CN111129817A - 用于供电的端子结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于供电的端子结构。用于供电的端子结构包括：第一端子(21)，第一端子包括基部(32)和顶端部(31)，第一端子具有从基部(32)沿第一端子(21)的轴线延伸至顶端部(31)的形状，且第一端子能插入第二端子(51)中且能从第二端子(51)移除，第二端子是管状的。在预定温度下，第一端子(21)具有当在第一端子(21)的中心轴线的方向上观察时顶端部(31)的外部尺寸小于基部(32)的外部尺寸的第一形态。当第一端子(21)的温度超过预定温度时，第一端子(21)变形为当在第一端子(21)的中心轴线的方向上观察时顶端部(31)的外部尺寸大于第一形态的顶端部(31)的外部尺寸的第二形态。

Description

用于供电的端子结构

本非临时申请基于2018年10月31日在日本专利局提交的日本专利申请第2018-205178号，其全部内容在此通过引用并入。

技术领域

本公开涉及一种用于供电的端子结构。

背景技术

例如，日本专利特开第2015-2106号公开了一种具有销状公端子和母端子的连接器。母端子由螺旋弹簧组成，该螺旋弹簧具有比自由状态下的公端子的外径小但是当直径扩大时变得能够接收公端子插入其中的内径。对公端子和母端子设置直径扩大机构。在将公端子插入螺旋弹簧中期间，该机构使螺旋弹簧压缩并且扭转，以弹性地扩大螺旋弹簧的直径；并且当插入完成时，该机构释放直径扩大机构，以允许螺旋弹簧在弹性恢复力的作用下直径缩小。

发明内容

在上述日本专利特开第2015-2106号所公开的连接器中，为了使在公端子和母端子之间由于插入而产生的阻力最小化，同时确保公端子和母端子之间的接触力，对公端子和母端子上设置上述直径扩大机构。

当高电流经过具有这种构造的连接器时，公端子与母端子之间的接触面积需要较大。然而，由于经过连接器的电流升高了母端子的温度，并且因此降低了作为母端子的螺旋弹簧的弹性模量，所以公端子与母端子之间的接触力可能变得不足，并且由此公端子和母端子之间的必要接触面积可能减小。

本发明的目的在于，通过提供一种用于供电的端子结构来解决上述问题，该端子结构使得能够在电流通过期间确保端子之间的足够接触面积量的同时，最小化端子之间由于插入和移除而发生的阻力。

根据本公开的用于供电的端子结构包括第一端子。第一端子包括基部和顶端部。第一端子具有从基部沿着第一端子的轴线延伸至顶端部的形状。第一端子能够插入到管状的第二端子中，并且能够从第二端子中移除。在预定温度下，第一端子具有当在第一端子的中心轴线的方向上观察时顶端部的外部尺寸小于基部的外部尺寸的第一形态。当第一端子的温度超过预定温度时，第一端子变形为当在第一端子的中心轴线的方向上观察时，顶端部的外部尺寸大于第一形态的顶端部的外部尺寸的第二形态。

在具有这种构造的用于供电的端子结构中，预定温度下的第一端子具有顶端部的外部尺寸小于基部的外部尺寸的第一形态，并且这种第一形态使得能够使由于插入和移除而在第一端子和第二端子之间发生的阻力最小化。当电流通过用于供电的端子结构时，第一端子的温度升高。当这种情况发生并且导致第一端子的温度超过预定温度时，第一端子变形为顶端部的外部尺寸大于第一形态的顶端部的外部尺寸的第二形态。这种变形使得能够在电流经过期间确保第一端子和第二端子之间足够的接触面积。

优选地，顶端部包括以下部分：外周部，所述外周部是管状的，并且由第一金属构成；以及内周部，所述内周部结合到外周部的内侧，并且由第二金属构成，所述第二金属具有比第一金属的热膨胀系数高的热膨胀系数。第一端子具有在第一端子的中心轴线的方向上延伸的多个狭缝。多个狭缝在绕第一端子的中心轴线的周向方向上将外周部和内周部分为多个区段。

