TW201733212A

TW201733212A - 基於磁斥力的電連接器

Info

Publication number: TW201733212A
Application number: TW106107377A
Authority: TW
Inventors: 詹姆斯Ｗ小吉邦尼
Original assignee: 克里斯莫斯東北公司
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2017-09-16
Also published as: CN107171127B; US9614322B1; TWI645621B; CN107171127A

Abstract

電連接器使用磁斥力來將它們以正確的極性定向，並且使用磁吸力來保持在一起。當插入導管的端部時，一對這樣的電連接器能通過導管傳送電能。每個電連接器都包括具有頂表面和底表面的外殼、固定端子和可移動端子，所述固定端子和可移動端子均凹入到其各自的平行通道的頂表面之下。彈簧控制端子的移動。每個端子都帶有電觸點。圓環形磁鐵圍繞可移動端子中的觸點，以使其磁場激勵該觸點。每個電連接器的可移動端子中的磁鐵以相同的方式定向，從而電連接器的可移動端子相互排斥，而非可移動端子吸引可移動端子從它們的通道進入非可移動端子的通道，以使兩個電連接器鎖在一起。

Description

基於磁斥力的電連接器

本發明涉及用於傳送電流的電連接器。更具體地，本發明涉及磁性連接的電連接器。

大多數電連接器通過機械方式通常使用插頭/插孔、摩擦配合連接來接合，以使它們能夠將電流從一個連接器傳送到下一個連接器。機械連接器需要手動連接。使用磁性而不用機械連接的連接器是公知的。可使用磁力連接兩個連接器，而不用手動操作。美國專利8936472公開了這種連接器，通過引用的方式將其全文併入本文的並且本申請人擁有該專利。在兩個連接器不能輕易地手動連接的情況下，磁性連接器是有用的。

耦合兩個連接器的入口受限的的一個示例情況是在人造聖誕樹中。電流通過導體經由模擬常青樹樹幹的管或杆傳送。人造聖誕樹的現有杆結構使用凹口和突出互鎖系統作為正確定向連接器的鍵和鍵槽佈置。這種方法是舊的，因為連接杆在樹被舉起時往往會解體或纏在一起，從而導致樹組裝、拆卸和安全問題。

一組可靠的、在無需物理定向和物理接合的情況下以適當極性很容易地連接的、在大量製造時廉價的、耐久、有效且更安全的連接器，將是有利的。

本發明的電連接器使用磁斥力來相對於一個連接器適當定向另一個連接器，並使用磁吸力將兩個連接器以正確的極性保持在一起。每個電連接器都是相同的，因此製造所需的零件較少，並且大大簡化了電連接器的裝配。在由於有限的物理入口或由於低光條件而難以接合電連接器的情況下，可使用本發明的電連接器來改善電連接。

當插入導管的端部時，一對電導管可用於增加傳送到結構導管上的電能，結構導管可具有很多用途，例如為臨時照明提供電能的臨時欄杆。

本公開的一方面是一種電連接器，該電連接器具有帶有頂表面和底表面、第一通道和第二通道的外殼，以及分別在第一和第二通道中的固定端子和可移動端子。第一和第二通道被隔開，向外殼的頂表面和底表面開口並平行佈置。固定端子上有第一觸點，而可移動端子上有第二觸點。第二通道中有鄰近第二觸點的磁鐵，並且磁鐵的磁場貫穿第二觸點。

