用于电力连接器系统的具有凸片端子的插头连接器

本申请是申请号为201780047176.4、申请日为2017年7月28日、发明名称为“用于电力连接器系统的具有凸片端子的插头连接器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本文的主题总体上涉及用于电力连接器系统的插头连接器。

背景技术

电力端子用于在高功率应用中的部件之间进行电力连接，例如在电动或混合电动车辆中，在电池和其他部件(例如电动机、逆变器、充电器等)之间。然而，由于高功率要求，电连接器通常容纳许多触头以增加电路的电流容量。具有许多接触头导致高连接器配合力。另外，电力端子，特别是在汽车应用中，随着时间会受到振动和磨损。在电力端子之间形成电连接的弹簧梁可能随着时间劣化，从而降低系统的稳定性。使用较高法向力的弹簧梁来补偿这种稳定性问题会导致高的连接器配合力。仍然需要一种电力连接器系统，其具有减小的连接器配合力，而不会牺牲接触点的数量或接触法向力。

发明内容

上述问题的解决方案由如本文所公开的插头连接器提供，其包括具有配合端和电缆端的外壳。所述配合端配置为在配合方向上与头座连接器配合。凸片端子在配合端处保持在所述外壳中。所述凸片端子具有前缘，所述前缘配置为当所述插头连接器配合到所述头座连接器时与所述头座连接器的头座端子配合。所述前缘是渐缩的，使得所述凸片端子在配合期间与所述头座端子顺序地(sequentially)配合。

附图说明

现在将参照附图以举例的方式描述本发明，在附图中：

图1是根据示例性实施例形成的电力连接器系统的透视图，示出了处于组装和配合状态的插头连接器和头座连接器。

图2是电力连接器系统的透视图，示出了处于未配合状态的插头连接器和头座连接器。

图3是根据示例性实施例的插头连接器的底部透视图。

图4是根据示例性实施例的头座连接器的顶部透视图。

图5是电力连接器系统的一部分的透视图，示出了插头端子和头座端子。

图6是电力连接器系统的一部分的侧视图，示出了准备与头座端子进行配合的插头端子。

图7A示出了与头座端子部分配合的插头端子。

图7B示出了沿插头端子的第一成角度表面在插头端子和一个头座端子之间的配合接口的近视图。

图8示出了与头座端子完全配合的插头端子。

图9是根据示例性实施例的插头端子的侧视图。

图10是根据示例性实施例的插头端子的侧视图。

图11是示出具有同时接触接合的插头端子与头座端子的触头构件之间的插入力的曲线图。

图12是示出具有交错接触接合的插头端子与头座端子的触头构件之间的插入力的曲线图。

具体实施方式

图1是根据示例性实施例形成的处于组装和配合状态的电力连接器系统100的透视图。图2是处于未配合状态的电力连接器系统100的透视图。电力连接器系统100包括头座连接器102和插头连接器104，插头连接器104配置为与头座连接器102配合。在示例性实施例中，电力连接器系统100是高功率连接器系统，其用于在作为高功率电路的一部分的各种部件之间传输电力。在特定应用中，电力连接器系统100是电池系统，例如车辆(例如电动车辆或混合动力电动车辆)的电池系统；然而，电力连接器系统100并不限于这种电池系统。

插头连接器104配置为电连接到部件110，例如通过一个或多个电缆106。例如，插头连接器104可以电连接到电池、充电器、逆变器、电动机或其他类型的部件。头座连接器102配置为电连接到部件112，例如通过电力母线108；然而，头座连接器102可以通过其他装置(例如端子、电源线或其他连接器)电连接到部件112。例如，头座连接器102可以电连接到电池组，例如通过电池分配单元、手动服务断开器、充电器、逆变器、电动机或其他类型的部件。电池分配单元可以管理电力连接器系统100的电力容量和功能，例如通过测量电池组的电流和调节其电力分配。

电力连接器系统100是直角连接器系统，其中连接器102、104在垂直于电力线的方向上配合。可选地，插头连接器104可以可移除地连接到头座连接器102，以断开一个或多个部件(例如车辆的1电池组、电动机、逆变器或其他部件)的高功率电路，例如进行维护、修理或出于其他原因。当配合时，头座连接器102的一个或多个头座端子114(图2)与插头连接器104的对应的插头端子116(如图3所示)配合，例如在其配合接口处。具有更多数量的端子114和/或116增加了系统100的载流能力。可选地，每个插头端子116可以端接到对应的电力电缆106。

