TWI463745B - 用於電子交通工具之電連接器及用於製造該連接器之方法 - Google Patents

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Description

用於電子交通工具之電連接器及用於製造該連接器之方法
本發明係關於一種用於給一電子交通工具供電之電連接器，且更特定而言係關於此一種具有對環境中之水之經改良抗水性及經改良使用者友好性之連接器。
本申請案係2011年8月17日申請之美國專利申請案第13/211,867號(目前審查中)之部分連續案，美國專利申請案第13/211,867號主張2011年1月6日申請之美國臨時專利申請案第61/430,456號及2011年5月4日申請之美國臨時專利申請案第61/482,459號之權益。本申請案亦為2010年12月30日申請之美國設計專利申請案第29/382,230號(目前審查中)及2011年12月9日申請之美國設計申請案第29/408,312號(目前審查中)之部分連續案。以上參考之申請案之揭示內容係以全文參考併入本申請案中。
電子交通工具正越來越受到關注。此等電子交通工具包含諸如Chevrolet Volt等插入混合式交通工具及諸如Nissan Leaf等純電子交通工具。
在北美，用於給電子交通工具之電池再充電之電連接器按照汽車工程師協會(SAE)標準SAE J1772標準化。諸如升降叉車及工業設備等其他應用亦可採用彼標準。
根據彼標準，連接器之前部具有一標準化形狀及呈一標準化佈局之五個接針，以使得所有連接器能與所有電子交通工具一起工作。該等五個接針係兩個AC電力接針、一 接地接針、一接近偵測接針及一控制先導接針。關於連接器之剩餘部分，每一連接器之製造者具有某些決斷權。習知連接器通常使用彈簧閂鎖來在充電期間將該連接器固定至交通工具。
由於此等連接器通常在戶外使用，因此必須計及環境考量因素(諸如水)。舉例而言，水可進入至彈簧閂鎖之機構中且導致腐蝕或其他降級。防止此降級之通常方式係使用一橡膠密封件來保護該彈簧閂鎖。然而，密封不成功。
亦存在在夜晚當駕駛者可能不能完全看清時使用連接器之問題，及當連接器已完全且恰當地插入時使駕駛者知曉之問題。
此外，習知連接器通常由多個零件製造。因此，其製造起來可係昂貴的且容易出故障。
迄今，當前可在電子交通工具(EV)市場空間中獲得之所有解決方案係由與諸如TorxTM 螺釘等抗損壞扣件機械地裝配在一起之兩個半體構造。舊的或當前SAE J1772經機械裝配連接器當前允許水進入手柄組件，從而導致陷獲冰或碎片之一機會。另外，蛤殼添加手柄及整個主體處之一笨重外觀，此係由抗交通工具傾翻所需之額外機械特徵及碰撞要求所推動，如UL 2251中所陳述。此等當前裝置適於車庫及室內應用。當在戶外使用時，由於曝露於該等元素，此等蛤殼式設計可展現較短壽命週期。
因此本發明之一目標係解決以上問題。
本發明之另一目標係提供一低成本、有吸引力、人體工 學且可調適之解決方案。
為達成以上及其他目標，本發明係關於一種具有以下特徵中之至少一者之連接器。
彈簧閂鎖並非係密封的；而是，連接器主體具有允許進入該彈簧閂鎖機構之水無害地排出該連接器之孔。一前向LED或其他光源充當一閃光燈。一旦該連接器經連接，則關斷該前向LED，且接通一後向LED或其他光源以確認該連接器經連接且能夠給交通工具充電。
藉由超模壓產生該連接器。舉例而言，可藉助罐封材料、一預模壓及一單件式超模壓以一個三層組態產生該連接器。該等層中之每一者可由一不同材料形成，該材料為其提供該連接器中之其位置所需之性質。模組化設計允許較快產品更新及針對產品多樣化之一共同平臺。
以上特徵可以任何方式組合。
藉由本發明解決之問題係給EV(電子交通工具)市場空間(諸如原始設備製造者(OEM)及電子交通工具供應設備(EVSE)製造者)提供一耐用且整合式超模壓SAE J1772連接器與電纜組件解決方案，該解決方案提供經降低壽命週期成本及經改良產品可靠性且亦減小與機械鎖閉特徵及五金(諸如TorxTM 螺釘)相關聯之損壞及破壞風險。此超模壓解決方案提供針對極端環境元素(其可包含：水、冰、塵、紫外線、油及汽車流體)之優越環境保護。
將參考圖式詳細陳述一較佳實施例。
