DE102019101620B4

DE102019101620B4 - Elektronisch betätigte halteverriegelung für entfernbare steckeranordnung eines wechselstrom-gleichstrom-adapters

Info

Publication number: DE102019101620B4
Application number: DE102019101620.7A
Authority: DE
Inventors: Boris Landwehr; James Lee; Craig Crawford; Andrew Bell; Samuel Duell
Original assignee: Nvidia Corp
Current assignee: Nvidia Corp
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: US20190356097A1; US20210050697A1; CN110504589A; DE102019101620A1; CN110504589B; US11495928B2; US10790628B2

Abstract

Leistungsadapterkit (100), umfassend:eine Adapterbasis (102); undmehrere Steckverbinder (104(1)-104(N)), die jeweils mit der Adapterbasis (102) mechanisch entfernbar und elektrisch in Eingriff bringbar sind,wobei die Adapterbasis (102) einen elektromagnetischen Verriegelungsmechanismus umfasst, der erfasst, wenn Strom an einen Steckverbinder (104(1)-104(N)) angelegt ist, der mit der Adapterbasis (102) in Eingriff ist, und selektiv den Steckverbinder (104(1)-104(N)) mit der Adapterbasis (102) als Reaktion auf die Erfassung mechanisch verriegelt.

Description

GEBIET
Die beispielhafte Technologie betrifft hier internationale Leistungsadapter und insbesondere Leistungsvorrichtungen, die für unterschiedliche Leistungsnetzanschlussdosentypen rekonfiguriert werden können.
HINTERGRUND & ZUSAMMENFASSUNG
Während sich die Welt vor langer Zeit auf Wechselstrom (AC) (nicht Gleichstrom (DC)) für die Lieferung von elektrischer „Netz" (Haushalt)-Leistung einigte, gibt es keine weltweite Standardisierung für die Konfiguration von Wechselstrom-Verbindungssteckern oder auch nur Spannungen und Frequenzen für Wechselstrom. Nordamerika verwendet im Allgemeinen 110 Volt Wechselstrom (VAC) bei 60 Hz, Japan verwendet 100 VAC bei 50 oder 60 Hz (abhängig davon, in welchem Landesteil man sich befindet) und Europa verwendet meistens 230 VAC bei 50 Hz. Außerdem gibt es mindestens zwölf unterschiedliche Typen von elektrischen Wechselstromsteckern, die weit verbreitet in der ganzen Welt verwendet werden. Nordamerika und Japan entschieden sich für Typ A (zwei Zinken ungeerdet) und B (drei Zinken geerdet), wohingegen Südamerika, Afrika, Europa und Asien meistens Typ C verwenden. Teile von Afrika und Teile von Asien verwenden Typ D, Länder in Europa, Asien und Afrika verwenden vereinzelt Typen E, F, G und H, Australien und einige Unternehmen in Japan verwenden Typ I, Liechtenstein verwendet Typ J und so weiter. Keine von diesen sind miteinander kompatibel, was von globalen Reisenden verlangt, Steckeradapter mitzubringen, um ihnen zu ermöglichen, ihre Wechselstromvorrichtungen in Wechselstromnetzsteckdosen von unterschiedlichen Ländern zu stecken (siehe www.trade.gov/mas/ian/ECW/characteristics.html) .
Viele moderne digitale Geräte, wie beispielsweise Computer, Tablets, Smartphones und dergleichen, arbeiten bei Spannungen, die niedriger als das Leistungsnetz sind, wie beispielsweise 5 Volt Gleichstrom (VDC) oder 12 VDC. Derartige Geräte benutzen häufig einen externen „Leistungsadapter“ (Abspanntransformator oder andere Schaltung), um die Wechselstromnetzleitungsspannung auf die bestimmte niedrigere Spannung herunterzutransformieren, die das Gerät erfordert. Einige derartige Leistungsadapter gleichrichten die heruntertransformierte Spannung, um Wechselstrom vom Leistungsnetz in Gleichstrom umzuwandeln. Diese Leistungsadapter werden häufig „Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsadapter“ genannt
Um diese verschiedenen, weltweit unterschiedlichen Leistungskonventionen unterzubringen, ist es allgemeine Praxis, derartige Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsadapter mit entfernbaren Steckeranordnungen auszugestalten. Dies ist für den Hersteller vorteilhaft, weil es ermöglicht, einen einzigen Leistungsadapter global zu vertreiben, in dem er mit den für jede besondere Region spezifischen Steckeranordnungen versandt wird. In einigen Fällen stellt der Hersteller dem Endbenutzer mehrere unterschiedliche austauschbare abnehmbare Steckeranordnungen bereit, so dass der Endbenutzer den gleichen Adapter in unterschiedlichen globalen Regionen lediglich durch Tauschen zwischen austauschbaren Steckeranordnungen verwenden kann. Benutzer profitieren dadurch, dass sie ein Mittel aufweisen, den Adapter während des Reisens mit unterschiedlichen Typen von Aufnahmen kompatibel zu machen.
Einige derartige austauschbare Steckeranordnungen stützen sich entweder auf Reibung oder eine mechanische Verriegelung, um die Steckeranordnung im Körper des Hauptadapters zu halten. Diese Haltesysteme können für den Benutzer verwirrend sein, weil es ohne auf der Vorrichtung gedruckte Anweisungen nicht immer klar ist, welche Richtung zu ziehen oder wie viel Kraft an die Verriegelung anzulegen ist, um die Steckeranordnung von dem Adapterkörper zu lösen. Weitere Steckeranordnungen sind in US 8 944 845 B2 , DE 10 2016 112 988 A1 , US 2017/0 170 614 A1 , US 4 973827 , US 8 226 424 B1 , US 8 079 877 B1 und US 2011/0171 842 A1 beschrieben.
Als ein separates Problem werden Wechselstrom-Gleichstrom-Adapter, bei denen die Orientierung der Wechselstromzinken relativ zu dem Adapterkörper fixiert ist, eine benachbarte Wechselstromnetzsteckdose unvermeidbarerweise abhängig von der Orientierung benachbarter Steckdosen in einer Leistungsleiste oder Wandanschlussdose blockieren. Einige frühere Lösungen sahen die Drehung der Wechselstromnetzmesser vor, wobei bei derartigen Lösungen der sich drehende Messermechanismus jedoch im Allgemeinen nicht von dem Wechselstromadapterkörper lösbar ist.
Weitere Verbesserungen sind möglich. Die Erfindung stellt einen Leistungsadapterkit, eine Adapterbasis und einen Steckverbinder gemäß der unabhängigen Ansprüche bereit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgende ausführliche Beschreibung von beispielhaften, nicht einschränkenden veranschaulichenden Ausführungsformen ist in Verbindung mit den Zeichnungen zu lesen, von denen:

1 ist eine erhöhte seitliche Perspektivansicht eines beispielhaften, nicht einschränkenden Wechselstrom-Gleichstrom-Adapterkits.
2A und 2B sind seitlich erhöhte Perspektivansichten eines nicht einschränkenden Beispiels des Kits gemäß 1, der konfiguriert ist, um einen Stecker oder männlichen Abschnitt bereitzustellen, der mit dem nordamerikanischen Typ A Leistungsnetz kompatibel ist.
3A und 3B sind seitlich erhöhte explodierte Perspektivansichten, die zeigen, wie der Kit gemäß 1 für unterschiedliche Orientierungen des Steckverbinders relativ zu dem Adapterbasisgehäuse konfiguriert sein kann.
4 zeigt ein beispielhaftes konzeptionelles Blockdiagramm eines gesamten, nicht einschränkenden Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungswandlersystem, das den Kit gemäß 1 umfasst.
5 ist ein schematischer Schaltplan einer nicht einschränkenden Verriegelungssteuerschaltung, die eine elektromagnetische Verriegelung steuert.
6 ist eine seitlich erhöhte, explodierte Perspektivansicht einer beispielhaften, nicht einschränkenden Adapterbasis-Verriegelungsaufnahme, die eine elektromagnetische Verriegelungsanordnung umfasst.
6A zeigt einen seitlich erhöhte, aufgeschnittene und explodierte Perspektivansicht einer beispielhaften, nicht einschränkende Adapterbasis-Verriegelungsaufnahme, die eine elektromagnetische Verriegelungsanordnung umfasst.
7 ist eine beispielhafte Querschnittsdraufsicht eines Steckverbinder-Verriegelungsstifts, der sich mit einer Adapterbasis-Verriegelungsaufnahme verriegelungsmäßig paart.
8 ist eine beispielhafte Querschnittsdraufsicht eines Steckverbinder-Verriegelungsstifts, der sich mit einer Adapterbasis-Verriegelungsaufnahme verriegelungsmäßig paart.
9 ist eine beispielhafte explodierte Perspektivansicht eines beispielhaften, nicht einschränkenden Steckverbinders.
