CN105993099A - 具有增强夹持力的电气端子 - Google Patents
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Abstract
一种电连接器，该电连接器具有一对或多对相对的接触臂(20)，这些接触臂从本体部分(16)伸出并且构造成接纳匹配的连接器。弹性夹持构件(24)定位在相对的接触臂(20)之上，以增大接触臂(20)在匹配的连接器上的压缩力(22)。接触臂(20)包括稳定特征结构，以限制弹性夹持构件(24)相对于接触臂(20)的侧向、纵向和/或转动运动。接触臂(20)可由具有高导电性的材料形成，而弹性夹持构件(24)可由不同的材料形成，该材料具有比接触臂(20)的材料较高的松弛温度。匹配的连接器可包括阳型片式端子(12)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年2月13日提交的美国专利申请第14/179,947号的优先权权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
本发明总地涉及一种电气端子、并且更具体地涉及一种阴型电气端子，该阴型电气端子构造成接纳匹配的阳型电气端子并且对于阳型端子提供高压缩夹持力。
背景技术
由于铜的有益的导电性能，端子可由铜构成。随着温度升高，铜会容易松弛(即，丧失弹性力)。由于端子的温度会随着流过端子的电流的增大而升高，因而铜制端子在这些情况下维持较强的夹持力的能力会减弱。在铜制端子是构造成提供压缩力的阴型端子的情形中，阴型端子的此种松弛会减小与匹配的阳型片式端子的总体接触面积，这会导致电阻增大并且温度进一步升高。通常期望的是，将配电箱或其他连接器的总体尺寸保持尽可能小，而同时仍提供所需的载流能力。因此，通过简单地将阴型端子制造成较厚或较宽，不会有益于增大压缩力。当使用铜时，尺寸限制会导致无法获得期望的弹性力。已使用直到达到更高的温度之前都不会发生松弛的铜合金，但典型的是，这些合金通常提供较低的导电性。
可将由诸如不锈钢之类不易经受温度相关松弛的材料所制造的弹性夹持构件添加至阴型端子。然而，以发现建立和维持端子的接触臂和弹性夹持构件之间的对准具有挑战。此种阴型端子的一个示例在Glick等人的2013年7月2日公开的美国专利号8,475,220中示出。在`220专利中示出的端子包括凸片，该凸片也称为尖头(lance)并且形成在弹性夹持构件的端部上并插入在接触臂之间，以使得弹性夹持构件与接触臂对准并防止该弹性夹持构件进行侧向运动。在该弹性夹持构件的制造过程期间，这些凸片需要单独的成形操作。
在背景技术部分中描述的主题不应仅仅由于其在背景技术中提及而被假定为是现有技术。类似地，在背景技术部分中提及的或者与背景技术部分的主体相关联的问题不应被假定为已事先在现有技术中被识别。背景技术部分中的主题仅仅表示不同的方案，这些方案中以及方案本身也可以是发明点。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于电连接器的阴型端子组件，该阴型端子组件构造成与匹配的阳型端子连接。阴型端子组件包括至少两对相对的接触臂和弹性夹持构件，该至少两对相对的接触臂构造成将阳型端子接纳在其间并且每对邻接的相对接触臂在其间限定凹部，而弹性夹持构件具有两个相对的夹持部分，这两个相对的夹持部分与至少两对相对的接触臂相接触并由至少部分地设置在凹部内的弹性部分连接。每个接触臂均限定有稳定特征结构，该稳定特征结构构造成限制该弹性夹持构件沿着阴型端子组件的侧向轴线的侧向运动。接触臂的近中边缘和弹性部分的远侧边缘可协配，以限制每个夹持部分沿着阴型端子组件的纵向轴线的运动。每个接触臂的固定端的一部分可远离阴型端子组件的纵向轴线向外弯开以形成稳定特征结构。替代地，每个接触臂的固定端可朝向阴型端子组件的纵向轴线向内弯曲以形成稳定特征结构。弹性夹持构件的弹性部分可基本上限定U形形状。两个相对的夹持部分从该弹性部分侧向地突出。这两个相对的夹持部分并不限定不同于设置在接触臂之间的凹部内的弹性部分的凸片。
每个接触臂均可由第一材料形成，而弹性夹持构件可由第二材料形成，其中，该第一材料具有比第二材料低的电阻。第一材料可具有比第二材料低的松弛温度。第一材料包括铜基材料，而该第二材料包括铁基材料。
