專利名稱：入墻安裝或墻面安裝的固定配電系統的dc電源插座的制作方法
入墻安裝或墻面安裝的固定配電系統的DC電源插座
相關申請的交叉引用
本發明要求2006年11月9日提出的第60/858， 130號臨時專利申請所公開的內容的優先 權，并以引用的方式并入本文。
背景技術：
各種各樣的便攜式電子設備的數量及其對電壓的要求倍增，給這些設備再充電的需要也 相應地增加。例如，手機、個人數字助理設備、筆記本電腦、MP3播放器、數碼相機以及其 他設備全都需要充電。各個設備一般有其專用的充電插頭配置以及"磚塊"一其特設的供電 裝置，用于在家中或辦公室中充電。
此外，這些便攜式設備中有很多能夠處理數據并通過連接器(例如通用串行總線(USB) 和/或FIREWIRE (IEEE 1394)式連接器)與網絡連接，這些連接器現用于相機和手機等設備 的充電。
因此，需要在家庭或辦公室環境中有一更方便的固定的站，用來給這些便攜式電子設備 充電而無需專門匹配的適應性的電源或"磚塊"。
發明概要
本發明試圖免除如此眾多特設給各種便攜式電子設備充電的電源或"磚塊"的需要，這 些便攜式電子設備通過諸如目前這些便攜式設備所要求的各種各樣的不同的DC電池電壓而 運行。本發明公開了一種固定的充電站，在該固定的充電站各種便攜式設備可在家庭或辦公 室環境中操作和/或重新充電。
特別是，在本發明的一優選實施例中，建筑結構裝有固定安裝的電力和數據/通信分配系 統，該系統優選地為康涅狄格州西赫特福特(West Hartford)的The Wiremold公司生產的 墻上安裝的電纏管道的形式。
在這種電纜管道安裝中，AC電力電纜與AC電源連接，并且沿著電纜管道的預定站中裝有AC電源插座以供使用。通常也裝有電話插口型的數據/通信插座，以及不同數據和視聽設 備用的各類插座。
本發明把這些"插口"的配置更進一步，并提供了各種形式的DC插口。在本公開內容的 一個方面中，辦公大樓、工廠或家庭環境中的配電系統內的同一個位置或站裝有USB和 FIREWIRE式數據交換插座端口。在一優選方面，這些USB和/或FIREWIRE端口不使用其數據 線/連接器而安裝并且這些端口從AC電源得到DC電力。既不需要數據/通信連接，也不需要 這些電纜。
如此的固定站可與墻上安裝的電纜管道結合在一起或者包括一傳統的墻上插座。固定站 可包括或不包括一圍封部分，圍封部分帶有能打開的面板。圍封部分或墻上插座限定了一內 部空間，其中可提供連接至電纜管道中的AC電力導線上的AC和DC電連接點。DC整流電路 提供了不同的DC電壓。USB端口或FIREWIRE端口的電源連接通過一適用于USB或FIREWIRE DC 電壓輸出的轉換器從AC電源供電。具有USB端口的便攜式電子設備現用于給具有USB兼容性 的計算機系統中的各種外圍設備供電。手機和個人數字助理(或"PDA")同樣能夠從USB或 FIREWIRE端口進行操作或充電。優選地，在本發明的優選形式中，這些USB和FIREWIRE插 座的數據連接不被啟動且不會和任何計算機網絡相通。
在其優選形式中，本發明包括一可開關的DC電源，適于選擇性地給例如在一建筑的配電 系統中的USB端口供電。不是以分隔的管道的形式鋪設DC電壓電纜(即在一個線槽中設有 AC電源而在另一分開的線槽中設有低壓DC電纜)，而是AC電源在整個建筑結構中，在各個 固定站內被整流轉換為期望的DC電源，其中每個固定站具有能容納需充電或供電的設備的插 座。
無論是在墻上插座內的傳統配電系統中，還是在電纜管道中，本發明包括在整個建筑中 在所選位置安裝的插座板，其由AC電源供電。本發明僅需要向USB端口的DC電壓線供電， 數據線不使用。
按照本發明，插座板中裝有DC插座插頭或USB端口，電子開關裝置耦合在DC插座插頭 和AC電力電纜之間以選擇性地使該DC插座插頭通電。
