一种三芯高压接插件的制作方法

1.本发明主要应用于高能等离子体点火等领域，具体涉及一种三芯高压接插件。


背景技术：

2.随着点火环境恶劣程度不断加大，点火所需能量也迅速增加。超燃冲压发动机的来流速度高达2ma，停留时间不足1ms，所需点火能量预计将达到千焦耳量级。传统点火系统采用两芯(高压线、低压线)来传递能量，开关器件与外部点火端负载属于串联连接，开关器件对造成能量损耗。当点火能量进一步增加时，损耗将进一步加大。同时，大能量情况下，开关通流要求提升，对开关寿命提出了更高要求。为此研究人员提出三电极形式的点火策略，将放电的大部分能量通过第二个放电通道释放。此时，开关器件与第二个放电通道分属于隔离的两个支路。因此放电效率高，开关损耗小。大能量情况下整个点火系统仍具有较长的使用寿命。此时必须采用三芯线缆将点火电源和点火电嘴可靠连接。在连接处，必然需要可靠的接插件。
3.目前常用的三芯接插件接触电阻较大，电极之间的预紧力不足。当点火系统的高压通过接插件时，极易引发火花放电，不但具有很大的安全隐患，也会使得整个点火系统偏离设计状态工作。因此对于三电极形式的点火系统，还缺乏可靠的高压接插件结构。
4.综上，目前三电极形式的点火系统还缺乏可靠简单的接插件结构，使得点火电源、点火电嘴和点火线缆之间能够迅速可靠连接。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，使得点火电源、点火电嘴和点火线缆之间能够迅速可靠连接，既保证灵活拆卸，又保证可靠工作。本发明提出一种三芯高压接插件，由母头101和公头102两部分组成，两部分通过母头101外壁的外螺纹与公头102内螺纹紧密结合为一整体；其中
6.母头101包括阴极201、外层绝缘件202、中间电极203、内部绝缘件205、阳极204五部分；阴极201、外层绝缘件202、中间电极203、内部绝缘件205、阳极204均为轴对称结构，其轴线重合，为母头101的轴线；
7.阴极201为中空圆柱状，顶部和底部均为开放式设计；底部设计有内凸台，朝向阴极201内部，内凸台是具有一定厚度的环状体，内凸台的作用是将外层绝缘件202挡住，达到传递紧固力的目的；阴极201外壁从中下部开始延续到顶部，设计有与公头102相连接的外螺纹；
8.外层绝缘件202为中空圆柱体，其内孔由一大一小两孔组成台阶孔结构，大孔在上，小孔在下，外层绝缘件202上、下两端开放；小孔直径略小于大孔；外层绝缘件202完全嵌入阴极201的内腔中，顶部与阴极201顶部齐平，底部被阴极201的内凸台挡住；外层绝缘件202外壁与阴极201内壁之间为紧配合；
9.中间电极203为中空圆柱体，自上而下插入外层绝缘件202中，其外径与外层绝缘件202大孔直径一致或略小于外层绝缘件202直径，便于插入，中间电极203外壁与外层绝缘
件202内壁之间为紧配合；其内孔由一大一小两孔组成台阶孔结构，大孔在上，小孔在下，中间电极203上、下两端开放；中间电极203内嵌于外层绝缘件202的大孔内，中间电极203顶部与外层绝缘件202顶部保持一定距离，底部与外层绝缘件202大孔底面接触；
10.内部绝缘件205为中空圆柱体，内孔由一大一小两孔组成台阶孔结构，大孔在上，小孔在下，内部绝缘件205上、下两端开放；内部绝缘件205外径与中间电极203大孔一致或略小于中间电极203大孔直径，便于内部绝缘件205自上而下插入中间电极203大孔内，内部绝缘件205外壁与中间电极203内壁之间为紧配合；内部绝缘件205顶部与中间电极203顶部保持一定距离，底部与中间电极203大孔底面接触；
11.阳极204为实心圆盘结构，位于内部绝缘件205的大孔内部，底面与内部绝缘件205大孔底面接触；阳极204的圆心在母头101的轴线上，阳极204的外圆周与内部绝缘件205的小孔内壁面存在一定间距，便于装配；
12.公头102包括外部连接件207、阴极外接件206、外部绝缘件208、中间电极209、弹簧212、内层绝缘件211、阳极210；外部连接件207、阴极外接件206、外部绝缘件208、中间电极209、弹簧212、内层绝缘件211、阳极210均为轴对称结构，其轴线重合，为公头102的轴线；
