专利名称：电连接器和具有与不同中心线间隔的触点接合的触点阵列接口的系统的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及到电连接器(electrical connector)，更特别的，涉及到与由于设计变动具有不同的中心线间隔的触点配合的电连接器。
背景技术：
特定的电子系统，如，例如，电缆与存储板互连系统、板与板的互连和包括大量相互线性布置的对接触点(interface contacts)的背面连接系统。对接触点被设计成触点间相互具有预定中心线间隔的位置。对接触点间的中心线间隔，不管怎样，由于构建和装配系统过程中的制造公差，实际上可能改变，由于大量触点，公差累积，使在一条直线上的触点与连接器组件对接是有问题的。尤其，公差可导致成一直线的触点和相应的连接器的触点不对齐，所述连接器触点也相互以预定的中心线间隔排列。对接触点的这种不对齐可导致成一直线的触点中的一个或多个接触到连接器中的同样触点，因此使对接触点相互短路。对接触点的不对齐也可导致一些触点与连接器的任一触点都没有电连接。
在具有层叠组件和大量与连接器相配的相应触点的应用中这样的问题尤其突出。这样的结构用于现存和出现的工程技术中，在电连接器方面引入新的需求。例如，燃料电池技术利用布置成叠层的大量导电板，使用中，需要监控板上的电压。因此，每块板上都设置有电触点，触点与层叠组件里处理板上电压的电路板对接以达到监控目的。触点沿着其端部边缘固定在每个板上，但在层叠组件中板的宽度易于存在加工公差，该公差在层叠组件中大量的板上累积。由于公差累积，在燃料电池层叠组件的板中的一些触点的实际中心线间隔可变到高达层叠组件中的板的额定中心线间隔的100％或更大。层叠组件中触点中心距的这种偏差有损于使用传统连接器将板的触点与电路板相连接的应用。不同的触点中心距或阻止连接器与板触点的完全配合，或引起触点的短路和/或连接器和层叠组件触点之间开路。
发明内容
通过一种电连接器来提供解决方案，该电连接器用于配合以额定节距值互相分开的多个触点，其中电连接器包括接触面阵列，该接触面阵列具有在垂直于多个触点和接触面阵列之间的配合方向的方向上测量的第一尺寸，第一尺寸大于额定节距值，因此尽管实际偏离于额定节距，仍确保触点与接触面的电连接。
现在将通过示例并参考其中的附图描述本发明图1是包括根据本发明的实施例形成的连接器的一个示范电子系统的局部透视图。
图2是图1所示系统的又一局部透视图。
图3是图1和2所示系统的一部分的局部透视装配图。
图4是图1-3所示电路板的顶部俯视图。
图5说明具有按照本发明的实施例形成的连接器组件的电子系统的一个替代实施例。
图6是用于图5所示系统的触点组件的透视图。
图7是具有根据本发明形成的连接器组件的电子系统的另一个实施例的局部透视图。
图8是除去连接器图7所示的系统的局部透视图。
图9是与图8类似的视图，但局部被去除。
图10是图7所示连接器前面透视图。
图11是图7所示系统的第一装配图。
图12是图7所示系统的第二装配图。
具体实施例方式
图1和2是电子系统100实施例的局部透视图，该电子系统包括适于接合变化的中心线上的触点的示范连接器组件102如下所述。
在一个实施例中，连接器组件102通过对接链路106如线束将燃料电池层叠组件104与监控设置(未示出)对接。对接链路106又连接到监控模块108，该模件处理从燃料电池104通过连接器组件102和对接链路106传送的信号。因此，监控模块108可用于监控燃料电池层叠组件104的操作，用于试验和/或诊断的目的。虽然在燃料电池104和监控模块108对接的方面来描述连接器组件102，但是试图将发明的益处自然增加到连接器组件102之外的应用中，而燃料电池104仅仅是一个示例性的装置，它体现了连接器组件102所克服的触点中心线间隔方面的问题。因此，这里所作的描述仅仅是为了说明目的而不是想将发明限定在任何特定的最终用法或应用中。
燃料电池层叠组件104是公知的将气体燃料，如重整天然气，采用熟知的方法与空气反应以产生电力的单元。燃料电池层叠组件104包括多个布置成叠层的导电板110。如下所解释，操作中，板触点(图1中未示出)被选择地附着到一些或全部板110上，板触点允许监控模块108，经过连接器组件102，去监控燃料电池104相应板110的电压。在燃料电池中每块板110有预定的额定厚度，以板110之间预定的额定间隔值将板110布置成叠层，它的总数有时称为板110的额定节距值P，即，板110的叠层被设计成具有在垂直于板110平面的方向测量的重现尺寸(reoccurringdimension)P值，从一个板的边缘穿过板的厚度到相邻板的边缘。理论上，按照设计参数在燃料电池层叠组件104中，板110以同样的距离P重复布置。
