CN110289523A - 一种浮动导向的电连接器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮动导向的电连接器以及应用该连接器的新能源汽车，包括插座（1）和插头（2），所述插座（1）包括设置在浮动安装板（5）上的插接机构；所述插头（2）包括安装在安装板(12)上的插针机构和弹性导向机构；所述弹性导向机构包括弹性导向轴（11），当所述插座（1）和插头（2）插合时，所述弹性导向轴（11）向内收缩实现弹性补偿，插合完成后，所述弹性导向轴（11）通过卡接互锁结构实现锁定。本发明通过弹性导向轴可以弹性补偿对中过程中所需的运动空间，使得插针插孔能够有效对中；自动锁定装置，避免了连接器的误分离动作，大幅提升了电连接的安全性。

Description

一种浮动导向的电连接器及其应用

技术领域

本发明涉及电连接器领域，特别是涉及一种用于新能源汽车及换电站的浮动导向的电连接器。

背景技术

当前世界新能源汽车的发展已为大势所趋，中国的新能源汽车更是成为世界第一大制造基地和消费市场，其相关行业如充电设备、三电设备、高压连接器及其线束总成等领域在中国也迎来了快速的增长。为了解决里程焦虑，快速换电方案是新能源汽车的一个重要加电方式。由于换电方案是将电池包从车架拆除更换，其连接技术对换电安全可靠至关重要，特别是在消除因累积公差造成的插接容错、频繁多次插拔以及振动环境下保持可靠电连接等方面提出了很高的要求。CN 202217866公开了一种电池充放电的连接器，该方案采用了四角拉簧结合夹板结构的浮动的方式进行公差补偿，该方式容易出现因受力弹簧受力方向偏差造成的弹簧失稳并且由于夹板之间摩擦造成的插拔力大，且因磨损有易失效的风险。该方案采用两个刚性的导向柱和导向槽配合，由于连接器还具有多个插针插孔的轴孔配合，该刚性导向及刚性的针孔配合会造成过约束进而造成插拔力过大、针孔过度磨损甚至损坏的问题。CN208352636公开了一种换电连接器，采用了CN 202217866 U同样的浮动和导向方式，具有同样的技术问题和风险。CN204376090 U公开了一种电动公交车电连接器，该连接器采用了类似的对角弹簧布置，并结合了端面接触式端子，避免了过约束造成的端子损坏，但是该弹簧浮动装置因无法提供有效的端子压力从而无法保证端子端面电接触的有效性，在振动环境下有较大的失效风险。另外上述所有公开技术，均缺乏电连接器在连接位置的锁定功能，从而在车辆振动环境下插针插孔的接触可能出现分离，进而出现微蚀（corrosion）和电弧故障，严重影响电气安全。

发明内容

本发明为解决现有换电连接器技术缺少自锁定及解锁功能的重大风险以及导向力过大和过约束造成连接器和端子过度磨损甚至损坏的问题，提供了一种自锁定浮动导向的电连接器。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种浮动导向的电连接器，包括插座和插头，所述插座包括底板，浮动安装板，所述底板与浮动安装板之间布置有弹簧组；所述浮动安装板上设置有插接机构和导向插孔；所述插头包括安装板，以及安装在所述安装板上的插针机构和弹性导向机构；所述弹性导向机构包括弹性导向轴，所述弹性导向轴固定安装在所述安装板上，所述弹性导向轴具有中空开槽弹性轴部；当所述插座和插头插合时，所述弹性导向轴的开槽弹性轴部受所述导向插孔的挤压向内收缩实现弹性补偿。本发明通过弹性导向轴的方案使得一级导向完成后可以经由弹性补偿对中过程中所需的运动空间，使得核心插针插孔能够真正有效对中；本发明的浮动导向组合方案可以大幅提升连接器整体寿命。

所述弹性导向机构还包括解锁装置，所述解锁装置套接在所述弹性导向轴上，所述弹性导向轴和所述导向插孔设置有卡接互锁结构；当所述插座和插头插合完成后，所述弹性导向轴的开槽弹性轴部所述导向插孔通过卡接互锁结构实现锁定；当连接器需要分离时，通过所述解锁装置解锁所述卡接以实现所述插座和插头的分离。本发明的自动锁定及解锁装置，避免了因振动、安装支撑变形等原因造成的连接器的误分离动作，大幅提升了电连接的安全性。