在示例性实施例中，头座连接器102和/或插头连接器104可包括高压互锁(HVIL)电路，以在连接器102、104的打开和闭合或配合和解除配合期间控制高压电力电路。例如，两个连接器102、104可以包括对应的HVIL端子。HVIL电路可以电连接到部件112和/或部件110。在示例性实施例中，插头连接器104利用杆118来使连接器102、104解除配合和/或配合，杆118可以在连接器102、104的解除配合/配合期间打开/闭合高压电路和HVIL电路。在解除配合期间，可以首先打开HVIL电路，以在端子116、114的打开或解除配合之前关闭高压电路，这可以降低(例如来自电弧放电的)损坏的可能性。在示例性实施例中，连接器102、104的高压导电表面是防手指和可安全触碰的。

头座连接器102包括具有配合端122的头座外壳120。头座外壳120保持一个或多个头座端子114。可选地，头座端子114可以是具有插座的叉形端子，该插座由插座的两侧上的弹簧梁限定，以与插头端子116的两侧配合，如下面进一步详细描述的；然而，在替代实施例中可以使用其他类型的头座端子。头座端子114可以被遮盖以保护头座端子114。例如，头座端子114可以具有盖或触碰防护件124，使得头座端子114是可安全触碰的。头座外壳120包括凸缘126，用于将头座外壳120安装到另一部件，例如机架或其他支撑结构。可选地，头座外壳120可以水平安装；然而，在替代实施例中，其他取向是可能的。在示例性实施例中，头座外壳120包括引导特征128，用于引导电连接器104与头座连接器102的配合。例如，引导特征128可以是肋、柱、槽、键控特征或其他类型的引导特征。

插头连接器104包括插头外壳130，其配置为联接到头座外壳120。插头外壳130包括配合端132和电缆端134。电力电缆106从电缆端134延伸。配合端132配合到头座外壳120的配合端122。在示例性实施例中，外壳130是直角外壳，其垂直于沿着配合轴线136的配合方向保持电力电缆106和插头端子116。电力电缆106相对于配合轴线136成直角。在替代实施例中，其他取向是可能的。

在示例性实施例中，杆118可旋转地联接到外壳130。杆118配置为接合头座外壳120，例如对应的引导特征128，以将插头连接器104固定到头座连接器102。可选地，杆118可包括槽，该槽接收对应的引导特征128，以控制插头连接器104与头座连接器102的配合和解除配合。例如，当杆118旋转闭合时，外壳130可以被向下拉到头座外壳120上。相反，随着杆118升高，外壳130可以压离头座外壳120并从其解除配合。当插头连接器104与头座连接器102解除配合和配合时，电力连接器系统100的高功率电路和HVIL电路可以打开和闭合。

图3是根据示例性实施例的插头连接器104的底部透视图。头座外壳130在插头室138中保持多个凸片端子116。插头室138在插头外壳130的底部140处敞开，以暴露插头端子116。头座连接器102的部分(在图2中示出)可以通过底部140接收在插头室138中。例如，头座端子114(如图2中所示)可以接收在插头室138中，用于与插头端子116电连接。

在示例性实施例中，插头连接器104包括盖或触碰防护件144，使得插头端子116可安全触碰。例如，触碰防护件144可以是跨越插头端子116的底部的桥或梁。触碰防护件144由电介质材料制成，例如塑料。触碰防护件144相对于插头外壳130的部分设置，使得间隙或空间足够小以可安全触碰。

在示例性实施例中，插头连接器104包括屏蔽件146，以为插头连接器104提供电气屏蔽。可选地，屏蔽件146可以至少部分地设置在插头室138中，使得屏蔽件146围绕插头室138和/或插头端子116。屏蔽件146可以电连接到电力电缆106的电屏蔽。屏蔽件146可以配置为电连接到头座连接器102。可选地，插头连接器104可在插头室138中或周围包括密封件148。密封件148可以接合头座连接器102，以在插头连接器104与头座连接器102之间提供环境密封。