10 ist eine beispielhafte seitlich erhöhte, perspektivische Querschnittsansicht des Steckverbinders gemäß 9.
11 ist eine beispielhafte seitlich erhöhte, perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts des Steckverbinders gemäß 9, die schwenkbare Anschlüsse zeigt, die mit flexiblen elektrischen Anschlüssen in Eingriff sind.
12 ist eine beispielhafte seitlich erhöhte, perspektivische Querschnittsansicht eines Steckverbinder-Verriegelungsstifts und seine Beziehung zu schwenkbaren Leistungszinken und zugeordneten verbindenden elektrischen Anschlüssen.
13 ist eine beispielhafte seitlich erhöhte, perspektivische Querschnittsansicht eines angeformten Verriegelungsstifts mit Stahlverstärkungselement.
14 ist ähnlich wie 12, zeigt jedoch ebenfalls ein Steckverbindergehäuse.
15 ist eine erhöhte Perspektivansicht des Bodens des Steckverbinder gemäß 9.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON NICHT EINSCHRANKENDEN, BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte, nicht einschränkende Ausführungsformen ersetzen hier die mechanisch betätigte Halteverriegelung eines Leistungsadapters mit einer Solenoid-betätigten Halteverriegelung. Dieses Solenoid wird von einer elektronischen Schaltung gesteuert, welche die Anwesenheit oder Abwesenheit der Netzwechselspannung erfasst. Wenn der zusammengebaute Wechselstrom-Gleichstrom-Adapter und die Steckeranordnung von der Wandanschlussdose entfernt werden, erfasst die Verriegelung das Entfernen und entriegelt die Steckeranordnung für leichtes Entfernen ohne einen durch den Benutzer erforderlichen erhöhten Kraftaufwand. Die Schaltung ist für minimalen Leistungsverbrauch ausgestaltet und das Solenoid konsumiert Leistung nur, wenn es die Verriegelung in Eingriff oder außer Eingriff nimmt.
Mit derartigen beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsformen ist es möglich, die Steckeranordnung derart auszugestalten, dass sie vorübergehend an dem Wechselstrom-Gleichstrom-Hauptadapterkörper mit einer leichten und genauen Kraft gehalten wird. Diese leichte Kraft könnte mit Permanentmagneten oder einem anderen Material implementiert werden, die die dem Benutzer das gewünschte Gefühl bereitstellen würde. Sobald die Einheit in der Wand eingesetzt ist, kommt die elektromagnetische Verriegelung mit der notwendigen Kraft in Eingriff, die von dem Benutzer erforderlich ist, um die Steckeranordnung von der Kraft einzusetzen, die durch den Leistungsadapter erforderlich ist, um diese festzuhalten. Mit anderen Worten entkoppeln einige beispielhafte, nicht einschränkende Ausführungsformen die Kraft, die durch den Benutzer erforderlich ist, um die Steckeranordnung eizusetzen, von der Kraft, die durch den Leistungsadapter erforderlich ist, um diese festzuhalten. Die Benutzererfahrung des Einsetzens und des Herausziehens der Steckeranordnung kann dann unabhängig kundenmäßig angepasst werden. Dies ermöglicht eine neuartige Benutzererfahrung.
Andere Aspekte von offenbarten, nicht einschränkenden Ausführungsformen widmen sich dem Problem von blockierten Steckdosen durch Bereitstellen eines lösbaren regionalen Adapters, der in mehreren Orientierungen installiert werden kann, um zu verhindern, dass der Körper des Adapters benachbarte Steckdosen blockiert. Neuartige Aspekte umfassen die Form und Orientierung der elektrischen Kontakte zwischen dem regionalen Adapter und dem Wechselstromhauptadapterkörper, der mehrere Orientierungen erlaubt, während weiterhin internationale Sicherheitsstandards erfüllt werden. Der Verriegelungsmechanismus hält den regionalen Adapter sicher an dem Wechselstromadapterkörper und die magnetischen Ausrichtungsmerkmale helfen bei der Benutzerinstallation des regionalen Adapters.
Derartige beispielhafte, nicht einschränkende Ausführungsformen stellen die Fähigkeit bereit, den regionalen Adapter in mehreren Orientierungen relativ zu dem Wechselstromadapterkörper zu installieren. Diese stellt eine gestraffte Logistik für internationalen Vertrieb durch Trennen der regionalen Differenzierungsmerkmale von den gemeinsamen Merkmalen der Adapter bereit.
Zusätzliche beispielhafte, nicht einschränkende Merkmale und Vorteile umfassen:

• Klammer innen, um ein „Click“-Gefühl während des Faltens der Zinken bereitzustellen
• Anschlussmerkmal flexibel ausgeführt, um Zinken glatt zu kontaktieren
• Verriegelungsstift verstärkt, (z.B. mit verstärkendem Stahl oder anderem starren Stift, der in das Werkzeug eingesetzt und in dem Verriegelungsstift mitgegossen wird), so dass er Missbrauch ohne Brechen widerstehen kann
• Teil/Montage-Toleranzen (z.B. der Abstand vom Boden der Anordnung zu dem Stift/Verriegelung-Kontaktpunkt und der Abstand von der oberen Adapterfläche zu dem Stift/Verriegelung-Kontaktpunkt) gesteuert für feste Verriegelungserfahrung
• Stift/Verriegelung Toleranzschleife z.B. durch Zusammenführen von Verriegelungsstift und zugeordneter Fläche verkürzt
• Bodenfläche der Anordnung stellt den erforderlichen Punkt des Adapterkontakts bereit, um die Toleranzen zu begrenzen, die sich auf die Toleranzen der Verbindung von Stift<->Verriegelung auswirken (z.B. ist die äußere Abdeckrahmenfläche das Datum für den Kontakt; Ziel = STIFT/FLÄCHE wird USW zu DH bündig zu der Abdeckung auf 0,10 Überstand der Abdecklippe gehalten; der äußere Abdeckrahmen ist nicht der erste Kontaktpunkt, egal wie der Benutzer versucht, die Kupplung herzustellen)
• Zusammenführen des Verriegelungsstifts und der Fläche und Verwenden der Bodenfläche, um Mittel zu lokalisieren, damit die äußere Abdeckung lediglich die Kunststofffläche des Adapters entlang einer Kante kontaktieren wird; eine einzige kritische Toleranz wird gesteuert, um eine gute Verriegelung zu gewährleisen; die Bodenfläche ist der einzige Kontaktpunkt auf allen vier Seiten, weil ein Lokalisieren auf sowohl der Fläche als auch der Abdeckung zu Schrägstellung führen und einen Spalt erzeugen kann; die Abdeckung wird die Adapterfläche nicht auf drei Seiten kontaktieren (auf den anderen drei Seiten steuert die Fläche den Kontakt).
• Ausgestaltung der Adapter-Flächen-Anordnung steuert die Toleranz- und Anordnungsschleife, um eine gute Verbindung der Stift<->Verriegelung zu gewährleisten.

Beispielhafter, Nicht Einschränkender Adapterkit 100
1 zeigt einen beispielhaften, nicht einschränkenden Kit 100, der nützlich ist, um ein Leistungsnetz an ein elektrisches oder elektronisches Gerät anzupassen. In dem gezeigten Beispiel umfasst der Kit 100 eine Adapterbasis 102 und mehrere austauschbare Steckverbinder 104(1), 104(2) ... 104 (N). In dem gezeigt, nicht einschränkenden Beispiel umfasst der Kit 100 die folgenden Komponenten:

• ein Typ C Steckverbinder 104(1) (der in einem Großteil von Kontinentaleuropa, Asien, Südamerika und Afrika verwendet werden kann);
• ein Typ G Steckverbinder 104(2) (der in China, Indien, dem Vereinigten Königreich, Teilen von Afrika und Südamerika und Teilen von Südostasien verwendet werden kann);
• ein Typ A Steckverbinder 104(3) (der in den Vereinigten Staaten, Japan, Zentralamerika, Teilen von Südamerika, Teilen von Afrika und Teilen von Südostasien verwendet werden kann);
• einen ungeerdeten Typ H Steckverbinder 104(N) (der in China, Teilen von Afrika, Teilen von Zentral- und Südamerika verwendet werden kann; und
• die Adapterbasis 102.

Leistungszinken 104 sind austauschbar mit der Adapterbasis 102 - eine nach der anderen - verbundbar, um eine beliebige Anzahl von unterschiedlich konfigurierten, integrierten Adaptern 108 zusammenzubauen. Der Kit 100 kann eine beliebige Anzahl von Steckverbindern 104 enthalten (das heißt, „N“ kann eine beliebige positive ganze Zahl sein). Die gezeigten Steckertypen sind beispielhaft. Ein beliebiger Steckertyp ist möglich.
