CN103594830B - 电子模块、电连接器和将电连接器安装在电路板上的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种与连接器主体一体的DIN或面板地。电子模块壳体包括外部凹陷，该外部凹陷被适配成接纳相关联的DIN轨或其他相关联的安装结构。闭锁机构与外部凹陷相关联并被适配成与DIN轨接合。电子电路板位于壳体内。电连接器以物理方式和电方式连接到电路板。电连接器包括：（i）连接器主体；（ii）多个电接触，固定到所述连接器主体并且包括以物理方式和电方式连接到电路板的接触引脚；以及（iii）地接触，固定到连接器主体并且包括以物理方式和电方式连接到所述电路板的地引脚。地接触包括从连接器主体延伸到壳体凹陷中的地接触主体。地接触主体包括地接触面，该地接触面与凹陷相邻设置并且被适配成与安装该模块的相关联的DIN轨接触。

Description

电子模块、电连接器和将电连接器安装在电路板上的方法

对相关申请的引用

该申请要求2012年7月12日提交的序列号为61/670,976的美国临时申请的提交日的优先权和权益，并且所述临时申请的全部公开内容在此通过引用而被明确合并到本说明书中。

背景技术

用于容纳电子部件的模块通常用于工业自动化控制器、工业自动化输入/输出(I/O)模块和相关应用。这些电子模块通常连接到DIN轨或其它安装结构，并且当模块以物理方式连接到DIN轨时，包含在模块中的电子印刷电路板(PCB)通过DIN轨而电接地。建立从模块PCB到DIN轨的可靠且持久的低阻抗地路径是重要的。

已发现用于该目的的已知地连接器不是最佳的。在一个现有布置中，压力(非焊接)接触用于将模块的PCB电连接到地连接器。地连接器包括夹具、垫、和/或与PCB的电接触邻接的其它功能部件。在另一实施例中，各个地接触被焊接到分开的连接器板或者其它中间电路部件，但是在该中间电路部件与模块内的PCB之间的接口处仍使用压力(非焊接)连接。在任一情况下，PCB与地连接器之间(或者PCB与包括地连接器的中间电路部件之间)的这些非焊接压力接触增加了地路径阻抗并且在装配和/或维修或维护期间受到污染、振动和物理损坏。PCB与DIN轨或其它安装结构之间的中间电路板的使用增加了部件和装配成本以及装配时间，并且可能由于非焊接连接的数量增加而增加地路径的阻抗。其它已知的模块使用被分别放置并被焊接到PCB的分开地连接器，但是这样的解决方案需要额外的部件放置和焊接操作，这会不期望地导致额外的制造步骤并且还需要PCB上的适当位置以安装分开的地连接器，这占用了电路板上的宝贵空间。

因此，已认识到需要用于为电子模块设置地连接器的新颖且改进的方法和结构，该地连接器呈现出所需的低阻抗地路径并且还提供了增加的持久性同时减少了制造步骤和成本。

发明内容

根据本开发的一个方面，一种电子模块包括壳体，该壳体包括被适配成接纳相关联的DIN轨或其它相关联的安装结构的外部凹陷。闭锁机构与外部凹陷相关联并且被适配成与相关联的DIN轨接合。电子电路板位于壳体中。电连接器以物理方式和电方式连接到电路板。电连接器包括：(i)连接器主体；(ii)多个电接触，被固定到所述连接器主体并且包括以物理方式和电方式连接到电路板的接触引脚；以及(iii)地接触，被固定到连接器主体并且包括以物理方式和电方式连接到所述电路板的地引脚。地接触包括从连接器主体延伸到壳体凹陷中的地接触主体。地接触主体包括地接触面，该地接触面与凹陷相邻设置并且被适配成与安装该模块的相关联DIN轨接触。

根据本开发的另一方面，一种电连接器包括复合连接器主体。多个电接触被固定到连接器主体并且包括相对于所述连接器主体向外突出的各个接触引脚。地接触被固定到所述连接器主体并且包括相对于连接器主体向外突出的地引脚。接触引脚和地引脚被适配成被焊接到相关联的电路板。

根据本开发的另一方面，一种用于在电路板上安装地连接器的方法包括设置电连接器，该电连接器包括：(i)连接器主体；(ii)多个电接触，被固定到连接器主体并且包括从连接器主体突出的多个接触引脚；以及(iii)地接触，被固定到连接器主体并且包括从连接器主体突出的地引脚。该方法还包括与电路板相接触地来放置连接器主体，以使得多个接触引脚和地引脚与电路板相邻地设置。接触引脚和地引脚被焊接到电路板上的相应导电位置。

