CN111106495B - 连接组装件、母接头以及连接方法 - Google Patents

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Abstract

连接组装件、母接头以及连接方法。在包括公接头和母接头(301)的连接组装件中，母接头(301)包括沿着平行于插入方向的中心轴线(C)纵向延伸的多个弹性叶片(308)。这些叶片(308)中的每个叶片包括两个弯曲接触区，以分别在这些弯曲接触区中的每个上形成凸出的并且基本上朝向中心轴线(C)取向的第一接触表面和第二接触表面，第一接触表面被定位成比第二接触表面更靠近形成它们的叶片(308)的自由端(309)。

Description

连接组装件、母接头以及连接方法
技术领域
本发明涉及机动车辆的电源连接系统领域。例如，本发明可以在电源连接器中找到应用，诸如用于向可再充电电动或混合动力车辆电池进行充电的那些电源连接器。
背景技术
因此，举例来说，如图1中示意性地示出的，可再充电电动或混合动力车辆100 可以包括连接器插座200，可以经由电缆500将由充电站400供电的充电插头300连接至该连接器插座。然后，使该充电插头300可以对位于车辆100中的电池进行充电。
充电插头300通常包括用于给车辆充电的电源电接头(contact)301(例如，在文献WO2017195013A1中描述了电源电接头的示例)和旨在传输电信号的电接头302 (例如参见图2B中表示的充电插头的分解图)。用于给车辆充电的电源电接头301 是母接头。该电信号通常使得可以控制充电插头300的电源，特别是在连接和断开连接阶段期间，从而在充电插头300本身完全断开连接之前切断电源。然而，在极少数情况下有可能发生充电插头300在通电时断开连接。在这种情况下，在充电插头300 的电源接头301与插座200的电源接头之间可能会产生电弧。据观察，这种电弧尤其会损坏充电插头300的电源接头301。因此，如果充电插头在通电时断开连接，则希望避免电源接头301的接触质量劣化。例如，即使充电插头300经历至少五十次带电断开，也希望确保恒定接触质量。
在机动车辆的电源连接系统领域中，充电插头的母接头通常是通过对导电材料棒(例如，铜合金)进行棒料车削而加工成的。这种母接头包括衬套(bush)，该衬套包括多个弹性叶片。每个弹性叶片在基部与自由端之间与中心轴线平行地纵向延伸。特别是通过对材料和叶片的形状(横截面、长度、相对于中心轴线的角度等)进行选择，来获得适合于作为目标的应用的插入力、接触力以及导电性的产生。这些叶片被配置成在将公接头与母接头配合时在这些叶片之间容纳公接头的插脚。因此，每个叶片被配置成与公接头的插脚建立至少一个电接触。
本申请面临着即使充电插头经历至少五十次带电断开也可以保持恒定接触质量的母接头的设计和制造问题。
所找到的解决方案包括在母接头(当前情况下安装在充电插头中)上创建至少两个接触区：可以发生电弧的牺牲区和不受任何电弧损害的有用接触区。更具体地，为了确保在有用接触区不会发生电弧，每个叶片均设置有牺牲区。
发明内容
因此，根据本发明，提供了一种包括公接头和母接头的连接组装件。公接头包括由导电材料构成的插脚。该插脚在机械地且电气地连接至固定部分的端部与自由端之间沿着平行于插入方向的中心轴线纵向延伸(在公接头与母接头联结时或在公接头与母接头配合时)。所述母接头包括衬套，该衬套包括多个弹性叶片。每个弹性叶片在基部与自由端之间纵向延伸。换句话说，每个叶片仅在基部处连接至所述接头的其余部分。所述叶片被配置成在将所述公接头与所述母接头配合时，在它们之间容纳所述公接头的插脚并且与所述插脚建立至少一个电接触。
而且，所述叶片中的每个叶片包括两个弯曲接触区，以便分别在这些弯曲接触区中的每个上形成凸出的并且基本上朝向中心轴线取向的第一接触表面和第二接触表面，第一接触表面被定位成比第二接触表面更靠近形成它们的叶片的自由端。换句话说，第一接触表面对应于牺牲区，而第二接触表面对应于有用接触区。
而且，插脚在其自由端处设置有由电介质材料构成的盖帽。然后，每个叶片的第一接触表面符合：在连接所述公接头和所述母接头时，所述第一接触表面在与所述插脚的导电区建立电接触之前倚靠在所述盖帽上。
