CN103915737B - 具有自动接合功能的电气接头 - Google Patents

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Abstract

一种电气接头（R），包括可沿轴（X3‑X3）接合的第一和第二连接件（100，200），该两连接件包括：至少一对插脚和接触片；卡口型锁合装置（104，218），包括设于第一连接件（100）本体上的至少一锁定销（104），及以可旋转方式设于第二连接件（200）本体周围且包括一具有锁口（238）的锁定槽（218）的至少一锁紧环（216）；以及使两连接件本体绕轴（X3‑X3）周向对准的引导部件。第二连接件（200）包括可相对锁紧环（216）轴向平移且包括至少一保险栓（234）的保险环（220）。保险环（220）在接头接合过程中，可被锁定销（104）从保险栓（234）阻塞锁定销（104）向锁口（238）移动的通路的第一位置推至保险栓（234）打开所述通路的第二位置，保险环（220）可自动回到第一位置。

Description

具有自动接合功能的电气接头
技术领域
本发明涉及一种电气接头，包括第一连接件以及与该第一连接件互补的第二连接件，所述两个连接件可相互接合。特别地，可将所述第一连接件视为公连接件，而将所述第二连接件视为母连接件，或与之相反。本发明可应用于具有接地插脚和主电路的多插脚及多插孔式电气连接器等领域。
背景技术
专利号为FR-A-2147289的专利公开一种电气接头，其包括用于辅助公连接件在绕接合轴的周向上与母连接件实现相互对准的引导部件，根据这篇专利可知，一接头包括一锁合部件，用于当该锁合部件未被开启时防止该接头被拆分。其中，所述锁合部件包括锁定销，其可以在形成于一转动环内的曲线形锁定槽内活动。当所述接头处于接合状态时，通过一锁止弹簧以及形成于所述转动环内的第一凹槽的共同作用，将该转动环保持于使所述锁定销处于被锁定状态的位置。此外，在该接头尚未接合时，当其两连接件完成周向对准后，还可通过所述锁止弹簧及第二凹槽的共同作用，使所述锁定销对准所述锁定槽的入口，从而允许接合过程后续步骤的进行。由此可知，两个凹槽之间的周向行程应当与锁定销到达锁定槽的尾段所需的行程相对应。然而，当所述转动环在所述接头拆分后被转动时，将导致锁止弹簧脱出第二凹槽，从而使得操作员必须手动旋转该转动环才能使锁定销再次对准锁定槽的入口。其次，上述接头使用弹簧固定该转动环旋转，但是由于该弹簧的阻止力有限，当操作员操作不当时，很容易使弹簧离位，所以此设计缺乏可靠性。再次，在接头用于连接组装流水线上的某个可移动电气设备的应用中，接头的两连接件有相互分离的可能性。但是由于上述接头不具备自动拆分的功能，因而无法防止由上述情况导致的问题。
此外，专利号为FR-A-1307976的专利公开了一种电气接头，在接头接合过程中，首先进行接地，然后接通主电路，最后接通一带继电器的可选控制电路。相应的，该接头的拆分过程中，上述各电路断开的顺序依次相反。此设计可实现主电路接通和断开过程中主电路内无电流流过，从而保证了主电路接通和断开时的操作安全性。然而，当操作员开始接合具有一卡口型锁合装置的接头直到控制插脚插入相应的控制接触片中时，此时主电路闭合并且停止施加接合力，该接头的锁定销仍有可能未到达其锁定位置。这种情况将导致在该接头的两连接件还未完全接合时，主电路内便有电流流通，从而可造成接头猛烈地弹开。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种具有更高的可靠性和安全性，且更加符合人体工学的电气接头。
为实现上述目的，本发明提供一种电气接头，包括第一连接件以及与该第一连接件互补的第二连接件。所述两连接件能够沿一接合轴相互接合，所述第一和第二连接件包括：至少一插脚，设置于所述第一连接件上或第二连接件上，以及至少一对应接触片，设置于所述第二连接件上或第一连接件上；一卡口型锁合装置，包括：至少一锁定销，设置于所述第一连接件一本体上；以及至少一锁紧环以可旋转方式设于所述第二连接件一本体周围，所述锁紧环包括具有一出口和一锁定缺口的一锁定槽，其中，所述锁定销能相对于第二连接件的本体被轴向固定；以及一引导装置，用于在所述接头的接合过程中，于锁定销进入锁定槽前，使所述第一连接件的本体以及所述第二连接件的本体相互间在绕所述接合轴的周向上对准。根据本发明，所述第二连接件包括一保险环，设置为可相对于所述锁紧环轴向平移且包括至少一个保险栓；所述保险环在接头接合过程中，能够被所述锁定销从所述保险栓阻挡在所述锁定缺口和所述出口之间的供锁定销通过的通道中的第一位置向后推至该保险栓让开所述供锁定销通过的通道的第二位置，所述保险环能够借由弹性力的作用回到所述第一位置；每个所述锁定槽包括位于其前端的一倒角结构，所述倒角结构限定了所述出口。此外，所述锁紧环相对于所述第二连接件的本体绕所述接合轴的旋转范围是有限的；在所述第一和第二连接件的本体相互间处于周向对准的状态下，在所述锁紧环的整个所述旋转范围内，所述锁定销的平移轴始终穿过所述锁定槽的出口。
本发明的优点在于，一旦接头的两本体实现相互周向对准，只通过轴向施加力便可使所述锁定销自动卡入所述锁定槽内，该过程安全可靠，因为没有采用弹簧来驱使锁紧环旋转。
根据本发明的其他有益可选方面，在技术可实现的范围内，所述接头还可具有以下一个或多个特性：
所述锁定槽的出口在垂直于所述接合轴的平面内的张角大于或等于所述锁紧环绕所述第二连接件的本体的旋转范围。