本公開的另一方面在於，可移動端子的移動是受限的，使得第二觸點在外殼的頂表面上方上升預定距離。

本公開的另一方面在於，電連接器在第一通道中具有鄰近固定端子的第一觸點的鐵磁體。鐵磁體是一種由鐵磁材料製成的裝置，鐵磁材料吸引磁鐵但沒有磁性。

本公開的另一方面在於，第一和第二觸點在它們的擴展部分上具有互補表面，當將互補表面連在一起時互補表面交錯。

本公開的另一個方面在於，鐵磁體和磁鐵是圓環形的，分別圍繞但不接觸第一和第二觸點。

本公開的另一個方面在於，第一和第二觸點都包括擴展部分、連接到擴展部分的上端軸、以及下端軸。每個下端軸都有接收上端軸的孔。

本公開的另一方面在於，電連接器在第二通道中具有連接到第二觸點的壓縮彈簧。壓縮彈簧抵制圍繞觸點的磁鐵向可能靠近外殼的頂表面附近的鐵磁材料移動。

本公開的另一方面在於，固定端子通過彈簧墊圈來固定就位。彈簧墊圈被附接在第一端子的下端軸上。

本公開的一個方面在於，第一通道和第二通道都在其中具有將這些通道劃分成上腔室和下腔室的壁。每個壁都具有形成在其中的、尺寸分別適於接收第一和第二觸點的下端軸的孔，下端軸從上腔室進入下腔室。第一通道的下腔室中的彈簧墊圈被附接到下端軸，並接合第一通道的壁，以保持固定端子，防止第一觸點相對於所述殼體移動。在第二通道中，下端軸延伸穿過第二通道的壁並穿過壓縮彈簧和彈簧墊圈。當圍繞第二觸點的磁鐵被吸引到鐵磁材料時，壓縮彈簧和彈簧墊圈與壁配合，以限制可移動端子的第二觸點在頂表面上方的移動。

本公開的另一特徵在於，兩個電連接器可以通過一對導線連接，一根導線從兩個電連接器的第一電連接器的第一觸點行進到第二電連接器的第一觸點，並且另一根導線從兩個電連接器的第一電連接器的第二觸點行進到第二電連接器的第二觸點。

