CN108475889B - 大功率电连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电端子及一种电连接器组件。一种大功率电连接器提供用于将电信号从诸如大电流能力的线缆的一对线缆传输到诸如仪表板的相关元件。所述大功率电连接器包括绝缘壳体和穿过绝缘壳体的用于传输电信号的一对接触路径组件。线缆包括被压至后壳以为线缆和所述连接器提供一接地路径的一屏蔽层。

Description

大功率电连接器
技术领域
本申请主张于2016年1月13日提交的美国临时申请US62/278214的优先权，该美国临时申请通过援引其整体并入本文。
背景技术
相对较大线规(gauge)的线缆(如6以上线规)连结于一连接器，而对于电动车辆或混合动力车辆而言，连接器可以用于将发动机(engine)/马达(motor)室内的线缆与仪表板相反侧上的合适线缆或导线电连接。同样地，这些类型的连接器也用于诸如重型机械以及农业设备的工业应用中。常规连接器在连接器领域、更具体而言在适于传输大(high)功率的连接器领域已经遇到了许多问题。
相对较大线规的线缆(如6以上线规)连结于一连接器，而对于电动车辆或混合动力车辆而言，连接器可以用于将发动机/马达室内的线缆与仪表板相反侧上的合适线缆或导线电连接。同样地，这些类型的连接器也用于诸如重型机械以及农业设备的工业应用中。常规连接器已经遇到了许多问题。一方面，线缆需要提供相对大的电流(在80到200安培(或更大)的范围内)以及可能的高电压(200伏以上)。这往往需要一种具有一绝缘良好的大规格导体的线缆，而这使线缆在车辆的组装和维修过程中相对较难处理。由于两根独立的线缆能连接于连接器的事实，可使这个问题进一步复杂化。涉及复杂的组装技术和元件的现有设计导致连接器系统昂贵。因此，某些人群将会赏识在大功率电连接器设计上的进一步改进。
发明内容
本文提供了一种大功率电连接器，其提供对现有的大功率电连接器的改进，且其包括克服了现有技术所呈现的某些缺点的实施例。所述大功率电连接器提供用于将电信号从一对线缆(诸如双极(BP)线缆)传输至一相关部件(诸如仪表板)。所述大功率电连接器包括一绝缘壳体以及穿过绝缘壳体的用于传输电信号的接触路径组件。线缆由一绝缘体包围的大线规内部导体构成。一接地层或屏蔽层环绕绝缘体设置、通常由一编织物或箔片构成，其中外部绝缘护套包围整个线缆。接地层通过位于线缆的绝缘体和接地层之间的一压缩环连接于一导电外壳。所述连接器包括一高压互锁件(“HVIL”)、端子保持件以及应力释放安装部件。
附图说明
本发明通过举例示出但不限于附图，在附图中类似的附图标记表示类似的部件，且在附图中：
图1是本发明的连接器的一立体图；
图2是图1的连接器的另一立体图；
图3是图1的连接器的插头与插座未对接的一立体图；
图4是图3的连接器的另一立体图；
图5是图1的连接器的插座的一分解图；
图6是图1的连接器的插头的一部分分解图；
图7是图1的连接器的插头的一分解图；
图8是图1的连接器的插头的端子模块的一立体图；
图9是图8的端子模块的一分解图；
图10是图1的连接器的插头的一剖开图；
图11是图10的屏蔽层连接部的一细节图；
图12是图10的屏蔽层连接部的另一细节图；
图13是插头的压缩环的一立体图；
图14是图13的压缩环的另一立体图；
图15是压缩环的另一实施例的一立体图；
图16是插头去除一应力释放件的一立体图；
图17是图16的插头的另一实施例的一部分分解图；
图18是本发明的连接器的另一实施例的一立体图；
图19是图18的所述另一实施例的一分解图；
图20是本发明的连接器的另一实施例的一立体图；以及
图21是图20的连接器的所述另一实施例的一分解图
具体实施方式
