的共同待决的美国专利申请第15921502号的继续申请。

技术领域

本发明涉及电力和机械连接器，更具体地，涉及模块化光伏板之间的连接。

背景技术

现代，许多物品包括通过电线而不是无线来发送或接收信号或电力的电子电路。当连接点位于受限制的或其它难以接近的空间时，电连接和断开这些物品可能是困难的。此外，同样由于连接点的位置以及可能由于大功率电源的接近，这种连接和断开可能是危险的。

屋顶太阳能收集器中所使用的光伏板需要紧密的安装以及其电和机械部件的快速连接和断开。在倾斜的屋顶或其它不稳定的位置进行这些操作是笨拙且危险的。

许多现有电互连设备的另一个缺点是需要将设备与其相邻物物理地断开，以便能够接近其电互连线。如以引用方式并入本文中的Elisary的美国专利公开第20130333303号中所公开的，许多美观的屋顶太阳能收集器涉及相对复杂的物理互连，这是由于屋顶的苛刻环境造成的，其中维持针对天气因素的严格密封是主要关注的。因此，从收集器阵列中移除单个损坏的收集器可能是特别困难的。

在家用电插口的情况下，通常需要切断特定插口的电力。过去，这通常需要通过切断家用断路器盒处的整个电路来断开为该特定插口供电的电路。由于对电路盒的接近受限、缺乏关于多个电路中的哪一个电路必须被切断的知识以及由被切断的电路所供电的其它电气设备的不方便的禁用，所以这种活动可能是困难的。因为家用水平电力所固有的危险，所以期望的是一种在提供优越且可靠的性能的同时增强安全性的设备。

此外，许多家庭必须应对无人监管的幼儿的存在。在这种情况下，可能期望的是对期望保持通电的单个电路上的多个电插座中的某些电插座断电。例如，经常寻求的是对儿童游戏室中特别容易接近的插座进行断电。这可能通常涉及使用昂贵且可能无效的保护性锁定插头或者相对永久地遮蔽壳体，这严重降低了方便地使用插座的能力。

因此，需要一种解决一个或多个上述不足的装置。具体地，例如，这对于在无需复杂操作的情况下能够促进和加速物理地和电地互连的太阳能板的安装或更换的设备来说将是有用的。

发明内容

本发明的主要和次要目的是提供在两个相邻的主体之间的机械和电连接组件。这些和其它目的可以通过由远程移动的磁体所激活的连接或断开策略来实现。

在一些实施例中，该组件消除了使用手动工具(如扳手或螺丝刀)来实现电或物理的连接或断开的需要。

在一些实施例中，该组件能够机械地和电地互连光伏太阳能收集板。

在一些实施例中，提供了一种可远磁操作的连接器，其包括：一对互锁机械紧固元件，所述一对互锁机械紧固元件中的每一个互锁机械紧固元件与一对相邻的主体中的一个主体相关联；所述元件中的第一元件具有螺纹腔；所述元件中的第二元件包括螺纹轴，该螺纹轴被相称地设定尺寸和螺纹以接合所述腔；所述元件中的一个元件能够围绕所述腔和所述轴的公共轴线旋转；以及第一磁体，该第一磁体具有至少一对相反的磁极，所述至少一对相反的磁极旋转地驱动所述元件中的一个元件；由此，所述磁体交替暴露于正磁场和负磁场将引起所述元件中的一个元件的旋转以及所述轴在所述腔内的轴向平移。

在一些实施例中，提供了所述连接器与远程磁性致动器的组合，其中所述致动器包括：可手动自转的主轴；以及第二磁体，该第二磁体具有跨在所述主轴上的至少一对北极和南极。

在一些实施例中，所述轴的旋转轴线和所述主轴的自转轴线大致平行，并且相隔了在约1英寸(2.5厘米)至约6英寸(15厘米)之间的距离。

在一些实施例中，所述轴由导电材料制成；并且，所述第二元件还包括近端轴承和第一金属电端子，该近端轴承由非导电材料制成并且由所述轴接合，该第一金属电端子与所述轴接触。