在本發明的一個實施例中，設有DC插座端口以獲得電壓，電壓選自常見的DC電壓范圍， 包括但不限于12伏、9伏、7 '/2伏、5伏等等。DC插口在面板上裝成一排，面板可作為安裝 至二分式傳統類型的電纜管道的圍封部分的結構組件，所述的電纜管道用于建筑結構中的配 電電纜和數據/通信電纜。
在本發明的另一實施例中，AC電壓電纜與AC-DC電壓轉換器連接，AC-DC電壓轉換器連接在該建筑結構的固定站中轉換電力。可裝有反饋電路把適當的DC電壓與要供電或充電的設 備耦合起來。通過面板中的傳統USB和FIREWIRE端口裝有數據反饋回路，其不僅在這些USB 和FIREWIRE插座端口提供適當的充電電壓，而且還監測供給與這些"智能"USB和FIREWIRE 端口連接的便攜式設備中的電池的電壓。為了保持供給該電池適當的電壓，所提供的電壓高 于便攜式設備本身設定的任何低壓切斷水平。參照2006年4月25日頒布的名為Circuit and Method of Operation for an Adaptive Charge Rate Power Supply的第7, 034， 503號美國 專利的現有技術，其更完整地公開了該監測電路的一種可能配置。該專利以引用的方式和本 公開內容的首段中所述的本人的臨時申請中所列的其他專利一起并入本文。
特別參照本人臨時申請所列的現有技術專利，第6,976,885號美國專利尤其具有指導意 義，其公開了 DC插頭配置協議，教導了 "充電"線或電源線的"端頭"，這些"端頭防止把 過高電壓施于需充電或操作的便攜式電子設備。
附圖詳細說明


圖1以示意性的方式顯示了可從插座端口充電的代表性的便攜式設備，插座端口裝于建筑結 構內按照本發明構建的站中。
圖2是說明傳統的二分式金屬電纜管道的立體圖，管道的兩個分開的線槽中一個帶有數據/
通信電纜，也在另一個所述分開的線槽中帶有AC電力電纜。所示圍封部分是有些示意性的，
但是顯示了可在一典型建筑的配電系統中的固定站裝設的多種DC插座端口。
圖3說明了除該視圖左邊顯示的現有技術的單排雙重電源插座面板之外，可裝在典型的面板
上的各種插座端口。
圖4是說明包含反饋特征的本發明另一形式的示意圖，其中在一個如圖1-3中所示類型的面 板中包含USB和FIREWIRE插座端口，這不僅為了給裝有這些USB和FIREWIRE式端口的設備 充電，而且還包括了監測和反饋功能。
圖5和6顯示了如本公開內容所涉及的AC和DC插座裝置組合的實例。
圖7顯示了單個的壁內盒式插座，左方視圖既帶有AC插口，又帶有DC插口，右方視圖顯示
了雙重USB式插口。 一指示燈顯示這些插口是否通電。
圖8是圖7的側視圖。
圖9是圖7和8的雙重DC裝置的示意圖。
圖10和11顯示了一單個的DC插座裝置，其中USB插口是可旋轉的以轉換DC電源的開或關，插入一USB插頭(未顯示)并把插頭和插口從水平位置扭轉為豎直位置實現轉換。 圖12是圖10和11中的雙重插口的示意圖，顯示了內部元件。
圖13顯示了一單個的DC插座裝置，其中USB插口對USB插頭的插入做出反應而開關。 圖14和15示意性地顯示了USB插口是如何作為"推動"開關以選擇性地向插口供電。 圖16顯示了一雙重DC插座插口裝置，其裝有分開的手動開關以選擇性地向這些插口供電。 圖17與圖16相似，但該手動開關用推動式開關代替，用于與圖13-15所示的結構相似的 DC雙重插口結構。
圖18示意性地顯示了圖16中的插座插口的操作。 圖19示意性地顯示了圖17中的插座插口的操作。 圖20顯示了一雙重DC插口，其帶有通常蓋住這些插口的蓋子。 圖21顯示了圖20中的插口，其中蓋子提起以顯露USB插口。
圖22示意性地顯示了在申請人的此發明形式中，圖20和21中的可活動蓋子是如何操作AC-DC 轉換器使雙重DC插口通電的。
圖1-6的詳細說現對圖l進行更詳細的說明，該實施例示意性地顯示了建筑結構的配電系統，用110伏 AC電源以及與其在該建筑結構中連接的站8所示。該站8帶有內部電子元件，即AC-DC轉換 裝置，它在介面或面板處向多個DC插口饋送不同的DC電壓，在介面或面板處有多種DC電壓 能給各個設備充電或供電。