该连接组装件可能包括彼此独立地考虑或者结合一个或更多个其它因素考虑的以下特征中的一个或另一个特征：
-在将所述公接头引入所述叶片之间时，所述第一接触表面和所述第二接触表面相对于插入方向倾斜地相继倚靠在所述盖帽的外表面上；
-所述衬套是通过对呈片材形状的导电材料进行切割和冲压形成的；
-使所述两个接触区中的每个符合(conform)：使得在将所述公接头和所述母接头断开连接时，所述公接头和所述母接头分别处于各自的位置，即，在所述位置中，第一接触表面仍与插脚相接触，而第二接触表面不再与插脚相接触并定位成与盖帽成一直线；
-所述插脚和所述盖帽具有基本上绕中心轴线的旋转对称性；
-所述盖帽具有基本锥形形状，所述盖帽的高度位于中心轴线上，并且每个叶片的所述两个接触表面符合：在将所述公接头和所述母接头断开连接时，当所述第一接触表面仍与所述插脚相接触时，所述第二接触表面暂时倚靠在所述盖帽上；
-当将所述公接头与所述母接头配合时，每个叶片的所述第一接触表面与所述插脚相接触；另选地，当将所述公接头与所述母接头配合时，每个叶片的所述第一接触表面不与所述插脚相接触；
-每个叶片包括在所述基部与该叶片的自由端之间的与纵向成直角的基本上为矩形的区段；
-所述叶片中的每个包括相对于所述容纳空间凹入的第三弯曲区，该第三弯曲区位于所述第一弯曲接触区与所述第二弯曲接触区之间；
-当所述叶片未受压并且从所述叶片的第二接触表面到所述基部来考虑所述叶片时，所述叶片与插入方向形成锐角；
-当所述叶片未受压并且从所述叶片的第一接触表面到所述叶片的自由端来考虑所述叶片时，所述叶片与插入方向形成锐角；
-所述盖帽的与插入方向平行的长度大于或等于与该同一方向平行的在所述第一接触表面与所述第二接触表面之间的距离。
根据另一方面，本发明涉及一种如上所述的用于连接组装件的母接头。
根据又一方面，本发明涉及一种用于诸如上述组装件的组装件的连接、断开以及供电方法。该方法包括以下步骤：
·供电阶段，在所述供电阶段期间，在所述第二接触表面与所述插脚建立物理和电接触但是所述第一接触表面与所述插脚没有物理和电接触的同时，使大于或等于 32安培的电流流过所述公接头和所述母接头，以及
·所述公接头和所述母接头的断开连接阶段，在所述断开连接阶段，至少一个第一接触表面与所述插脚仍保持电接触，而每个第一接触表面处于距所述插脚的任何导电区至少1.5毫米的距离处。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并且根据附图，本发明其它特征和优点将变得显而易见。在这些图中：
-图1示意性地并且立体地示出根据本发明的连接组装件，其中将插座安装在车辆上并且将充电插头安装在电缆上且连接至该插座；
-图2A和图2B示意性地并且立体地示出诸如图1所示的充电插头的充电插头的示例；
-图3示意性地并且立体地示出根据本发明的第一实施方式的母接头；
-图4示意性地按纵截面并且立体地示出图3的母接头；
-图5示意性地按横截面示出图3和图4的母接头，
-图6示意性地并且按纵截面示出图3至图5的母接头的细节，
-图7示意性地并且按纵截面示出根据本发明的母接头的第二实施方式的叶片，
-图8A至图8D示意性地示出按照根据本发明的连接组装件的第二实施方式的用于公接头和母接头的连接方法的不同阶段，以及
-图9A至图9D示意性地示出按照根据本发明的连接组装件的第二实施方式的用于公接头和母接头的断开方法的不同阶段。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的连接组装件的示例。该组装件包括连接器插座200 和充电插头300。公电源接头201(图1中未表示)安装在插座200的单元中。公接头201包括插脚202，该插脚是由导电材料构成的，并且沿着平行于插入方向的中心轴线C在机械地且电气地连接至固定部分的端部与自由端之间纵向延伸。它们都是本领域技术人员已知的类型。电源母接头301安装在充电插头300中。
