电插座和开关的制作方法

1.本公开涉及电插座。更具体地，本公开涉及具有集成开关的电插座。


背景技术：

2.可以从有源设备(例如，电源)向无源设备(例如，负载源)供应电力。例如，电力站可以产生电力，电力公司可以通过电路(例如，电力网格)向消费者供应电力，并且消费者可以采用一个或多个设备将电力转换成能量以实现各种目标。电力消费者包括家庭和住宅消费者以及商业和工业消费者。
3.电插头和插座组件包括电插座(例如，接收器)和电插头(例如，电连接器)。电源向电插座供应电流，并且电插头向负载源提供电流。电插头被配置为连接到电插座并从电插座断开，由此可基于插座与插头之间的电连接将来自电源的电流提供给负载源。
4.电插头和插座组件可用于各种环境中的各种应用。一些环境和应用存在来自电弧或火花的爆炸或火灾的风险，该电弧或火花可在将插头连接到通电插座或从通电插座断开时发生。当将插头连接到断电插座或从断电插座断开时，此类风险减小。因此，对于电力的安全和有效分布，需要具有用于控制电插头和插座组件中电流的电流的开关的电插座。


技术实现要素：

5.在一个实施方案中，一种插头和插座组件包括插座，该插座具有被配置为收纳电插头的接收器部分；以及互锁机构，该互锁机构被配置为当该接收器部分围绕第一轴线旋转到第一位置时将该电插头保持在该接收器部分中。该组件包括电开关，该电开关包括能够操作以使该插座通电和断电的致动器。该组件包括转移机构，该转移机构具有第一机械部件，该第一机械部件能够操作以将该接收器部分的旋转转移为操作该致动器的相对于该第一轴线的运动。
6.在另一个实施方案中，电插座包括接收器部分，该接收器部分被配置为连接到电插头和基于接收器部分围绕第一轴线的旋转能够围绕第一轴线旋转的轴。电插座包括联接到轴的第一齿轮和联接到第一齿轮的第二齿轮。第一齿轮能够基于轴的旋转在第一方向上围绕第一轴线旋转，并且第二齿轮能够基于第一齿轮的旋转在第二方向上围绕第二轴线旋转，第二轴线相对于第一轴线以一定角度定向。
7.在又另一个实施方案中，一种操作插头和插座组件的方法包括将插头连接到插座的接收器部分以及使插头在第一方向上围绕第一轴线旋转。旋转使第一机械部件在第一方向上围绕第一轴线旋转并且使第二机械部件在第二方向上围绕相对于第一轴线以一定角度定向的第二轴线旋转。第二机械部件的旋转使第三机械部件在第二方向上围绕第二轴线旋转。第三机械部件操作电开关的致动器以使插座通电和断电。
附图说明
8.在附图中，示出了结构，其与下面提供的详细描述一起描述了要求保护的发明的
示例性实施方案。相同的元件用相同的附图标记标识。应当理解，被示为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明的目的，可以夸大某些元件的比例。
9.图1是插头和插座组件的一个实施方案的透视图；
10.图2是图1的插头和插座组件的透视图，示出了连接到插座的插头；
11.图3展示了图1的插座的透视图，其中帽关闭以覆盖插座的接收器部分；
12.图4展示了图1的插头的透视图；
13.图5示出了图3的插座的前视图，其中帽打开以示出插座的接收器部分；
14.图6是图4的插头的前透视图，该插头被配置为连接到图5的插座的接收器部分；
15.图7展示了图6的插头的前视图，示出了被配置为与图5的插座上的突出部配合的凹部；
16.图8展示了图3的插座的侧视图；
17.图9展示了图8的插座的横截面侧视图，该横截面侧视图包括互锁机构和集成电开关的示意性表示；
18.图10示出了图9的插座的后透视图，其中为清楚起见，插座壳体的一部分显示为透明；
19.图11示出了图10的插座的剖面的俯视图，其中第一齿轮和第二齿轮处于第一位置，在该第一位置中，电开关被断电；
20.图12示出了图11的插座的剖面的俯视图，其中第一齿轮和第二齿轮处于第二位置，在该第二位置中，电开关被通电；
21.图13示出了被配置为操作电开关的致动器的凸轮的顶部透视图；
