CN112136251A - 电气插座 - Google Patents

Abstract

一种电气插座以及制造电气插座的方法。插座具有圆柱形本体，所述圆柱形本体限定纵向轴线，并且具有：相对的第一端部环和第二端部环、间隔开的接触梁、以及用于接受匹配插头的内部接收区域。第一端部环和第二端部环可关于纵向轴线从彼此旋转偏移，由此将接触梁扭曲成双曲线几何形状。每个梁具有在第一端部区段与第二端部区段之间的中间区段，并且每个接触梁具有通常泪滴形状。每个接触梁的中间区段具有限定内部接触区域的轮廓，使得中间区段比第一端部区段和第二端部区段进一步延伸到内部接收区域中，并且使得内部接触区域定位为用于在匹配插头插入到内部接收区域中时与匹配插头接触。

Description

电气插座

相关申请

此申请要求于2018年3月29日提交的标题为“电气插座（socket）”的美国专利申请号15/940,221的优先权，其主题物通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种具有改善的耐久性和性能的诸如用于高电流应用的电气插座。

背景技术

诸如筒形端子的常规电气插座构造为接受电气插头（pin）或插脚（prong）。在具有共同受让人（commonly assigned）的美国专利号6,899,571、6,837,756、4,734,063和4,657,335中公开了已知的电气插座，它们中的每一个的主题物通过引用并入。然而，此类常规电气插座的设计可导致插座的降低的性能和使用寿命，即，由于插座触点的变形、匹配插头在插入到插座中时的未对准以及匹配插头的刮削（skiving）。

因此，存在对于改善的电气插座的需求，所述电气插座被设计来解决上述问题并保持插座的高性能。

发明内容

因此，本发明可提供一种电气插座，其包括圆柱形本体，所述圆柱形本体限定纵向轴线，并且具有：相对的第一端部环和第二端部环、在第一端部环与第二端部环之间延伸的多个间隔开的接触梁、以及用于接受匹配插头的内部接收区域。第一端部环和第二端部环可关于纵向轴线从彼此旋转偏移，由此将接触梁扭曲成双曲线几何形状（hyperbolicgeometry）。接触梁中的每一个可包括在第一端部区段与第二端部区段之间的中间区段。第一端部区段和第二端部区段分别附接到第一端部环和第二端部环，并且每个接触梁的中间区段可为比第一端部区段和第二端部区段中的每一个更长且更宽，使得每个接触梁具有通常泪滴形状。每个接触梁的中间区段具有限定内部接触区域的轮廓，使得中间区段比第一端部区段和第二端部区段进一步延伸到内部接收区域中，并且使得内部接触区域定位为用于在匹配插头插入到内部接收区域中时与匹配插头接触。

在某些实施例中，每个接触梁的中间区段的轮廓包括大致凹形形状，大致凹形形状延伸到内部接收区域中；每个接触梁的中间区段的轮廓包括成角度半径形状，成角度半径形状延伸跨过中间区段，大致平行于纵向轴线；端部环具有大致相同的直径和宽度；每个端部环的宽度大于接触梁的每个中间区段的宽度；双曲线几何形状具有大约40到70度的扭曲；圆柱形本体是一体式（one-piece）整体构件；接触梁均匀地间隔开；且/或圆柱形本体由铜、铜合金或银镀层制成。

本发明还可提供一种制造电气插座的方法，所述方法包括以下步骤：提供导电坯（blank），所述坯具有：相对的第一连接部分和第二连接部分、以及在第一连接部分与第二连接部分之间延伸的多个接触梁，每个接触梁具有在第一端部区段与第二端部区段之间的中间区段，第一端部区段和第二端部区段分别附接到第一连接部分和第二连接部分；使坯的接触梁的中间区段中的每一个成轮廓（contouring），以限定接触区域；在成轮廓之后，使坯卷起（rolling），以形成圆柱形本体，其中，第一连接部分和第二连接部分形成本体的相对的第一端部环和第二端部环；并且然后，使第一端部环和第二端部环关于本体的纵向轴线在相反方向上扭曲，由此将接触梁扭曲成双曲线几何形状，并形成本体的内部接收区域，所述内部接收区域被构造成以面向内侧的接触梁的接触区域来接受匹配插头。

