用於電子裝置的電磁連接器的製作方法

2023-09-10 05:22:00

專利名稱：用於電子裝置的電磁連接器的製作方法
技術領域：
本發明的主題大體上涉及用於電子裝置的磁性連接器，更具體地說， 涉及用於功率適配器(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：
電子裝置(例如膝上型計算機)通常使用由連接到傳統AC電源的變 壓器供應的DC功率。參照圖1,圖示了根據現有技術的功率適配器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帶有連接到傳統的AC電源插座(power outlet)(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)IO的殼體12，並通常附接到裝置10的 內部電子器件的印刷電路板14。為了在變壓器22與裝置IO之間進行傳統 的功率連接，凸連接器30帶有插入凹連接器40中的凸端32。用於可攜式 計算機的連接器優選地儘可能小，並且外形較低以適於當前纖薄的筆記 本。可能有多種方式給傳統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量，並因而 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儘可能地大。本發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。發明內容本發明公開了依賴於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，所述功率適配器用於將電子裝置(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)，所述電銷優選地 受到朝向位於插座上的多個相應觸點的偏置。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併維持銷和觸點的電導通關係， 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。上文的發明內容並非對本發明各個方面的每一種可能實施例進行的總結。


參照下面對具體實施例的詳細說明，與附圖結合閱讀，可以最佳地理 解本發明的上述總結、優選實施例以及其他主題方面，在附圖中 圖1圖示了根據現有技術的帶有功率連接的功率適配器。圖2圖示了現有技術的功率連接造成的一種可能的破壞。圖3圖示了根據本發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圖示了根據本發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圖示了用於圖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圖示了根據本發明的某些方面，具有多個磁鐵並具有背 板(backplate)的磁性連接器的一種實施例。圖12A—12B圖示了根據本發明的某些方面，具有多個磁鐵並具有背 板的磁性連接器的另 一 實施例。圖13A—13B圖示了根據本發明的某些方面，具有電磁鐵的磁性連接 器的實施例。圖14圖示了根據本發明的某些方面，具有電磁鐵和開關元件的磁性 連接器的一種實施例。圖15圖示了根據本發明的某些方面，具有電磁鐵和接近傳感器 (proximity sensor)的磁性連接器的一種實施例。圖16圖示了根據本發明的某些方面，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圖示了根據本發明的某些方面，具有兩個電磁鐵並具有故障檢 測器的磁性連接器的一種實施例。圖18圖示了根據本發明的某些方面，具有電磁鐵和控制電路的磁性 連接器的一種實施例。儘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並在本申請中詳細說明了其多種具體實施例。附圖和文字描 述不應認為是以任何方式對發明思想的範圍進行的限制。相反，附圖和文字描述是根據35 U.S.C. § 112的規定，參照具體實施例提供給本領域技術 人員的，以對發明思想進行舉例說明。
具體實施方式
參照圖3，以剖視圖形式圖示了根據本發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 於通過變壓器50將膝上型計算機60連接到傳統的AC電源(未示出)。 對於標準的膝上型計算機，磁性連接器100優選地針對6A、 24V進行設 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並連接到電 纜114。優選地，主體112由傳統的非導電材料構成。主體112容納了電 纜114的內部導線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設置在插頭主體112上。在一種優選實施例 中，如圖3所示，第一電觸點120優選為經過電鍍並受到彈簧載荷的銷， 從而與插座150上的相應觸點維持接觸。銷120被保持在殼體124中並連 接到電纜114的導線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，第一磁性元件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、以及第二磁性元件140。在一 種優選實施例中，如圖3所示，第二電觸點160是板，所述板嵌入主體 152的表面158中，並通過導線162等電連接到內部電子器件64。另外，第二磁性元件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IIO上的銷120與插座150上 的板160接合。這樣，連接到第一裝置50的導線116被電連接到與第二裝 置60的內部電子器件64相連的導線162。本領域技術人員可以明白，因 多種原因而優選採用尖銳的銷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力(Hertzian stress)有關的問題以及與 觸點的粗糙度(asperity)或場所(aspot)有關的問題。