下面的详细说明描述多个示范性实施例且不意欲限制到这些明确公开的组合。尽管本申请易于实现不同形式的实施例，但是示出在附图中且在本文中将详细说明的是具体实施例，同时应理解的是本说明书应视为是本发明原理的范例。因此，除非另有说明，本文所公开的多个特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的另外的多个组合。虽然本文使用上、下等术语，但是这些术语用来便于说明本申请，且不表示用于本申请使用的一特定的所需方向。
附图示出一连接器系统。连接器系统包括一插头以及一插座，插头和插座各具有一壳体以及位于壳体中的电接触件。接触件以及壳体适合相互接合，以提供稳定的机械连接和电连接。通常，所述连接器系统用在一直插(in-line)线缆或线对线型布置，其中电接触件分别连接于线缆。所述系统可以设置屏蔽或者不设置屏蔽。在某些应用中，其中一种连接器可以固定于诸如汽车或工业应用中的一仪表板或防火墙的一面板。
使用两根线缆来提供功率在本领域中是已知的且有时被称为双极(BP)线缆。所述两根线缆是细长的，且各线缆包括：一导电的内导体，其设置成承载大电流负荷；一绝缘护套，包围内导体；一导电屏蔽层，包围绝缘护套；以及一外绝缘套。如本领域中已知的，为了将线缆接地，外绝缘套可以被切除以露出导电屏蔽层。
如附图所示，示出了电源连接器(power connector)的一屏蔽形式。一双电路或双极线缆在本发明中示出且如图1至图4所示。在需要额外功率的应用中，根据需要可以被考虑其它电路尺寸(包括额外的线缆在内)。三、四个电路连接器通常被使用并流行。连接器1包括一插座10以及一插头60且设置成沿一对接方向M对接。在该实施例中，连接器被描述为一直插线对线系统。可以考虑其它组合和构造，诸如一线对板布置以及直角形式的插座与插头。
除了大电流线缆接口，一第二接口也被并入连接器1中。还设置了一高压互锁件(High Voltage Interlock)或“HVIL”30、150。接地故障(fault)检测以及一“高压互锁回路(high voltage Interlock loop)”连续监测120伏交流线束的完整性；一旦故障将自动切断使用电路(utility circuit)的电源。
如图5最佳所示，插座10包括：一壳体40，其通常由一典型的模塑聚合物的一绝缘材料形成；一对导电的端子20，设置在壳体40中；一对密封件28，各安装在端子20的一端且由一盖体50保持就位。在所示的实施例中，插座10安装在一面板5上。壳体40由一聚合物模制成型且包括一凸缘42，其中一延伸部44沿一对接方向M从凸缘突出。一对腔体46形成在凸缘42上并延伸到延伸部44中。导电的端子20沿对接方向M插入腔体46中。
各个导电的端子由一铜基合金形成且通常呈一圆柱形状，包括位于一端的一接触部22以及位于另一端的一安装部21。接触部22包括多个弹性的弹簧指24，所述多个弹性的弹簧指24环绕接触部22的圆柱形外周设置并限定一圆形收容空间，圆形收容空间设置成在对接时收容一导电公型插针端子。一圆形加强环26置于所述多个弹性指24上，以对所述多个弹簧指24在对接过程中当所述多个弹簧指24变形时提供额外的弹性力。在所示的实施例中，安装端21包括一圆形部，圆形部具有用于将一导体固定于插座的一螺纹孔。
一旦端子20插入腔体46内，一密封件28就被置于端子20的靠近安装端21的圆形端上。通过固定锁扣件52，盖体50安装于壳体40的凸缘42上。盖体包括一对孔54，所述一对孔54与所述一对端子20的位置相对应并允许各个端子20的安装端21从盖体50的外表突出以允许外部导体(未示出)连接。
在本发明示出的实施例中，插座10安装于面板5上。面板包括一切口部6，切口部6对应于壳体40的延伸部44以允许延伸部44延伸穿过面板5。一密封件58位于面板与插座凸缘42之间以提供在二者之间的一湿气和碎屑屏障。多个螺钉或螺栓用于将插座壳体40安装并固定于面板5并压缩密封件58。一护罩(shroud)从面板5的一相反侧延伸且还包括为插头60提供一对接区域的一密封件58。