图4是根据示例性实施例的头座连接器102的顶部透视图。头座连接器102配置为安装到机架150或其他支撑结构。可选地，头座连接器102可以电接地到机架150。头座外壳120限定头座室152，头座室152配置为接收插头连接器104(在图3中示出)的部分。例如，头座室152可以由头座外壳120的护罩壁154限定。

头座端子114由头座外壳120支撑。头座端子114可以由端子支撑壁156保持。端子支撑壁156可以限定触碰防护件124，以使插头连接器102可安全触碰。例如，端子支撑壁156可以沿着头座端子114的侧面和/或端部设置。

在示例性实施例中，两个头座端子114配置为配合到每个插头端子116(如图3所示)。头座端子114可以限定不同的电路或者可以是公共电路的一部分。例如，与同一插头端子116配合的两个头座端子114可以是公共电路的一部分，并且与不同插头端子116配合的头座端子114可以限定不同的电路。可选地，提供多个头座端子114可以增加头座连接器102的载流能力或容量。在所示的实施例中，头座连接器102包括四个头座端子114，但在其他实施例中头座连接器102可包括更少或更多的头座端子114。

在示例性实施例中，头座连接器102包括由头座外壳120保持的屏蔽件162。屏蔽件162为头座端子114提供电气屏蔽。屏蔽件162设置在头座室152中，并且可以延伸到头座连接器102的底部以与机架150电连接。例如，屏蔽件162可以接地到机架150。

图5是电力连接器系统100的一部分的透视图，其中头座外壳120和插头外壳130被移除以示出插头端子116和头座端子114。插头端子116端接到电力电缆106。例如，插头端子116可以焊接到电力电缆106。在替代实施例中，插头端子116可以通过其他手段(例如压接)端接到电力电缆106。在所示的实施例中，插头端子116是包括凸部或刀片部分的凸片端子。插头端子116在下文中称为凸片端子116。每个凸片端子116大致为平面的(至少沿着凸部或刀片部分)并且在配合端200与电缆端202之间延伸。

凸片端子116包括沿着纵向轴线208在凸片端子116的末端210与电缆端202之间的延伸的第一侧204和第二侧206。凸片端子116包括分别在凸片端子116的底部和顶部处的前缘212和后缘214。前缘212是凸片端子116的边缘，其插接到一个或多个头座端子114中。

头座端子114配置为电连接到凸片端子116。在示例性实施例中，头座端子114也电连接到头座连接器102(在图2中示出)的电力母线108。然而，在替代实施例中，头座端子114可以与电力母线108是一体的。在所示的实施例中，头座端子114是双端叉形端子，并且在下文中可称为叉形端子114。

头座端子114中的每一个包括并排堆叠的一系列触头构件160。每个触头构件160包括在第一配合端222与第二配合端224之间的主体220。触头构件160各自包括一对弹簧梁226和一对弹簧梁230，一对弹簧梁226在第一配合端222处限定插座228，一对弹簧梁230在第二配合端224处限定插座232。当触头构件160堆叠在一起以限定头座端子114时，触头构件160的插座228在头座端子114内对准以在第一配合端222处限定凸片插座234。第一配合端222处的凸片插座234配置为接收凸片端子116的前缘212。类似地，单独的触头构件160的插座232在插头座端子114内对准，以在第二配合端224处限定汇流条插座236，其配置为接收对应的电力母线108的配合端238。在所示的实施例中，每个头座端子114中的触头构件160的弹簧梁226在第一配合端222处限定叉形触头223，并且触头构件160的弹簧梁230在第二配合端224处限定叉形触头225。

弹簧梁226、230可偏转以分别接收凸片端子116和电力母线108。当配合时，弹簧梁226、230分别抵靠凸片端子116和电力母线108弹簧偏置。弹簧梁226布置在插座228的两侧，以接合凸片端子116的第一侧204和第二侧206。

在示例性实施例中，每个弹簧梁226在弹簧梁226的远端处或附近限定配合接口240。配合接口240可以由弹簧梁226的远端处的凸起或凸出部限定。在示例性实施例中，叉形触头223由堆叠在一起的多个弹簧梁226限定，每个叉形触头223包括与凸片端子116的多个接触点。例如，堆叠的弹簧梁226上的每个配合接口240限定与凸片端子116的不同接触点。在每个头座端子114中设置多个触头构件160限定了凸片端子116与头座连接器102之间的多个接触点。增加每个头座端子114中的触头构件160的数量和/或增加头座端子114的数量增加了头座连接器102的载流量。