本公開的另一方面在於，兩個電連接器可以承載在導管的端部附近，其中一個電連接器與導管的第一端部齊平安裝，並且另一個電連接器凹入導管的第二端部中。

結合下面的附圖，在仔細閱讀下文中具體實施方法後，其它特徵及其優勢對本領域的技術人員來說將是明顯的。

10‧‧‧電連接器

14‧‧‧外殼

18‧‧‧軸向槽

22‧‧‧凸緣

26‧‧‧頂表面

30‧‧‧肋條

34‧‧‧固定端子

38‧‧‧可移動端子

42‧‧‧觸點

44‧‧‧同心環

46‧‧‧觸點

48‧‧‧同心槽

50‧‧‧通道

54‧‧‧通道

58‧‧‧上腔室

62‧‧‧上腔室

66‧‧‧下腔室

70‧‧‧下腔室

90‧‧‧端子

94‧‧‧觸點

98‧‧‧擴展頂部

102‧‧‧上端軸

106‧‧‧下端軸

110‧‧‧孔

114‧‧‧圓柱形槽

118‧‧‧凸緣

122‧‧‧環形凹陷

126‧‧‧第一彈簧墊圈

130‧‧‧第二彈簧墊圈

134‧‧‧壓縮彈簧

138‧‧‧同心環

142‧‧‧同心槽

146‧‧‧磁鐵

150‧‧‧絕緣墊片

154‧‧‧鐵磁體

158‧‧‧第一導管

162‧‧‧第二導管

166‧‧‧減小直徑部分

170‧‧‧擴大直徑部分

174‧‧‧減小直徑部分

178‧‧‧擴大直徑部分

182‧‧‧第一電連接器

186‧‧‧第二電連接器

190‧‧‧第三電連接器

194‧‧‧導線

198‧‧‧導線

在圖中，

圖1是根據本公開的一個方面的連接器的透視俯視圖。

圖2是根據本公開的一個方面的在電連接器中處於正常位置的兩個端子的頂部、並排、透視圖，電連接器以假想線顯示出從而能夠看到兩個端子的細節。

圖3A和3B分別以外部視圖和橫截面圖顯示出了根據本公開的一個方面的端子的側視圖。

圖4是根據本公開的一個方面的兩個觸點的頂部透視圖，其顯示出了觸點的互補頂表面。

圖5A和5B分別是根據本公開的一個方面的圖4的間隔開的觸點的頂部透視圖和側截面圖。

圖6A-6F以橫截面顯示出了根據本公開的一個方面的回應於嘗試不正確連接端子的兩個電連接器的端子和一個連接器本身的移動，其中圖6A顯示出了彼此相對但具有錯誤極性的極點，圖6B顯示出了用錯誤極性連在一起的連接器，圖6C、6D和6E顯示出了回應於磁場而旋轉以自整極性的的連接器，最後圖6F顯示出了處於正確極性且對準的連接器。

圖7顯示出了根據本公開一個方面的在導管中的電連接器。

本公開描述了一種通用電連接器。還描述了作為延長電線的相互電連接的一對這樣的連接器。例如，該延長電線可承載在導管中，以能夠在結構構件中傳送電能，從而用在臨時照明柵欄中。

術語通用連接器是指既不是“插頭”連接器也不是“插孔”連接器的連接器；本發明中的電連接器的相同配置既用作“插頭”也用作“插座”，雖然外殼形狀可根據使用的環境而有所不同。兩個這樣的連接器能連接在一起，以將電能從一個連接器傳遞到另一個連接器，或者本發明中的連接器能夠用在延長電線的兩端。因此，例如，在每一端上都具有根據本公開的電連接器的延長電線中，延長電線的兩端之中的任何一端都能連接到牆上插座上，假設該牆上插座與本發明中的連接器相匹配。延長電線的另一端能連接到例如具有相同類型的電連接器的電器上。

本發明公開的延長電線可以在導管內，其中一個電連接器齊平地安裝在導管的一端，另一個連接器凹入到導管的相對端中，使得導管的一部分延伸超過連接器。導管的該端部能夠接收具有齊平安裝的電連接器的、第二個這樣的導管的端部，使得兩個匹配的連接器位於導管內。添加到之前的導管的每一個這樣的導管，不僅增加了導管的總長度而且還使用該連接器以連續導電鏈的方式將延長電線連接在一起，使得導管不僅可用於結構目的(柵欄、欄杆或裝飾件)，而且還可通過內部一連串的延長電線來傳送電能。

此處使用的術語導管是指任何結構構件，該結構構件具有形成在其中的、一般遵循導管的主要尺寸的通道。

在本公開中，當電連接器處於其觸點接觸的相對位置中時，電連接器被認為是連接的，以便能夠將電能從一個電連接器的一個觸點傳送到另一個電連接器。

現在參考圖1，其示例了電連接器10的透視圖。電連接器10具有外殼14，該外殼14可以大體上是圓柱形或可具有不同的形狀，並且出於特定應用，它可具有軸向槽18，如圖1所示。例如，連接器10中的軸向槽18可使它滑進具有內部軸向脊的導管(在圖1沒有顯示出)。軸向槽18對應於這種內部軸向脊，內部軸向脊可用來使導管的相鄰部分彼此對齊。在這個例子中，電連接器10將需要有符合導管的內部形狀的外殼形狀，但不需要軸向槽18來用於其主要目的，即連接到第二個電連接器10。

外殼14可具有使其適應環境的其它特徵，例如使其能齊平插入在導管(沒有顯示出)的端部並緊密配合的、在其頂表面26上的凸緣22和多個肋條30。

電連接器10有兩個端子，固定端子34和可移動端子38。固定端子34包括觸點42；可移動端子38具有觸點46。

圖2顯示出了具有外殼14的連接器10，外殼14以假想線繪製，從而能更容易地看到固定端子34和可移動端子38。圖3A和3B分別從側面和以橫截面顯示出了觸點42、46。外殼14具有形成在其中的兩個通道，通道50和通道54。通道50和54被分隔開並且可以是平行的。通道50和54分別具有上腔室58、62和下腔室66、70，上腔室和下腔室分別用使它們分開的壁74、78來定義。在壁74、78中形成有孔82、86，以允許上腔室58、62與下腔室66、70連通。固定端子34在第一通道50中；可移動端子38在第二通道54中。每個端子34與每個其它端子34都是相同的，並且每個端子38與每個其它端子38也是相同的。除了將在隨後描述的一些差異之外，端子34和38彼此是非常相似的。通道50和54也可具有相同的尺寸。