在一些实施例中，所述第一元件包括：近端非导电螺纹部，该近端非导电螺纹部具有所述腔；以及远端第二金属电端子。

在一些实施例中，所述第二金属电端子封闭所述腔。

在一些实施例中，所述第一磁体的相反磁极跨在轴向连接到所述轴的转子上。

在一些实施例中，所述连接器被安装在相邻的第一主体和第二主体的面对部分上，其中所述第一元件被安装到所述第一主体，并且所述第二元件被安装到所述第二主体。

在一些实施例中，所述第一元件被安装在所述第一主体的侧面上，并且所述第二元件被安装在所述第二主体的侧面上。

在一些实施例中，所述主体包括太阳能收集系统的相邻光伏板。

在一些实施例中，提供了一种同时电连接和机械紧固一对相邻的主体的方法，包括：选择物理连接到筒形磁体的导电螺纹轴；将所述轴旋转安装到所述一对相邻的主体中的第一主体上；使与所述筒形磁体间隔开有效距离的第二磁体自转；响应于由第二磁体的所述转动产生的变化磁场，引起所述筒形磁体协同旋转；将所述螺纹轴沿着轴线平移到被安装到所述一对相邻的主体中的第二主体的螺纹腔中；以及将所述轴沿着所述轴线进一步平移，直到所述轴接触被安装到所述一对相邻的主体中的所述第二主体的导电端子为止。

在一些实施例中，所述方法还包括：将所述第二磁体的自转轴线定向成大致平行于所述筒形磁体。

在一些实施例中，提供了电连接器和太阳能阵列的组合，其中所述电连接器包括：远磁致动的可轴向移动的导电构件。

在描述一些实施例中的特征时，原始权利要求的原始文本通过引用被并入本文中。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的连接器的示意性轴向截面图。

图2是磁性马达的示意性透视图。

图3是根据本发明的示例性实施例的远程致动器的示意性透视分解图。

图4是根据本发明的示例性实施例的可远程连接的家用电插座的示意性透视分解图。

图5是图4的连接器的示意性局部轴向截面图。

图6是用于远磁致动集成的电连接器和机械紧固件的方法步骤的示意性流程图。

具体实施方式

现在参考附图，图1示出了两个相邻的主体12和13之间的连接组件11。主体可以是需要它们之间的机械或电地连接的任何机械或电气设备，例如太阳能收集器屋顶系统中的相邻光伏太阳能板。连接组件的阳部件14被安装在第一主体12的侧表面上。阴部件15被安装在第二主体13的侧表面上。阳半部包括螺纹轴或螺杆16，该螺纹轴或螺杆16穿过非导电轴承10中的孔9朝向相邻主体上的阴部件垂直突出并与该相邻主体上的阴部件大致轴向对准。阴部件包括非导电的衬套17，该衬套17具有腔18，该腔18被相称地设定尺寸和螺纹以接合螺杆16。因此，螺杆和螺纹腔形成协同互锁的紧固元件。

螺杆16由磁激励器19驱动成沿轴线7旋转，如图2中所示，该磁激励器19包括转子20和圆柱形磁体，该磁体具有跨在转子上的至少一对相反的磁极21、22。转子可以通过焊接或以其它方式结合到螺杆而相对于螺杆被旋转固定。可替代地，转子和螺杆可以由单个整体的、大致圆柱形的金属件制成。接合在螺杆上且与螺杆接触的金属垫圈23形成电端子8，电导体24可以被焊接到该电端子8。垫圈可以被附接或以其它方式结合到轴承10。

在阴部件上，金属插头25位于腔18的远端处，并且可以封闭腔18的远端并形成电端子26，以提供与焊接到其上的导体27的电接触。因此，当两个主体通过连接组件互锁时，在第一主体12上的垫圈端子8和第二主体13上的插头端子26之间建立了电路径。换句话说，随着螺杆沿着其旋转轴线7前进到腔中，两个主体被紧固在一起。螺杆进一步前进到腔中导致螺杆和插头之间的电接触。因此，阳部件和阴部件形成连接组件的机械紧固元件，并作为集成的连接组件的部件而在相邻主体之间提供不可能(disableable)的电连接。应当理解，在螺杆16接合到腔18中之前，可以允许连接器的阴部件或阳部件轴向平移。以此方式，连接组件能够适应由于轻微的制造和/或安装误差而产生的相邻主体位置的微小不精确性。

图3中所示的远程致动器28还包括主轴29，可以通过转动手柄31来手动地使该主轴29在塑料的磁性非反应外壳30内绕轴线6自转。当致动器在尽管仍处于远程位置的情况下但在连接组件11的足够邻近的范围内被操纵时，在激励器19的旋转轴线7大致平行于远程致动器的自转轴线6的情况下，磁激励器对由致动器产生的交变磁场作出反应，并且顺时针或逆时针地驱动螺杆16，从而将该螺杆16轴向地推动成与腔18接触或不接触。已经发现，在家用消费者型太阳能收集器屋顶系统中所使用的光伏太阳能板的情况下，将远程致动器28的自转轴线6和磁激励器19的旋转轴线7分开的有效距离可以在约1英寸(2.5厘米)至约6英寸(15厘米)之间。因此，该激励器可以由远程定位的致动器以远磁方式致动。本领域技术人员将会理解，在知道这种调节可以影响连接组件的重量和体积的情况下，可以通过调节相应磁体的强度来调节距离的大约范围。