所述插接机构包括金属外壳体、绝缘内壳体以及安装在所述绝缘内壳体内的端子插孔组；所述插针机构包括金属外壳体，绝缘内壳体以及安装在绝缘内壳体内的端子插针组（15），所述两金属外壳体上分别设有带斜坡/弧度端面的加强导向支柱；随着所述插座和所述插头插合深度的增加，所述两金属外壳体上的加强支柱的前端面相互接触并实现二级导向，经两级导向后所述端子插孔组和所述端子插针组实现可靠对插。本发明通过集成在连接器金属外壳体的二级导向方案，可以减少连接器的结构复杂性、降低产品成本并大幅减少连接器的外形尺寸，为换电应用的小型化、轻量化提供有力的支持。

所述弹性导向轴的端部具有导向端面，中部设有锁定台阶及解锁曲面；所述中空开槽弹性轴部沿周壁纵向开槽形成以提供弹性导向；所述导向插孔为阶梯孔，被锁定台阶分成上部内腔和下部内腔，下部内腔的直径大于上部内腔的直径，所述插孔的端部设有导向端面；当所述插座与所述插头插合时，所述上部内腔对所述弹性导向轴的中空开槽弹性轴部提供径向收缩，所述下部内腔用于释放所述径向收缩，所述弹性导向轴的锁定台阶与所述导向插孔的锁定台阶相互卡接形成卡接互锁；当连接器需要分离时，通过所述解锁装置的轴向移动使得解锁装置的端面沿所述弹性导向轴的解锁曲面挤压所述弹性导向轴并使其向内收缩，进而使所述弹性导向轴的锁定台阶和所述导向插孔的锁定台阶的卡接相互脱离以解除锁定。

所述解锁装置一端穿设于所述安装板，并可相对于所述安装板上下移动，另一端与所述弹性导向轴套接，所述解锁装置与所述弹性导向轴之间设有复位弹簧，通过轴向推动所述解锁装置实现解锁；或者所述解锁装置与所述弹性导向轴之间通过导槽与凸台的配合或螺纹连接的方式套接，通过转动所述解锁装置实现轴向移动解锁。本发明的自动锁定及解锁装置结构简单、操作方便，完全可以适用于全自动、半自动及手工换电操作

在所述浮动安装板与所述底板之间设有轴承组。优选地，所述轴承组采用滚珠轴承。在对插和导向过程中弹簧组受力变形，浮动安装板在底板上通过轴承组滑动实现插座和插头的浮动公差补偿；浮动安装板上布置的轴承起到了大幅度减少插拔力的作用，即方便了插拔操作更可以有效避免导向过程中过大插拔力对连接器的损害。

所述浮动弹簧组沿浮动安装板的四边对称布置，而非角部设置。通过上述布置大大节约了连接器的浮动装置空间，并且避免了对角布置弹簧使得浮动时受力方向于弹簧拉伸压缩方向不一致造成的失稳。

所述端子插孔组上接有电缆；所述端子插针组上接有母线铜排；所述端子插针组经螺栓与母线铜排连接后，整体被铜排的外绝缘包覆后装入所述插针机构的绝缘内壳体；所述电缆与所述插座上的电缆插接件连接后与所述端子插孔组形成电连接，所述电缆、电缆插接件和端子插孔组的导电部分进而通过所述插接机构的绝缘内壳体、绝缘内壳体上的绝缘盖和电缆绝缘盖形成完整的绝缘包覆。所述端子插孔组采用了开槽式结构。本发明的全绝缘连接方案，解决了既有换电连接器铜排及端子连接的导电部分裸露在连接器之外的不安全风险，可以进一步的减少和简化车辆安装空间布置；并且所述的快插式整体安装电缆及母线的方式可以大幅度提升安装效率。