將參考圖式詳細陳述一較佳實施例，通篇圖式中相同參 考編號指代相同元件。
如圖1至圖8中所展示，根據該較佳實施例之連接器100包含具有複數個接針104、106、108、110、112之一連接器前部件102。在該較佳實施例中，連接器前部件102及接針104至112遵循標準SAE J1772。接針104至112在藉助罐封116密封於連接器前部件102內之一位置處電連接至一電纜114。一連接器主體118藉由一預模壓120及一超模壓122形成於連接器前部件102及電纜114上方。預模壓120及超模壓122藉助脊124、126而形成以增加連接器主體118之強度。連接器主體具有帶有一彈簧閂鎖130之一閂鎖區域128，彈簧閂鎖130具有一銷132及一彈簧134。
可提供一第一LED或其他燈136充當一閃光燈，以使得使用者可在夜晚光線不足之情形下使用該連接器。可在背部提供一第二LED或其他燈138以指示何時達成連接器與交通工具之間的恰當電連接，在此時關斷第一LED。提供電路140(諸如以下將闡述之一印刷電路(PC)板)以用於控制該等LED。
閂鎖區域128不必係防水密封的。而是，進入閂鎖區域128之水經由孔142而離開。如所展示，閂鎖區域128之任一側上存在三個孔142，該等孔延伸穿過超模壓122且延伸至閂鎖區域128中。孔142在閂鎖區域128之一底部表面144處向閂鎖區域128打開以使得將不存在累積水之地方。然而，可替代所展示之孔，或除所展示之孔以外使用任何適合數目及組態之孔。
舉例而言，在一下雨情形中使用時，落在連接器100上 之雨水藉由圍繞彈簧閂鎖130流動而進入閂鎖區域128。水經由孔142離開閂鎖區域128，而非累積在閂鎖區域128中。如以上所提及，孔142相對於閂鎖區域128之底部表面144而定位以使得所有水排出閂鎖區域128而非在孔142下方形成積水。
孔142展示為水平地延伸以促進超模壓。在超模壓中使用之模壓之左邊及右邊構件可具有對應於孔142之突出部且因此形成孔142。在超模壓程序之後，沿一水平方向拉開左邊及右邊構件以將該等突出部拉離如此形成之孔142。然而，孔142之組態可根據各種製造技術而變化。舉例而言，在不同製造技術中，孔142可自閂鎖區域128向下傾斜或甚至自閂鎖區域128垂直向下延伸。此外，孔142可以任何其他適合之方式形成，例如，藉由鑽孔。
其他組態仍係是可能的。舉例而言，閂鎖區域128可具有係平坦的或隆起的以促使水經由孔142流出之一底部表面144。此外，儘管孔142展示為係細長的，但其可具有任何適合形狀，例如，圓形。
該較佳實施例提供一超模壓、耐用且強健高電流量SAE J1772連接器組件。該較佳實施例之產生以在圖9A及圖9B中展示為146之一插入模壓式SAE J1772 10安培至90安培連接器開始，該連接器由針對電及物理衝擊及強度特性具有一UL94 V-0阻燃等級與一耐環境(f1)紫外線等級以及等於或超過100之一相對熱指標(RTI)之一聚碳酸酯材料製成，如標準UL 2251所規定。
SAE J1772連接器主體架構146係一剛性主體設計，其藉 助預模壓120及超模壓122併入有促進交聯黏合及/或達成機械接合之機械特徵及機械鎖閉特徵。此等機械特徵可包含流經通道、經刺穿孔、經抬升嚙合或脊線。
如以上所闡述，連接器主體含有五個353 ½硬黃銅觸點104、106、108、110、112，該等硬黃銅觸點可係鍍銀或鍍金的。兩個Size 8電力觸點104、112併入有橢圓形纏繞之高電流量及低插入力內部螺旋彈簧148以在減少因微發弧而加熱之機會之情形下達成較高電流量，以及為由其他製造者製造之交通工具進口(IAW SAE J 1772)提供反向相容之額外成功機會。此等內部螺旋彈簧148亦有助於適應隨時間推移之程序移位之自然趨勢。彈簧148可組態為複數個環形彈簧，如(例如)頒予Chabot 之美國專利第4,810,213號中所展示，該專利之揭示內容以全文引用之方式併入至本發明中。
插入模壓式SAE J1772連接器主體146亦在配對面上併入有一阻燃劑(FR)UL所列閉孔墊圈(closed cell gasket)150以有助於防止來自諸如二氧化碳、二氧化硫及硫化氫等腐蝕性氣體之對觸點之侵蝕。
