入墙安装或墙面安装的固定配电系统的dc电源插座的制作方法

专利名称：入墙安装或墙面安装的固定配电系统的dc电源插座的制作方法
入墙安装或墙面安装的固定配电系统的DC电源插座
相关申请的交叉引用
本发明要求2006年11月9日提出的第60/858， 130号临时专利申请所公开的内容的优先 权，并以引用的方式并入本文。
背景技术：
各种各样的便携式电子设备的数量及其对电压的要求倍增，给这些设备再充电的需要也 相应地增加。例如，手机、个人数字助理设备、笔记本电脑、MP3播放器、数码相机以及其 他设备全都需要充电。各个设备一般有其专用的充电插头配置以及"砖块"一其特设的供电 装置，用于在家中或办公室中充电。
此外，这些便携式设备中有很多能够处理数据并通过连接器(例如通用串行总线(USB) 和/或FIREWIRE (IEEE 1394)式连接器)与网络连接，这些连接器现用于相机和手机等设备 的充电。
因此，需要在家庭或办公室环境中有一更方便的固定的站，用来给这些便携式电子设备 充电而无需专门匹配的适应性的电源或"砖块"。
发明概要
本发明试图免除如此众多特设给各种便携式电子设备充电的电源或"砖块"的需要，这 些便携式电子设备通过诸如目前这些便携式设备所要求的各种各样的不同的DC电池电压而 运行。本发明公开了一种固定的充电站，在该固定的充电站各种便携式设备可在家庭或办公 室环境中操作和/或重新充电。
特别是，在本发明的一优选实施例中，建筑结构装有固定安装的电力和数据/通信分配系 统，该系统优选地为康涅狄格州西赫特福特(West Hartford)的The Wiremold公司生产的 墙上安装的电缠管道的形式。
在这种电缆管道安装中，AC电力电缆与AC电源连接，并且沿着电缆管道的预定站中装有AC电源插座以供使用。通常也装有电话插口型的数据/通信插座，以及不同数据和视听设 备用的各类插座。
本发明把这些"插口"的配置更进一步，并提供了各种形式的DC插口。在本公开内容的 一个方面中，办公大楼、工厂或家庭环境中的配电系统内的同一个位置或站装有USB和 FIREWIRE式数据交换插座端口。在一优选方面，这些USB和/或FIREWIRE端口不使用其数据 线/连接器而安装并且这些端口从AC电源得到DC电力。既不需要数据/通信连接，也不需要 这些电缆。
如此的固定站可与墙上安装的电缆管道结合在一起或者包括一传统的墙上插座。固定站 可包括或不包括一围封部分，围封部分带有能打开的面板。围封部分或墙上插座限定了一内 部空间，其中可提供连接至电缆管道中的AC电力导线上的AC和DC电连接点。DC整流电路 提供了不同的DC电压。USB端口或FIREWIRE端口的电源连接通过一适用于USB或FIREWIRE DC 电压输出的转换器从AC电源供电。具有USB端口的便携式电子设备现用于给具有USB兼容性 的计算机系统中的各种外围设备供电。手机和个人数字助理(或"PDA")同样能够从USB或 FIREWIRE端口进行操作或充电。优选地，在本发明的优选形式中，这些USB和FIREWIRE插 座的数据连接不被启动且不会和任何计算机网络相通。
在其优选形式中，本发明包括一可开关的DC电源，适于选择性地给例如在一建筑的配电 系统中的USB端口供电。不是以分隔的管道的形式铺设DC电压电缆(即在一个线槽中设有 AC电源而在另一分开的线槽中设有低压DC电缆)，而是AC电源在整个建筑结构中，在各个 固定站内被整流转换为期望的DC电源，其中每个固定站具有能容纳需充电或供电的设备的插 座。
无论是在墙上插座内的传统配电系统中，还是在电缆管道中，本发明包括在整个建筑中 在所选位置安装的插座板，其由AC电源供电。本发明仅需要向USB端口的DC电压线供电， 数据线不使用。
按照本发明，插座板中装有DC插座插头或USB端口，电子开关装置耦合在DC插座插头 和AC电力电缆之间以选择性地使该DC插座插头通电。