本发明的电连接器，具有浮动导向和自锁定的功能，为新能源汽车的充电与换电的应用提供了更安全的保证。

附图说明

图1为本发明电连接器的整体简化结构示意图；

图2为本发明电连接器的插座结构示意图；

图3为本发明电连接器的插头的结构示意图；

图4为本发明电连接器的插头与插座配合结构示意图；

图5为本发明电连接器的弹性导向机构与插座配合的结构示意图；

图6为本发明电连接器插座与电缆全绝缘连接结构的示意图。

下面结合附图对本发明发明作进一步叙述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此实施例限定本发明的保护范围，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书所确定的保护范围内。

具体实施方式

本发明是一种可用于新能源汽车及换电站的浮动导向的电连接器。图1示出了电连接器的结构，包括插座1和插头2，所述插座1和所述插头2可分别安装在车架101及电池包壳体或支架100上，分别用于连接所在侧的线缆或母线端，并通过所述插座1与所述插头2相插接以实现两侧的电路连接。如图2所示，插座1主要包括底板3，浮动安装板5，所述底板3和浮动安装板5之间设置轴承组4，沿浮动安装板5的四边布置浮动弹簧组6；浮动安装板5上设置有插接机构和导向插孔7，所述插接机构包括金属外壳体8、绝缘内壳体9以及安装在绝缘内壳体9内的高、低压端子插孔组10（部分未示出）；所述金属外壳体8 上还设有带斜坡/弧度端面的加强导向支柱66；端子插孔组10上接有全绝缘连接的电缆或母线17。所述浮动弹簧组6沿浮动安装板5的四边对称布置，而非现有技术CN202217866U中的四角部设置，大大节约了连接器的浮动装置空间，并且避免了对角布置弹簧使得浮动时受力方向于弹簧拉伸压缩方向不一致造成的失稳。参见图4，在浮动安装板5与底板3之间设有轴承组4，所述轴承组4优选采用滚珠轴承。在对插和导向过程中弹簧组6受力变形，浮动安装板5在底板3上通过轴承组4滑动实现插座1和插头2的浮动公差补偿；当插座1和插头2处于分离状态时，弹簧组6的弹性力使浮动座5复位。浮动安装板上布置的轴承起到了大幅度减少插拔力的作用以及大幅度减少导向导正力的作用，即方便了插拔操作更可以有效避免导向过程中过大插拔力对连接器的损害。

如图3所示，插头2主要包括安装板12，以及安装在所述安装板12上的插针机构和弹性导向机构。所述弹性导向机构包括弹性导向轴11，所述弹性导向轴11的上端部为中空结构，其周壁纵向开槽，分成四半体形成中空的开槽的弹性轴部以提供弹性导向。所述插针机构包括金属外壳体13，绝缘内壳体14以及安装在绝缘内壳体14内的高、低压端子插针组15（部分未示出）；所述金属外壳体13上还设有带斜坡/弧度端面的加强导向支柱67；端子插针组15上接有全绝缘连接的母线铜排16。

当插座1和插头2插合时，弹性导向轴11的导向端面64与导向插孔7的导向端面65接触实现一级导向；随着插合深度的增加，金属外壳体8 上的加强支柱66的前端面和金属外壳体13上设有的加强支柱67的前端面接触并实现二级导向，经两级导向后插孔组10和插针组15实现可靠对插。在插合过程中进行一级导向时，弹性导向轴11受导向插孔7挤压向内收缩实现导向及部分弹性补偿。由于换电连接器具有数量众多的插针插孔配合在机械配合中容易出现过约束的问题，采用刚性的导向会导致导向完成后实际插针插孔因过约束出现不对中插合，进而减少插合寿命甚至直接导致插针插孔的损坏，本发明创造性的提出了弹性导向轴的方案使得一级导向完成后可以经由弹性补偿二级导向对中所需的运动空间，使得核心插针插孔能够真正有效对中；本发明的浮动导向组合方案可以大幅提升连接器整体寿命。另外，本发明提出了集成在连接器金属外壳体的二级导向方案，可以减少连接器的结构复杂性、降低产品成本并大幅减少连接器的外形尺寸，为换电应用的小型化、轻量化提供有力的支持。

