专利名称：连接器插件、连接器插座和用于形成多个电路径的方法
技术领域：
本发明的主题大体上涉及用于电子装置的磁性连接器，更具体地说，涉及用于功率适配器(power adaptor)的电磁连接器，所述功率适配器将膝上型计算机连接到电源。
背景技术：
电子装置(例如膝上型计算机)通常使用由连接到传统AC电源的变压器供应的DC功率。参照图1，图示了根据现有技术的功率适配器20。功率适配器20具有变压器22、电缆26、凸连接器30和凹连接器40。变压器22带有连接到传统的AC电源插座(poweroutlet)(未示出)所用的插头24，凸连接器30由电缆26连接到变压器22。凹连接器40通常附接到电子装置(例如膝上型计算机)10的壳体12，并通常附接到装置10的内部电子器件的印刷电路板14。为了在变压器22与装置10之间进行传统的功率连接，凸连接器30带有插入凹连接器40中的凸端32。用于便携式计算机的连接器优选地尽可能小，并且外形较低以适于当前纤薄的笔记本。可能有多种方式给传统的功率连接造成破坏。在一种示例中，简单地将凸连接器30插入凹连接器40就可能造成破坏。在图2所示的另一种示例中，在凸连接器30与凹连接器40仍然连接在一起的时候无意地用非轴向的力将任一元件(例如装置10、凸连接器30、变压器22等)从其他元件拔出时可能造成破坏。除了传统的功率连接外，还可能以与上述相同的方式对电子装置的其他类型连接产生破坏。大体上，磁性吸引的两个半部的表面积确定了磁通线的数量，并因而确定了它们之间的保持力，因为保持力与两个磁性吸引的半部之间的接触面积成比例。因此，为了有较强的力将两个磁性吸引的半部保持在一起，就希望两个磁性吸引的半部尽可能地大。本发明的主题针对的是将上述问题中的一项或更多项克服或至少减轻其效果。
发明内容
本发明公开了依赖于磁性力来维持接触的磁性连接器。该磁性连接器包括插头和插座。在一种实施例中，插头和插座可以用作功率适配器的一部分，所述功率适配器用于将电子装置(例如膝上型计算机)连接到可与电源连接的变压器。插头包括多个电销(electrical pin)，所述电销优选地受到朝向位于插座上的多个相应触点的偏置。插头和插座各具有磁性元件。插头和插座之一或其两者上的磁性元件可以是磁铁，磁铁优选为永久稀土磁铁，但也可以使用电磁铁。铁磁性材料可以用作插头或插座中不包括磁铁的那一者上的磁性元件。在使插头和插座接近时，电磁铁与其互补者之间的磁性吸引将插头和插座磁性耦合并维持销和触点的电导通关系，所述互补者是另一磁铁或者铁磁性材料。这种磁性连接器使得在插头或插座在连接的同时被(用足够的力)无意地移动的情况下，插头能够从插座脱离。上文的发明内容并非对本发明各个方面的每一种可能实施例进行的总结。
参照下面对具体实施例的详细说明，与附图结合阅读，可以最佳地理解本发明的上述总结、优选实施例以及其他主题方面，在附图中图I图示了根据现有技术的带有功率连接的功率适配器。图2图示了现有技术的功率连接造成的一种可能的破坏。 图3图示了根据本发明某些方面的磁性连接器一种实施例的剖视图。图4图示了图3的磁性连接器中插座的正视图。图5图示了图3的磁性连接器中插头的正视图。图6图示了所公开的磁性连接器防止可能破坏的能力。图7图示了图3的磁性连接器的一种可替换实施例。图8A-8B图示了根据本发明某些方面的磁性连接器另一种实施例的插头。图9A-9B图示了图8A-8B所公开的磁性连接器中插头所用的插座。图10图示了用于图8A-8B和图9A-9B所公开的磁性连接器的插头和插座的立体图。图11A-11B图示了根据本发明的某些方面，具有多个磁铁并具有背板(backplate)的磁性连接器的一种实施例。图12A-12B图示了根据本发明的某些方面，具有多个磁铁并具有背板的磁性连接器的另一实施例。图13A-13B图示了根据本发明的某些方面，具有电磁铁的磁性连接器的实施例。图14图示了根据本发明的某些方面，具有电磁铁和开关元件的磁性连接器的一种实施例。图15图示了根据本发明的某些方面，具有电磁铁和接近传感器(proximitysensor)的磁性连接器的一种实施例。图16图示了根据本发明的某些方面，具有电磁铁和故障检测器的磁性连接器的一种实施例。图17图示了根据本发明的某些方面，具有两个电磁铁并具有故障检测器的磁性连接器的一种实施例。图18图示了根据本发明的某些方面，具有电磁铁和控制电路的磁性连接器的一种实施例。尽管所公开的磁性连接器可以有各种变更和替换形式，但在附图中以示例方式示出并在本申请中详细说明了其多种具体实施例。附图和文字描述不应认为是以任何方式对发明思想的范围进行的限制。相反，附图和文字描述是根据35U. S. C. § 112的规定，参照具体实施例提供给本领域技术人员的，以对发明思想进行举例说明。