每个接触臂均可沿同一方向从本体部分伸出，该本体部分可在相对于相对的侧向侧部隔开的相对的顶侧和底侧之间限定空腔，该接触臂仅仅连接于顶侧和底侧。阴型端子组件可包括端子区域，该端子区域具有从本体部分伸出的顶部端子和底部端子用以连接于对应的阳型端子，且接触臂、本体部分、顶部端子以及底部端子均由单个折叠金属板形成。顶部端子可利用夹子和焊接件的至少一个机械地和电气地结合于底部端子。
在本发明的另一实施例中，提供一种电气端子组件。该电气端子组件包括多个片形阳型端子和多个阴型端子，这些阴型端子构造成接纳这些阳型端子。每个阴型端子均包括至少两对相对的接触臂和弹性夹持构件，该至少两对相对的接触臂构造成将阳型端子接纳在其间并且每对邻接的相对接触臂在其间限定凹部，而弹性夹持构件具有两个相对的夹持部分，这两个相对的夹持部分与至少两对相对的接触臂相接触并由至少部分地设置有凹部的弹性部分连接。每个接触臂均限定稳定特征结构，该稳定特征结构构造成限制每个夹持部分沿着阴型端子的纵向轴线的运动。
在阅读了仅仅借助非限制实施例给出并且参照附图的本发明较佳实施例的以下详细描述后，本发明的又一些特征和优点会变得更加清楚。
附图说明
现将参照附图通过例子描述本发明，附图中：
图1是根据第一实施例的阴型端子组件的立体图；
图2是根据第一实施例的接纳匹配阳型端子的图1所示阴型端子组件的侧视图；
图3是根据本发明一个实施例的由阴型端子组件施加于阳型端子的法向夹持力以及相关联的载流能力的图表；
图4a是根据第二实施例的阴型端子组件的立体图；
图4b是根据第二实施例的接纳匹配阳型端子的图4a所示阴型端子组件的侧视图；
图4c是根据第二实施例的图4a所示阴型端子的立体图；
图5a是根据第三实施例的阴型端子的立体图；
图5b是根据第四实施例的阴型端子的立体图；
图5c是根据第五实施例的阴型端子的立体图；
图5d是根据第六实施例的阴型端子的立体图；以及
图6是根据现有技术的包括限定尖头的弹性夹持构件的阴型端子组件的立体图。
具体实施方式
本文示出一种构造成接纳阳型片式端子的阴型端子组件。该组件包括成对接触臂，该成对接触臂接纳阳型端子接片和弹性夹持构件，该弹性夹持构件将接触臂压缩以增大这些接触臂对于阳型端子的夹持力。
图1说明用于电连接器(未示出)的阴型端子组件10的非限制示例，该阴型端子组件构造成与阳型片式端子12匹配(参见图2)。阴型端子14具有本体部分16，该本体部分在一个端部处形成有端接部分18，该端接部分设计成连接于线缆(未示出)、印刷电路板(未示出)或者其他电导体(未示出)的端部。阴型端子14的本体部分16的另一端部形成多个相对的接触臂20，这些接触臂形成为接纳扁平阳型片式端子12并与其相匹配。阴型端子14包括第一和第二对相对的接触臂20。如图2所示，当接触臂20在阳型端子20插入到这些接触臂之间而分开时，这些接触臂对于该阳型端子12提供压缩接触力或夹持力22。通过将弹性夹持构件24附加于阴型端子组件10，可使得由接触臂20产生的夹持力22的大小增大。接触臂20的自由端部26可从阴型端子14的纵向轴线X弯开、也就是说向外弯曲，以形成接纳部分28，从而便于将阳型端子12插入到成对相对的接触臂20之间。根据非限制的示例，U形弹性夹持构件24可装配在阴型端子14内，以提供稳定特征结构来将附加的压缩力提供给接触臂20，由此增大接触臂20在阳型端子12上的夹持力22。
根据一个非限制示例，弹性夹持构件24可包括U形弹性部分30和两个相对的夹持部分32，这两个相对的夹持部分从弹性部分30向外侧向地延伸。夹持部分32可延伸至或靠近接触臂20的远侧边缘。弹性夹持构件24的弹性部分30可设置在凹部36内，该凹部限定在第一和第二对相对的接触臂20之间。弹性夹持构件24的夹持部分32设置在接触臂20之上，也就是说，设置在接触臂20的外表面38上。
弹性夹持构件24可由第一材料形成，该第一材料与形成阴型端子14的接触臂20的第二材料不同，以使得该第一材料具有比第二材料较高的松弛温度。这并不需要使得弹性夹持构件24由与接触臂20相同的材料制成。替代地，该弹性夹持构件24可由非导电材料制成。该第一材料可由诸如SS301之类的不锈钢构成，该不锈钢包括约7％的镍、10％的碳、17％铬，其余是铁。第二材料可由具有高导电性的任何材料构成，并且可由几乎纯铜(例如，铜C102)或铜合金(例如，包括约0.1％锆的铜C151)构成。
