IT202000005356A1 - Modulo di presa elettrica con connettore USB - Google Patents

Description

Descrizione dell?invenzione industriale avente titolo "Modulo di presa elettrica con connettore USB"

La presente invenzione si riferisce ad un modulo di presa elettrica di rete che comprende in s? anche un connettore USB per fornire anche una alimentazione a bassa tensione.

In particolare, la presa ? del tipo che permette almeno l?accoppiamento con spine ?schuko?. Ancora pi? in particolare, la presa pu? essere del tipo standard detto P40, che permette l?accoppiamento sia con spine ?Schuko? sia con spine con poli in linea, sia con polo di terra sia senza, anche di due formati differenti

Nel tempo ? nata la necessit? di integrare nelle prese elettriche di rete anche ulteriori prese a bassa tensione, quali sono ad esempio le prese USB che forniscono una alimentazione a 5V.

Nel caso delle prese di tipo modulare (vale a dire formate da un modulo standard destinato ad essere innestato in un adatto telaio di montaggio nell?impianto in eventuale associazione con altri elementi elettrici modulari complementari) lo spazio utilizzabile per l?aggiunta di una presa USB con il suo necessario alimentatore ? per? veramente limitato.

Infatti, le prese elettriche di tale tipo hanno dimensioni del modulo che sono rigidamente predefinite dallo standard a cui esse sono destinate e hanno solitamente una faccia frontale solo di poco pi? grande della sede di accoppiamento della spina e comunque una grandezza totale molto vicina a quella necessaria solo per contenere i contatti di accoppiamento con la spina e i morsetti per la connessione con i cavi dell?impianto elettrico. Ad esempio, i vincoli dimensionali del sistema modulare in voga in Italia per i moduli (detti ?frutti?) delle prese elettriche a tensione di rete di tipo Schuko ? di 44x44mm. Anche la profondit? del modulo ? strettamente definita per poter essere accolto in scatolette standard da incasso o esterne.

Un ulteriore problema ? che la presa elettrica normale ? alimentata ad una tensione di rete relativamente elevata (ad esempio 230v) mentre la presa USB ? una presa a bassa tensione. Per motivi di sicurezza le due prese e i relativi circuiti devono essere perci? adeguatamente isolati elettricamente e ci? comporta ulteriori problemi di spazio. Sempre a causa dello spazio limitato e delle necessit? di isolamento elettrico, vi sono anche problemi di surriscaldamento per il calore prodotto dall?alimentatore della presa USB. Oltre ai problemi che tale surriscaldamento pu? provocare ai componenti stessi dell?alimentatore, si ha anche l?ulteriore problema che tale calore pu? incidere negativamente sulla affidabilit? e durata dei meccanismi e dei contatti elettrici della presa di rete.

Per tutti questi motivi e per altri ancora che saranno evidenti dalla descrizione che segue, l?inserimento di prese USB in prese elettriche di rete di tipo modulare ? molto difficoltoso e spesso si preferisce impiegare un modulo solo per la presa USB e che viene affiancato al modulo della presa di rete, occupando per? cos? lo spazio nel telaio di accoglimento che potrebbe essere impiegato per ulteriori moduli dell?impianto elettrico (ad esempio, altre prese di rete, interruttori, pulsanti, ecc.).

Scopo generale della presente invenzione ? ovviare gli inconvenienti summenzionati e fornire un modulo di presa elettrica di rete che abbia una presa USB integrata.

In vista di tale scopo si ? pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un modulo di presa elettrica comprendente un involucro con una faccia frontale nella quale sono presenti fori destinati all?inserimento assiale in essi di spinotti di una spina elettrica, dietro almeno alcuni fori essendo presenti elementi di contatto elettrico destinati al contatto elettrico con gli spinotti di una spina elettrica inseriti nei fori, il modulo di presa comprendendo inoltre elementi di contatto di terra e morsetti elettrici destinati alla connessione degli elementi di contatto elettrico a cavi di un impianto elettrico, la disposizione degli elementi di contatto elettrico e di terra essendo adatta quantomeno a ricevere una spina di tipo Schuko e, preferibilmente, anche spine con spinotti di contatto in linea, il modulo essendo caratterizzato dal fatto che in prossimit? di uno spigolo della faccia frontale si affaccia una presa USB e l?involucro ? internamente diviso in una prima parte verso la faccia frontale e in una seconda parte verso una parte posteriore del modulo opposta alla faccia frontale, la prima e la seconda parte essendo divise da un setto in materiale isolante, la prima parte contenendo gli elementi di contatto e i morsetti e la seconda parte contenendo un alimentatore connesso in ingresso ai morsetti e con uscita a bassa tensione che alimenta la presa USB, nella seconda parte essendo inoltre presente un sensore di temperatura che riduce la potenza in uscita dall?alimentatore in funzione della temperatura misurata dal sensore oltre una soglia prestabilita.