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IIO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，並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。用於磁性元件的永 久磁鐵優選為永久稀土磁鐵，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保持為導電關係。耦合到插座150的插頭110的磁性吸引或磁性力可以根據需要來針對 具體實施情況進行配置。對於功率適配器所用的磁性連接器110實施例， 元件130與170之間的磁性吸引所產生的磁場小到足以不對通過電觸點 120與160供電造成幹擾。由於元件130和170的磁場可能對裝置60的內 部電子器件64以及其他部件造成幹擾，所以插座150可以在殼體150上設 置在離開各個元件的位置處。例如，容器150可以設在與膝上型計算機的 磁碟驅動器、USB斷開、內部束線等離開的位置。或者，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， 它們圍繞著位於中心的磁性元件170。插座的主體152是橢圓形或矩圓形 (oblong)，並具有兩條對稱軸。對於需要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(-)可以是負觸點。在本領域技術人員的能力範圍內可以有各種布置。在圖5的正視圖所示的實施例中，插頭110被製成與圖4中的插座150布局相對應。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設置的四個銷120，磁性元件130位於插頭110中心。對於 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，並會確保正銷120(+)與正板160(-)的正確對準以及負銷120(-)與負 板160(-)的正確對準。儘管所示的插頭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，取決於要進行的電連接類型，插頭110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幹涉配合來維 持電連接和機械連接。相反，在插頭110與插座150之間建立或鬆開電連 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。儘管插座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 磁場幹擾其他裝置。參照圖7，圖示了根據本發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的相似之處在於它具有主體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，插頭110和插座150具有互補的導向件 119和159，這些導向件只允許它們以一種方式耦合在一起。儘管所示導 向件119和159位於插頭IIO和插座150的表面118禾口 158上，但本領域 技術人員可以理解，可以使用多種導向件和技術來確保正確對準。參照圖8A—8B和9A—9B，圖示了根據本發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電材料構成，並可以包括內部光 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由任何合適的非導電材料製成，並具有有 兩條對稱軸A和A2的矩圓形狀。主體312容納了電纜314的內部導線 316,這些導線將銷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，並從表面318延伸，表面318略微凹入 插頭主體312中。第一磁性元件330被設在插頭主體312的末端。如圖8B 的最佳圖示，第一磁性元件330圍繞著主體318的凹入表面318。對於連接到變壓器的插頭310，位於中心的銷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 個位於外部的銷320可以被分配給正DC功率，而外殼340被分配給DC 功率的返迴路徑。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)的相應觸點正確連 接。優選使用外殼340作為返迴路徑，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來提供返迴路徑。例如，可以在插頭310上對稱地設置兩個附加的銷 (未示出)用於附加返迴路徑，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的對應觸點(未示出)對準。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用於與 第二裝置(未示出，例如膝上型計算機)的內部電子器件的印刷電路板進 行機械連接。罩殼356可以由導電或不導電的材料組成。主體352具有有 兩條對稱軸Ai和A2的矩圓形狀，並由任何合適的不導電材料製成。如圖 9B的最佳圖示，主體352還具有扣式連接器359，用於機械連接到安裝基 座(未示出)。另外，插座350還具有銷364，用於將觸點360連接到該 裝置的內部電子器件。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可以用本領域公知的技術來說明。觸點360設在主體352的表 面358中。在本實施例中，觸點360是由導線362電連接到銷364的大體 上平板。第二磁性元件370設在表面358周圍，第二磁性元件370優選地 相對於表面358凹陷。優選地，第二磁性元件370的凹入較淺，並與圖8A 中插頭(310)的表面(318)的凹入相當。