如图2A和图2B中所示的，充电插头300包括壳体303(在当前情况下，该壳体303由几个部件303a构成)，在该壳体中按本领域技术人员已知的方式容纳母接头 301。如图3和图4中所示的，母接头301包括固定部分304和连接部分305。固定部分304旨在将接头301电气地且机械地连接至电线。连接部分305旨在容纳公接头 201的插脚202。
与图3至图6的实施方式相对应的母接头301是通过对呈片材形状的导电材料进行切割和冲压来形成的。该材料例如是由呈片材形状的铜合金构成的，该片材的厚度在0.3毫米到1毫米之间，并且例如优选为0.6毫米。
该母接头301的设计符合国际标准IEC 62196。所述国际标准定义了充电插头300与插座200之间的接口、必须容纳接头的空腔的几何形状以及在公接头和母接头之间必须建立导电的点。
因此，例如，母接头301在与公接头201配合时必须使得能够保持低于50℃的加热温度，从而使其流过44安培的电流。然而，即使出于该目的而使用相对较厚的导电材料片材，母接头301与公接头201之间的联结力也必须小于5牛顿。
而且，该母接头301必须满足
-与公接头201进行超过至少14000次联结/分开循环的磨损测试，和
-在负载下断开50次而没有观察到高于上述指示温度的加热。
添加这些约束的事实在于，公接头201和母接头301接头必须符合IP2X标准，并且在可能的情况下，控制甚至减少母接头301的制造成本。
在设计下文中所描述的母接头301时已经考虑了所有这些。
将固定部分304设计成通过将电线夹紧来产生固定和连接。在图3和图4中，固定部分304仍连接至支撑条306。
在切割成型之后，母接头301具有为基本圆柱形衬套形状的连接部分305。衬套是通过将切割后的导电材料片弯曲并卷拢而形成的。将连接部分305机械地连接至固定部分304。该衬套包括基部307和多个弹性叶片308。在所示的示例中，具有与将公接头201的插脚202插入衬套的方向平行的、绕中心轴线C基本对称分布的六个弹性叶片308。每个弹性叶片308在基部307与自由端309之间纵向延伸。每个弹性叶片308仅在基部307处连接至接头的其余部分。换句话说，各个叶片308通过空间 310与其最近邻居隔开，该空间在基部307与叶片308的自由端309之间延伸并且使各个叶片彼此机械地且电气地绝缘。在基部307与叶片308的自由端309之间，叶片 308的横截面基本上是矩形的(还参见图5)。
基部307基本上具有笔直圆柱形状。所述切口在基部处的纵向边缘311在还穿过两个正好相反的间隙310的对称平面P上会合(图4的切割平面，还参见图5)。叶片308在该对称平面P的任一侧对称地分布(在该平面的每一侧有三个叶片308)。
如图4中所示的，每个弹性叶片308包括第一部分312，该第一部分位于基部307 的延伸部分中并且平行于基部307的圆柱体的母线(generatrix)。例如，该第一部分312的长度在3毫米到10毫米之间，并且例如优选为5毫米。
每个弹性叶片308还包括第二部分313，该第二部分位于第一部分312的朝向自由端309的延伸部分中。在未受压时，第二部分313与第一部分312(也就是与中心轴线C)形成2度至15度的角α，并且例如优选为8度。换句话说，当叶片308未受压并且从叶片的第二接触表面314到基部307来考虑所述叶片时，该叶片与插入方向形成锐角α。
例如，该第二部分313的长度在25毫米到35毫米之间，并且例如优选为21毫米。第一部分312与第二部分313之间的接合部充当铰链。换句话说，当将公接头 201的插脚202插入母接头301的各个叶片308之间时，第二部分313的长度使得第二部分313形成基本上在第一部分312与第二部分313之间的接合部处变形的控制杆。该控制杆使可以控制插入力。
每个弹性叶片308还包括第三部分315，该第三部分位于第二部分313的朝向自由端309的延伸部分中。第三部分315包括两个弯曲接触区316。这些弯曲区域316 在对应叶片308的内表面上皆分别包括第一接触表面317和第二接触表面314。
因此，由第二部分313提供的控制杆使得可以控制在这些第一接触表面317和第二接触表面314处的接触力。
