一種新型高載流冠簧端子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

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(上海航天科工電器研究院，上海，200331)

1 引言

新能源汽車高壓大電流連接器為實(shí)現(xiàn)大電流連接，一般均采用扭簧端子。現(xiàn)有的彈性簧片是一組呈一定角度且相互平行的柵格，故彈性簧片與連接插針的接觸面積較小，而且接觸面集中在筒形軸線的中間位置。目前的連接器彈性簧片端子為獲得更大的接觸面積，在生產(chǎn)制程中均需進(jìn)行人工扭轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致其制程復(fù)雜，且產(chǎn)品易變形損壞修復(fù)難度大，進(jìn)而導(dǎo)致制造和勞務(wù)成本過(guò)高。另：現(xiàn)有連接器其接觸面一般為單葉雙曲面結(jié)構(gòu)，接觸面積較小，且端子制造出來(lái)后若后期調(diào)整接觸正壓力、接觸面積等參數(shù)使則不易調(diào)整，均需重開(kāi)模具。

有鑒于此，提供一種接觸面積大，導(dǎo)通能力強(qiáng)，不需人工扭轉(zhuǎn)且制造工藝簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用和普及用于導(dǎo)通的高載流端子成為必要。

2 高載流冠簧端子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

此高載流冠簧端子是一種多觸點(diǎn)式電連接器母端子，其包括圓筒形主體，所述主體側(cè)壁上設(shè)有若干彈性簧片：彈性簧片Ⅰ、彈性簧片Ⅱ&彈性簧片Ⅲ(如圖1所示)。彈性簧片Ⅰ兩端分別位于所述圓筒形主體的端部，其呈簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。兩彈性簧片Ⅰ之間為彈性簧片Ⅱ&彈性簧片Ⅲ，彈性簧片Ⅱ&彈性簧片Ⅲ均為一端連于圓筒形主體的懸臂梁結(jié)構(gòu)，且兩者交錯(cuò)倒置。采用此結(jié)構(gòu)的端子其減少了接觸電阻，插拔力更穩(wěn)定且插拔壽命更高；在強(qiáng)烈的振動(dòng)沖擊環(huán)境中也可保持電接觸的高可靠性；在接觸壓力和原材料不變的狀態(tài)下，其載流能力更高。

彈性簧片Ⅰ為上、下兩端寬中間窄的結(jié)構(gòu)且彈性簧片Ⅰ沖壓有向內(nèi)凹的弧形部，且相鄰兩彈性簧片Ⅰ弧形部位置不同，凹陷部在軸向上為分層分布；

彈性簧片Ⅱ&彈性簧片Ⅲ均為兩端窄中間寬的紡錘形結(jié)構(gòu)；彈性簧片Ⅱ&彈性簧片Ⅲ不連于圓筒形主體的一端沖壓有倒角，確保插針插入時(shí)其與外套筒柔滑過(guò)渡 。彈性簧片Ⅱ&Ⅲ沖壓有向內(nèi)凹的V字形部，以確保高壽命與柔和的插拔力 ，且V字形部的頂點(diǎn)處沖壓有球狀凸起部1，從而確保確保接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)與接觸可靠性。詳見(jiàn)圖2。

彈性簧片Ⅰ、Ⅱ&Ⅲ連于圓筒形主體處均沖壓有向外凸的球狀部2，可確保接觸可靠性；

所述的彈性簧片Ⅰ、彈性簧片Ⅱ&彈性簧片Ⅲ沿圓周方向交替分布；采用此結(jié)構(gòu)可使接觸點(diǎn)大大增多，減少了接觸電阻、插拔力更穩(wěn)定且插拔壽命更高；在強(qiáng)烈的振動(dòng)沖擊環(huán)境中也可保持電接觸的高可靠性；在接觸壓力和原材料不變的狀態(tài)下，其載流能力更高。

其優(yōu)點(diǎn)在于：

①獨(dú)特的雙觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可保證更大的接觸面積；

②獨(dú)特的彈性簧片結(jié)構(gòu)，可確保端子承受更高的機(jī)械壽命；

③端子為沖壓制程，取消了人工扭轉(zhuǎn)制程，節(jié)省人力且提高了效率，同時(shí)確保產(chǎn)品的一致性。

④端子材料采用國(guó)外特殊高性能鈹銅合金，可確保極低的接觸電阻及溫升。

圖1 多觸點(diǎn)式電連接器母端子

3 高載流冠簧端子制造工藝

制造工藝主要為沖壓制程，將一金屬薄片沖壓成若干凹陷與凸起特征并進(jìn)行卷圓，形成高載流冠簧端子。詳細(xì)制造工藝流程如下：

①對(duì)金屬薄片進(jìn)行沖壓，使之形成具有多個(gè)相互交錯(cuò)的彈性簧片Ⅰ、Ⅱ&Ⅲ，且彈性簧片Ⅱ&Ⅲ沖壓球狀凸起部1，彈性簧片Ⅰ兩端沖壓有球狀凸起部2(如圖2所示)；

②沖壓彈性簧片Ⅰ凹陷部、彈性簧片Ⅱ&Ⅲ V字形凹陷部、彈性簧片Ⅲ 球狀凸起部2；

③端子進(jìn)行沖壓卷圓，最終一個(gè)兩端開(kāi)口的圓筒形結(jié)構(gòu)；

圖2 端子展平示意圖

4 相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證

4.1 接觸電阻測(cè)試

如下圖3所示，初始接觸電阻為0.04 mΩ。

10000次壽命后接觸電阻仍為0.04mΩ(圖4所示)。(插針為10mm)

圖3 壽命前接觸電阻測(cè)試圖

圖4 壽命后接觸電阻測(cè)試圖

4.2 插拔力測(cè)試

插拔力數(shù)據(jù)及測(cè)試圖如下所示。將高載流冠簧端子(內(nèi)徑10mm)組裝成成品測(cè)試插拔力，初始插入力為21.9N，10000次壽命后插入力為19.5N；初始拔出力為20.1N，10000次壽命后拔出力為19.2N。插拔力數(shù)據(jù)詳見(jiàn)下表1所示。

圖5 插拔力測(cè)試機(jī)

NO.插入力(N)拔出力(N)壽命前壽命后壽命前壽命后123.119.721.619.1221.919.820.319.1321.819.419.918.7420.619.219.219.6522.319.419.519.4平均值21.919.520.119.2

4.3 溫升測(cè)試

端子合件配合處溫升為32.2℃, 遠(yuǎn)小于汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)55℃。(10mm插針，250A電流)

圖6 溫升測(cè)試點(diǎn)

NO.室溫(℃)測(cè)點(diǎn)溫度(℃)測(cè)點(diǎn)溫升(℃) 1:Plug尾端OT端子處 2:Plug壓接導(dǎo)線處3:Plug與端子配合處4:壓接套筒壓接導(dǎo)線處 5:壓接套筒尾端OT端子處20.8℃ 44 ℃23.2 ℃50 ℃29.2 ℃53 ℃32.2 ℃48 ℃27.2 ℃45 ℃24.2 ℃

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，此高載流冠簧端子具有接觸面積大、導(dǎo)通能力強(qiáng)、插拔柔和且極高的機(jī)械壽命等優(yōu)勢(shì)，并獲得客戶一致認(rèn)可。

此高載流冠簧端子采用沖壓制程，故可根據(jù)客戶需求輕松調(diào)整接觸正壓力、接觸面積等參數(shù)。同時(shí)因其取消了常規(guī)的扭轉(zhuǎn)制程，極大的提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品的一致性。