CN104064898B - 电连接器及旋转双曲面母线族密绕线簧结构的插孔接触件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电连接器及其中的旋转双曲面母线族密绕线簧结构的插孔接触件，所述插孔接触件包含线簧环，以及通过一组由弹性金属丝制成的直母线，绕着线簧环的中心轴等斜度地左旋或右旋后形成的旋转双曲面密绕线簧母线族，各个直母线两端还分别挂接于线簧环的轴向两端开口处。当插针插入插孔接触件时，所述旋转双曲面密绕线簧母线族内侧包覆在插针的表面并形成导电接触。本发明能够大幅度增加插孔与插针的电接触面积，极大地降低瞬断概率及瞬断时间；可实现较大电流和较大功率传输；控制螺旋角度，确保电连接器的可靠连接和插拔顺畅，从而保证对高速运行、持续震动和颠簸、大电流传输载体的稳定可靠电气连接。

Description

电连接器及旋转双曲面母线族密绕线簧结构的插孔接触件

技术领域

本发明涉及一种电连接器，特别涉及一种具有旋转双曲面母线族密绕线簧结构的插孔接触件，及设置该插孔接触件的电连接器。

背景技术

电连接器一般由插头和插座组成，插头主要由插针组件、插头壳体和连接机构组成；插座则主要由插孔组件、插座壳体和连接机构组成。现有技术中，电连接器大多应用在静态状态和动态运行状态平稳的载体中，插头与插座在连接时多采用卡口连接或螺纹连接；插针与插孔在接触时则多采用弹性收口接触或一般直线簧接触。

随着工业化自动化技术的快速发展，航空、航天、深海潜水、高速铁路、城市轨道交通、电动汽车等等领域对电连接器的连接可靠性提出了更高要求。然而，参见图1所示，现有的线簧电连接器中，各个插孔金属丝110构成的直线簧固定在两个平行有间隔布置的内套之间，且这些插孔金属丝110沿内套的中心轴设置；再将上述结构的接触件置于插座400的插孔内。插孔金属丝110、插座400的外侧及内侧插孔，以及插头的插针500表面分别具有金或银的镀层700。则，当插针500与插座400的插孔金属丝110在配合时沿轴向看是线接触，但从任意一个垂直于轴向的截面可以看出，插针500的圆周与各个插孔金属丝110的圆周之间是点接触600，易失效，且由于接触面小导致现有技术不能用于大电流大功率传输场合。

因此，在高速和超音速、三维方向持续震动和颠簸、高速转弯和急刹、高频等使用场合下，若采用一般的直线簧或弹性收口等接触方式，就会导致瞬时断电等接触不可靠现象的发生，难以适应和满足高速、高频、持续震动载体的安全运行和使用要求。

即是说，现有技术存在的缺点是：

1. 现有电连接器的插孔内直线母线与插针配合时接触面积小，瞬断概率大，可能的瞬断时间长；

2. 现有电连接器的插孔与插针的接触面积小，无法实现大电流大功率传输。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述现有技术中的缺陷和不足，提供一种新型电连接器及其中具有旋转双曲面母线族密绕线簧结构的插孔接触件，来保证电连接器插针和插座之间有稳定可靠的电连接，以满足高速、高频、持续震动载体安全运行和使用要求。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种旋转双曲面母线族密绕线簧结构的插孔接触件，所述插孔接触件包含线簧环和旋转双曲面密绕线簧母线族，所述旋转双曲面密绕线簧母线族是在该线簧环圆周的中心轴方向上形成一个两端大、中间小的旋转双曲面包络结构，该旋转双曲面密绕线簧母线族内部沿中心轴的轴向还形成有一个插孔；

当有插针从外部插入所述插孔后，所述旋转双曲面密绕线簧母线族内侧形成的圆周包络面，包覆在所述插针的外表面上实现圆周面接触，使得所述插孔接触件与插针之间形成紧密地导电接触。

一组由弹性金属丝制成的直母线，沿所述线簧环的圆周均匀分布，并绕着所述中心轴以同一方向等斜度旋转，以形成所述旋转双曲面密绕线簧母线族；其中以同一方向等斜度旋转是指，同时左旋或右旋的各个所述直母线与所述中心轴的夹角都相等；当插针插入所述插孔后，多个直母线与所述插针表面分别形成包络线接触。