Per rendere pi? chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriver? di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista in prospettiva frontale di un modulo di presa elettrica secondo l?invenzione;

-figura 2 rappresenta in prospettiva del modulo di presa di figura 1 visto da un?altra angolazione;

-figura 3 rappresenta una vista in prospettiva del modulo di presa di figura 1 con una parte frontale rimossa;

-figura 4 rappresenta una vista in prospettiva simile a figura 2, ma con il modulo di presa parzialmente sezionato per esporre i componenti interni; -figura 5 rappresenta lo schema a blocchi di un alimentatore del modulo secondo l?invenzione.

Con riferimento alle figure, in figura 1 ? mostrato un modulo di presa elettrica, indicato genericamente con 10, realizzato secondo l?invenzione. Il modulo che forma la presa ? ad esempio un modulo standard 44x44mm per prese P40.

Il modulo di presa 10, di forma genericamente a parallelepipedo, ? del tipo destinato ad essere innestato in un telaio di supporto affiancato da eventuali altri moduli, come facilmente immaginabile dal tecnico esperto, per poi essere inserito in una apposita scatoletta dell?impianto elettrico dalla quale si affaccia con la sua faccia frontale di innesto delle spine.

In particolare, il modulo 10 comprende un involucro esterno 11 con la faccia frontale 12 sulla quale sono presenti aperture o fori 14, 15 che sono destinati all?inserimento assiale in essi di spinotti di una spina elettrica. Come sar? chiarito nel seguito, dietro tali fori sono presenti adatti elementi di contatto elettrico che sono destinati al contatto elettrico con i corrispondenti spinotti di una spina elettrica inserita nella presa. Ad esempio, gli elementi di contatto possono essere suddivisi in due elementi di contatto per la alimentazione elettrica, che sono raggiungibili attraverso i fori 14 e 15 e almeno un ulteriore elemento di contatto per il contatto elettrico con la messa a terra.

Nella presa mostrata nelle figure, sono presenti sia elementi di contatto di terra 16 e 17, disposti affrontati su due lati della sede di accoglimento 18 di accoglimento della spina, sia un contatto elettrico di terra centrale, raggiungibile attraverso un foro centrale 19. In tale modo, la presa ? adatta sia per accogliere una spina di tipo Schuko, con contatti di terra laterali, sia una spina di tipo con spinotti in linea dotata o meno di uno spinotto centrale di terra.

In aggiunta, il modulo 10 pu? essere anche di tipo detto ?bipasso?, vale a dire con la presa che ha la possibilit? di accogliere spine con spinotti in linea disposti a due differenti distanze e con almeno due differenti diametri. A tale scopo i fori 14 e 15 sono allungati, in direzione opposta l?uno all?altro, e sono ad esempio formati ciascuno dall?unione di due circonferenze, come noto nel campo.

Come sar? chiaro nel seguito, la presa pu? anche comprendere un in s? noto adatto dispositivo di sicurezza interno o ?shutter? 41, che ? elasticamente mobile da una posizione di chiusura ad una posizione di apertura di almeno i fori con all?interno contatti elettrici sottoposti a tensione elettrica potenzialmente pericolosa (ad esempio due contatti connessi a una tensione monofase di rete). Il movimento fra le due posizioni pu? essere comandato dalla introduzione contemporanea degli spinotti di una spina in tali fori. In sostanza tale dispositivo di sicurezza ha un setto che si frappone fra i fori di ingresso e i contatti elettrici retrostanti per impedire l?introduzione accidentale di un corpo estraneo (ad esempio, una punta metallica o il dito di un bambino) in uno dei fori fino a giungere a contatto con le connessioni elettriche interne.

Come si vede in figura 1, le dimensioni frontali del modulo 10 sono solo di poco pi? grandi della sede 16 per la spina.