22.图14示出了图13的凸轮的底部透视图，该凸轮包括具有倾斜表面的斜坡；
23.图15示出了图10的插座的局部剖视图，该插座包括定位成与插头旋转的能够旋转的轴；
24.图16示出了图10的插座的局部剖视图，其中能够旋转的轴定位成邻接防止插头旋转的阻挡构件；
25.图17示出了插座的局部剖视图，该插座包括被配置为操作致动器以断电和电开关的转移机构的替代性实施方案；并且
26.图18示出了图17的插座的局部剖视图，其中转移机构被配置为操作致动器以使电开关通电。
具体实施方式
27.电插头和插座组件为各种环境中的各种装备和机器供应电力，用于各种应用。图1是包括插头105和插座110的示例性插头和插座组件100。
28.出于本公开的目的，电组件100可被描述为在危险环境中使用，应理解，电组件100具有实用性并且可以在危险和非危险环境中使用。危险条件可以在存在可燃材料(例如，气体、蒸气或灰尘)和/或挥发性或腐蚀性化学品(例如，水、油)的环境中产生。在危险条件下使用的电插头和插座组件100可在通电时承载高电压电流。
29.在图1中，插头105从插座110断开。在图2中，插头105连接到插座110。当连接并通
电时，电源(未示出)向电插座110供应电流，并且电插头105向负载源(未示出)提供电流。
30.电插头和插座组件100包括若干安全特征。图3展示了包括壳体111和帽112的插座110的透视图。壳体111和帽112包围插座110的内部部件并且将内部部件与灰尘、碎屑、液体、气体和包括有害材料的其它污染物隔离或密封。例如，当插头105未连接到接收器113时，帽112可选择性地覆盖插座110的接收器部分113。
31.另外，壳体111和帽112被构造成承受冲击并且在插座110的壳体111内包含电弧或火花。例如，壳体111和帽112可由如金属或硬塑料等抗冲击材料制成，并且部件的形状可构造成单件，或者如果是多件，则具有加固的紧固件或粘合剂以将配合件紧密密封并粘合在一起。因此，壳体111和帽112被构造成承受冲击并包含放电，从而防止存在于使用组件100的环境的气氛中的可燃材料的点燃。帽112的尺寸可被设定成使得在接收器113与帽112的表面之间存在气隙。
32.如图4所示，插头105具有主体部分108，该主体部分由如金属或硬塑料等抗冲击材料制成，并且被构造成单件，或者如果是多件，则具有加固的紧固件或粘合剂以将配合件紧密密封并粘合在一起。插头105包括套环106和外法兰107，套环和外法兰被配置为与插座110的接收器部分113配合并且在插头105与插座110之间提供可靠、牢固的连接。
33.图5展示了插座110的前视图，其中帽112处于打开位置以露出插座110的接收器部分113。如所示出的，接收器部分113包括一个或多个电开口114，该电开口被配置为收纳插头105的一个或多个电插脚109。图6是插头105的透视图，示出了被套环106包围的电插脚109。图7展示了包括电插脚109的插座105的前视图。当插头105连接到插座110时，插头105的电插脚109接合插座110的电开口114并且提供插头105与插座110之间的电连接。
34.在危险条件下将插头105连接到通电插座110或从通电插座断开会产生可能导致爆炸或火灾的电弧或火花的风险。为了减少或防止电弧或火花的风险，可能期望在连接或断开电插头105时使电插座110断电。电开关可用于选择性地使电插座110通电或断电。电开关可包括选择性地接通和断开电路的机械、机电和电部件。因此电开关可机械地、机电地和电气地操作以选择性地接通电路，从而使电插座110通电，或者断开电路，从而使电插座110断电。