13.外部连接件207为具有内螺纹的中空圆柱体，内螺纹位于其内壁自中上部一致延伸至底部的位置，内螺纹的顶端设计有内凸台结构，朝向外部连接件207内部，内凸台是具有一定厚度的环状体，内凸台的作用是将阴极外接件206挡住，防止其坠落；内螺纹与母头101中阴极201顶部的外螺纹相匹配；
14.外部绝缘件208为中空圆柱体，上下两端开放，靠近上部处具有环形凸台，该环形凸台与外部绝缘件208上端保持一定距离，环形凸台最大直径与与外部连接件207的内径一致或略小于外部连接件207内径；便于外部绝缘件208自下而上插入外部连接件207内，使外部绝缘件208和外部连接件207在环形凸台处形成紧配合，保持两者位置相对固定；
15.中间电极209为上有内凸台、下有外凸台的中空圆柱体，内凸台与外凸台恰好位于其上下两端；外凸台的外径与外部绝缘件208底部外径一致，中间电极209的外径与外部绝缘件208内径一致或略小于外部绝缘件208内径，便于中间电极209自下而上装配到外部绝缘件208内孔中；
16.弹簧212位于中间电极209内部，顶部与中间电极209内凸台底部相接触；弹簧212的外部直径与中间电极209内径一致或略小于中间电极209内径，便于将弹簧212装入中间电极209的大孔内；
17.内层绝缘件211为顶部具有外凸台的中空圆柱体结构；外凸台的最大直径与中间电极209的内径一致或略小于中间电极209的内径，便于将内层绝缘件211装入中间电极209内，内层绝缘件211置于中间电极209内、弹簧212下方；内层绝缘件211的外径小于其外凸台的最大直径；
18.阳极210为中空圆柱体结构，外径与内层绝缘件211外径一致，置于内层绝缘件211底部且与内层绝缘件211固定连接。
19.在本发明的一个实施例中：
20.阴极201外径为16～22mm，内腔直径为13～18mm；
21.外层绝缘件202大孔直径11～16mm，深度为40～60mm；小孔与大孔直径差范围为1～3mm；小孔深度为10～30mm；
22.中间电极203大孔直径8～12mm，深度为20～40mm；小孔直径7～11mm，深度为1～3mm；
23.内部绝缘件205大孔直径6～10mm，深度为10～20mm；小孔直径4～6mm，深度为10～15mm；内部绝缘件205顶部距离中间电极203顶部1～3mm；
24.阳极204外径为4～6mm，高度为1～3mm。
25.在本发明的一个具体实施例中：
26.阴极201外径为18mm，内腔直径为15mm；
27.外层绝缘件202大孔直径为13mm；深度为50mm；小孔与大孔直径差为1mm；小孔深度为15mm；
28.中间电极203大孔直径为10mm，深度为30mm，小孔直径为9mm，深度为2mm；中间电极203顶部距离外层绝缘件202顶部20mm；
29.内部绝缘件205大孔直径为8mm；深度为15mm；小孔直径为5mm；小孔深度为13mm；内部绝缘件205顶部距离中间电极203顶部2mm；
30.阳极204外径为5.5mm，高度为2mm。
31.在本发明的另一个实施例中，公头102还包括阴极外接件206，其中，阴极外接件206为底部具有外凸台的中空圆柱体；外凸台最大直径与外部连接件207的内径一致或略小于外部连接件207内径，便于阴极外接件206挂在外部连接件207的内凸台上，阴极外接件206内孔直径为11～16mm。
32.在本发明的另一个具体实施例中，阴极外接件206内孔直径为13mm。
33.在本发明的又一个实施例中：
34.外部连接件207外径为20～24mm；外部连接件207长度为20～40mm；
35.外部绝缘件208内径为8～12mm；环形凸台最小直径为10～14mm；
36.中间电极209的内径为6～10mm；内凸台的内径为4～8mm；
37.内层绝缘件211的外径比其外凸台的最大直径少1～2mm；内层绝缘件211的内径为4～6mm；
38.阳极210内径1～3mm。
39.在本发明的又一个具体实施例中：
40.外部连接件207外径为22mm；外部连接件207长度为30mm；
41.外部绝缘件208内径为10mm；环形凸台最小直径为12mm；
42.中间电极209的内径为8mm；内凸台的内径为6mm；
43.内层绝缘件211的外径比其外凸台的最大直径少1mm；内层绝缘件211的内径为5mm；