根据所述方法的一些实施例，成轮廓步骤在每个接触梁的每个中间区段中提供大致凹形形状，使得在使第一端部环和第二端部环扭曲的步骤之后，中间区段延伸到内部接收区域中；成轮廓步骤提供成角度半径形状，成角度半径形状跨过每个接触梁的每个中间区段；扭曲步骤包括使第一端部环和第二端部环扭曲，直到成角度半径形状大致平行于纵向轴线；使第一端部环和第二端部环扭曲的步骤提供了关于纵向轴线在大约40度与70度之间的扭曲；在使坯卷起的步骤之后，分别附接第一连接部分和第二连接部分的相应端部，以形成第一端部环和第二端部环；进一步包括以下步骤：在使坯成轮廓和卷起之后，焊接或机械地锁定坯的端部边缘，以形成圆柱形本体；进一步包括以下步骤：从导电材料的板冲压坯；板由铜、铜合金或银镀层制成；进一步包括以下步骤：使圆柱形本体形成为一体式整体构件；且/或进一步包括以下步骤：使接触梁均匀地间隔开。

鉴于在下文中可变得显而易见的本发明的这些和其他目的、优点和特征，通过参考以下对本发明的详细描述、所附权利要求和本文中所附的若干附图，本发明的性质可更清楚地理解。

附图说明

当与附图相联系来考虑时，通过参考下面的详细描述，本发明及其诸多附带优点的更完整的领会将容易地获得，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的电气插座的坯的透视视图；

图2是图1中图示的坯的一部分的放大平面视图；

图3A和图3B分别是在电气插座的坯已被卷起并扭曲之后的根据本发明的示例性实施例的电气插座的透视视图和正视图；

图4是图3A和图3B中图示的电气插座的放大横截面视图，示出了接收在电气插座中的匹配插头；

图5A和图5B是工具的局部平面视图和透视视图，工具用来制造根据本发明示例性实施例的电气插座；

图6A和图6B是在电气插座的坯被卷起（图6A）并扭曲（图6B）之后的根据本发明的示例性实施例的电气插座的横截面视图；并且

图7是图6A和图6B中图示的电气插座的放大横截面视图，示出了接收在电气插座中的匹配插头。

具体实施方式

参考附图，本发明涉及电气插座100，其构造成径向地弹性的，用于接受匹配插头或插脚10。在优选实施例中，电气插座100适于用于高电流应用。一般地，电气插座100可为冲压且成形的电气接触网格或坯102，所述电气接触网格或坯102被卷起，并且然后扭曲成双曲线几何形状，匹配插头10接收在双曲线几何形状的内部。电气插座100的接触梁110可为特别地成形状和成轮廓的，以帮助匹配插头与电气插座100的内部接触表面区域接触，并增加匹配插头10的接触循环寿命。

本发明的电气插座100的设计被构造成提供高的径向弹性，除了别的之外，这允许了：在连接界面处插头10与电气插座100之间的未对准；由法向梁偏转力以及接触梁的张力两者传递的在插头10与电气插座100之间的接触压力（即，法向力）；由于缠绕在匹配插头10周围的双曲线形地成形的接触梁110之间的接触界面区域的相对高的量导致的低电阻；由于大的表面面积上的法向接触力的分布导致的低匹配力；对接触梁110中的一个或多个被碎屑或外来物质损坏的容忍；和/或由于在大表面上电镀磨损（摩擦）的分布导致高数量的匹配循环的能力。

图1和图2图示了在卷起并扭曲成双曲线几何形状（在图3A和图3B中所见）之前的电气插座100的坯102。坯102是网格，网格包括连接部分104和106，具有在连接部分104和106之间延伸的接触梁110。坯102可由导电材料（例如，铜或铜合金）或金属镀层（例如，金、银或镍镀层）等的板冲压而成。图1示出了在成形或成轮廓前的接触梁110a。图2示出了根据本发明的在接触梁110已经成轮廓之后的接触梁110b中的一些。

如在图3A和图3B中所见，一旦坯102被卷起并扭曲，则电气插座100通常包括圆柱形本体120，其中成轮廓接触梁110中的一个或多个在相对的端部环122与124之间延伸。端部环122和124优选地可关于由圆柱形本体120限定的纵向轴线126（图3B）从彼此旋转地偏移，由此将接触梁110扭曲成双曲线几何形状，其内部限定用于接受匹配插头10的内部接收区域114。端部环122和124可具有大致相同的直径和宽度。优选地选择每个端部环122和124的宽度，以向圆柱形本体120提供增加的强度和/或提供与或者连接器的孔或者外部壳体套的压配合接合。

