CN101040399A

CN101040399A - 用于导电板的连接器系统

Info

Publication number: CN101040399A
Application number: CNA2005800352137A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·F·劳伯; 亚历山德拉·L·斯皮特勒; 查尔斯·R·马尔斯特罗姆
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: JP4756607B2; MX2007004503A; KR20070088558A; EP1800363A1; BRPI0516107A; KR100885602B1; CA2582397A1; EP1800363B1; TWI364882B; TW200631252A; CN100495783C; WO2006044578A1; CA2582397C; JP2008517428A

Abstract

提供了用于与导电板配合的电气连接器，所述导电板具有板安装边缘(150)，和从所述板安装边缘延伸的第一和第二表面(152、154)。所述连接器包括触点(170)，该触点具有触点安装边缘(200)和相对于该触点安装边缘的引导接口边缘(202)。第一接触梁(176)和第二接触梁(174)从所述触点安装边缘(200)延伸，且所述第一接触梁(176)配置成当通过板安装边缘(150)时，啮合板的第一表面(152)。所述第二接触梁(174)配置成当通过板安装边缘(150)时，啮合板的第二表面(154)，且所述第一和第二接触梁从彼此沿着触点安装边缘侧向偏移。至少一个引导触点(182)从所述引导接口边缘(202)延伸，且该引导触点配置成与配合连接器配合。

Description

用于导电板的连接器系统

技术领域

本发明通常涉及一种电气连接器，更特别地，涉及一种连接到导电板的电气连接器。

背景技术

特定的电气系统包括一个或者多个导电板，有时希望将该导电板电气连接到外部设备用于诊断、测试和监测的目的。在现有的和新兴的技术中采用了这种结构，且带来了对电气连接器的需求。例如，燃料电池技术采用了大量堆叠布置的导电板，且希望在操作过程中监测单个板上的电压。但是，已经证实，建立与板的可靠电气和机械连接是很难的。

例如，用于这种目的的连接器的电气触点应该具有较小的接触阻力，以允许容易地安装到板上，而当连接到导电板时，应具有机械稳定性，并且在使用中不容易从板上分开。如果需要或者希望的话，连接器和触点还应当可靠地接合到板并且从板上解脱，同时仍然提供希望的电气连接和机械稳定性。已知的触点和连接器并不适合这些目的。

另外，在特定的电气系统中，导电板用复合材料而不是传统金属性材料制成。虽然复合材料对于电气系统具有优势，但是复合材料倾向于使得板和连接器之间的机械和电气接口复杂化。传统的连接器不能良好地适合于与这些复合材料一起使用。

更进一步，在带有堆叠的电气零件的系统中，诸如燃料电池中，板在不同操作温度下的膨胀和收缩可能导致在电气触点上和接合到板上的连接器上产生机械载荷和应力。热应力倾向于从板移动触点并且干扰对于板的正确诊断、测试和监测程序。待解决的问题是提供一种连接，这种连接满足系统需求，且没有所述的问题。

发明内容

解决方案由与导电板配合的电气连接器来提供。该板具有板安装边缘；和第一和第二表面，它们从板安装边缘延伸，该连接器包括触点，该触点包括触点安装边缘和相对于触点安装边缘的引导接口边缘(lead interface edge)。第一接触梁(contact beam)和第二接触梁从触点安装边缘延伸，且第一接触梁配置成当通过板安装边缘时，接合板的第一表面。第二接触梁配置成当通过板安装边缘时，接合板的第二表面，且第一和第二接触梁沿着触点安装边缘彼此侧向偏移。至少一个引导触点从引导接口边缘延伸，且该引导触点配置成与配合连接器配合。

附图说明

本发明现在通过示例，参照附图进行说明，其中：

图1是包括连接器组件的示例电气系统的局部透视图，其中所述连接器组件根据本发明的示例实施例形成；

图2是图1所示的系统的一部分的分解视图；

图3是图2所示的连接器所用的示例触点的透视图；

图4是图1和2中所示的系统的局部装配图；

图5是图1和2中所示的系统的另一个局部装配图；

图6是图1和2中所示的连接器的装配图；

图7是用于图1所示的系统的配合连接器的透视图；

图8图示了图2所示的系统的局部装配图。

具体实施方式

图1是示例电气系统100的一部分的局部透视图，所述系统包括示例连接器组件102，该组件可以可靠地建立与系统100中的导电板的机械和电气连接，且在用于这样的系统时，能够克服已知连接器的上述问题和困难。

