CN110086038A - 板间通用自动插合弹针高速lrm连接器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板间通用自动插合弹针高速LRM连接器，包括LRM插座和与该LRM插座配合使用进行插合连接的LRM插头，LRM插座上的触头插合端有内陷的锥形面，锥形面开口面与插座插合面齐平，锥形面内陷深度为b；LRM插头上的弹针插合端为半圆球形，触头与弹针对应设置且数量相等；弹针插合端高出插头插合面尺寸a且低于插头壳体，a略大于或等于或略小于b，使触头与弹针插合后弹针能紧紧顶住触头内陷的锥形面形成可靠的环线接触，实现电气连接；插头和插座上还均设置有相对应的磁铁，插头插座通过相对应的磁铁自动找正自动吸和。本发明可以自动插合、防错插，弹针与内陷锥形面可保证连接可靠性及避免接触件碰坏，还可用于高速传输。

Description

板间通用自动插合弹针高速LRM连接器

技术领域

本发明涉及连接器技术领域，具体是一种板间通用自动插合弹针高速LRM连接器。

背景技术

在便携式二合一模块对接设计中，需要连接器进行连接传输电源、高速信号，目前参照ASAAC标准，采用的是LRM连接器解决方案，连接器传输速率为3.125Gbps，主要采用传统的针、孔插合的形式进行传输。如图1和图2所示，连接器插头、插座插合时通过机械结构导销和识别导销引导对正防错插。

目前采用的解决方案，LRM连接器采用的是插针、插孔插合的形式，使用机械结构进行引导对正插合。此方式使用不方便且容易碰坏，主要因为：对插前需将识别导销调整到可以防错插的形式；对插时不能自动对正，需要将导销、及导销孔对正后进行插合；稍不注意引起误操作，可能会将导销插到连接器里使产品损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种板间通用自动插合弹针高速LRM连接器，传输速率可以达到6.25Gbps，且可以自动插合、防错插，连接器接触件采用弹针，在插合时弹针既可以浮动又保证了连接的可靠性；使用方便且弹针浮动可以避免使用过程中出现接触件碰坏，既提高了环境适应性又提高了传输速率。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种板间通用自动插合弹针高速LRM连接器，包括LRM插座和与该LRM插座配合使用进行插合连接的LRM插头，所述LRM插座包括触头、固定有多个触头的插座绝缘体、第一磁铁、固定有插座绝缘体的插座壳体、设置于插座壳体法兰盘安装面的第一导电密封圈、横插于插座壳体的第一弹性圆柱销；

LRM插头包括与所述触头对应插合的弹针、插头绝缘体、与所述第一磁铁对应设置且用于与第一磁铁对正吸和的第二磁铁、固定有插头绝缘体的插头壳体、设置于插头壳体法兰盘安装面的第二导电密封圈、设置于插头壳体正面的第三导电密封圈、横插于插头壳体的第二弹性圆柱销；

所述触头与弹针数量相等且对应设置；弹针固定于插头绝缘体，弹针插合端受力可伸缩；

插头绝缘体的正面为平面且相对插头壳体正面内陷形成插头插合面，插座绝缘体的反面为平面且高于插座壳体反面形成用于***插头插合面的插座插合面；

触头插合端为内陷的锥形面，锥形面的开口面与插座插合面齐平，锥形面内陷的深度为b；弹针插合端为半圆球形，弹针插合端高出插头插合面尺寸a且低于插头壳体正面，a略大于或等于或略小于b，插头、插座插合后，弹针能紧紧顶住触头插合端内陷的锥形面，形成可靠的环线接触，实现插头插座的电气连接；

所述LRM插头和LRM插座形成的LRM连接器用于高速传输。

本发明解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现：

前述的连接器，其中，插座壳体法兰盘安装面通过安装孔Ⅰ和螺钉安装固定于面板一侧，插头壳体法兰盘安装面通过安装孔Ⅱ和螺钉安装固定于面板另一侧，插座壳体通过印制板安装孔Ⅰ与印制板固定连接，插头壳体通过印制板安装孔Ⅱ与印制板固定连接，安装孔Ⅰ与印制板安装孔Ⅰ不同侧，安装孔Ⅱ与印制板安装孔Ⅱ不同侧。

