CN107565249A - 一种长寿命大功率热插拔连接器 - Google Patents

Abstract

一种长寿命大功率热插拔连接器，包括：插座和插头，插座和插头配合形成连接器，插头上的耐高压插针先于导电插针接触到插座上的相应插孔，该连接器能够带电热插拔。本发明采用触点并联分时通断技术，采用异形耐高压抗电弧接触件结构，耐高压接触件先通后断，确保了热插拔时良导电接触件受到保护，可提高连接器热插拔时的使用寿命，为大功率负载的带电热切换提供保障。

Description

一种长寿命大功率热插拔连接器

技术领域

本发明涉及一种长寿命大功率热插拔连接器，属于电连接器设计技术领域。

背景技术

航天器在进行在轨维修、寿命延长、能力升级时，需保证主回路导通的同时，可切断负载局部回路的电源，对直流大功率负载带载热插拔提出了明确需求。负载回路与主回路之间通过连接器导通，由于负载功率较大，导致连接器上的工作电流和开路电压较大。当切断负载回路时，大功率的连接器带电断开，导致连接器触点起弧，造成触点烧蚀。触点烧蚀后接触电阻升高，会造成连接器导通时触点压降增大，导致触点发热量增加，严重影响连接器寿命。因此传统的大功率连接器不支持热插拔功能，需先切断负载供电才能将连接器断开，不能满足航天器在轨维护的使用需求。

现有技术中通过增大连接件横截面的方式来提高触点的抗弧能力，但会导致接触件及连接器尺寸大大增加，并且没有从根本上解决连接器触点起弧烧蚀后连接性能下降的难题，不能实现大功率连接器的多次热插拔，连接器的使用寿命没有实质性的提高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种长寿命大功率热插拔连接器，为大功率负载的带电热切换提供保障。

本发明的技术解决方案是：

一种长寿命大功率热插拔连接器，包括：插座和插头，插座和插头配合形成连接器且该连接器能够带电热插拔。

所述插座包括插座壳体、插座绝缘体、插座盖板、耐高压插孔、导电插孔、插座定位爪和插座固定板；

插座的接触件为插孔结构，每组接触件包括个耐高压插孔和个导电插孔，每个耐高压插孔和导电插孔上均套有插座定位爪，通过插座盖板将耐高压插孔和导电插孔安装在插座绝缘体中，插座定位爪与插座盖板配合用于耐高压插孔和导电插孔的轴向限位；插座绝缘体设置在插座壳体内部，通过插座固定板将插座盖板固定在插座壳体上，形成插座整体结构。

耐高压插孔和导电插孔在插座绝缘体中对称安装，以保证连接器插拔时受力均匀。

插座定位爪包括前端面、定位后端面和接触件定位收口；接触件定位收口与耐高压插孔或者导电插孔配合，定位后端面与插座盖板配合，前端面和插座绝缘体配合。

所述耐高压插孔包括耐高压基座、弹性片和耐高压触点；耐高压基座的端面上设置有多个安装槽，弹性片的一端***安装槽内，固定连接，弹性片的另一端设置有耐高压触点。弹性片与安装槽一一对应，安装槽呈中心对称分布。

耐高压触点的接触面为弧形表面。

耐高压基座采用铜合金、铁合金、铝合金或者镍合金材料，弹性片的材料采用良导电的弹性金属材料制成(锡青铜、铍铜、铜镍合金、铜镍锌合金、铜镍锡合金或者铜锌铝合金)，耐高压触点采用钨合金、钼合金、铼合金或者钽合金。

所述插头包括插头壳体、插头绝缘体、插头盖板、耐高压插针、导电插针、插头定位爪和插头固定板；

插头的接触件为插针结构，每组接触件包括一个耐高压插针和一个导电插针，每个耐高压插针和导电插针上均套有插头定位爪，通过插头盖板将耐高压插针和导电插针安装在插头绝缘体中，插头定位爪与插头盖板配合用于耐高压插针和导电插针的轴向限位；插头绝缘体设置在插头壳体内部，通过插头固定板将插头盖板固定在插头壳体上，形成插头整体结构。

