用于汽车点烟器和电源插座的紧凑型保护装置的制作方法

背景技术：

本发明涉及电源插座和点烟器插座，特别涉及用于汽车应用的电源插座和点烟器插座、塞孔或插口。更具体地，本发明涉及一种用于汽车点烟器插口和电源插座的紧凑保护装置，并且提供防止过热和过电流状况的保护。

汽车设计的趋势是增加使用需要更多功率并从机动车辆中的电源插座或点火器插口吸取更高电流的电子设备。插口

存在两个常见问题。一个是过电流，即，由于过度的功率消耗或插入的设备中的短路而导致过大的电流消耗。另一个是过热，这是由于高电流和通常不良的售后市场附件插头的质量差，其不能处理通过它们吸取的电流。

在过去，通过使用安装在车辆熔丝盒中的熔丝来提供过电流保护。这种熔丝对于车辆驾驶员是可接近的，并且经常是这样的，车辆驾驶员没有经验，特别是对于电气事物没有经验，并且可能用错误类型的熔丝来代替烧断的熔丝，例如用更高电流的熔丝，其将不再提供适当的过电流保护，从而导致过大的电流消耗，这可能损坏车辆接线和/或附件装置，并且在最坏的情况下会导致火灾或受伤。

通常人们已通过提供除了双金属恒温元件之外的第二双金属元件在汽车车辆中的点烟器中提供了过温或过热保护，所述第二双金属元件在点烟器已经被加热到点燃温度时将其电流断开。通常，附加的双金属恒温元件响应于过度加热并使得车辆中的点烟器插口的电力短路，然后烧断设置在车辆熔丝盒中的熔丝。当热量积聚快时，这种用于车辆点烟器的过温保护可充分地工作，但是当点烟器用作电源插座时，其中热积聚慢得多，则过温保护不能充分地操作。在这种情况下，附加的双金属元件将不能提供短路保护。

对于未配备点烟器插座的汽车车辆中的电源插座，通常不提供过温保护。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于汽车电源插座和/或汽车点烟器插口的紧凑型过电流保护装置。根据本发明，过电流保护装置紧凑地设置在电源插座/点烟器插口内。

本发明的另一个目的是提供一种汽车电源插座/点烟器插口，其既可在未配备有点烟器插座的电源插座中插入到该插座的电子设备提供有效的过温保护，也可为点烟器的插口提供有效的过温保护。

过电流保护优选地使用安装在印刷电路板(pcb)上的快动表面安装熔丝来实现，所述印刷电路板综合到点烟器插座或电源插座中。这将视为是独特的，因为用于在插口中或插口上安装熔丝的其它已知可用解决方案都依赖于更常规的机械组件。

根据本发明的过电流保护在尺寸上是紧凑的，并且将现有产品的总长度增加不超过几毫米，并且特别地，仅增加约1.6毫米左右。与其他可用解决方案相比，这在最小化对产品尺寸增加的影响并且最大限度地与现有制造工艺兼容方面是独一无二的。

使用表面安装技术(smt)的表面安装熔丝尺寸小，并且封闭在点烟器插座或电源插座的后端或远端处的连接器外壳内或邻近该连接器外壳。因此，与其它可用的解决方案不同，熔丝本身是被保护的，以免受损坏或削弱。此外，由于表面安装熔丝被封闭并容纳在连接器外壳中或其附近，所以当其烧断时，由于电弧和熔化产生的任何效应被限制在该空间内。

在插座/插口中的表面安装熔丝的额定值可由制造商定制。优选的额定值是插座集成熔丝在正常使用期间不会烧断，它只有当电流超过其指定的针对插座的额定值时才烧断。当它烧断时，它的动作比汽车熔丝盒中的熔丝更快。因此，保证了插座的过电流保护，并且独立于车辆侧熔丝，车辆侧熔丝可能由于缺乏经验的使用者而被削弱或者用不适当尺寸的熔丝更换。