具体实施例方式参照图3，以剖视图形式图示了根据本发明某些方面的磁性连接器100的一种实施例。磁性连接器100包括第一连接器(即插头)110和第二连接器(即插座)150。插头110能够连接到第一装置(即电相关物(electrical relation)) 50,而插座150能够连接到第二装置60。在一种实施例中，第一装置50是变压器，而第二装置60是电子装置(例如膝上型计算机)，该电子装置具有壳体62和内部电子器件64。因此，在一种实施例中，磁性连接器100可以是功率适配器的一部分，所述功率适配器用于通过变压器50将膝上型计算机60连接到传统的AC电源(未示出)。对于标准的膝上型计算机，磁性连接器 100优选地针对6A、24V进行设定，插头110和插座150 二者都可以是大约4mm高、6mm宽。插头110包括插头主体112，插头主体112具有表面118并连接到电缆114。优选地,主体112由传统的非导电材料构成。主体112容纳了电缆114的内部导线116，所述电缆114连接到第一装置50。多个第一电触点120和第一磁性元件130设置在插头主体112上。在一种优选实施例中，如图3所示，第一电触点120优选为经过电镀并受到弹簧载荷的销，从而与插座150上的相应触点维持接触。销120被保持在壳体124中并连接到电缆114的导线116。弹簧122对销120施加偏置，使它们从插头主体112的表面118延伸。在这种实施例中，第一磁性兀件130嵌入插头主体112的表面118中。插座150具有主体152，该主体152连接到第二装置60的壳体62。主体152具有表面158、多个第二电触点160、以及第二磁性兀件140。在一种优选实施例中，如图3所不，第二电触点160是板，所述板嵌入主体152的表面158中，并通过导线162等电连接到内部电子器件64。另外,第二磁性兀件170嵌入主体152的表面118中。为了在第一装置50与第二装置60之间进行电连接，插头110的表面118被定位成靠着插座150的表面158。插头110上的销120与插座150上的板160接合。这样，连接到第一装置50的导线116被电连接到与第二装置60的内部电子器件64相连的导线162。本领域技术人员可以明白，因多种原因而优选采用尖锐的销120与大体上平坦的板160之间的电连接，这些原因例如与触点周围的赫兹应力(Hertzian stress)有关的问题以及与触点的粗糙度(asperity)或场所(aspot)有关的问题。为了维持电连接，第一磁性元件130与第二磁性元件170之间的吸引力将插头110保持到插座150。在一种实施例中，磁性元件130和170都是磁铁，它们可以是永久磁铁也可以是电磁铁，并布置成彼此磁性吸引。在一种可替换实施例中，磁性元件130或170之一是磁铁，可以是永久磁铁也可以是电磁铁，而互补的另一元件是铁磁性材料。用于磁性元件的永久磁铁优选为永久稀土磁铁，因为稀土磁铁具有与其尺寸相比较高的通量密度。在使插头110与插座150接近时，磁性元件130与170之间的吸引力将触点120与160保持为导电关系。耦合到插座150的插头110的磁性吸引或磁性力可以根据需要来针对具体实施情况进行配置。对于功率适配器所用的磁性连接器Iio实施例，元件130与170之间的磁性吸引所产生的磁场小到足以不对通过电触点120与160供电造成干扰。由于元件130和170的磁场可能对装置60的内部电子器件64以及其他部件造成干扰，所以插座150可以在壳体150上设置在离开各个元件的位置处。例如，容器150可以设在与膝上型计算机的磁盘驱动器、USB断开、内部束线等离开的位置。或者，可以将元件130或170从电子装置的各个元件屏蔽开，或者可以用磁通量条(flux bar)将元件130和170的任何磁通量引导为离开各个元件。在图4的正视图所示的一种实施例中，插座150具有四个电板160，它们围绕着位于中心的磁性元件170。插座的主体152是椭圆形或矩圆形(oblong)，并具有两条对称轴。对于需要DC功率的插座150实施例，电板中的两个160(+)可以是正触点，而这些板中的两个160(-)可以是负触点。在本领域技术人员的能力范围内可以有各种布置。在图5的正视图所示的实施例中，插头110被制成与图4中的插座150布局相对应。因此，插头110的主体112也是椭圆形，插头具有围绕磁性元件130设置的四个销120，磁性元件130位于插头110中心。对于连接到AC至DC变压器的插头110实施例，电触点中的两个120(+)是正触点，触点中的两个120(-)是负触点。销120和板160的布局是沿着由主体112和152的椭圆或矩圆形状所限定的对称轴而对称的。这样，插头110和插座150可以只能以两种方式耦合，并会确保正销120(+)与正板160(-)的正确对准以及负销120(-)与负板160(-)的正确对准。尽管所示的插头110与插座150各自具有一个磁性元件130和170，但可以理解，它们各自可以包括一个或更多个磁性元件。另外，还可以想到，取决于要进行的电连接类型，插头Iio和插座150可以各具有一个或多个触点。例如，可以围绕插头110和插座150对称地布置附加的销和触点，以在两个装置(例如膝上型计算机与功率适配器)之间传递电信号。参照图6，图示了磁性连接器100防止可能的破坏的能力。磁性连接器100基本上避免了破坏，因为不需要凸元件与凹元件进行干涉配合来维持电连接和机械连接。相反，在插头110与插座150之间建立或松开电连接和磁性连接时，连接器100的用户只需将插头110和插座150的表面118和158定位成彼此相靠或分开。通过朝向板160受到偏置，销120可以在与板160保持接触的同时避免破坏。另外，通过使插头110与插座150能够在被非轴向力无意地彼此脱离时彼此分开，磁性连接器100可以基本上避免破坏。