圖1還顯示了控制電路元件，其提供來自要充電的設備的反饋信號，以調整向要供電或 充電的設備輸出的功率要求。
圖2顯示了一建筑結構，其用墻10和地板12所示，墻10上裝有兩個電纜管道部分14 和16。這些電纜管道部分之間裝有一固定的充電站18。
充電站18更具體地由一圍封部分限定，其與電纜管道部分內的線槽相通。為了讓圍封部 分與線槽相通，在圍封部分18的端壁18a和18b設置接入孔(未顯示)。AC電力電纜穿過接 入孔。
圍封部分18的前面板20設有9、 7、 5和3.5伏充電線(未顯示)的插孔，充電線與各 種要充電的便攜式電子設備相關。還包括對應較常用的手機的槽式插口，并且還設有如在22 處所示的副面板，其裝有第6， 976, 885號美國專利中所述的專有的端頭。
接著轉到圖l所示的結構示意圖，如該視圖左側所示，圍封部分18，尤其是面板20，由圍封部分和電纜管道之間的交接處所示。AC電纜也在該視圖中加以示意性地說明，其與上文 描述的電纜管道內的那些電纜連接或與在建筑結構本身內的AC電源連接。
圖3顯示了現有的設備面板的類型，其在該視圖左手邊有一典型的雙重110伏接地AC插 座。同樣說明的還有這種插座插頭配置和多個DC電壓插座配置的組合(包括第6, 976, 885號 美國專利中的DC電壓插座配置)。該視圖還說明了一典型的電纜管道的設置，其中裝有一典 型的AC插座裝置，還包括有槽的DC充電插座，兩者組合為一組合裝置。
圖4顯示了整體和圖1 一樣的配置，但還包括反饋或監測電路。USB或FIREWIRE端口(分 別如在面板20的30和40處所示)可應用該反饋功能。面板介面20/22以該視圖中間處的虛 線示意性地顯示。電纜管道14/16裝設于下方線槽中的電力電纜和裝設于上方線槽中的低壓 DC電纜也在該視圖中示意性地顯示。
圖4還說明了 USB和FIREWIRE端口 30、 40的AC-DC轉換裝置75，所述的端口 30、 40 在面板20內，所述的轉換裝置75安裝于內部。因為電纜可分別與面板20內的各個端口 30 和40連接，所以該轉換器不需要用菊鏈法(daisy chain)以給這些USB和FIREWIRE端口供 電。除DC電壓連接外，這些USB和FIREWIRE端口的數據線也可作為傳統的控制器電路的輸 入端使用，這些電路轉換、控制并整流輸出電壓，目的是為了向如該視圖所示向DC插座端口 提供各種的電壓。第6， 995， 963號美國專利以引用的方式被并入并公開了用于FIREWIRE端口 的DC電源控制電路。
圖4還顯示了諸如可裝設USB線的典型的外圍設備50以及諸如可裝設FIREWIRE線的設 備60。這些設備50和60可以是同一個設備或者選自現有的多種外圍設備。可在便攜式設備 中再設有多個同樣的這些DC端口，以在多元系統中裝設不止一個這種設備。參見例如2003 年9月2日頒布的名為UNIVERSAL USB CHARGING ACCESSORY的第6, 614， 206號美國專利。 FIREWIRE協議具體收錄在第1394號IEEE標準，該公開內容現以引用的方式并入本文。
圖4中說明的設備70是筆記本電腦，其被設計為從以42示意的汽車式點煙座充電。以 80和90示意的設備代表較小的便攜式設備，諸如可能需要充電"磚塊"62、 82或只為和這 種設備一起使用而設計的特設的電源的設備。本公開內容試圖-免除使用者在攜帶便攜式設備 之外還要隨身攜帶專門為該便攜式電子設備設計的充電"磚塊"或電源的需要。
圖5顯示了一裝在墻上或裝在電纜管道上的插座板，其帶有兩個電源插座， 一個是 120V/60周期電源的AC插座， 一個是5V DC電源的USB端口。
圖6顯示了裝在墻上或電纜管道上的插座板，其帶有兩個電源插座， 一個為如圖5中所 示的AC插座。還有一 FIREWIRE端口，其可提供從7. 5伏直至7. 5伏的4或5倍的DC電壓。圖7-22的詳細說明