如图6至图7最佳所示，示出连接器1的插头60。插头包括一第一壳体62，第一壳体62由一导电材料(通常为铝)压铸成型且包括一中央的开口64。开口64设置成收容一对端子模块130以及一HVIL 150部件。一第二壳体70安装在端子模块130和HVIL上并固定于第一壳体62且将端子模块130和HVIL保持在第一壳体62内。一应力释放件120固定于第一壳体62。
如图8至图9所示，端子模块130包括由一导电材料(通常为一铜基合金)形成的一公型插针端子100。该端子包括具有一圆柱形状的一接触部101，接触部101设置成与插座10的一对应的对接端子20对接。相邻接触部101的一基部102沿方向M延伸。一肩部或凸缘103正交基部102延伸并相邻接触部101。端子模块130还包括一导电的线缆90。线缆包括由一护套94包围的一中心导体92。中心导体92可以为绞合线或实心线。通常，为了便于弯曲和操纵，优选为一绞合线导体。一接地层或屏蔽层96环绕护套94的外表面设置且通常由一导电箔或网形成。一绝缘外套98包裹整个线缆。
如图9进一步所示，中心导体92的前部91焊接于公型插针端子100的基部102而形成一低电阻连接93。在这一过程，线缆90必须在焊接操作前进行修整。为了修整线缆90，外套98被修剪以露出屏蔽层96。屏蔽层96回折到剩余的外套98上并露出护套94。护套94被剥开且中心导体92保持从线缆90的端部突出。此时，内导体焊接于公型插针端子100。
一端子保持件80由一绝缘材料形成且设置成收容公型插针端子100。端子保持件80包括延伸穿过该端子保持件80的一通道81，其中公型端子收容通道81中。在组装过程中，公型插针端子100沿方向M插入通道81内，其中公型插针端子100的接触部101延伸穿过通道81并超出保持件80的端部。一固定夹86插入形成在保持件80的一侧的一窗口82，其中一锁定架84定位在形成在公型插针端子100的凸缘103的后方并抵靠形成在公型插针端子100的凸缘103，由此将公型插针端子100锁定在保持件80中。一触感安全帽108卡在公型插针端子100的接触部101的端部，以防止操作插头60的使用者意外触电。
在端子模块130组装时，一压缩环106位于端子保持件80与屏蔽层96之间。如图11最佳所示，示出修整完的线缆90和定位的压缩环106。为了清楚起见，在该图中，线缆90定位成从该端子保持件80稍微移出。如图13至图14所示，压缩环106具有与端子保持件80的整体(general)形状对应的一圆形形状。压缩环106具有：一基部105，具有正交对接方向M的一表面；以及多个柔性的弹性指107，从基部105延伸并环绕基部105的外周、形成一“L”形的横截面。各个弹性指107从基部105悬伸且包括大致位于弹性指107的中间位置的一突出(raised)的接触点109。另一个压缩环206在图15中示出。压缩环206由具有一定程度柔性的弹性体材料形成并具有环绕保持环206形成的一突出的接触点207。
一旦压缩环106被置于保持件80上，公型插针端子100以及修整完的线缆90插入保持件80的通道81。此时，屏蔽层96也插入通道81内，其中屏蔽层96的一部分远离保持件80延伸。屏蔽层96的剩余部分然后回折到压缩环106的外表面上。在这一布置中，压缩环106的弹性指107位于保持件80的外部与屏蔽层96的回折到弹性指107上的所述剩余部分之间。
图10和图12示出完成插头60组装的一剖视图。完成插头60组装包括将端子模块130插入后壳62并最终将端子模块130固定就位的步骤。如前所述，公型插针端子100焊接于线缆90，线缆90修整成使屏蔽层96合适地定位在压缩环106上，然后将完成的端子模块沿方向M插入后壳62中。如图12示出了最终位置，在该位置中，屏蔽层96交织(interleaved)在后壳62的一内表面65与压缩环106的接触点109之间，在这一布置中，压缩环将屏蔽层96压靠在后壳62的导电的内表面65上以保持线缆90与插头60的后壳62之间的电接地路径。然后将壳体70定位在开口64以接合各个端子保持件80并与公型插针端子100的接触部101对齐。一对螺钉78穿过壳体突出并接合后壳62以将端子模块130夹在壳体70与后壳62之间，并将插头60固定在一起。
