УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К КОМПЬЮТЕРУ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2008 года по МПК H01R13/64 

Заявляемое изобретение относится к области компьютерных технологий, а более конкретно - к конструкции разъема типа USB, и может применяться для обеспечения надежного подключения к компьютеру различных внешних устройств.

В настоящее время практически каждый настольный или портативный компьютер снабжается, по меньшей мере, одним USB разъемом (портом), который используется для подключения внешних, так называемых периферийных, устройств. Приемная часть стандартного USB разъема, как правило, размещается в гнезде корпуса компьютера, а ответная часть, иногда называемая «штекер», размещается на конце соединительного кабеля или на корпусе периферического устройства (Фиг.8). Различные конструкции USB разъемов, направленные на удобство и надежность соединения с компьютером периферических устройств, таких как принтеры, сканнеры, внешние накопители, цифровые фотоаппараты, телефоны, описаны в ряде опубликованных патентных документах: US 6058441 [1]; US 6364708 [2]; US 6671814 [3]; US 6792487 [4]; US 6902428 [5]; US 6902432 [6]; RU 2205484 [7].

Следует отметить, что некоторые периферические устройства особенно требовательны к надежности соединения с компьютером во время текущей операции, как, например, внешние накопители в виде флеш-карт, цифровых фотокамер и т.п. во время обмена данными с процессором. Несмотря на то, что подключение периферического устройства к компьютеру через USB порт максимально упрощено, поскольку используется процедура "plug-and-play", требующая лишь механического соединения разъема, для отключения внешних устройств приходится применять специальную процедуру во избежание некорректного прерывания текущего обмена данными и нежелательной потери важной информации. В настоящее время о необходимости выполнять определенные операции при извлечении USB разъема оповещает пользователя особая программа, выводящая на экран монитора текстовую инструкцию. Однако такое оповещение выдается только в ответ на специальный запрос пользователя. Если монитор выключен или вообще отсутствует, пользователь не сможет получить такой инструкции. Некоторые операционные системы и прикладные программы изначально не способны выдавать инструкции, касающиеся безопасности отключения периферийных устройств, использующих USB разъем. С появлением портативных компьютеров и широким распространением компактных периферических устройств типа мобильных телефонов или внешних накопителей все более серьезной проблемой стала и надежность механического соединения в условиях динамического окружения. Например, тряска в поезде или автомобиле может прервать сеанс обмена данными через USB порт и привести к безвозвратной утрате важных данных. Вышеуказанные аналоги [1]-[7] предлагают, в основном, либо чисто программные, либо чисто механические усовершенствования разъемов, не решая проблему в комплексе. Наиболее близким решением является изобретение, описанное в патенте РФ №2040837 [8]. Конструкция [8] представляет собой так называемый электрический соединитель, состоящий из розетки и вилки, при этом розетка собрана из основания и корпуса с перегородками, образующими полости, подпружиненного коромысла, закрепленного на оси с возможностью поворота, и токоподводящих гнезд, жестко закрепленных на коромысле, кроме того, имеется толкатель, выполненный в виде рабочей пружины, установленной в одной из полостей корпуса розетки, фиксатор, выполненный в виде зуба со срезом, установленного на оси с возможностью поворота и подпружиненного спускового рычага, жестко соединенного с зубом, а вилка состоит из корпуса и штырей. Механизм автоматического расчленения выполнен в виде биметаллической скобы, одним концом жестко закрепленной на корпусе розетки, а другим - контактирующей со спусковым рычагом. Введение в розетку подпружиненного коромысла, установленного на оси с возможностью поворота, на одной стороне которого закреплены токоподводящие гнезда, контактирующие со штырями вилки, а другой своей стороной контактирующее с корпусом вилки, дает возможность повысить электробезопасность электрического соединителя, так как при расчлененном соединителе доступ к находящимся под напряжением токоподводящим гнездам розетки значительно затруднен. Хотя это изобретение не относится непосредственно к конструкции USB разъема и не может ввиду своей громоздкости использоваться в компьютерных технологиях, однако идеи, заложенные в конструкции этого, так называемого электрического, соединителя, могут найти применение и в современных USB разъемах при соответствующей адаптации.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании такой конструкции приемной части USB разъема, которая обеспечивала бы надежный механизм предотвращения как самопроизвольного выпадения штекера, так и недопустимых действий пользователя в период передачи данных через разъем. При этом весьма желательно, чтобы новая конструкция приемной части USB разъема была совместима с используемыми в настоящее время штекерами USB.