在參照圖7-22所述的實施例中，具有傳統外部尺寸和形狀的插座裝置中裝有DC插座端 口，該裝置適合裝在一傳統的墻上插座或電纜管道設備架/板上。優選地，DC插座端口的形 式為USB或FIREWIRE端口 。裝有開關裝置，以在用這些端口或插口給電子設備供電或充電時， 選擇性地使這些端口或插口通電。這些端口或插座不是用來交換數據信號的。在圖7-22的這 些USB和FIREWIRE插口中，數據線是不連接的。
USB墻板以往被計劃用于多種用途。通常，這些USB端口或插口裝在計算機設備或與計 算機設備一起使用的外圍設備中。
USB相容的插座的方便已被引入和墻結構內所裝插座一起使用的標準墻板類型。參見例 如2005年9月13日頒發給BellSouth的第6， 943， 296號美國專利。該'296號專利公開了 一USB墻板，該墻板帶有電路讓通了電的USB端口置于整個建筑結構中。該'296號專利依 靠電源以把USB端口以菊鏈串聯，以使這些端口不僅可用作低電壓DC電源，而且還可用于數 據傳輸。 ~
本發明無需在典型的USB端口中利用這些數據導線，而是在各個USB端口僅提供DC電壓。 這一區別特征是重要的，因為來自USB插座端口的五伏DC電壓輸出當然能用于給便攜式電子 設備充電。
因為給典型的建筑結構布線所需的USB線的長度存在電力損耗，所以通常需要把DC電壓 增大到"設計"用于USB線的五伏。上述第'296號專利作為說明一個這種增壓設置的例子 以引用的方式并入本文。本發明免除了在這種USB端口增加DC電壓的需要。
進一步按照本發明，在各個USB插座板處裝有開關裝置，以在給便攜式設備充電時無需 增加DC電壓。通過把USB端口從"關"的狀態切換到"開"的狀態以及把AC電壓轉換和整 流為DC電壓，以致各個站以很高效率的方式隨時得到經轉換的DC電壓。
圖7顯示了在傳統的壁式插座50中安裝USB端口的兩種可能的配置。在左方視圖中，把 該USB端口和AC插座一起裝在同一個裝置中。在右方視圖中，把兩個USB端口裝在雙重DC 裝置中，該裝置還帶有LED燈以顯示這些USB端口何時通電。
圖8更詳細地顯示了圖7的右方視圖的插口，其與110伏AC電力電纜連接(未顯示)。 圖9以示意性的形式顯示了圖8的結構，說明該110伏60周期AC電源400可開關而選擇性 地向轉換器(AC/DC) 220供電。該兩個USB端口安裝在裝置200中以作有限制的平移或向內 滑行的運動，從而選擇性通過開關裝置450轉換輸入AC電源至轉換器220。這樣，USB插頭(未顯示)插入USB插口或插槽240/242就把轉換器轉換至啟動狀態。拔掉并把插頭再次推 入將會翻轉開關，而使轉換器斷電。該LED或燈250將給出視覺指示，指示轉換器的開/關 狀態。
圖10-12顯示了單個USB插口的相似設置，但該USB端口 340不是被推進而轉換轉換器 220的DC輸出的開/關，而是可從圖10的位置旋轉90。到圖11的位置而轉換轉換器的開/關 狀態。為此目的，USB端口置于裝置300的正面300a中的可轉動的軸環350中。
圖13-15顯示了另一個開關設置，其中向內推動USB端口 440以轉換AC電源400的電至 AC/DC轉換器220。方法如上所述，參照圖7、 8和9。
該開關裝置和其他開關裝置同樣可以用于其他DC插座端口的開/關。例如，由蘋果計算 機公司開發、IEEE采用的著名的FIREWIRE端口是另一有用的插口，其非常適合按照本發明 被采用。
下文描述了另外一些變體，其同樣非常適合和其他能夠負載便攜式電子設備(例如數碼 相機、個人數字助理和手機等)的常用電壓的標準電纜一起使用。上述便攜式電子設備是幾 種在這里打算與一建筑配電系統內固定的電站中的DC插座一起使用的那類的流行產品。
圖16和18顯示了墻W，墻上裝有電箱/插座510，其帶有裝置515，該裝置裝在電箱內， 還有一壁板P，其圍繞著裝置正面515a，這樣裝置的正面在板的開口Po中。