每个头座端子114的第二配合端224处(例如，电力母线配合侧)的叉形触头225可以以与叉形触头223相同或相似的方式操作。例如，头座端子114的叉形触头223、225可以是相同的，凸片端子116配置为插接到凸片插座234中，并且电力母线108配置为插接到汇流条插座236中。头座端子114易于制造和组装。例如，触头构件160可以冲压成形，并且可以在头座端子114中的每一个内一起布置任何数量的触头构件160。

图6是电力连接器系统100的一部分的侧视图，示出了准备与两个头座端子114进行配合插头端子116。为清楚起见，移除头座外壳120和插头外壳130。在示例性实施例中，凸片端子116成形为减小与头座端子114(及其触头构件160)的配合力。例如，前缘212非正交地成角度，以提供与头座端子114的触头构件160的顺序配合。例如，在所示的实施例中，前缘212向内渐缩以提供可类似于蝴蝶结的凹形。例如，前缘212包括处于不同角度的第一成角度表面250和第二成角度表面252。例如，第一成角度表面250可以具有正斜率，而第二成角度表面252可以具有负斜率。在替代实施例中，前缘212可具有其他形状。例如，前缘212可以是向外渐缩的，而不是向内渐缩的，例如具有V形(chevron)的成角度表面。在其他各种实施例中，前缘212可包括多于两个的成角度的表面。可选地，后缘214可以具有与前缘212相同的形状，使得凸片端子116的任一边缘可以在配合期间被装载到凸片插座234中。可选地，不是沿着侧面具有前缘212，而是前缘(例如，插接到凸片插座234中的凸片端子116的部分可以在末端210处。

在示例性实施例中，前缘212相对于纵向轴线208成角度。例如，前缘212相对于纵向轴线208不平行。在所示实施例中，第一成角度表面250相对于纵向轴线208成角度，并且第二成角度表面252相对于纵向轴线208成角度。前缘212不垂直于沿着配合轴线136的配合方向。

在配合期间，头座端子114的触头构件160配置为在不同的时间接合凸片端子116。例如，在所示的实施例中，示出了两个头座端子114。头座端子114中的一个与第一成角度表面250对准并且在第一成角度表面250处接合凸片端子116，而第二头座端子114与第二成对表面250对准并与之接合。头座端子114的触头构件160通常在配合过程期间的不同时间首先与凸片端子116接合。例如，因为第一成角度表面250相对于触头构件的配合接口240成角度，所以第一头座端子114中的每个触头构件160随着凸片端子116插接到凸片插座234中在不同的时间与凸片端子116配合。类似地，第二头座端子114中的每个触头构件160在不同的时间接合第二成角度表面252。

可选地，在与第二头座端子114的对应的触头构件160接合凸片端子116的同时，第一头座端子114的触头构件160可以接合凸片端子116。例如，在凸片端子116与头座端子114配合时，每个头座端子114中的最外侧触头构件160可以同时接合凸片端子116，每个头座端子114的最内侧的触头构件160可以同时接合，并且同样地在它们之间。然而，因为大部分触头构件160最初在不同的时间接合凸片端子116，所以配合力减小。例如，每个触头构件160可以在与凸片端子116的配合过程期间的特定点处具有峰值配合力。因为单个头座端子114内的每个触头构件160在不同的时间与凸片端子116接合，所以峰值配合力随时间偏移，从而减小了凸片端子116与头座端子114之间的整体配合力。如本文所用的，头座端子114内的触头构件160在配合过程期间与凸片端子116接合的时间是指每个触头构件160与凸片端子116初始接触的时间。

在示例性实施例中，前缘212具有凹形，其具有两个相对的成角度的表面250、252，以在配合期间平衡配合力。例如，当凸片端子116插接到头座端子114中时，第一成角度表面250会倾向于迫使凸片端子116向右，而第二成角度表面252会倾向于迫使凸片端子116向左。配合力通常相等且相反，使得凸片端子116在配合期间既不向左移动也不向右移动。图6示出了恰在凸片端子116被装载到头座端子114之前的凸片端子116。例如，头座端子114的最外触头构件160的配合接口在前缘212的正下方。

