CN113330823A - 等离子弧炬系统中的连接器 - Google Patents

Abstract

引线连接器提供成用于将等离子弧炬的等离子炬引线连接到等离子切割系统的功率供应部。引线连接器包括：基部；中心导管，该中心导管设置在基部中，其中该中心导管配置成将气体和炬电流传送到等离子弧炬；以及多个引脚，该多个引脚围绕中心导管的中心沿径向设置。引脚在基部的径向平面上位于距中心导管的中心约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径处。引脚包括一个或多个导引传送引脚和一个或多个控制信号引脚，其在径向平面上围绕中心导管的中心分别位于约27度至约64度和约120度至约170度。

Description

等离子弧炬系统中的连接器

相关申请的交叉引用

该申请要求享有2018年9月11日提交的编号为62/729,540的美国临时专利申请的权益和优先权，其全部内容由本申请的受让人拥有且通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及一种用于等离子弧炬(torch)系统的快速连接和断开连接器组件。

背景技术

热处理炬(诸如等离子弧炬)广泛用于材料的加热、切割、熔刮和标记。等离子弧炬大体上包括电极、具有安装在炬本体内的中心出口孔口的喷嘴、电连接、用于冷却的通路，以及用于弧控制流体(例如，等离子气体)的通路。可选地，采用涡流环来控制在电极与喷嘴之间形成的等离子体室中的流体流动模式。在一些炬中，保持帽可用于将喷嘴和/或涡流环保持在等离子弧炬中。在操作中，炬产生等离子弧，其为具有高温和足够动量的电离气体的受限射流，以辅助除去熔融金属。

连接器组件大体上用于将热处理炬(例如，等离子弧炬)经由一条或多条引线联接到操作系统(例如，等离子弧系统的功率/气体供应部)，该操作系统配置成向炬提供流体、信号和/或功率，以支持期望的炬操作。由于等离子弧系统可用于各种环境中的各种应用和过程中，因此可能需要不同的炬和/或引线来支持不同的应用和过程。因此，炬和/或引线需要快速地从等离子弧系统连接和断开以便于更换，同时避免长时间的停机并保持功率、流体和信号的可靠无泄漏连接。

虽然在现今市场上存在能够实现相对于功率供应部的快速炬连接和断开的连接，它们仍在操作中提出挑战，包括产生信号噪声问题、不想要的压降、不合适的炬到功率供应部的连接，以及功率线与信号线之间低于期望的爬电(creepage)和空隙。此外，现有连接设计中的引脚布置限制炬的功能和扩展机会，因为这些设计没有空间容纳支持例如射频识别(RFID)通信、额外的导引(pilot)电流、增加的功率供应部、额外的气体控制功能、炬高度控制以及功率供应部与炬之间的引线长度索引的额外的引脚。现有的连接设计也没有直径增大的引脚，以用于更大和更多变化的功率范围和信号。

因此，需要一种连接器组件设计，其在支持等离子弧炬与等离子弧系统的快速连接和断开的同时，纠正这些缺陷。特别地，需要一种连接器组件设计，其容纳更多的引脚以在等离子弧炬与等离子弧系统之间传送额外的通信信号，同时保持引脚之间的信号绝缘和信号完整性。

发明内容

本发明提供用于连接器组件的各种设计，该连接器组件产生具有信号端口和流体端口的快速断开系统。连接器组件还提供更大的操作能力，满足更严格的设计要求，并包括优化的间距和定向，以容纳额外和/或变化的引脚和信号，而不产生干扰或影响连接的完整性。例如，本发明的连接器组件防止噪声干扰和不合适的安装和/或连接，减小压降，并提高连接的鲁棒性。在一些实施例中，此类炬组件包括用于快速连接和断开的单个保持机构。在一些实施例中，炬组件将引脚分为相似引脚的区，所述引脚相对于彼此沿周向间隔以最大限度地增加爬电距离，从而减小在有限空间中的电流爬电。在一些实施例中，炬组件包括片和其它障碍物结构，以在区之间提供进一步的绝缘。

在一方面，本发明的特征在于一种引线连接器，其用于将等离子弧炬的等离子炬引线连接到等离子切割系统的功率供应部。引线连接器包括基部和设置在基部中的中心导管，其中该中心导管配置成将气体和炬电流传送到等离子弧炬。引线连接器还包括围绕中心导管的中心沿径向设置的多个引脚。多个引脚在基部的径向平面上位于距中心导管的中心约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径处。多个引脚包括一个或多个导引传送引脚，该一个或多个导引传送引脚配置成将导引电流传送到等离子弧炬。一个或多个导引传送引脚在径向平面上围绕中心导管的中心位于约27度至约64度。多个引脚还包括一个或多个控制信号引脚，其在径向平面上围绕中心导管的中心以约120度至约170度沿径向设置。一个或多个控制信号引脚包括启动引脚或消耗品感测引脚中的至少一个，该启动引脚配置成生成用于操作炬的启动信号，该消耗品感测引脚配置成生成用于感测消耗品在炬中的安装的检测信号。导引传送引脚中的每个与最接近的控制信号引脚之间的角间距约66度或更大，使得在导引传送引脚与最接近的控制信号引脚之间，电流爬电减小。