La presa USB, indicata genericamente con 20, ? perci? inserita in diagonale in uno spigolo della faccia frontale quadrata del modulo, lasciato libero dalla sede 18, genericamente circolare. La presa USB ? inoltre vantaggiosamente di tipo mini USB o, ancora pi? vantaggiosamente, una presa USB-type C.

In figura 2 ? mostrato come il modulo 10 possa preferibilmente avere in posizione laterale tre morsetti elettrici 21 ai quali collegare i cavi dell?impianto elettrico. In particolare, i morsetti 21 sono disposti a mezza altezza sul lato del modulo e hanno preferibilmente una vite di serraggio con la testa rivolta verso il lato del modulo, mentre l?ingresso 22 dei morsetti per inserire i cavi ? rivolto verso il dietro del modulo e il modulo ha una zona ribassata 23 per permettere tale inserimento.

Per l?innesto al telaio, il modulo di presa 10 pu? comprendere in s? noti elementi di innesto 24 e 25 posti ad esempio su sue opposte facce laterali, come visibile ad esempio dal confronto delle figure 1 e 2. Gli elementi di innesto 24 e 25 possono essere di un qualsiasi tipo noto (per esempio denti o sedi per l?incastro di alette elastiche complementari).

In figura 3 ? mostrato il modulo 10 con la parte frontale rimossa per scoprire i sottostanti elementi di contatto elettrico 26, 27 e 28, raggiungibili rispettivamente attraverso i fori 14, 15 e 19 e connessi ai morsetti 21. Ciascun elemento di contatto ? vantaggiosamente realizzato per avere opposti bracci elastici per afferrare elasticamente da lati opposti il corrispondente spinotto di una spina.

Come si vede in figura 3 e, meglio, in figura 4, il corpo 11 del modulo (realizzato in adatto materiale plastico isolante) ? diviso in due parti o zone 29 e 30 separate mediante un setto intermedio 31 realizzato vantaggiosamente di pezzo con le pareti laterali del corpo 11. Nella parte 29 pi? prossima alla faccia frontale del modulo sono alloggiate tutte le parti che compongono la presa di rete, compresi gli elementi di contatto elettrico e i morsetti 21, mentre nella parte 30 sul lato opposto del setto intermedio 31 sono disposti tutti i componenti dell?alimentatore 32 della presa USB e che ? anch?esso connesso ai morsetti 21 sull?altro lato del setto 31.

Gli elementi di contatto di terra 16, 17 e 28 possono essere tutti connessi fra loro mediante un unico pezzo metallico sagomato37.

L?alloggiamento dell?alimentatore 32 ricavato nella parte 30 ? chiuso sulla faccia posteriore del modulo 10 mediante un coperchio 33 vantaggiosamente innestato a scatto mediante apposite linguette elastiche 24 e incavi o sedi 35. La parte 30 di alloggiamento dell?alimentatore comprende anche vantaggiosamente fessure laterali di aerazione 36.

Come si vede bene in figura 3, l?unico elemento del sistema di alimentazione USB che ? nella parte 29 ? la presa USB che per? viene vantaggiosamente protetta da uno scudo in materiale plastico 38 che protegge il circuito della presa almeno dal lato verso l?interno della zona 29. L?alimentatore 32 ? realizzato con una basetta a circuito stampato sulla quale sono alloggiati i componenti elettronici. Per ragioni di efficienza e bassa dissipazione, l?alimentatore ? vantaggiosamente di un noto tipo switching. Circuiti di alimentazione adatti in grado di trasformare la tensione alternata di rete in una bassa tensione stabilizzata (in particolare 5Vcc) adatta ad una presa USB sono ben noti nel campo e il circuito non sar? perci? qui descritto nel dettaglio.

Secondo i principi dell?invenzione, al circuito di alimentazione ? associato un sistema di controllo delle temperature che in funzione della temperatura presente nella zona 30 interviene riducendo la potenza in uscita dal connettore USB in caso di superamento di una soglia di temperatura che viene fissata come temperatura di sicurezza per l?elettronica e le altre parti componenti il modulo di presa. Tale temperatura pu? essere ad esempio 55?, o altra temperatura ritenuta di sicurezza.

Tale sistema ? schematicamente mostrato in figura 5. In sostanza, il circuito alimentatore 32 ha un ingresso di controllo della potenza erogata 39 che riceve un segnale di controllo della potenza da un sensore di temperatura montato sulla basetta 32 per misurare la temperatura della zona 30 del modulo.

