具有可编程释放机构的摩擦锁定插座的制作方法
【专利说明】具有可编程释放机构的摩擦锁定插座
[0001]对相关申请的引用
[0002]本专利申请为非临时申请，并要求于2014年3月15日提交的标题为“SE⑶REELECTRICAL RECEPTACLE(安全电插座)”的美国临时专利申请61/799，971以及于2014年2 月 25 提交的标题为“FRICT1NAL LOCKING RECEPTACLE WITH PROGRAMMABLE RELEASE (具有可编程释放机构的摩擦锁定插座)”的美国临时专利申请61/944，506的优先权。另外，本专利申请是于2011年9月8日提交的标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLEWITH ELONGATE CLAMPING SURFACES (具有细长夹持面的锁定电插座)”的美国专利13/228，331的部分延续案，并要求该专利的优先权，美国专利13/228，331是于2009年9月28日提交的标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLE (锁定电插座)”的美国专利12/568, 444的部分延续案，并要求该专利的优先权，而美国专利12/568,444又是于2009年9月14日提交的标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLE (锁定电插座)”的美国专利12/531,235的部分延续案，美国专利12/531，235是于2008年3月14日提交的标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLE(锁定电插座)”的 PCT 申请 US2008/57149 的美国国家阶段申请，PCT申请US2008/57149要求于2007年3月14日提交的标题为“LOCKINGELECTRICAL RECEPTACLE(锁定电插座)”的美国临时申请60/894，849的优先权。美国专利12/568，444还要求于2009年7月10日提交的美国临时申请61/221，793的优先权。本专利申请还是于2011年4月15日提交的标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLE(锁定电插座)”的美国申请13/088，234的部分延续案，并要求该申请的优先权，美国申请13/088，234 要求于 2010 年 4 月 15 日提交的标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLESECURE LOCKING MECHANISM(锁定电插座的安全锁定机构)”的美国临时申请61/324，557、于 2010 年 5 月 19 日提交标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLE ALTERNATE OPERATINGMECHANISMS (锁定电插座的替代操作机构)”的美国临时申请61/346，316、以及于2010年6月 10 日提交的标题为“LOCKING ELECTRICAL RECEPTACLE PROGRAMMABLE RELEASE TENS1NMECHANISMS(锁定电插座的可编程释放拉张机构)”的美国临时申请61/353，496的优先权。所有上述申请的内容通过完整引用结合在此，并且根据美国法律和法规所允许的程度要求所有这些申请的全部优先权。
【背景技术】
[0003]已知有各种电连接器可用于实现电源与电气设备之间的电接触。典型情况下，一般称为插头的连接器包括插脚型端子，一般称为插座的用于接收插脚型端子的母连接器常常被称为电气插口，或者简称插口。最常见类型的插口包括一对端子接点，它们接收插头的插脚，而插头的插脚耦合至“火线”和“零线”。而且，插口可包括接收插头的接地插脚的端子接点。在全球的各个地区，已经为插口开发了各种标准。
