專利名稱：連接器插件、連接器插座和用于形成多個電路徑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題大體上涉及用于電子裝置的磁性連接器，更具體地說，涉及用于功率適配器(power adaptor)的電磁連接器，所述功率適配器將膝上型計算機連接到電源。
背景技術(shù)：
電子裝置(例如膝上型計算機)通常使用由連接到傳統(tǒng)AC電源的變壓器供應(yīng)的DC功率。參照圖1，圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的功率適配器20。功率適配器20具有變壓器22、電纜26、凸連接器30和凹連接器40。變壓器22帶有連接到傳統(tǒng)的AC電源插座(poweroutlet)(未示出)所用的插頭24，凸連接器30由電纜26連接到變壓器22。凹連接器40通常附接到電子裝置(例如膝上型計算機)10的殼體12，并通常附接到裝置10的內(nèi)部電子器件的印刷電路板14。為了在變壓器22與裝置10之間進行傳統(tǒng)的功率連接，凸連接器30帶有插入凹連接器40中的凸端32。用于便攜式計算機的連接器優(yōu)選地盡可能小，并且外形較低以適于當(dāng)前纖薄的筆記本。可能有多種方式給傳統(tǒng)的功率連接造成破壞。在一種示例中，簡單地將凸連接器30插入凹連接器40就可能造成破壞。在圖2所示的另一種示例中，在凸連接器30與凹連接器40仍然連接在一起的時候無意地用非軸向的力將任一元件(例如裝置10、凸連接器30、變壓器22等)從其他元件拔出時可能造成破壞。除了傳統(tǒng)的功率連接外，還可能以與上述相同的方式對電子裝置的其他類型連接產(chǎn)生破壞。大體上，磁性吸引的兩個半部的表面積確定了磁通線的數(shù)量，并因而確定了它們之間的保持力，因為保持力與兩個磁性吸引的半部之間的接觸面積成比例。因此，為了有較強的力將兩個磁性吸引的半部保持在一起，就希望兩個磁性吸引的半部盡可能地大。本發(fā)明的主題針對的是將上述問題中的一項或更多項克服或至少減輕其效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了依賴于磁性力來維持接觸的磁性連接器。該磁性連接器包括插頭和插座。在一種實施例中，插頭和插座可以用作功率適配器的一部分，所述功率適配器用于將電子裝置(例如膝上型計算機)連接到可與電源連接的變壓器。插頭包括多個電銷(electrical pin)，所述電銷優(yōu)選地受到朝向位于插座上的多個相應(yīng)觸點的偏置。插頭和插座各具有磁性元件。插頭和插座之一或其兩者上的磁性元件可以是磁鐵，磁鐵優(yōu)選為永久稀土磁鐵，但也可以使用電磁鐵。鐵磁性材料可以用作插頭或插座中不包括磁鐵的那一者上的磁性元件。在使插頭和插座接近時，電磁鐵與其互補者之間的磁性吸引將插頭和插座磁性耦合并維持銷和觸點的電導(dǎo)通關(guān)系，所述互補者是另一磁鐵或者鐵磁性材料。這種磁性連接器使得在插頭或插座在連接的同時被(用足夠的力)無意地移動的情況下，插頭能夠從插座脫離。上文的發(fā)明內(nèi)容并非對本發(fā)明各個方面的每一種可能實施例進行的總結(jié)。


參照下面對具體實施例的詳細(xì)說明，與附圖結(jié)合閱讀，可以最佳地理解本發(fā)明的上述總結(jié)、優(yōu)選實施例以及其他主題方面，在附圖中圖I圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的帶有功率連接的功率適配器。圖2圖示了現(xiàn)有技術(shù)的功率連接造成的一種可能的破壞。 圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器一種實施例的剖視圖。圖4圖示了圖3的磁性連接器中插座的正視圖。圖5圖示了圖3的磁性連接器中插頭的正視圖。圖6圖示了所公開的磁性連接器防止可能破壞的能力。圖7圖示了圖3的磁性連接器的一種可替換實施例。圖8A-8B圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器另一種實施例的插頭。圖9A-9B圖示了圖8A-8B所公開的磁性連接器中插頭所用的插座。圖10圖示了用于圖8A-8B和圖9A-9B所公開的磁性連接器的插頭和插座的立體圖。圖11A-11B圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有多個磁鐵并具有背板(backplate)的磁性連接器的一種實施例。圖12A-12B圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有多個磁鐵并具有背板的磁性連接器的另一實施例。圖13A-13B圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有電磁鐵的磁性連接器的實施例。圖14圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有電磁鐵和開關(guān)元件的磁性連接器的一種實施例。圖15圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有電磁鐵和接近傳感器(proximitysensor)的磁性連接器的一種實施例。圖16圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有電磁鐵和故障檢測器的磁性連接器的一種實施例。圖17圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有兩個電磁鐵并具有故障檢測器的磁性連接器的一種實施例。圖18圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有電磁鐵和控制電路的磁性連接器的一種實施例。盡管所公開的磁性連接器可以有各種變更和替換形式，但在附圖中以示例方式示出并在本申請中詳細(xì)說明了其多種具體實施例。附圖和文字描述不應(yīng)認(rèn)為是以任何方式對發(fā)明思想的范圍進行的限制。相反，附圖和文字描述是根據(jù)35U. S. C. § 112的規(guī)定，參照具體實施例提供給本領(lǐng)域技術(shù)人員的，以對發(fā)明思想進行舉例說明。
