最近搜索 清空历史记录

浅析电机用连接器的选型要求 电机用连接器选型核心标准

连接器,从广义上说,根据其传输的信号类型如电、光、流体、机械力等,包括电连接器光连接器流体连接器机械连接器等;从狭义上说,在无特别限定的情况下,连接器通常指电连接器

(图1)

 

电连接可分为永久性、半永久性和可卸式连接三类。永久性连接如熔焊、压接;半永久性连接如钎焊,绕接;而电连接器则属于可卸式连接。其核心功能是端接导体并与相应配对元件进行连接和分离,从而控制电路的通断。它基于电接触原理,借助机械力或电信号完成电路的通断操作,并在五个互连层面实现可卸式电连接:元件至印制电路板(PCB)、PCB至PCB、底板至底板、组件至输入/输出(I/O)端口以及系统。

(图2)

 

连接器的分类方法较多,按外形结构分为圆形连接器矩形连接器。按连接方式分为螺纹连接(一般螺纹和三头螺纹)、卡口连接直插式连接的连接器。按安装方式分为自由端连接器(插头)和固定端连接器(插座)。其中,固定端连接器又可细分为螺母安装连接器法兰安装连接器焊接安装连接器;自由端连接器则包括一般插头和屏蔽插头。按使用特征分为通用连接器和特种连接器,特种连接器涵盖滤波、高压、分离脱落连接器等。

 

尽管分类方法较多,但是这些电机用连接器都有共同之处。连接器核心特性参数均由电气性能指标、机械性能指标和环境性能指标构成具体如下:

 

(一)电气性能指标

主要包括介质耐电压、接触电阻、绝缘电阻等,这些指标直接决定连接器在电路中的电气传输稳定性与安全性。

(二)机械性能指标

主要包括啮合力、分离力、机械寿命等,反映连接器在插拔、连接过程中的机械稳定性和耐用性。

(三)环境性能指标

主要包括冲击(规定脉冲)、高频振动、温度冲击、盐雾腐蚀等,体现连接器在不同环境条件下的适应能力和可靠性。

(图3)

 

近年来,随着电子产品的发展,功能化连接器越来越多,在特定环境下选用高性能、小型化的连接器以满足整机系统的需求。如机车电源伺服中选用大电流传输的连接器,激光陀螺上选用传输高电压的连接器。对目前微电机上使用的连接器大多以小体积、高性能为主,选择合适的连接器能提供可靠的连接及满足产品的可靠性、维修性、适应性和经济性。无论是永久性的还是半永久性的,都必须根据其应用准则来选择。以下准则必须考虑:额定电流、工作电压、外形结构、安装形式、安装空间、芯数和环境参数等。

 

1 额定电压和电流

额定电压又称为工作电压,主要取决于连接器使用的绝缘材料及接触对之间的间距,其核心通过介质耐压指标体现——介质耐压越高,连接器可承受的工作电压越高。

(图4)

 

连接器的耐压要求需符合国际电工委员会标准IEC62368-1的安全规定,具体计算方式为:通过查表结合1.6倍安全系数,再进行污染/海拔修正试验电压

 

第一步,按峰值工作电压U_peak查表得基础耐压按瞬态过电压等级(OVC)查表得耐压,再乘1.5倍安全系数。

第二步,用修正系数一次性调到位

污染等级PD:PD2=1.0,PD3=1.2,PD4=1.8

海拔修正:>2000m时,每升高1000m再乘约1.1

绝缘类型:基本绝缘用表值,加强绝缘再乘1.5

 

额定电流又称工作电流是指连接器在正常工作时可承受的电流值,低于该值时连接器可稳定运行。但在传输大电流时,需通过热设计满足额定电流要求——由于接触对存在导体电阻和接触电阻,电流流过时会产生热量,若温度过高,可能破坏绝缘材料或导致接触对表面镀层软化,引发故障。

 

接触件额定电流可通过载流容量曲线计算确定。从热设计角度,载流过大导致温升过高会损坏产品,但也不可因过度放大安全系数而用大型连接器传输小电流,需在满足电流容量的同时控制温升不超过允许值。对于多芯连接器,额定电流必须降额使用以限制内部温升,例如3.5mm接触对的单芯额定电流通常为50A,而5芯时需降额33%,每芯额定电流降至38A,且芯数越多,降额幅度越大。

 

 一般连接器技术规范中规定连接器能承受的额定电流、额定电压及环境温度范围,其中上限温度为连接器工作时内部的最高热点温度

 

2 安装形式

无论圆形还是矩形连接器,安装形式主要有面板安装、盒式安装,圆形连接器可采用螺帽式安装,安装形式的选择由设计结构和使用空间决定。对于微电机,因同芯数下矩形连接器的空间占比小于圆形连接器,故多采用矩形面板安装。