每个接触梁110包括在两个端部区段132与134之间的中间区段130。端部区段132和134分别连接或附接到端部环122和124。每个接触梁110的每个中间区段130优选地比每个端部区段132和134更长且更宽，使得每个接触梁110具有通常泪滴形状，如在图1中所见。该通常泪滴形状在电气插座100的中心中提供了更多的质量。

每个接触梁110的中间区段130可具有轮廓140，轮廓140限定了用于接合匹配插头10的内部接触区域142。内部接触区域142优选地延伸到电气插座100的内部接收区域114中。同样地，中间区段130比端部区段132和134进一步或更深地延伸到内部接收区域114中，使得内部接触区域142定位为用于在匹配插头10插入到内部接收区域114中时与匹配插头10的平滑且弹性的接触。在优选实施例中，中间区段130成轮廓为使得：轮廓140是大致凹形形状，弯曲到内部接收区域114中，如在图4中最佳地所见。接触梁110的成轮廓的泪滴形状向其增加了抗弯性，并且增加了在插头到插座界面处的全半径的、平滑的接触区域。如在图4中所见，当匹配插头10接收在电气插座100的内部接收区域114中时，其外部接触表面12接合成轮廓的接触梁110的中间区段130的平滑内部接触区域142，而不会有锐利边缘甚至接触插头的外部表面12。

接触梁110的形状和轮廓140实现了对于电气插座的若干性能优势，例如：由于其三维成轮廓的形状，每个接触梁110的梁弯曲强度增加；能够在匹配插头10与电气插座100之间传递更高的法向接触力；接触梁110的拱形轮廓的更宽的径向深度，由此服务于限制可能的最大径向偏移，以消除接触梁110的机械过应力和塑性变形的风险，特别是在匹配插头10与电气插座100之间未对准的情况下；和/或接触梁110的拱形轮廓，其服务于从插头到插座界面区域消除锐利边缘，由此消除从匹配插头10上刮掉镀层的可性，并延长了界面连接的匹配使用寿命。

在一个实施例中，电气插座100优选地为一体式。此外，接触梁110可围绕圆柱形本体120均匀地间隔开。然而，电气插座100可形成为多于一体式，并且接触梁110可非均匀地间隔开。此外，尽管端部环122和124优选地具有大致相同的直径和宽度；但是端部环122和124可具有不同的直径和宽度。在另一个实施例中，端部环122和124具有增加的宽度，以增加电气插座100的强度并保护电气插座100免受过应力。例如，每个端部环122和124的宽度可为大于接触梁100的每个中间区段130的宽度。

本发明的电气插座100的设计提供了足够的机械结构，使得插座100可用作独立的插座，即没有外部壳体。由于插座100的成轮廓的接触梁轮廓，插座100可简单地压配合到孔中，例如，到零间隙孔中，例如，在电缆连接器的接触保持器本体中。然而，作为选项，如在图4中所见，可将电气插座100插入到保持器套150中。例如，保持器套150可在压配合中接收电气插座100。在任一情况下，接触梁110的设计和轮廓140协助防止接触梁110的过应力和塑性变形，特别是如果在匹配插头10与电气插座100之间存在未对准的情况下。那是因为接触梁110的轮廓在接触梁110与孔或保持器套150的内部表面之间创建了最小空间，使得接触梁110在它们撞击孔或保持器套150的内部表面152之前将仅行进最小距离d（图4）。

根据本发明的实施例，用于制造电气插座100的方法可包括以下步骤：冲压导电板，以形成坯102，所述坯102具有：连接部分104和106、以及在它们之间的成大致泪滴形状的接触梁110，如在图1中所见。坯102的尺寸可基于应用来选择，如，匹配插头的直径（例如，8mm或12mm直径插头）。在形成坯102之后，如上所述，接触梁110的中间区段130中的每一个被成轮廓。也就是说，每个中间区段130被成形并成轮廓为具有轮廓140。在使接触梁110成轮廓之后，坯102可被卷起，以形成圆柱形本体120，并且连接部分104和106将分别形成本体120的相对的端部环122和124。卷起的坯的端部边缘可通过焊接附接到彼此，例如通过联锁突起机械地附接到彼此，或以类似方式附接到彼此。备选地，卷起的坯的端部边缘可为未附接的，并且保留为未连结的。