尽管插座150的表面158被示出为略微凹入装置60中，但它也可以与壳体平齐，也可以从壳体突出。但是，凹入被用来防止杂散磁场干扰其他装置。参照图7，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器200的另一种实施例。该实施例与图3至图5的实施例大体上相似，因此相同的标号用来表示相似的元件。与前述实施例不同，本实施例中的插座250不是像前述实施例中那样容纳在与其相连的装置(未示出)中。相反，插座250与插头110的相似之处在于它具有主体252，主体252通过电缆254连接到该装置。另外，插头110和插座150的主体112和252是大体上圆形的。为了确保销120与板160正确对准，插头110和插座150具有互补的导向件119和159，这些导向件只允许它们以一种方式耦合在一起。尽管所示导向件119和159位于插头110和插座150的表面118和158上，但本领域技术人员可以理解，可以使用多种导向件和技术来确保正确对准。
参照图8A-8B和9A-9B，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器另一种实施例。磁性连接器的第一连接器(即插头)310以图8A-8B中局部侧面剖视图和正视图的形式示出。磁性连接器的第二连接器(即插座)350以图9A-9B中局部侧面剖视图和正视图的形式示出。插头310和插座350都可以至少部分地由透明非导电材料构成，并可以包括内部光源(例如LED)来对其进行照明。如图8A-8B所示，插头310包括主体312、多个销320、第一磁性元件330以及外壳340。主体312由任何合适的非导电材料制成，并具有有两条对称轴A1和A2的矩圆形状。主体312容纳了电缆314的内部导线316，这些导线将销320连接到第一装置(未示出)，所述第一装置例如变压器。销320受到弹簧的偏置，并从表面318延伸，表面318略微凹入插头主体312中。第一磁性元件330被设在插头主体312的末端。如图SB的最佳图示，第一磁性元件330围绕着主体318的凹入表面318。对于连接到变压器的插头310，位于中心的销320可以被分配给电子装置所用的信号，以确定由插头310连接的变压器或其他装置的类型。两个位于外部的销320可以被分配给正DC功率，而外壳340被分配给DC功率的返回路径。由此，插头310的任何定向方 式都能确保插头310的正销320(+)和信号销320 (S)与插座(350 ;图9A-9B)的相应触点正确连接。优选使用外壳340作为返回路径，因为插头310可能外形较小。但是在一种可替换实施例中，可以通过插头310上附加的销(未示出)和插座350来提供返回路径。例如，可以在插头310上对称地设置两个附加的销(未示出)用于附加返回路径，使得无论插头310耦合到插座350的定向方式如何，这些销都只与插座350的对应触点(未示出)对准。如图9A-9B所示，插座350具有主体352、多个触点360、第二磁性元件370以及外壳380。主体352具有带腿357的罩壳356，腿357用于与第二装置(未示出，例如膝上型计算机)的内部电子器件的印刷电路板进行机械连接。罩壳356可以由导电或不导电的材料组成。主体352具有有两条对称轴A1和A2的矩圆形状，并由任何合适的不导电材料制成。如图9B的最佳图示，主体352还具有扣式连接器359，用于机械连接到安装基座(未示出)。另外，插座350还具有销364，用于将触点360连接到该装置的内部电子器件。主体352的末端354将要延伸到容纳了插座350的装置壳体外部。这个末端354可以用本领域公知的技术来说明。触点360设在主体352的表面358中。在本实施例中，触点360是由导线362电连接到销364的大体上平板。第二磁性元件370设在表面358周围，第二磁性元件370优选地相对于表面358凹陷。优选地，第二磁性元件370的凹入较浅，并与图8A中插头(310)的表面(318)的凹入相当。对于将要把DC功率连接到该装置的插座350实施例，板360布置成与如上所述图8A-8B的插头(310)的正销(320(+))和信号销(320 (S))相对应。为了进行电连接，图8A的插头310的表面318被设置为靠着图9A的插座350的表面358。插头310上的销320与插座350上的板360接合。为了维持连接，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，并将插头310保持到插座350。在一种实施例中，磁性元件330和370都是永久磁铁(优选为稀土磁铁)，并布置成磁性耦合在一起。在另一种实施例中，磁性元件30与370 二者之一可以是永久磁铁(例如稀土磁铁)或电磁铁，而二者中另一元件是铁磁性材料。耦合之后，在发生无意拔出插头310等情况时，磁性连接器300允许插头310脱离插座350。参照图10，以立体图的形式图示了图8A-8B和图9A-9B所公开的磁性连接器的插头310和插座350的其他细节。插头310和插座350的各个部分未被示出，以便能够更好地示出各种细节。在插头310上，外壳340抵靠磁性元件310，磁性元件310可以是铁磁性材料。