Технический результат достигается за счет разработки конструкции дополнительного подвижного контейнера-переходника, находящегося в гнезде, где обычно размещается приемная часть USB разъема, вместе с USB штекером, при этом обеспечивается надежная механическая фиксация штекера в приемной части и появляется возможность программного управления фиксирующими элементами, чтобы исключить возможность несвоевременного разрыва контакта неосторожным пользователем, а также чтобы автоматически информировать пользователя о завершении операций по передаче данных между компьютером и периферийным устройством. В технике такие приспособления обычно называют «защитой от дурака» (fool proof).

Существо заявляемого изобретения заключается в усовершенствовании приемной части USB разъема путем установки в гнезде корпуса компьютера или иного устройства, в котором обычно размещается приемная часть USB разъема, дополнительных элементов в виде контейнера-переходника, внутри которого установлена стандартная приемная часть USB разъема, т.е. собственно приемная часть разъема USB, на одной из сторон контейнера-переходника закреплена упругая металлическая пластина-фиксатор, предпочтительно, Г-образной формы, при этом гнездо снабжается также управляемым электромагнитом, в цепь которого помещен электрический прерыватель, причем пластина-фиксатор выполнена с возможностью перехода в фиксирующее положение при включенном электромагните, одна из двух дополнительных пружин, размещенных в гнезде, установлена с возможностью выталкивания контейнера из гнезда при отключенном электромагните, а вторая пружина установлена с возможностью обеспечения ограниченной продольной подвижности контейнера-переходника при включенном электромагните, а на другой стороне контейнера-переходника закреплена упругая пластина-фиксатор, предпочтительно Т-образной формы, при этом пластина-фиксатор способна отклоняться в обе стороны от положения равновесия, попадая в одно из двух специальных углублений в гнезде корпуса, либо в выемку, имеющуюся в стандартном USB штекере.

Далее существо изобретения поясняется с привлечением графических материалов.

На Фиг.1 приведено изображение заявляемой усовершенствованной приемной части разъема USB до введения штекера USB, где отдельные элементы обозначены как: 1 - штекер USB, 2 - гнездо устройства, 3 - подвижный контейнер-переходник, 4 - фиксирующие выемки, имеющиеся в стандартном разъеме USB, 5 - упругая Т-образная пластина-фиксатор, 6 - фиксирующая пружина, имеющаяся в стандартном разъеме USB, 7 - выталкивающая пружина, 8 - ограничительная пружина, 9 - упругая металлическая пластина-фиксатор Г-образной формы, 10 - электрический прерыватель цепи управляемого электромагнита, 11 - управляемый электромагнит.

На Фиг.2 показана стадия начала введения штекера 1 USB и смещения подвижного контейнера-переходника 3 вглубь гнезда 2.

На Фиг.3 изображена стадия достижения подвижным контейнером-переходником 3 конечного положения до введения штекера 1 USB.

На Фиг.4 показано введение штекера 1 USB в подвижный контейнер-переходник 3, находящийся в конечном положении.

На Фиг.5 показана стадия, когда подвижный контейнер-переходник 3 находится в конечном положении, штекер 1 USB вставлен, соединение установлено, подвижный контейнер-переходник 3 не может быть вынут из-за упругой металлической пластины-фиксатора 9, приведенной в фиксирующее положение включенным электромагнитом 11.

На Фиг.6 показано, как после введения штекера 1 USB пользователь прекращает давить на штекер, при этом контейнер-переходник 3 под воздействием двух дополнительных пружин 7 и 8 перемещается в устойчивую позицию.

На Фиг.7 пользователь пытается извлечь штекер 1 USB, однако, полностью сжатая ограничительная пружина 8 препятствует этому.