對於將要把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G20(S))相對應。為了進行電連接，圖8A的插頭310的表面318被設置為靠著圖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，並將插頭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(優選為稀土磁鐵)，並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。耦合之後，在發生無 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的其他細節。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節。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，用於連接到電源的返迴路徑，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的後 端延伸，用於將銷(未示出)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，用於功率返迴路徑的外殼380設在罩殼356內，磁性 元件370設在外殼380內，並可以是永久磁鐵。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並位於外殼380內側。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的實體接合產生了功率從插座的外殼銷384至插頭的外 殼銷342的返迴路徑。參照圖11A—11B，圖示了根據本發明某些方面的磁性連接器360 — 種實施例。連接器360緊湊並優選地具有較低的外形。在圖IIA中，以正 視立體圖的形式示出了連接器360的插頭370。在11B中，以後視立體圖 的形式示出了插頭370和插座390的某些內部元件。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IIA的最佳 圖示，插頭370具有磁鐵380、 382，磁鐵380、 382位於多個觸點376的 兩側，這些觸點376類似於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，兩個外側觸點376被分配給電通信的第 二路徑。優選地，觸點376是受到偏置的銷，其中，中心銷376傳送信號 通道，兩個側面的銷傳送正電流。如圖11A中的箭頭所示，磁鐵380、 382布置成極性相反。優選地，磁鐵380、 382還被分配給電連接的第三路 徑。如圖11B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)製成。插 座390具有吸引板392，吸引板392也由鐵磁性材料(例如鋼)製成。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製吸引板392到另一磁鐵，從而完成磁路並產生強吸引力。插座390的吸引板392限定了開口 394，用於使電觸點(圖11B中未 示出)通過。同樣，插座370的背板372限定了開口 374，用於使來自電 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。優選地，磁鐵380和382以及吸引板 392傳送負電流。因此，插座390的吸引板392包括連接器396，用於連接 到電引線等(未示出)。由於連接器360被設計得緊湊並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，給連接器採用多於兩個磁鐵可 能較好)。因為兩個原因，連接器內帶有多於兩個磁鐵可能較好。首先， 磁性力是磁鐵厚度與截面積之比的函數(在厚度受到沿磁化方向的尺寸限 制的情況下)。第二，對於給定的包絡，與多於兩個永久磁鐵有關的洩漏 場小於與一個或兩個永久磁鐵有關的洩漏場。參照圖12A—12B，圖示了根據本發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的磁鐵之間(例如在相同側的磁鐵 380、 381之間以及相同側的磁鐵382、 383之間)行進。由於磁力線不受 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於指定的實施情況根據需要來設置。在一種實施例中，使插頭370從插座390脫離的直接拔出力優選為3-lbf至7-M之間。應當注意，將插頭370 向側面、上方或下方拔出會產生扭矩。優選地，磁性吸引在向上方向產生 的扭矩較小，而在其他方向產生的扭矩較大。目標扭矩值可以是對於向上 方向為0.5kgf-cm，而對於其他方向為1.5kgf-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38〗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、並 且向上的力的施加點位移更大，從而得到更大的扭矩。這還有助於對可能 由耦合到插頭370的電纜(未示出)產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 開的插頭沒有實質性差別。插頭410具有觸點420和磁性元件430，觸點 420用於傳遞來自變壓器(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，用於將功率傳遞到裝置70的內部電子器件 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的內部元件或儲存介質之間的可能干涉。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 的內部開關74可用來使鐵心470和線圈472的電磁鐵工作。內部開關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 電磁鐵產生磁場，磁場吸引插頭410的鐵磁性材料430並能夠將插頭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 內部電子器件76供電所用的同一電池。