Die Steckverbinder 104 weisen sich erstreckende Stromzinken 110 auf, die verwendet werden, um mit dem Leistungsnetz elektrisch verbunden zu sein. Diese Stromzinken 110 sind typischerweise aus einem leitfähigen Metall hergestellt, wie beispielsweise Messing oder vernickeltem Messing. Die Stromzinken leiten Wechselstromspannung und Strom von dem Leistungsnetz zu der Adapterbasis 102, wenn die Stromzinken in entsprechende weibliche Anschlussdosenabschnitte des Leistungsnetzes eingesetzt sind. Die Anzahl von Stromzinken 110 hängt von dem Typ von weiblicher Anschlussdose ab, für die sie ausgestaltet sind, kompatibel zu sein. Es wird typischerweise mindestens zwei (2) Zinken 110 auf jedem Steckverbinder 104 (zwei Wechselstromleitungen) geben und einige Steckverbinder (z.B., Steckverbinder 104(2) weisen drei Zinken auf (zwei Spannungsleitungen und eine Erdungsleitung).
In den gezeigten, nicht einschränkenden Beispielen stellt jeder der Steckverbinder 104 einen männlichen Stecker bereit, der konfiguriert ist, um sich mit einer weiblichen Netzleistungsanschlussdose zu paaren (im Allgemeinen sind Netzleistungsanschlussdosen weiblich, so dass es keinen vorstehenden Abschnitt gibt, der versehentlich kontaktiert werden könnte, um einen Elektroschock abzugeben). Andere Konfigurationen sind jedoch möglich. Beispielsweise könnten in Applikationen niedriger Spannung, wo das Risiko von Schock verringert oder beseitigt ist, die austauschbaren Steckverbinder 104 weibliche Anschlussdosen sein oder sowohl männliche Abschnitte als auch weibliche Abschnitte aufweisen.
Um den Kit 100 zu verwenden, wählt der Benutzer einen der Steckverbinder 104 aus (diese Auswahl wird typischerweise basierend auf dem Typ von Leistungsnetzanschlussdose oder anderem Verbinder durchgeführt, mit dem sich der Benutzer verbinden möchte). Der Benutzer paart dann den ausgewählten Steckverbinder 104 mit der Adapterbasis 102, um einen integrierten Leistungsadapter 108 zu bilden. Wenn der Benutzer wünscht, den Adapter 108 mit einem unterschiedlichen Typ von Leistungsnetzanschlussdose oder anderem Verbinder kompatibel zu machen, entfernt der Benutzer den aktuell mit der Adapterbasis 102 gepaarten Steckverbinder 104 und ersetzt ihn mit einem unterschiedlichen Steckverbinder 104, der ausgewählt ist, um mit dem unterschiedlichen Typ von Leistungsnetzanschlussdose kompatibel zu sein. Somit kann jeder Steckverbinder 104 entfernbar, physisch und elektrisch mit der Adapterbasis 104 verbunden sein, um einen integrierten Adapter zu bilden, der mit einer bestimmten Leistungsnetzkonfiguration kompatibel ist (siehe 2A, 2B für das Beispiel, indem der Steckverbinder 104(3) mit dem Adapterabschnitt verbunden ist). Die Adapterbasis 102 kann erneut mit unterschiedlichen Steckverbindern 104 verwendet werden, um einen unterschiedlich konfigurierten integrierten Adapter 108 bereitzustellen, der mit unterschiedlich konfigurierten Leistungsnetzen kompatibel ist.
Wie ausführlicher nachstehend beschrieben wird, stellen die beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsformen Verbesserungen bereit, so dass die Adapterbasis 102 den ausgewählten Steckverbinder 104 automatisch fest zurückhält, solange wie der integrierte Adapter 108 in dem Leistungsnetz eingesteckt ist, wobei dem Benutzer jedoch ermöglicht wird, den Steckverbinder von der Adapterbasis ohne weiteres zu entfernen und auszutauschen, wenn der Adapter nicht mit dem Leistungsnetz verbunden ist.
Adapterbasisgehäuseform
In dem bestimmten gezeigten, nicht einschränkenden Beispiel ist die Adapterbasis 104 im Allgemeinen rechteckig mit einem Ausschnitt 106, der dimensioniert und geformt ist, um jeden der Steckverbinder 104 (einen nach dem anderen) physisch unterzubringen. Insbesondere sind die Steckverbinder 104 jeweils geformt, um in den Ausschnitt 106 des Adapters 102 zu passen, so dass, wenn ein gegebener Steckverbinder 104 mit der Adapterbasis 102 physisch gepaart ist, der Steckverbinder mit der Form der Adapterbasis 102 übereinstimmt und der Formfaktor des resultierenden zusammengebauten Adapters 108 (wie in 2A, 2B gezeigt) einem integralen Ganzen (z.B., einem rechteckigen oder kubischen Block) ohne andere sich erstreckende Abschnitte als die Stromzinken 110 ähnelt. Wie in 2A und 2B ersichtlich ist, können einige Stromzinken 110, 110' zwischen einer eingezogenen Position (2A) und einer ausgezogenen Position (2B) einziehbar sein, so dass die Zinken eingezogen werden können, wenn nicht in Gebrauch, um den integrierten Adapter 108 zur Speicherung kompakter und ästhetisch ansprechender zu machen. Formen, wie beispielsweise rechteckig und kubisch, sind für den integrierten Adapter 108 nicht einschränkend. Jede gewünschte Form ist möglich, die beispielsweise D-förmig, kreisförmig, länglich, sphärisch, Stabförmig oder eine beliebige andere gewünschte Form umfasst.
Entfernbares Verriegeln von Austauschbaren Steckverbindern in Adapterbasis
1 zeigt, dass die innerhalb des Ausschnittabschnitts 106 positionierte Adapterbasis 102 eine vorstehende Verriegelungsaufnahme 112 umfasst, die eine Ausnehmung 114 umfasst, die dimensioniert, geformt und konfiguriert ist, um einen Verriegelungsstift 116 anzunehmen und zu halten, der sich von einem (beliebigen) Steckverbinder 104 erstreckt. In dem gezeigten, nicht einschränkenden Beispiel weist jeder Steckverbinder 104 einen ähnlich konfigurierten oder identisch konfigurierten Verriegelungsstift 116 auf, so dass sich jede oder eine beliebige Steckverbinder- Verriegelungsaufnahme 112 mit der gemeinsamen Adapterbasis 102 paaren kann. In dem gezeigten Beispiel ist die der Adapterbasis vorstehende Verriegelungsaufnahme 112 imstande, einen Verriegelungsstift 116 selektiv fest zu halten/zu verriegeln und den zugeordneten Steckverbinder 104 mit der Adapterbasis 102 selektiv fest mechanisch und elektrisch zu befestigen/zu verbinden.
Verriegeln in Mehreren Unterschiedlichen Orientierungen
In beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsformen ist der Verriegelungsstift 116 derart symmetrisch, dass er sich mit der Verriegelungsaufnahme 112 in jeder von mehreren unterschiedlichen relativen Orientierungen paaren kann. Beispielsweise kann sich in einigen, nicht einschränkenden Ausführungsformen der Verriegelungsstift 116 erfolgreich mit der Verriegelungsaufnahme 114 bei relativen Drehorientierungen von 0°, 90°, 180° und 270° paaren. Des Weiteren ist der Verriegelungsstift 116 auf einer hinteren paarenden Oberfläche 117 des Steckverbinders 104 zentriert, so dass der Verriegelungsstift einsetzbar in und verriegelbar durch die Verriegelungsaufnahme 112 ist, wenn der Steckverbinder 104 zu unterschiedlichen Drehorientierungen relativ zu der Adapterbasis 102 gedreht wird. Wie 3A und 3B zeigen, stellt dies eine Vielfalt von Wahlmöglichkeiten für die Orientierung (und in einem Fall der Positionen) von Stromzinken 110 relativ zu der Adapterbasis 102 bereit. Dieses Merkmal ermöglicht dem Benutzer, eine optimale Orientierung für die Stromzinken 110 zu wählen, um zu verhindern, dass die verbundene Adapterbasis 102 benachbarte weibliche Anschlussdosen oder andere Vorrichtungen, in derartige benachbarte weibliche Anschlussdosen eingesteckte Stecker usw. physikalisch stört. Dieses variable Orientierungsmerkmal ist beispielsweise besonders nützlich, wenn der integrierte Adapter 108 mit einer elektrischen Leistungsleiste mit vielen eng beabstandeten Anschlussdosen verwendet wird, die mit anderen Vorrichtungen verbunden sind.