35.插头和插座组件100可包括另外的安全特征。在一些实施方案中，电插座110可被配置为仅接受预定类型的插头105。例如，如图5所示出的，插座110可包括具有预定轮廓的突出部120，该突出部被选择为与具有对应预定轮廓的插头105上的凹部115(图7所示)配合。在此类情况下，当将插头105连接到插座110时，插头105的凹部115与插座110的突出部120配合，从而允许插头105和插座110的机械连接。可替代地，如果用户试图连接劣质插头(例如，没有预定形状凹部的插头，未示出)，则电插座110的突出部120将不会与劣质插头配合，从而阻止劣质插头和插座110的机械连接。
36.另外，在一些实施方案中，插头和插座组件100包括互锁机构130。互锁机构130包括与插头105和插座110相关联的多种机械互锁特征(例如，突出部、凹部、槽口、连杆、接片、致动器)。机械互锁特征被配置为选择性地彼此接合和脱离或者与插头和插座组件100的其它结构接合和脱离。根据插头105和插座110的相对位置，互锁机构130机械地允许和防止插头105与插座110的连接和断开。
37.例如，互锁机构130包括插头105的套环106。套环106被配置为与插座110的接收器
部分113的配合导管131机械互锁。互锁机构130进一步包括插头105的法兰107，该法兰被配置为与插座110的唇缘132机械互锁。法兰107和唇缘132基于配合的公母卡口式机械连接接合。在一个位置中，法兰107上的卡口接片邻接唇缘132上的卡口接片，使得法兰107和唇缘132被紧固以防止插头105从插座110断开。在另一个位置中，法兰107上的卡口接片穿过唇缘132上的卡口接片，使得法兰107和唇缘132被松开以允许插头105从插座110断开。
38.为了控制插头和插座组件100的通电，可以使用手动电开关(未示出)来选择性地接通和断开连接电源(未示出)和电插座110与插头105的负载源(未示出)的电路。例如，用户可以通过操作控制设备(例如，使杠杆工作、使旋钮旋转、按下按钮)来手动控制手动电开关，以选择性地接通和断开电源通过插头105和插座110向负载源供应电流的电路。
39.参考图8和图9，在所展示的实施方案中，插头和插座组件100包括被配置为与互锁机构130介接的集成电开关140。图8示出了电插座110的侧视图，并且图9示出了相同视图的横截面。出于解释而不是限制的目的，在图9中，互锁机构130示意性地表示为矩形130，并且集成电开关140示意性地表示为矩形140。
40.组件100进一步包括将集成电开关140的致动器145连接到互锁机构130的转移机构150。当用户以规定的方式移动插座110中的插头105时，此类移动导致转移机构150致动或不致动集成电开关140的致动器145。互锁机构130通过转移机构150与电开关140介接，以确保仅当插头105连接到插座110时插座110才通电。
41.互锁机构130基于例如由插头105和插座110的相对定位所规定的一个或多个移动或移动的组合来操作。类似地，集成电开关140可基于例如由互锁机构130和集成电开关140的致动器145的相对定位所规定的一个或多个移动或移动的组合来操作。插头105相对于插座110的旋转控制互锁机构130的一个或多个部件的定位和移动。进而，互锁机构130的一个或多个部件的定位和移动由转移机构150转移以控制开关140的致动器145的定位和移动。
42.旋转是互锁机构130操作集成电开关140的致动器145以使插座110通电和断电的一种示例性方式。其它示例性选项包括线性运动、摇摆运动、推动或拉动、压下致动器145或被配置为基于插头105和插座110的相对定位来操作具有互锁机构130的电开关110的致动器145的其它机械运动。
43.图10示出了插头和插座组件100，其中插座110的壳体111的一部分被展示为透明以提供插座110中的互锁机构130、集成电开关140和转移机构150的视图。插头和插座组件100能够基于插头105在第一方向303上围绕第一旋转轴线301的第一预定旋转度“x”(参见图5)来操作。组件100包括互锁机构130，该互锁机构将插头105在第一方向303上的第一预定旋转度“x”转换成凸轮325(参见图13和图14)在第二方向304上围绕相对于第一旋转轴线301定向的第二旋转轴线302的第二预定旋转度“y”(参见图11和图12)。