当设计接触臂20和弹性夹持构件24时，存在若干因素需考虑。第一因素是，由于除了由弹性夹持构件24施加的力以外由接触臂20施加夹持力22而所需的将阴型端子12插入到阴型端子14的接触臂20之间的插入力。会期望通过选择接触臂20和弹性夹持构件24的期望材料性能或者通过选择性地调节接触臂20和弹性夹持构件24的尺寸(长度、宽度、角度等等)来控制插入力，以满足可能对于包括阴型端子组件10施加的插入力的人体工程学需求。第二考虑因素是接触臂20对于阳型端子12的夹持力22，因为可能会增大该夹持力22以使得阴型端子组件10和阳型端子12之间的连接部的载流能力最大，从而支持较高的电力(例如，＞80安培DC)和/或较高的电压(例如，＞100伏特DC)的应用。
在缺少弹性夹持构件24的情形下，接触臂20例如可构造成提供约4牛顿(N)的法向力。添加弹性夹持构件24可将接触区域处的法向(夹持)力22增大至约12-15N之间。可选择性地调节这些参数，以实现对于给定的电流量、在阳型端子和阴型端子之间的连接部的法向力大小和环境温度升高(ROA)之间实现平衡。该环境温度升高可与在实现55℃ROA之前、可能通过横梁对和阳型接片之间处于特定的法向力的接触区域的电流量相关。
此种关系的一个非限制示例可在图3中示出的表中发现。例如表中所示，在实现55℃ROA之前，法向力的增大允许电流对应地增大。然而，在同一点处，增大速率开始减缓，这如图所示在15N左右发生(该过渡点可能取决于接触点的材料和构造、形状等等显著地改变)。由弹性夹持构件24施加的附加力可相对于载流能力而优化。法向力与载流能力的平衡会是重要的，因为会期望使用最小的法向力来满足电流和ROA需求，而同时使得插入力大小最小。附加地，可类似地控制阳型端子12的接片和接触臂20的表面粗糙度，以例如通过限制表面粗糙度来减小插入力。可使用双重压花或其他压花工艺来进一步精磨阳型端子12的接片和接触臂20的表面粗糙度。
如图2中最佳示出地那样，相对的接触臂20具有固定端部40，这些固定端部附连于阴型端子14的本体部分16。稳定特征结构形成在接触臂20中，以限制弹性夹持构件24相对于阴型端子14的运动。在该非限制示例中，接触臂20在每个接触臂20中具有复合弯部，该复合弯部具有沿朝向阴型端子14的纵向轴线X的方向的第一弯部42和沿远离该纵向轴线X的方向的第二弯部44。在该示例中，第一弯部42和第二弯部44组合以形成稳定特征结构。每个接触臂20还包括第三弯部46，该第三弯部沿远离纵向轴线X的方向靠近接触臂20的自由端部，并且该第三弯部限定接触臂20的接纳部分28。接触臂20在第一弯部42和第二弯部44之间的部分形成谷部48，且弹性夹持构件24的夹持部分32接纳到这些谷部中。第一弯部42的角度大于第二弯部44的角度，以使得相对的接触臂20彼此接触或者至少接近。
例如在图1和4a中最佳示出地那样，稳定特征结构在第一区域50中紧邻于弹性部分30的远侧边缘34，而接触臂20的近中边缘在第二区域52中紧邻于弹性部分30的远侧边缘34。稳定特征结构、接触臂20的近中边缘以及弹性部分30的远侧边缘34协配，以限制弹性部分30的侧向运动且由此限制弹性夹持构件24相对于阴型端子14沿着侧向轴线Y的侧向运动。谷部48由接触臂20的自由端部中的弯部42、44、46限定，且稳定特征结构也可协配以捕获弹性夹持构件24的夹持部分32并且限制夹持部分32沿着阴型端子14的纵向轴线X的运动，并且由此限制弹性夹持构件24相对于阴型端子14沿着该阴型端子14的纵向轴线X的运动。接触臂20的近中边缘(邻近于凹部36的边缘)可进一步与弹性夹持构件24的弹性部分30的远侧边缘34协配，以限制该弹性夹持构件24相对于阴型端子14沿着侧向轴线Y的侧向运动。稳定特征结构、接触臂20以及弹性部分30也可协配，以限制弹性夹持构件24相对于接触臂20围绕阴型端子14的纵向轴线的转动运动。
根据图4a-4c中示出的非限制示例，稳定特征结构可替代地是形成在接触臂20中的凸片或突部54，以在接纳部分和接触臂20的稳定特征结构之间形成谷部48。图4a-4c中示出的突部54可通过模压或冲孔工艺形成。图5a-5d示出由突部54形成的稳定特征结构的更多个非限制示例。图5a和5b中示出的突部54可通过剪切和弯折工艺形成。图5c和5d中示出的突部54可通过折叠工艺形成。突部54可形成在接触臂20的远侧边缘和/或近中边缘中。突部54可替代地形成在接触臂20的中心部分中。