耐高压插针和导电插针在插头绝缘体中对称安装，且与插座中相应插孔对应。耐高压插针的长度大于导电插针的长度，使得耐高压插针先于导电插针接触到插座上的相应插孔

所述耐高压插针包括插针基座和耐高压接触体；插针基座的端面上设置有安装孔，耐高压接触体为圆柱体，且该耐高压接触体***到插针基座端面上的安装孔中并固定连接。所述插针基座采用铜合金、铁合金、铝合金或者镍合金材料，耐高压接触体的材料采用钨合金、钼合金、铼合金或者钽合金。耐高压接触体的头部为半球面。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用触点并联分时通断技术，通过耐高压抗电弧接触件与良导电接触件的并联混装设计，确保大功率连接器热插拔时良导电接触件受到保护。

(2)本发明采用异形结构耐高压抗电弧接触件结构，确保了耐高压接触件先通后断，承受电弧烧蚀，有效提高了连接器热插拔时的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的外观图；

图2是本发明的工作原理框图；

图3是本发明的插座装配图；

图4是本发明的插座分解图；

图5是本发明的插座壳体图；

图6是本发明的插座绝缘体图；

图7是本发明的插座盖板图；

图8是本发明的定位环图；

图9是本发明的耐高压插孔图；

图10为耐高压基座示意图；

图11为弹性片示意图；

图12是耐高压触点结构示意图；

图13是本发明的导电插孔图；

图14是本发明的插头装配图；

图15是本发明的插头分解图；

图16是本发明的插头壳体图；

图17是本发明的插头绝缘体图；

图18是本发明的插头盖板图；

图19是本发明的耐高压插针图；

图20是本发明的插针基座图

图21是本发明的导电插针图。

图22是本发明的连接器带负载热插拔时接触对的时序图，其中，图22(a)为连接器闭合瞬间，图22(b)为连接器分断瞬间。

具体实施方式

本发明的长寿命大功率热插拔连接器包括连接器插头与插座，采用插针插孔式连接。本发明采用分时通断设计方案，将两种接触件(分别采用耐高压抗电弧材料和良导电性材料)并联在连接器中。插头与插座的结构确保连接器插拔时满足以下条件：耐高压接触件先通后断，承受分断电弧；良导电接触件后通先断，负责大电流导通。其中耐高压接触件的插针和插孔采用异形结构设计，由不同材料的多个零件通过特种工艺装配而成。该方案充分利用两种材料的特性，能确保大功率连接器的长寿命带电热插拔，满足航天器在轨维护的需求。

如图1所示，本发明的长寿命大功率热插拔连接器包括插座1和插头2，采用插针插孔式连接。如图2所示，本发明采用分时通断设计方案，将两种接触件(分别采用耐高压材料和良导电性材料)并联在连接器中，每个负载回路中由两种接触件并联导通。插头2与插座1的结构和装配确保连接器插拔时满足以下条件：耐高压接触件先通后断，承受分断电弧；良导电接触件后通先断，负责大电流导通。

如图2和图14所示，本发明的耐高压接触件由耐高压插孔6和耐高压插针59组成，本发明的良导电接触件由导电插孔7和导电插针60组成。

如图3、图4、图5所示，本发明的插座1包括插座壳体3、插座绝缘体4、插座盖板5、耐高压插孔6、导电插孔7、插座定位爪8和插座固定板9；

插座1的接触件为插孔结构，每组接触件包括1个耐高压插孔6和1个导电插孔7，每个耐高压插孔6和导电插孔7上均套有插座定位爪8，通过插座盖板5将耐高压插孔6和导电插孔7安装在插座绝缘体4中，插座定位爪8与插座盖板5配合用于耐高压插孔6和导电插孔7的轴向限位；插座绝缘体4设置在插座壳体3内部，通过插座固定板9将插座盖板5固定在插座壳体3上，形成插座1整体结构。耐高压插孔6和导电插孔7在插座绝缘体4中呈对称安装，以保证连接器插拔时受力均匀。插座壳体3上包括固定板安装孔11、插座安装孔12、内腔13、绝缘体定位肩15。