然後，藉助一焊接操作將連接器主體146裝配至一FFSO UL所列電纜114(其在圖10中單獨展示)以適應如SAE J1772中所規定之接針輸出圖(如圖11中所展示)。插入模壓式SAE J1772之經焊接觸點允許改良總體組件之電纜保持以及減少微發弧及雜散股線之機會，其可導致短路風險及接地故障從而減小產品之壽命週期。另外，經焊接觸點提供一額外位準之防禦以阻止所曝露觸點處之吸濕之芯吸及毛細管效應。吸水及吸濕或芯吸加速銅腐蝕且減小產品壽 命週期，其可導致自支電路汲取較高電流量，從而導致過多熱及消費者之不滿意。
將一環境密封微開關子組件152焊接至一FR-4 PC UL所列PC板154，PC板154併入有一個150歐姆½瓦電阻器156及一個300歐姆½瓦電阻器158以將以上所闡述之電路140實施為一微開關組件。然後將在圖13A及圖13B中展示為164之一索環添加至微開關子組件140且裝配到位，如圖14中所展示。該索環由針對電及物理衝擊及強度特性係UL94 V-1阻燃等級與一耐環境(f1)紫外線等級以及等於或超過90之一相對熱指標(RTI)之一聚合物模壓化合物製造，如UL 2251所規定。如圖15中所展示，藉助將兩個架空引線(接近及接地)160、162焊接至接近接針觸點106及接地接針觸點108，將組件152及板154附接至連接器主體146，從而達成SAE J1772標凖所要求之DC脈衝信號。此PC板154亦提供銀路徑佈建以併入有用於可由EVSE啟動或要求之充電及閃光燈要求之LED信號。
如圖16A及圖16B中所展示，在已完成焊接操作時，藉助一種兩部分罐封化合物166環境及介電罐封連接器主體146、PC板組件154及電纜114以形成罐封116，罐封化合物166針對電、物理衝擊及強度特性具有一UL94 HB或V-0阻燃等級及等於或大於90之一相對熱指標(RTI)(如UL 2251所規定)。然後，此罐封化合物166將藉由靜置過夜或者藉助一熱輔助製造幫助固化。FFSO電子交通工具電纜護套、絕緣導體及經焊接連接將藉助此兩部分罐封化合物囊封。
此罐封化合物166提供第一位準之防禦以阻止所曝露觸點處之吸濕之芯吸及毛細管效應。隨時間推移，銅股線可 達成其中濕氣自所曝露觸點區域芯吸至銅股線之一毛細管效應，其加速銅腐蝕且減小產品壽命週期，此可導致自支電路汲取較高電流量而導致過多熱及消費者之不滿意。罐封化合物166亦提供介電性質，從而進一步使該組件與電力觸點與接地之間的空氣發弧中之電位絕緣。此罐封化合物166係其中額外聚合物材料將用於設計內之額外結構及支援之基礎。
在兩部分環境及介電罐封化合物166已完全固化且除氣以形成罐封116之後，然後將把一預模壓120模壓於包含連接器主體146、FFSO電子交通工具電纜114及所罐封觸點之子組件上方，如圖17中所展示。該預模壓係一基於高耐衝擊聚醯胺(PA6或PA66)材料，其具有一UL94 V-0阻燃等級及等於或大於100之一相對熱指標(RTI)。可使用其他經特別設計之化合物，諸如填充有玻璃之聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、熱塑性彈性體(TPE)、熱塑性硫化橡膠(TPV)或高耐衝擊聚丙烯(HIPP)。預模壓120囊封該子組件，從而提供該架構之「骨幹」，以及為總體SAE J1772經模壓連接器組件系統添加額外環境及介電性質。預模壓120包含對應於成品之孔142之孔168。
該預模壓架構係一剛性主體設計，其併入有促進交聯黏合及/或達成機械接合之機械特徵及一外「超模壓表皮」層之機械鎖閉特徵。此等機械特徵可包含流經通道、經抬升嚙合或脊線或凹陷穀及流經T通道。
在圖18中展示為122之該超模壓或表皮係用於總體SAE J1772經模壓連接器組件系統之使用者介面、衝擊能量吸收、抗磨損、抗流體及汽油以及總體紫外線(UV)保護。SAE J1772連接器組件之超模壓材料針對電、物理衝擊及強度特性具有一UL94 HB或V-1阻燃等級及等於或大於90之一相對熱指標(RTI)，如UL 2251所規定。亦可併入有諸如EPT、EPDM及聚矽氧或液體聚矽氧注射物等替代熱固性材料以適應外表皮之物理及效能要求。