在另一方面，本发明的特征在于一种用于将等离子弧炬的等离子炬引线连接到等离子切割系统的功率供应部的引线连接器，该引线连接器包括基部和设置在该基部中的中心导管，其中该中心导管配置成将气体和炬电流传送到等离子弧炬。引线连接器还包括围绕中心导管的中心沿径向设置的多个引脚。在基部的径向平面上，多个引脚位于距中心导管的中心约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径处。多个引脚包括一个或多个导引传送引脚，其在径向平面上围绕中心导管的中心沿径向设置在半径处。一个或多个导引传送引脚配置成将导引电流传送到等离子弧炬。多个引脚还包括一个或多个控制信号引脚，其在径向平面上围绕中心导管的中心沿径向设置在半径处。一个或多个控制信号引脚包括启动引脚，该启动引脚用于生成启动信号以操作炬。当相对于中心导管测量时，导引传送引脚与最接近的控制信号引脚之间的角间距不大于约103度，而导引传送引脚与最接近的控制信号引脚之间的爬电距离大于或等于约12.6 mm。

在另一方面，本发明的特征在于一种用于等离子切割系统的连接器，该等离子切割系统包括等离子功率供应部和等离子弧炬。连接器包括基部和设置在所述基部中的中心导管，其中该中心导管配置成将气体和炬电流传送到等离子切割系统的等离子弧炬。连接器还包括在基部的径向平面上围绕中心导管沿径向设置的多个引脚。多个引脚分为围绕中心导管的成组的不同周向区。成组的不同周向区包括位于基部的径向平面上的第一象限中的第一区。第一区包括一个或多个导引传送引脚，其配置成将导引电流传导到等离子弧炬。成组的不同周向区还包括位于基部的径向平面上的第二象限至第四象限中的第二区。第二区包括启动引脚，其配置成生成用于操作炬的启动信号。第一区中的成对引脚之间的距离大于第二区中的成对引脚之间的距离。

在一些实施例中，第二区的第一引脚和最后引脚中的每个距第一区的相应的相邻引脚在弧长上沿径向间隔至少0.3英寸。

在一些实施例中，连接器还包括用于使第二区中的一个或多个引脚与第一区中的一个或多个导引传送引脚绝缘的器件，以减小从导引传送引脚到第二区中的引脚中的电流爬电。

在另一方面，本发明的特征在于一种制造用于等离子切割系统的连接器的方法。该连接器包括基部和设置在该基部中的中心导管，该中心导管用于将气体和炬电流传送到等离子切割系统的等离子弧炬。该方法包括在基部的径向平面上围绕中心导管的中心以约0度至约90度沿径向设置一个或多个导引传送引脚，其中导引传送引脚配置成将导引电流传送到等离子弧炬。该方法还包括在基部的径向平面上围绕中心导管的中心以约90度至约360度沿径向设置一个或多个其余引脚，其中其余引脚包括配置成生成用于操作炬的启动信号的启动引脚。该方法还包括使导引传送引脚和其余引脚沿径向间隔，使得成对导引传送引脚之间的距离大于成对其余引脚之间的距离。

在一些实施例中，该方法还包括将一个或多个绝缘片插入一个或多个导引传送引脚与一个或多个其余引脚之间，以减小从导引传送引脚到其余引脚的导引电流的爬电。

在一些实施例中，该方法还包括在基部的径向平面上距中心导管的中心约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径处设置一个或多个导引传送引脚和一个或多个其余引脚中的每个。

以上任一方面可包括一个或多个以下特征。在一些实施例中，导引传送引脚与最接近的控制信号引脚之间的视线间距约0.6英寸。在一些实施例中，最接近的控制信号引脚包括消耗品感测引脚。在一些实施例中，一个或多个导引传送引脚与一个或多个控制信号引脚之间的最小角间距约60度。在一些实施例中，一个或多个导引传送引脚与一个或多个控制信号引脚之间的最大角间距约140度。在一些实施例中，一个或多个控制信号引脚还包括功率引脚，该功率引脚配置成向一个或多个控制信号引脚提供电压且向等离子弧炬的控制板提供功率。

在一些实施例中，使用在径向平面上围绕中心导管的中心以约80度设置的第一绝缘片或以约95度设置的第二绝缘片中的至少一个进一步实现减小的电流爬电。第一绝缘片或第二绝缘片可沿径向位于导引传送引脚与控制信号引脚之间。

在一些实施例中，导引传送引脚中的每个保持距相邻的导引传送引脚约0.05英寸(例如，约0.046英寸)的弧长距离。在一些实施例中，控制信号引脚中的每个保持距相邻的控制信号引脚约0.03英寸的弧长距离。在一些实施例中，成对导引传送引脚之间的弧长大于成对控制信号引脚之间的弧长。

在一些实施例中，引线连接器还包括键特征，该键特征在径向平面上围绕中心导管的中心以约0度设置。键特征配置成配合地接合等离子功率供应部的对应连接器的键特征。键特征可包括基部的至少两个轴向台阶，其定形成识别功率供应部的对应连接器。

在一些实施例中，多个引脚还包括多个数据通信引脚，其在径向平面上的围绕中心导管的开口以约180度至约214度沿径向布置。多个数据通信引脚配置成在等离子弧炬与功率供应部之间通信数据。在一些实施例中，多个引脚还包括识别引脚，该识别引脚在径向平面上的围绕中心导管的开口以约230度沿径向设置。识别引脚配置成发信号通知炬是机械化炬还是手持式炬。在一些实施例中，多个引脚还包括多个长度识别引脚，其在径向平面上的围绕中心导管的开口以约240度至约300度沿径向设置。多个长度识别引脚配置成向功率供应部发信号通知等离子炬引线的长度。

在一些实施例中，启动引脚在径向平面上围绕中心导管的中心位于约147度。启动引脚可位于距最接近的导引传送引脚约80度与约120度之间。在一些实施例中，可消耗的感测引脚在径向平面上围绕中心导管的中心位于约130度。在一些实施例中，一个或多个导引传送引脚在径向平面上围绕中心导管的中心位于约0度至约90度。例如，一个或多个导引传送引脚在径向平面上围绕导管的中心位于约20度至约70度。在一些实施例中，一个或多个控制信号引脚在径向平面上围绕导管的中心位于约120度至约170度。