一旦卷起成圆柱形本体120，则端部环122和124关于本体120的纵向轴线126在相反的方向上旋转，由此将接触梁110扭曲成双曲线几何形状，并形成本体120的内部接收区域114，本体120的内部接收区域114被构造成以面向内侧的接触梁110的接触区域142来接受匹配插头10。扭曲的量或度数可定制，也即，其可为基于特定应用（如，匹配插头10的直径）的任何度数或度数的范围。确定扭曲的量的因素包括但不限于：具有足够的扭曲，以将成轮廓的接触梁110足够向内拉拽，使得它们不会干扰连接器孔或外部壳体，电气插座100将插入到连接器孔或外部壳体中；具有足够的扭曲，以在匹配插头10被插入到插座100的内部接收区域114中时，确保没有锐利边缘可接触匹配插头10；并且在接触梁110与匹配插头10之间具有足够的插头接合力，特别是考虑到匹配插头的尺寸。在一个实施例中，扭曲的度数可为大约40至70度。在优选实施例中，对于定尺寸为12mm的匹配插头10，扭曲的度数可为大约58度。

在一个实施例中，在圆柱形本体120扭曲成双曲线几何形状之后，可将电气插座100插入到壳体套150中。例如，可将电气插座100压配合或焊接到壳体套150中。备选地，保持器套150的前缘可在以下情况下形成：在将电气插座100插入保持器套150中，以将电气插座100捕获在保持器套150内部之后。

图5A直至图7图示了根据本发明的电气插座100'的备选实施例。此实施例的电气插座100'与第一实施例的电气插座100类似，除了以下之外：接触梁110'的中间区段130'的轮廓140'包括角度半径形状140a'和140b'（图5B、图6A和图6B），所述角度半径形状140a'和140b'延伸跨过中间区段130'的宽度，并在它们之间限定成形半径接触区域142'，成形半径接触区域142'对应于匹配插头10的尺寸。

像第一实施例一样，电气插座100'通常包括圆柱形本体120'，圆柱形本体120'具有：相对的端部环122'和124'、以及在它们之间的成泪滴形状的接触梁110'。除了不同的轮廓140'应用于接触梁110'之外，电气插座100'用与以上关于第一实施例的电气插座100描述的相同方式和步骤制造。

图5A和图5B图示了工具200，工具200用于在接触梁110'中形成轮廓140'，所述轮廓140'包括：成角度半径形状140a'和140b'、以及成形半径接触区域142'。工具200具有上部部分202和下部部分204，其中电气插座100'的坯102'夹在它们之间。坯102'和第一实施例的坯102可为大致相同的。每个工具上部部分202和下部部分204的成角度且弯曲的向内延伸部206和208分别被定位，以在每个接触梁110'的每个中间区段130'中的成角度半径形状140a'与140b'之间形成接触区域142'。每个中间区段130'是在接触梁110'的端部区段132'与134'之间。成角度半径形状140a'和140b'优选地对应于匹配插头10的半径，使得：成角度半径形状140a'和140b'限定切点，其中匹配插头半径10逐渐消失（feather out），并且在它们之间的接触区域142'是匹配插头10的半径。成角度半径形状140a'和140b'以及接触区域142'的位置和角度关于接触梁110'的长度来选择，使得当圆柱形本体120'被扭曲（在端部环122'和124'处）以形成双曲线几何形状时，成角度半径形状140a'和140b'定向为大致平行于圆柱形本体120'的纵向轴线126'，如在图6B中所见。成角度半径形状140a'和140b'的位置和角度可取决于应用而定制，例如，取决于匹配插头10的直径而定制。

如在图7中所见，当匹配插头10接收在电气插座100'中时，每个接触梁110'的接触区域142'延伸到插座100'的内部接收区域114'（图6A）中，并接合匹配插头10的外部表面12。由于成角度半径形状140a'和140b'通常平行于纵向轴线126'（在扭曲之后），并且在它们之间的每个成形接触区域142'对应于选择的匹配插头10的尺寸，当匹配插头10插入到插座的内部接收区域114'中时，实现与匹配插头10的平滑接触。

尽管在本文中已具体描述了公开的发明的某些当前优选实施例，但对于本发明所属领域中的技术人员来说将显而易见的是：可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本文中示出和描述的各种实施例做出变化和修改。因此，意在的是本发明仅受限于由所附权利要求和可适用的法律规则所要求的程度。

Claims (20)

