改进的电气设备的制造方法
【专利说明】改进的电气设备
相关申请案
[0001]本申请根据美国法典第35篇第119条(e)款要求于2013年10月29日提交的标题为“改进的电气设备(Modified Electrical Devices) ”的美国申请N0.14/066，637的权益，所述美国申请根据美国法典第35篇第119条(e)款要求下列申请的优先权:2012年10月30日提交的美国临时申请N0.61/720，131 ;2013年3月12日提交的美国临时申请61/778,386 ;以及2013年6月19日提交的美国临时申请61/836，972，上述申请以引用的方式整体并入本文。
【背景技术】
[0002]插座和开关是作为现代家庭的一部分的电气设备。插座是具有插口的壁装式设备，当将电线的插脚插入插口中时，插口提供电力。开关是控制电力到各种灯、电器等的流动的壁装式设备。例如，开关可以控制电力到吸顶灯或风扇的流动。
[0003]插座和开关通常在家庭或建筑物的建造、改造或维修期间安装。为了安装插座和开关，将电气盒安装到建筑物的立柱或其他结构部分。将电线布线到电气盒。将电线连接到电气电源(诸如住宅区电网)或本地电源(诸如光伏阵列/电池)。随后将墙面材料(诸如干式墙或嵌板)放置在墙壁上，留下暴露电气盒内部的开口。随后将插座或开关主体连接到电线并且固定到电气盒。这些连接可以用各种方式来进行，包括在插座/开关的背部使用插入式连接器或者在插座/开关的侧部使用螺丝端子。
[0004]随后将盖板(也称为“壁板”)附接在墙壁材料中的开口上方。盖板通常由穿过盖板的一个或多个螺丝固定就位并且被拧到插座主体、开关主体或其他电气设备中。盖板用于若干目的，包括覆盖建筑物布线与电气设备之间的电气连接以及覆盖墙壁中的开口。当就位时，盖板为墙壁提供最终外观。盖板通常由一片模制塑料制成，该模制塑料具有暴露开关杆和/或插口的适当开口。
【附图说明】
[0005]附图示出了本文描述的原理的各种实例并且是说明书的一部分。所示出的实例仅仅是实例而并不限制权利要求的范围。
[0006]图1A和图1B示出根据本文描述的原理的一个实例的示例性的改进的电气设备和配套有源盖板。
[0007]图2示出根据本文描述的原理的一个实例的公插脚和母端口之间的互连。
[0008]图3示出根据本文描述的原理的一个实例的具有弹簧式尖端的插脚。
[0009]图4A至4D示出根据本文描述的原理的一个实例的电气系统的一个实例，该电气系统包括有源盖板和改进的电气设备。
[0010]图5A至示出根据本文描述的原理的一个实例的电气系统的实例，该电气系统包括有源盖板和改进的德科拉开关主体。
[0011]图6A和6B不出根据本文描述的原理的一个实例的电气系统的一个实例，该电气系统包括有源盖板和改进的双工插座。
[0012]图6C示出根据本文描述的原理的一个实例的改进的双工插座中的内部布线。
[0013]图7是根据本文描述的原理的一个实例的在由限定的接口连接的有源盖板与改进的电气设备之间的功能性的各种分布的框图。
[0014]图8是根据本文描述的原理的一个实例的多端口连接器的透视图。
[0015]图9A和9B示出根据本文描述的原理的一个实例的电气系统，该电气系统包括有源盖板和改进的拨动开关。
[0016]图1OA和1B示出根据本文描述的原理的一个实例的改进的拨动开关的布线图。
[0017]图1lA和IlB是根据本文描述的原理的一个实例的多端口连接器以及改进的德科拉插座与配套有源盖板的电气布线的图。
[0018]图1lC是根据本文描述的原理的一个实例的示出各个部件之间的布线的改进的双工插座的侧视图。
[0019]图12A至12D是根据本文描述的原理的一个实例的用于对在改进的电气设备的面上的连接器模式进行布局/描述的原理的各个图。
[0020]图13A和13B示出根据本文描述的原理的一个实例的具有表面触点的盖板和具有突起触点的配套的改进的双工插座。