外壳340具有延伸物342，用于连接到电源的返回路径，所述电源来自与插头310连接的适配器(未示出)。三个连接器322(+)、322 (S)和322(+)从主体312的后端延伸，用于将销(未不出)和来自与插头310相连的适配器的正功率和信号相连。在插座350上，用于功率返回路径的外壳380设在罩壳356内，磁性元件370设在外壳380内，并可以是永久磁铁。穿过磁性元件370的开口 372使前述主体材料(未示出)和触点(未示出)能够经过。外壳380的拉片或保持器382接触和保持磁性元件370。外壳380的腿384从插座350延伸，与罩壳356的腿357 —样。在插头330被与插座350耦合时，插头310的铁磁性材料330位置靠着插座350的永久磁铁370并位于外壳380内侧。这样，铁磁性材料330与永久磁铁370之间的磁性接合将插头310保持到插座。此外，铁磁性材料330与壳体380的实体接合产生了功率从插座的外壳销384至插头的外壳销342的返回路径。
参照图11A-11B，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器360 —种实施例。连接器360紧凑并优选地具有较低的外形。在图IlA中，以正视立体图的形式示出了连接器360的插头370。在IlB中，以后视立体图的形式示出了插头370和插座390的某些内部元件。插座390容纳在电子装置(未示出)中，插头370连接到电线等(未示出)。如图IlA的最佳图示，插头370具有磁铁380、382，磁铁380、382位于多个触点376的两侧，这些触点376类似于本申请中公开的其他触点。例如，中心触点376被分配给电通信的第一路径，两个外侧触点376被分配给电通信的第二路径。优选地，触点376是受到偏置的销，其中，中心销376传送信号通道，两个侧面的销传送正电流。如图IlA中的箭头所示，磁铁380、382布置成极性相反。优选地，磁铁380、382还被分配给电连接的第三路径。如图IlB的最佳图示，插头370还带有背板372，背板372连接在磁铁380、382的背面端之间。背板372由铁磁性材料(例如钢)制成。插座390具有吸引板392，吸引板392也由铁磁性材料(例如钢)制成。在插座390的吸引板392被吸引到磁铁380,382时，磁场线从一个磁铁穿过钢制吸引板392到另一磁铁，从而完成磁路并产生强吸引力。插座390的吸引板392限定了开口 394，用于使电触点(图IlB中未示出)通过。同样，插座370的背板372限定了开口 374，用于使来自电触点的引线(未示出)通过。如上所述，磁铁380、382可以在插座390与插头370之间形成电通信路径。优选地，磁铁380和382以及吸引板392传送负电流。因此，插座390的吸引板392包括连接器396，用于连接到电引线等(未示出)。由于连接器360被设计得紧凑并具有较低外形以装配到膝上型计算机等中，所以必须从板372和392除去一定量的材料以产生开口 374和394。在使吸引板392和磁铁380,382耦合时，磁性吸引力可能有限，因为通量密度可能使吸引板392和背板374 二者中铁磁性材料的较窄部分饱和。(因此，如下面的实施例中所公开的，给连接器采用多于两个磁铁可能较好)。因为两个原因，连接器内带有多于两个磁铁可能较好。首先，磁性力是磁铁厚度与截面积之比的函数(在厚度受到沿磁化方向的尺寸限制的情况下)。第二，对于给定的包络，与多于两个永久磁铁有关的泄漏场小于与一个或两个永久磁铁有关的泄漏场。参照图12A-12B，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器360的另一种实施例。图12A-12B中的磁性连接器360与上文公开的大体上类似，所以相同的编号用来表示这些实施例之间的相似元件。但是在本实施例中，插头370容纳了四个磁铁380、381、382和383。另外，磁铁380、381、382和383布置成具有相反的极性，如图12A中的箭头所示。在本实施例中，四个磁铁380、381、382和383为磁通量行进形成了四个磁路。因此，大部分通量在相同侧的磁铁之间(例如在相同侧的磁铁380、381之间以及相同侧的磁铁382、383之间)行进。由于磁力线不受到板372和392的窄部分约束，所以通量密度不容易使板372和392饱和。因此，插座390与具有四个磁铁380-384的插头370之间的磁性吸引力比图11A-11B的实施例中可得到的可以大得多，即使这两种实施例具有相同的接触面积。如前所述，将插头370与插座390耦合的磁性吸引或磁性力可以对于指定的实施情况根据需要来设置。在一种实施例中，使插头370从插座390脱离的直接拔出力优选为3-lbf至7-lbf之间。应当注意，将插头370向侧面、上方或下方拔出会产生扭矩。优选地，磁性吸引在向上方向产生的扭矩较小，而在其他方向产生的扭矩较大。目标扭矩值可以是对于向上方向为O. 5kgf-cm，而对于其他方向为I. 5kgf-cm。在一个方面，可以通过使上方的磁铁380和382向上延伸来获得非对称的扭矩值。 这样，上方的磁铁380和382较强，比下方的磁铁381和383提供了更大的向上吸引。所得的一个效果是可以有更大的保持力、并且向上的力的施加点位移更大，从而得到更大的扭矩。