接触臂20、本体部分16以及端接部分18可由相同的材料件制成。该材料可整件包括相同的或变化的厚度(例如，某些部分可较厚或较薄以改进稳定性，从而控制力等等)。可从一定形状的实心材料切割、冲压、模压、剪切或以其他方式操纵该材料，以包括所需的凹部、浮凸部、孔以及其他形貌，从而便于将扁平材料件转换成所示出构造而要求的折叠、弯折或其他操纵。可将材料的相对两侧朝向彼此折叠，以使得一旦该材料定位成所示出构造，就在两侧附近形成分割线或折叠线。一旦阴型端子14设置成所示出的形状，弹性夹持构件24的弹性部分30就可使用心轴或其他装置定位在凹部36内，以将接触臂20打开一定距离，该距离允许弹性部分30的向后闭合端部能滑动到凹部36如下距离：该距离足以允许弹性夹持构件24的夹持部分32能通过接触臂20的自由端部26，从而使得夹持部分32抵靠在多个谷部48中，这些谷部形成在接触臂20的端部和由该接触臂20限定的稳定特征结构之间。
图1、2、4a和4b中示出的阴型端子14的端接部分18最佳地适合于通过诸如超声波焊接之类的焊接工艺来附连线缆。然而，阴型端子14的替代实施例可包括适合于压接于线缆的端接部分，该线缆具有可压扁的管状部段或翼部，线缆插入到该可压扁的管状部段中，而翼部包裹在该线缆周围并且压扁到该线缆上(未示出)。端接部分可替代地包括环形特征，该环形特征能经由螺纹紧固件或铆钉(未示出)附连于电导体。又替代地，该端接部分可包括某些特征，以便于例如通过使用直腿冲压端子本体、将阴型端子14直接地安装/附连于印刷电路板，该直腿冲压端子本体允许腿部能经由焊接工艺附连于该印刷电路板(未示出)。
例如图6所示，在`220专利中披露地并且在本发明背景技术中描述地那样，弹性夹持构件24并不包括凸片或尖头特征56，这些凸片或尖头特征从弹性夹持构件24的夹持部分32的端部伸出并且延伸到相对的成对接触臂20之间的凹部36中。与`220的弹性夹持构件不同，阴型端子组件10的弹性夹持构件24通过形成在接触臂20中的稳定特征结构对准在阴型端子14内，消除了在弹性夹持构件24中形成凸片或尖头特征的需要。这提供了消除在弹性夹持构件24的材料中形成凸片或尖头特征的工艺，而这比在接触臂20中形成稳定特征结构更难以形成，尤其是如果弹性夹持构件24由不锈钢制成而接触臂20由铜基材料形成的话。
因此，提供一种阴型端子组件10。该阴型端子组件10可包括组装在一起的阴型端子14和弹性夹持构件24。阴型端子14的一个端部可包括多个接触臂20，这些接触臂由高导电合金(例如，C151、C102或类似的合金)制成。阴型端子14的另一端部可包括端接部分18，该端接部分设计成连接于线缆。替代地，该端接部分可包括某些特征以便于将端子直接地安装于印刷电路板。弹性夹持构件24可由具有高弹性(例如，不锈钢301)的合金制成。弹性夹持构件24可包括夹持部分32，这些夹持部分接触成对相对的接触臂20的相对两侧。弹性夹持构件24可尤其是相对于高温情况、构造成提供较高的法向力，其中，线缆机械地和/或电气地连接于端子，以在高温环境下提供最大的电流表面和最大载流能力。线缆能通过焊接、压接或其他操作附连于端子。线缆能沿多个方向焊接于端子，并且能具有分开并焊接于端子的每个侧部的线股。此外，总线能用于替代线股并且能通过焊料、铆钉或螺纹紧固件附连于端子。弹性夹持构件24可由不锈钢制成，该不锈钢在升高温度下具有较低的松弛性能。于是，弹性夹持构件24可防止相应的接触臂20在升高温度下松弛，而否则松弛会减小与相关联阳型片式端子的接触面积。于是，由于已使得松弛程度最低，因而无需使用铜合金或者具有较小导电性能的类似材料替代物。
尽管就本发明的实施例对本发明进行了说明，但本发明不意在被如此限制，而是意在下面权利要求书中阐释的范围。此外，术语第一、第二等的使用不代表任何重要性的顺序，而是用于将元件彼此区分开。另外，术语一种、一个等的使用不代表数量的限制，而是表示至少存在一个该指代词。
Claims (14)
1.一种用于电连接器的阴型端子组件(10)，所述阴型端子组件构造成与匹配的阳型端子(12)连接，并且包括：
至少两对相对的接触臂(20)，所述至少两对相对的接触臂构造成在其间接纳所述阳型端子(12)并且每对邻接的成对相对的接触臂(20)在其间限定凹部(36)；以及
弹性夹持构件(24)，所述弹性夹持构件具有两个相对的夹持部分(32)，所述两个相对的夹持部分与所述至少两对相对的接触臂(20)接触并且由弹性部分(30)连接，所述弹性部分至少部分地设置在所述凹部(36)内，其中，每个接触臂(20)均限定稳定特征结构，所述稳定特征结构构造成限制所述弹性夹持构件(24)沿着所述阴型端子组件(10)的侧向轴线的侧向运动。
2.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，所述接触臂(20)的近中边缘和所述弹性部分(30)的远侧边缘(34)协配，以限制所述弹性夹持构件(24)沿着所述阴型端子组件(10)的侧向轴线的侧向运动。