前述的连接器，其中，第一磁铁和印制板安装孔Ⅰ位于同侧，均设置在插座壳体正面的两端；第二磁铁和印制板安装孔Ⅱ位于同侧，均设置在插头壳体反面的两端。

前述的连接器，其中，所述LRM插头和LRM插座形成的LRM连接器用于高速传输时，插座绝缘体材料、插头绝缘体材料的介电常数均为ε_r＝3.6，接点排布S＝2.54、接触件直径d＝1。

前述的连接器，高速传输速率可以达到6.25Gbps。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的连接器通过插头和插座上对应设置的磁铁可以自动找正插合防错位，不再需要导销和导销识别；插合状态下，弹针和触头锥形面可以始终保证可靠连接，即使发生错位，但始终是环线接触，提高了连接的可靠性和接触面积，可以满足复杂环境的使用要求；弹针浮动还可以避免使用过程中接触件被碰坏，同时还可以高速传输信号，既提高了环境适应性又提高了传输速率。

附图说明

图1为现有技术LRM连接器插头及其横断面视图；

图2为现有技术LRM连接器插座及其横断面视图；

图3为本发明自动插合弹针高速LRM连接器正面；

图4为本发明自动插合弹针高速LRM连接器反面；

图5为LRM插座成品图；

图6为图5的分解图；

图7为图5的部分剖面图；

图8为LRM插座触头的放大图；

图9为LRM插头成品图；

图10为图9的分解图；

图11为图9的部分剖面图；

图12为LRM插头上的弹针的放大图；

图13为弹针插合端与触头插合端内陷锥形面插合形成环线接触的示意图；

图14为双圆杆型传输模型特性阻抗计算公式中内导体外径d和内导体中心距离S的示意图；

图15为阻抗仿真结果；

图16为串扰仿真结果；

图17为插损仿真结果；

图18为回损仿真结果。

【元件及符号说明】：

1：触头 2：插座绝缘体 3：第一磁铁 4：插座壳体 5：第一导电密封圈 6：第一弹性圆柱销 7：安装孔Ⅰ 8：印制板安装孔Ⅰ 9：弹针 10：插头绝缘体 11：第二磁铁 12：插头壳体13：第二导电密封圈 14：第三导电密封圈 15：第二弹性圆柱销 16：插座壳体法兰盘安装面17：插头壳体法兰盘安装面 18：安装孔Ⅱ 19：印制板安装孔Ⅱ 20：触头内陷的锥形面 21：插座插合面 22：插头插合面 23：插座反面 24：插头正面 25：插座正面 26：插头反面 27：触头插合端 28：弹针插合端 29：插针 30：识别导销Ⅰ 31：导销 32：识别导销Ⅱ 33：线簧孔34：导销安装孔

具体实施方式

为进一步阐述本发明采取的技术手段和技术效果，以下结合实施例，对本发明进行详细说明。

为便于描述，本发明所述的“正面”、“反面”、“左”“右”等方位用词均是基于附图所示视图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明自动插合弹针高速LRM连接器包括LRM插座和与该LRM插座配合使用进行插合连接的LRM插头，LRM插座包括触头1、插座绝缘体2、第一磁铁3、固定有插座绝缘体的插座壳体4、第一导电密封圈5、第一弹性圆柱销6等，如图6所示。多个触头镶嵌固定在插座绝缘体中，插座壳体法兰盘安装面16的安装孔Ⅰ7(法兰盘面安装孔Ⅰ数量不限，图4所示为4个)通过螺钉安装固定于面板一侧，印制板安装孔Ⅰ8(印制板安装孔Ⅰ数量不限，图3及图5所示均为2个，左右两端各一个)通过螺钉固定印制板；插座壳体两端的第一磁铁3可以使其与插头上的第二磁铁11自动找正吸合；插座插合面21为平面且相对插座壳体凸出，插头插合面22为平面且相对插头壳体凹陷，插座插合面与插头插合面插合后，前端为内陷锥形面20的触头(如图8所示)与插头上的弹针圆头(如图12所示)形成可靠的环线接触，实现电气连接。