具體實施例方式參照圖3，以剖視圖形式圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器100的一種實施例。磁性連接器100包括第一連接器(即插頭)110和第二連接器(即插座)150。插頭110能夠連接到第一裝置(即電相關(guān)物(electrical relation)) 50,而插座150能夠連接到第二裝置60。在一種實施例中，第一裝置50是變壓器，而第二裝置60是電子裝置(例如膝上型計算機)，該電子裝置具有殼體62和內(nèi)部電子器件64。因此，在一種實施例中，磁性連接器100可以是功率適配器的一部分，所述功率適配器用于通過變壓器50將膝上型計算機60連接到傳統(tǒng)的AC電源(未示出)。對于標(biāo)準(zhǔn)的膝上型計算機，磁性連接器 100優(yōu)選地針對6A、24V進行設(shè)定，插頭110和插座150 二者都可以是大約4mm高、6mm寬。插頭110包括插頭主體112，插頭主體112具有表面118并連接到電纜114。優(yōu)選地,主體112由傳統(tǒng)的非導(dǎo)電材料構(gòu)成。主體112容納了電纜114的內(nèi)部導(dǎo)線116，所述電纜114連接到第一裝置50。多個第一電觸點120和第一磁性元件130設(shè)置在插頭主體112上。在一種優(yōu)選實施例中，如圖3所示，第一電觸點120優(yōu)選為經(jīng)過電鍍并受到彈簧載荷的銷，從而與插座150上的相應(yīng)觸點維持接觸。銷120被保持在殼體124中并連接到電纜114的導(dǎo)線116。彈簧122對銷120施加偏置，使它們從插頭主體112的表面118延伸。在這種實施例中，第一磁性兀件130嵌入插頭主體112的表面118中。插座150具有主體152，該主體152連接到第二裝置60的殼體62。主體152具有表面158、多個第二電觸點160、以及第二磁性兀件140。在一種優(yōu)選實施例中，如圖3所不，第二電觸點160是板，所述板嵌入主體152的表面158中，并通過導(dǎo)線162等電連接到內(nèi)部電子器件64。另外,第二磁性兀件170嵌入主體152的表面118中。為了在第一裝置50與第二裝置60之間進行電連接，插頭110的表面118被定位成靠著插座150的表面158。插頭110上的銷120與插座150上的板160接合。這樣，連接到第一裝置50的導(dǎo)線116被電連接到與第二裝置60的內(nèi)部電子器件64相連的導(dǎo)線162。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白，因多種原因而優(yōu)選采用尖銳的銷120與大體上平坦的板160之間的電連接，這些原因例如與觸點周圍的赫茲應(yīng)力(Hertzian stress)有關(guān)的問題以及與觸點的粗糙度(asperity)或場所(aspot)有關(guān)的問題。為了維持電連接，第一磁性元件130與第二磁性元件170之間的吸引力將插頭110保持到插座150。在一種實施例中，磁性元件130和170都是磁鐵，它們可以是永久磁鐵也可以是電磁鐵，并布置成彼此磁性吸引。在一種可替換實施例中，磁性元件130或170之一是磁鐵，可以是永久磁鐵也可以是電磁鐵，而互補的另一元件是鐵磁性材料。用于磁性元件的永久磁鐵優(yōu)選為永久稀土磁鐵，因為稀土磁鐵具有與其尺寸相比較高的通量密度。在使插頭110與插座150接近時，磁性元件130與170之間的吸引力將觸點120與160保持為導(dǎo)電關(guān)系。耦合到插座150的插頭110的磁性吸引或磁性力可以根據(jù)需要來針對具體實施情況進行配置。對于功率適配器所用的磁性連接器Iio實施例，元件130與170之間的磁性吸引所產(chǎn)生的磁場小到足以不對通過電觸點120與160供電造成干擾。由于元件130和170的磁場可能對裝置60的內(nèi)部電子器件64以及其他部件造成干擾，所以插座150可以在殼體150上設(shè)置在離開各個元件的位置處。例如，容器150可以設(shè)在與膝上型計算機的磁盤驅(qū)動器、USB斷開、內(nèi)部束線等離開的位置?；蛘?，可以將元件130或170從電子裝置的各個元件屏蔽開，或者可以用磁通量條(flux bar)將元件130和170的任何磁通量引導(dǎo)為離開各個元件。在圖4的正視圖所示的一種實施例中，插座150具有四個電板160，它們圍繞著位于中心的磁性元件170。插座的主體152是橢圓形或矩圓形(oblong)，并具有兩條對稱軸。對于需要DC功率的插座150實施例，電板中的兩個160(+)可以是正觸點，而這些板中的兩個160(-)可以是負(fù)觸點。在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)可以有各種布置。在圖5的正視圖所示的實施例中，插頭110被制成與圖4中的插座150布局相對應(yīng)。因此，插頭110的主體112也是橢圓形，插頭具有圍繞磁性元件130設(shè)置的四個銷120，磁性元件130位于插頭110中心。對于連接到AC至DC變壓器的插頭110實施例，電觸點中的兩個120(+)是正觸點，觸點中的兩個120(-)是負(fù)觸點。銷120和板160的布局是沿著由主體112和152的橢圓或矩圓形狀所限定的對稱軸而對稱的。這樣，插頭110和插座150可以只能以兩種方式耦合，并會確保正銷120(+)與正板160(-)的正確對準(zhǔn)以及負(fù)銷120(-)與負(fù)板160(-)的正確對準(zhǔn)。盡管所示的插頭110與插座150各自具有一個磁性元件130和170，但可以理解，它們各自可以包括一個或更多個磁性元件。