Elektrische Leitfähigkeit in Mehreren Unterschiedlichen Orientierungen
Die Ausnehmung 114 der vorstehenden Verriegelungsaufnahme 112 umfasst interne elektrische Leiter, die mit elektrischen Leitern innerhalb der Verriegelungsstifte 116 elektrisch verbunden sind, um die Steckverbinder-Stromzinken 110 mit internen elektrischen Komponenten innerhalb der Adapterbasis 102 elektrisch zu verbinden. Die Verriegelungsaufnahme 112 enthält eine ausreichende Anzahl von elektrischen Leitern, die benötigt werden, mit dem(den) Steckverbinder(n) 104 verbunden zu sein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen weisen alle Steckverbinder 104 die gleiche Anzahl von Stromzinken 110 auf (z.B., zwei Zinken) und die Verriegelungsaufnahme 112 und der Verriegelungsstift 116 stellen jeweils diese gleiche Anzahl von isolierten (nicht kurzschließenden) elektrische Verbindungen bereit, wenn sie gepaart sind. In anderen, nicht einschränkenden Konfigurationen kann die Verriegelungsaufnahme 112 einen oder mehrere elektrische Verbinder aufweisen, die nicht genutzt werden, wenn sie mit bestimmten Steckverbindern 104 verbunden sind, jedoch genutzt werden, wenn mit bestimmten anderen Steckverbindern verbunden sind.
Elektromagnetischer Verriegelungsmechanismus
Wie nachstehend ausführlich beschrieben, wird ein elektromagnetischer Verriegelungsmechanismus in der Adapterbasis 102 verwendet, um den Verriegelungsstift 116 in der Verriegelungsaufnahme 112 selektiv fest zu halten, wenn Leistung an den integrierten Adapter 108 über Stromzinken 110 angelegt wird. Somit fließt in diesen, nicht einschränkenden Beispielen an die Stromzinken 110 angelegte Leistung durch den Steckverbinder 104 und durch den miteinander verbundenen Verriegelungsstift 116 und die Verriegelungsaufnahme 112 in die Adapterbasis 102. Diese an die Adapterbasis 102 angelegte Leistung veranlasst die Adapterbasis, eine interne elektromagnetische Verriegelung zu aktivieren, die den Verriegelungsstift 116 in der Verriegelungsaufnahme 112 verriegelt. Wenn Leistung aufhört, durch die Stromzinken 110 zu der Verrieglungsbasis 102 zu fließen, entriegelt die Verrieglungsbasis die interne elektromagnetische Verriegelung, um den Verriegelungsstift 116 von der Verriegelungsaufnahme 112 freizugeben.
In anderen Ausführungsformen wird ein federvorgespannter mechanischer Verriegelungsmechanismus verwendet, um den Verriegelungsstift 116 in der Verriegelungsaufnahme 112 zu verriegeln, und ein Druckknopf (strichpunktiert gezeigt) wird verwendet, um den Verriegelungsmechanismus freizugeben. Während der mechanische Verriegelungsmechanismus (wie oben beschrieben) einfach und kostengünstig ist, können Vorteile durch Verwenden eines elektromagnetischen Verriegelungsmechanismus anstelle von oder in Verbindung mit dem mechanische Verriegelungsmechanismus erhalten werden.
Konzeptionelles Blockdiagramm des Gesamtsystems mit Elektromagnetischen Verriegelungsmechanismus
4 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm eines Gesamtsystems, das den integrierten Adapter 108 verwendet, um das Leistungsnetz 202 mit einem oder mehreren Geräten 204 zu verbinden. In diesem bestimmten, nicht einschränkenden Beispiel liefert das Leistungsnetz 202 Wechselstrom (AC) bei beispielsweise 100 VAC, 110 VAC, 220 VAC usw. und das Gerät 204 erfordert einen Gleichstrom (DC) bei niedrigerer Spannung, wie beispielsweise 5 VDC, 9 VDC oder 12 VDC. Somit stellt der integrierte Adapter 108 eine Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung sowie auch ein Heruntersetzen oder Transformieren der Spannung bereit. Die hier beschriebenen Prinzipien könnten jedoch verwendet werden, um Wechselstrom vom Leistungsnetz an ein Wechselstromgerät zu liefern oder um Gleichstrom vom Leistungsnetz an ein Gleichstromgerät zu liefern (keine Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung). Auf ähnliche Weise könnten die hier beschriebenen Prinzipien mit oder ohne Heruntersetzen der Spannung verwendet werden. Nichtsdestoweniger stellt eine bevorzugte Ausführungsform sowohl Heruntersetzen als auch Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung bereit, um einem Wechselstromgerät niedriger Spannung 204, wie beispielsweise einem Personalcomputer, einer handgehaltene Rechenvorrichtung oder anderem digitalen Gerät zu ermöglichen, vom Wechselstromleistungsnetz höherer Spannung 202 mit Leistung versorgt zu werden.
In dem in 4 gezeigten, nicht einschränkenden Beispiel wird der Steckverbinder 104 (konzeptionell und nicht strukturell gezeigt) wie ein Netzverbinder verwendet, um sich mit der Netzversorgung 202 zu verbinden. Die Steckerzinken 110 sind abstrakt gezeigt, wie sie sich mit den paarenden Anschlussdosen 206 der Netzversorgung 202 schnittstellenmäßig verbinden. Der Steckverbinder 104 ist seinerseits mechanisch und elektrisch mit der Adapterbasis 102 über den Verriegelungsstift 116 verbunden, der in die Verriegelungsaufnahme 112 eingesetzt und durch dieselbe verriegelt wird. Auf diese Weise wird die von der Netzversorgung 202 gelieferte Leistung an Leiter 120 in der Adapterbasis 102 geliefert.
Die Adapterbasis 102 umfasst ein Gehäuse 130, das einen Abspanntransformator und/oder eine Schaltung 122, einen Gleichrichter 124, eine Verriegelungssteuerschaltung 126 und eine elektromagnetische Verriegelung 128 enthält. In dem gezeigten Beispiel heruntersetzt der Abspanntransformator oder transformiert die Schaltung die Wechselstromspannung vom Leistungsnetz 202 in eine niedrigere Spannung. Derartige Abspanntransformatoren(induktive oder Festkörper, z.B. Thyristorbasiert mit Silizium-gesteuertem Gleichrichter)-Schaltungen, sind in der Technik wohlbekannt. Der Transformator 122 in dem gezeigten Beispiel kann bei einer Vielfalt von unterschiedlichen primären Spannungen, wie beispielsweise 100 VAC, 110 VAC, 220 VAC usw. und Frequenzen, wie beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz, arbeiten.
Die resultierende heruntertransformierte Spannung (LV) wird durch einen Gleichrichter/ein Filter 124 gleichgerichtet und gefiltert, um eine gefilterte Gleichstromspannung auf einen Spannungsbus (VBUS) 130 auszugeben. Der Spannungsbus 130 ist mit dem Gerät 204 entweder direkt oder durch einen anderen Verbinder/andere Verbinder 132, wie beispielsweise USB, Hohlverbinder oder einen beliebigen anderen, zweckmäßigen Gleichstromzwischenverbinder, verbunden.
Der VBUS 130 wird ebenfalls bereitgestellt, um eine Verriegelungssteuerschaltung 126 mit Leistung zu versorgen. In der beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform empfängt die Verriegelungssteuerschaltung 126 ebenfalls einen Erfassungseingang 134 von dem Abspanntransformator 122. Der Erfassungseingang 134 gibt an, wenn Leistung von dem Leistungsnetz 202 an die Adapterbasis 102 angelegt oder von dieser entfernt wird.
Als Antwort auf den Erfassungseingang 134 legt die Verriegelungssteuerschaltung 126 ein Verriegelungssignal oder ein Entriegelungssignal selektiv an die elektromagnetische Verriegelung 128 über eine Steuerleitung 136 an. Im Einzelnen legt die Verriegelungssteuerschaltung 126 ein Verriegelungssignal an die elektromagnetische Verriegelung 128 über die Leitung 136 an, wenn der Erfassungseingang 134 angibt, dass Wechselstromleistung von dem Leistungsnetz 202 an die Adapterbasis 102 angelegt ist, und legt ein Entriegelungssignal an die magnetische Leitung über die Leitung 136 an, wenn der Erfassungseingang angibt, dass Wechselstromleistung getrennt wurde und nicht länger vorhanden ist. Die elektromagnetische Verriegelung 128 und der zugeordnete mechanische Verriegelungsmechanismus bewegt sich in die (oder bleibt in der) verriegelten Position/Zustand, solange wie das Verriegelungssignal vorhanden ist, und bewegt sich in die (oder bleibt in der) entriegelten Position/Stufe, solange wie das Entriegelungssignal vorhanden ist. Der verriegelte oder entriegelte Zustand der elektromagnetischen Verriegelung 128 und der zugeordnete mechanische Verriegelungsmechanismus verriegeln ihrerseits selektiv den Verriegelungsstift 116 in die oder geben den Verriegelungsstift frei von der Verriegelungsaufnahme 112.
