ШТЕПСЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2005 года по МПК H01R13/62 H01R13/187 

Изобретение относится к электротехнике и электронике и может применяться как для подключения электропитания электрических и электронных устройств, так и для коммутации электрических и электронных схем, требующих при эксплуатации возможности легкого разъединения или соединения контактов.

Наиболее широкая область применения изобретения - штепсельные соединения жилых и промышленных помещений, состоящие из вилки с контактными штырями и розетки с контактными гнездами. Гнездо или штырь делают из упругого электропроводящего материала такой формы, чтобы при соединении контактов происходила упругая деформация этого элемента, обеспечивающая необходимое для хорошего контакта сжатие. Поэтому для соединения или разъединения штепсельного соединения надо прикладывать усилие. Причем усилия при соединении и разъединении штепсельной вилки с розеткой действуют в противоположных направлениях и часто расшатывают или ломают элементы крепления штепсельного соединения. В результате при извлечении вилки из штепсельной розетки сама розетка вытаскивается из места ее заделки. Это делает штепсельные разъемы очень опасными в пожарном отношении и в отношении поражения электрическим током. Вилка удерживается в розетке только за счет силы трения между контактами. Поэтому часто, когда вилка вставлена не до конца или кто-то задевает за шнур вилки, происходит разъединение контактов.

Применение импортных бытовых приборов, имеющих штепсельные вилки с большей, чем у отечественных толщиной контактных штырей, потребовало от штепсельных соединений универсальности. Современные штепсельные розетки позволяют вставлять в них штепсельные вилки разной толщины. Контактные гнезда штепсельных розеток слишком свободны для штепсельных вилок отечественного стандарта и слишком узкие для штепсельных вилок импортных приборов. Это снижает надежность, безопасность и долговечность штепсельных разъемов.

Для обеспечения более надежного электрического контакта и более надежной фиксации штепсельного соединения применяются дополнительные элементы конструкции, прижимающие контакты друг к другу, или соединяющие корпуса контактов друг с другом. Причем прижим осуществляется дополнительными операциями (свинчивание корпусов контактов, сдвиг или поворот прижимающих элементов и т.д.). Перед разъединением контактов также необходимо осуществить операцию освобождения от прижима контактов или отсоединения корпусов.

Известен способ электрического контактирования силового электрооборудования (RU 2121739 С1, 26.03.93 г., H 01 R 13/193) с помощью цангового зажима. Контактное гнездо выполнено в виде цанги, которая зажимает контактный стержень усилием упора, прижимаемым к головке цанги электрическим приводом, и удерживается в зажатом состоянии собственным весом электрической шины с контактным гнездом, действующим на упор. Для разъединения контактов приподнимается контактное гнездо и опускается упор.

Известен также штепсельный разъем (RU 1737583 А1, 16.08.90 г., H 01 R 13/11), выбранный за прототип, содержащий вилку с консолями и контактами и охваченную подвижной рамкой розетку. Контакты вилки входят почти без трения в контакты розетки, а консоли вилки входят в специальные отверстия в розетке и освобождают подвижную рамку от фиксаторов для движения в направлении вилки. При перемещении рамка специальными выступами, которые исполняют роль упоров, сжимает вокруг контактов вилки подпружиненные контакты гнезд розетки. Перед вытаскиванием вилки подвижную рамку сдвигают обратно. При извлечении вилки фиксаторы закрепляют рамку в нижнем положении. В данной конструкции для прижима и освобождения контактов нужна дополнительная операция - перемещение подвижной рамки. Положение рамки устанавливается пользователем вручную, и всегда есть опасность заклинивания устройства, если рамка будет перемещена не до конца. Наличие консолей на вилке и отверстий под них на розетке позволяет использовать штепсельный разъем только в паре, что лишает устройство универсальности. Прижимающие выступы могут в результате износа или люфта подвижной рамки перестать прижимать контакты друг к другу.

Целью данного изобретения является обеспечение совокупности технических эффектов: надежного контакта для контактных штырей или пластин разной толщины, облегчение процесса соединения и разъединения контактов при обеспечении надежности соединения, повышение электрической и пожарной безопасности.