在具有这种构造的用于供电的端子结构中，第一端子的温度升高导致内周部热膨胀到大于外周部的热膨胀的程度，由此导致顶端部相当于第一端子的中心轴线在径向方向上变形并且向外翘曲。这种变形使得第一端子能够变形为顶端部的外部尺寸大于第一形态的顶端部的外部尺寸的第二形态。

优选地，顶端部包括以下部分：外周部，所述外周部是管状的，并且能够相对于第一端子的中心轴线在径向方向上变形；以及内周部，所述内周部位于外周部的内侧上，并且随着温度的升高，内周部具有相对于第一端子的中心轴线在径向方向上向外逐渐增大的体积。

在具有这种构造的用于供电的端子结构中，第一端子的温度升高导致内周部的体积增大，由此使外周部被内周部相对于第一端子的中心轴线在径向方向上向外推动。这种变形使得第一端子能够变形为顶端部的外部尺寸大于第一形态的顶端部的外部尺寸的第二形态。

优选地，用于供电的端子结构还包括第二端子，该第二端子是管状的。当与第二端子连接的第一端子变形为第二形态时，顶端部与第二端子的内周表面形成接触。

具有这种构造的用于供电的端子结构使得能够在电流经过期间确保第一端子和第二端子之间足够的接触面积量。

优选地，第二端子包括多个狭缝，该多个狭缝在第二端子的中心轴线的方向上延伸，并且被相对于绕第二端子的中心轴线在周向方向上布置。

具有这种构造的用于供电的端子结构使得第二端子能够在第一端子从第一形态变形为第二形态期间易于变形，以配合第一端子的顶端部的外部尺寸。作为结果，可进一步增大第一端子和第二端子之间的接触面积。

当结合附图时，通过根据本公开的以下详细描述，本公开的前述和其它目标、特征、方面和优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1是车辆的透视图。

图2是根据实施例1的用于供电的端子结构的透视图(第一端子和第二端子之间未连接)。

图3是沿图2中所示的线III-III截取并且在图2中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子的截面图。

图4是沿图2中所示的线IV-IV截取并且在图2中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子的截面图。

图5是根据实施例1的用于供电的端子结构的截面图(第一端子和第二端子之间已连接)。

图6是根据实施例1的用于供电的端子结构的透视图(在电流经过期间)。

图7是沿图6中所示的线VII-VII截取并且在图6中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子和第二端子的截面图。

图8是第一端子的变型的截面图。

图9是第一端子的变型的截面图。

图10是第一端子和第二端子的另一变型的截面图。

图11示出第二端子的另一变型。

图12示出第二端子的另一变型。

图13是根据实施例2的用于供电的端子结构的透视图。

图14是沿图13中所示的线XIV-XIV截取并且在图13中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子的截面图。

图15是根据实施例2的用于供电的端子结构的透视图(在电流经过期间)。

图16是图13中所示的内周部的变型的截面图。

具体实施方式

将参考附图给出本公开的实施例的描述。在下文所参考的附图中，相同或等效构件由相同的附图标记指示。

(实施例1)

图1是车辆的透视图。参考图1，车辆10是可外部充电的插电式混合动力车辆或电动车辆。

车辆10包括连接器12、外部主体14、电池15和盖子16。盖子16以能够打开和关闭盖子16的方式布置在外部主体14上。当盖子6打开时，连接器12露出。当供电设施(充电站)处的插头13被连接到连接器12时，电力被供给到电池15。

供给到车辆10的电力量可以为100kW或更高(例如，电流400A，且电压400V)，或者可以为300kW或更高(例如，电流400A，且电压1000V)。

图2是根据实施例1的用于供电的端子结构的透视图(第一端子和第二端子之间未连接)。参考图1和图2，根据本实施例的用于供电的端子结构包括第一端子21和第二端子51。第一端子21是公端子。第二端子51是母端子。第一端子21被构造成能够插入第二端子51中并且能够从第二端子51移除。

根据本实施例的用于供电的端子结构是用于给车辆充电的端子结构，并且通常用于将车辆与供电设施连接。例如，第一端子21被提供给连接器12和插头13中的一个，第二端子51被提供给连接器12和插头13中的另一个。