所述锁定缺口沿远离锁紧环前端的方向延伸且和所述接合轴形成一倾斜角；在接头处于接合状态时，所述保险栓将锁定销限制于其卡合位置。
所述第一和第二连接件还包括：
一接地部件，其包括设置于所述第一连接件和第二连接件当中的其中一个连接件上的一接地插脚以及设置于所述第一连接件和第二连接件当中的另一个连接件上的一接地接触片，其中，所述接地插脚可沿所述接合轴与所述接地接触片相接合；
一主电路接通部件，包括设置于所述第一连接件和第二连接件当中的其中一个连接件上的至少一电源插脚以及设置于所述第一连接件和第二连接件当中的另一个连接件上的至少一电源接触片，其中，所述电源插脚可沿所述接合轴与所述电源接触片相接合；以及
一控制电路接通部件，包括设置于所述第一连接件和第二连接件当中的其中一个连接件上的至少一控制插脚以及设置于所述第一连接件和第二连接件当中的另一个连接件上的至少一控制接触片，其中，所述控制插脚可沿所述接合轴与所述控制接触片相接合。
在锁定销进入锁定槽前的所述两本体的周向对准状态下，所述接地插脚与接地接触片之间沿平行于所述接合轴方向的一轴向距离小于每个电源插脚与其对应电源接触片之间的一轴向距离，且所述每个电源插脚与其对应电源接触片之间的轴向距离小于每个控制插脚与其对应控制接触片之间的一轴向距离。
在接头接合过程中，接地完成于主电路接通前，且主电路接通完成于控制电路接通前。
所述第一连接件和/或所述第二连接件还包括能与所述第二连接件的本体和所述第一连接件的本体相互作用的一密封件；在所述接头接合过程中，在主电路接通后，所述密封件对所述第一连接件和第二连接件的本体之间进行密封。
所述第二连接件包括一防护片，设置于所述第一连接件的本体和所述第二连接件的本体当中的其中一个本体上，且所述防护片在主电路的接通后能够与所述第一连接件的本体和所述第二连接件的本体当中的另一个本体相互作用。
在所述接头接合过程中，当所述锁定销与处于所述第一位置上的所述保险环的保险栓刚发生接触时，每个控制插脚均还未与其对应的控制接触片形成有效连接。
当所述锁定销与保险环轴向相互作用且所述保险环处于其所述第一和第二位置当中的某一位置时，保险环可在操作人员不采取任何措施的条件下自动将锁定销推回至每个控制插脚均未与其对应控制接触片形成有效连接的位置。
所述第一连接件的本体和/或所述第二连接件的本体由一外体部和一绝缘内体部形成，且所述绝缘内体部可相对于所述外体部在绕所述连接件中心轴的周向上固定于若干个不同的角度方位。
所述第一连接件的本体和/或所述第二连接件的本体还包括一机械安全装置，由形成于一插脚周围的一圆凹孔以及形成于对应接触片周围的一圆凸柱组成，其中所述圆凹孔的直径与所述圆凸柱的直径大致相同；在所述接头接合过程中，所述圆凹孔和圆凸柱均沿径向远离接合轴，在所述两本体处于周向对准的状态下，所述圆凹孔和圆凸柱能相互作用。
所述锁紧环相对于所述第二连接件本体绕轴的旋转范围由一阻挡件周向限定。
所述阻挡件为一键体，所述键体设置于所述第二连接件的本体内或设置于所述锁紧环内，所述键体通过与一在径向上与该键体位置相对应的一凹槽共同作用来限制所述旋转范围，所述凹槽形成于所述锁紧环内或形成于所述第二连接件的本体内。
所述第二连接件包括一锁系部件，用于将所述保险环锁系于所述接头之外的一固定位置。
附图说明
为了使本发明及其其他优点更加清晰易懂，下面将结合附图描述本发明电气接头的实施例。其中，所述实施例只用于描述本发明，而不对其构成任何限制。
图1为本发明接头公连接件的纵向剖面图。
图2为本发明接头母连接件的纵向剖面图。
图3为由公连接件和母连接件组成的本发明接头于该两连接件处于周向对准状态时的正视图。
图4为沿图3中线IV-IV截取的纵向剖面图。
图5为将图4的上半部分沿与中心轴成120度夹角的斜面进行剖切后得到的纵向剖面图。
图6为本发明接头在接地部件接合时的纵向剖面图。
图7为接合过程中公连接件的锁定销与母连接件的保险环开始接触时本发明接头的纵向剖面图。
图8为本发明接头处于接合状态时的正视图。
图9为本发明接头处于接合状态时的纵向剖面图。
图10为沿图1中线X-X截取的剖面图。
图11为沿图2中线XI-XI截取的剖面图。
图12为沿图2中线XII-XII截取的放大详细剖面图。
图13为沿图4中线XIII-XIII截取的剖面图。
图14为沿图8中线XIV-XIV截取的剖面图。
需要说明的是，以上各图所示的本发明接头插脚和接触片还以传统方式连接有导线，但为了图示的清晰性，所述导线均未标出。
具体实施方式
在以下描述中，连接件的前端方向定义为其在接合时所朝的方向，即在接合时朝向其互补连接件的方向。相应地，该连接件的后端方向定义为朝其互补连接件相反的方向。
图3所示为本发明电气接头R，而图1为该电气接头R处于未接合状态时其公连接件100的示意图。如图1所示，公连接件100具有一以轴X1-X1为中心的整体呈圆筒状的结构，所述公连接件100包括一外体部102以及径向朝外固定设置于外体部102上的三个锁定销104。锁定销104绕公连接件100的中心轴X1-X1以等角度方式分布，即以两两之间夹角为120度的方式绕轴X1-X1分布。一般情况下，至少需要用到一个锁定销104来锁定电气接头R。所述公连接件100的外体部102还包括径向设置于其内侧的一引导销106，其轴向位置处于锁定销104的前端，即在接合时，比锁定销104更加靠近母连接件200。此外，引导销106的周向方位与其中一个锁定销104的周向方位完全相同。此处，以Y104指代各个锁定销104的中心轴线，每个轴Y104处于轴X1-X1的径向。