附图说明

图1提供了与标准DIN轨接合的电子模块(诸如工业自动化控制器模块、工业自动化输入/输出(I/O)模块等)的后等距视图，在使用期间该标准DIN轨以可操作方式支撑该模块；

图2示出了图1的模块的放大部分，其中移除了DIN轨以显示根据本开发的模块和地连接器的另外细节；

图3与图2类似但是示出了模块M，该模块M的部分被移除以显示内部电路板PCB和根据本开发的包括一体式地连接器的电连接器；

图4A示出了根据本开发构成的具有一体式地接触的电连接器的一个示例，其中，地接触通过与连接器主体机械接合而整体连接到连接器主体以与其形成整体单元；

图4B示出了根据本开发的替选实施例构成的电连接器的示例，其中，地接触通过以粘合方式或者在外部与连接器主体结合而整体连接到连接器主体；

图4C示出了根据本开发构成的电连接器的另一替选实施例，其中，地接触是作为复合连接器主体的一部分而被插入模制的，或者地接触安装在所模制的复合连接器主体中预先限定的槽中；

图5是根据图4A至图4C中的任一个构成的电连接器的等距视图，其中，该电连接器还包括基本上包围或遮蔽复合连接器主体的至少四侧的金属EMI屏蔽物或遮蔽物；

图6是图1和图2的电子模块的局部等距视图，其中壳体的部分被移除以显示内部或隐藏部件，其中，电子模块以可操作方式与DIN轨安装结构接合；

图7A是示出根据本开发的具有一体式地接触的电连接器和安装该电连接器的电路板的分解侧视图；

图7B是与图7A对应的侧视图，但是示出了完全安装在电路板上的电连接器。

具体实施方式

图1是示出与标准DIN轨D接合的电子模块M(诸如工业自动化控制器模块、工业自动化输入/输出(I/O)模块等)的后等距视图，当模块在使用中时，该标准DIN轨D以可操作方式支撑模块M。模块M包括壳体H，壳体H包括接纳DIN轨D的外部凹陷R，并且模块M还包括以可操作方式接合DIN轨D并将DIN轨保持在凹陷R中的闭锁机构L。闭锁L可选择性地进行操作以基于用户的手动操作而保持或释放DIN轨D。模块M还可以被适配成以可操作方式连接到替选的相关联安装结构而不是DIN轨D，在该情况下，凹陷R和闭锁L被相对应地构造和定尺寸以接纳和保持替选的安装结构。

模块M还包括以物理方式和电方式连接到电子电路板PCB(还参见图3)的电连接器C，该电子电路板PCB容纳在由模块M的壳体H限定的内部空间内。电路板PCB包括与其连接以为模块M提供所需电子功能中的至少一部分的多个电部件E。连接器C用于使用相配连接器而将模块电路板PCB电连接到相邻模块的电路板和/或其它电子装置。

图2示出了图1的放大部分，其中移除了DIN轨D以显示模块M的另外细节。在图2可以看出，模块M包括具有地接触面G的金属或其它导电地接触G，该地接触面GF位于模块凹陷R内或者与模块凹陷R相邻地设置，以被放置成当DIN轨D位于凹陷R中并且模块M以可操作方式连接到DIN轨时与DIN轨D接触。图3与图2类似，但是示出了壳体H的部分被移除以显示内部电路板PCB的模块M，其中连接器C电连接到内部电路板PCB并且以可操作方式被物理固定到内部电路板PCB。连接器C包括多个电接触K，这多个电接触K可以是用于电路板PCB和以可操作方式与连接器C相配的相关联电/电子部件之间的电信号和/或电力的输入和输出的引脚、片、插座和/或其它导电结构。连接器C包括模制的复合主体CB，并且电接触K是有摩擦的或者在相应接触位置KL被固定到连接器主体CB。在图4A中分开示出了连接器C，其中，可以看出，多个接触K包括并且连接到各个接触引脚KP，这些接触引脚KP从连接器主体CB向外突出并且通过焊接或其它手段而以电方式或物理方式连接到电路板PCB。

与已知的模块和连接器相比，模块M的连接器C还包括上述地接触G，该地接触G通过摩擦配合、插入模制、粘合、机械连接和/或其它固定手段而被固定到连接器主体CB，以使得地接触与电接触K一起成为连接器C的组成部分。地接触G包括并且连接到一个或多个地引脚GP(图4A)，这一个或多个地引脚GP从连接器主体CB向外突出，并且在当连接器C以可操作方式固定到电路板PCB并且当连接器接触K的引脚KP被焊接或者以电方式和物理方式连接到电路板PCB时的同一装配步骤期间，这一个或多个地引脚GP通过焊接或其它手段而以电方式和物理方式连接到电路板PCB。如这里所使用的，术语“一体”或“一体地”旨在表示在连接器主体CB与模块电路板PCB相接触地放置并且以物理方式和电方式连接到模块电路板PCB的时间期间，永久或暂时连接到连接器主体CB以使得地接触G和连接器主体CB构成单一结构。

