可拆卸部件的电气连接器 本发明涉及电气接线器。更具体而言，涉及用于电子设备和可拆卸电池盖中的电气接线器。
使用电池的便携式设备，如手持蜂窝电话，Internet产品、个人记事本、电子收款机系统(POS终端)、便携式计算机和任何其它便携设备，正增加地使用小型可拆卸附件。其中，这些可拆卸附件和所连接的母体设备一样小。例如，蜂窝电话被推荐使用读卡器设备，以允许用户插入信用卡、智能卡或其它信息输入装置到蜂窝电话，从而产生能使用智能卡的电话应用、Internet应用、便携ATM设备和其它紧凑便携产品工作。这些小的手持设备通常需要紧凑的连接器，进行不同子系统或部件的机械和电气连接。
因此，通常可拆卸附件必须和母板或母体设备的其它部分的其它电路连接。当这些附件在这些小型手持设备中集成时，会出现问题。通常向诸如蜂窝电话电路或POS终端电路提供电源的电池，是昂贵的元件并占据母体设备或附属设备的较大体积。
电池通常是手持设备最大的部件之一。此外，由于较大的电池通常可为母体设备和/或附属设备提供更长的电池寿命，因此要求最大化的电池存储区。例如传统的蜂窝电话的电池盖不容纳电池，只是覆盖住位于母体设备内的主电池。一个例子是在美国伊利诺斯州地摩托罗拉公司销售的型号为P7389GSM的三波段蜂窝电话。它有一个按钮锁闩，允许用户在需要时盖上或打开电池盖来替换母体设备内的主电池。可是，这些电池盖不包括附属设备，也不包括在电池盖和母体设备壳体内电路之间的电气连接器。
对于读卡器附件，一个解决方案是重新设计母体设备的电池室和重新设计电池本身，来容纳增加的附件。例如，一种设计是将附件如读卡器和集成电池组合在一个集成附属模块内，结果用户在需要更换附属电池时需要购买整个附属模块。通常附属电池替换母体设备使用的主电池。为了提供在附件和母体电路之间的、包括信号总线、电源线和地线以及其它信号线在内的电路的连接，通常添加柔性电路，并设计使其缠绕附件电池，通过接触接口对附件设备电路板与母体设备的电路板进行电气连接。这些柔性电路和连接器接口增加了成本，占据多余的体积并会降低可靠性。它们也增加附属设备和/或母体设备的尺寸。
作为一种选择，附属设备有时通过通常位于诸如母体设备壳体底部的底部插头，和现有的蜂窝电话与其它电子产品连接起来。底部插头通常用来允许外部电源对电池充电。例如，汽车车灯和传统插座可通过底部插头对电池重新充电。此外，其它附件如麦克风、扬声器以及其它附件也可以和底部插头连接。可是，通常大的附件略过电池盖并从底部插座获得电源。这些附件通常伸出到母体设备壳体，结果母体设备不必要地变长。这种形式的连接会覆盖住底部插头。必须在附属设备上增加另一个底部插头，来与主设备连接。这会增加成本。又出现另外一个问题：读卡器和其它传递高度专有信息的设备，需要和窜改证据标准(tamper evidence standards)保持一致。
例如，便携设备和非便携设备通常需要以这种方式设计：即，如果设备被窜改，那么可以很快地识别这些窜改。与蜂窝电话或其它设备连接的信用卡读取设备，金融交易会要求该设备发送保密的信用卡信息和银行帐户信息。这些设备通常应该不允许通过外部插头进入，否则潜在的电脑黑客会得到这些机密信息。因此，如果底部插头和读卡器或其它合适的设备连接，那么底部插头通常不应该提供外部的接入。这样，通常必须提供多个与该附件隔离开的底部插头，同时仍然允许母体设备接受接入底部插头的电源和其它附件的其它信息，这会显著增加设备的成本和复杂性。
其它方案也提供了具有读卡能力的智能电池。例如，一些蜂窝电话具有用户识别模块(SIMs)，可滑动到电池槽口之中。该电池包含能阅读SIM和提供信息给附属设备的电路。此外，读卡电路也集成到该电池中。可是，这种设备通常要求在附属设备内具有额外的电池，并通常集成在一个集成模块里。这要求用户在附件电池需要更换时购买一个新附属设备。此外，当附属设备去掉时，通常需要另一个电池使得电话正常工作。这不必要地增加系统的成本和复杂性。此外，这些系统一般需要使用连接器，连接器使用的附属设备的电气触头与母体设备使用的相同。例如，SIM作为电话的一部分可去掉，可作为附件一部分的插入式SIM。在母体设备中的已有SIM触头用于连接在附件(如智能电池)中的多路电路，以允许SIM和附件多路连接到母体设备SIM触头块。可是这些设备会很昂贵和复杂。