Beispielhafte, Nicht Einschränkende Verriegelungssteuerschaltung
In der bestimmten beispielhaften Ausführungsform der in 5 gezeigten Verriegelungssteuerschaltung 126 nimmt ein Aufnehmer 150, der elektromagnetisch mit dem Leistungsnetzleiter 120 gekoppelt ist, ein Version niedriger Amplitude des eingehenden Wechselstromsignals des Leistungsnetzes 202 auf. In dem gezeigten Beispiel kann der Aufnehmer 150 einen kurzen Leiter umfassen, der wie eine Antenne arbeitet, die elektrisch isoliert ist, jedoch parallel zu einer Länge des Leistungsnetzleiters 120 läuft. Andere Ausführungsformen könnten eine kleine, elektrisch isolierte, jedoch elektromagnetisch gekoppelte, genehme Windung des Abspanntransformators 122 oder anderer Anordnungen als einen Aufnehmer 150 verwenden.
Die Version niedriger Amplitude des eingehenden Leistungsnetzsignals, das von dem Aufnehmer 150 ausgegeben wird wird an einen Detektor angelegt, der einen Komparator 152 und eine Diode 154 umfasst. Die Kombination von Komparator 152 und Diode 154 arbeitet wie ein Clipper, um einen Ausgabepuls jedes Mal zu erzeugen, wenn das durch den Aufnehmer 150 bereitgestellte Wechselstromsignal eine bestimmte positive (oder negative) Schwellenspannung überschreitet. Die resultierende Frequenzerfassung erzeugt einen Impuls für jeden Zyklus des eingehenden Wechselstromnetz-Aufnehmersignals. Viele andere Abtastschaltungen, wie beispielsweise ein Polaritäts- oder Frequenzdetektor, könnten verwendet werden, da das Ziel ist, zu bestimmen, ob das Wechselstromnetzsignal weiterhin vorhanden sein wird.
Die Ausgabe der Diode 154 umfasst eine Impulsfolge mit einer Wiederholungsrate gleich oder proportional zu der Frequenz des von dem Leistungsnetz 202 gelieferten Wechselstromsignals. Das heißt, dass, wenn das Leistungsnetz 202 ein Wechselstromleistungssignal von 50-60 Hz liefert, die Ausgabe der Diode 154 eine 50-60 Hz Impulsfolge (oder ein gewisses Vielfaches davon) sein wird, wann immer der integrierte Adapter 108 in das Leistungsnetz 202 eingesteckt wird.
Die sich wiederholende Impulsfolge wird an den Eingang eines wiederauslösbaren monostabilen Zeitgebers 156 gelegt. Der monostabile Zeitgeber 156 weist zwei sich gegenseitig ausschließende Ausgangszustände auf: „Wechselstrom vorhanden“ und „Wechselstrom abwesend“. Der monostabile Zeitgeber 156 beginnt, ein „Wechselstrom vorhanden“ Ausgabesignal zu erzeugen, wenn er beginnt, Impulse von der Diode 154 zu empfangen, und wird kontinuierlich dieses „Wechselstrom vorhanden“ Signal erzeugen, solange wie die Diode 154 fortfährt, Impulse zu erzeugen, die angeben, dass das Leistungsnetzsignal immer noch an der Adapterbasis 102 angelegt ist. Die Zeitkonstante des monostabilen Zeitgebers 156 wird eingestellt, um größer als 20 ms zu sein, damit er fortfahren wird, das „Wechselstrom vorhanden“ Signal zu erzeugen, solange wie der nächste Impuls, der von dem Aufnehmer 150 abgeleitet wird, innerhalb eines Zeitfensters ankommt, das ein mindestens 50 Hz periodisches Signal (1/50 Hz = 0,02 s = 20 ms) angibt.
Bei Fortfall der Impulse von der Diode 154 setzt sich der monostabile Zeitgeber 156 setzt sich zurück, hört auf, die „Wechselstrom vorhanden“ Ausgabe zu erzeugen, und beginnt stattdessen, die „Wechselstrom abwesend“ Ausgabe zu erzeugen. Der monostabile Zeitgeber 156 wird fortfahren, die „Wechselstrom abwesend“ Ausgabe zu erzeugen, bis er erneut beginnt, Impulse von der Diode 154 zu empfangen, die angeben, dass die Wechselstromleistung von dem Leistungsnetz 202 wiederhergestellt wurde, wobei er an diesem Punkt aufhören wird, „Wechselstrom abwesend“ zu erzeugen, und stattdessen beginnt, „Wechselstrom vorhanden“ zu erzeugen.
Die „Wechselstrom vorhanden“ Ausgabe des monostabilen Zeitgebers 156 ist verbunden, um das Schließen eines ersten Schalters 158 zu steuern, und die „Wechselstrom abwesend“ Ausgabe des monostabilen Zeitgebers ist verbunden, um das Schließen eines zweiten Schalters 160 zu steuern. Weil sich diese beiden Ausgaben des monostabilen Zeitgeber 156 gegenseitig ausschließen, sind die ersten und zweiten Schalter 158, 160 niemals zur gleichen Zeit geschlossen. Stattdessen ist nur einer von diesen beiden Schaltern 158, 160 zu irgendeiner gegebenen Zeit abhängig davon geschlossen, ob der Zustand des monostabilen Zeitgebers 126 geschlossen ist. Eine Totzeitschaltung (nicht gezeigt) stellt sicher, dass beide Schalter 158, 160 niemals zur gleichen Zeit geschlossen sind, sondern stattdessen, dass sich einer vollständig geöffnet hat, bevor der andere beginnt, sich zu schließen, und umgekehrt. [Die Totschaltung stellt eine ausreichende Verzögerung in einigen Ausführungsformen bereit, so dass der Schalter 160 nicht sofort schließt, wenn ein Benutzer den integrierten Adapter 108 plötzlich aus einer Leistungsanschlussdose zieht, um dadurch den Adapter 108 für eine kurze Zeitspanne integriert zu behalten, wenn der Benutzer den Adapter herauszieht.]
Wenn der monostabile Zeitgeber 156 zuerst beginnt, die sich wiederholende Impulsfolge von der Diode 154 zu empfangen, die angibt, dass die Adapterbasis 102 mit dem Leistungsnetz verbunden ist, erzeugt er die „Wechselstrom vorhanden“ Ausgabe, die den Schalter 158 schließt. Das Schließen des Schalters 158 verbindet die VBUS-Gleichstromleistung über eine Reihenschaltung, die aus einer elektromagnetischen Verriegelung (Solenoid) 128 besteht, die mit einem Kondensator 162 in Reihe geschaltet ist. Das Schließen des Schalter 158 bewirkt, dass Strom durch die elektromagnetische Verriegelung 128 in einer ersten Polarität fließt, während der Kondensator 162 lädt. Dieser Stromfluss veranlasst die elektromagnetische Verriegelung 128, ein Magnetfeld in einer ersten Richtung zu erzeugen. Sobald der Kondensator 162 vollständig geladen ist, fließt nur Leckstrom durch die elektromagnetische Verriegelung.
In einer beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst die elektromagnetischen Verriegelung 128 ein Solenoid, d.h., eine spiralförmig gewundene Windung. In der Spule ist ein bewegbarer Permanentmagnetanker 129. Der Anker 129 bewegt sich, wenn Gleichstrom an das Solenoid angelegt wird. Die Richtung, in der sich der Anker 129 bewegt, hängt von der Polarität des an das Solenoid angelegten Gleichstroms ab. In dem bestimmten gezeigten Beispiel wird der Permanentmagnetanker 129 in eine Richtung durch ein Solenoid-erzeugtes Magnetfeld von einer ersten Richtung gedrückt und in die entgegengesetzte Richtung durch ein Solenoid-erzeugtes Magnetfeld in eine zweite Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung gedrückt. Wenn Gleichstrom einer ersten Polarität angelegt wird, bewegt sich der Anker 129 in einer ersten Richtung relativ zu der Spule. Wenn Gleichstrom einer zweiten Polarität entgegengesetzt der ersten Polarität angelegt wird, bewegt sich der Anker 129 in einer zweiten Richtung relativ zu der Spule entgegengesetzt der ersten Richtung.
Wenn das Schließen des Schalters 158 veranlasst, dass Gleichstrom durch die elektromagnetische Verriegelung in einer ersten Polarität fließt, bewegt sich der Anker 129 in einer ersten Richtung, was einen mechanische Verriegelungsmechanismus in eine Position drückt, die den Verriegelungsstift 116 in der Verriegelungsaufnahme 112 verriegelt. Sobald der Kondensator 162 vollständig geladen ist, fließt fast kein Strom weiter durch den in Reihe geschalteten Kondensator und die elektromagnetische Verriegelung 128. Die einzige Stromentnahme ist Leckstrom, der sehr klein ist. Somit bleibt, solange wie der monostabile Zeitgeber weiterhin Eingangsimpulse von der Diode 154 empfängt, die angeben, dass die Verbindung des Leistungsnetzes 202 noch vorhanden ist, der Kondensator 162 geladen und die elektromagnetische Verriegelung 128 bleibt in ihrem verriegelten Zustand.