[0004]不论采用什么具体标准，上述最常见的插头和插座系统的设计一般仅利用金属接点之间的摩擦把插头和插座固定在配合位置。摩擦系数随各种条件而变化，包括但不局限于制造工艺、作为润滑剂的外来材料、以及组件的磨损和变形。这个特点导致两个设备之间的互连电连接机构不安全。可以证明，这是利用上述系统向电气或电子设备供电的供电系统的最薄弱环节。但是，这种连接方式已在全世界作为标准采用，并且使用这种连接方式主要是由于制造成本低、在制造过程中易于进行质量控制、以及在进行供电时能够高效利用空间。
[0005]这种连接技术的主要限制仅在于摩擦配合部件。在供电连续性可能很关键的一些应用中，例如在数据或医疗应用中，可能需要确保配合连接的安全的技术，以提高可靠性。在有机械活动的场所，例如存在震动的场所、或者外部活动可能导致附接至插头和插座的电源线以任何方式发生机械挠曲或扯紧的场所，尤其如此。
[0006]本发明的安全电插座正是针对这种背景开发的。
【发明内容】
[0007]本发明涉及确保电连接的安全。在某些情况中，配合插头和插口的电连接可能是供电系统中安全性最弱的环节。通常，这些连接仅通过手动插入的电接点的配合摩擦来锁紧。一些因素可能影响这种连接的安全性。本发明提供多种安全机制，由此使得原本趋向于把连接拉开的力现在起到驱动保持机构的作用，从而锁紧配合副，其中，连接的摩擦接合得到了加强，和/或连接以其它的方式锁紧，使得需要进行故意的操作才能释放连接，因而减少了意外断开。本发明还提供多种机构，由此用户可手动选择操纵保持机构，从而锁紧配合副。本发明结构简单，并且在工作时非常可靠。而且，本发明可与新型或改造插座装置结合实施。因此，本系统与现有的插头和其它基础设施相容。
[0008]根据本发明的一个方面，提供一种用于锁紧电连接的装置。所述电连接是通过配合结构形成的，所述配合结构包括公组件的插脚和母组件的插座(例如电源线端帽或插口插座)，其中，通过从插座拔出插脚可断开连接。需要说明的是，壁装插口插座一般为母件，而电源线端帽可为公件或母件。所述装置包括可在夹持形态和释放形态之间移动的夹持元件，在夹持形态中，所述夹持元件把所述配合结构保持在连接状态。激活元件响应趋向于把插脚从插座拔出的力促使所述夹持元件进入夹持形态。通过这种方式，原本趋向于把连接拉开的力现在使本发明的装置把连接夹紧在锁紧状态。
[0009]有多种结构可实现所述的夹持功能。这种结构可与所述公组件和/或母组件配合使用。在一种实施方式中，所述装置完全由母组件实现。例如，所述夹持元件可作用在公组件的一个或多个插脚上。在一种特定实施方式中，所述夹持元件作用在保持在大地电位的接地插脚上，从而对于夹持元件的设计来说无需考虑施加到被夹持的插脚上的电位。这还能实现或有助于与生命安全/规章制度的相符性。但是，应理解，可附加地或可替代地接合其它插脚。
[0010]如上所述，夹持元件可包括用于在夹持形态中与一个或多个插脚接触的一个或多个接触面。在此，激活元件可把插脚相对于插座的移动转化为接触面进入夹持形态的移动。例如，插脚的移动可被转化为接触面与被夹持的插脚形成邻接关系的转动位移。可替代地，作用在插头/插脚上的拔出力可使细长的接触面与插脚的另一侧接合。所述装置还可包括用于把夹持元件移入释放形态的释放元件。例如，用户可通过挤压、滑动、拉动或推动插头外壳的某个元件来操作所述释放元件。在一种实施方式中，电源线端帽外壳可由互连的两段形成，这两段以伸缩方式彼此相对滑动。这样，用户可手动地接合夹持元件，或者响应电源线或电源线端帽的一段上的张力自动接合夹持元件，从而接合锁定机构，然后，可通过选择外壳段的对应段并把其滑动到释放位置来释放。应理解，即使在拥挤环境中(例如在数据中心机架中)，也可随时操作外壳段来释放夹持元件。而且，用于用手捏握以释放夹持元件的外壳段可带有色标，或者通过其它显眼的方式标识，以便用户识别。而且，可使用多种方法来指明夹持机构是否已被释放一次。