插座绝缘体4安装在插座壳体3中，固定板9通过固定板安装孔11安装在插座壳体3上。固定板9与插座盖板5的定位肩14接触，将插座绝缘体4固定在插座壳体3中。通过插座安装孔12，可将插座1装在相应的设备上。

如图6、图7所示，插座绝缘体4包括定位凸台21，定位凸台21分布在插座绝缘体4不同方位的外表面上，与插座壳体3的绝缘体定位肩15接触用以定位插座绝缘体4在插座壳体3中的位置。插座绝缘体4包括耐高压插孔安装孔22和导电插孔安装孔23，耐高压插孔安装孔22具有定位肩24，导电插孔安装孔23中具有定位肩25。插座绝缘体4包括插座定位肩26，通过插座定位肩26与插座壳体3的绝缘体定位肩15配合，限定插座绝缘体4在插座壳体3中的位置。插座绝缘体4包括盖板定位孔35。

插座盖板5包括定位肩14、耐高压插孔安装孔27和导电插孔安装孔28，耐高压插孔安装孔27具有定位肩29，导电插孔安装孔28中具有定位肩30。插座盖板5具有环状定位凸起39，环状定位凸起39与插座绝缘体4的盖板定位孔35配合，用以限定插座绝缘体4与插座盖板5的相对位置。

如图8所示，本发明插座1中的插座定位环8包括前端面31、定位后端面32、接触件定位收口33，接触件定位收口33上包括收口端面34。接触件定位收口33与耐高压插孔6或者导电插孔7配合，定位后端面32与插座盖板5配合，前端面31和插座绝缘体4配合。

如图9所示，耐高压插孔6包括耐高压基座36、弹性片37、耐高压触点38。多组弹性片37与多组耐高压触点38呈中心对称分布。耐高压基座36的端面41上设置有多个安装槽44，弹性片37的一端***安装槽44内，固定连接，弹性片37的另一端设置有耐高压触点38。弹性片37与耐高压触点38的连接方式包括多种，比如嵌入式安装与弹性片37表面，或者涂覆于弹性片37表面，或者如图11所示，弹性片37包括触头安装孔46和安装尾端47。如图12所示，耐高压触点38包括安装轴48和触头接触面49，触头接触面49为大曲率半径的弧形表面。

如图10所示，耐高压基座36包括端面41、定位肩42、焊杯43，端面41上具有多个安装槽44，多个安装槽44呈中心对称分布。

如图4-图10所示，通过定位环8的收口端面34与耐高压插孔6的定位肩42配合、定位后端面32与插座盖板5的定位肩29配合、耐高压插孔6的定位肩42与插座绝缘体4的定位肩24配合，将耐高压插孔6在插座1中轴向定位。通过定位环8的收口端面34与导电插孔7的定位肩53配合、定位后端面32与插座盖板5的定位肩30配合、导电插孔7的定位肩53与插座绝缘体4的定位肩25配合，将导电插孔7在插座1中轴向定位。

如图11、12所示，耐高压触点38通过安装轴48固定安装(可采用焊接、铆接、过盈配合、螺纹连接等方法)在弹性片37的触头安装孔46中，弹性片37通过安装尾端47固定安装(可采用焊接、铆接、过盈配合、螺纹连接等方法)在耐高压基座36的安装槽44中。耐高压插孔6上装有多个中心对称分布的耐高压触点38，以保证耐高压插孔6与耐高压插针59接触时受力均匀。耐高压基座36用良导电金属材料制成(如铜合金、铁合金、铝合金或者镍合金材料)，弹性片37由良导电的弹性金属材料制成(锡青铜、铍铜、铜镍合金、铜镍锌合金、铜镍锡合金或者铜锌铝合金)，耐高压触点38由高熔点、耐烧蚀的金属材料制成(例如钨合金、钼合金、铼合金、钽合金等)。