По существу, конструкция стандартного USB разъема остается неизменной, т.е. конструкция штекера сохраняется в прежнем виде, ответная (часто упоминаемая как «приемная») часть, соприкасающаяся непосредственно со штекером, тоже не претерпевает существенных изменений. Новыми являются элементы, соединяющие эту приемную часть с корпусом материнского устройства. Вместо закрепления приемной части в гнезде корпуса заявляемое изобретение предлагает установить приемную часть в контейнере-переходнике, который обладает ограниченной подвижностью в продольном направлении в гнезде корпуса. При этом гнездо оборудуется некоторыми дополнительными элементами, взаимодействующими с элементами контейнера, что позволяет заблокировать штекер от несвоевременного извлечения, например, в процессе передачи информации через USB порт, а также автоматически, например, за счет возможностей операционной системы, выдвигать или выщелкивать контейнер со штекером при завершении операций, информируя, таким образом, пользователя о том, что штекер можно безопасно извлечь.

Из приведенных иллюстраций виден принцип работы усовершенствованного разъема. На Фиг.1 показана ситуация, когда штекер не введен в приемную часть. Первая пружина 7, работающая на выталкивание, заставляет контейнер 3 занять крайнее, т.е. ближайшее к выходному отверстию положение. Целесообразно выполнить контейнер 3 таким образом, чтобы часть его выдавалась из выходного отверстия, сигнализируя, таким образом, что разъем свободен для подключения.

При начальной стадии введения штекера 1 (см. Фиг.2) сопротивление пружинящих фиксаторов стандартной приемной части 5 не позволяет штекеру сразу войти в приемную часть. Усилие, прилагаемое пользователем, заставляет контейнер 3 задвигаться в глубь гнезда 2, сжимая пружину 7, и только после достижения контейнером 3 конечного положения (см. Фиг.3) штекер 1 преодолеет сопротивление и войдет в приемную часть. При этом контейнер 3 в крайнем положении (см. Фиг.4) приводит в действие электрический прерыватель 10, который сигнализирует операционной системе о том, что штекер полностью вставлен в разъем. Операционная система (или иная управляющая электронная схема) включает электромагнит 11, если необходимо провести непрерывный сеанс обмена информацией с USB устройством. Электромагнит 11 притягивает к себе упругую металлическую пластину 9, являющуюся частью контейнера 3 (см. Фиг.5), приводя ее в положение фиксатора, упирающегося во вторую дополнительную пружину 8. Предполагается, что на этом этапе пользователь перестает давить на штекер 1, вследствие чего штекер 1, зафиксированный в контейнере 3 существующими пружинящими фиксаторами и углублениями 4, вместе с контейнером под воздействием двух разнонаправленных пружин занимает некое «среднее» положение (см. Фиг.6). В этом положении осуществляются все операции по передаче данных через разъем USB. Следует заметить, что электрический контакт 10 в этом случае отсается постоянно замкнутым.

По окончании операций по передаче данных операционная система или установленная на устройстве прикладная программа посылает сигнал об отключении электромагнита 11, благодаря чему упругая металлическая пластина 9 занимает свое исходное положение, прижимаясь к контейнеру 3 и прекращая выполнять роль фиксатора. Под действием пружины 7 контейнер 3 вместе со штекером 1 выталкивается в крайнее положение, сигнализируя пользователю об окончании операции и о возможности извлечения штекера из разъема без дополнительного запроса устройства.

На Фиг.7 показана попытка пользователя или иных внешних факторов извлечь штекер до окончания текущей операции по передаче данных. Как видно из чертежа, такому неразрешенному извлечению будет препятствовать фиксирующая пружина 6, которой мешает отклониться в сторону упругая Т-образная пластина-фиксатор, которой, в свою очередь, мешает отклониться отсутствие углубления в корпусе 2. А достаточному выдвижению из корпуса контейнера 3 препятствует упругая металлическая пластина 9, находящаяся в положении «фиксация», и до упора сжатая пружина 8.

Следует отметить, что в случае, проиллюстрированном на Фиг.7, смещение контейнера 3 от средней позиции вызывает размыкание контакта 10 и может быть использовано для подачи сигнала операционной системе о том, что пользователь желает извлечь штекер. Если текущая операция это позволяет, операционная система деактивирует электромагнит 11 и штекер можно будет извлечь. Если извлечение может привести к потере данных, система не среагирует на попытку пользователя, пока не закончит текущую операцию.