44.阳极210内径为2mm。
45.在本发明的还一个实施例中，外层绝缘件202和内部绝缘件205、外部绝缘件208、内层绝缘件211由耐高温绝缘材料构成。
46.此外，上述三芯高压接插件，其整个接插件的连接方式为：母头101的阴极201的外螺纹与公头102中外部连接件207的内螺纹相连；将母头101自下而上旋入公头102中；在螺纹拧紧过程中，母头101的阳极204与公头102的阳极210最先接触；随着螺纹不断拧紧，弹簧212压缩；弹簧212压缩到一定程度时，母头101的中间电极203与公头102的中间电极209相
接触；由于母头101的中间电极203与阴极201通过凸台实现力传递，公头102的中间电极209与外部连接件207通过凸台实现力传递，因此随螺纹不断拧紧，中间电极203与中间电极209接触力不断增强；最终，公头、母头对应的三根电极都分别实现可靠连接。
47.本发明有效利用弹簧提供的预紧力，使得高压插接件的三个电极都能紧密接触，有效避免接触电阻过大引发的误打火问题。
附图说明
48.图1为本发明三芯高压接插件整体结构图，其中图1(a)为公母头连接后的整体三维实体图，图1(b)为公母头连接后的整体的剖面图；
49.图2为为公母头剖面图，其中图2(a)为母头剖面图，图2(b)为公头剖面图。
50.101-接插件母头
51.102-接插件公头
52.201-接插件母头阴极
53.202-接插件母头外层绝缘件
54.203-接插件母头中间电极
55.204-接插件母头阳极
56.205-接插件母头内部绝缘件
57.206-接插件公头外接件
58.207-接插件公头外部连接件
59.208-接插件公头外部绝缘件
60.209-接插件公头中间电极
61.210-接插件公头阳极
62.211-接插件公头内部绝缘件
63.212-接插件公头弹簧
具体实施方式
64.为达到上述目的，本发明提供一种三芯高压接插件设计，其设计特点是利用弹簧预紧力保证三个电极都能有效紧密接触。参见图1、图2，该高压接插件由母头101和公头102两部分组成，两部分通过母头101外壁的外螺纹与公头102内螺纹紧密结合为一整体。
65.如图2所示，母头101由阴极201、外层绝缘件202、中间电极203、内部绝缘件205、阳极204五部分构成。阴极201、外层绝缘件202、中间电极203、内部绝缘件205、阳极204均为轴对称结构，其轴线重合，为母头101的轴线。
66.阴极201为中空圆柱状，顶部和底部均为开放式设计。底部设计有内凸台，朝向阴极201内部，内凸台是具有一定厚度的环状体，内凸台的作用是将外层绝缘件202挡住，达到传递紧固力的目的。阴极201外壁从中下部开始延续到顶部，设计有与公头102相连接的外螺纹。阴极201外径为16～22mm，优选18mm，内腔直径为13～18mm，优选15mm。
67.外层绝缘件202为中空圆柱体，其内孔由一大一小两孔组成台阶孔结构，大孔在上，小孔在下，外层绝缘件202上、下两端开放。大孔直径11～16mm，优选13mm；深度为40～60mm，优选50mm。小孔直径略小于大孔，直径差范围为1～3mm，优选1mm；深度为10～30mm，优
选15mm。外层绝缘件202完全嵌入阴极201的内腔中，顶部与阴极201顶部齐平，底部被阴极201的内凸台挡住。外层绝缘件202外壁与阴极201内壁之间为紧配合。
68.中间电极203为中空圆柱体，自上而下插入外层绝缘件202中，其外径与外层绝缘件202大孔直径一致或略小于外层绝缘件202直径，便于插入，中间电极203外壁与外层绝缘件202内壁之间为紧配合。其内孔由一大一小两孔组成台阶孔结构，大孔在上，小孔在下，中间电极203上、下两端开放。大孔直径8～12mm，优选10mm，深度为20～40mm，优选30mm，小孔直径7～11mm，优选9mm，深度为1～3mm，优选2mm。中间电极203内嵌于外层绝缘件202的大孔内，顶部距离绝缘件202顶部20mm，底部与外层绝缘件202大孔底面接触。