如图13所示，导电插孔7包括多个瓣状接触体51，瓣状接触体51上具有插针导向角52，多个瓣状接触体51在导电插孔7上呈中心对称分布。导电插孔7具有定位肩53、焊杯54。导电插孔7由弹性良好、导电性良好的金属材料制成(例如铜合金、铁合金、铝合金或者镍合金材料)

如图14、图15及图16所示，本发明的插头2包括插头壳体56、插头绝缘体57、插头盖板58、耐高压插针59、导电插针60、定位爪61、固定板62、电缆罩63。插头2的每组接触件包括1个耐高压插针59和1个导电插针60，每个插头2包括两组接触件(即2个耐高压插针59和2个导电插针60)。耐高压插针59和导电插针60通过定位爪61和插头盖板58安装在插头绝缘体57中，耐高压插针59和导电插针60沿自身轴线方向被定位。两个耐高压插针59和两个导电插针60在插头绝缘体57中呈对称安装，以保证连接器插拔时受力均匀。插头壳体56上包括固定板安装孔66、电缆罩安装孔68、内腔67、绝缘体定位肩69。耐高压插针59的长度大于导电插针60的长度，使得耐高压插针59先于导电插针60接触到插座1上的相应插孔。

如图15、16、17、18所示，插头绝缘体57安装在插头壳体56中，固定板62通过固定板安装孔66安装在插头壳体56上。固定板62与插头盖板58的定位肩81接触，将插头绝缘体57固定在插头壳体56中。电缆罩63通过电缆罩安装孔68安装在插头壳体56上，插头2包括两个电缆罩63。

如图17所示，插头绝缘体57包括定位凸台71，定位凸台71分布在插头绝缘体57不同方位的外表面上，与插头壳体56的绝缘体定位肩69接触用以定位插头绝缘体57在插头壳体56中的位置。插头绝缘体57包括耐高压插针安装孔72和导电插针安装孔73，耐高压插针安装孔72具有定位肩74，导电插针安装孔73中具有定位肩75。插头绝缘体57包括定位肩76，通过定位肩76与插头壳体56的绝缘体定位肩69配合，限定插头绝缘体57在插头壳体56中的位置。插头绝缘体57包括盖板定位孔64。

如图18所示，插头盖板58包括耐高压插针安装孔77和导电插针安装孔78，耐高压插针安装孔77具有定位肩79，导电插针安装孔78中具有定位肩80。插座盖板58包括定位肩81。插座盖板58具有环状定位凸起65，环状定位凸起65与插头绝缘体57的盖板定位孔64配合，用以限定插头绝缘体57与插头盖板58的相对位置。

如图8所示，本发明插头2中的的定位环61包括前端面31、定位后端面32、接触件定位收口33，接触件定位收口33上包括收口端面34。

如图8、图15-图21所示，通过定位环61的收口端面34与耐高压插针59的定位肩85配合、定位后端面32与插头盖板58的定位肩79配合、耐高压插针56的定位肩85与插头绝缘体57的定位肩74配合，将耐高压插针59在插座2中轴向定位。通过定位环61的收口端面34与导电插针60的定位肩89配合、定位后端面32与插头盖板58的定位肩80配合，导电插针60的定位肩89与插头绝缘体57的定位肩75配合，将导电插针60在插座2中轴向定位。

如图19所示，耐高压插针59包括插针基座82和耐高压接触体83。耐高压接触体83的头部为半球面。

如图20所示，插针基座82包括端面84、定位肩85、焊杯86，端面84上具有接触体安装孔87。

耐高压接触体83为圆柱体，耐高压接触体83通过接触体安装孔87固定安装(可采用焊接、铆接、过盈配合、螺纹连接等方法)在插针基座82中。插针基座82用良导电金属材料制成，耐高压接触体83由高熔点、耐烧蚀的金属材料制成(例如钨合金、钼合金、铼合金、钽合金等)。

