矩形連接器簧片式自短路結構的設計與分析

王存燕

(臨沂市龍立電子有限公司，山東臨沂276017)

1 引言

在電氣控制系統某些有特殊要求的場合(如設備誤動作將產生嚴重后果)中要求電連接器在插頭插座分離時有自動短路保護功能，以增強整機的安全性。也就是說配對的插頭、插座在相互分離后，插頭中縱向兩插孔自動導通，處于自短路狀態，而插頭、插座插合后，首先實現接觸件插合，再解除縱向兩插孔的短路功能，恢復到正常連接狀態。本文正是針對這種要求進行的產品開發。

2 自短路結構的設計思想

圖1 矩形連接器結構示意圖

圖1 是矩形連接器示意圖。插頭與插座之間有一個軸向的位移，連接器插合時，插頭與插座互相靠近，同時接觸件也逐漸靠近直至完全插合，而當分離時，情況則相反。自短路功能的要求是:當配對的插頭、插座未插合時，插頭應有自短路功能，插合到位時，插頭自短路功能失效;而當配對的插頭、插座分離后，又自動恢復自短路功能。

可以利用配對的插頭、插座中存在的軸向位移設計適當的自短路結構實現上述功能。自短路結構的設計思想可以表述為:當連接器未插合時，短路件(單個零件或由多個零件組件而成的部件)將連接器中指定的接觸件互相導通，實現短路功能;當連接器插合時，短路件產生相應的位移或變形，插合到位時，短路件相互分離，處于短路解除狀態，而插頭與插座中的接觸件此時正常連接而導通。當連接器分離時，短路件又產生位移或形變，自動逐漸恢復至原來的位置，重新短路。這種設計的優點是解除和實現短路均通過矩形連接器正常插合來完成的，無需其他額外的動作。

3 簧片式自短路結構的設計實現

為了實現矩形連接器的自短路功能，根據自短路結構的設計思想，在插頭內的插孔上增加一個簧片，在絕緣基座上增加絕緣片。在絕緣片的作用下，簧片隨插頭的位置變化而產生形變，從而實現短路或短路解除狀態。具體分析如下:當矩形連接器處于非插合狀態時，插頭上的短路簧片處于圖2a所示的位置，簧片間因彈性擠壓而相互接觸，插孔間相互連通，形成短路狀態;當矩形連接器未完全插合時，接觸件先接觸，實現接觸對的電連接，但用于斷路的插座絕緣片未接觸到短路簧片，插孔接觸件仍處于短路狀態，如圖2b所示;當矩形連接器完全插合時，如圖2c所示，絕緣片將接地簧片完全隔離，插孔間的短路解除，而插頭與插座中的接觸件正常連通。

當矩形連接器分離時，插座絕緣片先脫離短路簧片，插孔立即自動恢復短路功能，而插頭與插座中的接觸件正常連通。當矩形連接器完全分離后，短路簧片及接觸對又恢復至如圖2a所示的狀態。

圖2 矩形連接器插合狀態

4 簧片式自短路結構的可靠性分析

插頭插孔處于短路狀態最基本的要求是短路簧片接觸良好，尤其矩形連接器處于振動、沖擊及加速度的環境時，必須確保接地簧片處于短路狀態。一般來說，短路簧片選用采用彈性良好的鈹青銅材料，其彎曲形狀簡潔而有利于加工，將插孔與短路簧片鉚接后，短路簧片的最高點位置超過基座中心0.5～1mm，另一短路簧片裝入后，兩者之間有一定量的預壓縮，形成正壓力，使得插孔之間具備較好的電氣連接性能，因此，插頭的短路功能是可靠的;當矩形連接器完全插合時，只要保持絕緣片有足夠的強度，且盡可能使絕緣片的寬度大于接地簧片的寬度，插頭上每排插孔間的斷路功能就是可靠的。

另外，并不是短路簧片的預壓縮量越大越好，適當的預壓縮量所產生的接觸電阻是一個定值，超過該壓縮量只能增加壓力和摩擦力，其接觸電阻并無明顯的減少，自短路結構要求的接觸電阻不超過10毫歐即可，經測試，本文設計的簧片結構的接觸電阻符合要求。本公司的產品實物如圖3所示。

圖3 矩形連接器實物圖

5 結束語

本公司生產的帶有簧片式自短路結構的矩形連接器已經實現量產，并應用于所開發的大電流8芯電氣控制設備以及其它電力系統中，產品在使用過程中展示了其很高的安全性、可靠性和耐用性。現正集中精力對其展開進一步的開發和拓展，使產品系列化、規模化。

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