图7A示出了与头座端子114部分配合的凸片端子116。图7B示出了沿凸片端子116的第一成角度表面在凸片端子116和一个头座端子114之间的配合接口的近视图。图8示出了与头座端子114完全配合的凸片端子116。例如，如图7A和图7B所示，仅头座端子114的一些外部触头构件160的配合接口240与前缘212接合。头座端子114的一些内部触头构件160的配合接口240在前缘212下方(例如，并且未连接到凸片端子116)。与之相比，图8示出了充分地装载到每个头座端子114的凸片插座234中的凸片端子116，使得每个触头构件160的配合接口240接合凸片端子116。

凸片端子116的前缘212限定多个配合接口260。每个配合接口260在头座端子114的对应的触头构件160的配合接口240上方直接对准。当凸片端子116向下压入凸片插座234时，配合接口260、240连续并顺序地配合。例如，在配合接口260中的一个与对应的配合接口240接合的瞬间，一侧的紧邻的配合接口260已经预先配合，而相对侧的配合接口260保持不配合。由此，配合接口260中的仅一个(沿着第一成角度表面252)同时配合。例如，图7B示出了一个头座端子114的相邻触头构件160的配合接口240A、240B、240C，其与凸片端子116的对应的配合接口260A、260B、260C对准。第二配合接口240B、260B在第一配合接口和第三配合接口240A、240C、260A、260C的中间。图7B示出了初始配合时的第二配合接口240B、260B。第一配合接口240A、260A已经预先配合，使得包括第一配合接口240A的触头构件160的弹簧梁226已经沿着凸片端子116的侧面204、206(如图5所示)前进一段距离。第三配合接口240C、260C尚未配合，但是随着凸片端子116向下前进而配合下一个配合接口。第三配合接口240C在第三配合接口260C下方隔开一小段距离，使得包括第三配合接口240C的这样的触头构件160不直接电连接到凸片端子116。

图9是替代凸片端子116A的侧视图。图10是另一替代凸片端子116B的侧视图。凸片端子116A、116B具有与凸片端子116(如图6所示)不同的形状。例如，前缘212A、212B的形状可以与前缘212(如图6所示)不同。前缘212A、212B相对于纵向轴线不平行地成角度。前缘212A、212B不垂直于配合方向成角度。凸片端子116A具有变窄的锥度，而凸片端子116B具有变宽的锥度。例如，末端210处的凸片端子116A的宽度比电缆端202附近窄，而末端210处的凸片端子116B的宽度则比电缆端202附近宽。在替代实施例中可以设置其他形状的凸片端子。

图11是示出凸片端子和头座端子的六个接触点(例如由六个触头构件提供)之间的插入力的曲线图，其具有同时接触接合(其中所有配合接口同时接合，例如当提供平坦或平行的前缘时)。图12是示出凸片端子和六个接触点之间的插入力的曲线图，其具有交错接触接合(其中配合接口在不同的时间接合，例如与具有成角度的前缘212的凸片端子116，如图6所示)。

在配合期间，对于头座端子中的每个触头构件，凸缘端子和这种触头构件之间的接触接合具有初始增加的插入力，因为前缘首先被装载到头座端子的凸片插座中。插入力增加到峰值插入力，之后插入力略微减小并且可能持平。插入力由触头构件和凸片端子之间的摩擦力限定。例如，当触头构件的弹簧梁沿凸片端子滑动或擦拭时，头座端子经受插入力。这种摩擦力受弹簧梁在凸片端子上的弹簧力或夹紧力的影响，其可能随着通过将凸片端子装载到凸片插座使弹簧梁向外偏转而变化，从而导致峰值插入力曲线。

当头座端子中的多个触头构件与凸片端子配合时，插入力具有累积效应。当触头构件与凸片端子同时配合时，峰值插入力在插入距离D1处同时发生，导致高的整体插入力Fmax，如图11所示。然而，当触头构件和凸片端子之间的配合交错时，插入力也是交错的，导致整体插入力减小。例如，如图12所示，因为每个峰均是偏移的并且出现在不同的插入距离D'

应该理解的是，以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。本文描述的尺寸、材料类型、各种部件的取向、以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，并且仅仅是示例性实施例。在阅读以上描述后，在权利要求的理念和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应参照所附权利要求来确定。