当叶片308未受压时，第三部分315与插入方向形成5度至20度的大致角度β，并且例如优选为15度。换句话说，当叶片308未受压并且从叶片的第一接触表面317 到叶片的自由端309来考虑所述叶片时，该叶片与插入方向成锐角β。
这些接触表面314、317中的每个接触表面都是凸出的，并且基本上朝向各个叶片308之间的容纳公接头201的插脚202的空间取向。换句话说，该表面的曲率通常指向中心轴C。第一接触表面317对应于希望将任何电弧定向至的并且很可能会劣化的牺牲接触区。换句话说，在该第一接触表面317与公接头201的插脚202之间的接触点处的接触电阻增加。第二接触表面314对应于希望保持其接触质量的有用接触区。换句话说，希望避免在该第二接触表面314与公接头201的插脚202之间的接触点处的接触电阻增加。
更具体地，每个叶片308在第二部分313与第三部分315之间的接合部处朝向中心轴线C弯曲，以形成接近中心轴线C的有用接触区(在第二接触表面314处)。然后，每个叶片308具有旨在限制插入力的相对于插入方向的倾斜表面，同时留有朝向叶片的自由端309的足够长度，以产生牺牲接触区。在沿着每个叶片308朝向叶片的自由端309继续时，每个叶片308在区域318上再次朝向中心轴线C弯曲，因此该区域308在横截面中对应于相对于容纳空间的凹入形状。该凹入区318延伸至牺牲接触区(在第一接触表面317处)，该牺牲接触区具有在横截面中对应于相对于容纳空间的凸出形状的曲率。最后，牺牲接触区通过在横截面中基本为直线的部分319朝向自由端延伸。
图7中示出根据本发明的母接头的第二实施方式。该母接头还包括固定部分和连接部分，但仅示出连接部分305的第二部分313和第三部分315。就前面的实施方式而言，每个叶片308包括第一接触表面317和第二接触表面314。第一接触表面317 对应于牺牲接触区，而第二接触表面314对应于有用接触区。
在这个实施方式中，每个叶片308在第二部分313与第三部分315之间的接合部处弯曲成远离中心轴线C，以便在将公接头201插入在各个叶片308之间时，具有旨在限制插入力的相对于插入方向的倾斜表面，同时留有朝向自由端309的足够长度以产生牺牲接触区。然后，将叶片沿相反方向弯曲(在区域320上，该区域320因此在横截面中对应于相对于容纳空间的凹入形状)。在该区域320具有凹入曲率之后，在叶片308的自由端309的方向上，每个叶片308通过朝向插入轴线倾斜的笔直部分 321继续。该笔直部分321继续至牺牲接触区(在第一接触表面317处)，该牺牲接触区具有在横截面中对应于相对于容纳空间的凸出形状的曲率。最后，牺牲接触区在自由端309的方向上，通过在横截面中看到的基本上成直线远离中心轴线的部分322 来延伸。该直线部分322相对于插入方向形成基本上与有用接触区之后的部分相同的角度。设计该角度，以对公接头的插脚在各个叶片之间的插入力进行限制。
与图8A至图8D以及图9A至图9D有关地，使用母接头的第二实施方式来例示根据本发明的连接和断开连接方法的示例。
图8A(位置等效于图9D的位置)：将公接头201在叶片的自由端309处引入各个叶片308之间的容纳空间中。叶片308尚未受压，并且仅公接头201的由电绝缘材料制成的盖帽203的一部分插入第三部分315处。盖帽203具有锥形形状，并且第一接触表面317倚靠在盖帽203的外表面上(该外表面相对于插入方向倾斜)。
图8B(位置等效于图9C的位置)：将公接头201的插脚202更多地引入各个叶片308之间的容纳空间中。叶片308受压并且开始变形。第一接触表面317倚靠在插脚202的导电部分上。将第二接触表面314定位成与盖帽成一直线，但未倚靠在盖帽上。
图8C(位置等效于图9B的位置)：将公接头201的插脚202更多地引入各个叶片308之间的容纳空间中。第一接触表面317倚靠在插脚202的导电部分上。叶片 308稍微更多地受压并变形。将第二接触表面314定位成与盖帽成一直线并且倚靠在盖帽的倾斜表面上。
图8D和图9A：将公接头201的插脚202引入到各个叶片308之间的容纳空间中。叶片308受压并变形至最大。第二接触表面314倚靠在导电插脚202上，而第一接触表面317不再倚靠在所述导电插脚上。包括公接头201和母接头301的连接组装件可以流过电流。在第二接触表面314与插脚202的导电部分之间建立电接触。第二接触表面314表示不受任何电弧损害的有用接触表面，在该有用接触表面处，对于给定电流，加热不能超过根据设计预定的极限。