应力释放件120在后壳62的一线缆出口部126处安装于后壳62。一对应力释放件120被置于后壳62的后部，其中形成在后壳的一肩部66接合形成在后壳62中的一凹部124以将应力释放件120锁定于后壳62。一环形突起127形成在后壳62的线缆出口部126中以接合线缆90的。螺钉128将两个应力释放件120固定在一起并促使突起127与线缆90挤压接触并将线缆固定于后壳62。在这一布置中，作用在线缆90上的任何拉力都被传递给后壳62，并最小化或消除线缆90和公型插针端子100之间的连接上的任何应力。图16至图17示出了另一实施例，其中没有应用一应力释放结构。在该实施例中，一密封盖体220置于后壳62的线缆出口部以保持密封件110在后壳62内的位置。
如图18至图19所示，示出了一三回路直角形式。在该形式中，插头460包括以一竖直方式布置的多个线缆490。在这种情况下，线束或插头460使线缆490与插入方向或对接方向成一角度伸出。如图19最佳所示，电接触件4100各具有固定线缆490的一导线安装部。线缆490通常熔接或钎焊于安装部并与对接方向成直角延伸。同样地，除了设置在后壳462的线缆出口部上的一线缆应力释放件4120以及线缆与接口密封结构外，一HVIL 4150还设置在壳体部480内。在这一布置中，插头的壳体为一蛤壳结构，该蛤壳结构具有固定在一压铸成型的外壳或后壳462内的壳体部480和盖体部480’。
在这一实施例中，线缆屏蔽层与后壳之间的连接与前述的直插形式相同。一压缩环设置在壳体与屏蔽层之间，且一旦插入后壳中，压缩环将屏蔽层压于后壳。
在该实施例中，插头460的组装包括：将线缆490和端子4100首先焊接在一起，然后将垫圈、密封件以及接地夹定位在线缆490上。该线缆子组件定位在壳体部480中，其中盖体部480’通过螺钉或卡扣配合(snap fit)固定于主壳体。该壳体组件插入压铸后壳462中，压铸盖462’置于线缆上并紧固在后壳462上。线缆应力释放件4120固定于后壳462、462’和线缆490上以提供应力释放。
还如图20至图21所示，示出了一第二直角形式。在这一布置中，线缆590和端子(电端子)5100以一水平或纵向方式布置，同样地，线缆590以与对接方向成一直角而焊接于端子5100。如图21最佳所示，插头560以示出插头560的构件的一分解图示出。在这种情况下，三个线缆590和端子5100保持在单个壳体580中并以并排方式布置。该线缆子组件被装载到后壳562中且一盖体562'固定于后壳562。此外，一“HVIL”还设置在插头560的对接接口中。
如图21所示，示出了连接器的组装。首先，将线缆590焊接于端子5100的安装部并固定在单个壳体582中，其中密封件和线缆屏蔽层设置在线缆上。如前实施例所述，一压缩环设置在壳体与屏蔽层之间，并且在插入后壳562时，压缩环将屏蔽层压向后壳盖体562’。
然后将该线缆子组件和“HVIL”连接器以如下方式插入后壳562中：首先将线缆子组件的前部插入后壳562中的一开口，然后使后壳562在线缆子组件的后部上枢转。后壳盖562’设置在线缆上并固定于后壳562。然后通过螺钉将壳体580固定于后壳562。然后将一线缆应力释放件5120固定在插头560的出口部上，从而对线缆590提供应力释放。
本文提供的实施例解决了申请人已经确定存在于现有设计中的某些问题。通过阅读本发明内容，本领域的普通技术人员将会想到许多其它实施例、修改和变化。因此，具有不同级别特征的各种级别的连接器是可能的。

Claims (16)

1.一种大功率电连接器，包括：
一导电后壳，所述后壳具有一开口；
一绝缘保持件，所述绝缘保持件内形成有一通道；