在本发明的一个实施例中，设有DC插座端口以获得电压，电压选自常见的DC电压范围， 包括但不限于12伏、9伏、7 '/2伏、5伏等等。DC插口在面板上装成一排，面板可作为安装 至二分式传统类型的电缆管道的围封部分的结构组件，所述的电缆管道用于建筑结构中的配 电电缆和数据/通信电缆。
在本发明的另一实施例中，AC电压电缆与AC-DC电压转换器连接，AC-DC电压转换器连接在该建筑结构的固定站中转换电力。可装有反馈电路把适当的DC电压与要供电或充电的设 备耦合起来。通过面板中的传统USB和FIREWIRE端口装有数据反馈回路，其不仅在这些USB 和FIREWIRE插座端口提供适当的充电电压，而且还监测供给与这些"智能"USB和FIREWIRE 端口连接的便携式设备中的电池的电压。为了保持供给该电池适当的电压，所提供的电压高 于便携式设备本身设定的任何低压切断水平。参照2006年4月25日颁布的名为Circuit and Method of Operation for an Adaptive Charge Rate Power Supply的第7, 034， 503号美国 专利的现有技术，其更完整地公开了该监测电路的一种可能配置。该专利以引用的方式和本 公开内容的首段中所述的本人的临时申请中所列的其他专利一起并入本文。
特别参照本人临时申请所列的现有技术专利，第6,976,885号美国专利尤其具有指导意 义，其公开了 DC插头配置协议，教导了 "充电"线或电源线的"端头"，这些"端头防止把 过高电压施于需充电或操作的便携式电子设备。
附图详细说明


图1以示意性的方式显示了可从插座端口充电的代表性的便携式设备，插座端口装于建筑结 构内按照本发明构建的站中。
图2是说明传统的二分式金属电缆管道的立体图，管道的两个分开的线槽中一个带有数据/
通信电缆，也在另一个所述分开的线槽中带有AC电力电缆。所示围封部分是有些示意性的，
但是显示了可在一典型建筑的配电系统中的固定站装设的多种DC插座端口。
图3说明了除该视图左边显示的现有技术的单排双重电源插座面板之外，可装在典型的面板
上的各种插座端口。
图4是说明包含反馈特征的本发明另一形式的示意图，其中在一个如图1-3中所示类型的面 板中包含USB和FIREWIRE插座端口，这不仅为了给装有这些USB和FIREWIRE式端口的设备 充电，而且还包括了监测和反馈功能。
图5和6显示了如本公开内容所涉及的AC和DC插座装置组合的实例。
图7显示了单个的壁内盒式插座，左方视图既带有AC插口，又带有DC插口，右方视图显示
了双重USB式插口。 一指示灯显示这些插口是否通电。
图8是图7的侧视图。
图9是图7和8的双重DC装置的示意图。
图10和11显示了一单个的DC插座装置，其中USB插口是可旋转的以转换DC电源的开或关，插入一USB插头(未显示)并把插头和插口从水平位置扭转为竖直位置实现转换。 图12是图10和11中的双重插口的示意图，显示了内部元件。
图13显示了一单个的DC插座装置，其中USB插口对USB插头的插入做出反应而开关。 图14和15示意性地显示了USB插口是如何作为"推动"开关以选择性地向插口供电。 图16显示了一双重DC插座插口装置，其装有分开的手动开关以选择性地向这些插口供电。 图17与图16相似，但该手动开关用推动式开关代替，用于与图13-15所示的结构相似的 DC双重插口结构。
图18示意性地显示了图16中的插座插口的操作。 图19示意性地显示了图17中的插座插口的操作。 图20显示了一双重DC插口，其带有通常盖住这些插口的盖子。 图21显示了图20中的插口，其中盖子提起以显露USB插口。
图22示意性地显示了在申请人的此发明形式中，图20和21中的可活动盖子是如何操作AC-DC 转换器使双重DC插口通电的。
图1-6的详细说现对图l进行更详细的说明，该实施例示意性地显示了建筑结构的配电系统，用110伏 AC电源以及与其在该建筑结构中连接的站8所示。该站8带有内部电子元件，即AC-DC转换 装置，它在介面或面板处向多个DC插口馈送不同的DC电压，在介面或面板处有多种DC电压 能给各个设备充电或供电。