已有的其它蜂窝电话，允许带有集成电池的电池模块通过两排层叠触头与母体设备壳体和/或附件相互连接。这两排层叠触头通常在高度上错位，这样依赖具体附件类型，可使用不同的触头。这些层叠触头这样布置，使得触头的回弹力迫使电池模块离开电话主体，这会导致电池和设备之间增加间隙。例如这种具有两排层叠触头的电话通常使其两排触头位于背面，而电池模块滑动到恰当位置，结果电池模块的配合触头与来自电话本体的非配合层叠触头接触。并且，电池模块不包括可拆卸电池盖，并且用户在需要更换电池时必须购买整个电池模块。
因此，存在这样的需求，即需要改进的电气连接器、可拆卸电池盖以及电子设备，以克服上述问题。
图1表示按照本发明一个实施例的、容纳卡的蜂窝电话形式的电子设备的正视立体视图。
图2是图1电子设备的后视立体视图。
图3是按照本发明一个实施例的电子设备的一个实施例的分解视图。
图4是分解视图，表示按照本发明一个实施例的一个可拆卸电池盖的实例。
图5表示按照本发明一个实施例的、可拆卸电池盖实例的俯视立体视图和锁闩的分解视图。
图6表示按照本发明一个实施例的、图5所示层叠连接器的正视立体视图。
图7表示图6所示层叠连接器的正视立体视图，示出了按照本发明一个实施例的层叠触头的一个实例。
图8表示按照本发明一个实施例的连接器插座插孔实例。
本电气连接器组件将一个锁闩和电气触头组合为一个集成连接器组件。本锁闩由层叠连接器部分围绕。该锁闩和壳体栓接在一起，而层叠连接器包括一个连接器触头壳体，该连接器触头壳体包括在第一和第二电路之间提供电气连接的一些层叠触头。在一个实施例中，连接器触头壳体形状为“U”形，并部分围绕锁闩的至少一部分如锁闩室(latch well)。层叠连接器的层叠触头和插座插孔内的一些对应的层叠插座触头配合。这些层叠触头这样布置：使得沿着至少层叠连接器的一个轴提供平衡接触载荷。类似的，在一个实施例中，层叠触头以相反的方式布置。
在另一个实施例中，可拆卸电池盖使用锁闩和层叠连接器。可拆卸电池盖包括一个位于如印刷电路板上的可拆卸电池盖中的电路。可拆卸电池盖可以包括一个印刷电路板支撑板，其中电路通过层叠连接器与位于诸如母体设备壳体的单独壳体内的另一个印刷电路板电连接。单独壳体包括一个电池存放区。可拆卸电池盖能覆盖位于电池存放区的电池。这里的可拆卸电池盖包括提供诸如读卡器或其它附件的电路，由于可拆卸电池盖不容纳电池，因此它不太昂贵。如果不需要附件，那么没有电路的传统电池盖可用来提供兼容性，例如，在具有附件的母体电子设备和不需要附件的电子设备之间提供兼容性。
在又一个实施例中，电子设备包括一个壳体，该壳体具有电池存放区、连接器插座插孔和接受来自在电池储存区的电池的能量的电路。本电子设备也包括一个可拆卸电池盖，该电池盖包括锁闩和层叠连接器。这样，电子设备和容纳附件的可拆卸电池盖实现了电气和机械的连接。
图1表示如蜂窝电话等电子设备10的一个实例，它包括一个附属设备，如用来读取诸如磁卡或智能卡12的读卡器或者任何其它附属设备。为了说明的目的而非限制，本发明参照手持电话形式的电子设备进行描述。可是，将会认识到本发明同样适合于其它电子设备。例如，Internet设备，个人记事本、便携计算装置、触摸板或基于触摸屏的设备、数字音频播放机和其它任何合适的设备也适合使用上述的电气连接器。举例来说，本电子设备，包括一个显示屏14、电话输入键16、一些控制键18和供无线通讯的天线20。卡12可以是存储介质、含有微处理器或其它电路的智能卡，或者其它任何合适的卡、信息处理器或信息提供者或接受者。
图2是电子设备10的后视立体视图，设备10具有壳体22和一个可拆卸电池盖24，可拆卸电池盖24包括一个卡槽口26和一个合适的读卡电路。电子设备10也包括位于壳体22底部的底部插座28。