事实上，每块板的厚度和板的间隔易受加工公差的影响，燃料电池层叠组件104中实际尺寸P可能稍微偏离板厚度的额定值和任意两相邻板的额定间隔值。通过燃料电池层叠组件104中多个板110，板两侧的尺寸P的变动会累积，并且在层叠组件中在给定板110的理论位置和层叠组件中它的实际位置间产生一个显著偏差。在有大量的板110(如，50块板)的层叠组件中，偏差可高达额定值P的100％或更大。作为一个示例，考虑多个板n从1到n，层叠组件中的第n块板理论上位于距层叠组件中的第一块板的n*P距离处，但实际上，由于加工公差的累积，层叠组件中的第n块板可能距第一块板的距离在(n*P+P)到(n*P-P)范围内。层叠组件中板110的位置的这种可变性产生了连接到板110的触点的可变性。与已知的连接器不同，但是，连接器组件102完全能够包涵在触点位置上的这种偏差，如下面详细说明的。
在一个实施例中，连接器组件102包括覆盖板触点的绝缘(例如非导体)壳体112。壳体112包括上部114和下部116，它们各自限定缝隙118和120。缝隙118、120容纳相应电路板122和124的前边缘121、123，有时称为节距扩展板。连接器126安装于板122和124上，用对接链路106将板122和124对接。
图2说明系统100，其中对接链路106和下板124被去除。连接器组件102的壳体112包括多个单独的壳体130，共同形成在燃料电池层叠组件的相对侧132、134之间延伸的缝隙118和120。壳体130分别附着到层叠组件中的每个板110上，因此，如上所述，层叠组件中壳体130的位置可能与额定间隔值或节距P不同。每个壳体130包括上部114和下部116，上部和下部114和116中的一个包括从板110延伸的触点。板112和124(图1)可插入缝隙118和120中以及从狭缝118和120中移出，以与壳体130中的板触点建立板边缘连接，最后将监控模块108与板110的层叠组件实现电连接。从而实现板触点的快速连接和断开，连接器组件102可以适应由于在制造和布置板110中加工公差的累积带来的触点位置变化。
图3说明燃料电池114的板110，其中壳体112(图1)和从板110的边缘142伸出的板触点140被去除。在一个实施例中，板110用熟知的模制加工方法制造，包括在其端部边缘142的凹槽144和146，凹槽144和146基本上处于板110厚度的中心，虽然认识到在替代实施例中凹槽144和146可另外形成且定位在不在板110的中心的位置。凹槽146在距板110的顶边148第一个距离基本排列为一排，凹槽144在距板110的顶边148第二个距离基本排列为一排。因此，凹槽144和146在板110的端部边缘142上在第一和第二排延伸并确定凹槽144、146的二维阵列。每个板110包括凹槽144和凹槽146，凹槽144和146形状和尺寸相似以便于容纳板触点140。因此，板触点140可定位于每个端部边缘142的两个位置，即第一个凹槽144或第二个凹槽146中。虽然描述了两排凹槽144、146，在可选择实施例中可设置更多排的凹槽是不言而喻的。
如图3所说明的，板触点140选择性的位于凹槽144和146的二维阵列中，即，并非全部凹槽144、146都包括板触点140。在一个实施例中，如图3所示，板触点140被设置在每个板的一个或其他凹槽144和146中，但不是两个。进一步，板触点140设置在层叠组件中的每隔一个板110的凹槽144中，且位于板的凹槽146中的板触点140处于二者之间。即，层叠组件的板110包括具有凹槽144中的板触点140的板和具有凹槽146中的板触点140的板一个交替的次序。通过实例方法，认为在层叠组件中板的数目n计为1到n，偶数板将包括凹槽144中的板触点，奇数板将包括凹槽146中的板触点140，反之亦然。结果在二维阵列中，板触点设置成与相邻板110上另一个互相斜对，板触点140互相交错成锯齿形图案横过板110的端部边缘142。在二维阵列中板触点140在不同标高的交错的结果有助于适应板触点140的位置的公差累积。
虽然在说明的实施例中，板触点140设置在燃料电池层叠组件的每块板110上，并因此，每块板可用监控模块监控(图1)。在可选择实施例中设置几个板触点140，其中不是所有板110都被监控模块108监控是不言而喻的，而且在这样一个具有几个板触点140的实施例中，保护触点的壳体130(图2)的数目可相应减少。