图1还显示了控制电路元件，其提供来自要充电的设备的反馈信号，以调整向要供电或 充电的设备输出的功率要求。
图2显示了一建筑结构，其用墙10和地板12所示，墙10上装有两个电缆管道部分14 和16。这些电缆管道部分之间装有一固定的充电站18。
充电站18更具体地由一围封部分限定，其与电缆管道部分内的线槽相通。为了让围封部 分与线槽相通，在围封部分18的端壁18a和18b设置接入孔(未显示)。AC电力电缆穿过接 入孔。
围封部分18的前面板20设有9、 7、 5和3.5伏充电线(未显示)的插孔，充电线与各 种要充电的便携式电子设备相关。还包括对应较常用的手机的槽式插口，并且还设有如在22 处所示的副面板，其装有第6， 976, 885号美国专利中所述的专有的端头。
接着转到图l所示的结构示意图，如该视图左侧所示，围封部分18，尤其是面板20，由围封部分和电缆管道之间的交接处所示。AC电缆也在该视图中加以示意性地说明，其与上文 描述的电缆管道内的那些电缆连接或与在建筑结构本身内的AC电源连接。
图3显示了现有的设备面板的类型，其在该视图左手边有一典型的双重110伏接地AC插 座。同样说明的还有这种插座插头配置和多个DC电压插座配置的组合(包括第6, 976, 885号 美国专利中的DC电压插座配置)。该视图还说明了一典型的电缆管道的设置，其中装有一典 型的AC插座装置，还包括有槽的DC充电插座，两者组合为一组合装置。
图4显示了整体和图1 一样的配置，但还包括反馈或监测电路。USB或FIREWIRE端口(分 别如在面板20的30和40处所示)可应用该反馈功能。面板介面20/22以该视图中间处的虚 线示意性地显示。电缆管道14/16装设于下方线槽中的电力电缆和装设于上方线槽中的低压 DC电缆也在该视图中示意性地显示。
图4还说明了 USB和FIREWIRE端口 30、 40的AC-DC转换装置75，所述的端口 30、 40 在面板20内，所述的转换装置75安装于内部。因为电缆可分别与面板20内的各个端口 30 和40连接，所以该转换器不需要用菊链法(daisy chain)以给这些USB和FIREWIRE端口供 电。除DC电压连接外，这些USB和FIREWIRE端口的数据线也可作为传统的控制器电路的输 入端使用，这些电路转换、控制并整流输出电压，目的是为了向如该视图所示向DC插座端口 提供各种的电压。第6， 995， 963号美国专利以引用的方式被并入并公开了用于FIREWIRE端口 的DC电源控制电路。
图4还显示了诸如可装设USB线的典型的外围设备50以及诸如可装设FIREWIRE线的设 备60。这些设备50和60可以是同一个设备或者选自现有的多种外围设备。可在便携式设备 中再设有多个同样的这些DC端口，以在多元系统中装设不止一个这种设备。参见例如2003 年9月2日颁布的名为UNIVERSAL USB CHARGING ACCESSORY的第6, 614， 206号美国专利。 FIREWIRE协议具体收录在第1394号IEEE标准，该公开内容现以引用的方式并入本文。
图4中说明的设备70是笔记本电脑，其被设计为从以42示意的汽车式点烟座充电。以 80和90示意的设备代表较小的便携式设备，诸如可能需要充电"砖块"62、 82或只为和这 种设备一起使用而设计的特设的电源的设备。本公开内容试图-免除使用者在携带便携式设备 之外还要随身携带专门为该便携式电子设备设计的充电"砖块"或电源的需要。
图5显示了一装在墙上或装在电缆管道上的插座板，其带有两个电源插座， 一个是 120V/60周期电源的AC插座， 一个是5V DC电源的USB端口。
图6显示了装在墙上或电缆管道上的插座板，其带有两个电源插座， 一个为如图5中所 示的AC插座。还有一 FIREWIRE端口，其可提供从7. 5伏直至7. 5伏的4或5倍的DC电压。图7-22的详细说明