外体部102的内部设有同样以轴X1-X1为中心的圆筒状内体绝缘部110。绝缘部110环绕于一个接地插脚108，两个电源插脚112以及两个控制插脚114外围。所述接地插脚108，两个电源插脚112以及两个控制插脚114都和轴X1-X1相互平行。绝缘部110中对应于至少一个控制插脚114设置有直径为D1的圆凹孔116环绕于该控制插脚114外围。通过一未图示的密封件实现外体部102和绝缘部110之间的密封。此外，外体部102与分别连接插脚108，112，114的导线一同包裹于一未图示的密封套中，通过所述密封套将外体部102的后端密封。
此外，外体部102还包括设置于引导销106前端的开孔122，使空气可在其中流通。
如图10所示，绝缘部110包括位于其径向外表面上的一纵向凸棱118，所述纵向凸棱的形状与形成于公连接件100的外体部102内表面上的四条凹槽120中的任何一条的形状相吻合，该四条凹槽120均沿“纵向”，即与轴X1-X1平行的方向延伸。在接头接合前，纵向凸棱118可根据需要卡入任一纵向凹槽120中，并由阻挡部件125或挡圈保持于其中，从而使得绝缘部110无法相对于外体部102绕轴X1-X1旋转，进而使得公连接件100以同样的构件组成（外体部和绝缘部）实现多种不同的结构形态。图10中，孔107用于容纳接地插脚108，两个孔111用于分别容纳两个电源插脚112，而两个孔113用于分别容纳两个控制插脚114。此外，图10中还画出了另一个孔124，虽然在本实施例中没有用到这个孔，但是可以在该孔124中容纳一第三控制插脚。
图2为接头R处于未接合状态时其母连接件200的示意图。如图所示，母连接件200也具有以轴X2-X2为中心的整体呈圆筒状的结构，所述母连接件200的外体部202包括一纵向延伸的引导槽204，所述引导槽204位于外体部202的前端，即朝向公连接件100的方向，该引导槽204的形状与公连接件100的引导销106的形状相吻合，且其纵向延伸方向与轴X2-X2平行。与公连接件100的结构类似，母连接件200的外体部202内也设置有一内体绝缘部206，且绝缘部环绕于和轴X2-X2相互平行的一个接地接触片208，两个电源接触片212以及两个控制接触片214的外围。两个控制接触片214其中一个的外周设置有由绝缘材料制成的圆凸柱210，该圆凸柱的直径D2与圆凹孔116的直径D1大致相同。通过一未图示的密封件实现外体部202和绝缘部206之间的密封。此外，外体部202与分别连接接触片208，212，214的导线一同包裹于一未图示的密封套中，通过所述密封套将外体部202的后端密封。
环绕外体部202径向设置有一锁紧环216，通过锁紧环216上的一突起部217与外体部202上的一外侧凹槽203的配合，可实现锁紧环216作为整体相对于外体部202的轴X2-X2的平移。锁紧环216包括位于其前端部分上的三条锁定槽218，所述前端部分即在接头接合时，锁紧环216朝向公连接件100的部分。一般而言，锁定槽218的条数取决于锁定销104的数目，且锁定槽218中任意两条之间相对于轴X2-X2的周向偏移角与对应两个锁定销104之间相对于轴X1-X1的周向偏移角完全相同。
环绕锁紧环216径向设置有一保险环220且位于锁定槽218的后方，即在接头接合时朝公连接件100相反的方向。此外，一弹力部件，例如弹簧222，轴向作用于锁紧环216和保险环220，从而在接头的未接合状态下，使保险环220向前抵顶在锁紧环216上。
在外体部202的外表面上，引导槽204的后方，形成有凹槽，其内设有一唇形密封圈224。此外，在外体部202的外表面上，密封圈224的后方，形成有另一凹槽，其内径向设有一由可变形金属片制成的防护片226。
此外，在防护片226的后方还设有一阻挡部件，例如设于开在外体部202的外表面上的中空槽230内的圆柱键228。如图12所示，圆柱键228径向突出于外体部202的外表面，且其高出中空槽230的部分处于形成在锁紧环216内表面上的一凹槽232内。凹槽232沿以轴X2-X2为中心的一圆弧段延伸，该圆弧段在凹槽232的上缘处所对应的角度γ232约为15度。此结构可使锁紧环216相对于外体部202在15度的范围内绕轴X2-X2旋转，直到圆柱键228超出中空槽230的部分抵靠于凹槽232的任一侧壁上。
类似于公连接件100，如图11所示，也可使用一阻挡部件225，在接头接合前将母连接件200的绝缘部206周向固定于四个位置中的任何一个上。具体而言，绝缘部206具有一纵向凸棱209，所述纵向凸棱的形状与形成于母连接件200的外体部202内表面上的四条纵向凹槽215中的任何一条的形状相吻合。如图所示，孔207用于容纳接地接触片208，两个孔211用于分别容纳两个电源接触片212，而两个孔213用于分别容纳两个控制接触片214。此处，同样需要说明的是，图11中还画有可用于容纳一第三控制接触片的孔223。
在接头接合时，由于外体部102和202与其内的绝缘部110和206相互之间无法转动，因而在外体部102和202之间实现周向对准后，只有在凸棱209和118相互对齐时，即在母连接件200的绝缘部206相对于其外体部202的周向方位与公连接件100的绝缘部110相对于其外体部102的周向方位匹配时，才能完成接头的接合。否则，上述接合过程便无法实现。