过温保护优选地使用弹簧偏置的导电和导热装置，例如金属片簧和热塑性盘片来实现。片簧电连接和机械连接到所述插口的中心电触头上，该中心电触头通常为连接到车辆直流电源的正极侧的正极侧触头。片簧优选地具有弹性加载到热塑性盘上的两个横向接触腿，热塑性盘放置在金属插口的底部上，该金属插口用作该插口的负触头。在过热的情况下，塑料盘软化并熔化，用作热熔丝。片簧腿穿过热塑性盘的厚度并与该金属插口短路。所述短路还触发过电流保护，其可以由根据本发明的插座集成熔丝提供，或者如果没有这样设置，则在传统情况下，根据制造商的偏好，提供在汽车熔丝/断路器箱中的车辆侧熔丝(或其他电路断流器，例如断路器)。

上述插座集成熔丝的优点也适用于过温保护的情况。也就是说，如果根据本发明的插口设置有过温保护，例如在优选实施例中，片簧通过热塑性盘短路，并且还设置有插座集成熔丝，通过热塑性盘与插座/插口金属壳短路的片簧，随后将使集成熔丝烧断，从而提供过温保护。由于插座集成熔丝设置在插口/插座的负返回侧，当由于过温而穿过热塑性盘的片簧发生短路时，短路将导致插座集成熔丝也烧断。

选择热塑性盘的材料，使得其熔点高于正常使用的最大环境温度且低于所需的最大保护温度。片簧应当设计成使得当穿透热塑性盘软化和熔化后与金属插口充分接触，从而导致短路。金属片簧和热塑性盘包含在插口/插座的金属壳内部。片簧应当定位成靠近中心铆钉的顶部，并且机械和电气地与中心铆钉接触以及与插口壳体绝缘。从热源(即，附件插头)到片簧的热传导比任何其他可用的解决方案更快且更有效，所述其它可用解决方案都依赖于通常位于远离热源的插口背侧的热熔丝。与这些可用的解决方案相反，由于片簧位于插口内部并且靠近热源，因此过温保护比这些现有技术的设计更快实现。现有技术设计的一个显著缺点是，由于热熔丝位于插口的后部，所以它不靠近热源。

根据本发明的一个方面，本发明包括电插座，该电插座包括用于可滑动地容纳电插头的导电插口槽，所述槽具有带有中心孔的横向远端；邻近所述插口槽的横向端的绝缘连接器外壳具有用于连接到电源的至少两个电端子；第一电端子偶联到中心紧固件，第二电端子终止于邻近插口槽的横向远端的导电元件；一个熔丝部件设置在插口槽的横向远端和导电元件之间，该熔丝部件串联地电连接在导电元件和插口槽之间，该熔丝部件在第二电端子和插口槽之间提供导电路径，还包括设置在所述插口槽中的所述插口槽的远端处的绝缘体，所述中心紧固件将所述插口槽、绝缘体、熔丝部件、绝缘连接器外壳以及第一和第二电端子保持为一个单元；所述中心紧固件的近端提供与所述插口槽绝缘的第一电触头，并且所述插口槽提供用于与容纳在所述插口槽中的电插头的相应触头进行电接触的第二电触头；所述熔丝部件为所述电插座提供综合过电流保护。

在优选实施例中，熔丝部件包括具有第一和第二导电侧的绝缘元件和与第一和第二导电侧串联连接的一个熔丝元件，第一和第二导电侧分别与所述插口壁和所述导电元件电接触，所述导电元件包括一个平面导电元件。