另外，還可以想到，取決于要進行的電連接類型，插頭Iio和插座150可以各具有一個或多個觸點。例如，可以圍繞插頭110和插座150對稱地布置附加的銷和觸點，以在兩個裝置(例如膝上型計算機與功率適配器)之間傳遞電信號。參照圖6，圖示了磁性連接器100防止可能的破壞的能力。磁性連接器100基本上避免了破壞，因為不需要凸元件與凹元件進行干涉配合來維持電連接和機械連接。相反，在插頭110與插座150之間建立或松開電連接和磁性連接時，連接器100的用戶只需將插頭110和插座150的表面118和158定位成彼此相靠或分開。通過朝向板160受到偏置，銷120可以在與板160保持接觸的同時避免破壞。另外，通過使插頭110與插座150能夠在被非軸向力無意地彼此脫離時彼此分開，磁性連接器100可以基本上避免破壞。盡管插座150的表面158被示出為略微凹入裝置60中，但它也可以與殼體平齊，也可以從殼體突出。但是，凹入被用來防止雜散磁場干擾其他裝置。參照圖7，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器200的另一種實施例。該實施例與圖3至圖5的實施例大體上相似，因此相同的標(biāo)號用來表示相似的元件。與前述實施例不同，本實施例中的插座250不是像前述實施例中那樣容納在與其相連的裝置(未示出)中。相反，插座250與插頭110的相似之處在于它具有主體252，主體252通過電纜254連接到該裝置。另外，插頭110和插座150的主體112和252是大體上圓形的。為了確保銷120與板160正確對準(zhǔn)，插頭110和插座150具有互補的導(dǎo)向件119和159，這些導(dǎo)向件只允許它們以一種方式耦合在一起。盡管所示導(dǎo)向件119和159位于插頭110和插座150的表面118和158上，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以使用多種導(dǎo)向件和技術(shù)來確保正確對準(zhǔn)。
參照圖8A-8B和9A-9B，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器另一種實施例。磁性連接器的第一連接器(即插頭)310以圖8A-8B中局部側(cè)面剖視圖和正視圖的形式示出。磁性連接器的第二連接器(即插座)350以圖9A-9B中局部側(cè)面剖視圖和正視圖的形式示出。插頭310和插座350都可以至少部分地由透明非導(dǎo)電材料構(gòu)成，并可以包括內(nèi)部光源(例如LED)來對其進行照明。如圖8A-8B所示，插頭310包括主體312、多個銷320、第一磁性元件330以及外殼340。主體312由任何合適的非導(dǎo)電材料制成，并具有有兩條對稱軸A1和A2的矩圓形狀。主體312容納了電纜314的內(nèi)部導(dǎo)線316，這些導(dǎo)線將銷320連接到第一裝置(未示出)，所述第一裝置例如變壓器。銷320受到彈簧的偏置，并從表面318延伸，表面318略微凹入插頭主體312中。第一磁性元件330被設(shè)在插頭主體312的末端。如圖SB的最佳圖示，第一磁性元件330圍繞著主體318的凹入表面318。對于連接到變壓器的插頭310，位于中心的銷320可以被分配給電子裝置所用的信號，以確定由插頭310連接的變壓器或其他裝置的類型。兩個位于外部的銷320可以被分配給正DC功率，而外殼340被分配給DC功率的返回路徑。由此，插頭310的任何定向方 式都能確保插頭310的正銷320(+)和信號銷320 (S)與插座(350 ;圖9A-9B)的相應(yīng)觸點正確連接。優(yōu)選使用外殼340作為返回路徑，因為插頭310可能外形較小。但是在一種可替換實施例中，可以通過插頭310上附加的銷(未示出)和插座350來提供返回路徑。例如，可以在插頭310上對稱地設(shè)置兩個附加的銷(未示出)用于附加返回路徑，使得無論插頭310耦合到插座350的定向方式如何，這些銷都只與插座350的對應(yīng)觸點(未示出)對準(zhǔn)。如圖9A-9B所示，插座350具有主體352、多個觸點360、第二磁性元件370以及外殼380。主體352具有帶腿357的罩殼356，腿357用于與第二裝置(未示出，例如膝上型計算機)的內(nèi)部電子器件的印刷電路板進行機械連接。罩殼356可以由導(dǎo)電或不導(dǎo)電的材料組成。主體352具有有兩條對稱軸A1和A2的矩圓形狀，并由任何合適的不導(dǎo)電材料制成。如圖9B的最佳圖示，主體352還具有扣式連接器359，用于機械連接到安裝基座(未示出)。另外，插座350還具有銷364，用于將觸點360連接到該裝置的內(nèi)部電子器件。主體352的末端354將要延伸到容納了插座350的裝置殼體外部。這個末端354可以用本領(lǐng)域公知的技術(shù)來說明。觸點360設(shè)在主體352的表面358中。在本實施例中，觸點360是由導(dǎo)線362電連接到銷364的大體上平板。第二磁性元件370設(shè)在表面358周圍，第二磁性元件370優(yōu)選地相對于表面358凹陷。優(yōu)選地，第二磁性元件370的凹入較淺，并與圖8A中插頭(310)的表面(318)的凹入相當(dāng)。對于將要把DC功率連接到該裝置的插座350實施例，板360布置成與如上所述圖8A-8B的插頭(310)的正銷(320(+))和信號銷(320 (S))相對應(yīng)。為了進行電連接，圖8A的插頭310的表面318被設(shè)置為靠著圖9A的插座350的表面358。插頭310上的銷320與插座350上的板360接合。為了維持連接，第一磁性元件330和第二磁性元件370以磁性方式耦合在一起，并將插頭310保持到插座350。在一種實施例中，磁性元件330和370都是永久磁鐵(優(yōu)選為稀土磁鐵)，并布置成磁性耦合在一起。在另一種實施例中，磁性元件30與370 二者之一可以是永久磁鐵(例如稀土磁鐵)或電磁鐵，而二者中另一元件是鐵磁性材料。