Поставленная цель достигается тем, что контактные гнезда, выполненные в виде U-образных, с фигурными выступами, или цанговых зажимов с упорами под фигурные выступы U-образных зажимов или под головки цанговых зажимов, имеют на упорах каждого контактного гнезда пружины для создания усилий прижима контактов, ползун для перемещения упоров от входного отверстия контактного гнезда приводится в движение рычагом, который удерживается в отведенном от входного отверстия контактного гнезда состоянии фиксатором, имеется кнопка спуска фиксатора, выступающая из плоскости корпуса контактного гнезда в районе входа контактного штыря и способная открыть фиксатор от нажатия корпусом контактных штырей, при помещении их в контактные гнезда; имеется рычаг выталкивания блока контактных штырей под действием рычага для перемещения ползуна от входного отверстия контактного гнезда; имеется предохранительная пружина с фиксатором, для нажатия на рычаг перемещения ползуна от входного отверстия контактного гнезда, имеется датчик тока с устройством открытия фиксатора предохранительной пружины при срабатывании датчика на превышение допустимого тока.

На фиг.1 показано штепсельное электрическое разъемное соединение в разомкнутом состоянии, вид спереди и на фиг.2 вид сбоку в разрезе.

На фиг.3 - штепсельное электрическое разъемное соединение в соединенном состоянии, вид сбоку.

На фиг.4 - штепсельное электрическое разъемное соединение в момент выталкивания штепсельной вилки из розетки.

На фиг.5 - штепсельное электрическое разъемное соединение с использованием датчика тока с устройством размыкания в соединенном состоянии.

На фиг.6 - штепсельное электрическое разъемное соединение с использованием датчика тока с устройством размыкания в момент срабатывания датчика.

Штепсельное соединение работает следующим образом. В разомкнутом состоянии (фиг.1, 2) рычаг 1 закреплен в нижнем положении фиксатором 2. Рычаг 1 удерживает ползун 3, в который упирается под действием пружины 4 используемая в качестве упора головки цанги конусная шайба 5. При помещении штепсельной вилки 6 в штепсельную розетку 7 (фиг.3) контактный штырь 8 входит в выполненное в виде цанги контактное гнездо 9. В конце движения вилка 6 своей фронтальной плоскостью 10 нажимает на кнопку 11 фиксатора 2, освобождая рычаг 1. Под действием пружины 4 конусная шайба 5 перемещается вверх и нажимает на головку цанги 12 контактного гнезда. Одновременно она перемещает вверх по направляющим 13 ползун 3, который поворачивает вверх рычаг 1. Усилием пружины 4 конусная шайба 5 зажимает в контактном гнезде 9 контактный штырь 8 (для лучшей фиксации контактный штырь 8 может быть выполнен в виде усеченного конуса с основанием на конце штыря). Для извлечения штепсельной вилки 6 из штепсельной розетки 7 (фиг.4) следует нажать на рычаг 1. При повороте рычаг 1 перемещает ползун 3 вместе с конусной шайбой 5, сжимая пружину 4. При этом контактный штырь 8 вилки 6 освобождается. После прохождения фиксатора 2 рычаг 1 продолжает опускаться и нажимает рычаг выталкивателя вилки 14, который перемещает вилку 6 из штепсельной розетки 7.

Таким образом, в предложенном штепсельном соединении легко, одним движением, без усилия производится соединение и фиксация электрических контактов, с обеспечением необходимого прижима между ними, даже при изменении толщины контактных штырей; одним нажатием на рычаг производится разъединение электрических контактов и извлечение контактного штыря из контактного гнезда. Повышение электрической и пожарной безопасности обеспечивается надежным контактом при использовании контактных штырей разной толщины. Усилие прижима между контактами в каждом контактном гнезде определяется упругостью пружины этого гнезда и не зависит от износа подвижных деталей штепсельной розетки.

