电连接器制造技术

一种连接器元件包括由一种通常非磁性材料制成的一个外壳(428)，所述外壳具有一个开口面；具有一个板孔(436)的一个绝缘板(430)；放置在所述外壳内的一个永磁体(410)，所述永磁体(410)具有的尺寸防止其通过该板孔(436)离开该外壳(428)；由一种导电软铁磁材料制成的一个垫圈，一个垫圈孔大于所述永磁体(410)的尺寸，所述垫圈放置在所述外壳内。还披露了一种使用自致动式连接器元件构建的可变换电子设备、玩具和教育套件，所述可变换电子设备可选地包括显示器。

Electrical connector

A connector element includes a housing (428) made of a normally non-magnetic material, which has an open surface, an insulating plate (430) with a plate hole (436), a permanent magnet (410) placed in the housing, the size of which prevents the permanent magnet (410) from leaving the housing (428) through the plate hole (436), and an insulating plate (430) with a conductive soft ferromagnetic material. A gasket, a gasket hole larger than the size of the permanent magnet (410), the gasket is placed in the housing. A convertible electronic device, toy and education kit constructed using a self-actuating connector element is also disclosed, which optionally includes a display.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电连接器相关申请的交叉引用本申请要求PCT第8节下的以下事项的优先权：2016年10月20日提交的美利坚合众国临时申请62410786和2017年2月23日提交的美利坚合众国临时申请62462715；这些申请的披露内容通过援引以其全文并入本文以用于所有目的。本披露涉及一种自致动式电连接器、由此类连接器实现的可变换电子设备和玩具套件。
技术介绍
自致动式连接器能够方便地在需要使机械零部件频繁机械接合和脱离接合的设备中在需要时形成或断开支持电力或信号传输的电路。这类应用的一些实例包括但不限于可变换电子设备、扭转魔方和具有电子功能的其他玩具、以及用于移动或可移动电子设备的对接站。特别感兴趣的是连接器使两个与平面表面接触的结构元件接合，从而实现电气连通。在更一般的情况下，电连接元件附近的结构元件的相邻表面可以是基本上平坦的，而整体具有更复杂的形状。使可变换电子设备的元件电连接的常用方式是使用弹簧加载的机械销。一些已知的接近致动式机械连接器包括可旋转地安装在支架上的两个圆柱形磁体，第一圆柱体旋转对称轴线平行于第二圆柱体旋转对称轴线。这些磁体具有可交替地定位布置在相应圆柱体的外表面上的北极和南极。允许圆柱形磁体围绕圆柱体的轴线自由旋转。当使这些磁体接近时，它们通过旋转进行致动以接合到其中第一磁体的北极紧邻第二磁体的南极的位置上。在这种配置中，允许磁矩相对于由接触表面限定的平面自定向旋转；在这种情况下，旋转被限制在与接触平面垂直的平面上和圆柱体的轴线上。已经使用磁致动凹入触点来连接比如平板电脑、智能电话、膝上型计算机等电子设备的充电端口。这种电气的典型配置包括浮动触点，该浮动触点具有由导电材料形成的外部部分、包括磁体的内部部分、以及包括柔性附接特征的柔性电路。柔性附接特征电联接至浮动触点并且被配置为适应浮动触点在接合位置与脱离接合位置之间的移动。磁体的取向是固定的，其磁矩与其允许的平移机械运动的方向永久地共同定向。当接近具有其自身磁体的电子设备时，连接器被致动并通过滑动接合成连接好(接合位置)。当通过施加外力(典型地是手动地)断开连接时，内置在连接器中的机械弹簧作用元件使磁体返回到脱离接合位置。已经使用了磁致动式电连接器，其包括响应于外部施加的磁场而移动的可移动磁性元件。在一些实施例中，电连接器包括凹入的触点，其响应于与电子设备相关联的外部施加的磁场而从凹入位置移动到接合位置，连接器被设计为联接至电子设备。在一些实施例中，外部磁场具有特定的极性模式，该极性模式被配置为将与匹配的极性模式相关联的触点从凹入位置拉出。在这类设备中，可移动磁性元件连接至弹簧作用机械元件，当由磁力致动时，其类似于“弹簧针”动作。