CN109952685B - 具有电压接固结电路的端子压接机 - Google Patents

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Abstract

一种端子压接机(100)包括压接工具，该压接工具限定压接区域，该压接区域接收端子(120)和导线(122)，并且该压接工具在压接行程被致动以在端子和导线之间形成压接段(152)。该端子压接机包括电压接固结电路(150)，其电连接到压接段且在压接行程期间操作，以在完成压接行程之前向压接段的导线和端子中的至少一个提供电脉冲。

Description

具有电压接固结电路的端子压接机
技术领域
本文的主题总体上涉及用于将电端子压接到导线的端子压接机。端子压接机在连接器行业中被长期用于实现各种电缆的高速大规模端接。端子压接机通常具有保持压接工具的施加器，例如砧座和可移动的冲头，以及在压接行程期间使冲头相对于砧座移动的驱动致动器，以将端子或连接器压接到导线的端部。
背景技术
然而，压接的电连接可能具有劣化的电性能，例如由于端子/导线接口处或导线的股线之间的高电阻。例如，在导线的外表面上形成的表面氧化物(例如在铝导线上)在压接端接中存在问题。氧化膜是电绝缘体并且在压接期间难以移位，特别是在导线的不与端子的压接筒接合的内部股线上。压接线束内的许多股线可能与端子电隔离，这可能导致高于预期的压接电阻、不太稳定的压接电阻，以及端子过热的可能性。
一些已知的端子沿着压接筒使用高压接触点，例如锯齿或压痕，以增加导线变形并增强与压接筒接触的氧化膜的位移。然而，这种锯齿仅影响外部股线，并且对内部股线上的氧化膜没有影响。而且，高压特征可能难以制造并且可能需要高压接力。其他已知的端子使用添加剂，例如黄铜粉末或黄铜筛网，其刺穿氧化物并在股线之间形成金属间桥。然而，添加剂增加了成本和工艺复杂性，并且可能作为相邻工艺的污染物。
仍然需要一种在压接端子/导线接口处和导线的股线之间具有低电阻的压接端子。
发明内容
上述问题的解决方案由如本文所公开的端子压接机提供，其包括压接工具，该压接工具限定压接区域，该压接区域接收端子和导线，该压接工具在压接行程被致动以在端子和导线之间形成压接段。该端子压接机包括电压接固结电路，其电连接到压接段且在压接行程期间操作，以在完成压接行程之前向压接段的导线和端子中的至少一个提供电脉冲。
附图说明
现在将参照附图以举例的方式描述本发明，在附图中：
图1是具有电压接固结电路的端子压接机的示例性实施例的正视图。
图2示出了使用图1所示的端子压接机根据示例性实施例形成的示例性导线组件。
图3是端子压接机的一部分的示意图，示出了联接到导线和端子的电压接固结电路。
图4是根据示例性实施例的电压接固结电路的示意图。
图5是示出了随时间的示例性电脉冲的电脉冲曲线图。
图6是示出了电脉冲的定时相对于导线的面积指数的时序图。
图7示出了根据示例性实施例的电联接到导线的电压接固结电路。
图8示出了根据示例性实施例的电联接到导线的电压接固结电路。
图9是使用端子压接机和电压接固结电路将端子压接到导线的方法的流程图。
具体实施方式
图1是端子压接机100的示例性实施例的正视图，其具有端接工具102，用于将连接器或端子120压接到导线122以形成导线组件110，然而，可以使用用于将端子120压接到导线122的任何类型的端子压接机100。图2示出了根据示例性实施例形成的示例性导线组件110，示出了设置在导线122的相对端的两个端子120；然而，在替代实施例中，可由端子压接机100制造其他类型的导线组件。在示例性实施例中，如图1所示，端子压接机100是端接机或压制机；然而，可以类似地使用其他类型的端子压接机，例如引线制造机、台式机、手动压接工具等。此外，尽管在下文中关于施加器(下文中可称为施加器102)示出和描述了端接工具102，但是根据端子压接机的类型，可以使用其他类型的端接工具102。
端子馈送器104用于将端子120馈送到压接区域106。在所示的实施例中，端子馈送器104是电致动的馈送器；然而，根据端子压接机的类型，可以使用其他类型的馈送器，例如气动馈送器、凸轮和连杆馈送器等。端子馈送器104可以是侧馈送器、端馈送器或其他类型的馈送器。