在任一種情況下，優選地對把電池72連接到電磁鐵的內部開關74和其他電子器件的操作進行控制，以節 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性差別。插座550具有觸點560，用於向裝置70 的內部電子器件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，用於傳遞從電源 (例如功率適配器80)經電纜86的電線522而來的功率和信號。與前述 實施例不同，査歐510具有電磁鐵，電磁鐵由纏繞有導線線圈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的傳統電源、或從適配器80內部容納的電池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，並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產生 磁性吸引，這種吸引能夠將插頭510保持到插座550。參照圖14，圖示了根據本發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設在可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(未示出)。在本實施例中，插頭602包 括開關元件610，開關元件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，開關元件610包括機械開關，用戶按壓該機械開關來開啟和關閉電磁鐵602。用於對電磁鐵602的電負載進行控制的任何機 械開關(例如傳統的微開關)都適用於連接器600。總的來說，開關元件 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，開關元件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)。 觸摸傳感器是本領域公知的。例如，觸摸傳感器610可以包括邏輯電路和 觸點(未示出)，並可以利用人體電容的原理來工作。在被觸摸傳感器 610激活之後，電磁鐵606可以保持通電一段時間，使用戶能夠將插頭 602耦合到插座620並能夠開啟電子裝置630。在通電的電磁鐵606被磁性 耦合到插座650的吸引板622之後，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保持被激活並使電磁鐵606保持通電。在插頭602被連接並且電磁鐵606通電時，觸摸傳感器610可以在受 到觸摸時關閉電磁鐵606以允許用戶將插頭602斷開。或者，觸摸傳感器 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 小的剩餘吸引。另外，在裝置630被關斷時，裝置630可以不再沿觸點 604和624的信號路徑發送信號，或者可以向觸摸傳感器610發送退出信 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，以使用戶能夠將插頭602與插座620耦合併開啟電子裝置630。在耦 合之後，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，圖示了根據本發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號表示這些實施例之間相似的元件。接近傳感器640被設在插頭602中，並耦合到 開關元件642。電磁鐵606還耦合到開關元件642，開關元件642接著被 耦合到位於適配器608中用於提供功率的電路644。在傳感器640位於插 座620的板622附近時，接近傳感器640和開關元件642開啟電磁鐵 606。在一種實施例中，接近傳感器640包括霍爾效應傳感器，霍爾效應傳 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的初始通電有關的磁場得到改變，該磁場隨後被霍爾 效應傳感器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，圖示了根據本發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號表示這些實施例中相似的元件。與前文一樣，使電磁鐵 606通電以與插座620的吸引板626磁性耦合，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湧或尖峰造成的 故障事件進行檢測。故障檢測電路650可以類似於本領域中常用於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可以包括用於對過電流進行檢 測的電路。例如，在另一種實施例中，故障檢測電路650可以包括用於對 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，並使插頭602能夠從帶有鐵磁性吸引板626的插座 620實施例脫離。或者，電路650可以使經過電磁鐵606供應的電流方向 逆轉，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。應當明白，電磁鐵606和故障電路650可以設在裝置630 上，而吸引板可以設在連接器600的插頭602上以實現相同的保護。參照圖17，圖示了根據本發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。位於裝置630中的插座620具有第 二電磁鐵660，第二電磁鐵660由內部電源(例如電池)662通電。兩個 電磁鐵606和660具有相反的極性，使它們可以磁性耦合。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，使第 一電磁鐵606和第二電磁鐵660彼此推斥並主動防止連接。