优选地，所述绝缘元件是印刷电路板(pcb)，并且所述熔丝部件是表面安装技术(smt)。

在优选实施例中，电插座还采用综合超温保护综合。

根据本发明的另一方面，本发明包括一个电插座，其包括用于可滑动地容纳电插头的导电插口槽，所述槽具有带一中心孔的横向远端；邻近所述插口槽的横向端的绝缘连接器外壳具有用于连接到一个电源的至少两个电端子；所述电端子中的第一个偶联到中心紧固件，并且所述电端子中的第二个与所述插口槽电接触；还包括一个设置在所述插口槽中的所述插口槽的远端处的绝缘体，所述中心紧固件将所述插口槽、所述绝缘体、所述绝缘连接器外壳以及第一和第二电端子保持为一个单元；所述中心紧固件的近端提供与所述插口槽绝缘的第一电触头，并且所述插口槽提供用于与容纳在所述插口槽中的所述电插头的相应触头进行电接触的第二电触头；还包括一个在所述插口槽的远端处的热塑性绝缘盘，其安装在所述插口槽中的绝缘体和所述插口槽的横向远端之间，并且通过设置成穿过所述热塑性绝缘盘的中心孔的中心紧固件保持在适当位置，还包括一个弹簧加载元件，其电连接和机械连接到所述中心紧固件，并且通过所述中心紧固件保持在所述绝缘体中的适当位置，所述弹簧加载元件偏压抵靠所述热塑性绝缘盘，所述热塑性绝缘盘的熔点高于所述电插座使用的正常温度范围但低于一个阈值最大温度，由此，该热塑性绝缘盘将在所述最大温度下软化，并且所述偏压抵靠施力给热塑性绝缘盘的弹簧加载元件将形成一个通过该所述热塑性绝缘盘的导电路径，并且电接触该插口槽的横向远端，从而使电源短路并使电路中断，以提供过温保护。

在一个优选实施例中，弹簧加载元件包括一个具有第一和第二横向臂和指向热塑性盘的直角端的片簧，用于当该热塑性盘在阈值最大温度下软化时穿透热塑性盘，当热塑性盘软化时，所述直角端具有与插口槽的横向远端电接触的触点，此外，其中所述的片簧带有一个用于通过所述中心紧固件进行电气和机械接合的中心孔。

在另一优选实施例中，电插座还采用综合过电流保护，并且所述的电路中断是通过一个集成熔丝部件实现的。

从下面的详细描述中，本发明的其它目的，特征和优点将是显而易见的。

附图说明

在下面参考附图的详细描述中将更详细地描述本发明，其中：

图1示出了实现本发明的一种点烟器插口的横截面图。如上所述，本发明还可用于在电源插座未配备有点烟器插座的情况，其具有类似的设计，但不包括在点烟器插座中使用的某些元件，即，隔热罩和双金属恒温器；

图2示出了采用本发明的一种点烟器插座的分解透视图，其也可应用于类似的电源插座，除了去掉通常仅用于点烟器插座的部件、即隔热罩和双金属恒温器外，其他是相同的；

图2a示出了穿过所述印刷电路板(pcb)的横截面图，其包括插口/插座集成熔丝，这里示出的是表面安装技术(smt)熔丝；

图2b示出了所述插口的电气线路示意图，其示出了由片簧和热塑性盘提供的过温保护以及位于该印刷电路板上的串联连接的过电流保护集成熔丝；

图3示出了插口/插座的透视图；

图4示出了通常仅在点烟器插口实施例中使用的隔热罩；

图5示出了插口金属壳；

图6示出了设置在插口/插座的后部处的绝缘电连接器外壳；

图7示出了电端子之一，通常为负侧端子；

图8示出了另一电端子，通常为正侧端子；

图9是更详细地示出印刷电路板的透视图；

图9a是示出了印刷电路板的另一侧的透视图，其示出了熔丝；

图10示出了用在点烟器插口实施例中的双金属恒温器，但它未在非点烟器插口的电源插座中使用；

图11示出了在过温保护装置(即，金属片簧)和图10的双金属恒温器(如果提供的话)之间使用的金属间隔件/垫圈；

图12示出了热塑性盘，过温保护片簧以弹性偏压方式抵靠接触在热塑性盘上；

图13示出了热绝缘体，其上面放置有金属片簧，并将在点烟器插口实施例中的片簧和双金属恒温器与所述金属插口进行电气隔离；

图14示出了安装在热绝缘体的一个通道中的过温保护片簧；以及

图15示出了中心紧固件铆钉，其容纳在正侧电端子中，特别是放置正侧端子的孔眼中，并铆接到正侧端子上，以将插口/插座的所有元件固定在一起，并且为所接收的电插头的弹簧加载的正侧端子提供电接触表面。