如图21所示，导电插针60包括导电接触体88、定位肩89、焊杯90。导电插孔7由弹性良好、导电性良好的金属材料制成(例如铜合金、铁合金、铝合金或镍合金材料)

在插头2装配完成后中，耐高压插针59的耐高压接触体83在插头壳体内腔67中的长度应当大于导电插针60的导电接触体88在插头壳体内腔67中的长度。从而确保插头2与插座1插合时，耐高压插针59与耐高压插孔6先导通，导电插针60与导电插孔7后导通；并确保插头2从插座1上拔开时，导电插针60与导电插孔7先断开，耐高压插针59与耐高压插孔6后断开。

本发明的工作过程：

本发明的长寿命大功率热插拔连接器将两种接触件(分别采用耐高压抗电弧材料和良导电性材料)并联在同一回路中。

当本发明的长寿命大功率热插拔连接器插合时，耐高压插针59与耐高压插孔6先导通，导电插针60与导电插孔7后导通。插合到位后，由导电插针60与导电插孔7承担回路中的大部分电流。当本发明的长寿命大功率热插拔连接器拔开时，导电插针60与导电插孔7先断开，此时回路仍为导通，故导电插针60与导电插孔7上没有电弧；随后耐高压插针59与耐高压插孔6后断开，由耐高压插针59与耐高压插孔6承担回路分断时电弧的烧蚀。该方案充分了利用两种材料的特性，确保了本发明大功率连接器的长寿命带电热插拔，

实施例：

本发明的长寿命大功率热插拔连接器最少包括一组接触对，可连通一个回路。每组接触对包括一个耐高压接触对和一个良导电接触对，每个耐高压接触对包括插头2上的一个耐高压插针59和插座1上的一个耐高压插孔6，每个良导电接触对包括插头2上的一个导电插针60和插座1上的一个导电插孔7。

本实施例中的长寿命大功率热插拔连接器包括两组接触对，可连通两个回路。每组接触对包括一个耐高压接触对和一个良导电接触对，每个耐高压接触对包括插头2上的一个耐高压插针59和插座1上的一个耐高压插孔6，每个良导电接触对包括插头2上的一个导电插针60和插座1上的一个导电插孔7。

同理，本发明的长寿命大功率热插拔连接器可包括多组接触对，可连通多个回路。

本发明的长寿命大功率热插拔连接器的耐高压插孔6最少包括一个弹性片37。本发明的长寿命大功率热插拔连接器的耐高压插孔6包括两个弹性片37。本发明的长寿命大功率热插拔连接器的耐高压插孔6包括三个、四个、五个或六个弹性片37。同理，本发明的长寿命大功率热插拔连接器的耐高压插孔6包括超过六个弹性片37。

本发明的长寿命大功率热插拔连接器的耐高压触点38通过冷压焊、热压焊或硬钎焊的方式装在弹性片37上。本发明的长寿命大功率热插拔连接器的耐高压触点38通过高真空蒸镀法、阴极溅射法、化学蒸镀覆层法、电解沉积法、堆焊法的方式装在弹性片37上。

图22是本发明的连接器带负载热插拔试验时接触对的时序图(图22(a)为连接器闭合瞬间，图22(b)为连接器分断瞬间)，图中纵坐标为接触对上的电压，横坐标为时间轴。当接触器断开时，接触对上的电压为负载电压；当接触对导通时，接触对上的电压降低至0。从图22中可以看出，当本发明的连接器闭合时，耐高压接触对先导通，良导电接触对后导通；当本发明的连接器分断时，耐高压接触对后断开，良导电接触对先断开。连接器分断时的电弧由耐高压接触对承受，确保大功率连接器热插拔时良导电接触对受到保护。经检测，本发明的连接器带载热插拔500次后，连接器接触电阻小于1mΩ，证明本发明的连接器可支持带载的多次热插拔。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (14)

1.一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于包括：插座(1)和插头(2)，插座(1)和插头(2)配合形成连接器且该连接器能够带电热插拔。