这还有助于对可能由耦合到插头370的电缆(未示出)产生的任何向下扭矩进行补偿。在另一方面，可以通过改变上方磁铁380和382中的磁力线角度来获得非对称的扭矩值。例如，与耦合方向相比，各个上方磁铁380和382可以具有以大约20度的角度指向下方的通量方向。参照图13A，图示了具有电磁铁的磁性连接器400的一种实施例。连接器400包括插头410和插座450。插头410与图8A-8B的实施例中公开的插头没有实质性差别。插头410具有触点420和磁性元件430，触点420用于传递来自变压器(未示出)的功率，磁性元件430可以是铁磁性材料。插座450具有触点460，用于将功率传递到装置70的内部电子器件76，装置70在本实施例中是膝上型计算机。与前面的实施例不同，插座450具有电磁铁，电磁铁由缠绕有导线圈472的金属铁心470形成。在插头410或插座450中使用电磁铁可以克服插头410或插座450上带有永久磁铁的某些缺点。例如，电磁铁可以减小与电子装置70的内部元件或储存介质之间的可能干涉。线圈472连接到膝上型计算机70的电源或电池72，其他电子元件中的内部开关74可用来使铁心470和线圈472的电磁铁工作。内部开关74使来自电池72的功率对铁心470和线圈472的电磁铁通电。因此，通电的电磁铁产生磁场，磁场吸引插头410的铁磁性材料430并能够将插头410保持到插座450。电池72可以是装置的独立电池，也可以是对装置70的内部电子器件76供电所用的同一电池。在任一种情况下，优选地对把电池72连接到电磁铁的内部开关74和其他电子器件的操作进行控制，以节省电池72的功率消耗。参照图13B，图示了具有电磁铁的磁性连接器500的另一种实施例。连接器500可以包括插头510和插座550。插座550与图9A-9B的实施例中公开的插座没有实质性差别。插座550具有触点560，用于向装置70的内部电子器件76传递功率和信号。插座550还具有磁性元件570，磁性元件570可以是铁磁性材料。插头510具有触点520，用于传递从电源(例如功率适配器80)经电缆86的电线522而来的功率和信号。与前述实施例不同，查欧510具有电磁铁，电磁铁由缠绕有导线线圈532的金属铁心530形成。铁心532可以吸取功率，所述功率是从适配器80的变压器82、从连接到市电插头88的传统电源、或从适配器80内部容纳的电池84输出的。使用电池84可以使得在使插头510中的电磁铁工作之前用户无需首先将适配器80连接到电源，并能够以磁性方式连接到插座550。所吸取的电源使铁心530和线圈532的电磁铁通电，以对铁磁性材料570产生磁性吸引，这种吸引能够将插头510保持到插座550。参照图14，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器600的另一种实施例。连接器600具有插头602，插头602具有触点604和电磁铁606。连接器600还具有插座620，插座620设在便携式计算机或电子装置630上。插座620具有吸引板或磁铁622以及触点624。触点624用作电通信的路径，因而它们电耦合到电子装置630的内部电子器件632。 另外，吸引板或磁铁622还用作电通信的路径，因而它可以电耦合到内部电子器件632。在图14的示意图中，为简明起见，未示出诸如引线、触点和线圈的各种元件。在本实施例中，电磁铁606在插头602中，但它也可以设在插座620中。电磁铁606从功率适配器608的电路612得到其功率，因此电磁铁606不消耗电子装置630的电池(未不出)。在本实施例中，插头602包括开关兀件610,开关兀件610使电磁铁606与适配器608的电路612之间的电连接切断。在一种实施例中，开关元件610包括机械开关，用户按压该机械开关来开启和关闭电磁铁602。用于对电磁铁602的电负载进行控制的任何机械开关(例如传统的微开关)都适用于连接器600。总的来说，开关元件610使电磁铁606能够直接利用适配器608的功
率工作。在另一种实施例中，开关兀件610包括触摸传感器,在用户拾起插头602而触摸传感器610时，触摸传感器使电磁铁606通电(例如开启)。触摸传感器是本领域公知的。例如，触摸传感器610可以包括逻辑电路和触点(未不出)，并可以利用人体电容的原理来工作。在被触摸传感器610激活之后，电磁铁606可以保持通电一段时间，使用户能够将插头602耦合到插座620并能够开启电子装置630。在通电的电磁铁606被磁性耦合到插座650的吸引板622之后，可以利用在适配器608与装置630之间形成信号路径的触点604和624以及沿着该信号路径的信号来使触摸传感器610保持被激活并使电磁铁606保持通电。在插头602被连接并且电磁铁606通电时,触摸传感器610可以在受到触摸时关闭电磁铁606以允许用户将插头602断开。或者，触摸传感器610可以减小对电磁铁606的通电以使用户能够容易地移除但仍然保持较小的剩余吸引。另外，在装置630被关断时，装置630可以不再沿触点604和624的信号路径发送信号，或者可以向触摸传感器610发送退出信号，以停止对电磁铁606通电。这样，断电的电磁铁606可以允许从电子装置630解除插头602。在再一种实施例中，开关元件610包括运动传感器，运动传感器检测插头602运动的时间。运动传感器610可以将电磁铁606保持通电一段时间，以使用户能够将插头602与插座620耦合并开启电子装置630。在耦合之后，由触点604和624形成的信号路径可以允许信号对运动传感器610的电路进行控制，以使之在耦合到装置630的时候维持激活。运动传感器610可以自动地切断电磁铁606，从而在突然发生运动(例如在连接了插头620的情况下，装置630被掉落或拔出)的情况下使插头602从装置630脱离。
