CN101924285A - 电力连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电力连接器。每个电力连接器都包括机座和电力接触器，其中每个机座的啮合连接器接收区还包括通过其的孔，以使得当电力连接器彼此啮合在一起时，所述孔至少部分地对齐，从而允许空气通过所述孔流进和流出每个机座的啮合连接器接收区。

Description

电力连接器
本专利申请是申请日为2003年5月9日、申请号为200810096742.3、发明名称为“制造电力连接器的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及电连接器，并且更具体地涉及用来向印制电路板提供电力的电力连接器。
背景技术
FCI美国公司制造并且出售连接系统中称为PwrBladeTM的印制电路板电源和信号连接器。可以从美国6,319,075号专利中找到PwrBladeTM连接器的一个例子。FCI美国公司还制造并且出售称为MetralTM的高速信号连接器。希望提供一种可以和MetralTM或类似连接器，例如美国5,286,212号专利中示出的连接器或者FutureBusTM连接器并排堆叠的印制电路板电力连接器。
还希望提高印制电路板电力连接器的电流密度。例如，期望把卡片到底板接口中的电流密度提高到约每半英寸60安。例如在UL60950、IEC 61984和IEC 664-1中还存在对卡片到底板接口中的辅助电路的连接器技术要求，例如对给定电压的间隙和漏电标准。还希望提供满足这些标准并可用于更高电压连接，例如150伏或更高的印刷电路板电力连接器系统。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供一种用于把印制电路板连接到另一个电部件中的啮合接触器上的印制电路板电力接触器。该电力接触器包括一个主段；从该主段延伸出的至少一个子板电接触段；以及从该主段延伸出的至少一个啮合连接器接触段。该啮合连接器接触段至少包括三个向前突出的梁。这些梁中的第一梁沿该第一梁从该主段向前延伸的第一方向向外延伸并且具有对着该第一方向的接触面。这些梁中的两个第二梁位于和该第一梁相反的一侧并且沿这两个第二梁从该主段向前延伸的相对的第二方向向外延伸。两个第二梁具有对着该第二方向的接触面。这两个第二梁的宽度最好是第一梁的宽度的一半从而每个方向上的总法向力相等。
依据本发明的另一个方面，提供一种把子印制电路板连接到母印制电路板的系统。该系统包括适于安装到母印制电路板上的第一电力连接器。该第一电力连接器具有第一机座和第一电力接触器组。该系统包括适于安装到子印制电路板上的第二电力连接器。该第二电力连接器具有第二电力接触器组，这些第二电力接触器组具有大致平的主段和带有朝外的接触区的向外弯曲的接触梁组。这些第二电力接触器适应于插入到该第一机座中。该系统包括适于安装到母印制电路板上的第一信号连接器。该第一信号连接器包括插针式信号接触器。该系统包括适于安装到子印制电路板上的第二信号连接器。该第二信号连接器包括适于在其中容纳插针式信号接触器的插孔式信号接触器。
依据本发明的一种方法，提供一种制造电力连接器的方法，其包括：利用金属冲压模从金属料材制造第一类型电力端子；把插入式加工冲子插入到该金属冲压模中；当该插入式加工冲子位于该金属冲压模中时同时从该金属料材冲压第二电力端子和第三电力端子；把该第一类型电力端子插入到第一机座中以形成第一类型电力连接器；以及把第二和第三类型电力端子插入到第二机座中以形成第二类型电力连接器。该金属冲压模以及选择性地把插入式加工冲子插入到该金属冲压模中可以用来形成三个不同的电力端子并且接着形成二种不同类型的电力连接器。
附图说明
在连带着各附图下於下面的说明中解释本发明的上述各个方面以及其它特征，附图中：
