CN1371537A - 机电连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电连接装置,它包括一个分别布置在一外壳中的供电装置或数据供应装置和一个用户接通装置或数据取用装置。其中,该供电装置或数据供应装置具有可通过电流接点与一个电流或脉冲发送源连接的操作电磁铁或磁性操作元件和接触元件,而可与一个用户电连接的该用户接通装置或数据取用装置则具有触发电磁铁或磁性触发元件和操作接触元件。通过作为平面接触构成的具有面接触的接触元件建立该供电装置或数据供应装置的接触元件与用户接通装置的连接。这两个装置中的至少一个装置的接触元件布置在相应外壳的一个至少部分弹性的壁中。

Description

机电连接装置

本发明涉及一种按权利要求1前序部分详细定义的机电连接装置。

这类装置在文献EP 0 573 471中进行了描述。这里的电连接不是通过一个作为供电装置或电流接通装置的插座和一个作为用户接通装置的插头，而是用一个开关装置和一个触发装置来接通电流，且在这两个装置中设置了作为具有面接触的扁触头构成的接触元件。通过这个措施使电源到用户的电连接明显简化而且也变得更为安全。在连接较高伏特数和/或安培数的情况下，例如在连接110伏或220伏时，只有在连接触发装置的情况下，接触元件才可能通过开关装置中的工作滑块供应电流，这对防止误操作和电事故具有很高的安全性。

但在低电压连接的情况下，在简化电路、便于清洁和安全接触连接方面，面接触也具有优点。在文献DE 296 10 996.7中描述了一种低压连接，通过这种连接，设备例如用24伏以内的低压或用脉冲和/或控制电压工作。

在用两个接触元件或必要时用三个接触元件的情况下，可以达到完好的面接触。但如果通过多个接触元件来建立接触时，则这种情况比较困难，因为在这种情况中不能保证在一个面接触中的相应合作的接触元件的完好和可靠的相互贴合。

尽管在文献DE 296 10 996.7中建议接触元件配置预张紧弹簧，但在多极接触连接时，这种连接方式变得相当昂贵而且还易受干扰。

所以本发明的目的在于改进上述种类机电连接装置，用简单的方式和可靠的接触连接就可建立多极的接触连接。

根据本发明，这个目的是通过权利要求1的特征部分中所述的特征来实现的。

通过把这两个装置即上述供电装置或数据供应装置和用户接通装置或数据取用装置中的至少一个装置的接触元件布置在一个至少部分弹性的壁中，在这两个装置相互连接时由于磁力可使接触元件对准相应的另一个装置并由此建立一个理想的面接触连接。

本发明的机电连接装置可按各种不同的方式使用到各种不同的技术领域。一个优选的使用领域例如是很少伏特数(例如低于24伏)的低压输电用的低压范围，以便产生控制电压、操作脉冲或进行数据传输。

为简化起见，下面只分别就一个供电装置和一个用户接通装置进行说明，尽管当然也泛指数据传输用的电压或脉冲传输有关的装置。同样地，当然也可用这种方式来传输音频信号。

为了加强接触连接，例如为了产生大的接触力，在需要的情况下，也可把这两个装置的接触元件布置在一个弹性壁中例如塑料膜中。

接触元件可单独用磁性元件布置在相应的壳体中或接触元件同时也是磁性元件。在后一种情况中，可获得很省空间的连接装置。

在简单的情况下，即在接触元件或接触元件配合不要求精确定位的情况中，只要在接触时两个相互共同作用的元件的一个作为电磁铁构成和另一个元件作为磁性元件构成即可。

如果不同的接触元件相互要求精确的配合，则供电装置和用户接通装置的相互配合的磁性工作元件必须作为具有反极性的磁性元件，这样就可产生精确配合的电路接线。

在本发明的另一种设计方案中，每个磁性元件本身具有相互不同的极化磁性粒子，这种极化的磁性粒子与另一个装置的磁性元件具有的反向极化的磁性粒子共同作用，这样，上述的连接可在安全接线和避免错误接线方面得到进一步的改善。这种设计方案的原理在文献DE195 12 334 C1中进行了描述。这种方案的主要优点之一是，用一个编码不一致的对应磁铁不可能产生电路接通，特别是当供电装置中设置的工作滑块或磁铁滑块没有通过一个永久磁铁位于静止位置时即位于不导电的位置时不可能产生电路接通。这点已在文献EP 0 573471中进行了描述。