图9B：在断开连接时，公接头201的插脚202离开容纳空间，但在这个步骤中，即使第二接触表面314不再与插脚202的导电部分电接触，第一接触表面317也仍倚靠在插脚202的导电部分上。将第二接触表面314定位成与盖帽成一直线并且倚靠在盖帽的倾斜表面上。由于在第一接触表面317处有足够导电性，因此不会产生电弧。
图9C：公接头201的插脚202仍与第一接触表面317相接触。将第二接触表面 314定位成与盖帽成一直线，并且不再倚靠在盖帽的倾斜表面上。由于在第一接触表面317处有足够导电性，因此不会产生电弧。因此，公接头201和母接头301分别处于这样的位置，即，在所述位置中，第一接触表面317仍与插脚202相接触，而第二接触表面314不再与插脚202相接触并定位成与盖帽203成一直线。换句话说，盖帽的与插入方向平行的长度大于或等于第一接触表面317与第二接触表面314之间的与该同一方向平行的距离。
图9D：第一接触表面317和第二接触表面314不再直接与插脚202的导电部分电接触。如果发生电弧，那么将因第一接触表面317和插脚202的导电部分对应于彼此最接近的导电区域而在第一接触表面317和插脚202的导电部分之间建立该电弧。
通常，可以注意到，通过对导电材料进行切割和冲压(而不是通过车削/棒料车削)来制造母接头301有助于制造更复杂形状的叶片308，特别是有助于制造具有准确的且适合于制造牺牲区域的几何形状的多个接触区域或表面314、317，以及制造不会因电弧的发生而损坏的另一功能接触区。

Claims (15)

1.一种连接组装件，所述连接组装件包括公接头(201)和母接头(301)；
-所述公接头(201)包括插脚(202)，所述插脚由导电材料构成并且沿着平行于插入方向的中心轴线(C)在机械地且电气地连接至固定部分的端部与自由端之间纵向延伸，
-所述母接头(301)包括衬套，所述衬套包括多个弹性叶片(308)，每个叶片(308)在基部(307)与自由端(309)之间纵向延伸并且仅在所述基部(307)处连接至所述母接头(301)的其余部分，这些叶片(308)被配置成在所述公接头(201)与所述母接头(301)配合时，在所述叶片之间容纳所述公接头(201)的所述插脚(202)并且与所述插脚(202)建立至少一个电接触；
其中
-这些叶片(308)中的每个包括两个弯曲接触区，以分别在这些弯曲接触区中的每个上形成凸出的并且基本上朝向中心轴线(C)取向的第一接触表面(317)和第二接触表面(314)，所述第一接触表面(317)被定位成比所述第二接触表面(314)更靠近所述叶片(308)的所述自由端(309)，所述第一接触表面和所述第二接触表面形成在所述叶片上，
-所述插脚(202)在所述插脚的自由端处设置有由电介质材料构成的盖帽(203)，
其特征在于，每个叶片(308)的所述第一接触表面(317)符合：在连接所述公接头(201)和所述母接头(301)时，所述第一接触表面(317)在与所述插脚(202)的导电区建立电接触之前倚靠在所述盖帽(203)上，并且当所述叶片(308)受压并变形至最大时，所述第二接触表面(314)倚靠在所述插脚(202)的导电区上，而所述第一接触表面(317)不再倚靠在所述插脚(202)的导电区上。
2.根据权利要求1所述的连接组装件，其中，在将所述公接头(201)引入所述叶片(308)之间时，所述第一接触表面(317)和所述第二接触表面(314)相应地倚靠在所述盖帽(203)的相对于插入方向倾斜的外表面上。
3.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，所述衬套通过对呈片材形状的导电材料进行切割和冲压来形成。