仅允许磁性元件沿垂直于接触表面的轴线移动；虽然可以允许磁性元件围绕其磁轴旋转，但是磁轴的方向被预设为垂直于接触表面，并且不允许磁性元件的磁轴旋转。这类连接器缺乏无性导电性和磁极性不变性，并且需要额外的机械特征以确保正确连接。在替代性配置中，连接器部件包括磁极，其具有垂直于与连接表面垂直的中心轴线并且可围绕其旋转的磁矩。因此，磁矩被限制在与连接表面平行的平面中。当使两个相同的连接部件接近时，通过相应的磁体围绕轴线旋转以使其在相反的方向对准并将连接表面锁定到导电通路中而使这两个磁性元件自致动。此外，已经披露了磁性致动式电连接器，其包括连接器部件，其中允许磁轴在与接触平面平行的平面中旋转。当使两个相同的磁性元件接近时，通过将其旋转到各个连接器部件的磁极接近连接器部件的相应的极性相反的磁极的位置而使这两个磁性元件致动。一旦接近致动，所对准的磁体提供用于稳定电连接的导电通路。表1表1对本披露和现有解决方案的相关应用重要的一些功能进行了比较。无性连通被理解为将各连接器零件连接到任何其他连接器零件的能力，并且具体的每一对中使用的零件是相同的，而不区分公连接器与母连接器。无论平行表面的初始取向如何，初始取向不变性都能够使接近的表面接合；其中无论提供致动的磁体的初始相互取向如何，连接器零件都被吸引并形成可靠的接触。连接平面表面允许其平移或旋转的相对运动的可能性，包括但不限于转台、转子轮或魔方的旋转元件。可变换电子设备、扭转魔方和其他类似应用要求相邻表面相对于彼此平移或旋转地移动，包括但不限于转台、转子轮或魔方的旋转元件。通过使平面表面结合在一起来连接电气路径的常见任务当通过两步程序实现时变得更加实用和方便，其中，平面表面首先接合，然后交互地手动调节它们的相对位置，直到磁体接合并接近致动电连接。在不使用弹簧或其他弹性材料的情况下，接触元件提供了类似弹簧作用，抵抗一定限度的外力将连接平面表面拉开；连接器视觉和触觉非显着性：玩具、魔方或电子设备的使用者通常不需要记住连接，也不需要关心连接器之间的精确对准，甚至不必考虑或知道所述连接器的存在；形成可靠的连接，而无需保持连接平面表面彻底清洁或完整，耐大量刮擦、碎裂和适度的表面污染；设计包括有限数量的零部件，是机械上稳健的，不易于破碎成尖锐的、小的、可吸入的或可吞咽的零件，没有尖锐的边缘或复杂的几何形状。
技术实现思路
本披露提供一种连接器元件，该连接器元件包括由通常非磁性的材料制成的外壳，该外壳具有开口面；具有板孔的绝缘板；放置在该外壳内的永磁体，该永磁体具有防止穿过该板孔从该外壳出去的尺寸；由导电软铁磁材料制成的垫圈，垫圈孔大于所述永磁体的尺寸，该垫圈放置在该外壳内。还披露了一种使用自致动式连接器元件构建的可变换电子设备、玩具和教育套件，该可变换电子设备可选地包括显示器。附图说明图1A和图1B示出了在没有外力的情况下相互作用的磁体和垫圈。图2A至图2C示出了当施加和移除外力时永磁体与垫圈相互作用的弹簧作用。图3A至图3D示出了连接器元件的简化配置。图4A至图4D示出了连接器元件的优选配置。图5A和图5B示出了在所披露的连接元件中所允许的磁体旋转的自由度。图6A示出了小立方体。图6B示出了包括功能性小立方体的变形电子设备。图7A和图7B示出了变形电子显示设备。图8A和图8B示出了变形电子显示设备，其中交互控制的内容显示在子显示器上。图9示出了具有多个磁性球接头的变形电子设备。具体实施方式图1A至图1D展示了与构建稳定的极性无关的连接器相关的磁体-垫圈相互作用的动态效应。小的球形永磁体与由软铁磁体磁性材料制成的盘形垫圈相互作用显示出特殊的动态效应，我们将其应用于开发由此披露的电连接器。在图1A和图1B所示的本披露的一个方面，磁体110具有北极N和南极S，其中磁轴112示出为连接它们的箭头。钢垫圈114具有孔116和对称平面118。当磁体接近垫圈孔时，倾向于其自身如图1C和图1D所示的进行定位，其直径120通过施加到垫圈内侧壁122的吸力而对准垫圈对称平面118。在一个实例中，我们用直径约6毫米的球形钕磁体110进行实验，平的盘形垫圈112由通用磁性钢制成，外径为11毫米，孔116的直径为6.5毫米。我们尝试的垫圈厚度为1.5毫米和2毫米，并观察到性能没有变化。在另一个实例中，我们用直径为约3毫米的钕磁体110，孔径为3.0毫米和3.5毫米的垫圈112进行实验，并观察到基本相同的结果。按一般规则，建议选择超过球形磁体直径约10％-15％的孔径。