在参照图7-22所述的实施例中，具有传统外部尺寸和形状的插座装置中装有DC插座端 口，该装置适合装在一传统的墙上插座或电缆管道设备架/板上。优选地，DC插座端口的形 式为USB或FIREWIRE端口 。装有开关装置，以在用这些端口或插口给电子设备供电或充电时， 选择性地使这些端口或插口通电。这些端口或插座不是用来交换数据信号的。在图7-22的这 些USB和FIREWIRE插口中，数据线是不连接的。
USB墙板以往被计划用于多种用途。通常，这些USB端口或插口装在计算机设备或与计 算机设备一起使用的外围设备中。
USB相容的插座的方便已被引入和墙结构内所装插座一起使用的标准墙板类型。参见例 如2005年9月13日颁发给BellSouth的第6， 943， 296号美国专利。该'296号专利公开了 一USB墙板，该墙板带有电路让通了电的USB端口置于整个建筑结构中。该'296号专利依 靠电源以把USB端口以菊链串联，以使这些端口不仅可用作低电压DC电源，而且还可用于数 据传输。 ~
本发明无需在典型的USB端口中利用这些数据导线，而是在各个USB端口仅提供DC电压。 这一区别特征是重要的，因为来自USB插座端口的五伏DC电压输出当然能用于给便携式电子 设备充电。
因为给典型的建筑结构布线所需的USB线的长度存在电力损耗，所以通常需要把DC电压 增大到"设计"用于USB线的五伏。上述第'296号专利作为说明一个这种增压设置的例子 以引用的方式并入本文。本发明免除了在这种USB端口增加DC电压的需要。
进一步按照本发明，在各个USB插座板处装有开关装置，以在给便携式设备充电时无需 增加DC电压。通过把USB端口从"关"的状态切换到"开"的状态以及把AC电压转换和整 流为DC电压，以致各个站以很高效率的方式随时得到经转换的DC电压。
图7显示了在传统的壁式插座50中安装USB端口的两种可能的配置。在左方视图中，把 该USB端口和AC插座一起装在同一个装置中。在右方视图中，把两个USB端口装在双重DC 装置中，该装置还带有LED灯以显示这些USB端口何时通电。
图8更详细地显示了图7的右方视图的插口，其与110伏AC电力电缆连接(未显示)。 图9以示意性的形式显示了图8的结构，说明该110伏60周期AC电源400可开关而选择性 地向转换器(AC/DC) 220供电。该两个USB端口安装在装置200中以作有限制的平移或向内 滑行的运动，从而选择性通过开关装置450转换输入AC电源至转换器220。这样，USB插头(未显示)插入USB插口或插槽240/242就把转换器转换至启动状态。拔掉并把插头再次推 入将会翻转开关，而使转换器断电。该LED或灯250将给出视觉指示，指示转换器的开/关 状态。
图10-12显示了单个USB插口的相似设置，但该USB端口 340不是被推进而转换转换器 220的DC输出的开/关，而是可从图10的位置旋转90。到图11的位置而转换转换器的开/关 状态。为此目的，USB端口置于装置300的正面300a中的可转动的轴环350中。
图13-15显示了另一个开关设置，其中向内推动USB端口 440以转换AC电源400的电至 AC/DC转换器220。方法如上所述，参照图7、 8和9。
该开关装置和其他开关装置同样可以用于其他DC插座端口的开/关。例如，由苹果计算 机公司开发、IEEE采用的著名的FIREWIRE端口是另一有用的插口，其非常适合按照本发明 被采用。
下文描述了另外一些变体，其同样非常适合和其他能够负载便携式电子设备(例如数码 相机、个人数字助理和手机等)的常用电压的标准电缆一起使用。上述便携式电子设备是几 种在这里打算与一建筑配电系统内固定的电站中的DC插座一起使用的那类的流行产品。
图16和18显示了墙W，墙上装有电箱/插座510，其带有装置515，该装置装在电箱内， 还有一壁板P，其围绕着装置正面515a，这样装置的正面在板的开口Po中。