导线馈送器(未示出)可用于将导线122馈送到压接区域106。导线馈送器可以从线轴连续地馈送导线122，或者可以将单独的导线122馈送到压接区域106。例如，切割为一定长度的导线122可以通过导线馈送器定位在压接区域106中。在压接工艺期间，导线夹可以将导线122在压接区域106中保持在位。在示例性实施例中，导线122可以是绞合导线，其在公共护套内具有多个单独的股线124。在示例性实施例中，导线122是铝导线；然而也可以使用其他类型的导线，例如铜导线。
施加器102联接到端子压接机100的框架112。压接工具114联接到施加器102，以将电连接器或端子120压接到压接区域106中的对应的导线122的端部。施加器102可以被移除并用不同的施加器更换，例如当要端接不同尺寸/类型的端子120时，当要端接不同尺寸/类型的导线122时，当施加器102磨损或损坏时，或者当需要具有不同配置的施加器时。由此，多个施加器102可以与每个端子压接机100一起使用，并且不同的施加器102可以具有不同的设定配置。压接工具114可以在施加器102中更换，例如改变压接的形状、压接高度等，以适应不同尺寸/类型的端子120和/或不同直径的导线122。
在示例性实施例中，压接工具114包括冲头126和固定砧座128。在操作期间，冲头126由端子压接机100的驱动机构或致动器130致动或驱动通过压接行程。在所示的实施例中，致动器130包括曲轴132和用于旋转曲轴132的飞轮134。驱动电动机136使飞轮134旋转，例如使用皮带或皮带轮138。在替代实施例中可以使用其他类型的驱动机构130，例如线性致动器、压电致动器、气动致动器等。可选地，端子压接机100可包括位置传感器140，用于确定致动器130的位置。例如，位置传感器140可以确定飞轮134或曲轴132的旋转位置，或者位置传感器140可以确定冲头126的轴向位置。位置传感器可以是将标记视为触发器的光学传感器；然而，在替代实施例中可以使用其他类型的传感器，例如接近度传感器、磁传感器、机械传感器等。来自位置传感器140的数据可用于控制端子压接机100的其他部件。在操作期间，当曲轴132旋转时，冲头126通过压接行程线性地上下移动。在压接行程期间，冲头126可相对于砧座128在前进方向和缩回方向上移动。当冲头126在前进方向上移动时，冲头126与端子120接合，以在压接段152处将端子120压接到导线122，以在压接段152处将端子120机械地和电气地联接到导线122。
在示例性实施例中，端子压接机100包括电压接合结电路150，其电连接到压接段152。在压接行程期间操作电压接固结电路150，以在压接行程完成之前向压接段152的导线122和端子120中的至少一个提供电脉冲。电脉冲在导线122的股线124之间和/或端子120与导线122的股线124之间引起熔结。熔结增强了股线124之间以及端子120和导线122之间的机械和/或电气连接，以减小导线组件的电阻。例如，电脉冲可以突破和/或破坏导线122的股线124的表面上的任何氧化物层，促进金属-金属互连。电压接固结电路150在压接操作期间在导线122的股线124之间和/或端子120与导线122的对应的股线124之间施加电势。当冲头126在导线122周围形成端子120时，电脉冲在前进行程期间定时发生。例如，电脉冲的定时可以基于从位置传感器140接收的数据。电脉冲可以在压接行程期间在短时间内发送高能量以在适当的时间引起熔结，例如，在导线122的股线124开始在端子120内一起压缩之后，但是在股线124变形之前。电脉冲的定时可以与压接段152的目标面积指数或压接段152的目标压接高度相关联。
在端子压接机100的操作期间，冲头126通过压接行程从压接行程的顶部的释放位置循环驱动到压接位置，例如通过压接行程的底部的下死点位置，然后返回释放位置。压接行程具有前进或下降分量以及返回或向上分量。