在示例实施例中，连接器组件102通过下面说明的接口连线(在图1中未示出)将燃料电池(fuel cell)104与监测设备(在图1中未示出)分界。反过来，接口连线连接到监测模块(在图1中未示出)，该模块处理从燃料电池104通过连接器组件102和接口连线传输的信号。因此，监测模块可以用来监测燃料电池104的操作，用于监测、测试和/或诊断目的。当连接器组件102在将燃料电池104和监测模块交界这样的场合说明和图示时，已经考虑到本发明的益处惠及其他应用连接器组件102的场合，而且燃料电池104仅是一个其中可以实现本发明益处的示例装置。因此，此处所述的说明仅仅是说明的目的，而不是限制本发明到任何特定的终端使用或者应用。

在图示的实施例中，燃料电池104是已知单元，其使气态燃料诸如重整的天然气与空气反应，用已知方式产生电力。燃料电池104包括许多双极性导电板110，每个导电板包括第一板部111和第二板部112，他们黏结性地彼此结合。另外，在一个实施例中，导电板110用复合材料制成，诸如已知的导电聚合材料或者聚合复合物而不是传统的金属性材料。但是，应当理解，本发明的实施例可以用除了或者代替复合物板的传统金属板制成。

如以下所解释，板触点(在图1中未示出)连接到每个板110上，且板触点允许监测模块通过连接器组件102监测操作过程中燃料电池104的相应板110上的电压。燃料电池中的每个板110具有预定的标称厚度T，且板110堆叠布置，在板110之间存在预定标称间隔值S，两者总和有时称为板110的标称节距值P。就是说，板110叠层设计成具有可重现的尺度P，沿着垂直于板110的平面的方向从一块板的边缘穿过板的厚度到达相邻板的边缘来测量该尺度。理论上，根据设计参数，板110在燃料电池堆中以均匀的距离P重复。实际上，每个板的厚度和板的间隔会发生制造公差，且对于燃料电池104内任何两块相邻的板110，实际的尺度P可能有点偏离板厚度T和标称间隔值S的总和的标称值的。

连接器组件102包括许多离散的连接器114，且每个连接器114连接到叠层中的每块板110。通过板110和连接器的一一关联，连接器114可以固定到板110，使得每个连接器114相对于各板110的位置得到保证，即使板110相对于彼此(即，相邻板之间的尺度P)的位置发生变化也是一样。因此在板110和连接器114之间建立了可靠且牢固的机械和电气连接，而尽管板110的标称节距间隔P存在一些偏差。

每个连接器114包括绝缘(即，非导电性的)壳体116，其具有被板110的厚度T彼此隔开的相对侧面118和120，和在侧面118、120之间延伸的配合面122。壳体116进一步在配合面122的相对端部上包括端部边缘124，该端部边缘124在侧面118、120之间延伸。侧面118、120，配合面122和端部边缘124在他们之间包围腔体或者插口(receptacle)，用于接合叠层中的各板110的板触点(在图1中未示出，但是以下会说明)。

在示例实施例中，且如图1所示，每个壳体116的其中一个侧面118包括狭槽126，而另一个侧面120包括绝缘凸缘128。当板110堆叠时，凸缘128嵌套在狭槽126内，且凸缘128防止接触梁接触相邻的板和将板短路。一对开口或者插口130设置在每个壳体116的配合面122内，且插口130接收以下说明的配合连接器，从而在壳体116内的板触点和监测模块之间建立电气连接。安装腿132从侧面118沿着从配合面122离开的方向向下垂，且每个安装腿132包括保持孔134，其接收保持横杆(在图1中未示出)来将壳体116固紧在各板110上。

图2是系统100(在图1中示出)的一部分的分解视图，且图示了其中一个连接器114和其中一个板110。板110包括：安装腿150，其接收连接器114；和从安装腿150延伸且对应于限定双极性板110的第一板部111和第二板部112的外表面的相对的侧面，其。第一板部111包括第一和第二触点狭槽156和他们之间的导向通道157，且每个狭槽156和通道157定位靠近板安装边缘150。凹陷的保持区域158在狭槽156和导线管道157以下延伸。

第二板部154包括触点狭槽160，其定位在第一板部狭槽156和相对的导向通道157之间。凹槽162还设置在狭槽160的任一侧上的第二板部112内。

在示例实施例中，连接器114包括壳体116和板触点170。板触点170包括：主体部件172；中心接触梁174，其从主体部件172向下延伸；和第一和第二外接触梁176，它们在中心接触梁174任一侧上从主体部件172延伸。接触梁174和176构造成穿过或者移动越过且接收在板安装边缘150内。当穿过板安装边缘150时，中心接触梁174接收在第二板部狭槽160内，且外接触梁176接收在第一板部狭槽156内。这样，中心接触梁174啮合狭槽160暴露出的第一板部111的内表面172，且定位在导向通道157后面，而外接触梁176啮合狭槽156暴露出的第二板部112的内表面180。