图1是含有本发明的特征的连接器系统以及子印制电路板部分和母印制电路板部分的透视图；
图2是从相反角度的图1所示连接器系统的透视图；
图3是图1中示出的第一类型电力连接器的透视图；
图4是图3中示出的第一类型电力接触器在相反角度的透视图；
图5是图3中示出的连接器使用的第一类型电力接触器的透视图；
图6是图1中示出的第二类型电力连接器的透视图；
图7是从大致相反角度下的图6中所示的第二类型电力连接器的透视图；
图8是图6中示出的连接器使用的第二类型电力接触器的透视图；
图9是图6中示出的连接器使用的第三类型电力接触器的透视图；
图10是附着到图1中所示的母板上的电力连接器之一的正侧和顶侧透视图；
图11是图10中示出的电力连接器的背侧和顶侧透视图；
图12是图10中示出的电力连接器中使用的电力接触器之一的透视图；
图13A是传送带上从金属料材形成的两个第一类型接触器的透视图；
图13B是传送带上利用形成图13A中示出的第一类型接触器的同一个金属冲压模并且还使用另一个供选取用的插入式加工冲子从金属材料形成的二对第二和第三类型接触器的透视图；
图14是本发明的一种方法的方法流程图；以及
图15是本发明的另一种方法的方法流程图。
具体实施方式
参照图1和2，图中示出包含本发明的特征的连接系统10的透视图，该连接系统用于可拆地把子印制电路板12连接到底板或母印制电路板14上。在替代实施例中，本发明的特征可用于把该子印制电路板连接到任何适当类型的电部件上。尽管将参照附图中示出的示范实施例说明本发明，应理解可以在许多替代形式的实施例中实现本发明。另外，可以采用任何适当尺寸、形状或类型的元件或材料。
连接系统10通常包括子板连接部分16和母板连接部分18。子板连接部分16通常包括信号连接器20、第一电力连接器22和第二电力连接器24。在该示出的实施例中，在信号连接器20位于两个电力连接器22、24之间的情况下三个连接器20、22、24彼此相邻地堆叠。
信号连接器20通常包括一个其上带有多个插孔式信号接触器并可能带有地接触器的机座。在一优选实施例中，信号连接器20由FCI美国公司制造和出售的MetralTM插孔连接器构成。
本发明涉及用于电力至子卡应用的高电力连接器系统。例如，该系统可用于提供150伏或更高的电压。下面要说明三种电力连接器；即，1×2直角管座，2×2直角管座以及和这二种管座一起工作的2×2垂直插孔。
本发明的一个特征是能把电力连接器相邻地堆叠到信号连接器上以及该连接器系统的积木性。例如，连接段可以带有两个位于信号连接器20的相对二侧上的第一类型连接器22，或者带有两个位于信号连接器20的相对二侧上的第二类型连接器24。本发明还允许使用单种类型的母板电力连接器142，其可以和第一类型连接器22或和第二类型连接器24连接。
本发明的另一个特征是提高可由电力连接器提供的电流密度。例如，第二类型连接器24的每个接触器可提供15安电流从而每个连接器总共可提供60安。连接器24的底面例如可小至半英寸，从而可以提供约每半英寸60安的电流密度。与常规设计相比可以提高电流密度是由于高性能铜合金的较高导电率以及由于提高流过连接器机座26、74、144的气流(参见图4、7和10)。
本发明的另一个特征是这种电力连接器能满足对辅助电路电力卡至底板接口的给定电压的技术要求标准。更具体地，已经发现实施本发明可以满足UL 60950、IEC 61984和IEC 664-1对150-160伏电压辅助电路电力卡至底板连接的技术要求。
再参照图3-5，第一电力连接器22通常包括机座26和两个电子接触器或端子28。机座26最好是用塑料或聚合材料模制的。机座26通常包括尾部30和前部32。尾部30通常包括沿着气流通路36形成的接触器安装区34。在示出的实施例中，气流通常占据大部分的尾部30横截面尺寸。