下面将以所述锁定销104中的一个为例，描述连接件100和200之间的接合过程。虽然以下只描述一个锁定销104的情况，但应该理解的是，在该接合过程中，本实施例接头的三个锁定销104同步运动，并以完全相同的方式与锁紧环216以及保险环220相互作用。
首先，操作员需要使上述两个连接件100和200轴向相互靠近，然后将公连接件的外体部102套于母连接件的外体部202周围。
如图3，4，5以及13所示的状态下，在将引导销106插入引导槽204后，两个连接件的外体部102和202在周向上便实现了相对固定。在此状态下，轴X1-X1和轴X2-X2相互衔接为轴X3-X3。当两连接件的绝缘部110和206以相互匹配的方式周向固定时，在轴向上，电源插脚112分别与电源接触片212对齐，控制插脚114分别与控制接触片214对齐，接地插脚108与接地接触片208对齐。更具体而言，用于容纳插脚108的孔107与用于容纳接触片208的孔207对齐，孔111分别与用于容纳接触片212的孔211对齐，孔113分别与用于容纳控制接触片214的孔213对齐。在另一方面，所有插脚均尚未插入其对应的接触片中。也就是说，此时主电路和控制电路中尚未有电流流通且系统尚未接地。
接地插脚108和接地接触片208用于相互配合以实现系统接地，电源插脚112和电源接触片212用于相互配合以实现主电路的连通，而控制插脚114和控制接触片214用于相互配合以实现控制电路的连通。所述控制电路连接继电器，使其可以控制主电路内的电流流通。此外，锁定销104和设于锁紧环216内的锁定槽218组成本发明接头的一个锁合装置：该锁合装置被称为卡口型锁合装置。
所述锁定槽218在其前端，即朝向公连接件100的一端，包括一倒角结构，该倒角结构朝公连接件100的方向逐渐变宽且由两个内侧面2362和2364组成，且每个内侧面在图3所示的平面内和轴X2-X2形成大小约为40度的倾斜角。所述内侧面2362和2364围成了一个位于内侧面2362和2364之间且向锁定槽218内部延伸的出口236，该出口236的张角α218，即在图11所示平面的一平行面内，在锁紧环216前端处测得的所述出口236相对于轴X2-X2的张角，约为23度。更具体而言，张角α218定义为出口236的第一边A1（即内侧面2362和锁紧环216的前侧外端面2162相交的交线）与出口236的第二边A2（即内侧面2364和锁紧环216的前侧外端面2164相交的交线）之间的夹角。
在图3，4，5以及13所示的引导位置下，锁定销104在轴向上面向锁定槽218。也就是说，锁定销104的平移轴X4-X4穿过一定义于出口236内、以轴X3-X3为中心、且位于出口236的所述第一边A1和第二边A2之间的扇形环2366，其中，该平移轴X4-X4平行于接合轴X3-X3且与锁定销104的中心轴线Y104相交，并且在外体部102和202处于周向对准的引导状态下，平移轴X4-X4相对于外体部202处于固定位置。此设计的优点在于，在此状态下仅将公连接件100与母连接件200沿轴X3-X3进一步相互靠近便可实现继续接合的过程。
此外，出口236的上述张角α218应大于锁紧环216相对于外体部202绕轴X2-X2旋转的角度范围，该角度范围由所述角γ232定义，值为15度。此外，锁紧环216上的出口236和凹槽232所处的周向角度位置，外体部202上的圆柱键228和引导槽204所处的周向角度位置，以及外体部102上的锁定销104和引导销106所处的周向角度位置应当使得，在引导状态下无论锁紧环216处于其可旋转角度范围（即圆柱键228周侧抵靠于凹槽232的一侧侧壁时锁紧环216所处的角度位置以及圆柱键228周侧抵靠于凹槽232的另一侧侧壁时锁紧环216所处的角度位置之间的范围）内的任何位置，锁定销104的所述平移轴X4-X4始终贯穿扇形环2366，即锁定销104始终位于锁定槽218的出口236中。图3中，张角α218与角γ232标注得非常简略，实际上这两个角度可以在接合轴X3-X3的横截面方向上，即垂直于图3所在平面的方向上，被测量出来。
锁定槽218还包括位于出口236后方且沿倾斜的轴X5-X5方向延伸的一锁定缺口238。其中，轴X5-X5处于图3所示平面内，且相对于接合轴X3-X3具有约为45度的一倾斜角β238。实际应用中，倾斜角β238的大小为30度至75度。此外，沿轴向延伸且位于出口236和锁定缺口238之间的一过渡区被表示为237；Y237表示相对于轴X2-X2沿径向延伸且通过过渡区237中心点的一条轴线；Y238表示相对于轴X2-X2沿径向延伸并处于锁定缺口238内的一条轴线，其中，当锁定销104卡合于锁定缺口238内时，轴线Y104与轴线Y238相互重合。
在图3所示平面内，锁定缺口238远离过渡区237及出口236，即远离端面2162和2164向锁紧环216内部延伸。由上述可知，锁定槽218由所述具有倒角结构的出口236，倾斜的锁定缺口238以及过渡区237组成。
随着公连接件100和母连接件200接合过程的进一步继续，锁定销104卡入锁定槽218中并且由于锁定缺口238的几何结构，使得锁定销104的平移带动锁紧环216绕轴X3-X3转动。