第一和第二引导触点182从主体部件172向上延伸并且进入壳体116。引导触点182暴露在配合面122的插口130内。当触点184插入一个插口130时，引导触点182建立与配合触点184的电气连接。在示例实施例中，配合触点184以导线186的形式耦合到接口线路，该导线186连接到已知的监测模块188，所述模块例如可以用来监测燃料电池堆中的板110的操作电压。

连接器壳体116的绝缘凸缘128滑动接收在导向通道157内，且安装腿132每一个接收在凹槽162内。绝缘凸缘189从壳体116下垂且搭在外接触梁176上，从而屏蔽了接触梁176防止不小心接触，且防止外接触梁176与相邻的板110短路。安装腿132内的保持孔134与穿过板110延伸的保持孔190对准，且保持横杆192配合在第一板部111的保持区域158内。

保持横杆192包括保持柱194、196，它们插入板孔190且穿过安装腿孔134。在图示的实施例中，保持柱194、196是双叉柱，当穿入孔190和134时，它们弹性偏转，然后弹性卡入或者返回锁定位置，将安装腿132牢固地保持在板110上。在替代实施例中，保持柱194、196制作成实心结构，具有略大于安装腿孔134的尺度，这样通过压入配合或者干涉配合把连接器壳体116保持在板110上。

在示例实施例中，保持横杆192用非导电性的材料(例如，塑料)制成，且与连接器壳体116分开设置。一旦连接器114啮合到板110上，保持横杆192容易安装，且保持横杆192可以经济地制造，同时提供连接器壳体116与板110的牢固啮合。在不同的实施例中，可以在连接器壳体116和板触点170穿过板安装边缘150之前或者之后，安装保持横杆192。就是说，可以在壳体116和板触点170滑动啮合到板110之后，将保持柱穿过安装腿孔134，或者如果保持横杆192先安装的话，然后将安装腿132滑过板安装边缘150并且卡在保持柱194、196上。

图3是图2所示的板触点170的放大透视图。在示例实施例中，主体部件172通常是平坦的且是矩形的，并且包括触点安装边缘200、引导接口边缘202、以及在触点安装边缘200和引导接口边缘202之间延伸的侧边缘204。主体部件172包括多个细长的开口206，它们贯穿延伸并且在触点侧边缘204之间排列成行地延伸。开口206限定薄腹板部件208，其在相邻的开口206之间延伸。腹板部件208具有比主体部件172的剩余部分大为减小的截面积，因此腹板部件208在腹板部件208区域内结构强度和耐弯折力性能降低。因此，由于存在开口206和腹板208，所以主体部件172可以在腹板208周围弯折或者弯曲，缓解接触梁174和176上的机械应力，否则这些应力倾向于从关联的板110(在图1和2中示出)移动杆174和176。这样，主体部件是挠性的。

外接触梁176从触点安装边缘200延伸，且从中心接触梁174侧向离开，使得中心接触梁174定位在外接触梁176之间。在一个实施例中，每个外接触梁176包括一对接触梁。接触梁176相对挠性主体部件172倾斜延伸，且包括圆角接触表面210，它们啮合第二板部112的内表面180(在图2中示出)。当板触点170安装好时，接触表面210摩擦板110，且当接触梁176啮合板110且接触梁176偏转时，接触梁176的倾斜角产生对抗板110的法向接触力。

中心接触梁174还相对主体部件172倾斜延伸，且包括圆角接触表面212，其啮合第一板部111的内表面178(在图2中示出)。当板触点170安装好时，接触表面212摩擦板110，且当接触梁174啮合板110且接触梁174偏转时，接触梁174的倾斜角度产生对抗板110的法向接触力。

在示例实施例中，中心接触梁174和外接触梁176沿着触点安装边缘200沿着彼此相反的方向弯折。外接触梁176的接触表面210和中心接触梁174的接触表面212因此彼此面向相反的方向，且当插在板安装边缘150上时，接触梁174和176沿着相反的方向偏转(在图2中示出)。因此，由于存在沿不同方向倾斜的接触梁174、176，所以当接触梁174和176偏转时，沿相反的方向产生了法向接触力。板触点170因此作为夹子安装到板110上，且由于该对外接触梁176相对于中心接触梁174的侧向偏移而在特定程度上自身保持稳定方式。另外，由多个接触梁174和176提供的多个接触表面210、212提供冗余接触点，并且当板触点170安装到板110上时，保证与板110的充分电气连接。当5个接触梁(一个中心接触梁174和4个外接触梁176)图示在图3中的时候，应当理解，可以在替代实施例中设置更多或者更少的接触梁。