参照图15，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器600，它具有电磁铁606和接近传感器640。图15中与其他附图中相同的参考标号表示这些实施例之间相似的元件。接近传感器640被设在插头602中，并耦合到开关元件642。电磁铁606还耦合到开关元件642，开关元件642接着被耦合到位于适配器608中用于提供功率的电路644。在传感器640位于插座620的板622附近时,接近传感器640和开关兀件642开启电磁铁606。在一种实施例中，接近传感器640包括霍尔效应传感器,霍尔效应传感器检测磁场水平。在使用时，使电磁铁606在被耦合到插座620之前受到初始通电。例如，可以在适配器608被耦合到电源(未示出)时或在触摸传感器(未示出)等被用户激活，进行初始通电。初始通电可以比将电磁体606磁性耦合到板622所需的更小。在插头602被移动到插座622附近时,与电磁铁606的初始通电有关的磁场得到改变,该磁场随后被霍尔效应传 感器640检测到。传感器640接着使电磁铁606的通电增大，以使之能够磁性耦合到吸引板 622。参照图16，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器600的一种实施例，该实施例带有电磁铁606和故障检测电路650。图16中与其他附图中相同的参考标号表不这些实施例中相似的兀件。与前文一样，使电磁铁606通电以与插座620的吸引板626磁性f禹合，吸引板626可以是铁磁性材料或永久磁铁。故障检测电路650对例如由电源中的浪涌或尖峰造成的故障事件进行检测。故障检测电路650可以类似于本领域中常用于功率适配器中的电路。例如，在一种实施例中，故障检测电路650可以包括用于对过电流进彳丁检测的电路。例如，在另一种实施例中，故障检测电路650可以包括用于对过热进行检测的电路。在故障检测电路650检测到故障事件时，电路650可以使对电磁铁606进行的通电停止，并使插头602能够从带有铁磁性吸引板626的插座620实施例脱离。或者，电路650可以使经过电磁铁606供应的电流方向逆转，使电磁铁606受到在吸引板626上带有永久磁铁的插座620实施例的极性的推斥。应当明白，电磁铁606和故障电路650可以设在装置630上，而吸引板可以设在连接器600的插头602上以实现相同的保护。参照图17，图示了根据本发明的某些方面的磁性连接器600的一种实施例，它带有两个电磁铁606和660。插头602具有第一电磁铁606,第一电磁铁606由功率适配器608通电。位于装置630中的插座620具有第二电磁铁660,第二电磁铁660由内部电源(例如电池)662通电。两个电磁铁606和660具有相反的极性,使它们可以磁性f禹合。在一种实施例中，适配器608包括故障检测电路650。在故障检测电路662检测到故障时，第一电磁铁606的极性可以被电路650逆转，使第一电磁铁606和第二电磁铁660彼此推斥并主动防止连接。在另一种实施例中，适配器608包括用于对适配器608进行识别的电路650。例如，识别电路650可以对它应当连接到的电子装置型号进行识别，或者伸展可以对它只能被应用到的专用装置进行识别。在用户意图将插头602连接到插座620时，第一电磁铁606可以根据本申请中公开的技术而通电。但是，第二电磁铁660可以保持为断电。在用户将插头602定位成靠着插座620时，由触点604和624形成的信号路径使识别信号650能够向装置的内部电子器件632发送信号，该电子器件632能够识别正在连接到装置630的适配器 608。
如果适配器608应当用于装置630，则可以以相反的极性给第二电磁铁660通电，使之与第一电磁铁606耦合；或者，可以使第二电磁铁660保持断电，并简单地使第一电磁铁606能够与断电的电磁铁660的铁磁性兀件磁性稱合。另一方面，如果适配器608不应当用于装置630,则可以以相同的极性对第二电磁铁660通电,从而推斥第一电磁铁606并主动防止连接。参照图18，图示了根据本发明某些方面的磁性连接器600的一种实施例，它带有电磁铁606和控制电路670。在一种实施例中，控制电路670 包括开关元件，开关元件从装置630的内部电子器件632接收控制信号。在电子器件630的电池被完全充电时，内部电子器件632经过由触点604和624形成的信号路径向控制电路670发送控制信号。此外，在内部电子器件632检测到故障时，它可以向控制电路670发送控制信号。如上所述，插头602上的触点604之一与插座620上的触点624之一(优选地，位于中心的触点605和624)可以在装置630与适配器608之间形成信号路径。