在另一種實施例中，適配器608包括用於對適配器608進行識別的電 路650。例如，識別電路650可以對它應當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可以根據本申請中公開的技 術而通電。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 能夠向裝置的內部電子器件632發送信號，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應當用於裝置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 保持斷電，並簡單地使第一電磁鐵606能夠與斷電的電磁鐵660的鐵磁性 元件磁性耦合。另一方面，如果適配器608不應當用於裝置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並主動防 止連接。參照圖18,圖示了根據本發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 包括開關元件，開關元件從裝置630的內部電子器件632接收控制信號。 在電子器件630的電池被完全充電時，內部電子器件632經過由觸點604 和624形成的信號路徑向控制電路670發送控制信號。此外，在內部電子 器件632檢測到故障時，它可以向控制電路670發送控制信號。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(優選地，位於中心的觸點605和624)可以在裝置630與適配器608之 間形成信號路徑。表示電池完全充電的控制信號沿著這樣的信號路徑被發 送。在接收到表示"完全充電"的信號時，控制電路670使其內部開關元 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 電池完全充電之後使插頭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(未示出)，用於與電磁鐵606的鐵磁 性材料維持至少一些磁性耦合。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上的內部電子器件632產生控制信號，該信號例如通 過裝置630的構造或型號來對其進行識別。控制信號可以是數位訊號，例 如對裝置630進行識別的數位訊號。適配器608中的控制電路670被預先 配置為只在接收到識別控制信號時才對電磁鐵606通電。為了響應該控制 信號，控制電路包括開關元件，該開關元件用於對電磁鐵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，用於對控制信號進行解釋 以及將開關元件激活。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，則電路內的內部開關對電磁鐵606通電以與插座耦合。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隻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，由於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 的標識可以被設置成使裝置630隻會從特定的功率適配器或一組功率適配 器吸取功率。這樣的設置可能有利於在各種環境(例如學校或其他公共組織)中防盜。在再一種實施例中，控制電路670包括安全系統，安全系統要求用戶輸入特定的代碼或其他標識。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。在本發明中，已經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。但是通過本發明的教導應當明白，本發明的主題也適 用於其他類型的連接器，這些連接器在電子裝置與多種電子裝置或電相關 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 子裝置或電相關物包括可攜式DVD播放器、CD播放器、收音機、列印 機、可攜式存儲器裝置、可攜式磁碟驅動器、輸入/輸出裝置、電源、電池 等。可由本發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、網絡連接器、駁接(docking)連接 器等。在本發明中，公開了可磁性耦合連接器的多種實施例。通過本發明的 教導可以理解，這裡公開的一種實施例的各個方面或特徵可以用在這裡所 公開的其他實施例的各個方面或特徵中，或與之結合使用，以產生與本發 明的教導相符的另外實施例。前文對優選實施例和其他實施例的說明不應理解為對申請人想到的發 明思想的範圍或可應用性的限制。在公開本申請所包含的發明思想的同 時，申請人要求由所附權利要求提供的全部專利權。因此，應當理解為所 附權利要求包括了所有的變更和改動形式，只要它們落在權利要求或其等 同表述的範圍之內。
權利要求
1.一種用於將電子裝置電連接到電相關物的設備，包括第一連接器，所述第一連接器具有至少一個電連接到所述電子裝置的第一觸點；第二連接器，所述第二連接器可定位成鄰近所述第一連接器，並具有至少一個電連接到所述電相關物的第二觸點；其中，所述連接器之一包括位於該連接器上的磁性元件，其中，另一所述連接器包括位於該連接器上的電磁鐵，並且其中，所述電磁鐵可被通電來與所述磁性元件產生磁性吸引，並基本上將所述連接器的所述第一觸點與所述第二觸點維持為電導通關係。
2. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一連接器和所述第二連接器各包括對應的元件以使所述第一連接器與所述第二連接器在一個方向 上對準。
3. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述磁性元件包括永久磁鐵、 鐵磁性材料、或另一電磁鐵。
4. 根據權利要求1所述的設備，還包括開關元件，所述開關元件耦合 到所述電磁鐵以控制所述電磁鐵的通電。