在一个实施例中，每个板触点140包括一个可插入凹槽144、146的底座(未在图3中示出)，并包括第一和第二个支架150和152，它们从板110的端部边缘142伸出。当板122和124的板边缘121、123(图1)插入其间时支架150和152可弹性的偏移。因为凹槽144和146每个都在板厚度尺寸的相同位置(例如，在一个实施例中在板厚度的中心位置)，板触点140的中心线间隔易受相邻板110之间的节距P影响而变化。
图4是一示例板122的顶部俯视图，该板包括触点接合面160和模块接合面162。触点接合面160包括多个触点垫片164，它们沿板边缘163成一直线，该板边缘适于插入板触点140的触点支架150和152之间(图3)。板边缘163伸出足够长度以跨过在板110的层叠组件中板触点140二维阵列中的一排板触点140，每个触点垫片164沿板163伸出尺寸L1(在垂直于板触点140和触点垫片164之间配合方向测量)，该尺寸L1大于板110的层叠组件的额定节距值P。在一个实施例中，L1近似于P值的两倍，因此当前边缘121(图2)容纳于壳体130的狭缝118(图2)中时，板触点140(图3)中的选定一个可以从基于额定值P的理论位置变化达到100％，并在触点接合面160板触点与各自的触电垫片164仍然保持电连接。在其它实施例中按理想或按需要采用L1和P的比例可大些或小些，以确保板触点140与触点接合面160的接合是不言而喻的。
另外，因为板触点140在交替的板110上的互相交错斜对，层叠组件相邻板中板触点140可能不和在板122的触点接合面160上的同一触点垫片164接合。更准确地说，因为在板触点140的二维阵列中触点交错，层叠组件中相邻板触点140分别接合不同的电路板122、124，避免了在板的触点接合面160板触点短路，甚至当板触点140在层叠组件中彼此比理论节距值P更接近。
模块接合面162包括多个触点垫片166，该垫片小于触点接合面160的触点垫片164，触点垫片166的尺寸L2(在垂直于板触点140和触点垫片164间配合的方向测量)小于L1。因此，虽然L1大于P值，但L2小于P值。于是，模块接合面162比触点接合面160更紧凑并且板122的轴向延伸长度比触点接合面160更小。导电轨迹168将在触点接合面160上每个相应的触点垫片164与模块接合面162上的触点垫片166互连。较小的模块接合面162构造为去连接到线束或标准连接器上，以将板122连到监控模件108(图1)。板122可由熟知的电路板材料制成，触点垫片164、166和导电轨迹168可按照众所周知的方法和技术形成。
连接器126(图1)可设置安装在触点垫片166上，且连接器可包括插孔，用以容纳对接链路106如线束。可选择地，板边缘连接器能用在模块接合面以将板122连接到对接链路106。
板124(图1)与板122相似地构造，板124的触点垫片定位成接合在壳体130的狭缝120(图1和图2)中的板触点140，每块板122和124包括触点接合面，该接合面带有数量达到燃料电池层叠组件中板110数量的一半的触点垫片，各板122、124经板边缘狭缝118和120接合各自那排交错的板触点140。板122接合在板110上面的凹槽146中的板触点140，板124接合在板110下面的凹槽144中的板触点140。板122和124可分别或组合使用，以利用监控模块108监控板110的一些或全部。可以理解到，另外的板能采用更多排凹槽以便每块板监控层叠组件中的板110的三分之一、四分之一等。通过监控板110的预定部分，燃料电池层叠组件的性能可被监控到不同的程度。
因此设置连接器组件102，该连接器组件能够适应板触点140不同的中心线间隔，同时保证所有的触点被接合，而板触点140的任何一个都不短路。另外，连接器组件102是柔性的，可以与不同类型的元件使用。例如，不同的板122和124可被设置具有合理布置的触点接合面，用于具有不同额定节距值P的板110的装置(如，燃料电池)。板122和124的模块接合面可标准化通用于不同类型的装置。
图5说明电子系统200的另一个实施例，该系统包括，例如，板110间具有不同的中心线节距的燃料电池104。板110的端部边缘142包括凹槽146；和选择性的安装在凹槽146内并从中延伸的直角触点(图5中未示出)。板触点位于在其中限定狭缝204的壳体202内，电路板206容纳在狭缝204内。
板206包括触点垫片208，该垫片沿板边缘207成一直线并具有大于P值的尺寸L3(在垂直于板触点和触点垫片208之间配合方向的方向上测量)。触点垫片208和额定节距值的相对尺寸保证每个触点垫片208与一个板触点接合，尽管制造和布置板110有公差累积。板206可由熟知的电路板材料制造，按照熟知的方法和技术在其上形成触点垫片208。