表不电池完全充电的控制信号沿着这样的信号路径被发送。在接收到表示“完全充电”的信号时，控制电路670使其内部开关元件将电磁铁606的通电停止，插头602从插座626解除耦合。如果希望在电池完全充电之后使插头620保持磁性耦合到插座620 (但比较轻微)，则插座620的板627可以包括磁铁(未不出)，用于与电磁铁606的铁磁性材料维持至少一些磁性I禹合。在另一种实施例中，控制电路670接收控制信号，该信号对与控制电路670有关的适配器608是否能够利用电子装置630工作进行管理。在本实施例中，装置630上的内部电子器件632产生控制信号，该信号例如通过装置630的构造或型号来对其进行识别。控制信号可以是数字信号，例如对装置630进行识别的数字信号。适配器608中的控制电路670被预先配置为只在接收到识别控制信号时才对电磁铁606通电。为了响应该控制信号，控制电路包括开关元件，该开关元件用于对电磁铁606与其通电电源的电连接情况进行控制；电路包括逻辑元件，用于对控制信号进行解释以及将开关元件激活。这样，在用户将插头602定位成靠着插座620以使它们连接时，插头602和插座620上的信号触点604和624进行接触，使装置630的内部电子器件632能够向适配器608的控制电路670传送其识别控制信号。如果电路670接收到正确的信号，则电路内的内部开关对电磁铁606通电以与插座稱合。否则，电磁铁不会受到通电，插头602将不会与插座620耦合。因此，适配器608上的电磁铁606只会针对特定的装置类型或型号受到通电，这可以防止用户无意中将具有专门额定功率的适配器耦合到需要其他额定功率的装置的可能性。例如，由于计算机不允许其本身被连接到错误类型的功率适配器(例如，提供比计算机的规格更高电压的功率适配器)，所以可以防止对计算机的损害。此外，控制电路670以及装置630的标识可以被设置成使装置630只会从特定的功率适配器或一组功率适配器吸取功率。这样的设置可能有利于在各种环境(例如学校或其他公共组织)中防盗。在再一种实施例中，控制电路670包括安全系统，安全系统要求用户输入特定的代码或其他标识。在没有输入代码的情况下，控制电路670不会对电磁铁通电，超图602不会与插座620接合。在本发明中，已经在从变压器向膝上型计算机供电的背景下公开了磁性连接器的实施例。但是通过本发明的教导应当明白，本发明的主题也适用于其他类型的连接器，这些连接器在电子装置与多种电子装置或电相关物中任一种之间以功率和/或信号的形式提供电连接。例如，其他可用的电子装置或电相关物包括便携式DVD播放器、CD播放器、收音机、打印机、便携式存储器装置、便携式磁盘驱动器、输入/输出装置、电源、电池等。可由本发明的连接器提供的电连接的其他可用类型包括通用串行总线、D-subminiature连接器、FireWire、网络连接器、驳接(docking)连接器等。在本发明中，公开了可磁性耦合连接器的多种实施例。通过本发明的教导可以理解，这里公开的一种实施例的各个方面或特征可以用在这里所公开的其他实施例的各个方面或特征中，或与之结合使用，以产生与本发明的教导相符的另外实施例。前文对优选实施例和其他实施例的说明不应理解为对申请人想到的发明思想的范围或可应用性的限制。在公开本申请所包含的发明思想的同时，申请人要求由所附权利 要求提供的全部专利权。因此，应当理解为所附权利要求包括了所有的变更和改动形式，只要它们落在权利要求或其等同表述的范围之内。
权利要求
1.ー种连接器插件，包括 多个可动的第一触点，在所述连接器插件与第二连接器配合时，所述多个可动的第一触点将与所述第二连接器中的多个第二触点构成电导通路径，每个所述可动的第一触点由多个第一弹簧中相应的ー个进行偏置；以及 磁性元件，所述磁性元件由铁磁性材料制成以与所述第二连接器中的磁铁配合， 其中，所述磁性元件被形成在所述多个可动的触点周围，所述多个可动的触点相对于所述磁性元件凹入，使得当所述连接器插件与所述第二连接器配合时，所述第二连接器的凸起部分装配在所述磁性元件中。
2.根据权利要求I所述的连接器插件，其中，所述磁性元件具有对称轴线，使得所述连接器插件能与所述第二连接器在第一位置和第二位置配合，其中，无论所述连接器插件和所述第二连接器在所述第一位置还是所述第二位置配合，所述多个可动的第一触点都与所述多个第二触点形成电导通路径。
3.根据权利要求2所述的磁性连接器系统，其中，所述电导通路径包括至少ー个电功率路径和至少ー个信号路径。
4.根据权利要求I所述的磁性连接器系统，其中，在被非轴向カ从所述第二连接器拉开时，所述连接器插件能够从所述第二连接器脱落。
5.—种连接器插座，包括 多个第一触点，在所述连接器插座与第二连接器配合时，所述多个第一触点将与所述第二连接器中的多个第二触点构成电导通路径；以及 磁铁，所述磁铁处于所述多个第一触点下方以与所述第二连接器上的磁性元件配合， 其中，所述多个第一触点位于凸起部分上，使得当所述连接器插座与所述第二连接器配合时，所述第二连接器上的所述凸起部分装配在所述第二连接器的所述磁性元件中。
6.根据权利要求5所述的连接器插座，其中，所述连接器插座具有对称轴线，使得所述连接器插件能与所述第二连接器在第一位置和第二位置配合，其中，无论所述连接器插座和所述第二连接器在所述第一位置还是所述第二位置配合，所述多个可动的第一触点都与所述多个第二触点形成电导通路径。