装置515带有一对USB式DC插口 535，其被装在装置正面，还有手动开关505，以选择 性地把这些USB端口与前述AC/DC转换器220的输出连接。该建筑的电力系统按惯例如在400 处所示与设备515连接。
图17和19显示了一相似结构，但不是手动开关，USB端口可滑动地装在装置525的正 面525a中，并作为开关装置450的按钮开关，以当电缆末端被推进一个或全部两个插口 536 时选择性地把AC/DC转换器220的输出和USB线(未显示)的电源导线连接。拔掉线(未显 示)则使开关装置450给这些USB端口 536断电，这一开关特征节省了电力，否则电力将持 续不断地输送至AC/DC转换器220。
图20-22显示了门控USB双重端口装置，其开关功能通过门或盖子600的垂直运动实现。 因为除了提起该门或盖子外没有办法使用DC插座端口，所以此结构产生安全特征。USB线本 身可使门或盖子保持打开/抬起，这样拔掉USB线可使门关闭，开关致动器使开关装置450断 路，使AC-DC转换器220停止活动。
尽管图10-22未全部显示例如在图7、 8和9中的显示灯或LED指示器，但是显然这一特征可在图10-22中的各种可开关USB插座装置中实现。
综上所述，本发明可以多种形式实现，其中一些形式通过例子具体公开。因此，可以理 解所附权利要求限定了本发明的范围，且上述实施例是说明要求保护的发明是如何在实践中 实现的例子。
权利要求
1.在一建筑的配电系统中，其中AC电力电缆装在该建筑内的多个站内，改进包括用于在该建筑的所选站提供低压DC电源的AC-DC转换器装置；通过电压调节装置与所述AC/DC转换器装置电气耦合的DC插座插口；借此在所述多个DC插座插口处提供不同的DC电压，DC电压用于向具有不同电压要求的装置供电。
2. 按照权利要求1所述'的改进，其中所述DC插座插口包括由多个USB端口和多个FIREWIRE 端口所组成的群组中的至少一个。
3. 按照权利要求1所述的改进，其中开关装置在所述AC-DC转换器装置和一些所述DC插座 插口之间耦合以选择性地使一些所述DC插座插口通电。
4. 按照权利要求3所述的改进，其中所述的"一些所述DC插座插口"包括由多个USB端口 和多个FIREWIRE端口所组成的群组中的至少一个。
5. 按照权利要求3所述的改进，其中所述开关装置包括所述DC插座插口的可移动支座，由 此，把充电设备的插头插入所述DC插座插口会使所述AC-DC转换器装置通电并把DC电压供 给要供电的设备。
6. 按照权利要求所述5的改进，其中所述的"一些所述DC插座插口"包括由多个USB端口 和多个FIREWIRE端口所组成的群组中的至少一个。
7. 按照权利要求3所述的改进，其进一步包括指示器装置，所述指示器装置由所述开关装 置电气启动，以在视觉上指示所述DC插座的通电状况。
8. 按照权利要求5所述的改进，其进一步包括用于所述DC插座插口的手动移动的盖，所述 开关装置对所述移动的盖从关到开的手动移动做出反应，使所述DC插座插口通电。
9. 按照权利要求8所述的改进，其进一步包括指示器装置，所述指示器装置由所述开关装 置电气启动，以在视觉上指示所述DC插座的通电状况。
10. 按照权利要求4所述的改进，其进一步包括指示器装置，所述指示器装置由所述开关装 置电气启动，以在视觉上指示所述DC插座的通电状况。
全文摘要
一个带有固定站的配电系统，在这些固定站带有AC-DC转换电路。在插座端口或插口处，转换器可在开/关间转换(若插座配置允许)。标准化的DC插口满足便携式数字设备典型的不同电压要求。在一些实施例中设有反馈电路，以根据装于便携式设备的编程参数或装于各个站的感应电路的编程参数调节供给这些设备的电源。
文档编号H02B1/00GK101563820SQ200780041569
公开日2009年10月21日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年11月9日
发明者马克·麦克文斯基 申请人:威尔摩得公司