Предложенная конструкция при небольшом усовершенствовании позволяет одновременно использовать штепсельное соединение как автомат защиты по току. На фиг.5 показано штепсельное электрическое разъемное соединение с защитой по току в замкнутом состоянии. Имеется дополнительно пружина 15 с фиксатором 16 и устройством открытия фиксатора 17, установленным на биметаллическом термодатчике 18, измеряющем температуру подсоединенного к контактному гнезду 9 проводника. При превышении допустимого тока биметаллический термодатчик 18 (фиг.6) через устройство открытия фиксатора 17 освобождает пружину 15, которая нажимает на рычаг 1. При движении рычага 1 вниз происходит разъединение штепсельного соединения, как описано выше, для случая нажатия на рычаг 1 рукой. Привести штепсельное соединение в рабочее состояние можно, сжав пружину 15 до срабатывания фиксатора 17.

Используя штепсельное соединение с защитой по току в пожароопасных местах, для энергоемкого оборудования (например, для стиральных машин в бытовых помещениях) можно существенно повысить пожарную и электрическую безопасность помещения. Ток срабатывания защиты может быть значительно меньше, чем на автоматах, защищающих всю электросеть помещения, что тоже повышает безопасность эксплуатации штепсельного соединения. Сочетание надежного контакта, надежной фиксации соединения, легкости соединения и разъединения контактов, электрическая и пожарная безопасность предложенного устройства позволяют использовать изобретение во многих областях электротехники и электроники, где раньше из-за различий требований приходилось применять разные конструкции соединений. Например, повышение качества контакта приводило к усложнению процесса соединения или разъединения.

Изобретение может применяться для подключения электропитания или коммутации электрических и электронных устройств, так и для коммутации электрических и электронных схем. Технический результат - обеспечение надежного контакта для контактных штырей или пластин разной толщины, облегчение процесса соединения и разъединения контактов при обеспечении надежности соединения, повышение электрической и пожарной безопасности. Контактные гнезда штепсельного соединения, выполненные в виде U-образных, с фигурными выступами, или цанговых зажимов, имеют упоры под фигурные выступы U-образных зажимов или под головки 12 цанговых зажимов. На упорах каждого контактного гнезда имеются пружины для создания усилий прижима контактов. Ползун для перемещения упоров от входного отверстия контактного гнезда приводится в движение рычагом, который удерживается фиксатором. Кнопка спуска фиксатора выступает из плоскости корпуса контактного гнезда в районе входа контактного штыря. Соединение контактов происходит в момент полного погружения контактных стержней в контактные гнезда от нажатия передней стенки корпуса блока контактных стержней на кнопку спуска фиксатора. Разъединение контактов происходит от нажатия на рычаг перемещения ползуна. Предлагается также использовать рычаг, который под действием рычага для перемещения ползуна от входного отверстия контактного гнезда выталкивает блок контактных штырей. С добавлением предохранительной пружины и датчика тока штепсельное соединение позволяет защищать электросеть от перегрузки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Штепсельное соединение, содержащее контактные штыри или пластины, контактные гнезда, выполненные в виде U-образных с фигурными выступами или цанговых зажимов с упорами под фигурные выступы U-образных зажимов или головки цанговых зажимов, ползун для перемещения упоров вдоль контактных гнезд, отличающееся тем, что, с целью обеспечения надежного контакта для контактных штырей или пластин разной толщины, облегчения соединения и разъединения контактов, повышения надежности соединения, повышения электрической и пожарной безопасности, на упорах каждого контактного гнезда имеются пружины для создания усилий прижима контактов, имеется рычаг для перемещения ползуна от входного отверстия контактного гнезда, имеется фиксатор, способный удерживать рычаг в отведенном от входного отверстия контактного гнезда состоянии, имеется кнопка спуска фиксатора, выступающая из плоскости корпуса контактного гнезда в районе входа контактного штыря и способная открыть фиксатор от нажатия корпусом контактных штырей при помещении их в контактные гнезда.2. Штепсельное соединение по п.1, отличающееся тем, что, с целью облегчения извлечения контактных штырей из контактных гнезд, имеется рычаг, способный вытолкнуть блок контактных штырей под действием рычага для перемещения ползуна от входного отверстия контактного гнезда.3. Штепсельное соединение по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения электрической и пожарной безопасности, имеется предохранительная пружина с фиксатором для нажатия на рычаг для перемещения ползуна от входного отверстия контактного гнезда, имеется датчик тока с устройством открытия фиксатора предохранительной пружины.