44.第一预定旋转度“x”可不同于第二预定旋转度“y”。例如，第一预定旋转度“x”可以是约45度并且第二预定旋转度“y”可以是约90度，但是在不脱离本公开的范围的情况下可选择其它值。第一方向303可与第二方向304相反。例如，第一方向303可以是顺时针方向，并且第二方向304可以是逆时针方向。凸轮325能够操作以通过在平行于第二轴线302的方向上的线性运动“z”控制电开关140的致动器145(在图9中示意性地示出)，从而使插座110通电和断电。
45.因此，如箭头303所示的插头105的旋转，一旦连接到插座110，就可同时控制电开
关140的致动器145来接通电路，为电插座110通电并且通过连接的插头105和插座110将电流从电源(未示出)供应到负载源(未示出)。同样地，当连接到插座110时插头105的旋转(例如，在如箭头306所示的相反方向上)可同时控制电开关140的致动器145来断开电路，使电插座110断电，并且允许插头105从插座110安全断开。
46.在图10所示的实施方案中，互锁机构130包括与能够旋转的锁定机构(未示出)介接的静止过渡件305。能够旋转的锁定机构是配合卡口连接，其基于插头105围绕第一轴线301的旋转而相对于过渡件305围绕第一轴线301旋转。当插头105连接到插座110并围绕第一轴线301顺时针旋转45度时，连接到插座110的卡口连接的第一接片邻接连接到插头105的卡口连接的第二接片。在此配置中，能够旋转的锁定机构130防止插头105从插座110断开。同样，当插头105围绕第一轴线301逆时针旋转45度时，第一接片和第二接片被定位成彼此穿过，而不是邻接，使得能够旋转的锁定机构允许插头105从插座110断开。
47.转移机构150包括一个或多个齿轮、连杆、弹簧、凸轮、销、控制轴或其它机械机构，该其它机械机构将插头105的预定操纵转移或转换成互锁机构130的预定移动，该互锁机构将预定移动转移或转换成控制集成电开关140的致动器145的操作。
48.在图10至图14所示的实施方案中，转移机构150(图9)包括第一机械部件310、第二机械部件320和第三机械部件325。具体地，第一齿轮310能够旋转地安装在过渡件305上，并且根据插头105的旋转(箭头303或箭头306)围绕第一轴线301旋转。如图10至图12中所展示的，当第一齿轮310在第一方向303上围绕第一轴线301旋转时，第一齿轮310的齿与第二齿轮320的齿啮合，导致第二齿轮320在第二方向304上围绕第二轴线302旋转。第二齿轮320安装到安装支架318上。在所展示的实施方案中，第一齿轮310是锥齿轮，并且第二齿轮320是锥齿轮。选择第一锥齿轮310和第二锥齿轮320的传动比，使得第一锥齿轮310围绕第一轴线301的顺时针旋转45度使第二锥齿轮320围绕第二轴线302逆时针旋转90度。
49.第一轴线301相对于第二轴线302以非平行角定向。在替代性实施方案中，第一轴线301可相对于第二轴线302以约45度至135度范围内的角度定向，但是可以提供其它角度。在所展示的实施方案中，第一轴线301垂直302于第二轴线302。尽管被描述为插头105的45度旋转导致第二锥齿轮320旋转90度，但应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可采用其它旋转角度和传动比。
50.在图10至图12中，凸轮325不可见，因为该凸轮与致动器145一样安装在套筒319内。因此，图13和图14示出了具有套筒319的凸轮325，并且为清楚起见移除其它部件。第二锥齿轮320在联接器326处联接到凸轮325，使得第二锥齿轮320在第二方向304上围绕第二轴线302的旋转导致凸轮325在相同方向上旋转。如图14所示出的，凸轮325包括具有倾斜表面335的斜坡330，该倾斜表面被配置为接触集成电开关140的致动器145并且在方向“z”上上下操作致动器。凸轮325包括彼此径向布置成大约180度的两个斜坡330、331。每个斜坡330、331包括倾斜表面335、336。