由于锁紧环216可绕轴X2-X2相对于母连接件200的外体部202旋转，锁定销104可完全卡入锁定缺口238中。具体而言，由于锁定槽218的几何结构，以及基于当外体部102和202处于引导状态后锁定销104无法相对于外体部202旋转的事实，当锁定销104轴向平移并接触锁紧环216后，锁定销104可以推动锁紧环216，使其绕接合轴X3-X3发生旋转，从而允许锁定销104到达其卡合位置。更具体地，在所述锁定销104经过渡区237到达锁定缺口238内的卡合位置的过程中，锁紧环216所需的转动角度被定义为γ233，γ233的大小为11度。角γ233被清晰表示在图14中，其为轴线Y237在垂直于轴X2-X2的平面上的投影与轴线Y238在同一平面上的投影之间的夹角，并且角γ233的大小等于锁定销104卡入锁定缺口238后，轴线Y104和Y237在垂直于轴X3-X3的平面内的投影之间的夹角。角γ233的角度范围处于锁紧环216的转动范围γ232内，本实施例中，γ232大小为15度。此外，所述保险环220具有三个保险栓234，所述保险栓位于保险环220的前端面，即图3至5中靠近公连接件100的端面。每个保险栓234的前端面均垂直于轴X2-X2。保险栓234的数目与锁定槽218的数目相等。每个保险栓234均伸入一导槽235内，如图14清晰所示，所述导槽235形成于锁紧环216上且与过渡区237的轴向延伸方向一致，从而使得保险环220除了可相对于锁紧环216作轴向平移运动之外，还可以整体随锁紧环216在周向上旋转。此外，弹簧222对保险环220的作用力将每个保险栓234推向一前端位置，在该位置处，保险栓234阻塞了锁定销104从锁定缺口238到开口236的通路。
参考图6至9，随着两连接件100和200沿接合轴X3-X3进一步相互靠近，表明锁定销104进入锁定槽218中，如果锁定销104与过渡区237没有对齐，此时的接合力可以被概括为锁定销104施加于倒角两个内侧面2362和2364中的一个内侧面上的压力。该力令锁紧环216绕轴X3-X3发生旋转，从而引导锁定销104向过渡区237内平移直至锁定销104在轴向上处于和保险栓234的前端面相对的位置上。在锁紧环216发生上述旋转的同时，接地插脚108插入接地接触片208中实现相互之间的电气连接，而且几乎在同一时间，环绕控制接触片214的圆凸柱210也进入圆凹孔116中。圆凸柱210和圆凹孔116均沿径向离轴X3-X3一段距离，两者之间的配合可作为一种机械安全装置使用，当公连接件100上的插脚108，112和114与母连接件200上的接触片208，212和214之间周向方位不一致而导致圆凸柱210不能插入圆凹孔116时，所述机械安全装置可防止接头接合过程的继续。这种不一致的故障情况例如当公连接件100的绝缘部110与其外体部102的相对周向方位与母连接件200的绝缘部206与其外体部202的相对周向方位不一致时可能发生。
从图6可以看出，在接地插脚108嵌入接地接触片208时，各电源插脚112尚未与其对应电源接触片212形成有效连接，主电路尚未连通。同样的，在此时，各控制插脚114也未与其对应的接触片214形成有效连接，控制电路亦未接通。从下文可知，在本发明接头的接合过程中，主电路的接通发生于接地完成后以及控制电路连通前，从而保证了主电路接通时的操作安全性。
随着接合过程继续进行，接头进入图7所示状态。具体地，在该状态下，电源插脚112嵌入各对应电源接触片212中，从而将主电路连通。公连接件100的外体部102接触唇形密封圈224。需要说明的是，唇形密封圈224此时并不能将两外体部102和202的内部空间密封。这是因为，此时公连接件100的外体部102上所设的开孔122在轴向上位于密封圈224的前方，外体部102和202之间的空气可通过开孔排出。此外，在此过程中，锁定销104于锁定槽218内继续前进并轴向接触位于其前方的保险栓234。随后，锁定销104通过抵抗弹簧222的弹力，在轴向上将保险栓234进一步向后方推，所述后方即远离公连接件100的方向，从而打开过渡区237和锁定缺口238之间的通路。此处，在锁定销104开始接触保险栓234的状态下，各控制插脚114尚未与其对应的接触片214形成有效连接。
在接合过程的最后一个阶段中，伴随锁紧环216在轴向接合力作用下进一步绕轴X3-X3发生转动，锁定销104进入锁定缺口238中并卡合到位，而且各控制插脚114也插入对应的接触片214中。当控制插脚114插入对应的接触片214中时，与控制电路连接的继电器将主电路闭合，从而使得主电路内有电流流通。由上可知，由于在本发明接头R的接合过程中，先通过将接地插脚108插入接地接触片208实现接地，再通过将电源插脚112插入电源接触片212实现主电路的接通，最后通过将控制插脚114插入控制接触片214实现控制电路的接通，本发明接头R可以保证接合操作的安全性。在上述过程中，接地完成以后操作员便可以通过操作接头接通主电路，而无须担心发生触电的风险。而且，由于主电路接通时，用于主电路电流导通的控制电路并未接通，主电路内并无电流流过，所以整个电气连接过程以一种完全安全的方式进行。
为保证电气连接以上述方式进行，本发明接头在设计上具有如下特征：在两连接件100和200接合过程中，当两连接件100和200处于引导状态但锁定销104尚未进入锁定槽218时，接地插脚108和接地接触片208之间在平行于轴X3-X3的方向上测得的距离d8小于电源插脚112和电源接触片212之间在平行于轴X3-X3的方向上测得的距离d12，而且d12小于控制插脚114和控制接触片214之间在平行于轴X3-X3的方向上的距离d14。距离d8和距离d12分别如图4和图5所示，距离d14在图4和图5中均有表示。此特征可使得在接头接合过程中，接地插脚108首先插入接地接触片208中，其后电源插脚112插入电源接触片212中，最后，控制插脚114插入控制接触片214中。可以理解的是，在接头拆分过程中，各插头拔离对应接触片的顺序与上述插入顺序正好相反，从而使得本发明接头的拆分过程也以同样完全安全的方式进行。