从下面的详细描述中，本发明的其它目的、特征和优点将是显而易见的。

具体实施方式

现在转到图1，该图示出了通过本发明实施的一种插座/插口/塞孔的横截面。图1示出了在一个点烟器插口中使用的本发明的过温/过电流保护的特征，但是通常不用作点烟器插口的电力电源插座将基本上相同，仅仅排除两个典型元件，隔热罩和双金属恒温器，如下所述。

根据本发明的具有过电流和过温保护的插口/插座包括插口壳体1，该插口壳体1由导电材料制成，通常为镀有防锈表面的钢，但是也可以使用提供足够温度防护的任何导电金属，特别是在点烟器插口的情况下。还参考图2，图2示出了插座/插口/塞孔的分解图。

金属插口1通常连接到车辆的负极侧电源。在采用点烟器插口的情况下，该金属插口可以被隔热罩2包围。隔热罩通常也由金属制成，镀有防锈层，并且通常也与金属插口电接合，因此也连接到车辆电源的负极侧。

安装在金属插口1内中心的是内部绝缘体3，在采用点烟器插口的情况下，它通常是耐热或耐火绝缘体。绝缘体3具有中心紧固件(例如铆钉9)穿过的中心孔。中心铆钉9还穿过插座/插口的所有其他部件，并且通过内部绝缘体3与金属插口和隔热罩绝缘，但是与将在本文更详细描述的金属片簧6、金属垫片5和用于点烟器插口实施例中的双金属恒温器4进行电接合。此外，中心铆钉9穿过负极侧端子12但与其不具有电连接，负极侧端子12具有穿过绝缘连接器外壳11中的开口的端子插脚12a。安装到连接器外壳11并与负极端子12绝缘的是具有孔眼13a的正极侧端子13。孔眼13a容纳中心铆钉9的远端，并且中心铆钉9通过正极侧端子13的孔眼铆接，以将插座/插口的所有部件固定在一起。

本发明提供了新颖的过电流和/或过温保护。

在如果设置了点烟器插口或者金属插口1的情况下，为了提供过电流保护，一种熔丝部件被设置在负极侧端子12和所述隔热罩的远端或底端之间它优选地包括具有集成熔丝的印刷电路板(pcb)8。如果所述插口/插座不具有提供一个点烟器的设置，则该印刷电路板8被设置在负极侧端子12和金属插口1的远端之间。

如图2a所示，印刷电路板8包括一绝缘印刷电路板，该绝缘印刷电路板包括在印刷电路板的相应表面上的导电迹线8b和8c。此外，提供了一个导电通孔8a，其将一个表面迹线8b连接到熔丝8d，熔丝8d然后又连接到在该pcb另一侧上的表面迹线8c。因此，熔丝8d连接在所述插座/插口的负回路中。优选地，熔丝是表面安装技术(smt)。当存在过电流时，该熔丝被优选地选择作为一种快动熔丝，其比车辆熔丝盒中的熔丝更快烧断。