第一端子21和第二端子51由金属制成。第一端子21经由型锻构件23被连接至电缆24。型锻构件23是圆筒形金属部件。型锻构件23的轴向两端被分别型锻并且固定到第一端子21和电缆24。

第一端子21包括基部32和顶端部31。第一端子21具有从基部32沿该第一端子21的轴线延伸至顶端部31的形状。第一端子21类似于从型锻构件23沿假想的中心轴线101A伸出的销。基部32是指第一端子21的从型锻构件23伸出的基侧部。顶端部31是指从型锻构件23沿中心轴线101A伸出的第一端子21的顶端侧部。

第一端子21正交于中心轴线101A的横截面是圆形的。

第二端子51经由型锻构件53被连接至电缆54。型锻构件53是圆筒形金属部件。型锻构件53的轴向两端被分别型锻并且固定到第二端子51和电缆54。

第二端子51包括基部62和顶端部61。第二端子51是从基部62延伸至顶端部61的管状的。第二端子51从型锻构件53沿假想的中心轴线101B以圆筒形式伸出。基部62是指第二端子51的从型锻构件53伸出的基侧部。顶端部61是指从型锻构件53沿中心轴线101B伸出的第二端子51的顶端侧部。

第二端子51正交于中心轴线101B的横截面是圆形的，类似于环。

图3是沿图2中所示的线III-III截取并且在图2中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子的截面图。图4是沿图2中所示的线IV-IV截取，并且在图2中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子的截面图。

参考图2至图4，第一端子21在预定温度下具有第一形态。在第一形态中，当在第一端子21的中心轴线101A的方向上观察时，顶端部31的外部尺寸小于基部32的外部尺寸。预定温度是以下温度，其取决于第一端子21存在于其中的空间的环境温度。顶端部31的外部尺寸是沿着穿过中心轴线101A的直线测量的顶端部31的最大外部尺寸。基部32的外部尺寸是沿着穿过中心轴线101A的直线测量的基部32的最大外部尺寸。

在第一形态中，如图3中所示，与中心轴线101A正交的顶端部31的圆形横截面的直径D1小于管状的第二端子51的内径d(D1<d)，并且，如图4中所示，与中心轴线101A正交的基部32的圆形横截面的直径D2大于直径D1(D2>D1)。直径D2等于或大于第二端子51的内径d(D2≥d)。

第一端子21具有锥形形状，该锥形形状的横截面面积在中心轴线101A的方向上从基部32朝着顶端部31逐渐减小。

图5是根据实施例1的用于供电的端子结构的截面图(第一端子和第二端子之间已连接)。

参考图5，将第一端子21插入管状的第二端子51的内部会使得第一端子21和第二端子51变得彼此连接。

彼此连接的第一端子21和第二端子51同心地围绕中心轴线101定位。在第一端子21的顶端部31与第二端子51之间，在中心轴线101的径向方向上存在间隙。第一端子21的基部32与第二端子51彼此接触，使得它们之间的接触区域形成对应于围绕中心轴线101的圆周的线。

将第一端子21从第二端子51拉出会使得第一端子21和第二端子51变得彼此分离。

图6是根据实施例1的用于供电的端子结构的透视图(在电流经过期间)。图7是沿图6中所示的线VII-VII截取并且在图6中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子和第二端子的截面图。图6和图7示出了在电流经过用于供电的端子结构期间的第一端子21和第二端子51。

参考图6和图7，经过用于供电的端子结构的电流导致第一端子21的温度升高到预定温度以上。当第一端子21的温度超过预定温度时，第一端子21变形为当在第一端子21的中心轴线101的方向上观察时顶端部31的外部尺寸大于第一形态的顶端部31的外部尺寸的第二形态。

如图7中所示，在第二形态中，顶端部31的正交于中心轴线101A的圆形横截面的直径D3大于直径D1(D3>D1)。优选地，直径D3等于第二端子51的内径d(D3＝d)。

当非常快速地对车辆10充电时，尤其是会以高电压和高电流进行充电。这种类型的充电与大量电流经过第一端子21和第二端子51相伴，所以需要增大第一端子21和第二端子51之间的接触面积以减小电阻并且由此减少发热。然而，简单地增加端子之间的接触面积将增大由于插入和移除而在端子之间发生的阻力(摩擦阻力)。