如果把接触元件浇注在弹性的壁中或液密地安装在其中，则可制造出很安全的连接装置，这样的连接装置即使布置在液态介质或侵蚀性的介质中或位于相当侵蚀的环境例如喷漆车间中，也不会发生故障。当然，需要两个装置的这种液密性安装。这就是说，如果只在这两个装置之一中设置一弹性的壁，则另一个装置的相应的壁这样做成，即使接触元件所在的壳体壁中是液密的。

本发明的其他优点可从其余各项从属权利要求中和从下面结合附图说明的实施例中得知。

这些附图表示：

图1  通过本发明机电连接装置沿图2剖面线I-I剖开的放大断面；

图2  本发明供电装置或数据供应装置的俯视图；

图3  分别与一个电磁铁机械连接的三个接触元件的供电装置或数据供应装置的俯视图；

图4  原则上与图1实施例一致的、但附加具有一个工作滑块的另一个实施例。

图1和图2表示具有一个外壳1a的供电装置或数据供应装置1，在该外壳中布置了四个作为面接触构成的接触元件2，为了制造一个从电源到用户的连接装置，这些接触元件与布置在一个用户接通装置或数据取用装置3的外壳3a中的、同样作为面接触构成的接触元件4共同工作。接触元件2同时作为操作电磁铁或磁性操作元件构成，而接触元件4则同时作为触发电磁铁或磁性触发元件构成。供电装置或数据供应装置1的接触元件2分别通过导线5与一个未示出的电流源、电压源或脉冲源连接。用户接通装置或数据取用装置3的接触元件4也按相似方式分别通过导线连接到一个未示出的用户。如果接触元件4直接布置在用户或电流、电压或脉冲取用点，则也可不用连接导线。原则上，用户接通装置或数据取用装置3与供电装置或数据供应装置1的结构相同，所以相同的元件仍用相同的参考号(接触元件2和4例外)。

如图1放大图可以看出，接触元件2的前侧7是平的并与外壳1a面向用户接通装置3的表面至少接近齐平。其中接触元件2浇注在外壳的一个弹性壁8内(同样与其表面齐平)。弹性壁8可用不同的材料制成。在简单的方式中，该壁是一种软塑料，例如一种膜。壁8至少在前侧范围内液密地包围接触元件2，或接触元件2液密地埋入该壁中并只露出其前侧7。

当接触元件2同时通过磁力动作时，则嵌入或浇注在弹性壁8内的接触元件2可以是完全平的，即没有凸面。在机械导向的扁触头时，永远不能保证接触面的可靠贴合。由于这一原因，先有技术的扁触头一般至少两个接触面的一面做成凸面，从而被迫选用点接触。

用本发明提出的磁能动作的接触面可使接触元件2全部面积都是平面并可精确定中心地摞在一起。其前提是，本发明弹性壁8允许在轴向和径向内进行相应的自由运动。当然，弹性壁8不必像图1所示那样，完全包围接触元件。在需要的情况下，弹性壁8在表面区形成薄膜状并由此在后部露出接触元件也是可以的，这样接触元件更容易运动，因为特别是接触元件的后部应当能够在各个方向运动，以便在接触元件2的整个前侧7上实现面接触。

为了避免由于太小的接触面引起不允许的温升，这种面接触对传输高功率值特别是大电流时是有优点的。

此外，在低的和高的赫兹范围内进行伴音传送时，点接触就意味着音质受到限制。在这种频率时，有大电流通过，特别是在伴音传送时，有高瓦特数的电流通过，需要相当可靠的接触。用本发明的接触元件2可满足这些要求，这种接触元件在尺寸和加工上适应相关的要求是不成问题的。

为了使接触元件2可靠地固定在弹性壁8内，接触元件2可在其周边壁内配置扩展部例如分别配置一个凸缘9。同理，弹性壁8也可具有一个或多个例如同样呈环形的直径扩大部10，这样整个单元就可靠地安装在外壳1a内。

接触元件2例如还可附加设置一个行程限制装置，该装置例如可通过接触元件2的收缩或凹入部11来构成，一个止挡元件例如环或板12以一定间隙位于该凹入部中。该板或环12与外壳1a固定连接和/或通过壁8固定。