为避免短路，如图5所说明的，燃料电池层叠组件中仅每隔一个板110(例如，奇数板)设置一个触点。因此，板206适于在一些而不是全部板110上接合触点。触点(图5中未示出)可设置在偶数板的与奇数板不同的位置以监控偶数板，即，板110可包括另外的凹槽，其中触点可被安装在板110多于一个的位置上。
图6是用于图5所示系统200的触点组件220的透视图。组件220包括导电触点222，该导电触点具有可插入板110凹槽146(图5)的基座224和从基座上伸出的第一触点臂226和第二触点臂228。当板206的边缘207(图5)插入时臂226和228可弹性偏移。臂226和228从基座的直角伸出，当确定容纳板206的狭缝204的同时绝缘壳体201包围触点臂226和228。在与板110的端部边142平行的方向直角触点222接纳板206，从而系统200比系统100占据的空间小。另外，可能需要抑制附件(hold-down hardware)(未示出)，将板206安全安装到直角触点上达到监控目的。
板206可包括模块接合面(未示出)用以与监控模块108(图1)对接。另外，用于板测试和/或监控的电路系统能直接与板206结合。
连接器组件因此被设置，它能够适应触点222不同的中心线间隔，同时确保所有触点被接合，任一触点222不短路。
图7说明电子系统300的另一个实施例，其包括，例如，在板110之间具有不同的中心线节距P的燃料电池104。板110的端部边缘142包括凹槽(图7中未示出)，和安装在凹槽内并从其伸出的触点(图7中未示出)。连接器302包括绝缘壳体304，触点(图7中未示出)安装在其上，与从板110上伸出的触点结合。为了监控燃料电池层叠组件中的板110，监控模块305与连接器结合。
图8和9说明在板110每个端部边缘142形成的多种的触点凹槽310、312、314和316。凹槽310-316分别布置成四排，凹槽310、312、314和316的每排位于距板110的顶边148不同的距离。
触点320(图9)选择性的位于凹槽310、312、314和316的二维阵列中。即，不是所有的凹槽310、312、314和316都包含触点320。在一个实施例中，如图8和9所示，触点320仅仅位于每块板的凹槽310、312、314和316之一中。此外，触点320位于层叠组件中每第四块板110的相应凹槽310、312、314和316中。即，层叠组件的板110包括四块板交替的次序，即在第一块板的凹槽316中的触点320、在第二块板凹槽314中的触点220、在第三块板的凹槽312中的触点220、在第四块板凹槽310中的触点220。结果是，在每一四块板110上触点320以斜线布置，触点320在相邻板110中互相交错。触点320在二维阵列中不同位置或高度的交替次序有助于适应触点320位置上的公差累积。象上述触点一样，触点320包括可插入板110凹槽310-316中的基座(未示出)，和从基座上伸出的第一触点臂和第二触点臂。当配合触点插入其中时该触点臂可偏移。
绝缘壳体322(图8)与板110上的每个触点相配合，壳体322确定接合狭缝324。当壳体322的狭缝324与从板110伸出的触点匹配时，它有助于连接器302(图7)对齐。
图10说明连接器302，该连接器302包括壳体304，壳体限定多个触点孔306和通过触点孔306延伸的多个片状触点308，为了明瞭，去除了一些片状触点。
触点孔306和片状触点308布置成二维阵列的斜线与触点320(图9)的斜线对齐。每个片状触点308与壳体322接合狭缝324(图9)对齐，当安装连接器302时，也与壳体内的触点320对齐。在一个实施例中，壳体304由公知的绝缘材料模制，如塑料，包括第一对准面330和相对于第一对准面330凹进的第二对准面332，提供了第三面334，该第三面相对于第二对准面332凹进。第三面334限定包围多个片状触点308的插座。
第一对准面330包括第一对齐插口340，该第一对齐插口340包括形成在其外围的水平和垂直对齐槽342和344，垂直槽344提供在垂直方向上(例如，平行于箭头A的方向)与触点320的一个壳体322的初步对齐。水平槽342提供水平方向(如平行于箭头B的方向)的初步对齐。因此，槽342和344有助于连接器302相对于燃料电池层叠组件的取向，如图11所说明的。
另外，第二对准面332包括第二对齐插口346，提供与燃料电池层叠组件的另一个壳体322和触点320的第二级对齐。插口346可与另一个壳体320配合，以沿垂直轴向(如平行于箭头A的方向)提供进一步定位，如图11所说明的。一旦结合插口340和346与燃料电池104对齐，剩余的片状触点308、壳体322和触点320就对齐，如图11和12所示，通过沿箭头C方向移动连接器，连接器302可与燃料电池104完全配合。因此，沿两个相互垂直的轴(如有箭头A和B表示的轴)提供导引，以有助于排列连接器302，用于在箭头C方向接合。