气流通道36由穿过尾部30的顶侧38、后侧40以及底侧的孔构成。尾部30的底侧包括用于把该机座安装到子印制电路板12上的安装柱组42。但是，在替代实施例中，可以设置任何适用的把机座26安装到子印制电路板上的装置。
前部32通常包括啮合连接器接收区44、位于该前部的顶侧和底侧上的通气孔46和48以及啮合连接器对准器接收槽50。啮合连接器接收区44的尺寸和形状被定制成接收母板连接部分18的啮合连接器的一部分。在该示出的实施例中，啮合连接器对准器接收槽50位于前部32的顶侧以及两个侧面上。设置通气孔46、48以便允许空气流入和流出啮合连接器接收区44。
在该示出的实施例中，各个电力接触器彼此相同。但是在替代实施例中电力接触器可以彼此不同。该示出的实施例包括两个电力接触器28。在替代实施例中，可以包含多于两个的电力接触器。如从图5中最佳看出那样，每个电力接触器28通常包括主段52、子板电接触段54和啮合连接器接触段56。电力接触器28包括两个啮合连接器接触段56。但是在替代实施例中电力接触器28可以包括多于或者少于两个的啮合连接器接触段。
最好在至少一些接触面，电力接触器28是由单片冲压并接着电镀的金属件构成。除啮合连接器接触段56之外，电力接触器28基本上是平的。在该示出的实施例中，子板电接触段54包括多个透孔接触尾。但是在替代实施例中可以设置任何适当类型的子板电接触段。
主段52包括位于主段尾端的第一保持段66和从主段的底侧延伸的第二保持段68。保持段66、68和机座26啮合以把主段52固定地保持在该机座中。但是在替代实施例中可以设置任何合适的用来把电力接触器和机座保持在一起的系统。主段52包括位于第一保持段66上的凹槽70。在凹槽70中接收机座26的尾端上的十字头72。在该示出的实施例中，通过啮合连接器接收区44把各接触点28从机座26的前端装入到该机座中。
各个啮合连接器接触段56大致彼此相同。但是在替代实施例中啮合连接器连接段可以彼此不同。每个啮合连接器接触段56通常包括三个向前突出的悬臂梁，即第一梁58和两个第二梁60。但是在替代实施例中，啮合连接器接触段可包括多于或者少于三个的悬臂接触梁。
如第一梁58从主段52向前延伸那样，该第一梁沿第一方向向外延伸。第一梁具有沿第一方向向外的接触表面62。第二梁60位于第一梁58的相对的上、下二侧上。如两个第二梁从主段52向前延伸那样，两个第二梁60沿对立的第二方向延伸。第二梁60具有沿第二方向向外的接触表面64。
梁58、60从电力接触器的中心平面向外弯曲约15度。但是在替代实施例中可以设置任何适当的角度。如该实施例中示出那样，梁58、60的前端向内成曲型并且在它们的外接触表面62、64上还具有压花表面。当把电力接触器插入到机座26中时，啮合连接器接触段56位于啮合连接器接收区44上。
在一优选实施例中，电力接触器是由高导电高性能铜合金材料做成的。一些高性能铜合金材料是高导电率材料。高导电高性能铜合金材料的一个例子是Olin公司按描述符C18080出售的材料。但是在替代实施例中可使用其它类型的材料。高导电高性能铜合金材料可具有大于1的最小弯曲半径对材料厚度比(R/T)；而一般的常规金属导体的R/T小于1/2。但是，高导电高性能铜合金材料的可锻性可能不如用于电接触器的其它常用导电材料。这样，在常规接触器冲压成形模中要更难形成用高导电高性能铜合金材料做成的电接触器。
再参照图6-9，第二电力连接器24通常包括机座74和四个电力接触器或端子76、78。机座14最好用塑料或聚合材料模制。机座74通常包括尾部80和前部82。尾部80通常包括沿气流通道86形成的接触器安装区84。
在示出的实施例中，气流通道86占据大部分的尾部80横截面尺寸。气流通道86由穿过尾部80的顶侧88、后侧90以及底侧的孔构成。尾部90的底侧包括用于把该机座安装到子印制电路板12上的安装柱组92。如该实施例所示，除了接触器安装区84的形状外，机座74基本和机座26相同。