Еще одним достоинством заявляемой конструкции является то, что при отключении электропитания основного устройства, в котором размещена усовершенствованная приемная часть USB разъема, электромагнит 10 освобождает упругую пластину 8 и штекер 1 может быть извлечен без проблем.

Заявляемое изобретение предполагает широкое применение во всех устройствах, использующих USB разъемы. Особенно полезно оно будет для применения в устройствах с ограниченными возможностями, например, не располагающих дисплеем для получения информации о завершении операций или имеющих неразличимую информацию на маленьком дисплее как это бывает у цифровых фотоаппаратов, видеокамер, принтеров, сканеров, диктофонов, внешних накопителей данных, соединительных кабелей и т.п. Простота реализации заявляемой конструкции, которая не содержит электромоторов, интегральных схем и других сложных элементов и, кроме того, использует все элементы существующих стандартных USB разъемов, позволяет планировать ее широкое применение.

Устройство для подключения к компьютеру внешних устройств включает в себя установленные в гнезде корпуса компьютера элементы в виде контейнера-переходника, внутри которого размещена приемная часть разъема USB. На одной из сторон контейнера закреплена упругая металлическая пластина-фиксатор Г-образной формы, а на другой стороне закреплена упругая пластина-фиксатор Т-образной формы. Гнездо корпуса снабжено управляемым электромагнитом, причем металлическая пластина-фиксатор выполнена с возможностью перехода в фиксирующее положение при включенном электромагните. Одна из двух дополнительных пружин, размещенных в гнезде, установлена с возможностью выталкивания контейнера из гнезда при отключенном электромагните. Вторая пружина установлена с возможностью обеспечения ограниченной продольной подвижности контейнера при включенном электромагните. Технический результат - обеспечение надежного механизма предотвращения как самопроизвольного выпадения штекера, так и недопустимых действий пользователя в период передачи данных через разъем, а также совместимость конструкции приемной части с используемыми в настоящее время штекерами. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для подключения к компьютеру внешних устройств, включающее в себя установленные в гнезде корпуса компьютера элементы в виде контейнера-переходника, внутри которого размещена приемная часть разъема USB, на одной из сторон контейнера закреплена упругая металлическая пластина-фиксатор Г-образной формы, на другой стороне закреплена упругая пластина-фиксатор Т-образной формы, гнездо корпуса компьютера снабжено управляемым электромагнитом, причем металлическая пластина-фиксатор выполнена с возможностью перехода в фиксирующее положение при включенном электромагните, одна из двух пружин, размещенных в гнезде корпуса компьютера, установлена с возможностью выталкивания контейнера-переходника из гнезда корпуса компьютера при отключенном электромагните, а вторая пружина установлена с возможностью обеспечения ограниченной продольной подвижности контейнера- переходника при включенном электромагните.2. Устройство для подключения к компьютеру внешних устройств по п.1, отличающееся тем, что электромагнит управляется программными средствами устройства.3. Устройство для подключения к компьютеру внешних устройств по п.1, отличающееся тем, что содержит электрическую постоянно-замкнутую контактную цепь, размыкающуюся при начале смещения контейнера с устойчивой позиции при выдвижении его из корпуса.4. Устройство для подключения к компьютеру внешних устройств по п.3, отличающееся тем, что размыкание контактной цепи является сигналом для программы устройства о том, что штекер разъема USB пытаются извлечь из приемной части.5. Устройство для подключения к компьютеру внешних устройств по п.3, отличающееся тем, что при наличии возможности безопасного с точки зрения операционной системы извлечения штекера, операционная система выключает электромагнит и металлическая Г-образная пластина под воздействием своей упругости возвращается в исходное положение, освобождая при этом пружину, препятствующую извлечению контейнера из корпуса, и позволяя выталкивающей пружине вытолкнуть контейнер из устройства, демонстрируя, таким образом, пользователю, что штекер разъема USB может быть безопасно вынут.6. Устройство для подключения к компьютеру внешних устройств по п.3, отличающееся тем, что при включенном электромагните, отжатой металлической Г-образной пластине, упирающейся в сжатую пружину, контейнер выдвигается из устройства лишь на расстояние до предельного сжатия пружины, не позволяя вынимать штекер разъема USB.