各个所述直母线穿设于线簧环内，每个直母线的两端分别固定连接在所述线簧环轴向两端的圆形开口处。

设各个所述直母线与所述中心轴之间的夹角为螺旋角度β；

若所述插孔接触件应用于电子电路或信号电路的弱电连接器中，且当各个所述直母线的直径小于Φ0.2mm时，所述螺旋角度β介于2°~ 9°之间；

若所述插孔接触件应用于动力电路电连接器中，且当各个所述直母线的直径介于Φ0.2 ~ 0.6mm之间时，所述螺旋角度β介于5°~ 15°之间。

本发明的另一个技术方案是提供一种电连接器，其中设置有上述的插孔接触件。所述电连接器中还包含配合设置的插座和插头，所述插头的插针插入到所述插座中设置的插孔接触件内，使得该插孔接触件的旋转双曲面密绕线簧母线族内侧形成的圆周包络面，包覆在所述插针的外表面上实现圆周面接触，进而使得所述插孔接触件与插针之间形成紧密地导电接触，实现插头与插座的电连接。

所述插座后端设置有连接件，该连接件的内部与所述插孔接触件进行电连接，而该连接件通过外表面设置的螺纹与外部器件形成紧固连接及导电接触。

针对现有技术，本发明所述电连接器中具有旋转双曲面密绕线簧结构的插孔接触件，其优点在于：

本发明中采用弹性金属丝构成直母线，并将这些直母线等斜度左旋或右旋固定在线簧环的两端以形成一个两端大、中间小的旋转双曲面密绕线簧母线族包络面。本发明中，当插针插入插孔时旋转双曲面结构中各个接触部分与插针是线接触，旋转双曲面结构形成的圆周包络面与插针圆周之间则是整个圆周面接触，因而具有下列特点和有益效果：

1.大幅度增加插孔与插针的电接触面积，极大地降低瞬断概率和增加瞬断时间；

2.可实现较大电流和较大功率传输；

3.控制螺旋角度，确保电连接器的可靠连接和插拔顺畅。

所以，本发明能够保证对高速运行、持续震动和颠簸、大电流传输载体的稳定可靠电连接。

附图说明

图1是现有技术中插座内的直线簧，与插头插针之间接触部位在与轴向垂直的横截面上的示意图，示出了剖面图及其中一部分的放大图。

图2~图8是本发明中所述新型电连接器的实施结构及原理分析示意图；

其中，图2是本发明所述插孔接触件为旋转双曲面密绕线簧母线族时的实施结构示意图；

图3a和图3b是设置图2所示插孔接触件的插座的示意图，分别以剖视方式及左视图表示；

图4是插头插入设置图2所示插孔接触件的插座时的示意图，以剖视方式表示；

图5包含的 5(a)~ 5(d)分别是所述插孔接触件的结构示意及其力学分析模型的正视图及俯视图，图5e是螺旋角度β的示意图；

图6、图7分别是插头刚插入及完全插入设置所述插孔接触件的插座包络过程的示意图；

图8是设置所述插孔接触件的插座内等斜度弹性金属丝中的任意一条，与插头插针之间接触部位的示意结构图，示出有正视图、俯视图及侧视图。

具体实施方式

以下结合附图2~图8所示，介绍本发明提供的一种具有旋转双曲面密绕线簧结构的新型电连接器。

如图2所示的插孔接触件中，包含线簧环20和旋转双曲面密绕线簧母线族10。配合参见图2~图4所示，一组由弹性金属丝（或称金属弹簧丝）构成的直母线11，以等斜度（或称等“螺旋角度β”）的方式左旋或右旋，并沿圆周均匀分布，以形成一个绕z轴的、两端大且中间小的所述旋转双曲面密绕线簧母线族10结构，并且，该插孔接触件的内部形成为一个沿轴向布置的插孔41。

所述旋转双曲面密绕线簧母线族10中的各个直母线11穿设于线簧环20内，每个直母线11的两端分别固定连接在线簧环20轴向两端的圆形开口处。具体实现时，可以将直母线11穿出线簧环20两端后的延伸部分做成弯钩状，方便将其挂在线簧环20的两端。

图3a、图3b和图4中提供了上述插孔接触件在电连接器中设置的结构，假设图3a中的轴向左侧对应所述电连接器的前端，轴向右侧对应所述电连接器的后端。该电连接器包含一个插座40，所述插孔接触件完全置于该插座40前端开设的定位孔中。插针50从所述插孔接触件的前端开始插入到插孔41内，此时，所述插孔41的轴线（即插孔接触件的z轴）与所述插针50的轴线相互重合。由于所述插孔接触件为旋转双曲面密绕线簧母线族10结构，其中各个直母线11都能够与该插针50表面充分接触，完成电连接（下文会具体介绍其原理）。