图4A示出了根据本开发构成的具有一体式地接触G的电连接器C的一个示例。图4A的实施例示出了通过与连接器主体CB机械接合而被固定到连接器主体以与连接器主体形成整体单元的地接触G。特别地，连接器主体CB包括外壁W1、W2、W3、W4，外壁W1、W2、W3、W4之一包括用于接纳以及具有摩擦或者保持地接触G的地接触保持槽S。在所示出的示例中，壁W1包括限定其之间的保持槽S的第一和第二隔开的保持片T1、T2(可以替选地在其外端处连接在一起)。地接触G包括以可滑动方式接纳在槽S中并且通过摩擦而被保持在其中的主体GB，或者地接触主体GB可以以粘合方式被固定或者可以通过卡扣配合或其它适当的连接手段来保持。

图4B示出了替选连接器实施例C2，其与连接器C相同，除了地接触G的主体GB通过以粘合方式或者在外部与连接器主体CB的壁W1结合而被固定到连接器主体CB以与其形成整体单元之外。

图4C示出了另一替选连接器实施例C3，其与连接器C相同，除了地接触G的主体GB通过作为连接器主体CB的一部分被插入模制而整体连接到连接器主体CB之外，例如，如所示出的在主体的壁W1内。连接器实施例C3可以替选地通过在连接器主体CB被模制时或者在完成了模制操作之后在壁W1内包括预先形成的槽S’并且通过此后将地接触主体CB滑动到槽S’中来形成。

图5是根据图4A至图4C中的任一个构成的电连接器C4的等距视图，其中，电连接器C4还包括基本上包围或遮蔽复合连接器主体CB的至少四侧W1至W4的金属EMI屏蔽物或遮蔽物SD。金属遮蔽物SD对电磁干扰(EMI)进行屏蔽并且电连接到地接触G，以使得传导到遮蔽物SD的任何EMI通过地接触G而被传送到安装模块M的相关联DIN轨地路径或其它安装结构。在替选实施例中，地接触G可以被形成为作为金属遮蔽物SD的一部分的一件式构造，以使得当遮蔽物SD安装在连接器主体CB上时，地接触被固定到连接器。在这样的情况下，地接触面GF通过遮蔽物SD的至少一个第一延伸来提供，而一个或多个地引脚GP通过遮蔽物SD的相应第二延伸来提供。在所有情况下，遮蔽物SD限定从电路板PCB到DIN轨D的电地路径的一部分。

尽管示出了具有单个地接触G的连接器C，但是其可以替选地包括彼此间隔开的两个或更多个地接触G。另外，在模块M包括多个连接器C的情况下，每个连接器C或者仅一个连接器C可以包括如这里所描述的地接触G。

图6示出了包括根据图5形成的屏蔽连接器G4的模块M(但是可以替选使用未屏蔽连接器C、C2、C3中的任一个)。模块M可操作地安装在位于凹陷R中的相关联的DIN轨D上。当如所示模块M可操作地固定到DIN轨时，地接触G的地接触面GF与DIN轨D的凸缘DF接合并邻接。由于地接触G的每个引脚GP直接焊接到电路板PCB，因此电路板PCB和DIN轨凸缘DF之间的地路径仅包括位于地接触面GF与DIN轨凸缘DF邻接处的单个非焊接压力接口。这样，地接触G提供模块电路板PCB和DIN轨D之间的高效低阻抗地路径。

本领域普通技术人员将认识到，将地接触G包括作为连接器主体CB的组成部分提供了非常高效的装配处理，在该装配处理中，作为将连接器C安装在电路板PCB上的同一处理的一部分，将地接触G安装在电路板PCB上。图7A和图7B示出了该装配处理。图7A示出了电路板PCB和根据本开发形成的包括一体式地接触G的连接器C(C、C2、C3、C4)。连接器C在安装方向I上朝向电路板PCB移动和/或电路板PCB在相反方向上朝向连接器C移动，直到如图7B所示连接器C与电路板PCB邻接为止。一旦连接器C与电路板PCB邻接，则接触引脚KP和地引脚GP被焊接或以电方式和物理方式连接到电路板PCB的相配电接触，以在单个安装步骤中完成将连接器C安装在电路板上，而不需要对于连接器C和地接触G的单独的安装步骤。因为作为将连接器接触K焊接到电路板PCB的同一焊接操作的一部分而以物理方式将地接触G连接到连接器主体CB并且以电方式将地接触G连接到电路板PCB，因此不需要单独的地接触安装步骤来将地接触G以物理方式或电方式连接到电路板PCB。由于即使地接触G没有被包括作为连接器C的一部分，连接器C也必须以该方式安装，因此根据本开发包括地接触G没有给装配处理增加任何额外步骤。将地接触G包括作为连接器主体CB的组成部分还降低要存储的库存零件的数量。