[0011 ] 根据本发明的另一个方面，提供一种使用锁紧装置的方法。所述锁紧装置包括如上所述的夹持元件和激活元件。用户可通过把公组件的插脚插入母组件的插座中或单独地操控锁定执行机构来激活所述锁紧装置。在这种配合布置形式中，电连接被如上所述锁紧。用户还可通过迫使夹持元件进入释放形态来去活锁紧装置，例如通过挤压公组件的外壳或者滑动外壳段，或者操作属于电源线端帽的一部分的突舌、按钮或旋钮，或其它装置。通过这种方式，用户可根据需要简便地锁紧和释放电连接。
[0012]根据本发明的另一个方面，可根据既定标准来选择锁定电插座的释放张力，以避免损坏电源线端帽、电源线或插头，或者确保符合相关标准。在此，可通过改变夹持机构的几何形状、厚度、材质和成形细节来调节锁定插座的释放张力。公认的是，把释放张力设定得过高可能导致插座外壳、电源线或配合插头损坏，而这又可能导致线芯外露和安全隐患。而且，可制定与此方面或其它方面相关的释放张力标准。本发明的一种相关的方法包括:提供具有夹持元件的锁定电插座；根据电连接的安全操作标准确定插座的释放张力的限值；确定夹持元件的规格或设置，以符合释放张力限值；以及根据所述规格或设置构造或设定锁定电插座的调节机构。例如，释放张力可与端帽或插头或者电源线的结构规格协调，从而基本上确保端帽或插头或者电源线不会因与过高释放张力相关的应变而断裂或故障。通过这种方式，可以改变锁定电插座的特性，以解决安全问题或符合相关标准，或者与用户的所需设置相符(用户的设置可能不时变化，或者取决于具体应用)。
[0013]根据本发明的另一个方面，提供一种与电连接的锁定机构结合使用的应变消除机构。如上所述，与锁定电连接相关的一个潜在问题是端帽、插头、电源线或其它结构受到损害，尤其是在需要高释放张力的情况中。为了减轻这种问题，提供一种应变消除结构，用于把与夹持机构使配合连接结构保持在连接状态中的操作相关的应变从夹持机构传递至电源线或其它结构。例如，夹持机构可布置在用于接合插头的一个或多个插脚的插座端帽中。在这种情况中，可布置从夹持机构沿端帽的整个长度延伸的应变消除结构，所述应变消除结构通过压接、焊接或其它连接方式附接至电源线。可替代地，可把应变传递至独立于插座/插头的其它结构，例如壁装插座的支撑结构。这样，应变消除机构能避免与端帽或其它结构上的过高应力相关的危险，并降低或基本上消除对端帽或其它结构进行其它结构加强的需求。
[0014]根据本发明的另一个方面，提供一种用于锁紧电连接的装置。所述电连接是通过配合结构形成的，所述配合结构包括公组件的插脚和母组件的插座(例如电源线端帽或插口插座)，其中，通过从插座拔出插脚可断开连接。需要说明的是，壁装插口插座一般为母件，而电源线端帽可为公件或母件。还应说明的是，用于电子数据处理?DP)设备的插座一般是公插座。即，这种插座的外壳接收插头的外壳的一部分，但是连接插脚在插座中，而不在插头中。所述装置包括可在锁紧形态和释放形态之间移动的保持元件，在锁紧形态中，所述保持元件把所述配合结构保持在连接状态。激活元件促使所述保持元件进入锁紧形态。所述装置可设计为对趋向于从插座拔出插脚的力做出反应。通过这种方式，原本趋向于把连接拉开的力现在使本发明的装置把连接保持在锁紧状态。
[0015]有多种结构可实现所述的保持功能。这些结构可与所述公组件和/或母组件配合使用。在一种实施方式中，所述装置完全由公组件实现。例如，所述保持元件可作用在母组件的一个或多个表面上。在一种特定实施方式中，所述保持元件作用在母插座的两个或更多表面上。在施加原本趋向于把连接拉开的力时，公组件的部件发生移动，经由被这种力激活的机构按压或更紧地按压母组件的壁。与插座的表面接触的公组件部分可结合由适当材料(例如高摩擦系数的弹性体材料)制成的适当部件，具体而言，所述材料的类型和形状使得其功能达到最佳，或者采用结合有其它材料(例如金属芯材或芯件)的混合设计，以使其功能达到最佳。所述设计可利用由具有适当的机械和摩擦特性的其它材料制成的部件，例如杠杆、凸轮或斜面。所述弹性体或其它部件被所述机构压迫，从而与插座的壁形成高压力接触。接触面可具有高摩擦材料，以提高公组件和插座的机械摩擦互锁性。所述弹性体可制成多种形状。例如，弹性体环可围绕公组件与母组件或插座之间的接口沿周向延伸。但是，接触面不必在整个接口上延伸，可以仅在接口的一段或多段上。通常，在相对表面上提供接触面可能很有用，这能够使这些表面彼此平衡和相互作用。可适当选择这些表面的位置，以避免公组件和/或母组件的接口结构，和/或确保在结构较强或加强的表面上施加压力。在一种实施方式中，接触面或夹握元件布置在大致为矩形的接口的角处。通过这种方式，能够显著提高连接的安全性，从而连接能在机械活动环境中保持其完整性，并防止意外断开，直到达到所需的或预设的拉力。这还能实现或有助于与生命安全/规章制度的相符性。