图3表示电子设备10的分解视图，其中壳体22包括一个前壳体25和后壳体26。可是，会发现单个壳体也是理想的。壳体22包括一个位于后壳体26中的电池存储区28。壳体22还包括一个第一电路30，如电话相关电路或其它合适的电子电路或从存储在电池存储区28的电池接受电源的电路。在这里所指，“电路”可包括任何光学或电子元件、电路、接口、电气触头、电气系统和子系统，但并不限于此。其中，子系统包括但不限于电气/机械子系统、系统或任何合适的可连接实体。在本实例中，第一电气电路30通过突出触头(未示出)接受来自电池存储区28的电池的电能，如本领域所知，这些突出触头(未示出)穿过触头开口32从前壳体25伸入到后壳体26中。从技术上知道，当电池嵌入到电池存储区28之中时，在电池外表面上的对应触头(没示出)与突出触头进行适当的接触。
参照图3、4和5，说明具有电气连接器组件的电子设备。可拆卸电池盖24包括一个与层叠连接器36连接的锁闩34。在这里所述，“锁闩”可包括只具有相互连接的的锁闩结构的一部分的一个构件，或它可以包括一个完整的锁闩结构。层叠连接器36和一个连接器插座插孔38连接。在本实施例中，连接器插座插孔38可嵌入到壳体22中，如嵌入到后壳体26中。层叠连接器36包括一个模制的连接器触头壳体40，它适应至少部分环绕锁闩34的至少一部分。在本实例中，连接器触头壳体40为“U”形。然而，应该理解可以使用任何合适的取向或形状。
锁闩34可利用锁闩室42形成，锁闩室42作为可拆卸电池盖24的一部分整体模制成型。锁闩室42容纳一个锁闩件(如按钮构件50)在其中动作。可是，应该理解，如果需要，锁闩室42也可以是单独的部分。锁闩室42包括一个模制的弹簧导向柱44、一个锁定脱开平面46如锁闩按钮、以及一个偏压件如弹簧48。本实施例的锁定脱开平面46包括一个突出的锁定件50，它与壳体22(具体而言在后壳体26)中的对应开口凸缘(lip)52配合。锁闩按钮、弹簧48和弹簧导向柱44可以具有传统的电池盖锁闩设计。可拆卸电池盖24在电池上恰当滑动时，锁闩34和后壳体26闩销在一起，使得可拆卸电池盖24不会落下。相对于前壳体25，弹簧48向上偏压锁定件50，使得锁定件50和开口凸缘52配合。为拆卸可拆卸电池盖24，下压锁定脱开表面，从而压下弹簧而允许开口凸缘52和锁定件50分离开。
锁闩室42具有一个外表面，它和连接器触头壳体40的内表面配合。一对导向槽53a、53b分别位于锁闩室42两侧，来容纳导向肋55a和55b(图6)。在本实施例中，锁闩室42和连接器触头壳体40以搭扣配合方式匹配，以形成组合锁闩和层叠连接器组件。连接器触头壳体40包括一些层叠触头60a-60f。这些层叠触头60a-60f在可拆卸电池盖24和在壳体22中的电路30之间提供电气连接。
参照图3，插座插孔38包括一些相应的层叠触头62a-62f。布置这些对应的层叠触头62a-62f与层叠触头60a-60f配合(如弹性接触)，来提供在壳体22中的第一电路30和位于可拆卸电池盖24中的第二电路64之间的电气连接。如图所示，连接器触头壳体40和插座插孔38是三维连接器元件。
插座插孔38由底座66、第一侧壁68和第二侧壁70构成。第一侧壁68包括那些层叠插座触头的一部分，即插座触头62a-62c；而第二侧壁70包括层叠插座触头62d-62f。插座插头38设计为在开口72中搭扣配合，为层叠连接器36提供插座。
参照图4，可拆卸电池盖24包括位于其末端的整体成型的锁闩室42。可拆卸电池盖24包括连接在其内部的电路64。电路64可位于，例如，由印刷电路板支撑板78支撑的印刷电路板76上。通过将螺钉80a、80b螺旋连接到各自的凸台82a和82b上，把支撑板78固定到可拆卸电池盖24上。在本实施例中，可拆卸电池盖24包括一个读卡器。一个卡保持弹簧84相对于卡槽口26合适地布置，并由弹簧支座86支撑，结果当卡插入到槽口26时，迫使卡和印刷电路板76上的智能卡读取电路接触。印刷电路支撑板78包括沿着其外周的卡支撑壁92，从而确保卡高出电路64一预定的高度。柔性电路90作为层叠触头60a-60f和电路64的导体之间的接口，从而在电路64和层叠触头60a-60f之间实现电连接。
层叠连接器36包括从顶部表面突出的连接器接头片94，它和可拆卸电池盖24中的支撑板78的端面中相应的插座112配合。层叠连接器36和锁闩34连接，例如通过突出的适配部分(compliant portion)104和孔110或其它合适的连接结构实现，同时也和可拆卸电池盖24连接。