LRM插头包括与所述触头对应插合的弹针9、插头绝缘体10、与所述第一磁铁对应设置且用于与第一磁铁对正吸和的第二磁铁11、固定有插头绝缘体的插头壳体12、第二导电密封圈13、第三导电密封圈14、第二弹性圆柱销15等，多个弹针固定在插头绝缘体中，弹针插合端(弹针针头)受力可径向伸缩。插头壳体法兰盘安装面17的安装孔Ⅱ18(法兰盘面安装孔Ⅱ数量不限，图3所示为4个)通过螺钉安装固定于面板另一侧，印制板安装孔Ⅱ19(印制板安装孔Ⅱ数量不限，图4所示为2个，左右两端各一个)通过螺钉固定印制板。

所述触头和弹针的数量相等均为多个，且触头与弹针的位置对应设置。

所述的插座插合面21是指插座绝缘体的反面，插座绝缘体的反面是指位于插座壳体反面23的一面，插头插合面是指插头绝缘体的正面，插头绝缘体的正面是指插头绝缘***于插头壳体正面24的一面，所述的插头正面和插座反面的视图如图3和图4所示。

进一步，插座插合面21高于插座壳体反面23且为平面，高出的尺寸为H；插头插合面22为平面且相对插头壳体正面24内陷，内陷的深度尺寸为h。最好是H＝h，使插头插座插合后插头插合面和插座插合面能接触，且插座壳体反面23与插头壳体正面24也能接触。

触头插合端27为内陷的锥形面，锥形面的开口面与插座插合面齐平，锥形面内陷的深度为b；触头另一端即触头后端高于插座绝缘体正面25，如图3和图5所示。弹针用于与触头插合实现电气连接的插合端为半圆球形，弹针插合端28高出插头插合面22尺寸a且低于插头壳体正面24，弹针另一端即弹针后端高于插头绝缘体反面26，如图11所示。

进一步，a略大于或等于或略小于b，保证插头和插座插合后，弹针能紧紧顶住触头插合端内陷的锥形面且最好使插头插合面和插座插合面能接触，形成可靠的环线接触，实现插头插座的电气连接。

进一步，第一磁铁和印制板安装孔Ⅰ均可以设置在插座壳体正面的两端，如图3和图6所示。第一磁铁可以是镶嵌式设置，第一弹性圆柱销6横插于插座壳体。第一导电密封圈5设置于插座壳体法兰盘安装面16，与法兰盘面安装孔Ⅰ7同侧，印制板安装孔Ⅰ与法兰盘面安装孔Ⅰ不同侧。

进一步，第二磁铁11和印制板安装孔Ⅱ19均可以设置在插头壳体反面的两端，第二磁铁可以是镶嵌式设置，第二弹性圆柱销15横插于插头壳体。第二导电密封圈13设置于插头壳体的法兰盘安装面，与法兰盘面安装孔Ⅱ18同侧，印制板安装孔Ⅱ与法兰盘面安装孔Ⅱ不同侧。第三导电密封圈14设置于插头壳体正面24，如图3和图11所示。

本发明在插合时，插头正面与插座反面相对进行插合，插合时，插座上的第一磁铁与插头上的第二磁铁自动相吸使插头和插座自动对正进行自动插合，不再需要导销和识别导销，也不再需要人工插合。弹针插合端***触头插合端内陷的锥形面后，由于触头插合端内陷的锥形面开口直径大，越往底部直径越小；而弹针上下直径均一，弹针前端为同直径的半圆球面，插合后，弹针的弹簧受力被压缩，对弹针产生反向的作用力，使弹针始终紧紧顶住触头内陷的锥形面，促使弹针与触头锥形面之间形成非常牢固、可靠的圆环形接触(环线接触)，如图13所示，实现插座与插头的电气连接。即使连接器处于振动冲击的环境中也不会对其连接可靠性产生影响。而原有插针与插孔的接触面是点式接触，要么是面面接触，点式接触接触面积过小，接触不可靠；面面接触无法实现，两者在振动冲击环境中容易滑动错位，影响插头与插座连接的可靠性，对实际应用产生很大影响。本发明的圆形弹针与触头锥形面插合后，即便由于震荡错位，但接触面始终是环线，且弹针能始终紧顶锥形面，电气连接牢固可靠。