相反，在根据本实施例的用于供电的端子结构中，第一端子21在预定温度下具有顶端部31的外部尺寸小于基部32的外部尺寸的第一形态，如图2至图5中所示。这种构造使得由于在第一端子21和第二端子51之间建立连接而在第一端子21和第二端子51之间发生的阻力最小化。因此，当第一端子21的温度降低时，这种构造使得由于第一端子21与第二端子51的分离而在第一端子21和第二端子51之间发生的阻力最小化。

在电流经过用于供电的端子结构期间以及当第一端子21的温度超过预定温度时，第一端子21变形为顶端部31的外部尺寸大于第一形态的顶端部31的外部尺寸的第二形态，如图6和图7中所示。这种构造增大了第一端子21和第二端子51之间的接触面积。另外，这种构造允许顶端部31相对于中心轴线101在径向方向上向外膨胀，由此使得可能增大第一端子21和第二端子51(即，使第一端子21和第二端子51彼此牢固接触)之间的接触压力。这增强了第一端子21和第二端子51之间的粘附力，由此进一步增大了第一端子21和第二端子51之间的接触面积。

这些现象使得能够在电流经过期间确保第一端子21和第二端子51之间的足够接触面积量。因此，当第一端子21与第二端子51之间的接触面积增大时，第一端子21与第二端子51之间的电阻减小，由此减少了发热。然后，还减小了热阻，以实现优异的散热。

接下来，将给出第一端子21的结构的更详细描述。参考图2和图3，顶端部31包括外周部36和内周部37。

外周部36是管状的。外周部36包括以中心轴线101A为中心轴线的圆筒形状。外周部36由第一金属构成。

内周部37与外周部36的内侧结合。内周部37呈以中心轴线101A为中心轴线的销状。外周部36和内周部37绕中心轴线101A同心地定位。内周部37由第二金属构成。第二金属的热膨胀系数高于第一金属的热膨胀系数。第一金属例如为Ni-Fe合金。第二金属例如为Cu。

第一端子21包括多个狭缝33。多个狭缝33在中心轴线101A的方向上延伸。多个狭缝33从第一端子21的靠近顶端部31的一端朝向基部32延伸。多个狭缝33从中心轴线101A相对于中心轴线101A在径向方向上向外延伸，并且穿透外周部36和内周部37。多个狭缝33在绕中心轴线101A的周向方向上以规律间隔布置。

多个狭缝33在绕中心轴线101A的周向方向上将外周部36和内周部37分成多个区段41(41A、41B、41C、41D、41E、41F、41G、41H)。每个区段41的外周部36和内周部37一起形成双金属，该双金属由彼此结合的具有不同热膨胀系数的两种金属组成。

在本实施例中，第一端子21包括八个狭缝33。然而，狭缝33的数量可以不同于八个。

利用这种构造，在电流经过用于供电的端子结构期间，第一端子21的温度超过预定温度时，外周部36和内周部37热膨胀；并且在这种热膨胀期间，内周部37的热膨胀程度大于外周部36的热膨胀程度，并且由此，每个区段41的外周部36和内周部37都相对于中心轴线101在径向方向上变形并且向外翘曲。这种变形使得第一端子21能够变形顶端部31的外部尺寸大于第一形态的顶端部31的外部尺寸的第二形态。

图8和图9中的每一幅图都是第一端子的变型的截面图。图8对应于图3，示出了当第一端子21和第二端子51未彼此连接时第一端子21的顶端部31在预定温度下的横截面图。图9对应于图7，示出了在电流经过期间第一端子21(顶端部31)和第二端子51的横截面图。

在这种变型中，参考图8和图9，第一端子21通常具有以中心轴线101A为其中心轴线的圆筒形状。内周部37具有以中心轴线101A为中心轴线的圆筒形状。内周部37结合到外周部36的内侧。

同样地，利用这种构造，在电流经过用于供电的端子结构期间，每个区段41的外周部36和内周部37都相对于中心轴线101在径向方向上变形并向外翘曲。这种变形使得第一端子21能够变形为顶端部31的外部尺寸大于第一形态的顶端部31的外部尺寸的第二形态。