Wenn Leistung von dem Leistungsnetz 202 von der Adapterbasis 102 beispielsweise durch Abstecken des Steckverbinders 104 von dem Leistungsnetz 202 entfernt wird, erfassen Komponenten 152, 154 dies und steuern den monostabilen Zeitgeber 156, um den Zustand zu ändern. Die „Wechselstrom vorhanden“ Ausgabe des monostabilen Zeitgebers 156 wird inaktiv und seine „Wechselstrom abwesend“ Ausgabe wird aktiv. Diese Zustandsänderung bewirkt, dass sich der Schalter 158 öffnet und der Schalter 160 schließt. Das Schließen des Schalters 160 bewirkt das Entladen des in Reihe geschalteten (geladenen) Kondensators 162 über die elektromagnetische Verriegelung 128. Dieses Entladen des Kondensators 162 über die Verriegelung 128 bewirkt, dass Strom durch die Verriegelung 128 in einer umgekehrten Polarität im Vergleich mit der Richtung des Stromflusses fließt, wenn der Schalter 158 als Antwort auf die „Wechselstrom vorhanden“ Ausgabe des monostabilen Zeitgebers 156 geschlossen ist. Der umgekehrte Stromfluss veranlasst die elektromagnetische Verriegelung 128, ein Magnetfeld umgekehrter Polarität zu erzeugen. Die Kapazität des Kondensators 162 wird ausgewählt, um eine ausreichende Stromspeicherkapazität aufzuweisen, um nicht nur zu bewirken, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Verriegelung 128 nicht zusammenbricht, sondern ebenfalls, um ein umgekehrtes Magnetfeld von ausreichender Leistung und Dauer zu erzeugen, um den Permanentmagnetanker 129 zu veranlassen, sich von der verriegelten Position in die entriegelte Position zu bewegen. Beispielsweise kann der Kondensator 162 einen elektrolytischen oder einen anderen geeigneten, großen Wert aufweisenden Kondensator umfassen, um eine Stromentladung von ausreichender Dauer bereitzustellen, um den Permanentmagnetanker 129 zu veranlassen, sich in die entriegelte Position zu bewegen. Das Bewegen des Ankers 129 in die entriegelte Position gibt den Verriegelungsstift 116 von der Verriegelungsaufnahme 112 frei, wodurch dem Benutzer ermöglicht wird, den Verriegelungsstift von der Verriegelungsausnehmung 114 zu entfernen.
In einigen, nicht einschränkenden Ausführungsformen können zusätzliche Mechanismen, wie beispielsweise Seltenerdmagnete oder andere Magnete M, verwendet werden, um den Steckverbinder 104 zu der Adapterbasis 102 sogar anzuziehen, wenn die elektromagnetische Verriegelung 128 entriegelt ist, wobei eine schwache (einfach zu überwindenden) Anziehungskraft bereitgestellt wird, die den integrierten Adapter 108 integriert hält, während einem Benutzer weiterhin ermöglicht wird, den Steckverbinder 104 ohne Weiteres von der Adapterbasis 102 zu ziehen, so dass der Benutzer den Steckverbinder mit einem anderen Steckverbinder einer unterschiedlichen Konfiguration austauschen kann.
Beispielhafte, Nicht Einschränkende Mechanische Struktur der Adapterbasis 102
6 und 6A zeigen explodierte Ansichten einer beispielhaften Adapterbasis-Verriegelungsaufnahme 112 und ihre Beziehung zu der elektromagnetischen Verriegelung 128. In dem gezeigten Beispiel wird die Verriegelungsaufnahme 112 in ein abgeschrägtes Fenster 115b innerhalb einer Flächenplatte 115c eingesetzt, die ihrerseits in Position in der Adapterbasis 102 durch einen federbelasteten Rahmen 115a in Position gehalten wird. Ein Verriegelungsmechanismus 128 arbeitet, um einen Verriegelungsstift 116 zu verriegeln und freizugeben, der in die Verriegelungsaufnahme 112 eingesetzt ist. Der Entriegelungsmechanismus 128 könnte eine Druckknopf-betätigte mechanische Vorrichtung sein, wie gezeigt, ist jedoch bevorzugt eine elektromagnetische Verriegelung, wie oben beschrieben (in Fällen, in denen die elektromagnetische Verriegelung verwendet wird, ist kein Druckknopf-betätigter Freigabemechanismus erforderlich und die mechanische Verriegelungsvorrichtung wird durch eine elektromagnetische Verriegelung ersetzt).
Beispielhafte Verriegelungsdetails
7 zeigt ein Querschnittsdetail eines beispielhaften, nicht einschränkenden Verriegelungsstifts 116, der in die Verriegelungsaufnahme 114 einsetzbar ist. Der Verriegelungsstift 116 umfasst eine vierseitige Welle (siehe 15) mit einen distalen Endabschnitt 116a. Während diese Welle in der gezeigten Ausführungsform quadratisch im Querschnitt ist, könnte sie andere Formen, wie beispielsweise dreieckig, pentagonal, hexagonal oder zylindrisch, aufweisen. Eine umlaufende Nut 116b, die nahe dem distalen Endabschnitt 116a der Verriegelungsstiftwelle angeordnet ist, umschließt das Ende der Welle. In dem gezeigten Beispiel wird die umlaufende Nut 116b verwendet, um mit den Verriegelungsfingern 128a, 128b in Eingriff zu kommen. Weil die Nut 116b umlaufend ist und der Verriegelungsstift 116 symmetrisch ist, wird die Nut die Verriegelungsfinger 128a, 128b ungeachtet der Winkel(Dreh)-Orientierung des Verriegelungsstifts 116 relativ zu der Verriegelungsaufnahme 114 in Eingriff nehmen. In beispielhaften Ausführungsformen wird sich der Verriegelungsstift 116 jedoch mit der Verriegelungsaufnahme 114 nur in einer diskreten relativen Winkelposition, wie beispielsweise 0°, 90°, 180° und 270°, paaren. Derartige diskrete Winkelpositionen verleihen Flexibilität, während die Ausgestaltung vereinfacht und Stabilität und gute Leitfähigkeit sichergestellt wird. Andere Ausführungsformen mit einer mehrseitigen oder zylindrischen Verriegelungsstiftwelle könnten eine Winkeldrehung zu jeder gewünschten relativen Winkelorientierung bereitstellen, solange wie einige Winkeldrehorientierungen keinen Kontakt bereitstellen (ein Sicherheitsmerkmal). Ein Vorteil der Vorgehensweise mit dem fahnenförmigen Leiter ist, dass enge Toleranzen nicht erforderlich sind, um sicherzustellen, dass gute Verbindungen aufgebaut sind.
In der beispielhaften Ausführungsform werden, wenn die elektromagnetische Verriegelung 128 im entriegelten Zustand ist, Verriegelungsfinger 128a, 128b von einer Verriegelungsposition weg eingezogen und nehmen die den Verriegelungsstift umlaufende Nut 116b nicht in Eingriff (siehe 7). Diese eingezogene Position der Verriegelungsfinger 128a, 128b erlaubt dem Verriegelungsstift 116, frei in die Verriegelungsaufnahme 114 eingesetzt und von dieser entfernt zu werden. In einigen Ausführungsformen sind die Verriegelungsfinger 128a, 128b in Ineingriffnahmepositionen federvorbelastet, wobei sie sich jedoch bei Einsetzen des Verriegelungsstifts 116 einziehen (siehe Winkelabschnitte des Verriegelungsstifts nahe dem distalen Ende), bevor sie mit der Verriegelungsstiftnut 116b in Eingriffnahme zurückspringen. Die Verriegelungsfinger 128a, 128b kommen von dem Verriegelungsstift 116 durch Anwendung von Kraft außer Eingriff, wie beispielsweise durch automatische Betätigung des Solenoidankers 129 oder, in einigen Ausführungsformen, manuelle Betätigung eines Druckknopfes.
Wenn die elektromagnetische Verriegelung 128 im verriegelten Zustand ist (was nur gelegentlich auftritt, wenn der Verriegelungsstift 116 vollständig in der Verriegelungsaufnahme 114 eingesetzt ist und Leistung von dem Leistungsnetz 202 in die Adapterbasis 102 leitet), werden die Verriegelungsfinger 128a, 128b jedoch nach vorne in die umlaufende Nut 116b gedrückt, um dadurch die Nut in Eingriff zu nehmen und den Verriegelungsstift 116 fest in der Verriegelungsaufnahme 114 zu halten (siehe 8) .