耦合之后，在發(fā)生無意拔出插頭310等情況時，磁性連接器300允許插頭310脫離插座350。參照圖10，以立體圖的形式圖示了圖8A-8B和圖9A-9B所公開的磁性連接器的插頭310和插座350的其他細(xì)節(jié)。插頭310和插座350的各個部分未被示出，以便能夠更好地示出各種細(xì)節(jié)。在插頭310上，外殼340抵靠磁性元件310，磁性元件310可以是鐵磁性材料。外殼340具有延伸物342，用于連接到電源的返回路徑，所述電源來自與插頭310連接的適配器(未示出)。三個連接器322(+)、322 (S)和322(+)從主體312的后端延伸，用于將銷(未不出)和來自與插頭310相連的適配器的正功率和信號相連。在插座350上，用于功率返回路徑的外殼380設(shè)在罩殼356內(nèi)，磁性元件370設(shè)在外殼380內(nèi)，并可以是永久磁鐵。穿過磁性元件370的開口 372使前述主體材料(未示出)和觸點(未示出)能夠經(jīng)過。外殼380的拉片或保持器382接觸和保持磁性元件370。外殼380的腿384從插座350延伸，與罩殼356的腿357 —樣。在插頭330被與插座350耦合時，插頭310的鐵磁性材料330位置靠著插座350的永久磁鐵370并位于外殼380內(nèi)側(cè)。這樣，鐵磁性材料330與永久磁鐵370之間的磁性接合將插頭310保持到插座。此外，鐵磁性材料330與殼體380的實體接合產(chǎn)生了功率從插座的外殼銷384至插頭的外殼銷342的返回路徑。
參照圖11A-11B，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器360 —種實施例。連接器360緊湊并優(yōu)選地具有較低的外形。在圖IlA中，以正視立體圖的形式示出了連接器360的插頭370。在IlB中，以后視立體圖的形式示出了插頭370和插座390的某些內(nèi)部元件。插座390容納在電子裝置(未示出)中，插頭370連接到電線等(未示出)。如圖IlA的最佳圖示，插頭370具有磁鐵380、382，磁鐵380、382位于多個觸點376的兩側(cè)，這些觸點376類似于本申請中公開的其他觸點。例如，中心觸點376被分配給電通信的第一路徑，兩個外側(cè)觸點376被分配給電通信的第二路徑。優(yōu)選地，觸點376是受到偏置的銷，其中，中心銷376傳送信號通道，兩個側(cè)面的銷傳送正電流。如圖IlA中的箭頭所示，磁鐵380、382布置成極性相反。優(yōu)選地，磁鐵380、382還被分配給電連接的第三路徑。如圖IlB的最佳圖示，插頭370還帶有背板372，背板372連接在磁鐵380、382的背面端之間。背板372由鐵磁性材料(例如鋼)制成。插座390具有吸引板392，吸引板392也由鐵磁性材料(例如鋼)制成。在插座390的吸引板392被吸引到磁鐵380,382時，磁場線從一個磁鐵穿過鋼制吸引板392到另一磁鐵，從而完成磁路并產(chǎn)生強吸引力。插座390的吸引板392限定了開口 394，用于使電觸點(圖IlB中未示出)通過。同樣，插座370的背板372限定了開口 374，用于使來自電觸點的引線(未示出)通過。如上所述，磁鐵380、382可以在插座390與插頭370之間形成電通信路徑。優(yōu)選地，磁鐵380和382以及吸引板392傳送負(fù)電流。因此，插座390的吸引板392包括連接器396，用于連接到電引線等(未示出)。由于連接器360被設(shè)計得緊湊并具有較低外形以裝配到膝上型計算機等中，所以必須從板372和392除去一定量的材料以產(chǎn)生開口 374和394。在使吸引板392和磁鐵380,382耦合時，磁性吸引力可能有限，因為通量密度可能使吸引板392和背板374 二者中鐵磁性材料的較窄部分飽和。(因此，如下面的實施例中所公開的，給連接器采用多于兩個磁鐵可能較好)。因為兩個原因，連接器內(nèi)帶有多于兩個磁鐵可能較好。首先，磁性力是磁鐵厚度與截面積之比的函數(shù)(在厚度受到沿磁化方向的尺寸限制的情況下)。第二，對于給定的包絡(luò)，與多于兩個永久磁鐵有關(guān)的泄漏場小于與一個或兩個永久磁鐵有關(guān)的泄漏場。參照圖12A-12B，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器360的另一種實施例。圖12A-12B中的磁性連接器360與上文公開的大體上類似，所以相同的編號用來表示這些實施例之間的相似元件。但是在本實施例中，插頭370容納了四個磁鐵380、381、382和383。另外，磁鐵380、381、382和383布置成具有相反的極性，如圖12A中的箭頭所示。在本實施例中，四個磁鐵380、381、382和383為磁通量行進形成了四個磁路。因此，大部分通量在相同側(cè)的磁鐵之間(例如在相同側(cè)的磁鐵380、381之間以及相同側(cè)的磁鐵382、383之間)行進。由于磁力線不受到板372和392的窄部分約束，所以通量密度不容易使板372和392飽和。因此，插座390與具有四個磁鐵380-384的插頭370之間的磁性吸引力比圖11A-11B的實施例中可得到的可以大得多，即使這兩種實施例具有相同的接觸面積。如前所述，將插頭370與插座390耦合的磁性吸引或磁性力可以對于指定的實施情況根據(jù)需要來設(shè)置。在一種實施例中，使插頭370從插座390脫離的直接拔出力優(yōu)選為3-lbf至7-lbf之間。應(yīng)當(dāng)注意，將插頭370向側(cè)面、上方或下方拔出會產(chǎn)生扭矩。優(yōu)選地，磁性吸引在向上方向產(chǎn)生的扭矩較小，而在其他方向產(chǎn)生的扭矩較大。目標(biāo)扭矩值可以是對于向上方向為O. 5kgf-cm，而對于其他方向為I. 5kgf-cm。在一個方面，可以通過使上方的磁鐵380和382向上延伸來獲得非對稱的扭矩值。 這樣，上方的磁鐵380和382較強，比下方的磁鐵381和383提供了更大的向上吸引。