图10是第一端子和第二端子的另一变型的截面图。图10对应于图7，示出了在电流经过期间第一端子21(顶端部31)和第二端子51的横截面图。

在这种变型中，参考图10，第一端子21具有与中心轴线101A正交的非圆形横截面。更具体地，在第一端子21的顶端部31处的每个区段41的外周部36都包括凸出区域38。凸出区域38相对于中心轴线101A在径向方向上向外凸出。第二端子51包括凹入区域52。凹入区域52凹入第二端子51的内周表面内。凹入区域52的凹入轮廓与凸出区域38的凸出轮廓一致。

基于这种变型应明白，根据本公开的第一端子的正交于其轴向方向的横截面形状不限于圆形。这种变型具有进一步增加第一端子21和第二端子51之间的接触面积的另一效果。

图11和图12中的每一幅图都示出第二端子的另一变型。图11是单独第二端子51的透视图。图12对应于图7，是在电流经过期间第一端子21(顶端部31)和第二端子51的截面图。

在这种变型中，参考图11和图12，第二端子51包括多个狭缝56。多个狭缝56在中心轴线101B的方向上延伸。多个狭缝56从第二端子51的靠近顶端部61的一端朝向基部62延伸。多个狭缝56在绕中心轴线101B的周向方向上以规律间隔布置。

利用这种构造，当在电流经过用于供电的端子结构期间，第一端子21的顶端部31相对于中心轴线101在径向方向上向外变形并且翘曲时，第二端子51容易变形以配合第一端子21的顶端部31的外部形状。这种变形使得可能减少第一端子21的顶端部31与第二端子51的内周表面的局部接触，由此增加第一端子21与第二端子51之间的接触面积。

将概述根据实施例1的用于供电的端子结构。根据本实施例的用于供电的端子结构包括第一端子21。第一端子21包括基部32和顶端部31。第一端子21具有沿其轴线从基部32延伸至顶端部31的形状。第一端子21能够插入到管状的第二端子51中并且能够从第二端子51中移除。在预定温度下，第一端子21具有当在第一端子21的中心轴线的方向上观察时顶端部31的外部尺寸小于基部32的外部尺寸的第一形态。当第一端子21的温度超过预定温度时，第一端子21变形为当沿第一端子21的中心轴线的方向观察时顶端部31的外部尺寸大于第一形态的顶端部31的外部尺寸的第二形态。

具有这种构造的根据实施例1的用于供电的端子结构使得能够在电流经过期间确保第一端子21和第二端子51之间足够的接触面积量的同时，最小化由于插入和移除而在第一端子21和第二端子51之间发生的阻力。

(实施例2)

图13是根据实施例2的用于供电的端子结构的透视图。图13示出未与第二端子51连接的第一端子21。图14是沿图13中所示的线XIV-XIV截取并且在图13中所示的箭头指示的方向上观察的第一端子的截面图。图15是根据实施例2的用于供电的端子结构的透视图(在电流经过期间)。

根据本实施例的用于供电的端子结构与根据实施例1的用于供电的端子结构的不同之处在于第一端子21的顶端部31在电流经过期间的变形机制。关于与实施例1相同的结构特征，其说明省略。

参考图13至图15，顶端部31包括外周部72和内周部71。外周部72是管状的。外周部72具有以中心轴线101A为中心轴线的圆筒形状。外周部72被构造成能够相对于中心轴线101A在径向方向上变形。

更具体地，第一端子21包括多个狭缝73。多个狭缝73在中心轴101A的方向上延伸。多个狭缝73从第一端子21的靠近顶端部31的一端朝向基部32延伸。多个狭缝73相对于中心轴线101A在周向方向上以规律间隔布置。

多个狭缝73在绕中心轴线101A的周向方向上将外周部72分成多个区段42(42A、42B、42C、42D、42E、42F、42G、42H)。

内周部71位于外周部72的内侧上。内周部71呈以中心轴线101A为中心轴线的截顶圆锥形状。内周部71被构造成使得其体积随着温度的升高而相对于中心轴线101A在径向方向上向外逐渐增大。内周部71由随着温度升高而热膨胀的树脂制成。