前部82和前部32相同。但是在替代实施例中前部可具有不同的形状。前部82通常包括啮合连接器接收区94、位于该前部的顶侧和底侧上的通气孔96和98以及啮合连接器对准器接收槽100。啮合连接器接收区94的尺寸和形状被定制成接收母板连接部分18的啮合连接器的一部分。在该示出的实施例中，啮合连接器对准器接收槽100位于前部82的顶侧以及两个侧面上。设置通气孔96、98以便允许空气流入和流出啮合连接器接收区94。
如上面指出那样，连接器24包括四个电力接触器76、78。但是在替代实施例中该连接器可包括多于或者少于四个的电力接触器。电力接触器按二组提供，每组包括一个第二类型接触器76和一个第三类型接触器78，每个组中的两个接触器彼此在同一个平面中对齐以充当一个上接触器和一个下接触器。
第二和第三类型电力接触器76、78最好各由一块冲压并接着电镀的金属件构成。除了它们的啮合连接器接触段之外，电力接触器76、78基本是平的。在该示出的实施例中，子板电接触段包括多个透孔接触尾。
如从图8最佳看出那样，每个第二类型电力接触器78通常包括主段102、子板电接触段组104和啮合连接器接触段106。电力接触器78只包括一个啮合连接器接触段。但是在替代实施例中第二类型电力接触器78可包括多于一个的啮合连接器接触段。
主段102包括位于主段底侧的保持段118。该保持段和机座26啮合以便把主段102固定地保持在机座中。在示出的实施例中，通过机座74的后端把各接触器78装到该机座中。
如从图9中最佳看出那样，每个第三类型电力接触器76通常包括主段122、子板电接触段组124和啮合连接器接触段126。电力接触器76只包括一个啮合连接器接触段126。但是在替代实施例中第三类型电力接触器76可包括多于一个的啮合连接器接触段。
主段122包括位于主段底侧的保持段138。该保持段和机座74啮合以便把主段122固定地保持在机座中。在示出的实施例中，通过啮合连接器接收区94经机座74的前端把各接触器76装入到该机座中。
啮合连接器接触段106、126彼此相同并且和啮合连接器接触段56相同。但是在替代实施例中这些啮合连接器接触段可以彼此不同。当把电力接触器76、78插入到机座74中时，啮合连接器接触段106、126位于啮合连接器接收区94上。每个啮合连接器接触段106、126通常包括三个向前突出的悬臂梁，即第一梁58和两个第二梁60。但是在替代实施例中啮合连接器接触段可以包括多于或者少于三个的悬臂接触梁。
如第一梁58从主段向前延伸那样，该第一梁延第一方向向外延伸。第一梁58具有对着该第一方向的接触表面62。第二梁60位于第一梁58的相对的上、下二侧上。如两个第二梁从主段52向前延伸那样，两个第二梁60沿对立的第二方向延伸。两个第二梁60具有对着第二方向的接触表面64。
梁58、60从电力接触器的中心平面向外弯曲约15度。但是在替代实施例中可以设置任何适当的角度。如该实施例中示出那样，梁58、60的前端向内成曲形并且在它们的外接触表面62、64上还具有压花表面。梁58、60的前端可以构成任何适当的形状。
在一优选实施例中，电力接触器76、78是由高性能铜合金材料构成的。但是在替代实施例中可使用其它类型的材料。如前面指出那样，高导电高性能铜合金材料可以具有较高的导电率，但是其可锻性可能不如用于电接触器的其它常用导电材料。这样，在常规接触器冲击成形模中要更难形成用高导电高性能铜合金材料做成的电接触器。但是，专门设计啮合连接器接触段56、106、126的形状，从而即使用来形成接触器的料材由相对低可锻性、高导电性、高性能铜合金材料构成，通过冲压工艺形成接触器相对简单。
本发明的一个特征是啮合连接器接触段56、106、126的接触几何形状。该接触几何形状通过只伸长或缩短梁的长度提供加大或减小接触梁58、60在接触器146上的法向力的能力。该接触几何形状只需要最小形成啮合界面。对于采用可锻性相对低的材料，例如一些高性能铜合金，这是特别有好处的。