一线缆，所述线缆具有：一内导体；一绝缘护套，包围所述内导体；一导电的屏蔽层，设置在所述绝缘护套上；以及一外绝缘套；所述内导体和所述屏蔽层露出，露出的所述屏蔽层折叠在所述外绝缘套上，且所述线缆设置成插入所述保持件，而露出的所述屏蔽层的一部分和所述外绝缘套被定位在所述保持件的所述通道内；
一压缩环，所述压缩环具有与所述保持件形状对应的一圆形形状，所述压缩环具有围绕所述圆形形状形成的多个弹性指，所述压缩环具有一基部，所述弹性指从所述基部延伸而形成“L”形横截面，所述基部设置为邻近所述保持件，所述压缩环定位在所述绝缘保持件与所述屏蔽层之间；且
其中，在所述绝缘保持件以及所述线缆插入所述后壳的开口中时，所述压缩环促使所述屏蔽层与所述后壳接触。
2.如权利要求1所述的大功率电连接器，其中，所述压缩环包围所述保持件。
3.如权利要求2所述的大功率电连接器，其中，所述压缩环包括一突出的接触点。
4.如权利要求3所述的大功率电连接器，其中，所述压缩环由一弹性材料形成。
5.如权利要求3所述的大功率电连接器，其中，所述压缩环由不锈钢形成。
6.如权利要求1所述的大功率电连接器，其中，一应力释放件固定于所述后壳并接合所述线缆。
7.如权利要求1所述的大功率电连接器，其中，一公型端子锁定在所述保持件中。
8.如权利要求7所述的大功率电连接器，其中，所述公型端子焊接于所述内导体。
9.如权利要求7所述的大功率电连接器，其中，一绝缘帽设置在所述公型端子上。
10.如权利要求1所述的大功率电连接器，其中，一密封件位于所述线缆与所述后壳之间。
11.一种大功率电连接器，包括：
第一线缆以及第二线缆，所述第一线缆及第二线缆均包括一外绝缘套、一导电屏蔽层、一护套以及一导电的内导体，所述内导体以及所述导电屏蔽层露出，露出的所述导电屏蔽层折叠在所述外绝缘套上；
一后壳，具有安置所述线缆的一对通道，当所述线缆安置在所述通道内时，露出的所述导电屏蔽层的一部分和所述外绝缘套被定位在所述通道内；
一第一密封件，位于所述后壳与所述第一线缆之间；
一第二密封件，位于所述后壳与所述第二线缆之间；
一第一接触组件，穿过所述后壳形成，所述第一接触组件用于穿过所述后壳传输电信号，所述第一接触组件包括：
一第一保持件，安装在所述后壳上；一第一端子，安装在所述第一保持件中、连接于所述第一线缆的内导体；一第一压缩环，安装在所述第一保持件上，所述第一压缩环具有与所述第一保持件形状对应的一圆形形状，所述第一压缩环具有围绕所述圆形形状形成的多个弹性指，所述第一压缩环具有一基部，所述弹性指从所述基部延伸而形成“L”形横截面，所述第一压缩环的所述基部设置为邻近所述第一保持件，所述第一线缆的所述导电屏蔽层设置在所述第一压缩环与所述后壳之间；
一第二接触组件，穿过所述后壳形成，所述第二接触组件用于穿过所述后壳传输电信号，所述第二接触组件包括：
一第二保持件，安装在所述后壳上；一第二端子，安装在所述第二保持件中、连接于所述第二线缆的内导体；一第二压缩环，安装在所述第二保持件上，所述第二压缩环具有与所述第二保持件形状对应的一圆形形状，所述第二压缩环具有围绕所述圆形形状形成的多个弹性指，所述第二压缩环具有一基部，所述弹性指从所述基部延伸而形成“L”形横截面，所述第二压缩环的所述基部设置为邻近所述第二保持件，所述第二线缆的所述导电屏蔽层设置在所述第二压缩环与所述后壳之间；以及
一壳体，固定于所述后壳以将所述第一和所述第二保持件保持在所述后壳中。
12.如权利要求11所述的大功率电连接器，其中，各压缩环包围各对应的保持件。
13.如权利要求12所述的大功率电连接器，其中，各压缩环包括一突出的接触点。
14.如权利要求13所述的大功率电连接器，其中，各压缩环由一弹性材料形成。
15.如权利要求13所述的大功率电连接器，其中，各压缩环由不锈钢形成。
16.如权利要求11所述的大功率电连接器，其中，各线缆焊接于各对应的端子。
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