小型圆形耐高压电连接器的研制

电压计 算 公 式 （ + ）， 理 论 上 满 足 用 户 要 求 的 最 小
爬电距离 !’,- 为：
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引入产品可靠性设计的安全系数，这里取安全
系数为 () /，则满足用 户 要 求 的 最 小 爬 电 距 离 应
为：
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夹形式以方便高压电缆的连接和安装，但该种结构
! 第" 期 "##$ 年 $ 月
研究与设计
机电元件 !"!#$%&’!#()*+#)" #&’,&*!*$-
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开关部件早期失效故障的诊断与排除
吕! 勇，陈小龙，陈! 浩，顾贵勇 （ 四川泛华航空仪表电器厂，四川! 雅安! $"-###）
通常情况下，耐高压电连接器的尾端设计成线 夹形式以方便高压电缆的连接和安装，缺点是由于 需要足够的爬电距离，这种连接器的轴向尺寸不可 能做得很短。
对该小型耐高压电连接器，考虑采用密封的方 法来固定导线并保证其耐压性能。
&# 设计方案的确定
通过对上述关键问题的分析，我们可以根据用 户的具体要求着手进行设计。由于用户要求产品的 耐压值达到 *1 2223，且要求产品的外形尺寸尽量 小，这对整个产品的结构设计提出了更高的要求。
./ 问题的提出
我厂为某汽车制造公司生产的一种门窗控制单 元，自 "##- 年年初以来，售后三包故障件明显增 多，顾客时有抱怨。通过对返回的故障件进行分析 检查发现，大部分故障件是由于该控制单元内一个 转换开关的触点表面出现黑色绝缘膜而引起接触不 良甚至接触失效，用刮刀去除黑色绝缘膜后，产品 恢复正常功能。为对该故障原因进行正确的诊断和 排除，我们采用 ./ 工作法，结合 $! 01,1234 应用 软件，对该问题进行了较为深入的剖析。
! 第" 期 "##$ 年 $ 月
研究与设计
机电元件 !"!#$%&’!#()*+#)" #&’,&*!*$-
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小型圆形耐高压电连接器的研制
匡秀娟，赵仕彬 （ 贵州航天电器股份有限公司，贵州! 遵义! 0$1##$）
! ! 摘要：通过绝缘材料的选取及耐高压结构的合理设计来提高电连接器的耐高压性能。"0 ###% 耐压试验及其 他性能测试表明，小型圆形耐高压电连接器满足了用户的要求。
$" %# 绝缘材料的选用 由上述分析可知，绝缘材料应选择具有高介质
击穿强度的材料，同时还要兼顾材料的机械加工性 能。在很多情况下，我们选择聚四氟乙烯作为介质 材料，这是因为它不但有较高的介质击穿强度，而 且有良好的机械加工性能。 $" !# 插合端结构的考虑
对于耐高压电连接器而言，插合端的结构设计 应重点考虑下面两点：
关键词：电连接器；耐高压结构；爬电距离；设计 中图分类号：230#1 4 ( 0! ! 文献标识码：5! ! 文章编号：6### - $611（"##$）#" - ###1 - #.
./ 引/ / 言
上述关系式可以用图 6 表示。
随着科技的不断发展，连接器在越来越多的领
域得到了广泛的应用；用户对其外形、性能的要求
针对用户对轴向尺寸的要求，为了使产品在相
同的长度下有更大的爬电距离，我们在多个绝缘体
的设计中采用了环形凹槽结构，以增加产品的爬电
距离，满足产品的耐电压要求。绝缘体的具体结构
见图 / 3 图 4。
图 4" 插头、插座绝缘体 ( 结构示意图
!" %$ 高压接触件的固定 由于接触件需焊接导线后再装入绝缘体，为了
!" 连接器处于未插合状态时，与高压电源相 连的连接器（ 插头或插座） 的高压接触件来自百度文库插合 界面 间 的 爬 电 距 离 应 足 够 大———不 得 出 现 介 质 （ 空气或绝缘支撑） 击穿现象而发生危险；
’" 连接器处于插合状态或半插合状态时，整 个连接器对内部接触件相对外壳的爬电距离应足够 大———不得出现介质（ 空气或绝缘支撑） 击穿现 象而发生危险。 $" $# 插头座内部结构的互换性问题
0/ 问题的解决
./ 工作法是美国三大汽车公司用于对产品质量
问题实施纠正措施的一种科学的方法，此种方法以顾 客需求为中心，充分考虑顾客利益，通过团队力量， 应用科学的方法，诊断出问题的根本症结，并通过有 效措施的实施予以解决，防止再发生。下面，按 ./ 工作法实施步骤介绍该问题的诊断和排除情况。
01 ./ 成立交叉小组 故障的成因可能是由于设计失误造成的潜在故
产品整体结构如图 0 和图 . 所示。
图 0+ 插头结构示意图
" 第(期
匡秀娟等：小型圆形耐高压电连接器的研制
/
图 !" 插座结构示意图
图 *" 插头绝缘体 + 结构示意图
!" #$ 绝缘支撑结构和尺寸的确定
空气的介电强度为 #$% & ’’，聚四氟乙烯的介
电强度为 (#) *$% & ’’，根据上述单一介质的击穿
该种结构解决了在有限空间内固定导线与满足
产品耐压要求的问题，达到了固定导线和耐压的双 重效果。
2/ 结束语
通过以上分析可知，小型耐高压电连接器的关 键问题是绝缘材料的选取以及耐高压结构的合理设 计。我们研制的这种小型耐高压电连接器通过了 "- ###% 电压的试验及其他性能测试，满足了用户 的要求。
必须设法增加其 " 值，即增加所谓的爬电距离。爬
!89: ; " < #
（6）
式中，!89:为介质击穿电压，7%；" 为电压施加点
穿过介质体的直线距离，88；# 为介质体的介电
电距离是耐高压电连接器设计中的一个非常重要的 概念，它是指从电压施加点到击穿点间的有效距离 （ 如图 " 所示）。
强度，7% = 88。
对于图 " 中爬电距离的计算，有如下几种情
收稿日期："##$ - #. - #/
.