Elektrische Leitfähigkeit Zwischen Verriegelungsstift und Verriegelungsaufnahme
6 und 7 zeigen ebenfalls elektrische Verbinder 112z1, 112z2, die in der Verriegelungsaufnahmeausnehmung 114 angeordnet sind. In 7 ist der elektrische Verbinder 112z1 fahnenförmig und aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt. In dem gezeigten Beispiel deckt der Fahnenabschnitt des Verbinders einen Abschnitt einer inneren Seitenwand der Ausnehmung ab und wickelt sich um die Innenecke der Ausnehmung und erstreckt sich, um einen Abschnitt einer benachbarten Seitenwand der Ausnehmung abzudecken. Auf ähnliche Weise ist, wie in 6A ersichtlich ist, ein zweiter fahnenförmiger Leiter 112z2 auf einer entgegengesetzten Innenwand der Ausnehmung 114 angeordnet und wickelt sich um die entgegengesetzte Innenecke der Ausnehmung, um einen Abschnitt einer weiteren benachbarten Innenwand der Ausnehmung abzudecken. Auf diese Weise deckt ein Leiter 112z1 einen Abschnitt von zwei benachbarten Innenwänden der Verriegelungsaufnahme-Ausnehmung 114 ab und ein weiterer Leiter 112z2 deckt einen Abschnitt der anderen beiden benachbarten Innenwände der Ausnehmung ab. Die Fahnenabschnitte der Leiter 112z1, 112z2 sind derart angeordnet, dass sie durch die Finger eines die Verriegelungsausnehmung 114 handhabenden menschlichen Benutzers kontaktiert werden können, und sind relativ zueinander beabstandet, so dass der Benutzer keiner Schockgefahr durch Kriechstrom ausgesetzt wird.
Wie in 12 ersichtlich ist, trägt der Verriegelungsstift 116 auf entgegengesetzten Seiten zwei Anschlüsse 410, 410' mit jeweils vorstehenden Winkelabschnitten 410x, 410x'. Wenn der Verriegelungsstift 116 in die Aufnahmeausnehmung 114 eingesetzt wird, verformen sich diese vorstehenden Winkelabschnitte 410, um in die Ausnehmung zu passen, und gleiten in Position auf den Leiterfahnen 112z1, 112z2. Ein vorstehender Winkelabschnitt 410 kontaktiert die Leiterfahne 112z1 und der andere vorstehende Abschnitt 410' kontaktiert die Leiterfahne 112z2 (oder umgekehrt). Weil in einer nicht einschränkenden Ausführungsform die Anschlüsse 410, 410' Wechselstrom führen, gibt es keine Polarität, um die man sich sorgen macht, und somit spielt es keine Rolle, ob der vorstehende Winkelabschnitt 410 Kontakt mit der Leiterfahne 112z1 oder mit der Leiterfahne 112z2 herstellt. Was wichtig ist, ist dass der vorstehende Winkelabschnitt 410 eine der Fahnen 112z1, 112z2 und der andere vorstehende Winkelabschnitt 410' die andere der Fahnen 112z1, 112z2 ohne irgendeinen Kurzschluss oder andere Verbindung zwischen ihnen kontaktiert. Dies findet statt, wann immer der Verriegelungsstift 116 in die Verriegelungsaufnahme 114 ungeachtet der relativen Orientierung des Verriegelungsstifts relativ zu der Aufnahme - d.h., mit einem Versatz von 0°, 90°, 180° oder 270° - eingesetzt wird. Jede beliebige dieser vier diskreten Winkelorientierungen des Verriegelungsstifts 116 relativ zu der Aufnahmeausnehmung 114 werden zu ausgezeichneten Verbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen 410, die von dem Verriegelungsstift getragen werden, und den Verbindungsfahnen 112z1, 112z2, die auf den Innenwänden der Aufnahmeausnehmung angeordnet sind, führen. Somit werden gute elektrische Wechselstromverbindungen zwischen dem Verriegelungsstift 116 und der Verriegelungsaufnahme 112 für jede beliebige der vier unterschiedlichen Winkelorientierungen des Verriegelungsstifts relativ zu der Verriegelungsaufnahme hergestellt.
Beispielhafte Steckverbinderstruktur
9-14 zeigen beispielhafte Ansichten eines nicht einschränkenden Steckverbinders 104(3). Die explodierte Ansicht von 19 beschreibt ausführlich ein Gehäuse 402, das Schlitze definiert 404, durch die eine gelenkige Leistungszinkenanordnung 406 vorsteht. Die Leistungszinkenanordnung 406 ist zwischen einer ausgezogenen Position und einer eingezogenen Position schwenkbar. In der ausgezogenen Position stellt die Leistungszinkenanordnung 406 ausgezogenen Zinken 110 bereit, die in eine Leistungsanschlussdose eingesetzt werden können. In der eingezogenen Position ist die Leistungszinkenanordnung 406 überwiegend in Schlitzen 404 angeordnet, wobei sie jedoch ausreichend vorsteht (siehe 1), um manuell greifbar und in die ausgezogene Position schwenkbar zu sein.
Der Steckverbinder 104(3) umfasst ferner eine Klammer 408 und Anschlüsse 410. Die Komponenten 408, 410 sind in einer Verriegelungsstiftanordnung 412 angeordnet, von welcher der Verriegelungsstift 116 hinausragt. Die Klammer 408 stellt einen „Klick“-Gefühl bereit, wenn Zinken 406 in ihrer ausgezogenen Position geschwenkt werden. Die Anschlüsse 410 stellen elektrische Verbindungen zwischen den jeweiligen Zinken 110(3), 110(3)' und elektrischen Leitern innerhalb des hinausragenden Verriegelungsstifts 116 bereit. Die Anschlüsse 410 sind flexibel, um sich mit den Zinken 406 glatt zu kontaktieren. Siehe ebenfalls 10, die einen Detail zeigt, wie sich der Anschluss schnittstellenmäßig mit der schwenkenden Zinke 410(3) verbindet und diese kontaktiert. 14 zeigt ein weiteres Detail, wie die Anschlüsse 410 sowohl flexibel die Zinken 110 kontaktieren als auch in Spannung mit diesen sind und ebenfalls in den Verriegelungsstift 116 absinken. Es sei bemerkt, wie sich die abgewinkelten Abschnitte 410x der Anschlüsse 410 von den Seiten des Verriegelungsstifts 116 erstrecken und verwendet werden können, um eine elektrische Verbindung hoher Spannung mit der Verriegelungsaufnahme 114 aufzubauen, während sie immer noch durch ein isolierendes Gehäuse 104x davor geschützt wird, von dem Benutzer kontaktiert zu werden, der den Steckverbinder 104 handhabt.
12 beschreibt ferner ausführlich einen internen Stahlverstärkungsstift 116m, der in der Mitte des Verriegelungsstifts 116 angeordnet ist. Der Stahlverstärkungsstift 116m oder ein anderes starres Element wird in das Werkzeug eingesetzt und in den Verriegelungsstift 116 mitgegossen, um zu verhindern, dass der Verriegelungsstift unter Missbrauch abbricht oder sich biegt. Der Stahl kann ebenfalls zu der magnetischen Form des oben beschrieben Permanentmagneten M angezogen werden, um den Verriegelungsstift 116 schwach in der Verriegelungsaufnahme 112 zu halten.
Wie in 12 gezeigt, ist es wichtig, den Abstand d von der Bodenoberfläche 104p zu dem Stift/Verriegelung-Kontaktpunkt zu steuern, weil es der Abstand von der oberen Adapterfläche zu dem Stift/Verriegelung-Kontaktpunkt ist, um eine feste Verriegelungserfahrung bereitzustellen. Außerdem werden, wie der Querschnitt von 10 zeigt, der Verriegelungsstift 116 und die Fläche 116f als ein einziges Teil angefertigt, um die Stift/Verriegelung-Toleranzschleife zu verkürzen. In einer Ausführungsform wird die äußere Abdeckung lediglich die Kunststofffläche des Adapters entlang einer einzigen Kante kontaktieren. Die Bodenfläche ist der einzige Kontaktpunkt auf allen vier Seiten. Die Abdeckung wird die Adapterfläche nicht auf drei Seiten kontaktieren (auf den anderen drei Seiten steuert die Fläche den Kontakt). Ein Lokalisieren sowohl auf der Fläche als auch auf der Abdeckung könnte zu Schrägstellung führen und einen Spalt erzeugen. Deshalb sind der Stift und die Fläche ein integrales Stück und die Bodenfläche wird verwendet, um zu lokalisieren. Die Fläche wird somit als das Datum für den Kontakt verwendet (Ziel = STIFT/FLÄCHE wird USW zu der Anordnung sein) und wird bündig zu der Abdeckung auf 0,10 Überstand der Abdecklippe gehalten. Die Außenrahmenabdeckung ist nicht der erste Kontaktpunkt - stattdessen ist die Fläche der erste Kontaktpunkt.