和例如美国6,319,075号中公开的常规设计相比，在啮合界面56、106、126上需要达到的接触几何形状和最小化形成降低加工成本、降低材料成本、使额定电压最大并且允许把机座设计成让更多的气流流过该啮合连接器系统。由于这种相对的梁设计，通过调节梁长度可以把头端设计调整成使法向力为最小。两个小梁60对着一个较大的梁56使机座上的净弯矩为最小。
如前面指出那样，本发明的一个特征是提高可由电力连接器提供的电流密度。例如，第二类型连接器24的每个接触器可提供15安的电流从而每个连接器总共可提供60安。连接器24的底面例如可小至半英寸，从而可以提供约每半英寸60安的电流密度。与常规设计相比可以提高电流密度是由于高性能铜合金的较高导电率以及由于提高流过连接器机座26、74、144的气流(参见图7和10)。
还如前面指出那样，本发明的另一个特征是这种电力连接器能满足辅助电路电力卡至底板接口的给定电压的技术要求标准。更具体地，已经发现实施本发明可以满足UL 60950、IEC 61984和IEC 664-1对150-160伏电压辅助电路电力卡至底板连接的技术要求。
母板连接部分18(参见图1和2)通常包括一个信号连接器140和两个电力连接器142。在该示出的实施例中，三个连接器140、142示成在信号连接器140位于两个电力连接器142之间情况下彼此堆叠。
信号连接器140通常包括一个带着其上带有多个插孔式信号接触器并可能带有地接触器的机座的头端连接器。在一优选实施例中，信号连接器140由FCI美国公司制造并出售的MetralTM头端连接器构成。
再参照图10-12，电力连接器142通常各包括机座144以及多个电力接触器或端子146。机座142最好用塑料或聚合材料模制。机座142通常包括四个接收区148，连接器22或24的每个啮合连接器接触段一个接收区148。但是在替代实施例中，机座可以包括多于或少于四个的接收区。在示出的实施例中，机座144还包括三个位于该机座的三个侧上的并从该机座的前端突出的对准器154。对准器154的尺寸和形状定成可在连接器22或24的对准器接收区50、100中被接收。这些对准器充当突出的导引特征以保证在开始啮合前两个啮合机座正确定位。
机座144的顶侧和底侧还包括透孔156。当连接器22或24之一和一个连接器142连接时，孔156至少部分地对着孔46、48或96、98。这允许空气通过所述孔流进和流出啮合连接器接触区44并进入连接器142内。在一优选实施例中，机座去心以允许空气流过该啮合连接器系统。气流增加能提高从电力接触器28、76、78耗散的热量。
在该示出的实施例中，电力连接器142包括八个电力接触器146。但是在替代实施例中，可以设置多于或少于八个的电力接触器。每个电力接触器146包括各个母板安装段150和一个主段152。电力接触器146最好用平的料材做成并且在成形后每个电力接触器146包含大致平的形状。
在该示出的实施例中，两个电力接触器146各插入到一个接收区148中。更具体地，这两个电力接触器插入到各个接收区148相邻的对侧中。这在每个接收区148中形成一个两个电力接触区146之间的区域，该区域位于两个电力接触器的相对内接触表面之间，其尺寸和形状定成接收啮合连接器接触段56、106或126之一。
本发明提供一种颠倒的连接系统。当子板连接部分16和母板连接部分18啮合时，两个信号连接器20、140彼此啮合并且两个电力连接器22、24和各自的一个电力连接器142连接。啮合连接器接触段56、106、126突入到接收区148中。在同一个接收区148中，各第一梁58的接触表面62和各对电力接触器146中的第一个接触，而各第二梁60的接触表面64和该对电力接触器中的第二个接触。第一接触梁58略微向内偏转并且第二接触梁60也在相对于这些第一接触梁相反的方向上略微向内偏转。这样，啮合连接器接触段56、106、126在两个向内对着的侧面上和啮合电力连接器142的一对电力接触器电气接触。