本发明各插脚对应的接触片采用与传统电气接头相同的结构，即各接触片均为由弹性金属片制成且随插脚插入可发生相应变形的冠状结构。在上述接合过程最后阶段的末尾，锁定销104卡入锁定缺口238，并在径向上与保险栓234脱离接触。此时，由于锁定销104不再向保险栓234施加任何轴向上的力，使得保险环220在弹簧222的推力下向母连接件的前端方向回移一定距离，从而更加靠近公连接件100。此时，保险栓234部分覆盖过渡区237，在此位置上，保险栓234将锁定销104阻挡于锁定缺口238内，从而实现锁定销104相对于外体部202在轴向上的位置固定，而锁定销104沿斜向抵顶于保险栓234上，使保险栓234具有向过渡区237移动的趋势。自此，本发明接头完成接合，其两个连接件的外体部102和202相互间无法分离。
另一方面，在接合过程的上述最后阶段，公连接件100的外体部102一边按压唇形密封圈224一边向前移动，当锁定销104接触保险栓234时，设于公连接件100的外体部102上的开孔122处于密封圈224的后方，从而使得密封圈224将两连接件的外体部密封且在接合过程的最后，两外体部102和202之间的空气被挤压。为了减小接头接合时所需要施加的力，本发明选用唇形密封圈，因为按压唇形密封圈所需的力小于O形密封圈。此外，唇形密封圈只有在电源插脚112插入电源接触片212后才进行上述密封，如此便可缩短挤压两外体部102和202之间空气的过程，从而进一步减小接头接合时所需施加的力。此外，在接合过程的上述最后阶段，防护片226被压缩变形而抵紧母连接件200的外体部202，以实现外体部102和202之间的电器连续性，从而进一步保护操作员的安全。
具体而言，上述设计可在操作员中途停止接头接合操作时保证其安全。在这种情况下，若锁定销104将保险栓234向后推但未能到达卡合位置，随着操作员中断操作，即不再施加任何力，弹簧222开始复位，从而向保险环220及保险栓234施加推力，使其向前移动；上述弹簧222向锁定销104施加的推力主要用于抵消连接件100和200拆分时的摩擦力，尤其是分离已插入接触片208和212中的插脚108和112所产生的摩擦力；其后，随着保险栓234将锁定销104向出口236的方向推动，使得控制电路被断开；最后，弹簧222克服所有阻碍外体部102脱离外体部202的摩擦力，使接头复位至图7所示状态。上述接合过程中没有中间状态，事实上，对于一次成功的接合操作，一旦锁定销104开始将保险环220向后推，接头就会直接从锁定销104和保险栓234相互接触的状态进入到锁定销104被保险栓234阻挡于锁定缺口238内的卡合位置的状态。由于接合操作中途停止时，保险栓234将锁定销104推至控制电路断路的位置，从而使主电路内无电流流过，所以本发明接头可以在此情况下保证操作员的安全。此外，操作员可通过主电路是否有电流流通容易地判断出本接头是否已接合到位。
本发明接头接合所需施加的力被分散于接合过程的各个阶段。具体地，首先是使接地接触片208发生变形从而插入接地插脚108所需的作用力，其次是使电源插脚112发生变形从而插入电源接触片212所需的作用力，再次是挤压密封圈224并同时将控制插脚114嵌入控制接触片214的力，然后是使防护片226变形所需的作用力，最后是挤压两外体部102和202之间的空气所需的力。在电气连接过程中，阻力被分散于整个接合过程的各个阶段更加符合人体工学的优点。
在外体部102和202完成周向引导对准后，只需在轴向上施加单一的力使外体部102和202相互靠近，便可实现将锁定销104推入锁定槽218，以及在促使锁紧环216绕轴X3-X3旋转的同时将锁定销104卡入锁定缺口238，该过程被称为自动接合。
此外，本发明接头R通过使用保险环220将锁定销104阻挡于锁定缺口238内的卡合位置，可以使锁紧环216所需转动的角度γ233尽可能小，从而使张角α218（不小于角γ233）也尽可能小，使得本发明接头结构紧凑。
在接头的拆分过程中，操作员向后拉动保险环220的同时轴向施加一个使两连接件100和200相互分离的力，使得锁定销104从锁定槽218中脱出；插脚108，112和114与其相应接触片208，212和214之间距离的设置可确保插脚108，112和114与其相应接触片208，212和214之间拔离的顺序与接合时相反，也就是说，先断开控制电路的连接；再断开主电路的连接；最后断开接地连接。此顺序可以保证操作员在接头拆分过程中的操作安全性。同样的，在此拆分过程中，一旦锁定销104脱离保险环220的阻挡并从锁定缺口238中脱出后，无需操作员采取任何措施，保险栓234便可自动将锁定销104推送至至少断开控制电路的位置，以切断主电路内的电流。