机电元件
*224 年+
况： !" 当在 #、$ 两点施加电压时，其爬电距离
!#$ % " & # & $； ’" 当在 #、( 两点施加电压时，其爬电距离
!#( % " & # & $ & % & &； )" 当在 $ 、( 两点施加电压时，其爬电距离
要求产品有足够的爬电距离，使得连接器的轴向尺 寸不可能做得很短。而该小型耐高压电连接器的轴 向空间受到用户限制，不能采用上述线夹的形式。
我们采用硅橡胶圈将导线密封，又设计了塑料 衬套，通过压套使导线、橡胶圈及衬套紧密配合。 这样，由于橡胶圈与导线间能够接触得非常紧密， 从而可以在很大程度上消除低介质击穿强度的空气 对产品耐电压的影响。
情况。
地提高连接器的耐电压，我们应该选择介电强度高
0/ 设计要点简述
的介质材料（ 如 具 有 较 好 机 械 加 工 性 能 的 聚 四 氟 乙烯 材 料，其 介 电 强 度 达 "1( $7% = 88）；另 一 方
01 ./ 关于耐电压 小型耐高压电连接器的主要用途是实现高压电
面，由于插合、分离和其他因素的影响，连接器内 部不可能处处充满着上述高介电强度的介质材料，
!$( % % & &。
图 *+ 爬电距离结构示意图
!" !# 可靠性设计 高压击穿是一种非常危险的现象，它将给设备
和人身安全带来威胁，而由于介质材料的局部不均 匀性和不同环境对材料绝缘性能的影响，实际工作 的最高电压应是理论计算电压的 , - . / , - 0，以确 保产品工作的可靠性。
$# 设计过程中着重考虑的几个问题
由 *" * 的分析可知，未插合的耐高压电连接器 只有特定的一半能与高压源相连而不致发生危险 （ 即高压接触件距离插合界面较远的那一半）。这 样就使连接器对高压电的传输有了方向性。另一方 面，通常情况下，实际使用中的耐高压电连接器插 头座有一半固定安装在设备面板上，另一半不加固 定（插合 后，由 固 定 安 装 的 一 半 来 限 制 其 自 由 度）。因此，为了方便用户，在不改变连接器安装 方式的情况下实现高压电在其内部的双向传输，插 头座内部的整体结构必须具有互换性。 $" &# 尾端的处理
也日益严格。多年来，经过市场的导向、筛选和淘
汰，现在的连接器无论从外观、质量还是人性化设
计方面都更加趋于完善，具有特定功能的新型连接
器不断涌现。本文描述的小型耐高压电连接器就是
我公司为响应市场需求而专门研制的一种新型连接 器。下面我们主要阐述小型耐高压电连接器的研制
图 6! 介质击穿示意图
根据式（6），为了在 " 不变的前提下尽可能
! ! 摘要：应用 ./ 工作法并结合 $! 01,1234 软件，对开关部件早期失效模式进行了验证，并对失效机理进行了 分析，找出了故障产生的根本原因。
关键词：./ 工作法；开关部件；触点；脱模剂；污染；早期失效 中图分类号：50-$6! ! 文献标识码：7! ! 文章编号：8### 9 $8::（"##$）#" 9 ###$ 9 #$
（ 例如 1#7%） 的连接与传输，其主要指标是耐电 而是存在着或大或小的空气间隙，而空气介质的介
压。因此，该连接器的设计要点是在有效的体积内 电强度只有（1 > .） 7% = 88。这样，根据式（6），
设计合理的结构以尽可能地提高产品的耐电压。下 要想达到与上述高介电强度材料一样的耐电压，则
面是单一介质的击穿电压计算公式：
障、制造过程中出现偏差或是由各种综合因素的集成 造成的，而故障品在流转及使用过程中也会涉及多方 面的人员，因此，在发生较大的产品质量问题时，应 成立一个交叉的功能小组，小组成员具备产品、工 程、质量管理、财务等方面的知识和解决问题的技 能，必要时应邀请销售人员及顾客代表参与。小组应
收稿日期："##$ 9 #: 9 :8
方便焊接，我们没有采用传统的焊杯型式，而是将 接触件设计成打孔铣缺口的型式（ 见图 0）。为了 方便接触件的装入、更换，将接触件设计为固定在 两个绝缘体之间。这种设计方式使得接触件的焊接 便利，使用方便，可实现接触件的多次更换。
图 /" 插座绝缘体 + 结构示意图
图 0" 接触件结构示意图
!) #" 尾端结构的确定 通常情况下，耐高压电连接器的尾端设计成线