在一些实施例中，等离子切割系统包括空气冷却的等离子切割系统。在一些实施例中，多个引脚在径向平面上位于距中心导管的中心约0.55英寸的半径处。

附图说明

上文所述的本发明的优点连同其它优点可通过连同附图参照以下描述来更好理解。附图不必按比例，重点大体上改为放在示出本发明的原理上。

图1示出根据本发明的一些实施例的等离子弧切割系统的连接器组件，其包括引线连接器和对应的连接器插座。

图2a和图2b分别示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件的引线连接器的近端的端视图和透视图。

图3示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件100的引线连接器102的不同特征之间的示例性间距布置。

图4示出根据本发明的一些实施例的，不具有绝缘片的示例性引线连接器的近端的透视图。

图5示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件的连接器插座的透视图。

图6示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件的一部分的截面图，其包括接合到连接器插座的引线连接器。

图7示出根据本发明的一些实施例的另一示例性连接器插座的透视图，该连接器插座配置成配合地接合图4的引线连接器。

图8示出根据本发明的一些实施例的用于制造图1的连接器组件的引线连接器的示例性方法。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一些实施例的用于等离子弧切割系统的连接器组件100，其包括引线连接器102和对应的连接器插座104。引线连接器102具有近端106和远端108，近端和远端限定延伸穿过其中的纵向轴线A。引线连接器102的近端106配置成与连接器插座104配合。在一些实施例中，连接器插座104是设置在等离子弧切割系统的功率和/或气体供应部110上的插口。引线连接器102的远端108配置成经由一条或多条引线(未示出)联接到等离子弧炬(未示出)。因此，在与连接器插座104配合接合时，引线连接器102可将等离子弧炬的等离子炬引线连接到等离子弧切割系统的功率供应部。引线连接器102与连接器插座104一起将流体、信号和/或功率输送到等离子弧炬。如下面详细描述的，引线连接器102可通过快速促动移动而与连接器插座104脱离。在一些实施例中，包括连接器组件100、等离子弧炬和功率/气体供应部110的等离子弧切割系统是空气冷却的。

图2a和图2b分别示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件100的引线连接器102的近端106的端视图和透视图。如示出的，引线连接器102包括设置在引线连接器102的近端106处的基部200，其中基部200限定基本垂直于引线连接器102的纵向轴线A的径向平面202。在一些实施例中，径向平面202是基本圆形的。引线连接器102还包括设置在基部200中的中心导管，使得中心导管的开口204位于径向平面202上并在近端106处暴露。位于径向平面202的中心206处的中心导管开口204配置成从功率和/或气体供应部110到等离子弧炬引导气体和/或传送电流(例如，主功率电流)。此外，引线连接器102包括诸如呈凸引脚的形式的多个端口(共同编号为208)，其在径向平面202上沿径向围绕中心导管开口204设置，以在炬和功率/气体供应部110之间传递各种类型的信号。这些引脚208中的每个大体上相对于径向平面202的中心206偏心、非同心且非对称地定位。各种引脚208的定向和间距针对对应的信号或所输送的流体定制。

在一些实施例中，多个引脚208包括一个或多个导引传送引脚的区210，诸如图2a和图2b中示出的三个导引传送引脚208a-c，其大体上围绕中心206设置在径向平面202的第一象限中(即，0至约90度)。在本申请的上下文中，本文中描述的角度测量是围绕径向平面202的中心206且相对于参考点(即，0度)顺时针的，该参考点可为一个或多个键特征240所位于处。导引传送引脚208a-c可绕中心206以约20度至约70度(例如，约27度至约64度)定位，其中第一导引传送引脚208a处于约27度，第二导引传送引脚208b处于约46度，且第三导引传送引脚208c处于约64度。即使图2a和图2b中示出三个导引传送引脚208a-c，可存在更多或更少的导引传送引脚，诸如一个导引传送引脚或两个导引传送引脚，其中第二引脚作为备用。这些导引传送引脚208a-c中的每个配置成将导引电流从功率/气体供应部110传送到等离子弧炬。

在一些实施例中，作为位于径向平面202的第二象限至第四象限中的引脚的其余引脚208包括一个或多个控制信号引脚的区212。例如，区212可包括三个控制信号引脚208e-g，其配置成将各种控制信号从功率/气体供应部110传送到等离子弧炬，以控制操作炬的不同方面。特别地，控制信号引脚的区212可包括盖感测开关引脚208e，该盖感测开关引脚208e适于在感测到炬中安装消耗品的情况下将电信号传送到功率/气体供应部110。控制信号引脚的区212还可包括启动引脚208f，该启动引脚配置成：如果操作者激活炬上的触发器，将启动信号传送到功率/气体供应部110，以开始炬的操作。控制信号引脚的区212还可包括功率引脚208g，其配置成从功率/气体供应部110向控制信号引脚的区212和配置成在附接的等离子弧炬与功率供应部110的数字信号处理板之间提供通信的等离子弧炬的控制板(未示出)提供电压(例如18 V)，检测炬中是否存在一种或多种消耗品，提供等离子弧电流调整，显示操作参数的状态(例如，当前级别和炬操作状态和警告)并执行用户控件(例如，禁用控件)。在一些实施例中，控制信号引脚的区212大体上围绕径向平面202的中心206设置在径向平面202的第二象限(即90至180度)中。例如，它们可围绕中心206以约120度至约170度沿径向定位，其中盖感测开关引脚208e在约130度，启动引脚208f在约147度，且功率引脚208g在约164度。在一些实施例中，启动引脚208f位于与沿径向最接近的导引传送引脚(例如，导引传送引脚208c)约80度与约120度之间。