裝置515帶有一對USB式DC插口 535，其被裝在裝置正面，還有手動開關505，以選擇 性地把這些USB端口與前述AC/DC轉換器220的輸出連接。該建筑的電力系統按慣例如在400 處所示與設備515連接。
圖17和19顯示了一相似結構，但不是手動開關，USB端口可滑動地裝在裝置525的正 面525a中，并作為開關裝置450的按鈕開關，以當電纜末端被推進一個或全部兩個插口 536 時選擇性地把AC/DC轉換器220的輸出和USB線(未顯示)的電源導線連接。拔掉線(未顯 示)則使開關裝置450給這些USB端口 536斷電，這一開關特征節省了電力，否則電力將持 續不斷地輸送至AC/DC轉換器220。
圖20-22顯示了門控USB雙重端口裝置，其開關功能通過門或蓋子600的垂直運動實現。 因為除了提起該門或蓋子外沒有辦法使用DC插座端口，所以此結構產生安全特征。USB線本 身可使門或蓋子保持打開/抬起，這樣拔掉USB線可使門關閉，開關致動器使開關裝置450斷 路，使AC-DC轉換器220停止活動。
盡管圖10-22未全部顯示例如在圖7、 8和9中的顯示燈或LED指示器，但是顯然這一特征可在圖10-22中的各種可開關USB插座裝置中實現。
綜上所述，本發明可以多種形式實現，其中一些形式通過例子具體公開。因此，可以理 解所附權利要求限定了本發明的范圍，且上述實施例是說明要求保護的發明是如何在實踐中 實現的例子。
權利要求
1.在一建筑的配電系統中，其中AC電力電纜裝在該建筑內的多個站內，改進包括用于在該建筑的所選站提供低壓DC電源的AC-DC轉換器裝置；通過電壓調節裝置與所述AC/DC轉換器裝置電氣耦合的DC插座插口；借此在所述多個DC插座插口處提供不同的DC電壓，DC電壓用于向具有不同電壓要求的裝置供電。
2. 按照權利要求1所述'的改進，其中所述DC插座插口包括由多個USB端口和多個FIREWIRE 端口所組成的群組中的至少一個。
3. 按照權利要求1所述的改進，其中開關裝置在所述AC-DC轉換器裝置和一些所述DC插座 插口之間耦合以選擇性地使一些所述DC插座插口通電。
4. 按照權利要求3所述的改進，其中所述的"一些所述DC插座插口"包括由多個USB端口 和多個FIREWIRE端口所組成的群組中的至少一個。
5. 按照權利要求3所述的改進，其中所述開關裝置包括所述DC插座插口的可移動支座，由 此，把充電設備的插頭插入所述DC插座插口會使所述AC-DC轉換器裝置通電并把DC電壓供 給要供電的設備。
6. 按照權利要求所述5的改進，其中所述的"一些所述DC插座插口"包括由多個USB端口 和多個FIREWIRE端口所組成的群組中的至少一個。
7. 按照權利要求3所述的改進，其進一步包括指示器裝置，所述指示器裝置由所述開關裝 置電氣啟動，以在視覺上指示所述DC插座的通電狀況。
8. 按照權利要求5所述的改進，其進一步包括用于所述DC插座插口的手動移動的蓋，所述 開關裝置對所述移動的蓋從關到開的手動移動做出反應，使所述DC插座插口通電。
9. 按照權利要求8所述的改進，其進一步包括指示器裝置，所述指示器裝置由所述開關裝 置電氣啟動，以在視覺上指示所述DC插座的通電狀況。
10. 按照權利要求4所述的改進，其進一步包括指示器裝置，所述指示器裝置由所述開關裝 置電氣啟動，以在視覺上指示所述DC插座的通電狀況。
全文摘要
一個帶有固定站的配電系統，在這些固定站帶有AC-DC轉換電路。在插座端口或插口處，轉換器可在開/關間轉換(若插座配置允許)。標準化的DC插口滿足便攜式數字設備典型的不同電壓要求。在一些實施例中設有反饋電路，以根據裝于便攜式設備的編程參數或裝于各個站的感應電路的編程參數調節供給這些設備的電源。
文檔編號H02B1/00GK101563820SQ200780041569
公開日2009年10月21日 申請日期2007年11月8日 優先權日2006年11月9日
發明者馬克·麥克文斯基 申請人:威爾摩得公司