冲头126朝向砧座128向下前进到初始接触位置，在初始接触位置中，冲头126最初接触端子120。冲头126开始在初始接触位置处形成压接段152。冲头126在前进方向上继续向下到下死点位置。当冲头126从初始接触位置前进到下死点位置时，冲头126过渡通过压接行程的压接成形阶段。在压接成形阶段期间，端子120围绕导线122形成。压接工具114在压接成形阶段期间改变导线122周围的端子120的形状。压接段152由端子120的围绕导线122形成的部分和导线122的被端子120围绕的部分限定。在压接行程期间，冲头126最初形成部分压接接段，并且在下死点处形成最终压接段。在两个阶段，组件可以被称为压接段152。
当端子120围绕导线122形成时，股线124开始压缩并彼此靠近。股线124之间的空间减小。导线122的面积指数(AI)减小。例如，当导线122最初放置在端子120的压接筒中时，导线122可具有100％或接近100％的面积指数。当端子120围绕导线122形成时，AI可以减小，例如减小到大约60％。端子120到导线122的压接在压接行程的向下分量期间发生。在压接行程的向下分量期间，电脉冲由电压接固结电路150发送。在示例性实施例中，电脉冲的定时仅是压接行程的向下分量的时间的一小部分。冲头126然后向上返回到压接行程顶部的释放位置。在压接行程的释放阶段期间的某个时刻，冲头126与端子120分离，称为冲头126的分离位置。在释放位置中，冲头126远离砧座128和端子120定位。
压接行程的总时间取决于端子压接机100和端子压接机100的设定。在各种实施例中，压接行程可具有大约350毫秒(ms)的持续时间。活动压接周期，例如从初始接触位置到下死点位置，可以是大约8ms。电脉冲可以在大约1-2ms的持续时间内发送。电脉冲可以在下死点位置之前的时间发送，例如在到达下死点之前大约3-4ms的时间发送。
在压接成形阶段期间，端子120压靠导线122。当端子120形成在导线122周围时，股线124最初被稍微聚集和压缩。当冲头126继续在端子120上向下按压时，导线122会开始变形。例如，导线122的股线可以由于压缩力而被挤出。当冲头126接近下死点位置时，发生压接成形阶段的挤出阶段。例如，压缩阶段可以发生在压接成形阶段的上80％，挤出阶段可以发生在压接成形阶段的下20％。在示例性实施例中，电脉冲被定时以在压缩阶段发生并且可以在挤出阶段之前停止。
图3是端子压接机100的一部分的示意图，示出了位于端子120的压接筒中的导线122，以形成压接段152且形成压接段152的致动器130。图3示出了电连接到压接段152的电压接固结电路150。电压接固结电路150在压接工艺期间将电脉冲发送到压接段152，例如在冲头126处于初始接触位置之后且冲头126处于下死点位置之前。
在示例性实施例中，电压接固结电路150电连接到导线122和端子120。电压接固结电路150可以在沿着导线122的长度的任何点处电连接到导线122，例如在与被压接的段相对的端部。电压接固结电路150可以通过与被压接的段相对的端部处的端子电连接到导线122。电压接固结电路150可以在用于制造导线组件110的导线的线轴的端部处电连接到导线122(例如，在被切割或与线轴分离之前)。电压接固结电路150可以直接电连接到导线122，或者可以间接地电连接，例如通过电感耦合、电容耦合等。电压接固结电路150可以直接电连接到端子120，例如通过端接到端子120的鳄鱼夹或端子120的载体。替代地，电压接固结电路150可以间接地电连接到端子120，例如通过砧座128或端子压接机100的支撑端子120的其他部件。
股线124是导电金属导线股线。例如，股线124可以是铝、铜或其他金属。股线124可以具有在股线124的外表面上积累的氧化物层160。表面氧化物层用作股线124之间以及股线124与端子120之间的界面之间的电绝缘体。导线组件110的电气性能取决于导线122的股线124和端子120之间的良好电连接，以及股线124自身之间的良好电连接。例如，使每个股线124传导电流增强了导线组件的性能并减少了导线122中产生的总热量，例如由于电阻。