图8为本发明的一可选实施方式的概略示意图。该实施方式提供一额外的安全保障以确保连接件100和200在外力下拆分时的安全。在实际应用中，本发明接头R常用作如电源终端的一固定端242和例如可在装配流水线上移动的电气设备的一移动端之间的接口设备。因此，当两连接件之中的某一连接件朝远离另一连接件的方向移动时，需要保证接头能够被及时拆分。为实现此目的，在本实施方式中，与上述固定端242连接的母连接件200上还设置有一将保险环220锁系于固定端242的锁系部件，如锁链240。如此，当公连接件100在本发明接头仍处于连接状态的情况下沿图8中箭头F1所指方向向后移动时，其可以带动母连接件200的外体部202及锁紧环216整体沿其平移方向移动。然而，由于锁链240的限制，保险环220无法在该方向上跟随移动，当公连接件100带动外体部202及锁紧环216沿上述箭头F1所指方向移动至某一位置时，锁链240拉住保险环220，从而使其相对于锁紧环216后撤，这样便使得保险栓234撤出其阻塞锁定缺口238与过渡区237之间通道的位置并释放锁定销104。因此，锁定销104不再被阻挡在锁定缺口238内，进而脱离锁定槽218，从而使接头R处于拆分状态。
在本发明的其他未图示的实施例中，密封圈224和/或防护片226可设置于公连接件100之上。
在本发明的另一实施例中，插脚108，112和114当中的某些可设置于母连接件200之上。
在本发明的另一实施例中，上述倒角结构可轻微地弯曲。
在本发明的另一实施例中，保险环可以只具有一个保险栓，所述保险栓可以与接头的多个锁定槽中的某一个相互作用。
在本发明的另一实施例中，可以为其他插脚和接触片组合设置上述圆凸柱210/圆凹孔116嵌套式结构。
在本发明的另一实施例中，纵向凹槽120和215的数目可以不为四个。
在本发明的另一实施例中，不通过弹簧作用，而是通过使用可弹性变形的保险栓234实现阻挡/打开锁定缺口238和过渡区237之间通道的目的。在此实施例中，当所述保险栓234受力变形时打开所述通道，当其形状复原时阻挡该通道。
在本发明的另一实施例中，内侧面2362可以不相对于轴X2-X2倾斜，即上述出口的两内侧面形状可以不对称。在此实施例中，内侧面2362和2364中的至少一个面的倾斜角度处于20度至60度范围内。

Claims (15)

1.一种电气接头(R)，包括第一连接件(100)以及与该第一连接件(100)互补的第二连接件(200)，所述第一和第二连接件(100，200)能够沿一接合轴(X3-X3)相互接合，所述第一和第二连接件包括：
至少一插脚(108，112，114)，设置于所述第一连接件(100)上或所述第二连接件(200)上，以及至少一对应接触片(208，212，214)，设置于所述第二连接件(200)上或所述第一连接件(100)上；
一卡口型锁合装置(104，218)，包括：至少一锁定销(104)，设置于所述第一连接件(100)的一本体(102)上；以及至少一锁紧环(216)以可旋转方式设于所述第二连接件(200)的一本体(202)周围，所述锁紧环(216)包括具有一出口(236)和一锁定缺口(238)的一锁定槽(218)，其中，所述锁定销(104)能相对于第二连接件(200)的本体(202)被轴向固定；以及
一引导装置(106，204)，用于在所述接头的接合过程中，于锁定销(104)进入锁定槽(218)前，使所述第一连接件(100)的本体(102)和所述第二连接件(200)的本体(202)相互间在绕所述接合轴(X3-X3)的周向上对准，其特征在于：
所述第二连接件(200)包括一保险环(220)，设置为可相对于所述锁紧环(216)轴向平移且包括至少一个保险栓(234)；
所述保险环(220)在接头接合过程中，能够被所述锁定销(104)从所述保险栓(234)阻挡在所述锁定缺口(238)和所述出口(236)之间的供锁定销(104)通过的通道中的第一位置推抵至该保险栓(234)让开所述供锁定销(104)通过的通道的第二位置，所述保险环(220)能够借由弹性力的作用回到所述第一位置；
每个所述锁定槽(218)包括位于其前端的一倒角结构(2362，2364)，所述倒角结构限定了所述出口(236)；
所述锁紧环(216)相对于所述第二连接件(200)的本体(202)绕所述接合轴(X3-X3)的旋转范围(γ232)是有限的；
在所述第一连接件(100)的本体(102)和所述第二连接件(200)的本体(202)相互间处于周向对准的状态下，在所述锁紧环(216)的整个所述旋转范围(γ232)内，锁定销(104)的平移轴(X4-X4)始终穿过所述锁定槽(218)的出口(236)。
2.如权利要求1所述的电气接头(R)，其特征在于，所述锁定槽(218)的出口(236)在垂直于所述接合轴(X3-X3)的平面内的张角(α218)大于或等于所述锁紧环(216)绕所述第二连接件(200)的本体(202)的旋转范围(γ232)。
3.如权利要求1或2所述的电气接头(R)，其特征在于，所述锁定缺口(238)沿远离锁紧环(216)前端的方向延伸且和所述接合轴(X3-X3)形成一倾斜角(β238)；在接头处于接合状态时，所述保险栓(234)将所述锁定销(104)限制于其卡合位置。
4.如权利要求1所述的电气接头(R)，其特征在于，所述第一和第二连接件(100，200)还包括：
一接地部件(108，208)，包括设置于所述第一连接件(100)和第二连接件(200)当中的其中一个连接件上的一接地插脚(108)以及设置于所述第一连接件(100)和第二连接件(200)当中的另一个连接件上的一接地接触片(208)，其中，所述接地插脚(108)可沿所述接合轴(X3-X3)与所述接地接触片(208)相接合；