在一些实施例中，其余引脚208包括炬高度调整引脚208d，该炬高度调整引脚径向位于导引传送引脚的区210与控制信号引脚的区212之间的径向平面202上，但不是导引传送引脚210的区210或控制信号引脚的区212的一部分。例如，炬高度调整引脚208d可位于径向平面202上约90度处。如果引线连接器102将机械化的炬连接到等离子弧切割系统，该引脚208d配置成执行CNC高度控制。炬高度调整引脚208d可测量从附接到所附接炬的处理头的欧姆触头到工件的弧电压(或电阻)，并自动向功率供应部110发送信号以调整高度以实现最佳切割性能，而无论工件材料的变化。

在一些实施例中，其余引脚208包括一个或多个数据通信引脚208h-j的区222，其配置成在等离子弧炬和功率/气体供应部110之间通信不同类型的数据。数据通信引脚的区222围绕径向平面202的中心206沿径向跨过约180度至约214度。特别地，数据通信引脚可包括分别位于约198度和约214度的两条通信线208i、208j，其配置成提供RS-485串行通信；以及位于约180度的接地引脚208h，其配置成向通信引脚208i和208j提供参考地。

在一些实施例中，其余引脚208包括炬识别引脚208k，其围绕径向平面202的中心206与数据通信引脚的区222相邻地以约230度沿径向设置。炬识别引脚208k配置成向功率和/或气体供应部110发信号通知所连接的炬是机械化炬还是手持式炬。在一些实施例中，其余引脚208还包括一个或多个长度识别引脚的区224，其围绕径向平面202的中心206以约240度至约300度沿径向设置。如图2a中示出的，长度识别引脚可包括三个引脚208l、208m、208n，每个引脚配置成向功率/气体供应部110发信号通知等离子炬引线的长度。在一些实施例中，多个长度识别引脚用于产生对应于各种引线长度的数字的各种组合。例如，如果使用两个长度识别引脚，这两个引脚生成的二进制代码0-0、0-1和1-1表示不同的引线长度。因此，使用三个引脚可识别更多的引线长度。在一些实施例中，其余引脚208还包括一个或多个备用引脚，以用于将来的通信扩展用途。例如，如图2a中示出的，三个备用引脚208o、208p、208q位于长度识别引脚的区224附近。这三个备用引脚208o、208p、208q可围绕弧度平面202的中心206分别位于约300度、316度和333度。

在另一方面，导引传送引脚的区210相对于其余引脚208的径向布置进行优化以减小电流爬电。在本发明的上下文中，电流爬电定义为在两个传导部分之间(例如，在两个引脚之间)跨过绝缘体的表面(例如，跨过基部200的径向平面202)的电流泄漏。此类泄漏电流可横跨两个引脚之间的间隙建立短路。因此，引脚之间的爬电距离需要足够大(例如，符合相关的行业标准，诸如IEC 50974-1 ED5)以防止短路，从而保障操作者的安全。特别地，因为区210的导引传送引脚配置成传导大电流，所以需要采取措施以最大限度地减小导引电流向周围引脚的爬电(即，最大限度地增加爬电距离)。然而，该考虑需要与竞争考虑平衡，以最大限度地减小引脚208之间的间距，使得更多的引脚208可位于径向平面202上以提供更复杂的控制能力。

在一些实施例中，为实现符合工业标准的减小的引脚208之间的电流爬电，限定在导引传送引脚的区210与控制信号引脚的区212之间的角间距。例如，区210中的导引传送引脚(例如，引脚208a-c)中的每个与区212中最接近的控制信号引脚(例如，盖感测开关引脚208e)之间的角间距选择为约60度或更大。例如，在约64度的导引传送引脚208c与在约130度的盖感测开关引脚208e之间的两个区的引脚之间的最小角间距260约66度。在一些实施例中，代表跨过两个引脚之间的径向平面202的直线距离的导引传送引脚(例如，引脚208a-c中的一个)和最接近的控制信号引脚(例如，盖感测开关引脚208e)之间的视线间距约0.6英寸或更大，诸如1.2英寸。

在一些实施例中，为最大限度地减小引脚208之间的电流爬电以符合工业标准，在导引传送引脚(即，引脚208a、208b或208c)和最接近的其余引脚(例如，控制信号引脚208e)之间保持大于或等于12.6 mm的爬电距离。例如，至少一个绝缘片可围绕径向平面202的中心206沿径向设置在导引传送引脚的区210与控制信号引脚的区212之间，以增加爬电距离而不增加两个区之间的角间距。绝缘片可由电绝缘材料构成，该电绝缘材料纵向地(即，沿纵向轴线A)延伸以在区之间形成屏障。如示出的，第一绝缘片214围绕中心206以约80度设置，紧接在导引传送引脚的区210与炬高度调整引脚208d之间。第二绝缘片216可围绕中心206以约95度设置，就在炬高度调整引脚208d与控制信号引脚的区212之间。这些片214、216中的每个都适于增加相邻引脚之间的爬电距离，而不增加它们之间的角间距和弧长距离，从而允许更多的引脚容纳在径向平面202上。例如，如图2b中示出的，在没有第一绝缘片214的情况下，导引传送引脚208c与高度控制引脚208d之间的爬电距离218(即，最短的表面行进距离)比第一绝缘片214在适当位置的情况下的两个引脚208c、208d之间的爬电距离220更短，因为电流爬电需要绕绝缘片214行进，而不是沿直线路径行进。就减小电流爬电和/或增加高度控制引脚208d与消耗品感测引脚208e之间的爬电距离而言，相同的原理适用于第二绝缘片216的功能。在一些实施例中，引脚208c与208d之间的爬电距离约6.3 mm或更大。在一些实施例中，引脚208d与208e之间的爬电距离约12.6 mm或更大。因此，任何导引传送引脚208a-c与消耗品感测引脚208e之间的爬电距离大于12.6 mm。通常，片214、216用于增强区210中的导引传送引脚208a-c、炬高度调整引脚208d和其余引脚与彼此之间的绝缘。此外，绝缘片214、216产生在空间上和物理上彼此分离的通信引脚的三个不同的组。这三个不同的组包括导引传送引脚208a-c的区210、炬高度调整引脚208d以及位于径向平面202上第二象限至第四象限的其余引脚208e-q(在下文称为“剩余区”)。在一些实施例中，可通过策略性地布置没有绝缘片214、216的引脚或仅使用片214、216中的一个来实现基本相同的爬电距离。例如，可通过增加通信引脚208c-e之间的弧长间距来实现基本相同的爬电距离，以通过距离来增加绝缘。