图6是连接器触头壳体40的立体视图。这些层叠触头60a-60f以这种方式布置：以沿着层叠连接器36的轴提供平衡接触载荷。在这个例子中，层叠触头60a-60f设置成沿着纵轴10提供平衡。例如，层叠触头60a相应于层叠触头60d相对布置。层叠触头60a、60b、60c相应于层叠触头60d、60e、60f，围绕纵轴100对称布置。层叠触头60a-60c相对于基板106形成的水平面垂直布置(即，层叠)。这些层叠触头60a-60c布置在连接器触头壳体的外表面。类似，层叠触头60d-60f也相应于层叠触头60a-60c相同的水平面垂直布置(即，层叠)。层叠触头60d-60f也布置在连接器触头壳体的外表面上。
连接器触头壳体40包括一对整体成型的触头保护片102a和102b。这些触头保护片102a和102b位于每一组层叠触头的下方，并与它们在垂直方向对齐，从而在锁闩34和层叠连接器36嵌入到插座插孔38中时保护触头不被破坏。触头保护片102a和102b具有和层叠触头60a-60f的突出适配部分104对应的弯曲形状。触头保护片102a和102b从连接器触头壳体40向外突出。这些层叠触头60a-60f利用突出的适配部分104实现适配。因此，这些层叠触头60a-60f的某些部分从连接器触头壳体40向外弹性突出以便与插座触头62a-62f配合(如弹性接触)。
作为一种选择，层叠触头60a-60f可以是非适配的。在这样的实施例中，插座触头62a-62f向内突出而和这些非适配层叠触头摩擦配合。因此，它需要在插座插孔中提供适配触头，而不是在层叠连接器上。
触头保护片102a和102b位于连接器触头壳体40的基板106上，作为在前部108嵌入插座插孔38的插入导向件，同时防止层叠触头60a、60d在沿着轴向向下嵌入到插座插孔38时受到疏忽造成的破坏。例如，在可拆卸电池盖24向下插入到插座插孔38时，触头保护片102a和102b防止侧壁66、68和层叠触头初始接触。触头保护片102a和102b也作为锁合薄片(keying tabs)，使得可拆卸电池盖24不能插入到旧式产品中。可是，由于旧式电池盖的锁闩区域具有相同的设计和插座插孔容许的区域，因此旧式电池盖可以用来覆盖电子设备10中的电池。
连接器触头壳体40还包括邻近基板106的连接件如锁闩接头109，它和锁闩室42基板中的孔110(图4)锁定配合。连接器接头片94与可拆卸电池盖的一个表面锁紧配合。在本实例中，连接器接头片94和PCB支撑板78的槽112的突出表面配合。因此，连接器触头壳体40包括一个连接件，如锁闩接头109或其它合适的连接机构，它和锁闩36通过诸如锁闩室基板连接。连接器触头壳体40还包括一个第二连接件，例如与壳体连接的连接器接头片94。可是，应该理解，连接器触头壳体40可以在任何适当的位置、方向和以任何方式连接可拆卸电池盖上。
参照图6和图7，柔性电路90包括一些孔114，这些孔114容纳每一个层叠触头60a-60f上面的突出端116，来恰当地校准柔性电路90在合适位置。孔114覆有金属并焊接到突出端116上。连接器触头壳体40包括与各个层叠触头60a-60f相对应的触头校准槽120。每个触头校准槽120包括校准各个层叠触头60a-60f的校准槽表面122。校准槽表面122具有合适的形状，以容纳每个层叠触头的非适配部分124。
连接器触头壳体40还包括一些与各个层叠触头60a-60f相关联的触头校准槽126a和126b。触头校准槽126a和126b分别容纳触头安装片128a和128b。触头安装片128a和128b形状为从每个触头的主干表面130垂直突出。每个层叠触头60a-60f包括非适配部分124和适配部分104。在本实施例中，适配部分104是触头的弯曲远端。布置位于适配部分104一端的接触保持面132紧靠在连接器触头壳体40中的一对保持面134a和134b，从而当无外力存在时将适配部分104保持在合适位置。触头校准槽表面224位于保持面134a和134b之间。