另外，如下所述，当存在过温状况且通过本发明的新颖的过温保护装置的动作以使所述插口/插座短路时，因熔丝8d连接在插座/插口的电源负极回路中，因此它也将被烧断，从而提供过温保护。因此，假设熔丝8d比车辆熔丝盒中的熔丝动作更快，通过设置在根据本发明的插口中的过温保护装置的组合来提供过温保护，从而使得集成熔丝8d烧断。然而，没有必要在同一个插座中提供根据本发明的过温保护装置和过电流保护装置。根据设计参数规格，只允许使用一个保护装置。例如，可以仅使用根据本发明的熔丝，从而仅提供过电流保护。或者，可以仅使用过温保护装置，在这种情况下，当根据本发明的插口过温保护装置操作时，车载熔丝则用于提供所述的过温保护。

过温保护优选地由金属片簧6提供，金属片簧6以绝缘方式安装在金属插口1中的热塑性盘7上方的内部绝缘体3的通道中。如图1所示，片簧6提供有内部弹簧偏置，使得其尖端6a(图14)偏压抵靠施力在热塑性盘7上。热塑性盘优选由塑料制成，该塑料在正常环境温度下不软化，而是仅在温度稍低于要保护的最高温度时开始软化。所述盘可以包括具有约170℃的熔点的pom(缩醛)。当插口接近过温条件时，片簧的尖端6a将穿透热塑性盘，并且与连接到车辆电源负极侧的金属插口槽1的底部电接合。片簧的尖端6a可以具有与片簧的金属厚度相比减小的表面积，即尖端6a可以制成有点带尖的或尖锐的以穿透热塑性塑料。由于片簧6通过中心铆钉9和正极端子13连接到电源的正极侧，所以车辆电源被短路，使得在印刷电路板上的熔丝8d烧断(或如果不设置熔丝8d，则车载熔丝烧断)，从而提供过温保护。过温保护操作的合适温度范围为约170℃-180℃。

这通过图2b中的电路图以示意形式示出。

在图2中，被示出的热塑性盘7为比金属插口1的规格稍微放大一些。热塑性盘7具有使其可以位于金属插口底部的外径，并且其外径提供了在该金属插口的内径中的间隙配合。

在点烟器插口的实施例中，如果使用隔热罩，则包含smt熔丝8d的印刷电路板8设置在该隔热罩的下方，或者如果所述插口不是点烟器插口，或者没有隔热罩，则包含smt熔丝8d的印刷电路板8设置在该金属插口1的下面。

在印刷电路板8的另一侧上，设置有负极端子12。负极端子12具有一个盘状平面部12c和一个端子端12a。所述平面部12c与印刷电路板上的迹线中的一个电接触。具体地，其与印刷电路板8上的迹线8c接触，并且因此与smt熔丝8d串联电连接。smt熔丝与电通孔8a串联连接，该电通孔8a又连接到所述pcb另一侧上的电迹线8b。

在所示的实施例中的电迹线8c与负极侧端子12电接触，并且电迹线8b与隔热罩2(如果设置的话)或金属插口1电接触。熔丝8d因此与所述金属插口和所述负极侧端子12是串联关系，并且位于车辆电源的返回侧。

在过电流条件的情况下，无论具有或不具有过温状况，熔丝8d都将烧断。选择熔丝以提供比车载熔丝盒中的熔丝更快的动作，并且其尺寸设置成使得其可提供最大的电流承载能力。

在过温条件的情况下，如上所述，金属片簧将通过穿透软化的热塑性盘7而提供短路，从而导致短路，这将导致过电流状况，从而烧断熔丝8d(如果提供的话)或车载熔丝。

因此，本发明在优选实施例中提供过电流保护以及过温保护两种保护。然而，对本领域技术人员显而易见的是，根据本说明书，不需要采用两种保护手段。例如，本发明可以仅设置有过电流保护熔丝机构，而不设置由金属片簧6和热塑性盘7提供的过温保护机构。这种仅使用过电流熔丝保护的实施例可以特别适用于通常已经采用双金属恒温器形式的过温保护的点烟器插口，所述双金属恒温器适于在过温条件的情况下使插座短路，所述过温状况即当点烟器到达其点火温度时，其温度高于电点烟器插座中具有的正常温度。