重要的是要注意，上述连接组件因此能够隐秘地安装到一对相邻的主体，以提高美观性并有助于保护组件的部件免受环境危害。

图4示出了根据本发明的示例性实施例的可远程连接和断开的家用电插座40。插座包括被形成到插座面板39上的一对插口41、42。每一个插口提供三个狭槽43，这三个狭槽43允许通过分叉的电插头接近插座内所包含的电接触件。接触件包括中性线束45和热线束47，当插座通电时，该中性线束45电连接到电路中性线46，该热线束47用于电连接到电路热线48。

接触件还包括用于连接到电路接地线(未示出)的接地线束44。第二接地线束49被示出为从插座拆卸，以更清楚地指示其部件，即一对接地接触容座50、电互连横杆51以及位于线束的相反端处的一对插座支架52。在其组装构造中，接地线束44安装到插座面板39的背面。

中性线束45由跨过导电桥56将第一中性接触件54与第二中性接触件55连接的导电框架形成。类似地，热线束47由跨过导电桥56将第一热接触件57与第二热接触件58连接的导电框架形成。

与图1中所示的连接组件类似的连接组件60将中性线束45机械地紧固到热线束47。此外，连接组件提供了用于将线束中的一个线束电互连到其相应的电路线的机构。该组件通常被构造成电连接到热线束47和与热线束47断开。然而，该组件可以被构造成将中性线束可释放地互连到中性电路线。

连接组件60包括一对相邻的主体，所述一对相邻的主体包括横向管状构件61形式的第一主体，该第一主体具有附接到中性线束45的第一端以及附接到热线束47的相反的第二端。第二主体是中间管状构件62的形式，其具有第一端和相反的自由端，该第一端邻接横向构件的中间部段63，连接到适当电路线(在这种情况下是热电路线48)的电线64被插入到该自由端中。两个管状构件都可以由刚性、耐用的电绝缘材料(例如硬塑料)制成。

连接组件的阳部件74被安装在横向管状构件61的侧表面上。阴部件75被安装在中间管状构件62内。阳半部包括螺纹轴或螺杆76，该螺纹轴或螺杆76穿过横向构件中的孔77朝向阴部件垂直突出并与该阴部件对准。阴部件包括非导电的衬套78，该衬套78具有腔72，腔72被相称地设定尺寸和螺纹以接合螺杆76。因此，螺杆和螺纹腔形成协同互锁的紧固元件。

螺杆76由磁激励器79旋转驱动，该磁激励器79包括转子80和圆柱形磁体，该圆柱形磁体具有跨在转子上的至少一对相反的磁极81、82。接合在螺杆上并与该螺杆接触的金属导电轴承83形成电端子，导电热线束47可以被焊接到该电端子。

在阴部件上，金属插头85封闭腔72并形成电端子86，以提供与通过一定量的焊料87焊接到该电端子86上的导体电线64的电接触。因此，当两个管状构件通过连接组件而互锁时，在横向管状构件61上的轴承端子83和中间管状构件62上的插头端子86之间建立了电路径。通过反转轴的旋转，使该轴也向近端平移离开插头并最终离开腔，可以禁用电路径。

随着螺杆76沿着其旋转轴线88前进到腔72中，两个主体被紧固在一起。在螺杆接合到腔中之前，允许连接组件60的阳部件和阴部件的相对轴向位置的轴向变化。以此方式，连接组件能够适应由于轻微的制造和/或安装误差而产生的电线64在中间管状构件内的轴向位置的微小不精确性。

图3中所示的同一远程致动器28可以用于致动图4和图5的实施例的连接组件60。当致动器在尽管仍处于远程位置的情况下但在连接组件60的足够邻近的范围内被操纵时，磁激励器79对由致动器产生的交变磁场作出反应，并且顺时针或逆时针地驱动螺杆76，从而将该螺杆76轴向地推动成与腔72和金属插头85接触或不接触。

重要的是要注意，上述连接组件因此能够隐秘地安装到隐藏在家用插座内的一对相邻的主体。除了提高美观性并帮助保护组件的部件免受环境危害之外，部件还位于防止与带电表面接触的地方。此外，能够在操作者不接触任何带电表面的情况下远程进行连接或断开。

应该理解的是，示例性实施例示出了普通家用电插座40，其具有以上下竖直取向布置的插口41、42。然而，家用电插座设计领域中的技术人员将很容易认识到，上述机构可以如何适用于其它常见的取向、不同的电压插座以及插口狭槽的形状和布置。