电压接固结电路150用于通过导线122发送电脉冲，以增强股线124之间和/或端子120与股线124之间的电连接。例如，电压接固结电路150在点162处促进氧化物层160的熔结，在点162处，股线124彼此接合和/或股线124接合端子160。电压接固结电路150促进A-熔结以破坏(多个)氧化物层160。例如，因为股线124中的电流可能不同，在相邻的股线124之间可能发生熔结。当对应的导体之间的电压梯度达到阈值水平(例如约108V/m)时，电压接固结电路150促进A-熔结。电压接固结电路150可以在点162处的氧化物破坏之后促进B-熔结。例如，当股线124之间的电流快速增加时，电压接固结电路150可促进B-熔结以在点162处的股线124之间形成金属桥，这可导致导线间电导率增加。
图4是根据示例性实施例的电压接固结电路150的示意图。电压接固结电路150电连接到压接段152，并在压接行程期间操作，以向导线122或端子120中的至少一个提供电脉冲。电压接固结电路150包括：电力供给200，其提供能量以产生电脉冲；开关202，其联接到负载200以释放电脉冲形式的能量；以及触发器204，其联接到开关以激活开关202，以在压接行程期间释放能量作为到压接段152的电脉冲。
电力供给200具有电容器210和源210，电容器210配置为存储用于电脉冲的能量，源212用于对电容器210充电。源212可以设定电压接固结电路150的电压，例如60V、120V、180V等。源212可以是可调节的电力供给。
可以在源212和电容器210之间设置电阻器214。电阻器的值足够低以允许电容器210在下一个导线和端子被处理之前再充电。电阻器214的值足够高，使得来自源212的充电电流小于开关202的保持电流。在替代实施例中，可以提供有源电路而不是提供电阻器214，该有源电路将源212与电容器210断开，直到压接周期完成。有源电路可以提供更高的充电电流和更快的恢复时间，而没有开关202保持断开的风险。
电容器210可以是单个电容器或电容器组。例如，在示例性实施例中，电力供给200可以包括从100微法拉到1800微法拉的八个电容器的组，其可以通过电流限制的电压源充电，以独立调节放电能量(对于例如，3.25J-13.0J)和充电电位(例如，60V-180V)。
电容器216设置在电容器210和开关202之间。电感器216可以将提供给开关202的电流限制到安全水平。可选地，电感器216可以是串联空芯电感器。可以基于电路的其他部件来选择电感器216的部件值，例如电容器210、开关202、导线尺寸、导线类型、压制速度或其他因素。在示例性实施例中，电感器216的值可以在大约25微亨和125微亨之间。电感器216的值可以控制脉冲宽度、脉冲的衰减量、脉冲的峰值电流等。脉冲宽度和峰值电流可以根据压制的速度和电脉冲的期望结果(例如，氧化层的穿孔对比股线的焊接)以及基于其他因素而变化，例如导线的直径、股线的数量、金属材料、导线的长度等。
激活开关202以将电脉冲发送到压接段152，例如在压接行程的向下分量期间。开关202可以是三端双向可控硅整流器(SCR)或其他类型的电子开关。当触发器信号从触发器204发送到开关202的栅极时，开关202被激活。当开关202被激活时，电流通过开关202从电容器210流到压接段152。只要来自电容器210的电流保持高于保持电流，开关202可以具有保持电流并且开关202可以保持接通。开关202在电脉冲结束时关闭。
触发器204在压接行程期间控制电脉冲的脉冲开始时间。在示例性实施例中，触发器204包括触发器电路，该触发器电路向开关202的栅极提供栅极电流以接通开关202。在示例性实施例中，触发器204包括或接收来自位置传感器140的信号。传感器140监测压接行程并使触发器204在压接行程期间在脉冲开始时间激活电脉冲。触发器204基于来自位置传感器140的位置数据激活，例如当飞轮处于预定旋转位置时或当冲头126处于预定轴向位置或压接高度时。飞轮的旋转位置可以对应于冲头126的预定轴向位置。脉冲开始时间可取决于脉冲持续时间。脉冲开始时间可取决于目标面积指数和/或目标压接高度，例如约70％AI或在下死点之前约1.5mm。