用户接通装置或数据取用装置3基本上按供电装置或数据供应装置1的相同方式构成。由于这个原因，作用相同的元件用相同的参考符号(直到接触元件4)。

现在如果把用户接通装置或数据取用装置3对准装到供电装置或数据供应装置1上，即用户接通装置或数据取用装置3的接触元件4与供电装置或数据供应装置1的接触元件2对准，则接触元件2由于弹性壁8向外或朝用户接通装置或数据取用装置3“拱起”和在弹性壁内的接触元件4也相反“拱起”，并以这样的方式对全部接触元件在其前侧7的整个区域达到完好的面接触。

对相向运动的接触元件2和4来说，由于板12以一定间隙位于凹入部11中，于是该板或环12便与后壁起行程限制装置的作用。亦即在这种情况中，接触元件2或4分别贴合在板12的后壁上。一般来说，例如0.1到0.5毫米的行程即可达到相当可靠的面接触。这就是说，板12和接触元件2和4的凹入部11之间的间隙在这个数量级内一般是足够的。这种结构的优点在于，在拔出接触元件时，或从前方用过大的力施压时，不会使膜产生不必要的变形。

必要时，为了在许多接触元件2和4的情况下，也能获得尽可能完好的接触，在一种简单的结构型式中，用户接通装置或数据取用装置3的接触元件4也可位于一个固定的壁内，这时不用前述的弹性壁8，而是用结合图2所述的壁8。

如图所示，用这种方式可以制作具有任意极数或接触元件数的分别具有完好接触的连接装置。其使用场合例如为汽车工业中的机器人在更换喷头和同时一起传输数据时。特别是在喷漆车间的侵蚀性环境中，本发明的这种面接触元件与先有技术的插座连接比较，具有特别大的优点，因为在这种环境中，插座连接难于清洁和部分经常损坏并由此不能使用。

其他的使用范围例如是汽车的挂车接合器(这种接合器一般是13极的)和例如在一个USB-数据总线系统中的计算机元件与其外围设备的相互连接。

另一个使用范围例如是存在水尤其是海水侵蚀问题的造船业。

如欲避免在供电装置或数据供应装置1的接触元件2上永久保持电流，则只需在接触元件2和导线连接之间设置一个工作滑块即可。这样的一个工作滑块或磁铁滑块在文献EP 0 573 471中进行了描述。

为了建立磁性连接，例如供电装置或数据供应装置1的接触元件2作为磁铁构成和用户接通装置或数据取用装置的接触元件4用一种磁性材料例如铁制成即可。但也可以是相反的配置。

在只用磁铁元件时，磁铁元件是这样布置的，即供电装置或数据供应装置1和用户接通装置或数据取用装置3的接触元件分别以不同的极性对应。同样在文献EP 0 573 471或DE 195 12 334 C1所述的机电连接装置时，相应“编码”的磁铁2和4可用作接触元件，以保持不同接触元件2和4的相互精确对应。

接触元件的一种很省空间的布置如图3所示。

与图1和图2的区别在于，此时接触元件2和4分别同时为操作电磁铁或触发电磁铁或相应的磁性元件，这些磁性元件被相应的电磁铁隔开。在图3中示出了具有三个操作电磁铁2’的供电装置或数据供应装置1’。每个操作电磁铁2’通过三个均匀分布在圆周上的不导电的肋14与同样为面接触的接触元件20进行机械固定连接。全部三个操作电磁铁2’一起和其通过肋14连接的接触元件20埋入弹性壁8’中。当扣上一个与此镜像构成的用户接通装置或数据取用装置3’时，每个磁铁的三个接触元件20由于壁8’的弹性便分别与另一个装置的接触元件产生面接触，因为这样一种面接触在三个相互待接通的元件时可很好地实现。

当然，图3中的三个并列的触发电磁铁2’只是一个例子而已。在外壳相应加大或加长的情况下，可在很窄的空间上安放任意数目的接触元件20。当然，在这种情况中，该装置也可做成圆形。