一旦該系統經完全模壓，則附接由諸如聚碳酸酯(PC)之一聚合物材料製造之一閂鎖臂130，該聚合物材料針對電及物理衝擊及強度特性具有一UL94 V-0阻燃等級、一耐環境(f1)紫外線等級及等於或超過100之一相對熱指標(RTI)，如UL 2251所規定。此閂鎖臂藉助一經模壓或不銹鋼(300系列)銷附接。該閂鎖提供至SAE J1772交通工具進口之機械互鎖以及在開始充電之前以及在充電完成後旋即啟動微開關子組件之機械槓桿。附接閂鎖臂之步驟包含將閂鎖彈簧134插入至閂鎖區域128中(如圖19中所展示)、將閂鎖臂130在彈簧134上方插入至閂鎖區域128中(如圖20中所展示)及插入閂鎖銷132(如圖21中所展示)。
另外，當前市場僅提供30安培及75安培所列組件，其主要由電纜及觸點大小支配。在該較佳實施例中實施之技術允許一較高額定電流(較高電流量)電纜組件以便將來證明針對任何DC快速充電要求之設計。
該較佳實施例藉助提供針對極端及苛刻環境條件之保護 之一整合式聚合物基板及超模壓聚合物表皮，提供併入有介電及環境罐封化合物之一耐用且強健SAE J1772超模壓連接器組件。該較佳實施例將一超模壓整合式聚合物(積層)方法及一整合式PC板與用於一充電指示器及一閃光燈之LED燈之微開關及佈建組合在一起。該解決方案提供經降低壽命週期成本、經改良產品可靠性以及與機械鎖閉特徵及五金(諸如TorxTM 螺釘)相關聯之一經減小損壞及破壞風險。此超模壓解決方案提供針對極端環境元素(其可包含：水、冰、塵、紫外線、油及汽車流體)之優越環境保護。
該較佳實施例(或任何其他實施例)可經修改以適應AC充電及迅速DC充電兩者且允許使用者選擇將使用哪一種充電模式。圖22A展示如此修改之一連接器2200之一正面視圖。圖22B展示沿圖22A中之線XXIIA-XXIIA所截取之該連接器之一剖面視圖。圖22C及圖22D分別展示側視圖及俯視圖。除連接器2200除連接器前部件102及接針104至112以外亦具有連接至引線2206且包封於一第二連接器前部件2208中之兩個額外接針2202、2204外，連接器2200如先前所揭示之連接器100那樣構造及使用。可提供任何適合開關以允許使用者在AC充電與迅速DC充電之間選擇。
儘管以上已陳述一較佳實施例，但熟習此項技術者在審閱本發明之後將易於瞭解在本發明之範疇內可實現其他實施例。舉例而言，可使用任何適合閂鎖機構，亦可使用任何適合材料。此外，連接器可經調適以適應任何標凖或專 屬佈局。因此，本發明應理解為僅受限於隨附專利申請範圍。
100‧‧‧連接器
102‧‧‧連接器前部件
104‧‧‧接針/電力觸點/硬黃銅觸點
106‧‧‧硬黃銅觸點/接近及接地接針觸點/接針
108‧‧‧硬黃銅觸點/接近及接地接針觸點/接針
110‧‧‧硬黃銅觸點/接針
112‧‧‧硬黃銅觸點/接針/電力觸點
114‧‧‧電纜
116‧‧‧罐封
118‧‧‧連接器主體
120‧‧‧預模壓
122‧‧‧超模壓
124‧‧‧脊
126‧‧‧脊
128‧‧‧閂鎖區域
130‧‧‧彈簧閂鎖/閂鎖臂
132‧‧‧銷
134‧‧‧彈簧/閂鎖彈簧
136‧‧‧其他燈
138‧‧‧其他燈
140‧‧‧電路/微開關子組件
142‧‧‧孔
144‧‧‧底部表面
146‧‧‧連接器/連接器主體架構/連接器主體
148‧‧‧內部螺旋彈簧/彈簧
150‧‧‧閉孔墊圈
152‧‧‧環境密封微開關子組件/組件
154‧‧‧印刷電路板/板/印刷電路板組件
156‧‧‧電阻器
158‧‧‧電阻器
160‧‧‧架空引線
162‧‧‧架空引線
164‧‧‧索環
166‧‧‧罐封化合物
168‧‧‧孔
2200‧‧‧連接器
2202‧‧‧額外接針
2204‧‧‧額外接針
2206‧‧‧引線
2208‧‧‧第二連接器前部件
圖1至圖8係根據較佳實施例之連接器及其各種構件之各種視圖；圖9A至圖21係展示圖1至圖8之連接器之產生中之步驟之視圖；且圖22A至圖22D係根據較佳實施例之一變化形式之一連接器之視圖。
100‧‧‧連接器
102‧‧‧連接器前部件
114‧‧‧電纜
118‧‧‧連接器主體
130‧‧‧彈簧閂鎖/閂鎖臂
142‧‧‧孔

Claims (24)