1.一种电气插座，包括：

圆柱形本体，所述圆柱形本体限定纵向轴线，并且具有：相对的第一端部环和第二端部环、在所述第一端部环与所述第二端部环之间延伸的多个间隔开的接触梁、以及用于接受匹配插头的内部接收区域，所述第一端部环和所述第二端部环可关于所述纵向轴线从彼此旋转偏移，由此将所述接触梁扭曲成双曲线几何形状，

所述接触梁中的每一个包括在第一端部区段与第二端部区段之间的中间区段，所述第一端部区段和所述第二端部区段分别附接到所述第一端部环和所述第二端部环，并且每个接触梁的所述中间区段比所述第一端部区段和所述第二端部区段中的每一个更长且更宽，使得每个接触梁具有通常泪滴形状，并且

其中，每个接触梁的所述中间区段具有限定内部接触区域的轮廓，使得所述中间区段比所述第一端部区段和所述第二端部区段进一步延伸到所述内部接收区域中，并且使得所述内部接触区域定位为用于在所述匹配插头插入到所述内部接收区域中时与所述匹配插头接触。

2.如权利要求1所述的电气插座，其中，每个接触梁的所述中间区段的轮廓包括延伸到所述内部接收区域中的大致凹形形状。

3.如权利要求1所述的电气插座，其中，每个接触梁的所述中间区段的轮廓包括成角度半径形状，所述成角度半径形状延伸跨过中间区段，大致平行于所述纵向轴线，在它们之间限定所述内部接触区域。

4.如权利要求1所述的电气插座，其中，所述端部环具有大致相同的直径和宽度。

5.如权利要求4所述的电气插座，其中，每个端部环的宽度大于所述接触梁的每个中间区段的宽度。

6.如权利要求1所述的电气插座，其中，所述双曲线几何形状具有大约40到70度的扭曲。

7.如权利要求1所述的电气插座，其中，所述圆柱形本体是一体式整体构件。

8.如权利要求1所述的电气插座，其中，所述接触梁均匀地间隔开。

9.如权利要求1所述的电气插座，其中，所述圆柱形本体由铜、铜合金或银镀层制成。

10.一种制造电气插座的方法，包括以下步骤：

提供导电坯，所述坯具有：相对的第一连接部分和第二连接部分、以及在所述第一连接部分与所述第二连接部分之间延伸的多个接触梁，每个接触梁具有在第一端部区段与第二端部区段之间的中间区段，所述第一端部区段和所述第二端部区段分别附接到所述第一连接部分和所述第二连接部分；

使所述坯的所述接触梁的所述中间区段中的每一个成轮廓，以限定接触区域；

在成轮廓之后，使所述坯卷起，以形成圆柱形本体，其中，所述第一连接部分和所述第二连接部分形成所述本体的相对的第一端部环和第二端部环；并且

然后，使所述第一端部环和所述第二端部环关于所述本体的纵向轴线在相反的方向上扭曲，由此将所述接触梁扭曲成双曲线几何形状，并形成所述本体的内部接收区域，所述本体的所述内部接收区域被构造成以面向内侧的所述接触梁的所述接触区域来接受匹配插头。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述成轮廓步骤在每个接触梁的每个中间区段中提供大致凹形形状，使得在使所述第一端部环和所述第二端部环扭曲的步骤之后，所述中间区段延伸到所述内部接收区域中。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述成轮廓步骤提供成角度半径形状，所述成角度半径形状跨过每个接触梁的每个中间区段，所述成角度半径形状在它们之间限定所述接触区域。

13.如权利要求13所述的方法，其中，所述扭曲步骤包括：使所述第一端部环和所述第二端部环扭曲，直到所述成角度半径形状大致平行于所述纵向轴线。

14.如权利要求10所述的方法，其中，使所述第一端部环和所述第二端部环扭曲的步骤提供了关于所述纵向轴线在大约40与70度之间的扭曲。

15.如权利要求10所述的方法，其中，在使所述坯卷起的步骤之后，使所述第一连接部分和所述第二连接部分的相应端部分别附接，以形成所述第一端部环和所述第二端部环。

16.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：在使所述坯成轮廓和卷起之后，焊接或机械地联锁所述坯的端部边缘，以形成所述圆柱形本体。

17.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：从导电材料的板冲压所述坯。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述板由铜、铜合金或银镀层制成。

19.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：使所述圆柱形本体形成为一体式整体构件。

20.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：使所述接触梁均匀地间隔开。

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