 

3 产品接触件结构

所谓接触件就是插针与插孔,为保证接触的可靠性,常常会选用绞线插针,俗称麻花针。这是一种结构独特的高可靠接触件,尺寸可做得很小但可靠性仍很高,很好地克服了小型化与高可靠性这一矛盾。

 

绞线插针由3根铜线作内圈、7根弹性铜线作外圈,内外圈反向绞合,两端熔焊;插针中部凸起,凸起部分外切圆直径大于插孔内径,工作时因受力产生压缩变形和轴向旋转伸长,外圈7根铜线与插孔形成7线接触。这种结构构成并联系统,大幅提升接触可靠性,与圆孔开槽类插孔相比,具有尺寸小、可靠性高、抗振动、耐冲击、接触电阻小、插拔力小且柔和等特点,在强冲击和振动环境下仍能保持可靠接触,使用寿命长。

(图5)

 

4 连接形式和使用环境

连接器的锁紧形式取决于使用空间和使用频率:空间狭小、使用频繁时宜选用自动锁紧机构;震动场合或导线上有轴向载荷时,为防止意外分离,应选用螺钉锁紧机构。带锁紧结构的连接器需在分离前先打开锁紧机构。

 

其次在选用连接器,还要考虑其使用的环境性能

连接器的环境性能要求是由连接器预定使用的场合来确定的,为了预先了解连接器的耐环境性:确定连接器在各种环境下工作的最低性能要求,保证连接器能正常工作,规定了许多环境试验方法,其中有些是尽可能模拟连接器的严苛使用环境,有些是人为地进行一种加速试验,以获得有意义的比较数据。常见的环境性能包括耐温、耐潮湿、耐盐雾、耐振动和冲击等等

 

4.1 湿度:相对湿度大于80%是电击穿的主要诱因,潮湿环境会导致水蒸气在绝缘材料表面吸收扩散,使绝缘电阻降至MΩ及以下,长期高湿还可能引发物理变形、分解等问题。设备外部连接器需考虑潮湿、水渗和污染环境,应选用密封连接器(分气密型和水密型),水密、尘密连接器的防护等级通常按GB4208的外壳防护等级表示。

 

4.2 温度:普通电机用连接器(如电子谷M12连接器的工作温度范围通常为-40℃~125℃(采用PBT或PA66材料),特种高温场景(如高温电机)可选用陶瓷绝缘连接器,最高工作温度达200℃。且工作温度≠环境温度,而是环境温度与接点温升之和(即电流负载和环境温度综合形成的最高内部热点温度)。长期极限高温会导致绝缘体老化、金属弹性件应力松弛;低温会使橡胶件变硬、弹性降低;温度剧烈变化可能因热胀冷缩应力导致裂纹或镀层分离。选型时需结合使用环境温度和工作功率,确认连接器规定的工作温度是否满足需求。

 

4.3 耐盐雾:在含潮气和盐分的环境(如海洋气候)中,连接器的金属结构件、接触件表面镀层可能产生电化腐蚀,影响物理和电气性能。盐雾试验可评价其耐受能力,壳体基体材料(复合材料、铝合金、铜合金、不锈钢等)需经表面处理以满足不同盐雾等级要求为满足盐雾要求,连接器壳体推荐采用铝合金+锌镍合金镀层(盐雾测试≥1000h)或不锈钢材质(盐雾测试≥5000h)。

 

4.4 霉菌:霉菌会侵蚀材料中的有机成分,导致绝缘体结构破坏、强度降低等问题。连接器设计中需选用霉菌指标达标的非金属材料,并通过与实际工作条件相似的试验(参照国家相关标准)评价抗霉菌能力,确保在多霉菌环境中安全可靠使用。一般连接器霉菌等级需符合GJB150.10B-2021,非金属材料应选用防霉等级0级-无霉菌生长或1级-轻微生长且不影响性能的材料。

(图6)

 

其实,连接器的可靠性由固有可靠性和使用可靠性共同决定固有可靠性取决于产品设计、工艺、制造、管理及原材料性能等;在固有可靠性达标的基础上,正确选型对最大限度发挥连接器及设备性能具有重要意义。上述结论是基于电子谷科技专业团队对电机用连接器选型经验,从连接器的额定工作电流、额定工作电压、安装形式、接触件结构连接形式和使用环境等方面,梳理了电机用连接器的一般选型要求,为客户在实际应用中进行连接器选型提供参考。

上一篇: 电连接器设计基础以及主要规范有哪些?
下一篇: M12连接器在交通与工业环境中广泛应用的技术机理及标准化支撑详析