圖3A和3B顯示出了與端子34、38相同的端子90的外部和橫截面圖。端子90具有觸點94，觸點94具有擴展頂部98和上端軸102。上端軸102具有外螺紋，並且在它與擴展頂部98接觸的地方，其外徑可輕微向外張開。

端子90具有其中形成有孔110的下端軸106，孔110具有內螺紋並且其尺寸適於接收上端軸102。下端軸106具有圓柱形槽114，即，下端軸的長度方向上具有減小直徑的一部分，並且在遠離槽114的兩個方向上超出該部分的地方，下端軸106的直徑要大些。端子90還具有頂部凸緣118，其在擴展頂部98和頂部凸緣118之間定義了環形凹陷122。為了方便起見，將應用於端子90的附圖標記用於端子34、38上的等同結構。

第一彈簧墊圈126被附接到下端軸106或者第一端子34，位於槽114正上方的並緊靠壁74，以使固定端子34的擴展頂部98被固定在外殼14的頂表面26的下面。選擇第一彈簧墊圈126並設計其尺寸，以在放置它的地方緊緊保持在下端軸106，因為在那個位置，下端軸106的直徑略大於槽114的直徑。由於第一彈簧墊圈126位置(即，位於壁74的一側上)，將抑制端子34相對於通道50向上移動，頂部凸緣118位於另一側上，防止固定端子34相對於第一通道50向下移動。

在第二通道54中，由於頂部凸緣118，將抑制端子38的向下移動，但不會抑制端子38向上移動，儘管它是受限的。第二彈簧墊圈130 被安裝在下端軸106上，位於溝槽114的下端處，以防止能夠使可移動端子38從第二通道54中移除的端子38的垂直移動。壓縮彈簧134在第二彈簧墊圈130上方圍繞下端軸106，並抵制可移動端子38的垂直移動。隨著可移動端子38向上移動，壓縮彈簧134被載入並且驅使可移動端子回落到第二通道54。當壓縮彈簧134完全壓縮時，第二彈簧墊圈130和壓縮彈簧134將防止可移動端子進一步移動。這時，可移動端子38的擴展頂部98在頂表面26上方延伸，延伸的距離與固定端子凹進固定端子34內的距離相同。

在圖2中，顯示出了在各自“靜止”位置的固定端子34和可移動端子38。

圖4顯示出了並排的第一和第二觸點42和46。每個觸點42、46都具有擴展頂部98和上端軸102。第一和第二觸點42和46的擴展頂部98都配置有由同心槽48分離的同心環44，參見圖1。圖5A和5B分別以透視圖和橫截面圖的方式顯示出了具有相互面對的擴展頂部98的第一和第二觸點42、46。在圖5A和5B中，第一和第二觸點42、46的同心環138和同心槽142具有斜邊，使得在將第一和第二觸點42、46連接在一起時，它們比圖1和4的同心環44和同心槽48更容易交錯。同心環138進入第二觸點46的同心槽142，第一觸點42的同心槽142接收第二觸點46的同心環138。雖然顯示出了同心環138和同心槽142，但交錯的表面特徵的其它的例子也是可能的，諸如間隔的平行脊或鋸齒紋，或第一觸點42上的圓柱銷和第二觸點46中的孔。第一和第二觸點42、46的擴展頂部98可以是不同的或者可以是相同的，但是它們彼此交錯。當第一和第二觸點42、46的擴展頂部98交錯時，有更多的接觸表面積以使電流從一個觸點流到另一個觸點。此外，如果擴展頂部98受到水準力，則它們不易分離。