在优选的实施例中，为了使插孔接触件在插座40的定位孔内位置固定，将所述定位孔设计为一个有三段台阶的沉孔，该定位孔的中部直径与插孔接触件两端的外径相匹配，而后部直径略小于插孔接触件两端的外径，即，插孔接触件的后端能够顶靠在定位孔中部与后部的交界位置。定位孔的前部直径略大于插孔接触件两端的外径，可以在插孔接触件的线簧环20外侧设置凸起的定位件，使得该定位件的后端能够卡在定位孔前部和中部交界的位置。

在所述插座40内还进一步设置有一个前端压套42插入到定位孔的前部，该前端压套42的后端顶靠在线簧环20的凸起件前端，使该前端压套42的大部分套设在定位孔内壁与插孔接触件的外侧之间。在该前端压套4的前部还分别设置有向内侧和外侧凸起的限位结构，内侧的限位结构用于将插孔接触件的前端卡住，外侧的限位结构用于将该前端压套42定位在插座40上。

所述插座40后端设置有连接件，在该连接件的内部设置相应的部件与旋转双曲面密绕线簧母线族10进行电连接，同时能够通过在连接件外表面设置的螺纹43与其他器件形成稳固的连接及导电接触。另外，其他实施例中，例如插针50上及插座40中设有其他配套部件，弹性金属丝11及插孔41内侧设置镀层等结构，都可以参照本领域的常规手段根据实际的应用需要设置为各种不同的实施结构，这里不做具体限定。

以下参见图5~图8，介绍本发明上述结构的插孔接触件能够增加导电接触面积的原理。需要说明的是，在具体实现时，所述插孔接触件的旋转双曲面密绕线簧母线族10中，任意两个相邻的直母线11是相互紧靠，间距十分微小的。而图5~图8中是为了解释其工作原理，有意将相邻直母线11之间的间距放大，以清楚展现插针50插入前后的区别。

请参见图5左半部分所示，插孔接触件的正视图5(a)和俯视图5(b)，示出了所述旋转双曲面密绕线簧母线族10中的若干个直母线11，和连接这些直母线11两端的环形连接部12。这里所述的两个环形连接部12与图3a中线簧环20轴向两端的开口相对应，每个环形连接部12的半径为R_o，其轴向的中心线为z轴。所述直母线11则绕z轴等斜度（或称等“螺旋角度β”）左旋或右旋。所述螺旋角度β为各个直母线11与z轴之间的夹角（或称螺旋角），请参见图5e，其中还示出了所述旋转双曲面密绕线簧母线族10的高为h，AB点之间表示任意一个直母线11的长度为L。

本实施例所述的电连接器，若作为电子电路或信号电路等弱电连接器使用，各个直母线11的直径小于Φ0.2mm时，直母线进行等斜度左旋或右旋的螺旋角度β介于2°~ 9°。若作为动力电路电连接器使用，直母线11的直径介于Φ0.2 ~ 0.6mm时，进行等斜度左旋或右旋的螺旋角度β介于5°~ 15°。优选的，所述螺旋角度β=8°。

由于所述双曲面密绕线簧母线族10在xoy平面上的投影外切于一个半径为R_t的密绕线簧喉圆。则请参见图5右半部分所示的正视图5(c)和俯视图5(d)，可以利用一个沿半径为R_t的圆周均匀分布的、回转的单向母线，作为上述插孔接触件的力学分析模型10’。

图6、图7分别是插针50刚插入及完全插入所述插孔接触件时的示意图。优选的，将一个半径R_i略大于R_t的金属圆柱作为插针50插入旋转双曲面密绕线簧母线族10时，可以确保各个直母线11与该插针50表面充分接触，完成电连接。

请进一步配合参见图8所示，当插针50插入所述旋转双曲面密绕线簧母线族10时，作为各个直母线11的弹性金属丝，由直线变形为平面曲线（参见AB段到A’B’和A”B”段的接触位置示意），即，弹性金属丝各自以倾斜于z轴的方向包围在插针50的表面上，形成与插针50表面的线接触；而旋转双曲面密绕线簧母线族10形成的圆周包络面，与插针50的圆周之间是整个圆周面接触。因此，相比图1所示现有线簧电连接器中各个插针500的圆周与各个直线簧金属丝110的圆周之间形成的点接触600来说，本实施例所述电连接器中插孔接触件的接触面积获得了大幅提升，电连接的可靠性更高。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种旋转双曲面母线族密绕线簧结构的插孔接触件，其特征在于，

所述插孔接触件包含线簧环（20）和旋转双曲面密绕线簧母线族（10），所述旋转双曲面密绕线簧母线族（10）是在该线簧环（20）圆周的中心轴方向形成一个两端大、中间小的旋转包络面结构，该旋转双曲面密绕线簧母线族（10）内部沿中心轴的轴向还形成有一个插孔（41）；