相反，在某些情况下可能期望仅提供过温保护机构，即优选实施例的金属片簧6和热塑性盘7，并且不提供所述的综合熔丝，以及当片簧6在过温条件情况下通过热塑性盘7短路到金属插口1，仅仅依赖于车辆熔丝盒熔丝提供过温保护。

然而，本发明的优选实施例提供了如上所述的综合过电流保护熔丝以及综合过温保护。这特别适用于不用作点烟器塞孔的电源插座，因为本发明通过所述过温保护片簧6和热塑性盘7以及集成熔丝8d的组合，提供了相对快速作用的过温保护机构。

图3示出了组装后的电源插座/点烟器插口，其示出了金属插口壳体1、外部隔热罩2和绝缘电端子连接器11。

图4示出了可以在点烟器插口实施例中采用的隔热罩2。图5更详细地示出了金属插口1。金属插口1包括向内偏置的矛杆1a，其适于将点烟器或附件插头保持机械啮合在该插口中，使得插头或点烟器不会从插口中掉出且有效地保持在插口中。这些矛杆还提供与所插入的点烟器的负极侧的更正向的电接触。通常，与插入的电气附件插头的负极侧触头由已知附件插头上与插口1的内壁接合的弹簧加载触头提供。

此外，在所述插口壳体1的相对侧上的开口1b设置成与双金属恒温器4的对应的夹子4a相对，以当夹子由于加热动作膨胀而释放点烟器时，可提供恒温器夹子4a的径向移动。在电源插座不能给点烟器通电的情况下，可以省略所述的开口1b。

图6示出了电连接器外壳绝缘体11。

图7示出了负极侧端子12。具体地，端子端12a被容纳在绝缘体11的开口11a中，并且绝缘体11上的突起11b适于利用通过端子12中的开口12b的接纳而安置在负极端子12中。端子12具有平面盘状部分12c，如前所述，它用于接触具有熔丝部件8d的pcb8。

端子端12a通常连接到车辆电源的负极侧。

图8示出了正极侧端子13。孔眼13a适于通过绝缘体11中的中心开口11c被容纳，并且容纳中心铆钉9。端子端13b通常连接到车辆电源的正极侧。

图9和图9a示出了包含熔丝8d的印刷电路板pcb。所述的pcb8包括在其一侧上的迹线8b和另一侧上的迹线8c。迹线8b通过在图9和图9a中不可见的导电通孔8a电连接到熔丝8d，熔丝8d又电连接到电迹线8c。迹线8c与负极侧的电端子12电接触。迹线8b与所述插口槽1和/或隔热罩2(如果设置的话)电接触。

图10示出了如果插口是点烟器塞孔的情况下所提供的双金属恒温器4。

图11示出了在优选实施例中设置在过温保护片簧6和双金属恒温器4之间的金属间隔件5。间隔件5被设置用于防止片簧6和双金属恒温器之间产生干扰，并且便于两个部件之间的电/热连接。可以省略所述间隔件，而且，在非点烟器插口的实施例中可能不需要。

图12示出了位于插口槽1的底部并且其上被热保护片簧6撞击的热塑性盘7。

图13示出了设置有用于片簧6和恒温器4的通道3a的内部绝缘体3(如果这样设置的话)。

图14示出了放置在内部绝缘体3的通道3a中的片簧6。

最后，图15示出了中心紧固件，例如铆钉9，其用于将插口/插座的所有元件保持在一起。它还连接到车辆电源的正极侧，并且其头部9a用于提供与插入到所述插座中的电气/电子设备的电附件插头的弹簧加载触头的电接触。

当集成熔丝8d烧断或热保护装置6/7动作时，所述电插座被更换为新的插座。

虽然已经结合本发明的特定实施例描述了本发明，但是许多其它变化和修改以及其他使用对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，优选地，本发明不受本文的具体公开内容限制，而是仅由所附的权利要求书限制。