如图3-5所示，所述弹性导向机构还包括解锁装置18，弹性导向轴11固定安装在所述安装板12上，所述解锁装置18套接在所述弹性导向轴11上。所述弹性导向轴11的上端部直径大于下端部，端部具有锥形的导向端面64，中部设有锁定台阶62及解锁曲面61。所述解锁装置18的一端穿设在安装板12上，并能相对安装板12上下移动，另一端套设在弹性导向轴11上，所述解锁装置18与弹性导向轴11之间设有复位弹簧19。所述解锁装置18与弹性导向轴11之间也可以通过现有技术中的导槽与凸台的配合或螺纹连接的方式套接，通过转动所述解锁装置18实现轴向进给解锁。参见图5，所述浮动安装板5上的导向插孔7为阶梯孔，被锁定台阶63分成上部内腔71和下部内腔72，下部内腔72的直径大于上部内腔71的直径，插孔7的端部设有倒锥形的导向端面65。

当插合过程完成后，弹性导向轴11的前部进入导向插孔7的下部内腔72并释放弹性，进而通过弹性导向轴11的锁定台阶62和导向插孔7的锁定台阶63卡接，此时连接器锁定无法分离。当连接器需要分离时沿轴向推动解锁装置18使得解锁装置18的端面沿弹性导向轴11的解锁曲面61挤压弹性导向轴11并使其向内收缩，进而使弹性导向轴11的锁定台阶62和导向插孔7的锁定台阶63卡接部分脱离，此时连接器解除锁定可以分离。本发明提供的自动锁定及解锁装置，弥补了换电连接器不具备自动锁定功能的空白，所述锁定功能可以保证连接器插合到位后不经解锁动作无法分离，从而避免了因振动、安装支撑变形等原因造成的连接器的误分离动作，大幅提升了电连接的安全性，消除了带电误分离时引起的电弧、短路等严重安全隐患；本发明的自动锁定及解锁装置结构简单、操作方便，完全可以适用于全自动、半自动及手工换电操作。

本发明的进一步改进在于，如图3-4所示，本发明的插头2的端子插针组15经螺栓25与母线铜排16连接后，整体被铜排的外绝缘24包覆后装入绝缘内壳体14，实现连接器插头出线端的安全绝缘；如图6所示，本发明的插座1的电缆17与电缆插接件22连接后可通过端子插孔组10尾部的簧片23与端子插孔组10形成电连接。所述电缆17、电缆插接件22和端子插孔组10的导电部分进而通过绝缘内壳体9、卡接在绝缘内壳体9上的绝缘盖21和线缆绝缘盖20形成完整的绝缘包覆，实现连接器插座出线端的安全绝缘；所述绝缘包覆的电缆和母线包覆方式使得装有线缆17和铜排16的连接器在插合后整体处于安全绝缘状态。本发明的全绝缘连接方案，解决了既有换电连接器铜排及端子连接的导电部分裸露在连接器之外的不安全风险，可以进一步的减少和简化车辆安装空间布置；并且所述的快插式整体安装电缆及母线的方式可以大幅度提升安装效率。如图6所示，本发明的端子插孔组10采用了开槽式结构，该端子结构可以进一步的降低导向插入过程中端子弹性接触件被损坏的风险。

Claims (10)

1.一种浮动导向的电连接器，包括插座（1）和插头（2），所述插座（1）包括底板（3），浮动安装板（5），所述底板（3）与浮动安装板（5）之间布置有弹簧组（6）；所述浮动安装板（5）上设置有插接机构和导向插孔（7）；所述插头（2）包括安装板(12)，以及安装在所述安装板(12)上的插针机构和弹性导向机构；所述弹性导向机构包括弹性导向轴（11），所述弹性导向轴（11）固定安装在所述安装板（12）上，所述弹性导向轴（11）具有中空开槽弹性轴部；当所述插座（1）和插头（2）插合时，所述弹性导向轴（11）的开槽弹性轴部受所述导向插孔（7）的挤压向内收缩实现弹性补偿。