一对引导触点182从主体部件172的引导接口边缘202延伸，且引导触点182相应于连接器壳体116的插座130(在图2中示出)。在图示的实施例中，引导触点182是具有一对面向彼此的偏转梁214的音叉(tuning fork)触点。偏转梁214在其远端部上包括圆角导向突起216，它们将配合触点184(在图2中示出)与偏转梁214对准，且当配合触点184插入时，接触梁214偏转，且配合触点184接收在接触梁之间的开放空间217内。引导触点182还包括邻近偏转梁214的保持孔或者窗口218。保持窗口218用来像下面解释的那样保持配合触点184。虽然图示了音叉触点用作引导触点182，应当认识到，如果需要，在替代实施例中可以采用其他类型的触点来连接配合触点。

还设置了壳体保持钩220，其从引导接口边缘202延伸，并且大致居于引导触点182之间的中心。钩220的侧边缘222被硬化，且穿入连接器壳体116的一部分(在图2中示出)，从而将板触点170牢固地保持在壳体116内。

包括主体部件172、接触梁174和176、引导触点182和保持钩220的板触点170可以模压，根据已知的制造工艺和技术用导电材料成型和电镀(plate)。一旦板触点170组装到壳体116内来完成连接器114，则连接器114可以插到双极性板110上并且通过安装保持横杆192而牢固地保持就位(在图2中示出)。

图4和5图示了啮合到其中一个板110的板触点170。板触点170的接触梁174和176插在板安装边缘150上，且接触梁174和176啮合板110的相对表面。外接触梁176接收在第一板部狭槽156内，而中心接触梁174接收在第二板部狭槽160内。外接触梁174的偏转在板110的一个表面上产生法向力N₁(图4)，而中心接触梁174的偏转在板110的另一个表面上产生法向接触力N₂(图5)。触点170因此牢固地啮合到板110。

图6是带有板触点170(在图2-5中示出)的连接器114的装配视图，其中所述触点170安装在连接器壳体116内。板触点170的接触梁174和176通过连接器壳体116的下端部暴露。凸缘128在中心接触梁174附近从壳体116延伸，而凸缘189在外接触梁176附近从壳体116延伸。壳体116构造成垂直于板测量的尺度为D，该尺度大致是板的厚度T(图1)或者小一些，使得当板堆叠时，尺度D不会与相邻的板110之间的板到板的间隔或者节距P(图1)干涉。

图7是用于板触点170的引导触点182(图2和3)的配合触点184的透视图。在示例实施例中，配合连接器184是压接到离散导线186端部的叶片触点。配合触点184在其远端部包括偏转梁230，且偏转梁230包括突起232，其啮合引导触点182的保持窗口218(图3)。偏转梁230在配合触点184的插入过程中偏转，并且提供残余应力，该应力保证配合的触点184与引导触点182的充分保持力。

图8图示了板110、安装在板110上的连接器114、配合触点184以及啮合到连接器114的导线186。在一个实施例中，在板堆叠之前，连接器114耦合各板110。板触点170如图4和5中所示那样啮合到板110，且连接器壳体凸缘189接收在第一板部狭槽156内并且屏蔽接触梁176，从而在叠层中将相邻的板110电气绝缘而且防止它们短路。凸缘128接收在导向通道157内，且凸缘128连同安装腿132将壳体116支撑在板110上。配合触点184接收在连接器壳体116内的一个插口130内，从而建立与监测模块188(图2)的通信，用来监测板110上的电压。当板110如图1所示堆叠的时候，配合连接器184可以与任何的连接器插口130使用，用来监测堆垛中的板。

因此设置了连接器组件100，其可靠地将导电板连接到外部设备，同时避免前述与已知连接器系统关联的问题。因此提供了与例如燃料电池一起使用的可靠的、长期的触点系统，该燃料电池不与现有的连接器系统相容。带板触点170(图3-5)的连接器114(图1、2、6和8)可以单独用于单个板，或者多个板触点170和连接器114可以用于多个板。为接触梁174和176设置了冗余接触表面，且接触梁174和176的方向相反的法向力N₁和N₂(图4和5)保证板触点170与板110的机械和电气连接。保持横杆192(图2和8)提供了连接器壳体116与板110的牢固连接，且壳体凸缘128连同安装腿132(图2和6)将壳体116支撑在板110上，且凸缘128和189防止叠层中的板彼此之间短路。板触点170的挠性主体部件172缓解了连接器114的接触梁174和176上的机械应力，使得接触梁174和176在变化的操作条件和温度下保持与板110啮合。因此提供了与板110的优良电气和机械连接。