在一些实施例中，区210的导引传送引脚与区212的控制信号引脚之间的角间距的上限设定为最大限度地增加可装配在径向平面202上的引脚的数量。当相对于中心206进行测量时，区210中的导引传送引脚与区212中最接近的控制信号引脚之间的角间距可不大于约103度。例如，在约27度的导引传送引脚208a与在约130度的盖感测开关引脚208e之间的角间距262约103度。在一些实施例中，当相对于中心206测量时，区210中的导引传送引脚与区212中的控制信号引脚之间的最大角间距不大于约140度。例如，在约27度的导引传送引脚208a与约164度的功率引脚208g之间的该角间距264约137度。

图3示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件100的引线连接器102的不同特征之间的示例性间距布置。大体上，引脚208可具有不一致的间距。例如，与在其它区中彼此间隔更大的引脚相比，在一些区中的引脚彼此相对紧密地分组。特别地，一个区中的成对相邻引脚之间的弧长距离可不同于另一区中的成对相邻引脚之间的弧长距离。此类变化的距离取决于信号的用途和需求将具有不同功能的引脚(例如，维弧和欧姆感测接触点、气体供应部和功率供应连接)彼此分离。

在一些实施例中，区210中的成对相邻导引传送引脚之间的弧长距离可大于位于剩余区中的成对相邻引脚之间的弧长距离。例如，区210中的导引传送引脚中的每个可保持距相邻的导引传送引脚约0.05英寸(例如，0.046英寸)的弧长距离302，而剩余区中的引脚中的每个保持距相同区中相邻引脚约0.03英寸的弧长距离304。在一些实施例中，剩余区的引脚(例如，引脚208e)以距区210中最接近的相邻导引传送引脚(例如，导引传送引脚208c)至少约0.3英寸的弧长距离间隔。例如，可由第一绝缘片214分离的导引传送引脚208c与炬高度调整引脚208d之间的弧长距离312可约0.12英寸，且可由第二绝缘片216分离的炬高度调整引脚与控制信号引脚208e之间的弧长距离314可约0.24英寸。因此，导引传送区210与剩余区之间的最短弧长距离约0.36英寸。这些差别间距方案有助于引脚与信号之间的绝缘。

在一些实施例中，引脚208中的每个可位于距基部200的径向平面202的中心206约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径306处，诸如约0.55英寸。半径306限定为径向平面202的中心206与引脚208的中心之间的距离。在一些实施例中，每个引脚208的大小确定为具有约0.012英寸的直径，使得在径向平面202的中心206与引脚208的内径之间的内半径308约0.49英寸，且径向平面202的中心206与引脚208的外径之间的外半径310约0.61英寸。在一些实施例中，即使引脚208本身具有约相同的直径，附接到引脚208的线具有不同的直径。例如，与区212中的低电流控制信号引脚连接的线的直径相比，与区210中的高电流导引传送引脚连接的线的直径可更大。

图4示出根据本发明的一些实施例的，不具有绝缘片的示例性引线连接器702的近端的透视图。如示出的，引线连接器702具有与引线连接器102的引脚208相同的成组引脚708，其中引脚708以相同的顺序且围绕中心导管开口704的中心706以约相同的角度位置设置。特别地，引脚708(相对于一个或多个键特征740以顺时针顺序列出)包括导引传送引脚708a-c的区、炬高度调整引脚708d、控制信号引脚708e-g的区、数据通信引脚708h-j的区、炬识别引脚708k、长度识别引脚708l-n的区和备用通信信号引脚708o-q的区。在一些实施例中，引线连接器702与引线连接器102之间的唯一区别是引线连接器702中不存在绝缘片214、216。然而，如上文关于图2a、图2b和图3所解释的，引线连接器702在不使用绝缘片的情况下仍可实现减小的引脚708之间的爬电距离，同时由于引脚708不一致的间距，最大限度地增加可安装在其径向平面上的引脚的数量。

如上文描述的，连接器组件100的引线连接器102配置成与对应的连接器插座104配合地接合，以用于将炬连接到功率/气体供应部110。因此，连接器插座104具有与引线连接器102的特征互补的成组定向和绝缘特征。图5示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件的连接器插座104的透视图。如示出的，连接器插座104包括在其近端410处设置在径向平面408上的多个槽(共同编号为402)，以用于接收引线连接器102的对应引脚208。特别地，槽402包括(i)用于接收对应的导引传送引脚208a-c的成组导引传送槽402a-c，(ii)用于接收对应的炬高度调整引脚208d的炬高度调整槽402d，(iii)用于接收对应的控制信号引脚208e-g的成组控制信号槽402e-g，(iv)用于接收对应的数据通信引脚208h-j的成组数据通信槽402h-j，(v)用于接收对应的炬识别引脚208k的炬识别槽402k，(vi)用于接收对应的长度识别引脚208l-n的成组长度识别槽402l-n，以及(vii)用于接收对应的备用引脚208o-q的成组备用槽402o-q。此外，连接器插座104包括成组片通道404、406，其用于分别接收引线连接器102的绝缘片214、216的至少一部分。