所得的一個效果是可以有更大的保持力、并且向上的力的施加點位移更大，從而得到更大的扭矩。這還有助于對可能由耦合到插頭370的電纜(未示出)產(chǎn)生的任何向下扭矩進行補償。在另一方面，可以通過改變上方磁鐵380和382中的磁力線角度來獲得非對稱的扭矩值。例如，與耦合方向相比，各個上方磁鐵380和382可以具有以大約20度的角度指向下方的通量方向。參照圖13A，圖示了具有電磁鐵的磁性連接器400的一種實施例。連接器400包括插頭410和插座450。插頭410與圖8A-8B的實施例中公開的插頭沒有實質(zhì)性差別。插頭410具有觸點420和磁性元件430，觸點420用于傳遞來自變壓器(未示出)的功率，磁性元件430可以是鐵磁性材料。插座450具有觸點460，用于將功率傳遞到裝置70的內(nèi)部電子器件76，裝置70在本實施例中是膝上型計算機。與前面的實施例不同，插座450具有電磁鐵，電磁鐵由纏繞有導(dǎo)線圈472的金屬鐵心470形成。在插頭410或插座450中使用電磁鐵可以克服插頭410或插座450上帶有永久磁鐵的某些缺點。例如，電磁鐵可以減小與電子裝置70的內(nèi)部元件或儲存介質(zhì)之間的可能干涉。線圈472連接到膝上型計算機70的電源或電池72，其他電子元件中的內(nèi)部開關(guān)74可用來使鐵心470和線圈472的電磁鐵工作。內(nèi)部開關(guān)74使來自電池72的功率對鐵心470和線圈472的電磁鐵通電。因此，通電的電磁鐵產(chǎn)生磁場，磁場吸引插頭410的鐵磁性材料430并能夠?qū)⒉孱^410保持到插座450。電池72可以是裝置的獨立電池，也可以是對裝置70的內(nèi)部電子器件76供電所用的同一電池。在任一種情況下，優(yōu)選地對把電池72連接到電磁鐵的內(nèi)部開關(guān)74和其他電子器件的操作進行控制，以節(jié)省電池72的功率消耗。參照圖13B，圖示了具有電磁鐵的磁性連接器500的另一種實施例。連接器500可以包括插頭510和插座550。插座550與圖9A-9B的實施例中公開的插座沒有實質(zhì)性差別。插座550具有觸點560，用于向裝置70的內(nèi)部電子器件76傳遞功率和信號。插座550還具有磁性元件570，磁性元件570可以是鐵磁性材料。插頭510具有觸點520，用于傳遞從電源(例如功率適配器80)經(jīng)電纜86的電線522而來的功率和信號。與前述實施例不同，查歐510具有電磁鐵，電磁鐵由纏繞有導(dǎo)線線圈532的金屬鐵心530形成。鐵心532可以吸取功率，所述功率是從適配器80的變壓器82、從連接到市電插頭88的傳統(tǒng)電源、或從適配器80內(nèi)部容納的電池84輸出的。使用電池84可以使得在使插頭510中的電磁鐵工作之前用戶無需首先將適配器80連接到電源，并能夠以磁性方式連接到插座550。所吸取的電源使鐵心530和線圈532的電磁鐵通電，以對鐵磁性材料570產(chǎn)生磁性吸引，這種吸引能夠?qū)⒉孱^510保持到插座550。參照圖14，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器600的另一種實施例。連接器600具有插頭602，插頭602具有觸點604和電磁鐵606。連接器600還具有插座620，插座620設(shè)在便攜式計算機或電子裝置630上。插座620具有吸引板或磁鐵622以及觸點624。觸點624用作電通信的路徑，因而它們電耦合到電子裝置630的內(nèi)部電子器件632。 另外，吸引板或磁鐵622還用作電通信的路徑，因而它可以電耦合到內(nèi)部電子器件632。在圖14的示意圖中，為簡明起見，未示出諸如引線、觸點和線圈的各種元件。在本實施例中，電磁鐵606在插頭602中，但它也可以設(shè)在插座620中。電磁鐵606從功率適配器608的電路612得到其功率，因此電磁鐵606不消耗電子裝置630的電池(未不出)。在本實施例中，插頭602包括開關(guān)兀件610,開關(guān)兀件610使電磁鐵606與適配器608的電路612之間的電連接切斷。在一種實施例中，開關(guān)元件610包括機械開關(guān)，用戶按壓該機械開關(guān)來開啟和關(guān)閉電磁鐵602。用于對電磁鐵602的電負(fù)載進行控制的任何機械開關(guān)(例如傳統(tǒng)的微開關(guān))都適用于連接器600?？偟膩碚f，開關(guān)元件610使電磁鐵606能夠直接利用適配器608的功
率工作。在另一種實施例中，開關(guān)兀件610包括觸摸傳感器,在用戶拾起插頭602而觸摸傳感器610時，觸摸傳感器使電磁鐵606通電(例如開啟)。觸摸傳感器是本領(lǐng)域公知的。例如，觸摸傳感器610可以包括邏輯電路和觸點(未不出)，并可以利用人體電容的原理來工作。在被觸摸傳感器610激活之后，電磁鐵606可以保持通電一段時間，使用戶能夠?qū)⒉孱^602耦合到插座620并能夠開啟電子裝置630。在通電的電磁鐵606被磁性耦合到插座650的吸引板622之后，可以利用在適配器608與裝置630之間形成信號路徑的觸點604和624以及沿著該信號路徑的信號來使觸摸傳感器610保持被激活并使電磁鐵606保持通電。在插頭602被連接并且電磁鐵606通電時,觸摸傳感器610可以在受到觸摸時關(guān)閉電磁鐵606以允許用戶將插頭602斷開?；蛘撸|摸傳感器610可以減小對電磁鐵606的通電以使用戶能夠容易地移除但仍然保持較小的剩余吸引。另外，在裝置630被關(guān)斷時，裝置630可以不再沿觸點604和624的信號路徑發(fā)送信號，或者可以向觸摸傳感器610發(fā)送退出信號，以停止對電磁鐵606通電。這樣，斷電的電磁鐵606可以允許從電子裝置630解除插頭602。在再一種實施例中，開關(guān)元件610包括運動傳感器，運動傳感器檢測插頭602運動的時間。運動傳感器610可以將電磁鐵606保持通電一段時間，以使用戶能夠?qū)⒉孱^602與插座620耦合并開啟電子裝置630。在耦合之后，由觸點604和624形成的信號路徑可以允許信號對運動傳感器610的電路進行控制，以使之在耦合到裝置630的時候維持激活。運動傳感器610可以自動地切斷電磁鐵606，從而在突然發(fā)生運動(例如在連接了插頭620的情況下，裝置630被掉落或拔出)的情況下使插頭602從裝置630脫離。