层叠触头60a-60f中每一个通过安装片128a和128b保持在连接器触头壳体40中。安装片128a和128b中每个压紧到校准槽126a和126b中。校准槽126a和126b由具有斜面136的槽壁构成，它向内倾斜，结果安装片128a和128b容易引导到槽口中。安装片128a和128b与连接器触头壳体内的一个表面，即构成槽126a和126b的壁面配合。校准槽126a和126b的宽度合适确定，使其比安装片128a和128b的头部140的宽度略小。按照这种方式，塑料连接器触头壳体40允许安装片128a和128b插入到校准槽126a、126b中，但头部较大，防止触头从校准槽口120中脱出。因此，每个层叠触头具有一个弯曲适配部分104和至少一个安装片128a或128b。应该理解，可以使用任何合适的连接技术或机构。层叠触头60a-60f中的每一个可以用合适的导体材料制造，如金属、镀层金属、镀层塑料或其它任何合适的导电材料。
图8表示插座插孔38的一个实施例。插座插孔38最好通过将插座插头38的塑料部分模制在金属引线框架150的周围来制造。金属引线框架150包括层叠插座触头62a-62f。插座触头62a-62f位于引线框架150的一端，而相互连接面152a-152f位于另一端。相互连接面152a-152f用于和母体设备中的印刷电路板相互连接，或提供其它需要的电气连接。插座触头62d比其它插座触头62a-62c和62e、62f短，因此它最后和电气连接器组件接触匹配。这个触头通常用于给附属设备提供电源。按照这种方式，提供了一个最后配合和一个最先断开的触头，这样在电源连接或断开前保持信号线合适的连接。
插座插孔38不但容纳层叠连接器36，而且包括一个延伸部分154，它适合容纳柔性连接器156并定位柔性连接器，以实现和壳体内印刷电路板(PCB)上触头的连接。延伸部分154包括相互连接表面152a-152f。延伸部分154容纳柔性连接器156，如橡胶薄膜或其它任何合适的电连接器。柔性连接器156被压紧和母体设备的印刷电路板上的连接头接触，结果经由层叠连接器在附属设备与母体设备的印刷电路板之间进行电气连接。可是，应该理解，可以使用任何合适连接器，如柔性带或任何合适的连接器。延伸部分154整体成型为插座插孔38的一部分。延伸部分154包括一个安装表面158，它用来和壳体22中对应安装表面机械配合，从而将插座插孔保持在固定位置。
插座插孔38包括在每个侧壁68和70上的倾斜表面160。在层叠连接器36和锁闩34插入到插座插孔38中时，每个倾斜表面160作为与触头60a-60f的适配部分的过渡表面。插座插孔38还包括下引导槽162，在层叠连接器向前滑动以提供与插座触头接触时，保护接头102a和102b被引导到下引导槽162。
为了将可拆卸电池盖24放置到壳体22上，保护接头102a和102b在插座壳体的后端170(图3)内对准定位。然后向下推可拆卸电池盖内的电气连接器组件，结果可拆卸电池盖24停留在导向结构(guideservices)54上。电气连接器组件和可拆卸电池盖然后沿纵向朝着插座插孔38的前端172滑动。随着电气连接器组件向前移动，适配层叠触头沿着倾斜表面160滑动，并和插座触头62a-62f接触。突出锁紧件50和开口凸缘52闩锁起来，从而锁定电池盖和电触头在合适的位置。
为了取下可拆卸电池盖，压下锁闩按钮，电池盖向壳体22端部向后滑动。然后电气连接组件将电池止动在电池存储区。然后，可拆卸电池盖向上抬起而离开壳体。
这里公开的紧凑的、组合起来的锁闩和电气连接器，其大小占据和传统锁闩相同的空间，结果允许在可与附件连接的新型电子设备上使用旧式电池盖。载荷平衡分布层叠触头可以减少触头回弹问题并在插入时受到保护。此外，可拆卸电池盖不必包括电池，从而降低了附件的成本。其它优点对本领域的普通技术人员而言是很明显的。
应该理解，实施本发明各个方面的其它变化和修正对本领域普通技术人员是很明显的，本发明不限于所述的具体实施例。例如，锁闩件可以包括突起和对应的锁销、可滑动横向锁闩突起或相互连接件、或者任何其它合适的机构。锁闩可包括一个从电池盖延伸出来的、塑料或其它材料的脱开片，它利用塑料的可塑性获得其偏动特性。在本实施例中，锁闩无须包括按钮和弹簧件。也可使用其它锁闩结构。因此，本发明包括在所附权利要求书公开的基本原理的精神和范围内的、任何和各种修正、变化或等价物。