[0016]如上所述，所述保持元件可包括在保持形态中与配合插座(可以是公插座或母插座，例如在多联插座和EDP设备电源输入装置中使用的IEC C13和C14插头和插座)的一个或多个表面接触的一个或多个接触面。在此，激活元件可把插脚相对于插座的移动转化为接触面进入保持形态的移动。例如，插头的移动可被转化为接触面与一个或多个插座表面形成邻接关系的移动。所述装置还可包括用于把保持元件移入释放形态的释放元件。例如，用户可通过挤压、滑动、扭转、拉动或推动插头外壳的某个元件来操作所述释放元件。在一种实施方式中，电源线端帽外壳可由互连的两段形成，这两段以伸缩方式彼此相对滑动。外壳可在用户直接推动、拉动或挤压外壳的作用下移动，或者由用户手动地操作用于在锁紧形态和释放形态之间移动外壳的手动执行元件来移动。这样，所述保持元件可被用户手动地接合，或者响应电源线或电源线端帽的一段上的张力自动地接合，从而实现保持功能。然后，通过选择滑动外壳段的对应段并把其移至释放位置，或者把手动执行元件移至释放位置，能够释放所述保持元件。应理解，即使在拥挤环境中(例如在数据中心机架中)，也可随时操作所述外壳段或手动执行元件来释放所述保持元件。而且，用于用手捏握以释放保持元件的外壳段或手动执行元件可带有色标，或者通过其它显眼的方式标识，以便用户识别该机构是处于锁紧状态还是未锁紧状态。另外，该元件还可具有适当的纹理或形状，以便用户捏握。而且，可使用多种方法来指明所述保持机构是否已被释放至少一次。
[0017]根据本发明的另一个方面，提供一种使用锁紧装置的方法。所述锁紧装置包括如上所述的保持元件和激活机构(自动型或手动型)。用户可通过在插入后独立地操控锁定执行机构来激活所述保持元件。在这种配合布置形式中，电连接被如上所述锁紧。用户还可通过迫使激活元件进入释放形态来去活锁紧装置，例如通过挤压公组件的外壳或者滑动外壳段，或者操作突舌或按钮，或扭转属于电源线端帽的一部分的螺母或旋钮，或其它装置。利用螺母(螺栓)或旋钮(旋转斜盘或其它方法)驱动保持元件的方法可结合简单的棘轮机构(允许按很小的分度增量沿任一方向转动螺母或旋钮)，以便允许用户选择和调节螺母或旋钮的紧固度，从而调节分开锁紧的连接所需的力。而且，可适当选择螺母或螺栓的尺寸和形状、以及它们所提供的机械优点，使得普通用户很难或不可能通过手动施加过大的外力来破坏锁紧机构或插头。这种特性提供了一种可编程的释放机构，其中，断开连接所需的力可“编制”到设计中，并且还可由用户在所需的连接保持力值范围内调节和选择。而且，所述机构的特点可与由棘齿螺母或旋钮提供的运动几何形状和范围结合，用于补偿在插头和插座的生产中常见的多种尺寸公差。通过这种方式，用户可根据需要简便地锁紧和释放电连接，同时能防止对连接的插头和插座的部件的损害。
[0018]根据本发明的另一个方面，提供另一个使用锁紧机构的方法。在保持机构的另一种实施方式中，所述装置可利用母组件或公组件实现。可布置一个或多个具有适当形状和可变宽度的保持突舌或钩子。它们可由适当的材料制成，并有适当的几何形状。保持突舌或钩子会与布置在配合插座中的适当位置的一个或多个开口(例如狭槽)接合。大多数商售插座都具有这种开口，它是插座中的指状构造的一部分，允许插座卡入板中。不一定总是有这种开口，但是可以轻松地修改这些插座，以在每种型号的单插座和多插座模制组件中提供这种开口。进行这种修改很简单，而且成本很低，并且有可能很快获得安全认证机构(例如保险商实验室(UL))的认证。因此，这种保持机构可轻松迅速地推向市场，因而具有很高商业和经济价值。如果有开口可用，那么突舌或钩子保持机构可自动接