參照圖15，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器600，它具有電磁鐵606和接近傳感器640。圖15中與其他附圖中相同的參考標(biāo)號表示這些實施例之間相似的元件。接近傳感器640被設(shè)在插頭602中，并耦合到開關(guān)元件642。電磁鐵606還耦合到開關(guān)元件642，開關(guān)元件642接著被耦合到位于適配器608中用于提供功率的電路644。在傳感器640位于插座620的板622附近時,接近傳感器640和開關(guān)兀件642開啟電磁鐵606。在一種實施例中，接近傳感器640包括霍爾效應(yīng)傳感器,霍爾效應(yīng)傳感器檢測磁場水平。在使用時，使電磁鐵606在被耦合到插座620之前受到初始通電。例如，可以在適配器608被耦合到電源(未示出)時或在觸摸傳感器(未示出)等被用戶激活，進行初始通電。初始通電可以比將電磁體606磁性耦合到板622所需的更小。在插頭602被移動到插座622附近時,與電磁鐵606的初始通電有關(guān)的磁場得到改變,該磁場隨后被霍爾效應(yīng)傳 感器640檢測到。傳感器640接著使電磁鐵606的通電增大，以使之能夠磁性耦合到吸引板 622。參照圖16，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器600的一種實施例，該實施例帶有電磁鐵606和故障檢測電路650。圖16中與其他附圖中相同的參考標(biāo)號表不這些實施例中相似的兀件。與前文一樣，使電磁鐵606通電以與插座620的吸引板626磁性f禹合，吸引板626可以是鐵磁性材料或永久磁鐵。故障檢測電路650對例如由電源中的浪涌或尖峰造成的故障事件進行檢測。故障檢測電路650可以類似于本領(lǐng)域中常用于功率適配器中的電路。例如，在一種實施例中，故障檢測電路650可以包括用于對過電流進彳丁檢測的電路。例如，在另一種實施例中，故障檢測電路650可以包括用于對過熱進行檢測的電路。在故障檢測電路650檢測到故障事件時，電路650可以使對電磁鐵606進行的通電停止，并使插頭602能夠從帶有鐵磁性吸引板626的插座620實施例脫離?；蛘?，電路650可以使經(jīng)過電磁鐵606供應(yīng)的電流方向逆轉(zhuǎn)，使電磁鐵606受到在吸引板626上帶有永久磁鐵的插座620實施例的極性的推斥。應(yīng)當(dāng)明白，電磁鐵606和故障電路650可以設(shè)在裝置630上，而吸引板可以設(shè)在連接器600的插頭602上以實現(xiàn)相同的保護。參照圖17，圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些方面的磁性連接器600的一種實施例，它帶有兩個電磁鐵606和660。插頭602具有第一電磁鐵606,第一電磁鐵606由功率適配器608通電。位于裝置630中的插座620具有第二電磁鐵660,第二電磁鐵660由內(nèi)部電源(例如電池)662通電。兩個電磁鐵606和660具有相反的極性,使它們可以磁性f禹合。在一種實施例中，適配器608包括故障檢測電路650。在故障檢測電路662檢測到故障時，第一電磁鐵606的極性可以被電路650逆轉(zhuǎn)，使第一電磁鐵606和第二電磁鐵660彼此推斥并主動防止連接。在另一種實施例中，適配器608包括用于對適配器608進行識別的電路650。例如，識別電路650可以對它應(yīng)當(dāng)連接到的電子裝置型號進行識別，或者伸展可以對它只能被應(yīng)用到的專用裝置進行識別。在用戶意圖將插頭602連接到插座620時，第一電磁鐵606可以根據(jù)本申請中公開的技術(shù)而通電。但是，第二電磁鐵660可以保持為斷電。在用戶將插頭602定位成靠著插座620時，由觸點604和624形成的信號路徑使識別信號650能夠向裝置的內(nèi)部電子器件632發(fā)送信號，該電子器件632能夠識別正在連接到裝置630的適配器 608。
如果適配器608應(yīng)當(dāng)用于裝置630，則可以以相反的極性給第二電磁鐵660通電，使之與第一電磁鐵606耦合；或者，可以使第二電磁鐵660保持?jǐn)嚯?，并簡單地使第一電磁鐵606能夠與斷電的電磁鐵660的鐵磁性兀件磁性稱合。另一方面，如果適配器608不應(yīng)當(dāng)用于裝置630,則可以以相同的極性對第二電磁鐵660通電,從而推斥第一電磁鐵606并主動防止連接。參照圖18，圖示了根據(jù)本發(fā)明某些方面的磁性連接器600的一種實施例，它帶有電磁鐵606和控制電路670。在一種實施例中，控制電路670 包括開關(guān)元件，開關(guān)元件從裝置630的內(nèi)部電子器件632接收控制信號。在電子器件630的電池被完全充電時，內(nèi)部電子器件632經(jīng)過由觸點604和624形成的信號路徑向控制電路670發(fā)送控制信號。此外，在內(nèi)部電子器件632檢測到故障時，它可以向控制電路670發(fā)送控制信號。如上所述，插頭602上的觸點604之一與插座620上的觸點624之一(優(yōu)選地，位于中心的觸點605和624)可以在裝置630與適配器608之間形成信號路徑。表不電池完全充電的控制信號沿著這樣的信號路徑被發(fā)送。在接收到表示“完全充電”的信號時，控制電路670使其內(nèi)部開關(guān)元件將電磁鐵606的通電停止，插頭602從插座626解除耦合。如果希望在電池完全充電之后使插頭620保持磁性耦合到插座620 (但比較輕微)，則插座620的板627可以包括磁鐵(未不出)，用于與電磁鐵606的鐵磁性材料維持至少一些磁性I禹合。