15 zeigt eine Bodenansicht eines beispielhaften Steckverbinders 104. In dem gezeigten Beispiel umfasst eine äußere Abdeckung 452 einen äußeren Abdeckrahmen 452fm und eine äußere Abdeckfläche 452fc. Die Fläche 452fc ist in beispielhaften Ausführungsformen das Datum für den Kontakt. Ziel = Stift/Fläche wird USW für den Steckverbinder sein und wird bündig zu der Abdeckung auf 0,10 Überstand der Abdecklippe gehalten. Der äußere Abdeckrahmen 452fm wird nicht als der erste Kontaktpunkt verwendet. Diese Anordnung begrenzt die Toleranzen, die sich auf die Verbindung von Stift <-> Verriegelung auswirken.

Claims

Leistungsadapterkit (100), umfassend: eine Adapterbasis (102); und mehrere Steckverbinder (104(1)-104(N)), die jeweils mit der Adapterbasis (102) mechanisch entfernbar und elektrisch in Eingriff bringbar sind, wobei die Adapterbasis (102) einen elektromagnetischen Verriegelungsmechanismus umfasst, der erfasst, wenn Strom an einen Steckverbinder (104(1)-104(N)) angelegt ist, der mit der Adapterbasis (102) in Eingriff ist, und selektiv den Steckverbinder (104(1)-104(N)) mit der Adapterbasis (102) als Reaktion auf die Erfassung mechanisch verriegelt.
Leistungsadapterkit (100) gemäß Anspruch 1, wobei der elektromechanische Verriegelungsmechanismus umfasst: eine Erfassungsschaltung (126), die elektrisch von dem Strom isoliert ist, die erfasst, wenn der Strom vorhanden ist; und eine elektromechanische Verriegelung (128), die mit der Erfassungsschaltung (126) betriebsmäßig gekoppelt ist, wobei die elektromechanische Verriegelung (128) den Steckverbinder (104(1)-104(N)) mechanisch in Eingriff nimmt, wenn die Erfassungsschaltung (126) erfasst, dass der Strom vorhanden ist, und von dem Steckverbinder (104(1)-104(N)) außer Eingriff kommt, wenn die Erfassungsschaltung (126) versagt, zu erfassen, dass der Strom vorhanden ist.
Leistungsadapterkit (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Erfassungsschaltung (126) einen wiederauslösbaren monostabilen Zeitgeber (156) mit einer Zeitkonstante umfasst, welche die Periodizität des Stroms überschreitet.
Leistungsadapterkit (100) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Erfassungsschaltung (126) einen Kondensator (162) umfasst, der mit einem Solenoid in Reihe geschaltet ist, wobei der Kondensator (162) durch das Solenoid entladen wird, wenn die Erfassungsschaltung (126) erfasst, dass der Strom nicht länger vorhanden ist.
Leistungsadapterkit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Steckverbinder (104(1)-104(N)) jeweils einen einsetzbaren Verriegelungsstift (116) mit einem internen starren Element (116m) umfassen.
Leistungsadapterkit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Steckverbinder (104(1)-104(N)) jeweils einen einsetzbaren Verriegelungsstift (116) mit einer umlaufenden Nut (116b) umfassen, mit welcher der elektromagnetische Verriegelungsmechanismus selektiv in Eingriff kommt.
Leistungsadapterkit (100) gemäß Anspruch 6, wobei der einsetzbare Verriegelungsstift (116) flexible Anschlüsse (410, 410`) umfasst, die schwenkbare Stromzinken (110) elektrisch und mechanisch in Eingriff nehmen.
Leistungsadapterkit (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei hier die mehreren Steckverbinder ((104(1)-104(N)) jeweils die Adapterbasis (102) in mehreren unterschiedlichen diskreten relativen Winkelorientierungen in Eingriff nehmen.
Adapterbasis (102) zur Verwendung mit mehreren Steckverbindern (104(1)-104(N)), die jeweils mit der Adapterbasis (102) entfernbar mechanisch und elektrisch in Eingriff bringbar sind, wobei die Adapterbasis (102) umfasst: einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (124); und einen elektromagnetischen Verriegelungsmechanismus, der erfasst, wenn Strom an einen Steckverbinder (104(1)-104(N)) angelegt ist, der mit der Adapterbasis (102) in Eingriff ist, und selektiv den Steckverbinder (104(1)-(104(N)) mit der Adapterbasis (102) als Reaktion auf die Erfassung mechanisch verriegelt.
Adapterbasis (102) gemäß Anspruch 9, wobei der elektromechanische Verriegelungsmechanismus umfasst: eine Erfassungsschaltung (126), die dem Strom elektrisch isoliert ist, die erfasst, wenn der Strom vorhanden ist; und eine elektromechanische Verriegelung (128), die mit der Erfassungsschaltung (126) betriebsmäßig gekoppelt ist, wobei die elektromechanische Verriegelung (128) den Steckverbinder (104(1)-104(N)) mechanisch in Eingriff nimmt, wenn die Erfassungsschaltung (126) erfasst, dass Strom vorhanden ist, und von dem Steckverbinder (104(1)-104(N)) mechanische außer Eingriff kommt, wenn die Erfassungsschaltung (126) versagt zu erfassen, dass Strom vorhanden ist.
Adapterbasis (102) gemäß Anspruch 10, wobei die Erfassungsschaltung (126) einen wiederauslösbaren monostabilen Zeitgeber (156) mit einer Zeitkonstante umfasst, welche die Periodizität des Stroms überschreitet.
Adapterbasis (102) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Erfassungsschaltung (126) einen Kondensator (162) umfasst, der mit einem Solenoid in Reihe geschaltet ist, wobei sich der Kondensator (162) durch das Solenoid entlädt, wenn die Erfassungsschaltung (126) erfasst, dass Strom nicht länger vorhanden ist.
Adapterbasis (102) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der elektromechanische Verriegelungsmechanismus konfiguriert ist, eine umlaufende Nut (116b) selektiv in Eingriff zu nehmen, die auf einsetzbaren Steckverbinder-Verriegelungsstiften (116) bereitgestellt wird.
Adapterbasis (102) gemäß Anspruch 13, ferner umfassend elektrische Kontakte, die konfiguriert sind, um mit flexiblen Anschlüssen (410, 410`) in den Steckverbindern (104(1)-104(N)) verbunden zu werden, wobei die flexiblen Anschlüsse (410, 410') die schwenkbaren Stromzinken (110) elektrisch und mechanisch in Eingriff nehmen.
Austauschbarer Steckverbinder (104(1)-104(N)) für einen internationalen Leistungsadapter (108), wobei der Steckverbinder (104(1)-104(N)) umfasst: schwenkbare elektrische Zinken (110), die konfiguriert sind, um in elektrische Anschlussdosen (206) eingesetzt zu werden; flexible elektrische Anschlüsse (410, 410`) in Kontakt mit den schwenkbaren elektrischen Zinken (110), wobei die flexiblen elektrischen Anschlüsse (410, 410') die schwenkbaren elektrischen Zinken (110) problemlos kontaktieren; eine mechanische Klammer (408) in mechanischem Kontakt mit den schwenkbaren elektrischen Zinken (110), wobei die mechanische Klammer (408) eine Klickrastung bereitstellt, wenn die elektrischen Zinken (110) geschwenkt werden; und einen verstärkten Verriegelungsstift (116), der mindestens einen Teil der flexiblen elektrischen Anschlüsse (410, 410`) trägt, wobei der Verriegelungsstift (116) konfiguriert ist, um symmetrisch um eine longitudinale Achse zu sein, um einen Empfänger in beliebigen von mehreren unterschiedlichen Drehorientierungen in Eingriff zu nehmen.
Steckverbinder (104(1)-104(N)) gemäß Anspruch 15, wobei der Verriegelungsstift (116) eine Welle mit mehreren planaren Oberflächen aufweist, die diskrete Winkelorientierungen definieren, bei denen die Welle in eine Verriegelungsausnehmung (114) eingesetzt werden kann.
Steckverbinder (104(1)-104(N)) gemäß Anspruch 16, wobei der Verriegelungsstift (116) ferner mehrere elektrische Verbinder (410, 410`) umfasst, die entsprechende Leiter (112z1, 112z2) innerhalb der Verriegelungsausnehmung (114) in jeder der diskreten Winkelorientierungen kontaktieren.
Steckverbinder (104(1)-104(N)) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Verriegelungsstift (116) ein distales Ende (116a) mit einer umlaufenden Nut (116b) zum Eingreifen mit Verriegelungsfingern (128a, 128b) umfasst.