69.内部绝缘件205为中空圆柱体，内孔由一大一小两孔组成台阶孔结构，大孔在上，小孔在下，内部绝缘件205上、下两端开放。大孔直径6～10mm，优选8mm；深度为10～20mm，优选15mm。小孔直径4～6mm，优选5mm；深度为10～15mm，优选13mm。内部绝缘件205外径与中间电极203大孔一致或略小于中间电极203大孔直径，便于内部绝缘件205自上而下插入中间电极203大孔内，内部绝缘件205外壁与中间电极203内壁之间为紧配合。内部绝缘件205顶部距离中间电极203顶部1～3mm，优选2mm，底部与中间电极203大孔底面接触。
70.阳极204为实心圆盘结构，外径为4～6mm，优选5.5mm，高度为1～3mm，优选2mm。位于内部绝缘件205的大孔内部，底面与内部绝缘件205大孔底面接触。阳极204的圆心在母头101的轴线上，阳极204的外圆周与内部绝缘件205的小孔内壁面存在一定间距，便于装配。
71.阴极201、中间电极203、阳极204材料为金属，优选不锈钢。外层绝缘件202和内部绝缘件205由耐高温绝缘材料构成，优选微晶玻璃陶瓷。
72.公头102由外部连接件207、阴极外接件206、外部绝缘件208、中间电极209、弹簧212、内层绝缘件211、阳极210组成。外部连接件207、阴极外接件206、外部绝缘件208、中间电极209、弹簧212、内层绝缘件211、阳极210均为轴对称结构，其轴线重合，为公头102的轴线。
73.外部连接件207为具有内螺纹的中空圆柱体，内螺纹位于其内壁自中上部一致延伸至底部的位置，内螺纹的顶端设计有内凸台结构，朝向外部连接件207内部，内凸台是具有一定厚度的环状体，内凸台的作用是将阴极外接件206挡住，防止其坠落。外部连接件207外径为20～24mm，优选22mm。内螺纹与母头101中阴极201顶部的外螺纹相匹配。外部连接件207长度为20～40mm，优选30mm。
74.阴极外接件206为底部具有外凸台的中空圆柱体。外凸台最大直径与外部连接件207的内径一致或略小于外部连接件207内径，便于阴极外接件206挂在外部连接件207的内凸台上。阴极外接件206内孔直径为11～16mm，优选13mm。阴极外接件206并非本发明的必要部件，去掉也可，添加该部件的目的是便于本发明的接插件整体与外部线缆相连。
75.外部绝缘件208为中空圆柱体，上下两端开放，靠近上部处具有环形凸台，该环形凸台与外部绝缘件208上端保持一定距离，环形凸台最大直径与与外部连接件207的内径一致或略小于外部连接件207内径。便于外部绝缘件208自下而上插入外部连接件207内，使外部绝缘件208和外部连接件207在环形凸台处形成紧配合，保持两者位置相对固定。外部绝缘件208内径为8～12mm，优选10mm。环形凸台最小直径为10～14mm，优选12mm。外部连接件207内凸台、阴极外接件206外凸台与外部绝缘件208环形凸台在三者接触位置整体形成紧配合”。
76.中间电极209为上有内凸台、下有外凸台的中空圆柱体，内凸台与外凸台恰好位于其上下两端。外凸台的外径与外部绝缘件208底部外径一致，中间电极209的外径(即外凸台外部的小直径)与外部绝缘件208内径一致或略小于外部绝缘件208内径，便于中间电极209自下而上装配到外部绝缘件208内孔中。中间电极209的内径(即内凸台的最大内径)为6～10mm，优选8mm；内凸台的内径为4～8mm，优选6mm。
77.弹簧212位于中间电极209内部，顶部与中间电极209内凸台底部相接触。弹簧212的外部直径与中间电极209内径一致或略小于中间电极209内径，便于将弹簧212装入中间电极209的大孔内。
78.内层绝缘件211为顶部具有外凸台的中空圆柱体结构。外凸台的最大直径与中间电极209的内径一致或略小于中间电极209的内径，便于将内层绝缘件211装入中间电极209内，内层绝缘件211置于中间电极209内、弹簧212下方。内层绝缘件211的外径比其外凸台的最大直径少1～2mm，优选1mm。内层绝缘件211的内径为4～6mm，优选5mm。
79.阳极210为中空圆柱体结构，外径与内层绝缘件211外径一致，置于内层绝缘件211底部且与内层绝缘件211例如通过粘接方式固定连接，阳极210内径1～3mm，优选2mm。
80.外部连接件207、阴极外接件206、中间电极209、阳极210材料为金属，优选不锈钢。外部绝缘件208、内层绝缘件211由耐高温绝缘材料构成，优选微晶玻璃陶瓷。