2.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述弹性导向机构还包括解锁装置（18），所述解锁装置（18）套接在所述弹性导向轴（11）上，所述弹性导向轴（11）和所述导向插孔（7）设置有卡接互锁结构；当所述插座（1）和插头（2）插合完成后，所述弹性导向轴（11）的开槽弹性轴部所述导向插孔（7）通过卡接互锁结构实现锁定；当连接器需要分离时，通过所述解锁装置（18）解锁所述卡接以实现所述插座（1）和插头（2）的分离。

3.根据权利要求2所述的电连接器，其特征在于，所述弹性导向轴（11）的端部具有导向端面（64），中部设有锁定台阶（62）及解锁曲面（61）；所述中空开槽弹性轴部沿周壁纵向开槽形成以提供弹性导向；所述导向插孔（7）为阶梯孔，被锁定台阶（63）分成上部内腔（71）和下部内腔（72），下部内腔（72）的直径大于上部内腔（71）的直径，所述插孔（7）的端部设有导向端面（65）； 当所述插座（1）与所述插头（2）插合时，所述上部内腔（71）对所述弹性导向轴（11）的中空开槽弹性轴部提供径向收缩，所述下部内腔（72）用于释放所述径向收缩，所述弹性导向轴（11）的锁定台阶（62）与所述导向插孔（7）的锁定台阶（63）相互卡接形成卡接互锁；当连接器需要分离时，通过所述解锁装置（18）的轴向移动使得解锁装置（18）的端面沿所述弹性导向轴（11）的解锁曲面（61）挤压所述弹性导向轴（11）并使其向内收缩，进而使所述弹性导向轴（11）的锁定台阶（62）和所述导向插孔（7）的锁定台阶（63）的卡接相互脱离以解除锁定。

4.根据权利要求3所述的电连接器，所述解锁装置（18）一端穿设于所述安装板（12），并可相对于所述安装板（12）上下移动，另一端与所述弹性导向轴（11）套接，所述解锁装置（18）与所述弹性导向轴（11）之间设有复位弹簧（19），通过轴向推动所述解锁装置（18）实现解锁；或者所述解锁装置（18）与所述弹性导向轴（11）之间通过导槽与凸台的配合或螺纹连接的方式套接，通过转动所述解锁装置（18）实现轴向移动解锁。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电连接器，其特征在于，在所述浮动安装板（5）与所述底板（3）之间设有轴承组（4）。

6.根据权利要求1-4任一项所述的电连接器，其特征在于，所述浮动弹簧组（6）沿浮动安装板（5）的四边对称布置，而非角部设置。

7.根据权利要求1-4任一项所述的电连接器，其特征在于，所述插接机构包括金属外壳体（8）、绝缘内壳体（9）以及安装在所述绝缘内壳体（9）内的端子插孔组（10）；所述插针机构包括金属外壳体（13），绝缘内壳体（14）以及安装在绝缘内壳体（14）内的端子插针组（15），所述两金属外壳体（8、13）上分别设有带斜坡/弧度端面的加强导向支柱（66、67）；随着所述插座（1）和所述插头（2）插合深度的增加，所述两金属外壳体（8 、13）上的加强支柱（66、67）的前端面相互接触并实现二级导向，经两级导向后所述端子插孔组（10）和所述端子插针组（15）实现可靠对插。

8.根据权利要求7任一项所述的电连接器，其特征在于，所述端子插孔组（10）上接有电缆（17）；所述端子插针组（15）上接有母线铜排（16）；所述端子插针组（15）经螺栓（25）与母线铜排（16）连接后，整体被铜排的外绝缘（24）包覆后装入所述插针机构的绝缘内壳体（14）；所述电缆（17）与所述插座（1）上的电缆插接件（22）连接后与所述端子插孔组（10）形成电连接，所述电缆（17）、电缆插接件（22）和端子插孔组（10）的导电部分进而通过所述插接机构的绝缘内壳体（9）、绝缘内壳体（9）上的绝缘盖（21）和电缆绝缘盖（20）形成完整的绝缘包覆。

9.根据权利要求7所述的电连接器，其特征在于，所述端子插孔组（10）采用了开槽式结构。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的电连接器在新能源汽车上的应用。