在示例性实施例中，电压接固结电路150包括监测电路220，以测量和/或记录随时间的放电电流。监测电路220可以包括电流变压器、示波器和/或其他电气部件。
图5是示出了随时间的示例性电脉冲250的电脉冲曲线图。电脉冲250的脉冲宽度在约1到2ms之间；然而，脉冲宽度可以取决于压接速度，以确保在压接过程的有利时间(例如在股线被压缩之后但在股线变形之前)输送电脉冲。电脉冲250的峰值电流约为300A；然而，峰值电流可以根据电压接固结电路150和导线组件的部件而变化。电脉冲250是良好阻尼的脉冲，其具有在脉冲开始时消耗的大部分能量，这可以促进熔结。在替代实施例中，其他峰值电流和脉冲宽度是可能的。
图6是示出了电脉冲250的定时相对于导线的面积指数的时序图。该曲线图示出了在面积指数减小期间发生脉冲开始时间252，这可能在压接过程期间当股线被端子压缩时发生。该曲线图示出了脉冲发生在导线的完全压缩254之前，这是导线开始变形的时刻。在所示的实施例中，完全压缩254发生在大约64％的AI处，其发生在压接行程开始之后大约174ms的时间。脉冲发生在大约72％的AI处，其发生在压接行程开始之后大约171ms的时间。脉冲在压接行程开始后约172ms结束，因此在完全压缩254之前发生。
图7示出了根据示例性实施例的电联接到导线122的电压接固结电路150。如上所述，电压接固结电路150可以直接电联接到导线122，例如到导线的与被压接的端部相对的一端。然而，这种直接电联接可能是不可行的，例如当导线122很长时，例如缠绕在线轴上，因为导线122可能具有太多的电阻。图7示出了通过电感耦合而电联接到导线122的电压接固结电路150。
来自电容器210的能量使用变压器联接。系统包括形成初级的非旋转变压器线圈300。次级由线轴302上的导线122形成。线轴302可以是主供应线轴，或者可以由远离主供应线轴的辅助供应线轴限定。当线轴旋转时，导线122感应耦合到来自电容器210的能量。
图8示出了根据示例性实施例的电联接到导线122的电压接固结电路150。图8示出了通过电容耦合而电联接到导线122的电压接固结电路150。来自电容器210的能量耦合到同轴地定位在线轴312的中心的圆柱形电极310。线轴312可以是主供应线轴，或者可以由远离主供应线轴的辅助供应线轴限定。当线轴旋转时，导线122电容耦合到来自电容器210的能量，如内部圆柱形电极310和导线线轴312之间的分布电容所表示的。
图9是使用端子压接机100将端子120压接到导线122的方法的流程图。该方法在400处包括将端子120和导线122定位在砧座128和可移动冲头126之间的压接区域106中的步骤。导线122可以最初松散地放置在端子的压接筒中，使得导线122的股线124具有相对高的面积指数。
该方法在402处包括致动冲头126通过压接行程在前进方向上从释放位置到下死点位置和在缩回方向上回到释放位置。当冲头126在前进方向上被向下驱动时，冲头126将端子120压接到导线122以形成压接段152。该方法包括在端子120围绕导线122压接时将股线124压缩在一起，这减小了面积指数。最终，当线端120围绕导线122压接时，股线可能变形。
该方法包括当冲头在前进方向上致动时，在压接行程期间对电压接通电路150充电402，操作404触发器以释放电脉冲的形式的存储的能量，并且通过压接段152发送406电脉冲。操作触发器以激活开关以将电脉冲发送到压接段152。当触头被致动时，可以操作触发器。电脉冲被送到压接段152，以在股线124的氧化物层中产生熔结。电脉冲可以在压接行程期间在压缩股线124之后但股线变形之前发送。
使用电压接固结电路150的电压接固结刺穿股线124上的表面氧化物层并促进导线间结合的形成。当形成压接时，电脉冲的电信号通过导线122到达端子120。信号的高电压穿过表面氧化物层并允许在股线束内形成导电的a点。然后，高电流在a点处将股线焊接在一起以增加导电性并机械地稳定压接。由于股线和端子之间以及在a点处的相邻股线之间的电连接得到改善，电气压接固结导致端到端导线电阻减小。电气压接固结是清洁的过程，可以避免添加剂的需要。电气压接固结可以避免高压接触点的需要，从而导致较低的压接力。