7.根据权利要求5所述的连接器插座，其中，在被非轴向カ从所述连接器插座拉开时，所述第二连接器能够从所述连接器插座脱落。
8.ー种形成电导通路径的方法，所述方法包括 使连接器插件接近连接器插座，使得所述连接器插件中的多个可动的第一触点与所述连接器插座中的触点形成这些电导通路径，所述连接器插座上的凸起部分装配在所述连接器插件上的所述多个可动的第一触点周围的磁性元件中，并且所述连接器插座中的磁铁被吸引到所述连接器插件的所述磁性元件，所述磁性元件由铁磁性材料制成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个可动的第一触点中的每ー个由多个第一弹簧中相应的ー个进行偏置。
10.ー种连接器插件，包括 多个第一触点，包括用于传递第一电源的第一电源触点和用于传递第二电源的第二电源触点； 第一磁性元件，当所述连接器插件与第二连接器配合吋，所述第一磁性元件将被磁性地吸引到所述第二连接器中的第二磁性元件，使得所述连接器插件在第一方向上被保持到所述第二连接器， 其中，所述第一磁性元件形成在第一凹部周围，所述第一凹部将接纳所述第二连接器上的凸起部分，所述多个第一触点位于所述第一凹部中，所述第一磁性元件还被形成为装配在所述第二连接器中的第二凹部中，使得当所述连接器插件与所述第二连接器配合吋，所述连接器插件在第二方向和第三方向上以机械方式与所述第二连接器对准。
11.根据权利要求10所述的连接器插件，其中，所述第一磁性元件具有对称轴线，使得所述连接器插件能在第一位置和第二位置与所述第二连接器配合。
12.根据权利要求10所述的连接器插件，其中，在被非轴向カ彼此拉开时，所述连接器插件能够从所述第二连接器脱落。
13.根据权利要求10所述的连接器插件，其中，所述多个电路径包括至少ー个电功率路径和至少ー个信号路径。
14.根据权利要求10所述的连接器插件，其中，所述第一触点中的每ー个由多个第一弹簧中相应的一个进行偏置。
15.—种连接器插座,包括 第一组多个触点，当所述连接器插座与第二连接器配合时，所述第一组多个触点将与所述第二连接器上的第二组多个触点构成多个电路径； 第一磁性元件，当所述连接器插座与所述第二连接器配合吋，所述第一磁性元件将被磁性地吸引到所述第二连接器中的第二磁性元件，使得所述连接器插座在第一方向上被保持到所述第二连接器， 其中，所述连接器插座中的第一凹部被形成来接纳所述第二连接器的所述第二磁性元件，所述第一组多个触点被形成在凸起部分上，所述凸起部分将装配在由所述第二连接器的所述第二磁性元件形成的第二凹部中，使得当所述连接器插座与所述第二连接器配合时，所述第二连接器在第二方向和第三方向上以机械方式与所述连接器插座对准。
16.根据权利要求15所述的连接器插座，其中，所述第一凹部具有对称轴线，使得所述连接器插座能在第一位置和第二位置与所述第二连接器配合。
17.根据权利要求15所述的连接器插座，其中，在被非轴向カ彼此拉开时，所述第二连接器能够从所述连接器插座脱落。
18.—种形成多个电路径的方法，所述方法包括 把连接器插件与连接器插座配合，使得所述连接器插件中的多个触点与所述连接器插座中的多个触点形成多个电路径，并使得所述连接器插件的第一磁性元件被磁性地吸引到所述连接器插座中的第二磁性元件，使得所述连接器插件在第一方向上保持到所述连接器插座；并且 使得所述第一磁性元件装配在所述第二连接器的第一凹部中，所述连接器插座上的凸起部分装配在由所述第一磁性元件形成的第二凹部中，所述连接器插件中的所述多个触点在第二方向和第三方向上以机械方式与所述连接器插座中的所述多个触点对准。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述连接器插件中的所述多个触点是可动的，并且各自由弹簧进行偏置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在被非轴向カ彼此拉开时，所述连接器插件能够从所述连接器插座脱落。·
全文摘要
本申请涉及连接器插件、连接器插座和用于形成多个电路径的方法，公开了一种电插头(510)和插座(550)，它们依靠来自电磁铁的磁力来维持接触。该插头和插座可以用作功率适配器的一部分，所述功率适配器用于将诸如膝上型计算机的电子装置(70)连接到电源。插头包括电触点(520)，电触点优选地受到朝向插座上相应触点(560)的偏置。插头和插座各具有磁性元件(570、530、530)。插头和插座之一上的磁性元件可以是磁铁或铁磁性材料。插头或插座中另一者上的磁性元件是电磁铁。在使插头和插座接近时，电磁铁与其互补者之间的磁性吸引将触点维持为电导通关系，无论所述互补者是另一磁铁还是铁磁性材料。
文档编号H01R13/02GK102664321SQ20121010141
公开日2012年9月12日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年9月26日
发明者卡恩叶·利姆, 巴特利·K·安德烈, 琼-马克·格里, 约翰·C·迪弗佐, 马修·迪安·罗尔巴赫, 马克·爱德华·杜特 申请人:苹果公司