[0021]图14A和14B示出根据本文描述的原理的一个实例的具有内部线圈的改进的插座和从内部线圈接收电力的有源盖板。
[0022]图15A至15C示出根据本文描述的原理的一个实例的线圈系统的额外实例，所述线圈系统将电力传递到有源盖板。
[0023]图16是根据本文描述的原理的一个实例的用于安装电气系统的方法的流程图，该电气系统包括改进的电气设备和配套有源盖板。
[0024]图17是根据本文描述的原理的一个实例的用于对电力通过改进的电气设备的流动进行控制的方法的流程图。
[0025]在所有附图中，相同的参考数字指示相似但不一定相同的元件。
【具体实施方式】
[0026]改进的电气设备(“MED”)是通电设备，该通电设备被设计成提供或控制电力或提供电气信号，并且还被配置成容纳有源盖板。例如，改进的电气设备可以是插座或开关主体，所述插座或开关主体被改进以对有源盖板供电并且与有源盖板通信。有源盖板是包含电气部件或提供在传统墙壁或盖板中不可获得的功能的盖板或壁板。有源盖板可以从各种源(包括插座或开关主体)获得电能。额外地或替代地，有源盖板可以是电池供电或无线供电的。有源盖板可以包括功能元件，诸如灯、传感器、输入/输出设备以及通信元件。例如，安装到房间中的插座的有源盖板可以包括若干发光二极管(或者其他光生成元件)和光传感器。当房间被照明时，光传感器将发光二极管关闭。当房间暗时，光传感器将发光二极管打开。有源盖板可以将电力从插座主体或电池提供到发光二极管。例如，在正常操作期间，有源盖板可以与插座主体(或开关主体)连接以从建筑物布线吸取电力。然而，当建筑物布线中不存在电力时，有源盖板可以利用电池来获得电力以照明发光二极管。
[0027]有源盖板中可以包括各种元件，包括传感器，诸如温度传感器、湿度传感器、烟雾检测器、运动检测器、麦克风、氡气检测器、摄像机以及各种其他传感器。有源盖板可以包括输入/输出元件，诸如额外的开关、触敏元件、麦克风、显示屏幕、扬声器或其他元件。有源盖板还可以包括通信元件，诸如无线通信电路(诸如蓝牙、ZIGBEE、蜂窝电路)或有线通信电路(诸如电力线上通信技术)。例如，在一些实施例中，有源盖板可以与恒温器一起使用或连接。有源盖板可以包括温度传感器并且与家庭自动化系统或恒温器通信以控制一个或多个房间的温度。在一些情况下，设置房间或扩展区域的恒温器可以通过盖板上的接口来改变。额外地，建筑物中的有源盖板可以用作传感器网络，该传感器网络获悉居住者的行为模式并且可以基于过去的行为来预料其需求。
[0028]有源盖板与设备主体之间的允许从建筑物布线吸取电力的接口可以采用各种形式，包括有线接口或无线接口。无线接口具有若干优点，包括在不暴露电气触点的情况下密封盖板的可能性。有线接口具有若干优点，包括几乎无损耗的能量传递、简单、成本效益好以及如有需要传递大量电能的能力。
[0029]下文着重描述了(但不限于)改进的电气设备，所述改进的电气设备并入有额外的电气接口，所述电气接口被专门设计成对有源盖板供电。这些接口是“有线”接口，在所述“有线”接口处使有源盖板中的导电元件与设备主体中的配套导电元件接触。电力通过接触的传导元件传递以便为盖板的功能供电。
[0030]在设计用于为有源盖板供电的改进的电气设备时，存在可以考虑的若干设计考虑。例如，在一些实施方式中，可能不存在用于安装设备主体(即，插座或开关主体)的优选定向。设备主体可以正面朝上或上下倒置地安装。如果存在用于有源盖板的优选定向，则可以将设备主体/有源盖板设计成以其上下倒置或正面朝上定向连接到改进的设备主体。例如，如果有源盖板包括夜灯，则可能期望夜灯朝下指向以照明地板而非朝上指向。因此，有源盖板应能够连接到正面朝上或上下倒置的改进的插座主体，其中有源盖板在夜灯朝下指向的情况下保持直立。对于不具有优选定向的有源盖板而言，将有源盖板以上下倒置和正面朝上定向连接的能力仍可以简化安装。