3.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，每个接触臂(20)的自由端部(26)从所述阴型端子组件(10)的纵向轴线向外弯曲，并且每个接触臂(20)的固定端部的一部分远离所述阴型端子组件(10)的纵向轴线(X)向外弯曲，因此形成所述稳定特征结构。
4.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，每个接触臂(20)的自由端部(26)从所述阴型端子组件(10)的纵向轴线(X)向外弯曲，并且每个接触臂(20)的固定端部朝向所述阴型端子组件(10)的纵向轴线(X)向内弯曲，因此形成所述稳定特征结构。
5.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，所述弹性部分(30)基本上限定U形形状。
6.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，所述两个相对的夹持部分(32)从所述弹性部分(30)侧向地突出。
7.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，所述两个相对的夹持部分(32)并不限定不同于设置在所述凹部(36)内的所述弹性部分(30)的凸片。
8.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，每个接触臂(20)均由第一材料形成，而所述弹性夹持构件(24)由第二材料形成，其中，所述第一材料具有比所述第二材料低的电阻。
9.根据权利要求8所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，所述第一材料可具有比所述第二材料低的松弛温度。
10.根据权利要求8所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，所述第一材料包括铜基材料，而所述第二材料包括铁基材料。
11.根据权利要求1所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，每个接触臂(20)均沿同一方向从本体部分(16)伸出，所述本体部分(16)在相对于相对的侧向侧部隔开的相对的顶侧和底侧之间限定空腔，所述接触臂(20)仅仅连接于所述顶侧和所述底侧。
12.根据权利要求11所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，进一步包括：端子区域，所述端子区域具有从所述本体部分(16)伸出的顶部端子和底部端子用以连接于对应的阳型端子(12)，且所述接触臂(20)、所述本体部分(16)、所述顶部端子以及所述底部端子均由单个折叠金属板形成。
13.根据权利要求12所述的阴型端子组件(10)，其特征在于，所述顶部端子利用夹子和焊接件的至少一个机械地和电气地结合于所述底部端子。
14.一种电气端子组件，包括：
多个片形阳型端子；以及多个阴型端子，所述多个阴型端子构造成接纳所述阳型端子，且所述多个阴型端子各自具有：
至少两对相对的接触臂(20)，所述至少两对相对的接触臂构造成在其间接纳所述阳型端子(12)并且每对邻接的成对相对的接触臂(20)在其间限定凹部(36)，以及
弹性夹持构件(24)，所述弹性夹持构件具有两个相对的夹持部分(32)，所述两个相对的夹持部分与所述至少两对相对的接触臂(20)接触并且由弹性部分(30)连接，所述弹性部分至少部分地设置在所述凹部(36)内，其中，每个接触臂(20)均限定稳定特征结构，所述稳定特征结构构造成限制每个所述弹性夹持构件(24)沿着所述阴型端子(14)的侧向轴线的侧向运动。
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20181204 Address after: Babado J San Michaele Applicant after: Delphi Technologies, Inc. Address before: michigan Applicant before: DELPHI TECHNOLOGIES, Inc. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181214 |