现在主要参考图6，本发明还包括一种在机械地接合或脱离两个相邻的主体的同时对电气部件进行通电或断电的方法，所有这些都是在连接器被隐秘地加载并且不与远程定位的致动器物理接触的情况下进行的。方法90可以包括选择物理连接到筒形磁体的导电螺纹轴或螺杆91。螺杆可以被旋转地且平移地安装到一对相邻的主体中的一个主体92，使得螺杆的旋转导致该螺杆的轴向移动。通过使与筒形磁体间隔开有效距离的第二磁体自转，筒形磁体响应于由自转的第二磁体产生的变化磁场而被引起协同旋转93。这又导致螺杆的旋转，以使该螺杆沿着其旋转轴线平移到被安装到相邻的主体中的第二个主体的螺纹腔中94。通过使第二磁体进一步自转，螺杆进一步平移到腔中，直到其远端接触被安装在腔的远端处的导电端子为止95。通过将第二磁体的自转轴线定向成大致平行于筒形磁体的旋转轴线并保持平行轴线之间的距离足够近以有效，可以有效地进行筒形磁体的感应旋转。

虽然已经描述了本发明的优选实施例，但是在不脱离本发明的精神和所附权利要求的范围的情况下，可以进行修改并且可以设计出其它实施例。

Claims (13)

1.一种可远磁操作的连接器，包括：

一对互锁机械紧固元件，所述一对互锁机械紧固元件中的每一个互锁机械紧固元件与一对相邻的主体中的一个主体相关联；

所述元件中的第一元件具有螺纹腔；

所述元件中的第二元件包括螺纹轴，所述螺纹轴被相称地设定尺寸和螺纹以接合所述腔；

所述元件中的一个元件能够围绕所述腔和所述轴的公共轴线旋转；以及

第一磁体，所述第一磁体具有至少一对相反的磁极，所述至少一对相反的磁极可旋转地驱动所述元件中的一个元件；

由此，所述磁体交替暴露于正磁场和负磁场将引起所述元件中的一个元件的旋转以及所述轴在所述腔内的轴向平移。

2.权利要求1所述的连接器与远程磁性致动器的组合，其中所述致动器包括：

可手动自转的主轴；以及

第二磁体，所述第二磁体具有跨在所述主轴上的至少一对北极和南极。

3.根据权利要求2所述的组合，其中所述轴的旋转轴线和所述主轴的自转轴线大致平行，并且相隔了在约1英寸(2.5厘米)至约6英寸(15厘米)之间的距离。

4.根据权利要求1所述的连接器，其中：

所述轴由导电材料制成；并且

所述第二元件还包括近端轴承和第一金属电端子，所述近端轴承由非导电材料制成并且由所述轴接合，所述第一金属电端子与所述轴接触。

5.根据权利要求4所述的连接器，其中所述第一元件包括：

近端非导电螺纹部，所述近端非导电螺纹部具有所述腔；以及

远端第二金属电端子。

6.根据权利要求5所述的连接器，其中所述第二金属电端子封闭所述腔。

7.根据权利要求1所述的连接器，其中所述第一磁体的相反的磁极跨在轴向连接到所述轴的转子上。

8.根据权利要求1所述的连接器，其中所述连接器被安装在相邻的第一主体和第二主体的面对部分上，其中所述第一元件被安装到所述第一主体，并且所述第二元件被安装到所述第二主体。

9.根据权利要求8所述的连接器，其中所述第一元件被安装在所述第一主体的侧面上，并且所述第二元件被安装在所述第二主体的侧面上。

10.根据权利要求9所述的连接器，其中所述主体包括太阳能收集系统的相邻光伏板。

11.一种同时电连接和机械紧固一对相邻的主体的方法，包括：

选择物理连接到筒形磁体的导电螺纹轴；

将所述轴旋转安装到所述一对相邻的主体中的第一主体；

使与所述筒形磁体间隔开有效距离的第二磁体自转；

响应于由所述第二磁体的所述自转产生的变化磁场，引起所述筒形磁体协同旋转；

将所述螺纹轴沿着轴线平移到被安装到所述一对相邻的主体中的第二主体的螺纹腔中；以及

将所述轴沿着所述轴线进一步平移，直到所述轴接触被安装到所述一对相邻的主体中的所述第二主体的导电端子为止。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

将所述第二磁体的自转轴线定向成大致平行于所述筒形磁体。

13.电连接器和太阳能阵列的组合，其中所述电连接器包括：

远磁致动的可轴向移动的导电构件。

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