可以参照图7A以及图3和图4A查看地接触G的结构。如先前所提到的，地接触G包括主体GB。地接触主体GB自身包括：(i)第一部分G1，连接到壁W1或连接器主体的其他部分；(ii)第二部分G2，连接到在与连接器主体CB隔开的位置处的第一部分G1并且从第一部分G1横向延伸；以及(iii)第三部分G3，连接到第二部分G2的外端并且从第二部分G2的外端横向延伸。第二部分G2位于第一部分G1和第三部分G3之间并且互连第一部分G1和第三部分G3。如图3所示，第三部分G3的至少部分位于所述壳体的模块壳体H的凹陷R中，并且包括地接触面GF，该地接触面GF被适配成接合连接了模块M的DIN轨D或其他安装结构。地接触主体的第三部分G3被布置成与第一部分G1隔开并且至少部分与第一部分G1对准，使得在所述地接触主体GB的第一部分G1和第三部分G3之间限定空间GS。当包括一体式地接触G的连接器C安装在电子模块M中时，模块壳体H的一部分位于地接触G的第一部分G1和第三部分G3之间限定的空间GS中，但是仅部分填充地接触G的第一部分G1和第三部分G3之间限定的空间GS。如图7A中的箭头DX所指示，地接触空间GS允许第三部分G3以弹性方式偏向第一部分G1和偏离第一部分G1。第三部分G3的这种弹性移动允许地接触G被调整适合并调整尺寸，以确保地接触面GF将牢固地接合位于模块凹陷R中的相关联的DIN轨D，而不会以将使地接触面GF和DIN轨凸缘DF之间的压力接触退化的方式永久变形。根据电接触领域中已知的任何适当金属来制造地接触G。

尽管参照将模块M安装到DIN轨D来描述本发明，但是模块M可以替选地被配置成安装到面板或其他结构，并且地接触G的地接触面GF将相应地被配置成与模块可操作地安装到的面板或其他导电结构进行电压力接触。

参照优选实施例描述了本开发。本领域普通技术人员将认识到，对优选实施例的修改和变更是可能的。所公开的优选实施例不意图限制权利要求的范围，权利要求被解释为无论是字面上还是根据等价方案的教旨，在合法范围内尽可能地宽。

Claims (15)

1.一种电子模块，包括：

壳体，包括外部凹陷，所述外部凹陷被适配成接纳相关联的DIN轨安装结构；

闭锁机构，与所述外部凹陷相关联并被适配成与所述相关联的DIN轨安装结构接合；

电子电路板，位于所述壳体内；

电连接器，以物理方式和电方式连接到所述电子电路板，所述电连接器包括：(i)连接器主体；(ii)多个电接触，固定到所述连接器主体并且包括以物理方式和电方式连接到所述电路板的接触引脚，并且被适配成与相邻模块的相关联的连接器配合以将电力和数据传送到所述相关联的连接器；以及(iii)地接触，固定到所述连接器主体并且包括以物理方式和电方式连接到所述电路板的地引脚；

所述地接触包括从所述连接器主体延伸到所述凹陷中的地接触主体，所述地接触主体包括地接触面，所述地接触面与所述凹陷相邻地设置并且被适配成与所述相关联的DIN轨安装结构接触以完成接地路径，所述地接触主体进一步包括：

(i)第一部分，连接到所述连接器主体；

(ii)第二部分，连接到所述第一部分并且从所述第一部分横向延伸；以及

(iii)第三部分，包括所述地接触面，所述第三部分连接到所述第二部分并且从所述第二部分延伸，并且所述第三部分至少部分与所述第一部分对准，其中，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间并且互连所述第一部分和所述第三部分，以使得在所述第一部分与所述第三部分之间限定空间，并且使得所述第三部分以弹性方式朝向以及远离所述第一部分偏斜，并且所述第三部分的至少部分位于所述壳体的所述凹陷中。