51.因此，凸轮325围绕第二轴线302的旋转可操作致动器145以使电开关140通电和断电。例如，基于第一锥齿轮310、第二锥齿轮320和轴311，插头105在顺时针方向上(箭头303)旋转45度导致凸轮325在逆时针方向上(箭头304)旋转90度。斜坡330、331之一的倾斜表面335、336压下致动器145并且使电开关140通电。同样地，基于第一锥齿轮310、第二锥齿轮320和轴311，插头105在逆时针方向上(箭头306)旋转45度导致凸轮325在顺时针方向上(箭
头308)旋转90度。斜坡330、331之一的倾斜表面335、336压下致动器145并且使电开关140断电。
52.另外，互锁机构130与电开关140介接以防止插头105从插座110断开，除非插座110断电。因此，作为安全特征，具有集成电开关140的电插座110可在操作插头和插座组件100时减少用户误用或错误的可能性。
53.如图15和图16所展示的，弹簧313使轴311偏置到沿第一轴线301的预定轴向位置。对于定向，在图15和图16中，尽管图中未示出，但插座110的接收器部分113位于图的右手侧。因此，在图15中示出的位置中，弹簧313使轴311向右(朝向接收器部分113)偏置。在此位置中，轴311限定了突出部120(图5)，该突出部从接收器部分的面沿第一旋转轴线301延伸。如上所述，突出部120与插头105上的凹部115(图7)配合，使得当插头105旋转时，轴311旋转。轴311还联接到第一齿轮310并且使第一齿轮310在与插头105相同的旋转方向上围绕第一轴线301旋转。
54.如图15所展示的，轴311包括接片312，并且固定件305包括形成在固定件305的环形空腔上的阻挡构件314。当拉伸弹簧313使轴311偏置使得突出部120(图5)远离接收器部分113的表面向外延伸时，轴311上的接片312被定位成避免与阻挡构件314接触。因此，当使用具有合适的预定凹部115(图7)的插头105时，轴311能够围绕轴线301旋转，因为轴311的接片312避免与阻挡构件314接触，而是在通道316内旋转。因此，当使用合适的插头105并且轴311处于此位置时，插头105、轴311和机械部件310在插头105旋转时一起旋转。
55.图16展示了当使用劣质插头(没有凹部)时，劣质插头推动轴311并且沿第一轴线301压缩弹簧313。当轴311被劣质插头推动并且弹簧313被压缩时，阻挡构件314邻接接片312，该接片防止轴311围绕第一轴线301旋转。因此，当使用劣质插头并且轴311处于此位置时，插头105和轴311不能转动，因为接片312邻接阻挡构件314。因此，因为轴311不能转动，所以机械部件310不转动，并且由于机械部件310不转动，电开关140的通电不能改变。作为安全特征，任何将劣质插头连接到插座110的尝试都会导致组件暂时不能够使用。
56.图17至图18示出了转移机构150(图9)的另一个实施方案。转移机构150包括具有凸轮415的联接器410。联接器410能够旋转地安装在过渡件305上，并且根据插头105的旋转(箭头303或箭头306)围绕第一轴线301旋转。联接器410联接凸轮415并且使凸轮415围绕第一轴线301在与插头105相同的旋转方向上旋转。电开关140的致动器145能够在z方向上移动并且定位在引导此移动的盖420内。致动器145在远离电开关140的z方向上被偏置(例如，通过一个或多个弹簧，未示出)。盖420包括孔421，凸轮415延伸通过该孔以接触致动器145。