5. 根據權利要求4所述的設備，其中，所述開關元件包括可由所述設 備的用戶激活的機械開關。
6. 根據權利要求4所述的設備，其中，所述開關元件包括可由所述設 備的用戶激活的觸摸開關。
7. 根據權利要求1所述的設備，還包括運動傳感器，所述運動傳感器 耦合到所述電磁鐵以控制所述電磁鐵的通電。
8. 根據權利要求1所述的設備，還包括接近傳感器，所述接近傳感器 耦合到所述電磁鐵以控制所述電磁鐵的通電。
9. 根據權利要求1所述的設備，還包括耦合到所述電磁鐵的檢測器， 所述檢測器檢測狀況並響應於檢測到的狀況而控制所述電磁鐵的通電。
10. 根據權利要求9所述的設備，其中，響應於所述檢測到的狀況，所述檢測器使所述電磁鐵斷電。
11. 根據權利要求9所述的設備，其中，響應於所述檢測到的狀況， 所述檢測器使所述電磁鐵以相反的極性被通電。
12. 根據權利要求9所述的設備，其中，所述狀況包括所述電子裝置 與所述電連接之間的故障，其中所述檢測器包括故障檢測器。
13. 根據權利要求1所述的設備，還包括耦合到所述電磁鐵的控制電路，所述控制電路檢測控制信號並根據所述信號來控制所述電磁鐵的通 電。
14. 根據權利要求13所述的設備，其中，所述控制信號指示與所述電 子裝置有關的電池的充電狀況，其中所述控制電路響應於接收所述控制信 號來使所述電磁鐵被斷電。
15. 根據權利要求13所述的設備，其中，所述控制信號提供所述電子 裝置的標識，其中所述控制電路響應於接收所述控制信號來使所述電磁鐵 通電。
16. —種可連接到電相關物的電子裝置，包括用於內部電子器件的殼體；連接到所述相關物的第一連接器，所述第一連接器具有至少一個電連接到所述電相關物的第一觸點；和連接到所述裝置的第二連接器，所述第二連接器具有至少一個電連接到所述內部電子器件的第二觸點，其中，所述連接器之一包括位於該連接器上的磁性元件，其中，另一所述連接器包括位於該連接器上的電磁鐵，並且，其中，所述電磁鐵可被通電來與所述磁性元件產生磁性吸引，並基本上將所述連接器的所述第一觸點與所述第二觸點維持為電導通關係。
17. 根據權利要求16所述的電子裝置，還包括可連接到所述第一連接 器並可連接到所述相關物的變壓器。
18. 根據權利要求17所述的電子裝置，其中，所述第一連接器包括通 過電纜附接到所述變壓器的插頭。
19. 根據權利要求18所述的電子裝置，其中，所述第二連接器包括附接到所述電子裝置殼體上的插座。
20. 根據權利要求16所述的電子裝置，其中，所述磁性元件包括永久 磁鐵、鐵磁性材料或另一電磁鐵。
21. 根據權利要求16所述的電子裝置，其中，所述電磁鐵包括纏繞有線圈的鐵磁性鐵心，所述線圈可連接到電源。
22. 根據權利要求21所述的電子裝置，其中，所述電源選自由下列項組成的組所述電子裝置的電池、變壓器、所述電相關物、以及獨立於所述電子裝置的電池。
23. 根據權利要求16所述的電子裝置，還包括開關元件，所述開關元 件耦合到所述電磁鐵以控制所述電磁鐵的通電。
24. 根據權利要求23所述的電子裝置，其中，所述開關元件包括可由 設備的用戶激活的機械開關。
25. 根據權利要求23所述的電子裝置，其中，所述開關元件包括可由 設備的用戶激活的觸摸開關。
26. 根據權利要求16所述的電子裝置，還包括運動傳感器，所述運動 傳感器耦合到所述電磁鐵以控制所述電磁鐵的通電。
27. 根據權利要求16所述的電子裝置，還包括接近傳感器，所述接近 傳感器耦合到所述電磁鐵以控制所述電磁鐵的通電。
28. 根據權利要求16所述的電子裝置，還包括耦合到所述電磁鐵的檢 測器，所述檢測器檢測狀況並響應於檢測到的狀況來控制所述電磁鐵的通 電。
29. 根據權利要求28所述的電子裝置，其中，響應於所述檢測到的狀 況，所述檢測器使所述電磁鐵斷電。
30. 根據權利要求28所述的電子裝置，其中，響應於所述檢測到的狀 況，所述檢測器使所述電磁鐵以相反的極性被通電。
31. 根據權利要求28所述的電子裝置，其中，所述狀況包括所述電子 裝置與所述電連接之間的故障，其中所述檢測器包括故障檢測器。
32. 根據權利要求16所述的電子裝置，還包括耦合到所述電磁鐵的控 制電路，所述控制電路檢測控制信號並根據所述信號來控制所述電磁鐵的通電。
33. 根據權利要求32所述的電子裝置，其中，所述控制信號指示與所 述電子裝置有關的電池的充電狀況，其中所述控制電路響應於接收所述控 制信號來使所述電磁鐵被斷電。
34. 根據權利要求32所述的電子裝置，其中，所述控制信號提供所述 電子裝置的標識，其中所述控制電路響應於接收所述控制信號來使所述電 磁鐵通電。
35. —種用於將裝置的內部電子器件連接到電源的功率適配器，包括可連接到所述電源的變壓器； 連接到所述內部電子器件的第一連接器；第二連接器，所述第二連接器可定位成鄰近所述第一連接器並連接到 所述變壓器；用於在所述連接器之間通電產生磁性吸引的裝置；和用於使所述內部電子器件維持在與所述變壓器成電導通關係的裝置。
36. 根據權利要求35所述的功率適配器，還包括用於對所述磁性吸引 的通電進行選擇的裝置。
37. 根據權利要求35所述的功率適配器，還包括用於對所述磁性吸引 的通電進行控制的裝置。
38. 根據權利要求35所述的功率適配器，還包括用於檢測狀況以控制 所述磁性吸引的通電的裝置。
39. 根據權利要求38所述的功率適配器，其中，所述狀況選自由下列 項組成的組故障、接收到的控制信號、接收到的標識、以及被輸入的安 全代碼。
全文摘要
本發明公開了一種電插頭(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，所述功率適配器用於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)，電觸點優選地受到朝向插座上相應觸點(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通關係，無論所述互補者是另一磁鐵還是鐵磁性材料。
文檔編號H01R13/62GK101273499SQ200680035408
公開日2008年9月24日 申請日期2006年8月11日 優先權日2005年9月26日
發明者卡恩葉·利姆, 巴特利·K·安德烈, 瓊-馬克·格裡, 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