  1. 一種用於一電子交通工具之電連接器，該電連接器包括：一連接器主體，其具有一閂鎖區域；複數個連接器接針，其在該連接器主體中；及一閂鎖，其安裝於該連接器主體上之該閂鎖區域中，用於將該電連接器固持至該電子交通工具；其中該連接器主體具有複數個孔，該複數個孔自該閂鎖區延伸至與該閂鎖區域分隔之該連接器主體之一表面，用於允許進入該閂鎖區域之水離開該閂鎖區域。
  2. 如請求項1之電連接器，其進一步包括毗鄰該複數個連接器接針之一燈。
  3. 如請求項2之電連接器，其進一步包括與該等連接器接針相對之該連接器主體之一部分上之一第二燈。
  4. 如請求項1之電連接器，其中該連接器主體係藉由超模壓而形成。
  5. 如請求項1之電連接器，其中該連接器主體包括：一罐封化合物；一預模壓，其形成於該罐封化合物上方；及一外連接器主體，其以一單件形式形成於該預模壓上方。
  6. 如請求項5之電連接器，其中該罐封化合物包括一種兩部分介電罐封化合物。
  7. 如請求項6之電連接器，其中該預模壓包括選自由以下 各項組成之群組之一材料：基於聚醯胺之材料、填充有玻璃之聚對苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、熱塑性彈性體、熱塑性硫化橡膠及聚丙烯。
  8. 如請求項7之電連接器，其中該外連接器主體包括選自由以下各項組成之群組之一材料：EPT、EPDM及聚矽氧或液體聚矽氧注射物。
  9. 如請求項5之電連接器，其中該預模壓經形成以藉助該外連接器主體提供交聯黏合、機械接合及機械鎖閉中之至少一者。
  10. 如請求項1之電連接器，其中該複數個連接器接針包括用於一第一充電模式之一第一組連接器接針及用於一第二充電模式之一第二組連接器接針。
  11. 如請求項10之電連接器，其中該第一充電模式係一AC充電模式，且其中該第二充電模式係一DC充電模式。
  12. 如請求項1之電連接器，其中該閂鎖區域係藉由形成於該連接器主體之一凹處所定義。
  13. 一種用於製作用於一電子交通工具之一電連接器之方法，該方法包括：(a)提供一充電電纜及具有至少一個連接器接針之一連接器主體；(b)提供該充電電纜與該至少一個連接器接針之間的一電連接；(c)將一罐封化合物施加於該電連接、該連接器主體之部分、及毗鄰該電連接之該充電電纜之部分上方，以提 供位於該電連接及可能被曝露於水之該電連接之構件之間的一防水阻障；(d)將一預模壓施加於該罐封化合物、該連接器主體及毗鄰該連接器主體之該充電電纜之該部分上方；及(e)在該預模壓上方超模壓呈一單件形式之一外連接器主體以形成該連接器。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括提供電路以控制該連接器之操作，且其中步驟(c)包括將該罐封化合物施加於該電路上方。
  15. 如請求項13之方法，其中該罐封化合物包括一種兩部分介電罐封化合物。
  16. 如請求項15之方法，其中該預模壓包括選自由以下各項組成之群組之一材料：基於聚醯胺之材料、填充有玻璃之聚對苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、熱塑性彈性體、熱塑性硫化橡膠及聚丙烯。
  17. 如請求項16之方法，其中該外連接器主體包括選自由以下各項組成之群組之一材料：EPT、EPDM及聚矽氧或液體聚矽氧注射物。
  18. 如請求項13之方法，其中該預模壓經形成以藉助該外連接器主體提供交聯黏合、機械接合及機械鎖閉中之至少一者。
  19. 如請求項13之方法，其進一步包括將一閂鎖附接至該連接器，用於將該連接器閂鎖至該交通工具上。
  20. 如請求項19之方法，其中該外連接器主體具有在其中形 成之一閂鎖區域。
  21. 如請求項20之方法，其中該外連接器主體具有複數個孔，用於允許進入該閂鎖區域之水離開該閂鎖區域。
  22. 如請求項21之方法，其中步驟(e)包括超模壓該外連接器主體以具有該複數個孔。
  23. 如請求項13之方法，其中步驟(a)包括提供用於一第一充電模式之一第一組連接器接針及用於一第二充電模式之一第二組連接器接針。
  24. 如請求項23之方法，其中該第一充電模式係一AC充電模式，且其中該第二充電模式係一DC充電模式。
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