57.在图17中，凸轮415定位成接触致动器145并且使致动器145朝向电开关140移动，与致动器145的偏置力相反。当致动器145被压下时，电开关140的电触点打开并且电开关140断电。如图18所示出的，联接器410和凸轮415在相反方向(箭头306所示)围绕轴线301的旋转导致凸轮415旋转远离电开关140。随着凸轮415移开，弹簧的偏置力将致动器145推离电开关140。因此，电开关140的电触点闭合并且电开关140通电。在不脱离本公开的范围的情况下，相同的操作(例如，旋转)可反向，使得当致动器145被压下时电开关140通电，并且当致动器145打开时断电。
58.盖420包括当凸轮415处于图18所示位置时接合凸轮415的闩锁425。闩锁425可包括接合凸轮415上的凹部416以将凸轮415固持在位使得致动器145不会被无意地激活的柔
性指状物。在其它实施方案中，闩锁425可以是接合凸轮415的杆或其它突出部。
59.因此，转移机构150将插头105的预定操纵传递或转换成互锁机构130的预定移动，该互锁机构将预定移动转移或转换成控制集成电开关140的致动器145的操作。因此，本公开提供了插头和插座组件100，其包括插头105和插座110，该插头和插座具有可单独或组合提供的特征，以促进安全和有效的配电，同时实现已知的插头和插座组件无法获得的优点。
60.在不脱离本公开的范围的情况下，插头105和插座110可制造成各种形状和大小。进一步地，插头和插座组件100可用于期望配电的各种场所，包括工厂、商业建筑、工业设施和住宅应用。另外地，插头和插座组件100可在室内或室外采用，并且可被设置用于永久安装(例如，在建筑物中)或用于临时安装(例如，在建筑工地处)。除非另有说明，否则本公开的插头和插座组件100可与多种电子设备、电设备和机电设备一起使用，并且可包括多种电部件。示例电部件包括但不限于电线、电容器、电感器、变压器、减速器、放大器、保险丝、开关、连接器、检测器、传感器、换能器、谐振器、半导体、电缆、定时器、管、抑制器、端子。
61.插头105和插座110可由金属、塑料、聚合物或保护电部件免受各种外力、元件和接触的其它合适材料制成。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，壳体111可设置成各种形状(例如，矩形、立方形、多面体等)和大小(例如，小、中、大)。
62.在说明书或权利要求书中使用术语“包括(includes)”或“包括(including)”的程度上，其旨在以类似于术语“包括(comprising)”的方式为包括性的，如该术语在权利要求中被用作过渡词时进行解释的。此外，在使用术语“或”(例如，a或b)的程度上，其旨在表示“a或b或两者”。当申请人打算指示“仅a或b但不是两者”时，将采用术语“仅a或b但不是两者”。因此，术语“或”在本文中的使用是包括性的，而不是排他性的。参见bryan a.garner，a dictionary of modern legal usage 624(2d.ed.1995)(《现代法律用语词典624》(第2版，1995年)。此外，在说明书或权利要求书中使用术语“在
…
中”或“到
…
中”的程度上，其旨在另外表示“在
…
上”或“到
…
上”。此外，在说明书或权利要求书中使用术语“连接”的程度上，其旨在不仅表示“直接连接到”，而且还表示“间接地连接到”，诸如通过另一个或多个部件连接。
63.虽然已经通过本公开的实施方案的描述说明了本公开，并且虽然已经相当详细地描述了实施方案，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围制约或以任何方式限制于此类细节。本领域技术人员将易于想到附加优点和修改。因此，本公开在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性系统和方法、以及说明性示例。因此，在不脱离申请人的一般发明概念的精神或范围的情况下，可以偏离此类细节。