4.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，所述两个弯曲接触区中的每个符合：在所述公接头(201)和所述母接头(301)断开连接时，所述公接头(201)和所述母接头(301)分别处于这样的位置，在所述位置中，所述第一接触表面(317)仍与所述插脚(202)相接触，而所述第二接触表面(314)不再与所述插脚(202)相接触并定位成与所述盖帽(203)成一直线。
5.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，所述插脚(202)和所述盖帽(203)基本上具有绕中心轴线(C)的旋转对称性。
6.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，所述盖帽(203)具有基本锥形形状，所述盖帽的高度位于中心轴线上，并且每个叶片(308)的所述第一接触表面(317)和第二接触表面(314)符合：在所述公接头(201)和所述母接头(301)断开连接时，在所述第一接触表面(317)仍与所述插脚(202)相接触的同时，所述第二接触表面(314)暂时倚靠在所述盖帽(203)上。
7.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，当所述公接头(201)与所述母接头(301)配合时，每个叶片(308)的所述第一接触表面(317)与所述插脚(202)相接触。
8.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，当所述公接头(201)与所述母接头(301)配合时，每个叶片(308)的所述第一接触表面(317)不与所述插脚(202)相接触。
9.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，每个叶片(308)包括在所述基部(307)与所述叶片的自由端(309)之间的与纵向成直角的基本上为矩形的区段。
10.根据权利要求1或2所述的连接组装件，所述连接组装件包括相对于容纳所述公接头的插脚的空间凹入的第三弯曲区(318)，该第三弯曲区(318)位于所述第一接触表面(317)与所述第二接触表面(314)之间。
11.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，当所述叶片(308)未受压并且从所述叶片的第二接触表面(314)到所述基部(307)来考虑所述叶片时，所述叶片(308)与插入方向形成锐角(α)。
12.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，当所述叶片(308)未受压并且从所述叶片的第一接触表面(317)到所述叶片的自由端(309)来考虑所述叶片时，所述叶片(308)与插入方向形成锐角(β)。
13.根据权利要求1或2所述的连接组装件，其中，所述盖帽(203)的与插入方向平行的长度大于或等于所述第一接触表面(317)与所述第二接触表面(314)之间的与该同一方向平行的距离。
14.一种连接、断开连接以及供电方法，所述方法用于前述权利要求中的任一项所述的连接组装件，所述方法包括：
-供电阶段，在所述供电阶段期间，在所述第二接触表面(314)与所述插脚(202)建立物理和电接触但是所述第一接触表面(317)与所述插脚(202)没有物理和电接触的同时，使大于或等于32安培的电流流过所述公接头(201)和所述母接头(301)，以及
-所述公接头(201)和所述母接头(301)的断开连接阶段，在所述断开连接阶段，至少一个第一接触表面(317)与所述插脚(202)仍保持电接触，而每个第一接触表面(317)处于距所述插脚的任何导电区至少1.5毫米的距离处。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述断开连接阶段，所述公接头(201)和所述母接头(301)通过这样的位置，在所述位置中，所述第一接触表面(317)仍与所述插脚(202)相接触，而所述第二接触表面(314)不再与所述插脚(202)相接触并定位成与所述盖帽(203)成一直线。
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