在另一種實施例中，控制電路670接收控制信號，該信號對與控制電路670有關(guān)的適配器608是否能夠利用電子裝置630工作進行管理。在本實施例中，裝置630上的內(nèi)部電子器件632產(chǎn)生控制信號，該信號例如通過裝置630的構(gòu)造或型號來對其進行識別?？刂菩盘柨梢允菙?shù)字信號，例如對裝置630進行識別的數(shù)字信號。適配器608中的控制電路670被預(yù)先配置為只在接收到識別控制信號時才對電磁鐵606通電。為了響應(yīng)該控制信號，控制電路包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件用于對電磁鐵606與其通電電源的電連接情況進行控制；電路包括邏輯元件，用于對控制信號進行解釋以及將開關(guān)元件激活。這樣，在用戶將插頭602定位成靠著插座620以使它們連接時，插頭602和插座620上的信號觸點604和624進行接觸，使裝置630的內(nèi)部電子器件632能夠向適配器608的控制電路670傳送其識別控制信號。如果電路670接收到正確的信號，則電路內(nèi)的內(nèi)部開關(guān)對電磁鐵606通電以與插座稱合。否則，電磁鐵不會受到通電，插頭602將不會與插座620耦合。因此，適配器608上的電磁鐵606只會針對特定的裝置類型或型號受到通電，這可以防止用戶無意中將具有專門額定功率的適配器耦合到需要其他額定功率的裝置的可能性。例如，由于計算機不允許其本身被連接到錯誤類型的功率適配器(例如，提供比計算機的規(guī)格更高電壓的功率適配器)，所以可以防止對計算機的損害。此外，控制電路670以及裝置630的標(biāo)識可以被設(shè)置成使裝置630只會從特定的功率適配器或一組功率適配器吸取功率。這樣的設(shè)置可能有利于在各種環(huán)境(例如學(xué)校或其他公共組織)中防盜。在再一種實施例中，控制電路670包括安全系統(tǒng)，安全系統(tǒng)要求用戶輸入特定的代碼或其他標(biāo)識。在沒有輸入代碼的情況下，控制電路670不會對電磁鐵通電，超圖602不會與插座620接合。在本發(fā)明中，已經(jīng)在從變壓器向膝上型計算機供電的背景下公開了磁性連接器的實施例。但是通過本發(fā)明的教導(dǎo)應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的主題也適用于其他類型的連接器，這些連接器在電子裝置與多種電子裝置或電相關(guān)物中任一種之間以功率和/或信號的形式提供電連接。例如，其他可用的電子裝置或電相關(guān)物包括便攜式DVD播放器、CD播放器、收音機、打印機、便攜式存儲器裝置、便攜式磁盤驅(qū)動器、輸入/輸出裝置、電源、電池等?？捎杀景l(fā)明的連接器提供的電連接的其他可用類型包括通用串行總線、D-subminiature連接器、FireWire、網(wǎng)絡(luò)連接器、駁接(docking)連接器等。在本發(fā)明中，公開了可磁性耦合連接器的多種實施例。通過本發(fā)明的教導(dǎo)可以理解，這里公開的一種實施例的各個方面或特征可以用在這里所公開的其他實施例的各個方面或特征中，或與之結(jié)合使用，以產(chǎn)生與本發(fā)明的教導(dǎo)相符的另外實施例。前文對優(yōu)選實施例和其他實施例的說明不應(yīng)理解為對申請人想到的發(fā)明思想的范圍或可應(yīng)用性的限制。在公開本申請所包含的發(fā)明思想的同時，申請人要求由所附權(quán)利 要求提供的全部專利權(quán)。因此，應(yīng)當(dāng)理解為所附權(quán)利要求包括了所有的變更和改動形式，只要它們落在權(quán)利要求或其等同表述的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種連接器插件，包括 多個可動的第一觸點，在所述連接器插件與第二連接器配合時，所述多個可動的第一觸點將與所述第二連接器中的多個第二觸點構(gòu)成電導(dǎo)通路徑，每個所述可動的第一觸點由多個第一彈簧中相應(yīng)的ー個進行偏置；以及 磁性元件，所述磁性元件由鐵磁性材料制成以與所述第二連接器中的磁鐵配合， 其中，所述磁性元件被形成在所述多個可動的觸點周圍，所述多個可動的觸點相對于所述磁性元件凹入，使得當(dāng)所述連接器插件與所述第二連接器配合時，所述第二連接器的凸起部分裝配在所述磁性元件中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連接器插件，其中，所述磁性元件具有對稱軸線，使得所述連接器插件能與所述第二連接器在第一位置和第二位置配合，其中，無論所述連接器插件和所述第二連接器在所述第一位置還是所述第二位置配合，所述多個可動的第一觸點都與所述多個第二觸點形成電導(dǎo)通路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性連接器系統(tǒng)，其中，所述電導(dǎo)通路徑包括至少ー個電功率路徑和至少ー個信號路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁性連接器系統(tǒng)，其中，在被非軸向カ從所述第二連接器拉開時，所述連接器插件能夠從所述第二連接器脫落。
5.—種連接器插座，包括 多個第一觸點，在所述連接器插座與第二連接器配合時，所述多個第一觸點將與所述第二連接器中的多個第二觸點構(gòu)成電導(dǎo)通路徑；以及 磁鐵，所述磁鐵處于所述多個第一觸點下方以與所述第二連接器上的磁性元件配合， 其中，所述多個第一觸點位于凸起部分上，使得當(dāng)所述連接器插座與所述第二連接器配合時，所述第二連接器上的所述凸起部分裝配在所述第二連接器的所述磁性元件中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接器插座，其中，所述連接器插座具有對稱軸線，使得所述連接器插件能與所述第二連接器在第一位置和第二位置配合，其中，無論所述連接器插座和所述第二連接器在所述第一位置還是所述第二位置配合，所述多個可動的第一觸點都與所述多個第二觸點形成電導(dǎo)通路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接器插座，其中，在被非軸向カ從所述連接器插座拉開時，所述第二連接器能夠從所述連接器插座脫落。