在另一方面，引线连接器102和连接器插座104包括一个或多个互补的键特征，以保证仅可接受的炬可连接到功率/气体供应部110。在一些实施例中，键特征包括相对于引线连接器102的径向平面202设置的成组一个或多个台阶240，如图2a和图2b中示出的，以及设置在连接器插座104的近端410上的大致相同径向位置的成组一个或多个互补台阶440，如图5中示出的。键特征240、440可围绕相应径向平面的中心以约0度设置。大体上，连接器插座上的键特征440具有独特的形状和/或布置，以用于相关联功率供应部110的期望的额定电流(例如，30A、45A、65A、85A、105A或125A)，其中形状和/或布置不同于与不同额定电流相关联的连接器插座的布置。因此，如果该引线连接器102的键特征240具有互补的形状和/或布置以指示连接到其上的炬适合在期望的额定电流下使用，连接器插座104仅可与特定的引线连接器102接合。例如，一个30A的炬与其在炬连接器102上的键特征240相关联，这些特征与125A功率供应部相关联的连接器插座440的键特征440不互补，且因此将无法连接到功率更大的功率供应部。

在一些实施例中，连接器插座104的键特征440包括多个轴向台阶，这些轴向台阶沿插座104的纵向轴线具有交错的深度，如图5中示出的。每个台阶的轴向长度对于特定的额定电流可为唯一的。此外，键特征440可标记以在连接期间供用户识别和参考。例如，图5的两个轴向台阶的“3-1”标签代表指示相关联的功率供应部110的额定电流的索引。在一些实施例中，标签对于特定的额定电流例如105A是唯一的。类似地，对应的引线连接器102的键特征240还包括多个互补的轴向台阶，其沿纵向轴线具有相同轴向长度的交错深度，如图2a和图2b中示出的。此外，轴向台阶240可具有与连接器插座104相同的标签，以在视觉上向操作者指示连接器102和插座104彼此键合。在一些实施例中，引线连接器102的轴向台阶240可具有与连接器插座104的轴向台阶440的标签不同的标签，但只要引线连接器102的标签指示额定电流高于连接器插座104的额定电流，仍可与连接器插座104的轴向台阶配合。

图6示出根据本发明的一些实施例的图1的连接器组件的一部分的截面图，其包括接合到连接器插座104的引线连接器102。如示出的，连接器插座104的键特征440包括两个台阶，两个台阶相对于径向平面408轴向突出或凹进，槽402的开口位于径向平面上。这些轴向台阶具有三个轴向长度502、504、506，这三个轴向长度特定于功率供应部110的特定额定电流。用于功率供应部110的合适炬具有带键特征240的引线连接器102，其还包括两个互补的轴向台阶，这些台阶具有相同的三个轴向长度502、504、506。额外的或备选的保护机制包括标记成在视觉上识别合适的额定电流的每个键特征240、440。例如，连接器插座104的键特征440可具有在轴向台阶的突片508、510上蚀刻的成组一个或多个数字，其中这些数字对应于特定的额定电流。类似地，互补引线连接器102的键特征240可具有在其轴向台阶的突片512、514上蚀刻的第二组数字。在一些实施例中，引线连接器102的第二组数字对应于与连接器插座104的成组数字相关联的额定电流相同或更高的额定电流。这是为了防止将较低安培数的炬连接到较高安培数的额定功率供应部，以避免炬引线过热或由于此类错误的连接导致其它损坏。例如，不能将“2-0”炬(例如，额定电流为31-45A的炬)插塞到“3-0”功率供应部(例如，65A或85A功率供应系统)中。然而，“3-0”炬可插塞到“2-0”功率供应部。图6还示出映射到不同额定电流的示例性索引的表520。

图7示出根据本发明的一些实施例的另一示例性连接器插座804的透视图，该连接器插座804配置成配合地接合图4的引线连接器702。如示出的，连接器插座804包括用于接收引线连接器702的对应引脚708的多个槽802。特别地，槽802包括(i)用于接收对应的导引传送引脚708a-c的成组导引传送槽802a-c，(ii)用于接收对应的炬高度调整引脚708d的炬高度调整槽802d，(iii)用于接收对应的控制信号引脚708e-g的成组控制信号槽802e-g，(iv)用于接收对应的数据通信引脚708h-j的成组数据通信槽802h-j，(v)用于接收对应的炬识别引脚708k的炬识别槽802k，(vi)用于接收对应的长度识别引脚708l-n的成组长度识别槽802l-n，以及(vii)用于接收对应的备用引脚708o-q的成组备用槽802o-q。然而，由于在对应的引线连接器702中不存在绝缘片，所以连接器插座804不包括任何片通道。在一些实施例中，出于保证仅能将可接受的炬连接到功率/气体供应部110的目的，引线连接器702的键特征740以与上述引线连接器102和引线插孔104的键特征240、440相同的方式与引线容器804的键特征840互补。在一些实施例中，引线插座804与引线插座104之间的唯一区别是引线插座804中没有片通道404、406。