应该理解的是，以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。本文描述的尺寸、材料类型、各种部件的取向、以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，并且仅仅是示例性实施例。在阅读以上描述后，在权利要求的理念和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应参照所附权利要求来确定。

Claims (7)

1.一种端子压接机(100)，其将端子(120)压接到导线(122)，所述端子压接机包括：
压接工具(114)，其限定压接区域(106)，所述压接区域接收所述端子和所述导线，所述压接工具在压接行程期间被致动以在所述端子和所述导线之间形成压接段(152)；
致动器(130)，其可操作地联接到所述压接工具(114)并在所述压接行程期间驱动所述压接工具；以及
电压接固结电路(150)，其电连接到所述压接段且在所述压接行程期间操作，以在完成所述压接行程之前向所述压接段的导线和端子中的至少一个提供电脉冲(250)，所述电压接固结电路(150)包括触发器(204)，以在所述压接行程期间控制所述电脉冲(250)的脉冲开始时间(252)，
其中所述触发器(204)包括传感器，所述传感器在所述压接行程期间监测所述致动器的位置以激活所述电脉冲(250)。
2.如权利要求1所述的端子压接机(100)，其中所述电压接固结电路(150)引起所述导线(122)中的熔结。
3.如权利要求2所述的端子压接机(100)，其中所述电压接固结电路(150)控制所述电脉冲(250)的脉冲能量、脉冲电位和脉冲持续时间，以引起所述导线(122)中的熔结。
4.如权利要求1所述的端子压接机(100)，其中所述电压接固结电路(150)通过在所述压接行程期间使所述电脉冲(250)穿过所述导线而引起所述导线(122)的股线(124)之间的股线结合。
5.如权利要求1所述的端子压接机(100)，还包括端接工具(102)，其具有可操作地联接到所述压接工具(114)的致动器(130)，所述压接工具包括砧座(128)和可由所述致动器移动的冲头(126)，所述压接区域(106)限定在所述冲头与接收所述端子(120)和所述导线(122)的砧座之间，所述冲头在压接行程期间在前进方向上且然后在缩回方向上由所述致动器致动，所述冲头在所述前进方向上由所述致动器从释放位置致动到初始接触位置，在所述初始接触位置，所述冲头与所述端子(120)进行初始接触，所述冲头在所述前进方向上由所述致动器从所述初始接触位置致动以形成所述压接段(152)，所述冲头在所述前进方向上由所述致动器从所述初始接触位置致动到下死点位置，在所述下死点位置，所述冲头处于在所述压接行程期间最接近所述砧座的位置，所述冲头在所述缩回方向上由所述致动器从所述下死点位置致动到所述释放位置，在所述释放位置，所述冲头从所述压接段释放，其中在所述冲头处于所述初始接触位置之后且在所述冲头处于所述下死点位置之前，所述电压接固结电路(150)向所述压接段发送所述电脉冲(250)。
6.如权利要求1所述的端子压接机(100)，其中所述电压接固结电路(150)包括开关(202)，其被激活以向所述压接段(152)发送所述电脉冲(250)。
7.如权利要求1所述的端子压接机(100)，其中所述电压接固结电路(150)包括电力供给(200)，所述电力供给具有：储存能量的电容器(210)和开关(202)，所述开关被激活以从所述电容器释放能量作为到所述压接段(152)的电脉冲(250)，以及所述电容器(210)和所述开关(202)之间的电感器(216)，其控制所述电脉冲(250)的脉冲宽度和峰值电流。
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