从图1还可看出，弹性壁8在其前侧7范围的外周边上带有一个向外的凸起15。通过这种结构更能保证液密性的连接。

同样的结构也适用于用户接通装置或数据取用装置3的弹性壁。

如欲在很窄的空间上设置许多接触元件，以便达到一个具有许多极数的连接装置，这时接触元件2或4的直径变得很小，为了增加一个或两个装置即供电装置或数据供应装置1和/或用户接通装置或数据取用装置3的磁力可在背离相应的另一个装置的后面或上面的一侧设置一个加强电磁铁16(见图1所示的虚线，包括用来附加容纳电磁铁16的同样用虚线示出的相应放大外壳1a)。在这两个装置相互连接的情况下，加强电磁铁16相应地增加了磁力并从后面把接触元件2或4向前方推到相应的另一个装置上，从而使弹性壁8比较容易凸起或向前拱起，并由此产生更可靠的面接触连接。

供电装置或数据供应装置1可用其外壳1a安装在任意的装置、支架、壁部或别的装置17中。这同样适用于用户接通装置或数据取用装置3。

图4表示另一实施例，此例基本上按图1实施例的相同方式构成。由于这个原因，相同的件仍沿用相同的参考号。

与图1实施例不同的是，在外壳1a的内部，供电装置或数据供应装置1配置了一个工作滑块21。如前所述，该工作滑块21的动作原理已在EP 0 573 471中进行了描述，因此，下面只简要述及。

如图所示，在这种情况下，电磁铁2和4以及接触元件相互隔开布置，且供电装置或数据供应装置1的接触元件用一个新的参考号“20’”表示，而用户接通装置或数据取用装置3的接触元件则用“4’”表示。电磁铁2和导线连接5与工作滑块21连接或布置在该工作滑块上。工作滑块21通过一个保持电磁铁22保持在静止位置。保持电磁铁22可做成环形并布置在外壳1a内的工作滑块21的用户接通装置或数据取用装置3的上面。当然，也可不用保持电磁铁22，而用另一种元件，该元件是铁磁的并用布置其上的电磁铁2吸引工作滑块21。

如图所示，用这种方式尚未在导线连接5和接触元件20’之间建立传输电流的连接。只有当装上用户接通装置或数据取用装置3时，由于电磁铁2和4的相互引力克服了保持电磁铁22的保持力，工作滑块21才从它的静止位置升起，并在导线连接5和接触元件20’之间产生接触，从而接通到用户接通装置或数据取用装置3的接触元件4’的电流。为此，当然可这样选择保持电磁铁22和电磁铁2之间的磁力：由于电磁铁4的磁力较强，在考虑它的情况下，电磁铁2和4不分别凸起到表面，而是稍微后退或埋入(在弹性壁8中的电磁铁4和电磁铁2在封盖下方)。在取下用户接通装置或数据取用装置3时，带电磁铁2的工作滑块21重新被保持电磁铁22吸引，于是工作滑块21又回到它的静止位置。就这样在取下了用户接通装置或数据取用装置3时可以自由接近的接触元件20’便无电流。

本发明装置以很有利的方式也可用来传输电流和传输移动电话的信号，这种移动电话例如通过一个对讲电话装置布置在汽车中。在这种情况下需要许多接点。为了传输高频信号，供电装置或数据供应装置1和用户接通装置或数据取用装置3可配置传输高频信号用的连接接点。传输高频信号一般必须设置屏蔽并用同轴电缆。

如果由于场地原因必须安置许多接触元件4’时，则需要通过绝缘中间层23对电磁铁4进行电屏蔽，这样就不产生短路。为了把电磁铁4固定在弹性壁8内，这些电磁铁可分别设置凸起24。电磁铁2固定在工作滑块21上与此类似。另一种解决办法是设置环形槽25，工作滑块21的材料伸入该槽中。

在接触元件4’的后侧或到导线连接6的过渡区有扩展部26，以便达到图1凹入部11的类似功能，亦即对弹性壁8的鼓起进行止挡限制。如图所示，在扩展部26和外壳3a的后壁之间有一个间隙，弹性壁8由于磁力只可能向外鼓起该间隙。

在图2中，例如用中心同轴布置的虚线圆圈“27”和布置在圆周范围内的虚线圆圈“28”表示供电装置或数据供应装置1的这类接点的两个安装位置。根据接点27或28的布置，在用户接通装置或数据取用装置3中相应设置对应接点或对应连接件(图中未示)。

Claims (15)