2.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述地接触主体被插入模制为所述连接器主体的部分。

3.根据权利要求1所述的电子模块，其中，通过所述地接触主体与所述连接器主体的相配结构的机械接合，所述地接触主体被固定到所述连接器主体。

4.根据权利要求3所述的电子模块，其中，所述连接器主体包括保持槽，并且其中，所述地接触主体位于所述槽中。

5.根据权利要求4所述的电子模块，其中，所述连接器主体包括从所述连接器主体的壁向外突出的第一地接触保持片和第二地接触保持片，其中，在所述第一地接触保持片和第二地接触保持片之间限定所述保持槽。

6.根据权利要求1所述的电子模块，还包括金属电磁干扰屏蔽物，其包围所述连接器主体的一部分并且电连接到所述地接触。

7.一种电连接器，包括：

连接器主体；

多个电接触，固定到所述连接器主体并且包括相对于所述连接器主体向外突出的各个接触引脚；

地接触，固定到所述连接器主体并且包括相对于所述连接器主体向外突出的地引脚；

其中，所述连接器主体、所述多个电接触和所述地接触连接在一起作为整体结构，并且所述接触引脚和所述地引脚被适配成被焊接到相关联的电路板，所述地接触进一步包括：

(i)第一部分，连接到所述连接器主体；

(ii)第二部分，连接到所述第一部分并且从所述第一部分横向延伸；以及

(iii)第三部分，包括地接触面，所述地接触面被适配成与相关联的DIN轨接触，所述第三部分连接到所述第二部分并且从所述第二部分延伸，并且所述第三部分至少部分与所述第一部分对准，其中，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间并且互连所述第一部分和所述第三部分，以使得在所述第一部分与所述第三部分之间限定空间，并且使得所述第三部分以弹性方式朝向以及远离所述第一部分偏斜。

8.根据权利要求7所述的电连接器，其中，所述连接器主体包括所述地接触被插入模制的模制复合结构。

9.根据权利要求7所述的电连接器，其中，通过所述地接触与所述连接器主体的相配结构的机械接合，所述地接触固定到所述连接器主体。

10.根据权利要求9所述的电连接器，其中，所述连接器主体包括具有保持槽的模制复合结构，并且其中，所述地接触位于所述槽中。

11.根据权利要求10所述的电连接器，其中，所述连接器主体包括从所述连接器主体的壁向外突出的第一地接触保持片和第二地接触保持片，并且其中，在所述第一地接触保持片和第二地接触保持片之间限定所述保持槽。

12.根据权利要求11所述的电连接器，其中，所述地接触以摩擦方式固定在所述保持槽中。

13.一种用于将电连接器安装在电路板上的方法，所述方法包括：

设置电连接器，所述电连接器包括：

连接器主体；

多个电力和数据电接触，固定到所述连接器主体并且包括从所述连接器主体突出的多个接触引脚；

地接触，一体地固定到所述连接器主体并且包括从所述连接器主体突出的地引脚，所述地接触进一步包括：(i)第一部分，连接到所述连接器主体；(ii)第二部分，连接到所述第一部分并且从所述第一部分横向延伸；以及(iii)第三部分，包括地接触表面，所述第三部分连接到所述第二部分并且从所述第二部分延伸，并且所述第三部分至少部分与所述第一部分对准，其中，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间并且互连所述第一部分和所述第三部分，以使得在所述第一部分与所述第三部分之间限定空间，并且使得所述第三部分以弹性方式朝向以及远离所述第一部分偏斜；

通过将所述连接器主体、所述多个电力和数据电接触和所述地接触作为整体单元同时朝向所述电路板移动并且与所述电路板接触来与电路板相接触地放置所述连接器主体，使得所述多个接触引脚和所述地引脚与所述电路板相邻设置；

将所述接触引脚和所述地引脚焊接到所述电路板上的相应导电位置。

14.根据权利要求13所述的用于将电连接器安装在电路板上的方法，其中，所述设置所述电连接器的步骤包括：

设置所述连接器主体，所述连接器主体包括被适配成接纳所述电力和数据电接触的多个接触位置和被适配用成接纳所述地接触的保持槽；

将所述多个电力和数据电接触中的各个电接触安装在所述多个接触位置中的各个接触位置中；

将所述地接触安装在所述保持槽中，

以使得所述电连接器包括全部连接在一起作为整体结构的所述连接器主体、所述多个电力和数据电接触以及所述地接触。

15.根据权利要求14所述的用于将电连接器安装在电路板上的方法，其中，所述设置电连接器的步骤还包括在所述连接器主体附近安装金属电磁干扰遮蔽物，使得所述地接触电连接到所述电磁干扰遮蔽物。