81.整个接插件的连接方式为：母头101的阴极201的外螺纹与公头102中外部连接件207的内螺纹相连。将图2(a)所示母头101自下而上旋入公头102中。在螺纹拧紧过程中，母头101的阳极204与公头102的阳极210最先接触。随着螺纹不断拧紧，弹簧212压缩。弹簧212压缩到一定程度时，母头101的中间电极203与公头102的中间电极209相接触。由于母头101的中间电极203与阴极201通过凸台实现力传递，公头102的中间电极209与外部连接件207通过凸台实现力传递，因此随螺纹不断拧紧，中间电极203与中间电极209接触力不断增强。最终，通过设计的三芯连接件，公头、母头对应的三根电极(阴极、阳极、中间电极)都分别实现可靠连接，保证了高压信号的传递。
82.具体实施例
83.本发明的三芯高压接插件由母头101及公头102组成。
84.母头101由阴极201、外层绝缘件202、中间电极203、内部绝缘件205、阳极204五部分构成。除阳极204以外，外层绝缘件202、中间电极203、内部绝缘件205、阳极204均为中空，两端开放结构，内孔均有一大一小两个孔组成，顶部为大孔，底部为小孔。外层绝缘件202、内部绝缘件205由聚乙烯加工而成，阴极201、中间电极203、阳极204由不锈钢加工而成。阴极201外径为18mm，内腔大孔直径为15mm，深度为60mm，小孔直径为14mm，深度为2mm。外部有螺纹m18，螺纹距离顶部的距离40mm。外层绝缘件202大孔直径为13mm；深度为50mm。小孔直径略小于大孔，直径差为1mm，深度为10mm。外层绝缘件202完全嵌入阴极201的内腔中，顶部与阴极201顶部齐平，底部与阴极201大孔底部相接触。外层绝缘件202外壁与阴极201内壁之间为紧配合。中间电极203置于外层绝缘件202中，其外径略小于外层绝缘件202直径，大孔直径10mm，深度30mm，小孔直径9mm，深度2mm。中间电极203内嵌于外层绝缘件202的大孔内，顶部距离绝缘件202顶部20mm，底部与绝缘件202大孔底面接触。内部绝缘件205为中空圆柱体，内孔由一大一小两孔组成台阶孔结构，大孔在上，小孔在下。大孔直径8mm，深度15mm。小孔直径4mm，深度13mm。内部绝缘件205外径与中间电极203大孔一致。内部绝缘件
205顶部距离中间电极203顶部2mm，底部与中间电极203大孔底面接触。阳极204为实心圆盘结构，外径为5mm，高度2mm。位于内部绝缘件205的大孔内部，底面与绝缘件205大孔底面接触。
85.公头102由外部连接件207、阴极外接件206、外部绝缘件208、中间电极209、弹簧212、内层绝缘件211、阳极210组成，其中外部绝缘件208、内层绝缘件211由聚乙烯加工而成，其余由不锈钢加工而成。外部连接件207为具有内螺纹的中空圆柱体，内螺纹的顶端设计有内凸台结构。外部连接件207外径为22mm。内螺纹与母头101中外部绝缘件201顶部的外螺纹相匹配。阴极外接件206为底部具有外凸台的中空圆柱体，外部凸台最大直径与外部连接件207的内径一致，阴极外接件206内孔直径为13mm。外部绝缘件208位于阴极外接件206的下方，但其顶端与阴极外接件206底部形状配合，外部绝缘件208靠近上部处具有环形凸台，环形凸台最大直径与与外部连接件207的内径一致，外部绝缘件208的内径为10mm，环形凸台最小外径为12mm。中间电极209为上有内凸台、下有外凸台的中空圆柱体，内凸台与外凸台恰好位于其上下两端。外凸台最大直径与外部绝缘件208外径一致，中间电极209外凸台的小外径与外部绝缘件208内孔直径一致；内凸台的最大内径为8mm，内凸台的最小内径为6mm。弹簧212位于中间电极209内部，外部直径与中间电极209内孔直径一致，弹簧212顶端与中间电极209内凸台底端相接触。内层绝缘件211为顶端具有外凸台的中空结构，置于中间电极209内部，位于弹簧212下方，外凸台的最大直径与中间电极209内径一致。内层绝缘件211外径比其外凸台的最大直径少1mm，内层绝缘件211的内径为5mm。阳极210为中空圆柱体，位于内层绝缘件211底部并与其固定连接，外径与内层绝缘件211外径一致，内径2mm。