8.ー種形成電導(dǎo)通路徑的方法，所述方法包括 使連接器插件接近連接器插座，使得所述連接器插件中的多個可動的第一觸點與所述連接器插座中的觸點形成這些電導(dǎo)通路徑，所述連接器插座上的凸起部分裝配在所述連接器插件上的所述多個可動的第一觸點周圍的磁性元件中，并且所述連接器插座中的磁鐵被吸引到所述連接器插件的所述磁性元件，所述磁性元件由鐵磁性材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述多個可動的第一觸點中的每ー個由多個第一彈簧中相應(yīng)的ー個進行偏置。
10.ー種連接器插件，包括 多個第一觸點，包括用于傳遞第一電源的第一電源觸點和用于傳遞第二電源的第二電源觸點； 第一磁性元件，當(dāng)所述連接器插件與第二連接器配合吋，所述第一磁性元件將被磁性地吸引到所述第二連接器中的第二磁性元件，使得所述連接器插件在第一方向上被保持到所述第二連接器， 其中，所述第一磁性元件形成在第一凹部周圍，所述第一凹部將接納所述第二連接器上的凸起部分，所述多個第一觸點位于所述第一凹部中，所述第一磁性元件還被形成為裝配在所述第二連接器中的第二凹部中，使得當(dāng)所述連接器插件與所述第二連接器配合吋，所述連接器插件在第二方向和第三方向上以機械方式與所述第二連接器對準(zhǔn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的連接器插件，其中，所述第一磁性元件具有對稱軸線，使得所述連接器插件能在第一位置和第二位置與所述第二連接器配合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的連接器插件，其中，在被非軸向カ彼此拉開時，所述連接器插件能夠從所述第二連接器脫落。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的連接器插件，其中，所述多個電路徑包括至少ー個電功率路徑和至少ー個信號路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的連接器插件，其中，所述第一觸點中的每ー個由多個第一彈簧中相應(yīng)的一個進行偏置。
15.—種連接器插座,包括 第一組多個觸點，當(dāng)所述連接器插座與第二連接器配合時，所述第一組多個觸點將與所述第二連接器上的第二組多個觸點構(gòu)成多個電路徑； 第一磁性元件，當(dāng)所述連接器插座與所述第二連接器配合吋，所述第一磁性元件將被磁性地吸引到所述第二連接器中的第二磁性元件，使得所述連接器插座在第一方向上被保持到所述第二連接器， 其中，所述連接器插座中的第一凹部被形成來接納所述第二連接器的所述第二磁性元件，所述第一組多個觸點被形成在凸起部分上，所述凸起部分將裝配在由所述第二連接器的所述第二磁性元件形成的第二凹部中，使得當(dāng)所述連接器插座與所述第二連接器配合時，所述第二連接器在第二方向和第三方向上以機械方式與所述連接器插座對準(zhǔn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的連接器插座，其中，所述第一凹部具有對稱軸線，使得所述連接器插座能在第一位置和第二位置與所述第二連接器配合。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的連接器插座，其中，在被非軸向カ彼此拉開時，所述第二連接器能夠從所述連接器插座脫落。
18.—種形成多個電路徑的方法，所述方法包括 把連接器插件與連接器插座配合，使得所述連接器插件中的多個觸點與所述連接器插座中的多個觸點形成多個電路徑，并使得所述連接器插件的第一磁性元件被磁性地吸引到所述連接器插座中的第二磁性元件，使得所述連接器插件在第一方向上保持到所述連接器插座；并且 使得所述第一磁性元件裝配在所述第二連接器的第一凹部中，所述連接器插座上的凸起部分裝配在由所述第一磁性元件形成的第二凹部中，所述連接器插件中的所述多個觸點在第二方向和第三方向上以機械方式與所述連接器插座中的所述多個觸點對準(zhǔn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述連接器插件中的所述多個觸點是可動的，并且各自由彈簧進行偏置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在被非軸向カ彼此拉開時，所述連接器插件能夠從所述連接器插座脫落?！?br> 全文摘要
本申請涉及連接器插件、連接器插座和用于形成多個電路徑的方法，公開了一種電插頭(510)和插座(550)，它們依靠來自電磁鐵的磁力來維持接觸。該插頭和插座可以用作功率適配器的一部分，所述功率適配器用于將諸如膝上型計算機的電子裝置(70)連接到電源。插頭包括電觸點(520)，電觸點優(yōu)選地受到朝向插座上相應(yīng)觸點(560)的偏置。插頭和插座各具有磁性元件(570、530、530)。插頭和插座之一上的磁性元件可以是磁鐵或鐵磁性材料。插頭或插座中另一者上的磁性元件是電磁鐵。在使插頭和插座接近時，電磁鐵與其互補者之間的磁性吸引將觸點維持為電導(dǎo)通關(guān)系，無論所述互補者是另一磁鐵還是鐵磁性材料。
文檔編號H01R13/02GK102664321SQ20121010141
公開日2012年9月12日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者卡恩葉·利姆, 巴特利·K·安德烈, 瓊-馬克·格里, 約翰·C·迪弗佐, 馬修·迪安·羅爾巴赫, 馬克·愛德華·杜特 申請人:蘋果公司