图8示出根据本发明的一些实施例的用于制造图1的连接器组件100的引线连接器102的示例性方法600。在步骤602处，方法600涉及在引线连接器102的基部200处的径向平面202上围绕中心导管开口204的中心206以约0度至约90度沿径向设置一个或多个电流传送引脚208a-c。形成导引传送区210的导引传送引脚208a-c配置成将导引电流从功率/气体供应部110传送到附接至引线连接器102的等离子弧炬。在步骤604处，一个或多个其余引脚在径向平面202上围绕中心导管开口204的中心206以约90度至约360度沿径向设置。这些其余引脚可包括炬高度调整引脚208d和引脚208e-q的剩余区，其还可分为几个区，包括包围引脚208e-208g的控制信号区212、包围引脚208h-208g的数据通信区222，以及包围引脚208l-n的长度识别区224。这些引脚至少包括启动引脚208f，该启动引脚配置成生成用于操作炬的启动信号。在步骤606处，引脚208以不一致的方式沿径向间隔，使得一个区的引脚之间的弧长距离不同于另一区的引脚之间的弧长距离。例如，区210中的成对导引传送引脚之间的弧长距离大于剩余区中的成对引脚之间的弧长距离。在一些实施例中，一个或多个绝缘片插入区210中的导引传送引脚208a-c与炬高度调整引脚208d之间和/或炬高度调整引脚208d与在剩余区中的引脚208e-q之间，以在不增加引脚208之间的弧长距离的情况下最大限度地增加爬电距离。如本领域普通技术人员所理解的，根据本发明的一些实施例，类似的方法可适于制造图4的引线连接器702。

大体上，引线连接器102与连接器插座104之间的连接和断开是快速的，且仅涉及用于在保持键特征240、440对准的同时将引脚208插入到槽402中或使引脚208从槽402缩回的促动运动。相同的优点也适用于引线连接器702和连接器插座804。与本发明的连接器设计相关联的其它优点包括：最大限度地增加通信端口之间的爬电距离，同时最大限度地减小连接器组件的尺寸；由于通信端口的策略性分组和不一致放置，减小引线中的干扰；以及通过防止不匹配的炬与功率供应部之间的任何连接来提高安全性。

在本发明的上下文中，关于特定程度值的用语“约”可构成为覆盖与特定程度值相差±四度的范围。关于数值的用语“约”可构成为覆盖与特定数值相差±2%的范围。应理解的是，本发明的各种方面和实施例可以以各种方式组合。基于本说明书的教导内容，本领域技术人员可容易确定如何组合这些各种实施例。本领域技术人员在阅读说明书时也可想到改型。

Claims (34)

1.一种用于将等离子弧炬的等离子炬引线连接到等离子切割系统的功率供应部的引线连接器，所述引线连接器包括：

基部；

中心导管，所述中心导管设置在所述基部中，所述中心导管配置成将气体和炬电流传送到所述等离子弧炬；以及

多个引脚，所述多个引脚围绕所述中心导管的中心沿径向设置，所述多个引脚在所述基部的径向平面上位于距所述中心导管的中心约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径处，所述多个引脚包括：

一个或多个导引传送引脚，所述一个或多个导引传送引脚配置成将导引电流传送到所述等离子弧炬，所述一个或多个导引传送引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心位于约27度至约64度；以及

一个或多个控制信号引脚，所述一个或多个控制信号引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心以约120度至约170度沿径向设置，所述一个或多个控制信号引脚包括启动引脚或消耗品感测引脚中的至少一个，所述启动引脚配置成生成用于操作所述炬的启动信号，所述消耗品感测引脚配置成生成用于感测消耗品在所述炬中的安装的检测信号；

其中所述导引传送引脚中的每个与最接近的控制信号引脚之间的角间距约66度或更大，使得在所述导引传送引脚与所述最接近的控制信号引脚之间，电流爬电减小。

2.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，导引传送引脚与所述最接近的控制信号引脚之间的视线间距约0.6英寸。

3.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，使用在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心以约80度设置的第一绝缘片或以约95度设置的第二绝缘片中的至少一个进一步实现减小的电流爬电。

4.根据权利要求3所述的引线连接器，其特征在于，所述第一绝缘片或所述第二绝缘片沿径向位于导引传送引脚与控制信号引脚之间。

5.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述最接近的控制信号引脚包括所述消耗品感测引脚。

6.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述导引传送引脚中的每个保持距相邻的导引传送引脚约0.05英寸的弧长距离。

7.根据权利要求6所述的引线连接器，其特征在于，所述控制信号引脚中的每个保持距相邻的控制信号引脚约0.03英寸的弧长距离。

8.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，成对的所述导引传送引脚之间的弧长大于成对的所述控制信号引脚之间的弧长。

9.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述等离子切割系统包括空气冷却的等离子切割系统。

10.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述引线连接器还包括键特征，所述键特征在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心以约0度设置，所述键特征配置成配合地接合等离子功率供应部的对应连接器的键特征。

11.根据权利要求10所述的引线连接器，其特征在于，所述键特征包括所述基部的至少两个轴向台阶，其定形成识别所述功率供应部的对应连接器。

12.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述一个或多个控制信号引脚还包括功率引脚，所述功率引脚配置成向所述一个或多个控制信号引脚提供电压且向所述等离子弧炬的控制板提供功率。

13.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述多个引脚还包括多个数据通信引脚，所述多个数据通信引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的开口以约180度至约214度沿径向设置，所述多个数据通信引脚配置成在所述等离子弧炬与所述功率供应部之间通信数据。

14.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述多个引脚还包括识别引脚，所述识别引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的开口以约230度沿径向设置，所述识别引脚配置成发信号通知所述炬是机械化炬还是手持式炬。

15.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述多个引脚还包括多个长度识别引脚，所述多个长度识别引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的开口以约240度至约300度沿径向设置，所述多个长度识别引脚配置成向所述功率供应部发信号通知所述等离子炬引线的长度。