利用这种构造，在电流经过用于供电的端子结构期间，当第一端子21的温度超过预定温度时，内周部71热膨胀。当发生这种情况时，热膨胀的内周部71迫使外周部72相对于中心轴线101在径向方向上向外打开。这种现象使得第一端子21能够变形为顶端部31的外部尺寸大于第一形态的顶端部31的外部尺寸的第二形态。

在本公开中，使外周部能够相对于第一端子的中心轴线在径向方向上变形的结构没有特别限制。例如，外周部72可具有在中心轴线101A的方向上延伸的螺旋形状，由此可变形，从而相对于中心轴线101A在径向方向上扩大或缩小。

图16是图13中所示的内周部的变型的截面图。在图16中，第一形态的第一端子21的内周部71由实线表示，第二形态的第一端子21的内周部71由双点划线表示。

参考图16，内周部71包括容器77和流体78。容器77由小袋构成，该小袋能够相对于中心轴线101A在径向方向上弹性变形。流体78是随着温度升高而体积增大的气体或液体。例如，流体78是冰箱中使用的制冷剂或是水。流体78被容纳在容器77中。

利用这种构造，在电流经过用于供电的端子结构期间，当第一端子21的温度超过预定温度并且流体78的体积增大时，容器77相对于中心轴线101在径向方向上向外变形。当发生这种情况时，容器77的周壁77p迫使外周部72相对于中心轴线101在径向方向上向外打开。这种现象使得第一端子21能够变形为顶端部31的外部尺寸大于第一形态的顶端部31的外部尺寸的第二形态。

具有这种构造的根据实施例2的用于供电的端子结构能够表现出与关于实施例1所述的效果类似的效果。

本公开例如可应用于用于连接车辆与供电设施的连接器和/或插头。

本文公开的实施例和示例在任何方面都是说明性的，而非是限制性的。由权利要求书指示的技术范围涵盖与权利要求书的术语等效的范围和含义内的任何变型。

Claims (5)

1.一种用于供电的端子结构，包括：

第一端子，所述第一端子包括基部和顶端部，所述第一端子具有从所述基部沿着所述第一端子的轴线延伸至所述顶端部的形状，所述第一端子能够插入第二端子中并且能够从所述第二端子移除，所述第二端子是管状的，

所述第一端子在预定温度下具有第一形态，所述第一形态是当在所述第一端子的中心轴线的方向上观察时所述顶端部的外部尺寸小于所述基部的外部尺寸的形态，

所述第一端子被构造成当所述第一端子的温度超过所述预定温度时变形为第二形态，所述第二形态是当在所述第一端子的中心轴线的方向上观察时所述顶端部的外部尺寸大于所述第一形态的所述顶端部的外部尺寸的所述第一端子的形态。

2.根据权利要求1所述的用于供电的端子结构，其中：

所述顶端部包括：

外周部，所述外周部是管状的，并且由第一金属构成；以及

内周部，所述内周部结合到所述外周部的内侧，所述内周部由第二金属构成，所述第二金属具有比所述第一金属的热膨胀系数高的热膨胀系数，所述第一端子包括在所述第一端子的中心轴线的方向上延伸的多个狭缝，并且

所述多个狭缝在绕所述第一端子的中心轴线的周向方向上将所述外周部和所述内周部分为多个区段。

3.根据权利要求1所述的用于供电的端子结构，其中：

所述顶端部包括：

外周部，所述外周部是管状的，并且能够相对于所述第一端子的中心轴线在径向方向上变形；以及

内周部，所述内周部位于所述外周部的内侧上，所述内周部具有随着温度的升高而相对于所述第一端子的中心轴线在径向方向上向外逐渐增大的体积。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于供电的端子结构，其中：

所述用于供电的端子结构还包括所述第二端子，所述第二端子是管状的，

当与所述第二端子连接的所述第一端子变形为所述第二形态时，所述顶端部与所述第二端子的内周表面形成接触。

5.根据权利要求4所述的用于供电的端子结构，其中，所述第二端子包括多个狭缝，并且所述多个狭缝在所述第二端子的中心轴线的方向上延伸，并且所述多个狭缝在绕所述第二端子的中心轴线的周向方向上布置。

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