当有插针（50）从外部插入所述插孔（41）后，所述旋转双曲面密绕线簧母线族（10）内侧形成的圆周包络面，包覆在所述插针（50）的外表面上实现圆周面接触，使得所述插孔接触件与插针（50）之间形成紧密地导电接触；

一组由弹性金属丝制成的直母线（11），沿所述线簧环（20）的圆周均匀分布，并绕着所述中心轴以同一方向等斜度旋转，以形成所述旋转双曲面密绕线簧母线族（10）；

所述插孔接触件置于插座（40）前端开设的定位孔中；所述定位孔为一个有三段台阶的沉孔，该定位孔的中部直径与插孔接触件两端的外径相匹配，而后部直径小于插孔接触件两端的外径，使插孔接触件的后端能够顶靠在定位孔中部与后部的交界位置；插孔接触件的线簧环（20）外侧设置有凸起定位件，所述定位孔的前部直径大于插孔接触件两端的外径，使得所述凸起定位件的后端能够卡在定位孔前部和中部交界的位置；

所述插座（40）内还进一步设置有一个前端压套（42）插入到定位孔的前部，该前端压套（42）的后端顶靠在线簧环（20）的凸起定位件前端，使该前端压套（42）的大部分套设在定位孔内壁与插孔接触件的外侧之间；在该前端压套（4）的前部还分别设置有向内侧和外侧凸起的限位结构，内侧的限位结构用于将插孔接触件的前端卡住，外侧的限位结构用于将该前端压套（42）定位在插座（40）上。

2.如权利要求1所述的插孔接触件，其特征在于，

其中以同一方向等斜度旋转是指，同时左旋或右旋的各个所述直母线（11）与所述中心轴间的夹角都相等；当插针（50）插入所述插孔（41）后，多个直母线（11）与所述插针（50）表面分别形成包络线接触。

3.如权利要求2所述的插孔接触件，其特征在于，

各个所述直母线（11）穿设于线簧环（20）内，每个直母线（11）的两端分别固定连接在所述线簧环（20）轴向两端的圆形开口处。

4.如权利要求2所述的插孔接触件，其特征在于，

设各个所述直母线（11）与所述中心轴之间的夹角为螺旋角度β；

若所述插孔接触件应用于电子电路或信号电路的弱电连接器中，且当各个所述直母线（11）的直径小于Φ0.2mm时，所述螺旋角度β介于2°~ 9°之间；

若所述插孔接触件应用于动力电路电连接器中，且当各个所述直母线（11）的直径介于Φ0.2 ~ 0.6mm之间时，所述螺旋角度β介于5°~ 15°之间。

5.一种电连接器，其中设置有如权利要求1~4中任意一项所述的插孔接触件，其特征在于，

所述电连接器中还包含配合设置的插座（40）和插头，所述插头的插针（50）插入到所述插座（40）中设置的插孔接触件内，使得该插孔接触件的旋转双曲面密绕线簧母线族（10）内侧形成的圆周包络面，包覆在所述插针（50）的外表面上实现圆周面接触，进而使得所述插孔接触件与插针（50）之间形成紧密地导电接触，实现插头与插座（40）的电连接；

所述插孔接触件置于所述插座（40）前端开设的定位孔中；所述定位孔为一个有三段台阶的沉孔，该定位孔的中部直径与插孔接触件两端的外径相匹配，而后部直径小于插孔接触件两端的外径，使插孔接触件的后端能够顶靠在定位孔中部与后部的交界位置；插孔接触件的线簧环（20）外侧设置有凸起定位件，所述定位孔的前部直径大于插孔接触件两端的外径，使得所述凸起定位件的后端能够卡在定位孔前部和中部交界的位置；

所述插座（40）内还进一步设置有一个前端压套（42）插入到定位孔的前部，该前端压套（42）的后端顶靠在线簧环（20）的凸起定位件前端，使该前端压套（42）的大部分套设在定位孔内壁与插孔接触件的外侧之间；在该前端压套（4）的前部还分别设置有向内侧和外侧凸起的限位结构，内侧的限位结构用于将插孔接触件的前端卡住，外侧的限位结构用于将该前端压套（42）定位在插座（40）上。

6.如权利要求5所述的电连接器，其特征在于，

所述插座（40）后端设置有连接件，该连接件的内部与所述插孔接触件进行电连接，而该连接件通过外表面设置的螺纹（43）与外部器件形成紧固连接及导电接触。