16.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述多个引脚在所述径向平面上位于距所述中心导管的中心约0.55英寸的半径处。

17.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述启动引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心位于约147度。

18.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述启动引脚位于距最接近的导引传送引脚约80度与约120度之间。

19.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述消耗品感测引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心位于约130度。

20.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述一个或多个导引传送引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心位于约0度至约90度。

21.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述一个或多个导引传送引脚与所述一个或多个控制信号引脚之间的最小角间距约60度。

22.根据权利要求1所述的引线连接器，其特征在于，所述一个或多个导引传送引脚与所述一个或多个控制信号引脚之间的最大角间距约140度。

23.一种用于将等离子弧炬的等离子炬引线连接到等离子切割系统的功率供应部的引线连接器，所述引线连接器包括：

基部；

中心导管，所述中心导管设置在所述基部中，所述中心导管配置成将气体和炬电流传送到所述等离子弧炬；以及

多个引脚，所述多个引脚围绕所述中心导管的中心沿径向设置，所述多个引脚在所述基部的径向平面上位于距所述中心导管的中心约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径处，所述多个引脚包括：

一个或多个导引传送引脚，所述一个或多个导引传送引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心沿径向设置在所述半径处，所述一个或多个导引传送引脚配置成将导引电流传送到所述等离子弧炬；以及

一个或多个控制信号引脚，所述一个或多个控制信号引脚在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心沿径向设置在所述半径处，所述一个或多个控制信号引脚包括启动引脚，所述启动引脚用于生成启动信号以操作所述炬，

其中当相对于所述中心导管测量时，导引传送引脚与最接近的控制信号引脚之间的角间距不大于约103度，而所述导引传送引脚与所述最接近的控制信号引脚之间的爬电距离大于或等于约12.6 mm。

24.根据权利要求23所述的引线连接器，其特征在于，所述引线连接器还包括一个或多个绝缘片，所述一个或多个绝缘片在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心沿径向设置在所述一个或多个导引传送引脚与所述一个或多个控制信号引脚之间。

25.根据权利要求23所述的引线连接器，其特征在于，所述一个或多个导引传送引脚中的每个保持距相邻的导引传送引脚约0.046英寸的弧长距离。

26.根据权利要求23所述的引线连接器，其特征在于，所述一个或多个控制信号引脚中的每个保持距相邻的控制信号引脚约0.03英寸的弧长距离。

27.根据权利要求23所述的引线连接器，其特征在于，所述一个或多个导引传送引脚在所述径向平面上围绕所述导管的中心位于约20度至约70度，且所述一个或多个控制信号引脚在所述径向平面上围绕所述导管的中心位于约120度至约170度。

28.根据权利要求27所述的引线连接器，其特征在于，所述引线连接器还包括键特征，所述键特征在所述径向平面上围绕所述中心导管的中心以约0度设置，所述键特征配置成配合地接合等离子功率供应部的对应连接器的键特征。

29.一种用于等离子切割系统的连接器，所述等离子切割系统包括等离子功率供应部和等离子弧炬，所述连接器包括：

基部；

中心导管，所述中心导管设置在所述基部中，所述中心导管配置成将气体和炬电流传送到所述等离子切割系统的等离子弧炬；

多个引脚，所述多个引脚在所述基部的径向平面上围绕所述中心导管沿径向设置，所述多个引脚分为围绕所述中心导管的成组的不同周向区，所述成组的不同周向区包括：

第一区，所述第一区位于所述基部的径向平面上的第一象限中，所述第一区包括一个或多个导引传送引脚，所述一个或多个导引传送引脚配置成将导引电流传导到所述等离子弧炬；以及

第二区，所述第二区位于所述基部的径向平面上的第二象限至第四象限中，所述第二区包括启动引脚，所述启动引脚配置成生成用于操作所述炬的启动信号，

其中所述第一区中的成对引脚之间的距离大于所述第二区中的成对引脚之间的距离。

30.根据权利要求29所述的连接器，其特征在于，所述第二区的第一引脚和最后引脚中的每个距所述第一区的相应的相邻引脚在弧长上沿径向间隔至少0.3英寸。

31.根据权利要求29所述的连接器，其特征在于，所述连接器还包括用于使所述第二区中的一个或多个引脚与所述第一区中的一个或多个导引传送引脚绝缘的器件，以减小从所述导引传送引脚到所述第二区中的所述引脚的电流爬电。

32.一种制造用于等离子切割系统的连接器的方法，所述连接器包括基部和中心导管，所述中心导管设置在所述基部中，以用于将气体和炬电流传送到所述等离子切割系统的等离子弧炬，所述方法包括：

在所述基部的径向平面上围绕所述中心导管的中心以约0度至约90度沿径向设置一个或多个导引传送引脚，所述导引传送引脚配置成将导引电流传送到所述等离子弧炬；

在所述基部的径向平面上围绕所述中心导管的中心以约90度至约360度沿径向设置一个或多个其余引脚，所述其余引脚包括启动引脚，所述启动引脚配置成生成用于操作所述炬的启动信号；以及

使所述导引传送引脚和所述其余引脚沿径向间隔，使得成对的所述导引传送引脚之间的距离大于成对的所述其余引脚之间的距离。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将一个或多个绝缘片插入所述一个或多个导引传送引脚与所述一个或多个其余引脚之间，以减小从所述导引传送引脚到所述其余引脚的导引电流的爬电。

34.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述基部的径向平面上距所述中心导管的中心约0.4英寸与约0.65英寸之间的半径处设置所述一个或多个导引传送引脚和所述一个或多个其余引脚中的每个。

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