虽然本发明在此参照各种具体实施例进行了说明，但是本领域的技术人员应当认识到本发明可以在权利要求的精神和范围内有改动地实施。

Claims

1.一种用于与导电板(110)配合的电气连接器(102)，所述板具有板安装边缘(150)，和从该板安装边缘延伸的第一和第二表面(152、154)，所述连接器的特征在于：

触点(170)，该触点包括：触点安装边缘(200)和与所述触点安装边缘相对的引导接口边缘(202)；从所述触点安装边缘延伸的第一接触梁(176)和第二接触梁(174)，所述第一接触梁配置成当通过板安装边缘(150)时，啮合板的第一表面(152)，且所述第二接触梁配置成当通过板安装边缘时，啮合板的第二表面(154)，所述第一和第二接触表面沿着所述触点安装边缘彼此侧向偏移；和从引导接口边缘(202)延伸的至少一个引导触点(182)，所述引导触点配置成与配合连接器配合。

2.如权利要求1所述的电气连接器，其特征在于，所述触点进一步包括挠性主体部件(172)，该挠性主体部件在所述触点安装边缘(200)和所述引导接口边缘(202)之间延伸。

3.如权利要求1所述的电气连接器，其特征在于，所述触点包括基本上平坦的主体部件(172)；穿过所述主体部件延伸的多个开口(206)；和相邻开口之间的挠性腹板部件(208)，其中所述挠性腹板部件允许所述主体部件绕所述挠性腹板部件弯曲并缓解所述第一和第二接触梁上的机械应力。

4.如权利要求1所述的电气连接器，其特征在于，所述第一接触梁(176)包括一对接触梁，它们配置成啮合板的第一表面(152)，所述这对接触梁沿着所述触点安装边缘(200)从所述第二接触梁(174)侧向偏移。

5.如权利要求1所述的电气连接器，其特征在于，所述第一接触梁(176)包括至少两个接触梁，它们配置成啮合板的第一表面(152)，所述第二接触梁(174)定位在所述触点安装边缘(200)上、所述至少两个接触梁(176)之间。

6.如权利要求1所述的电气连接器，进一步包括壳体(116)和保持横杆(192)，所述横杆配置成将所述壳体固紧到板上，所述保持横杆与所述壳体分开提供。

7.如权利要求1所述的电气连接器，进一步包括壳体(116)，所述壳体包括相应于所述第一和第二接触梁(176、174)之一的绝缘凸缘(128、189)，所述绝缘凸缘配置成当多个板堆叠在电气系统中时，防止所述相应的接触梁接触相邻的板。

8.如权利要求1所述的电气连接器，其特征在于，所述板是燃料电池堆的双极性板，所述连接器进一步包括围绕所述触点的一部分的壳体(116)，所述壳体包括至少一个配置成连接到该双极性板的安装腿(132)。

9.一种电气系统(100)，其包括：导电板(110)，该导电板具有安装接口边缘(150)；第一表面(152)，其从所述安装边缘延伸；和第二表面(154)，其从所述安装边缘相对于所述第一表面延伸，所述板配置成堆叠在零件组件中，该系统特征在于：

连接器(114)，该连接器包括：壳体(116)，该壳体配置成滑动啮合所述板安装边缘(150)；和所述壳体内的触点(170)，该触点配置成啮合所述板的所述第一表面(150)和所述第二表面(154)；和

非导电性的保持横杆(192)，其从所述壳体上取下并且配置成将所述壳体保持在所述板上。

10.一种电气系统(100)，包括：多个电气组件(11)，其彼此成行布置并且以标称节距值彼此间隔开，每个所述组件具有组件安装边缘(150)，该边缘配置成接收电气连接器(114)；以及多个电气连接器(114)，其连接到所述各个电气组件(110)，所述电气系统特征在于：

每个所述多个电气连接器包括：壳体(116)，其配置成滑动啮合各电气组件(110)的安装边缘(150)；触点(170)，其包括从所述壳体延伸的第一和第二接触梁(176、174)，所述第一和第二接触梁配置成靠近所述组件安装边缘啮合所述板的相对表面(152、154)；和

非导电性的保持横杆(192)，其从所述壳体取下，所述保持横杆配置成将所述壳体保持到各电气组件上、靠近所述组件安装边缘。