每个触点刀片(contact blade)具有尺寸L4(图10，在垂直于刀片308和板触点320间的配合方向测量)，该尺寸大于燃料电池层叠组件中板110的额定节距值P(图7)。片状触点302和额定节距值的相对尺寸确保每个片状触点308的外表面与一个板触点320接合，尽管存在制造和布置板110的公差累积。另外，交错的板触点320防止多于一个片状触点308接合同一个板触点320并避免相邻触点短路。
因此，提供了一种连接器组件300，该连接器组件能够适应触点320的中心线间隔的变化，同时确保所有的触点被接合，而任一触点320都不短路。
权利要求
1.一种电连接器，该电连接器用于与以额定节距值(P)相互分开的多个触点匹配，其特征在于，所述连接器包括接触面(164、208、308)阵列，该接触面阵列具有在垂直于所述多个触点(140、220、320)和所述接触面(164、208、308)阵列间配合方向的方向上测量的第一尺寸(L1、L2、L4)，所述第一尺寸 (L1、L2、L4)大于所述额定节距值(P)，因此，尽管与额定节距有实际偏差，仍能确保触点(140、220、320)和所述接合面(164、208)间的电连接。
2.如权利要求1所述的电连接器，其中，每个所述接触面(164、208)被布置在电路板的板边缘(121、123、207)上。
3.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述接触面(164、208)布置成二维阵列。
4.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述第一尺寸(L1)近似为额定节距值(P)的两倍。
5.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述连接器包括电路板(122、124、206)，所述电路板包括触点接合面(160、207)和模块接合面(162)，每个所述触点接合面和所述模块接合面具有在垂直于所述多个触点和所述接触面阵列之间的配合方向的方向上测量的尺寸，所述触点接合面和所述模块接合面的所述尺寸是不等的。
6.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述连接器包括电路板(122、124)，所述电路板还包括相对的第一和第二接合面(160、162)，每个所述第一和第二接合面包括多个触点垫片，所述第一接合面的所述触点垫片(164)相互间隔一距离，该距离大于所述节距值，所述第二接合面的触点垫片(166)相互间隔一距离，该距离小于上述节距值。
7.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述连接器(302)包括壳体(304)和从所述壳体伸出的片状触点(308)。
8.一种电子系统，其特征在于多个电子元件(110)，所述多个电子元件互相布置成直线，彼此间隔额定节距值(P)，所述电子元件具有边缘(142)，该边缘被构造成在每个所述元件上多于一个位置处容纳电触点；多个触点(140、220、320)，所述多个触点选择性的与所述元件接合；并且连接器，该连接器包括多个接触面(164、208、308)，每个所述接触面被构造成与其中一个所述触点建立电连接，而不会由于元件的制造公差或设计变化由此所述元件的实际间隔偏离于额定节距值而导致触点短路。
9.如权利要求8所述的电子系统，其中，所述元件包括燃料电池层叠组件(104)的导电板。
10.如权利要求8所述的电子系统，其中，每个所述导电板(110)包括在其边缘上的多个凹槽(144、146、310、312、314、316)，该凹槽排列成二维阵列。
11.如权利要求8所述的电子系统，其中，所述触点布置在所述元件的一部分中。
全文摘要
一种电连接器，用于与彼此分开额定节距值(P)的多个触点(140、220、320)，该电连接器包括接触面(164、208、308)阵列，该阵列具有第一尺寸(L
文档编号H01R12/18GK101088195SQ200580044914
公开日2007年12月12日 申请日期2005年11月14日 优先权日2004年11月15日
发明者亚历山德拉·L·M·斯皮特勒, 迈克尔·F·劳布, 查尔斯·D·科珀, 查尔斯·R·马尔斯托姆 申请人:蒂科电子公司