不管是相同的還是不同的，選擇的具體配置都是互補的。在這種情況下，互補的圖4顯示出了不相同的同心環138和同心槽142。第一和第二觸點42、46的其它形狀可以是相同的，但第一和第二觸點42、46交錯。互補是指：第一觸點42的擴展頂部98是第二觸點46的擴展觸點98的反面。在第一觸點42的擴展頂部98有塊的地方，第二觸點的擴展頂部98具有容納那個塊的凹陷；並且在第一觸點42的擴展頂部98具有凹陷的地方，第二觸點46的擴展頂部98具有填充那個凹陷的塊形。

固定端子34和可移動端子38在另一方面是不同的，即一個是固定的，另一個是可移動的。如圖3B中最佳顯示出的，可移動端子的環形凹陷122，包含磁鐵146。磁鐵146具有圓環形狀並在擴展頂部98和頂部凸緣118之間圍繞上端軸102。磁鐵146可以是一種稀土磁鐵。絕緣墊片150可放置在磁鐵146和上端軸102之間。

在可移動端子38中，鐵磁體154位於環形凹陷122中。鐵磁體154不是一種磁鐵，而是一種本身不產生磁場的物質但會響應於磁鐵或電磁鐵的磁場，不管極性如何。

圖6A-6F顯示出了連接在一起的兩個相對的連接器10、10′。圖6A顯示出了固定就位的連接器10，而連接器10′正在朝向連接器10下降。在這個例子中，電連接器10、10′的固定端子34、34′和可移動端子38、38′都彼此相對。可移動端子38、38′中的磁鐵146、146′都以相同的方式定向，所以當面對面連接在一起時，兩個電連接器10、10′的極性互相排斥。磁鐵146、146′的相互排斥力會使端子38、38′分開，從而避免接觸，如圖6B所示。電連接器10、10′中的鐵磁體170、170′既不會相互吸引也不會相互排斥。因為它們是不可移動的並且它們凹進通道50、50′的上腔室58、58′中，它們也沒有接觸，所以觸點42、42′或46、46′之間沒有電流通過。

然而，相鄰磁鐵146、146′的磁場影響鐵磁體170、170′並且互相排斥到一定程度，會使連接器10′開始扭曲和重新定位，如圖6C所示。

隨著重新定向的這個過程繼續進行，如圖6D和6E中最佳顯示出的，連接器10′旋轉，使得固定端子34′移動到與可移動端子38相對，並且可移動端子38′同時對準固定端子34。最後，在圖6F中，完成了重新對準，並使可移動端子38、38′的磁鐵146、146′的磁場部分離開第二通道54、54′，並且它們各自的觸點46、46′與相對端子34、34′的觸點42、42′交錯。儘管存在側向力，但交錯以及可移動端子38、38′移動離開其第二通道54，54′一起有助於保持連接。

現在參考圖7，顯示出了兩個導管，第一導管158和第二導管162。第一導管158具有減小直徑部分166和擴大直徑部分170。同樣，第二導管162具有減小直徑部分174和擴大直徑部分178。在第一導管158內，在其減小直徑部分166處具有與第二電連接器186電連接的第一電連接器182，該第二電連接器186齊平安裝在第二導管162的減小直徑部分174的端部。將第一電導體182佈置在第一導管158內的減小直徑部分166的端部，並將第二電導體186設置成與第二導管162的減小直徑部分174的端部齊平，使得在將導管158和162物理結合在一起時，允許第一和第二電連接器182-186電連接。

在第二導管162中，第二電連接器186和第三電連接器190以相同的方式連接，如同它們是延長電線：第二電連接器186在一對導線194、198的一端，第三電連接器190在該對導線194、198的另一端，該對導線194、198可被絕緣平行連接並可被連接到第二和第三電連接器的186、190的端子(圖2中的34、38)的端部。為了保持極性，第二電連接器186的固定端子34將連接到第三電連接器190的固定端子34上，並且第二電連接器186的可移動端子38將連接到第三電連接器190的可移動端子38上。