在又一个实例中，磁体可以是非球形形状或/和垫圈可以不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变换电子显示设备，其特征在于：包括：一个球接头，所述球接头提供一个数据和配电总线；多个小立方体，所述多个小立方体中的每一个小立方体包括紧邻所述球接头的一个核心顶点，所述核心顶点被截去顶端以形成与所述球接头的一个电气连接；至少一个显示屏，所述至少一个显示屏形成覆盖所述可变换电子显示设备的多个显示屏，以用于显示预编程图像；与所述多个显示屏通信的至少一个微处理器，所述至少一个微处理器包含在所述多个小立方体中的至少一个小立方体内，并且被编程为控制图像在所述多个显示屏上的显示，一个连接装置，所述连接装置用于维持所述至少一个微处理器与所述多个显示屏之间的所述通信以提供所述图像在所述多个显示屏上的显示，所述连接装置包括多个连接器元件，所述多个连接器元件中的每一个连接器元件包括由一种通常非磁性的材料制成的一个外壳，所述外壳具有一个开口面；包括一个板孔的一个绝缘板，所述板孔为圆形，所述绝缘板附接至所述外壳的开口面；放置在所述外壳内的一个永磁体，所述永磁体为球形，并且所具有的直径大于所述板孔的直径；由一种导电软铁磁材料制成的一个垫圈，所述垫圈包括一个圆形的垫圈孔，所述垫圈孔的直径大于所述永磁体的直径，所述垫圈在所述外壳内靠近所述绝缘板放置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.20 US 62/410,786;2017.02.23 US 62/462,7151.一种可变换电子显示设备，其特征在于：包括：一个球接头，所述球接头提供一个数据和配电总线；多个小立方体，所述多个小立方体中的每一个小立方体包括紧邻所述球接头的一个核心顶点，所述核心顶点被截去顶端以形成与所述球接头的一个电气连接；至少一个显示屏，所述至少一个显示屏形成覆盖所述可变换电子显示设备的多个显示屏，以用于显示预编程图像；与所述多个显示屏通信的至少一个微处理器，所述至少一个微处理器包含在所述多个小立方体中的至少一个小立方体内，并且被编程为控制图像在所述多个显示屏上的显示，一个连接装置，所述连接装置用于维持所述至少一个微处理器与所述多个显示屏之间的所述通信以提供所述图像在所述多个显示屏上的显示，所述连接装置包括多个连接器元件，所述多个连接器元件中的每一个连接器元件包括由一种通常非磁性的材料制成的一个外壳，所述外壳具有一个开口面；包括一个板孔的一个绝缘板，所述板孔为圆形，所述绝缘板附接至所述外壳的开口面；放置在所述外壳内的一个永磁体，所述永磁体为球形，并且所具有的直径大于所述板孔的直径；由一种导电软铁磁材料制成的一个垫圈，所述垫圈包括一个圆形的垫圈孔，所述垫圈孔的直径大于所述永磁体的直径，所述垫圈在所述外壳内靠近所述绝缘板放置。2.一种可变换电子设备、教育或玩具构造套件，其特征在于：包括：一个球接头，所述球接头提供数据和配电总线；多个小立方体，所述多个小立方体中的每一个小立方体包括紧邻所述球接头的一个核心顶点，所述核心顶点被截去顶端以形成与所述球接头的一个电气连接；至少一个显示屏，所述至少一个显示屏形成覆盖所述可变换电子显示设备的多个显示屏，以用于显示预编程图像；至少一个微处理器，所述至少一个微处理器与包含在所述多个小立方体中的至少一个小立方体内的多个电子部件通信，所述至少一个微处理器包含在所述多个小立方体中的至少一个小立方体内；一个连接装置，所述连接装置用于维持所述至少一个微处理器与所述多个电子部件之间的所述通信，包括多个连接器元件，所述多个连接器元件中的每一个连接器元件包括由一种通常非磁性的材料制成的一个外壳，所述外壳具有一个开口面；包括一个板孔的一个绝缘板，所述板孔为圆形，所述绝缘板附接至所述外壳的开口面；放置在所述外壳内的一个永磁体，所述永磁体为球形，并且所具有的直径大于所述板孔的直径；由一种导电软铁磁材料制成的一个垫圈，所述垫圈包括一个圆形的垫圈孔，所述垫圈孔的直径大于所述永磁体的直径，所述垫圈在所述外壳内靠近所述绝缘板放置。3.一种连接器元件，其特征在于：包括：由一种通常非磁性的材料制成的一个外壳，所述外壳具有一个开口面；包括一个板孔的一个绝缘板；放置在所述外壳内的一个永磁体，所述永磁体具有的尺寸防止其通过所述板孔离开所述外壳；由一种导电软铁磁材料制成的一个垫圈，所述垫圈包括一个垫圈孔，所述垫圈孔大于所述永磁体的尺寸，所述垫圈在所述外壳内靠近所述绝缘板放置。4.如权利要求3所述的连接器元件，其特征在于：所述板孔为圆形；所述永磁体为球形，并且具有大于所述板孔的直径；所述垫圈孔为圆形，所述垫圈孔的直径大于所述永磁体的直径。5.一种可变换电子显示设备，其特征在于：包括：一个球接头，所述球接头提供一个数据和配电总线；多个小立方体，所述多个小立方体中的每一个小立方体包括紧邻所述球接头的一个核心顶点，所述核心顶点被截去顶端以形成与所述球接头的一个电气连接；至少一个显示屏，所述至少一个显示屏形成覆盖所述可变换电子显示设备的多个显示屏，以用于显示预编程图像；与所述多个显示屏通信的至少一个微处理器，所述微处理器被编程为控制图像在所述多个显示屏上的显示，一个连接装置，所述连接装置用于维持所述至少一个微处理器与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊利亚·奥西波夫，
申请(专利权)人：伊利亚·奥西波夫，
类型：发明
国别省市：美国,US