如从图5中示出的第一类型电力接触器28和图8、9中示出的第二及第三电力接触器78、76比较中看出，这些接触器具有许多类似性。在一种类型的形成这些接触器的方法中，用同一个金属冲压模形成所有这些接触器。该用来冲压金属料材的设备包括一个选用的可插入到该金属冲压模内的插入式加工冲子。当未把该插入式加工冲子放在该金属冲压模中时，该金属冲压模可形成第一类型电力接触器28。但是，当把该插入式加工冲子插入到该金属冲压模中时，则当金属料材由该金属冲压模和该插入式加工冲子一起予以冲压时，大致同时从金属料材形成第二电力接触器78和第三电力接触器76。
参照图13A和13B，图13A示出传送带116上从金属料材形成的两个第一类型接触器28的透视图，而图13B示出传送带116上的用形成图13A中示出的第一类型的接触器28的同一个冲压模再加上一个选用的插入式加工冲子从金属料材形成的两对第二和第三类型接触器76、78。该插入式加工冲子去掉段160、161以便分离接触器76、78。这样，可以使用该金属冲压模和该选用的插入式加工冲子形成三种不同类型的电力接触器并且然后形成两种不同类型的电力连接器22、24。
现参照说明该方法的图14和15。如图14中所示，把料材插入(160)到冲压设备中。接着在不把插入式加工冲子插入到该金属冲压模情况下该冲压设备冲压(162)该料材。接着电镀(164)所形成的第一类型接触器并插入(166)到第一类型机座中。这形成第一类型连接器22。
图15说明形成第二类型连接器24的步骤。把该插入式加工冲子插入(168)到该金属冲压模中。把料材置入(170)该冲压设备中。接着该冲压设备用该金属冲压模从及该插入式加工冲子冲压(172)该料材。这形成第二和第三类型接触器78、76，然后电镀(174)它们。接着把第二和第三类型接触器插入(176)到第二类型机座中以形成第二类型电力连接器。该方法只说明一种可用来形成包含着本发明的特征的电力连接器的方法形成。在替代实施例中，可以采用任何适用的用来形成上面说明的电力连接器的方法。
可以在和上述不同的其它实施例下实现本发明。例如，子板连接部分16可包括多于或少于三个的连接器，并且这些连接器中的一个或多个可以不和其它连接器相邻堆叠。另外，在其它替代实施例类型中，可以通过单个模制机座形成用于两个或更多的连接器的机座。信号连接器20可由任何适当类型的信号连接器构成。气流通道36可以不构成尾部的大部分横截面尺寸。尾部30中的气流通道36可以包括任何适当的尺寸和形状。可以设置任何适当的把接触器装到机座中的系统。梁58、60的前端可包括任何适当类型的形状。本发明的特征可以包含在垂直端头、直角插座以及其接触器阵列和上面说明的1×2和2×2接触器阵列不同的电力连接器中。
应理解上面的说明只是对本发明的示意说明。业内人士在不背离本发明下可想到各种替代和修改。从而，本发明预期包含所有这些在附属权利要求书的范围之内的替代、修改和变型。

Claims (4)

1.一种电力连接器，每个电力连接器都包括机座和电力接触器，其中每个机座的啮合连接器接收区还包括通过其的孔，以使得当电力连接器彼此啮合在一起时，所述孔至少部分地对齐，从而允许空气通过所述孔流进和流出每个机座的啮合连接器接收区。
2.如权利要求1所述的电力连接器，其中，每个机座被去心以提高从所述电力接触器的热耗散。
3.如权利要求1所述的电力连接器，其中，每个机座包括后部以及穿过所述后部的顶侧、后侧和底侧的气流通道。
4.如权利要求1所述的电力连接器，其中，所述电力接触器是经冲压和电镀的单片金属件。
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