2.根据权利要求1所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：所述插座(1)包括插座壳体(3)、插座绝缘体(4)、插座盖板(5)、耐高压插孔(6)、导电插孔(7)、插座定位爪(8)和插座固定板(9)；

插座(1)的接触件为插孔结构，每组接触件包括1个耐高压插孔(6)和1个导电插孔(7)，每个耐高压插孔(6)和导电插孔(7)上均套有插座定位爪(8)，通过插座盖板(5)将耐高压插孔(6)和导电插孔(7)安装在插座绝缘体(4)中，插座定位爪(8)与插座盖板(5)配合用于耐高压插孔(6)和导电插孔(7)的轴向限位；插座绝缘体(4)设置在插座壳体(3)内部，通过插座固定板(9)将插座盖板(5)固定在插座壳体(3)上，形成插座(1)整体结构。

3.根据权利要求2所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：耐高压插孔(6)和导电插孔(7)在插座绝缘体(4)中对称安装，以保证连接器插拔时受力均匀。

4.根据权利要求2所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：插座定位爪(8)包括前端面(31)、定位后端面(32)和接触件定位收口(33)；接触件定位收口(33)与耐高压插孔(6)或者导电插孔(7)配合，定位后端面(32)与插座盖板(5)配合，前端面(31)和插座绝缘体(4)配合。

5.根据权利要求2所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：所述耐高压插孔(6)包括耐高压基座(36)、弹性片(37)和耐高压触点(38)；耐高压基座(36)的端面(41)上设置有多个安装槽(44)，弹性片(37)的一端***安装槽(44)内，固定连接，弹性片(37)的另一端设置有耐高压触点(38)。

6.根据权利要求5所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：弹性片(37)与安装槽(44)一一对应，安装槽(44)呈中心对称分布。

7.根据权利要求5所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：耐高压触点(38)的接触面为弧形表面。

8.根据权利要求5所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：耐高压基座(36)采用铜合金、铁合金、铝合金或者镍合金材料，弹性片(37)的材料采用锡青铜、铍铜、铜镍合金、铜镍锌合金、铜镍锡合金或者铜锌铝合金，耐高压触点(38)采用钨合金、钼合金、铼合金或者钽合金。

9.根据权利要求1所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：所述插头(2)包括插头壳体(56)、插头绝缘体(57)、插头盖板(58)、耐高压插针(59)、导电插针(60)、插头定位爪(61)和插头固定板(62)；

插头(2)的接触件为插针结构，每组接触件包括一个耐高压插针(59)和一个导电插针(60)，每个耐高压插针(59)和导电插针(60)上均套有插头定位爪(61)，通过插头盖板(58)将耐高压插针(59)和导电插针(60)安装在插头绝缘体(57)中，插头定位爪(61)与插头盖板(58)配合用于耐高压插针(59)和导电插针(60)的轴向限位；插头绝缘体(57)设置在插头壳体(56)内部，通过插头固定板(62)将插头盖板(58)固定在插头壳体(56)上，形成插头(2)整体结构。

10.根据权利要求9所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：耐高压插针(59)和导电插针(60)在插头绝缘体(57)中对称安装，且与插座(1)中相应插孔对应。

11.根据权利要求9所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：耐高压插针(59)的长度大于导电插针(60)的长度，使得耐高压插针(59)先于导电插针(60)接触到插座(1)上的相应插孔。

12.根据权利要求9所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：所述耐高压插针(59)包括插针基座(82)和耐高压接触体(83)；插针基座(82)的端面上设置有安装孔，耐高压接触体(83)为圆柱体，且该耐高压接触体(83)***到插针基座(82)端面上的安装孔中并固定连接。

13.根据权利要求9所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：所述插针基座(82)采用铜合金、铁合金、铝合金或者镍合金材料，耐高压接触体(83)的材料采用钨合金、钼合金、铼合金或者钽合金。

14.根据权利要求12或13所述的一种长寿命大功率热插拔连接器，其特征在于：耐高压接触体(83)的头部为半球面。