本发明的连接器可同时实现高速信号传输，下面以一种具体实施例来详细说明：

双圆杆型传输模型特性阻抗计算公式：

式中：ε_r为介质的相对介电常数；

d为内导体的外径；

S为内导体的中心距离(如图14所示)。

在高速信号传递中，以绝缘体材料介电常数为ε_r＝3.6，接点排布S＝2.54、接触件直径d＝1的组合进行计算，特性阻抗达到Z₀＝100±10Ω便可以传输高速信号。HFSS仿真结果为：阻抗100±10Ω，仿真计算结果91.6～106Ω；串扰＜-25dB，仿真结果-29dB；插损＞-3dB，仿真结果-2.25dB；回损＜-5dB，仿真结果-12.48dB，通过仿真计算结果可知，本发明连接器选择绝缘体材料介电常数为ε_r＝3.6，接点排布S＝2.54、接触件(即弹针或触头)直径d＝1时，可以满足高速传输的要求，经测试，高速传输速率可以达到6.25Gbps。仿真结果如图15-图18所示。但是本发明的连接器不限于上述组合，还可以根据需要选择其它介电常数的绝缘体材料及其它接点排布和接触件直径进行组合，只要仿真计算结果符合高速传输要求即可。

综合以上，本发明的连接器不仅可以自动找正自动插合，插合状态下，还可以始终保证连接的可靠性，可以适用于复杂环境的使用要求，弹针浮动还可以避免使用过程中出现接触件碰坏，同时还可以高速传输信号，既提高了环境适应性又提高了传输速率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种板间通用自动插合弹针高速LRM连接器，包括LRM插座和与该LRM插座配合使用进行插合连接的LRM插头，其特征在于LRM插座包括触头、固定有多个触头的插座绝缘体、第一磁铁、固定有插座绝缘体的插座壳体、设置于插座壳体法兰盘安装面的第一导电密封圈、横插于插座壳体的第一弹性圆柱销；

LRM插头包括与所述触头对应插合的弹针、插头绝缘体、与所述第一磁铁对应设置且用于与第一磁铁对正吸和的第二磁铁、固定有插头绝缘体的插头壳体、设置于插头壳体法兰盘安装面的第二导电密封圈、设置于插头壳体正面的第三导电密封圈、横插于插头壳体的第二弹性圆柱销；

所述触头与弹针数量相等且对应设置；弹针固定于插头绝缘体，弹针插合端受力可伸缩；

插头绝缘体的正面为平面且相对插头壳体正面内陷形成插头插合面，插座绝缘体的反面为平面且高于插座壳体反面形成用于***插头插合面的插座插合面；

触头插合端为内陷的锥形面，锥形面的开口面与插座插合面齐平，锥形面内陷的深度为b；弹针插合端为半圆球形，弹针插合端高出插头插合面尺寸a且低于插头壳体正面，a略大于或等于或略小于b，插头、插座插合后，弹针能紧紧顶住触头插合端内陷的锥形面，形成可靠的环线接触，实现插头插座的电气连接；

所述LRM插头和LRM插座形成的LRM连接器用于高速传输。

2.如权利要求1所述的连接器，其特征在于插座壳体法兰盘安装面通过安装孔Ⅰ安装于面板一侧，插头壳体法兰盘安装面通过安装孔Ⅱ安装于面板另一侧，插座壳体通过印制板安装孔Ⅰ与印制板固定连接，插头壳体通过印制板安装孔Ⅱ与印制板固定连接，安装孔Ⅰ与印制板安装孔Ⅰ不同侧，安装孔Ⅱ与印制板安装孔Ⅱ不同侧。

3.如权利要求1所述的连接器，其特征在于第一磁铁和印制板安装孔Ⅰ位于同侧，均设置在插座壳体正面的两端；第二磁铁和印制板安装孔Ⅱ位于同侧，均设置在插头壳体反面的两端。

4.如权利要求1所述的连接器，其特征在于所述LRM插头和LRM插座形成的LRM连接器用于高速传输时，插座绝缘体材料、插头绝缘体材料的介电常数均为ε_r＝3.6，接点排布S＝2.54、接触件直径d＝1。

5.如权利要求1或4所述的连接器，其特征在于高速传输速率达到6.25Gbps。