[0031]除了电力连接之外，改进的电气设备还可以包括有源盖板与改进的电气设备之间的通信连接。例如，通信端口可以允许对改进的电气设备内的继电器的控制或有源盖板与其所连接到的改进的电气设备之间的其他通信。
[0032]理想地，改进的电气设备与有源盖板之间的接口将是自对准的、机械稳健并且电气可靠的。例如，在改进的电气设备与有源电气设备之间进行连接的一个考虑在于，改进的电气设备与盖板之间可以存在可变距离。电气盒可以安装在立柱上的不同深度处，并且墙壁材料可以具有可变厚度。然而，有源盖板可以与墙壁材料的外部齐平安装。因此，有源盖板与改进的电气连接之间可以存在可变距离。以下各种设计考虑了这些因素以及其他因素以制作易于安装、通用且可靠的改进的电气插座和有源盖板。
[0033]在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明系统和方法的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实践这些装置、系统和方法。应当理解的是，附图是本发明的一些实施例的图解和示意性的表示，而不是限制本发明，而且附图也不一定是按比例绘制的。在说明书中提到“实例”或者类似的语言意味着结合包括在至少那一个实例中但不一定在其他实例中的实例所描述的特定特征、结构或者特性。另外，结合一个附图示出和/或描述的特征可以与结合其他附图示出和/或描述的特征组合。
[0034]通常，术语“有源盖板”、“有源壁板”或“交互式盖板”广泛地用于包括不插入到指定的插座插口本身中的任何设备，并且仍由插座以除了通过原装指定插口供电之外的任何其他方式供电的某个设备。有源盖板允许仍可使用原装指定的插口和开关。另外，壁板如何附接到插座，无论是通过螺丝、卡入、磁性连接还是任何其他方式附接，都是不重要的。例如，盖板可以具有高强度磁体，所述磁体被吸到插座或插座盒中的金属(诸如用来将插座连接到插座盒的金属支架)。盖板可以简单地放置在插座上并且由盖板中的磁体与插座上的支架之间的磁性吸引来固定就位。
[0035]术语“人机接口元件”是指所安装的设备主体(例如，开关/插座主体)上的被设计成用于人类与其互动的任何部件。例如，人机接口元件可以包括插入式插口，所述插入式插口被设计成供人类将电线的插脚按入。其他类型的人机接口元件包括拨动开关、按钮、滑块、触屏、显示器以及人类接触、操纵或者操纵另一个对象以与其接触的其他部件。通常，安装在插座/开关主体上的有源盖板使插座/开关主体的人机接口元件被暴露并且可用于人类交互。在一个实例中，有源盖板可以安装在双工插座主体上。插座插口(“人机接口元件”)可以通过有源盖板暴露。然而，在一些实施例中，有源盖板可以覆盖或取代插座主体上的一些人机接口元件。
[0036]术语“NEMA插口”是指由美国电器制造商协会(NEMA) 5-15R标准定义的刀片或刀片/插脚配置。NEMA插口是见于美国的几乎每个家庭和建筑物中的标准电气插座。加拿大和墨西哥使用类似且可互换的连接器。NEMA I连接器具有两个刀片，而NEMA5连接器具有两个刀片和一个接地插脚。用于这些电气连接器的尺寸标准是ANSI/NEMA WD-6。
[0037]如以上所论述，插座或开关可以用作用于有源盖板的电源。为了简化起见，插座、开关或者与建筑物电气布线连接的其他接口将称为“电气设备”。电气设备可以用各种方式来修改、改变或定制以适应有源盖板的供电。
[0038]术语“建筑物布线”是指将电力载送通过一结构进而到达插座/开关以供用户使用/控制的一系列电气布线。例如，“建筑物布线”是指家庭、企业、商业建筑物、学校以及其他结构中的电气布线。建筑物布线可以取决于建筑物布线所连接到的电气系统以及使用建筑物布线的国家的标准来载送一系列电压。例如，建筑物布线可以具有100、110、115、120、127、208、220、230、240、277以及480伏的电压，所述电压具有60或50赫兹的频率。其他建筑物布线系统可以使用直流电压。
[0039]可以改进各种电气设备以提供到有源盖