Qualora la temperatura misurata dovesse salire sopra la soglia stabilita di sicurezza, la potenza erogata dall?alimentatore viene abbassata dal sensore 40, fino a giungere nel caso al completo spegnimento dell?alimentatore, in attesa che la temperatura si riabbassi sotto la soglia di sicurezza.

Ci? mantiene adeguatamente bassa la temperatura anche nella zona 29 dei contatti a relativamente alta tensione e preserva il corretto funzionamento e durata di tali contatti e del meccanismo di sicurezza 41. A questo punto ? chiaro come si siano ottenuti gli scopi prefissati. Una presa realizzata secondo i principi della presente invenzione permette di avere anche una presa USB nello stesso ingombro permesso per un modulo di presa Schuko o multistandard o P40, senza pericoli elettrici e senza problemi di surriscaldamento o perdita di affidabilit? della presa.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione ? riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perci? essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, le spine accoglibili possono essere diverse da quelle brevemente descritte, con modifiche della presa ora facilmente immaginabili da parte del tecnico esperto, per adattarla a specifiche esigenze di un impianto di alimentazione di rete, ad esempio anche a seconda della nazione e della linea di prodotto utilizzata nell?impianto. Anche il numero di elementi di contatto e la loro conformazione potr? variare in funzione del numero e conformazione degli spinotti delle spine che si desiderano connettere.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Modulo di presa elettrica (10) comprendente un involucro (11) con una faccia frontale (12) nella quale sono presenti fori (13) destinati all?inserimento assiale in essi di spinotti di una spina elettrica, dietro almeno alcuni fori (13) essendo presenti elementi di contatto elettrico (26, 27) destinati al contatto elettrico con gli spinotti di una spina elettrica inseriti nei fori (13), il modulo di presa comprendendo inoltre elementi di contatto di terra (16, 17, 28) e morsetti elettrici (21) destinati alla connessione degli elementi di contatto elettrico a cavi di un impianto elettrico, la disposizione degli elementi di contatto elettrico e di terra essendo adatta quantomeno a ricevere una spina di tipo Schuko e, preferibilmente, anche spine con spinotti di contatto in linea, il modulo essendo caratterizzato dal fatto che in prossimit? di uno spigolo della faccia frontale si affaccia una presa USB e l?involucro (11) ? internamente diviso in una prima parte (29) verso la faccia frontale (12) e in una seconda parte (30) verso una parte posteriore del modulo opposta alla faccia frontale, la prima e la seconda parte essendo divise da un setto in materiale isolante (31), la prima parte contenendo gli elementi di contatto e i morsetti e la seconda parte contenendo un alimentatore (32) connesso in ingresso ai morsetti (21) e con uscita a bassa tensione che alimenta la presa USB (20), nella seconda parte essendo inoltre presente un sensore di temperatura (40) che riduce la potenza in uscita dall?alimentatore (32) in funzione della temperatura misurata dal sensore oltre una soglia prestabilita.
2. 2. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere di tipo P40.
3. 3. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la presa USB ? connessa all?alimentatore dietro uno scudo isolante (38) nel tratto che attraversa la prima parte (29).
4. 4. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la presa USB ? di tipo USB-type C.
5. 5. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i morsetti elettrici (21) sono su una faccia laterale del modulo con vite di serraggio con testa rivolta verso il lato del modulo e ingresso (22) del morsetto (21) rivolto verso il dietro del modulo.
6. 6. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere elementi di innesto (24,25) destinati all?innesto del modulo di presa in un telaio o scatola di supporto.
7. 7. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i fori (13) e gli elementi di contatto sono conformati per poter accogliere alternativamente almeno una spina di un primo tipo e almeno una spina di un secondo tipo fra loro differenti per sezione e/o disposizione degli spinotti.
8. 8. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di sicurezza (41) che ? mobile da una posizione di chiusura ad una posizione di apertura di almeno alcuni fori (13) all?introduzione contemporanea di spinotti di una spina in tali almeno alcuni fori.
9. 9. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?involucro (11) ha fessure (36) di areazione della seconda parte (30).
10. 10. Modulo di presa (10) secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?alloggiamento dell?alimentatore (32) ricavato nella seconda parte (30) ? chiuso sulla faccia posteriore del modulo (10) mediante un coperchio (33) innestato.