1.机电连接装置，具有如下特征：

a)一个可通过电流接点与一电流或脉冲发送源连接的供电装置或数据供应装置，

b)该供电装置或数据供应装置布置在一个外壳中并具有操作电磁铁或磁性操作元件和接触元件，

c)一个可与用户电连接的布置在一个外壳内的用户接通装置或数据取用装置，

d)该用户接通装置或数据取用装置具有触发电磁铁或磁性触发元件和接触元件，

e)通过供电装置或数据供应装置与用户接通装置或数据取用装置的连接可在该供电装置或数据供应装置和该用户接通装置或数据取用装置的作为平面接触构成的具有面接触的接触元件之间建立电流、脉冲或数据传输，

其特征为，

这两个装置(供电装置或数据供应装置(1)和用户接通装置或数据取用装置(3))中的至少一个装置的接触元件(2或4)布置在相应外壳(1a，3a)的一个至少部分弹性的壁(8)中。

2.按权利要求1的机电连接装置，

其特征为，

接触元件(2或4)在其前侧与部分弹性的壁(8)至少接近齐平。

3.按权利要求1或2的机电连接装置，

其特征为，

供电装置或数据供应装置(1)和/或用户连接装置或数据取用装置(3)的操作电磁铁或磁性元件(2)和触发电磁铁或磁性触发元件(4)同时构成接触元件。

4.按权利要求1、2或3的机电连接装置，其特征为，

在供电装置或数据供应装置(1)中的操作电磁铁(2)和在用户接通装置或数据取用装置(3)中的触发电磁铁(4)按一定的预选的极配置(编码)这样对应，即在接通状态下，一个北极总是对准对面的一个南极。

5.按权利要求4的机电连接装置，

其特征为，

每个电磁铁(操作电磁铁或触发电磁铁(2，4))本身是这样编码的，即它具有多个小的带不同极性的磁粒子，在接通状态中，这些磁粒子总是对准另一个装置的反向极性的磁粒子。

6.按权利要求1至5任一项的机电连接装置，

其特征为，

接触元件(2)注入或液密地嵌入至少部分弹性的壁(8)中。

7.按权利要求1至6任一项的机电连接装置，

其特征为，

至少部分弹性的壁(8)用一种塑料膜制成。

8.按权利要求1至7任一项的机电连接装置，

其特征为，

布置在至少部分弹性的壁(8)内的接触元件(2)配置了一个行程限制装置(11，12)。

9.按权利要求8的机电连接装置，

其特征为，

接触元件(2或4)在圆周上设置了一个或多个凹入部(11)，它们与外壳(1)上的至少一个止挡(12)或一个与外壳(1a或3a)连接的元件共同作用。

10.按权利要求1至9任一项的机电连接装置，

其特征为，

至少部分弹性的壁(8)在其周边向外鼓起，以构成一个密封圈(15)。

11.按权利要求1至10任一项的机电连接装置，

其特征为，

供电装置或数据供应装置(1)和/或用户接通装置或数据取用装置(3)配置了一个加强电磁铁(16)，该加强电磁铁总是位于操作电磁铁或磁性操作元件(2)或触发电磁铁或磁性触发元件(4)的后面一相对于另一个装置而言一，其中加强电磁铁(16)的尺寸或直径相当于操作电磁铁或磁性操作元件(2)或触发电磁铁或磁性触发元件(4)的几倍。

12.按权利要求1至11任一项的机电连接装置，

其特征为，

与每一个操作电磁铁或磁性操作元件(2)和/或每一个触发电磁铁或磁性触发元件(4)机械固定连接到三个接触元件(20)。

13.按权利要求1至12任一项的机电连接装置，

其特征为，

供电装置或数据供应装置(1)配置了一个用来传输高频信号的连接接点(27，28)，该连接接点可与一个布置在用户接通装置或数据取用装置(3)上的高频接点连接。

14.按权利要求1至13任一项的机电连接装置，

其特征为，

供电装置或数据供应装置(1)配置了一个可朝用户接通装置或数据取用装置(3)的方向内移动的工作滑块(21)，其中通过该工作滑块(21)这样进行接触元件(2)和导线连接(5)之间的连接，即只有在装上了用户接通装置或数据取用装置(3)时，才能进行电流或数据传输。

15.按权利要求14的机电连接装置，

其特征为，

在背离用户接通装置或数据取用装置(3)的工作滑块(21)的一侧上布置了一个保持电磁铁或一个用铁磁材料制成的元件(22)。

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