一主电路接通部件(112，212)，包括设置于所述第一连接件(100)和第二连接件(200)当中的其中一个连接件上的至少一电源插脚(112)以及设置于所述第一连接件(100)和第二连接件(200)当中的另一个连接件上的至少一电源接触片(212)，其中，所述电源插脚(112)可沿所述接合轴(X3-X3)与所述电源接触片(212)相接合；以及
一控制电路接通部件(114，214)，包括设置于所述第一连接件(100)和第二连接件(200)当中的其中一个连接件上的至少一控制插脚(114)以及设置于所述第一连接件(100)和第二连接件(200)当中的另一个连接件上的至少一控制接触片(214)，其中，所述控制插脚(114)可沿所述接合轴线(X3-X3)与所述控制接触片(214)相接合。
5.如权利要求4所述的电气接头(R)，其特征在于，在锁定销(104)进入锁定槽(218)前的所述第一连接件的本体(102)和所述第二连接件的本体(202)的周向对准状态下，所述接地插脚(108)与接地接触片(208)之间沿平行于所述接合轴(X3-X3)方向的一轴向距离(d8)小于每个电源插脚(112)与其对应电源接触片(212)之间的一轴向距离(d12)，且所述每个电源插脚(112)与其对应电源接触片(212)之间的轴向距离(d12)小于每个控制插脚(114)与其对应控制接触片(214)之间的一轴向距离(d14)。
6.如权利要求4所述的电气接头(R)，其特征在于，在接头接合过程中，接地完成于主电路接通前，且主电路接通完成于控制电路接通前。
7.如权利要求5所述的电气接头(R)，其特征在于，所述第一连接件(100)或所述第二连接件(200)或所述第一连接件(100)和所述第二连接件(200)中的每一个还包括能与所述第二连接件(200)的本体(202)和所述第一连接件(100)的本体(102)相互作用的一密封件(224)；在所述接头接合过程中，在主电路(112，212)接通后，所述密封件(224)对所述第一连接件和第二连接件(100，200)的本体(102，202)之间进行密封。
8.如权利要求5至7当中任意一项所述的电气接头(R)，其特征在于，所述第二连接件(200)包括一防护片(226)，设置于所述第一连接件(100)的本体(102)和所述第二连接件(200)的本体(202)当中的其中一个本体上，且所述防护片在主电路(112，212)接通后能够与所述第一连接件(100)的本体(102)和所述第二连接件(200)的本体(202)当中的另一个本体相互作用。
9.如权利要求4至7当中任意一项所述的电气接头(R)，其特征在于，在所述接头接合过程中，当所述锁定销(104)与处于所述第一位置上的所述保险环(220)的保险栓(234)刚发生接触时，每个控制插脚(114)均还未与其对应的控制接触片(214)形成有效连接。
10.如权利要求4至7当中任意一项所述的电气接头(R)，其特征在于，当所述锁定销(104)与保险环(220)轴向相互作用且所述保险环(220)处于所述第一位置和第二位置当中的某一位置时，保险环(220)在操作人员不采取任何措施的条件下自动将锁定销(104)推回至每个控制插脚(114)均未与其对应的控制接触片(214)形成有效连接的位置。
11.如权利要求1或2所述的电气接头(R)，其特征在于，所述第一连接件(100)的本体(102)或所述第二连接件(200)的本体(202)或所述第一连接件(100)的本体(102)和所述第二连接件(200)的本体(202)中的每一个由一外体部(102，202)和一绝缘内体部(110，206)形成，且所述绝缘内体部(110，206)可相对于所述外体部(102，202)在绕所述连接件中心轴(X1-X1，X2-X2)的周向上固定于若干个不同的角度方位。
12.如权利要求1或2所述的电气接头(R)，其特征在于，所述第一连接件(100)或所述第二连接件(200)或所述第一连接件(100)和所述第二连接件(200)中的每一个还包括形成于一插脚(114)周围的一圆凹孔(116)，所述圆凹孔与形成于对应接触片(214)周围的一圆凸柱(210)组成一机械安全装置，其中所述圆凹孔(116)的直径(D1)与所述圆凸柱的直径(D2)大致相同；在所述接头接合过程中，所述圆凹孔(116)和圆凸柱(210)均沿径向远离接合轴(X3-X3)；在所述两本体(102，202)处于周向对准的状态下，所述圆凹孔(116)和圆凸柱(210)能相互作用。
13.如权利要求1或2所述的电气接头(R)，其特征在于，所述锁紧环(216)相对于所述第二连接件(200)的本体(202)绕轴(X3-X3)的旋转范围(γ232)由一阻挡件(228)周向限定。
14.如权利要求13所述的电气接头(R)，其特征在于，所述阻挡件(228)为一键体(228)，所述键体设置于所述第二连接件(200)的本体(202)内或设置于所述锁紧环(216)内，所述键体通过与一在径向上与该键体位置相对应的一凹槽(230)共同作用来限制所述旋转范围(γ232)，所述凹槽形成于所述锁紧环(216)内或形成于所述第二连接件(200)的本体(202)内。
15.如权利要求1或2所述的电气接头(R)，其特征在于，所述第二连接件(200)包括一锁系部件(240)，用于将所述保险环(220)锁系于所述接头之外的一固定位置(242)。
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