圆形连接器和电缆介绍

作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 应用工程和运动控制部门副总裁

圆形连接器包含多个用于传输电源、信号或数据的针脚或触点，是一类可承受各种恶劣环境且具有不同尺寸的圆柱形电气部件。这类连接器也被称为圆形互连器件，圆形结构使其更加坚固耐用，更能防振和防冲击，抵御外部信号或干扰，阻止环境污染物侵入以及耐受极端的压力或温度。

由于圆形连接器和电缆在这些极端条件下具有高性能，因此在工业和工厂自动化应用、医疗设备、安全和国防、航空航天等方面应用广泛。圆形连接器类型丰富，从标准圆形连接器到 DIN、公制、密封、推拉、键控、混合信号以及微型或微小型版本。此外，还提供混合型选择，将电源、信号和数据集中在一个器件中。本文将主要关注标准圆形连接器和电缆，包括其基本结构、名称和代码、选择标准等。

圆形连接器的结构

由于其圆柱形状，圆形连接器比任何其他形状的连接器都具有更高的“强度重量”比。如上所述，更大的强度使圆形连接器更能抵抗冲击破坏、外部因素和连接断开，同时使其在配接操作频繁的应用中更经久耐用。

内部触点数量及其布局因连接器和应用类型而异，这样可以确保正确对齐并插入兼容的配接设备。圆形连接器的外壳通常采用螺纹结构，可以在振动或其他因素有可能导致连接意外断开时提供更可靠的螺纹连接。其他类型的连接系统包括卡口锁定、推/拉锁定和扣锁。

从更高层面看，每个圆形连接器有四个部分组成（图 1 和图 2）。

图 1：母头圆形连接器的基本结构。（图片来源：CUI Devices）

· 触点：连接器中用于形成电气连接的内部针脚和插座。一个配接对由公触点和母插座组成。
· 绝缘体：该组件用于封装触点，在触点之间以及触点与连接器外壳之间形成绝缘。绝缘体还确定了适当的触点间距，并将触点固定在正确的位置。
· 外壳：作为连接器的外罩，外壳用来保护触点和绝缘体，同时为连接器的两个配对部分的配接提供对准和连接机制。
· 附件：这些附件包括引脚、键销、环、夹子、垫片以及用于导引、固定、定位和密封连接器部件的其他部件。

图 2：公头圆形连接器的基本结构。（图片来源：CUI Devices）

常见的圆形连接器名称和代码

最广为人知的圆形连接器类型也许是标准的 M 型，这类连接器用于连接工业网络应用中的传感器和致动器。“M”能够简单地表示联接螺母和配接插座上的公制螺纹尺寸，提供常见的 M5（5 mm 直径紧固件）、M8（8 mm）和 M12（12 mm）连接器类型。M12 圆形连接器和电缆是最常见的类型，这点毫无争议，因为这种连接器是汽车行业的全球标准。

总的来说，M 型连接器进一步分细分为多个类别，定义了触点本体的键合和形状，以确保配接正确。具体的名称和代码的定义如下（图 3）：

A - 用于传感器、DC 电源和 1 Gb 以太网（连接计算机系统以形成网络的协议）的连接器。
B - 现场总线（用于分布式控制的工业计算机网络）和 Profibus（提供现场传感器和控制系统之间通信的数字网络标准）的连接器。
C - 具有双键槽的连接器，可增加安全性，用于向传感器和执行器提供交流电源。
D - 用于 100 Mb 以太网和 Profinet（控制器和设备之间的数据交换协议）系统的连接器。
X - 用于10 Gb 以太网高速应用以及以太网供电 (PoE) 的连接器。
S - 交流电连接器（替代 C 编码部件）。
T - 用于直流电连接器（替代 A - 编码部件）。

图 3：M 型连接器的各种接口选项总览。（图片来源：CUI Devices）

圆形连接器的选择标准

在为某个设计选择圆形连接器和/或电缆时，我们要面对一张几乎是无穷尽的规格和注意事项清单。除了确定圆形塑料连接器 (CPC) 和圆形金属外壳连接器 (CMC) 哪一种更合适之外，还需考虑一个相对全面的参数清单。

· 性别（公/母）：公头端包含了插入母头插座的触针（图 4 和图 5）。大多数插头和插座的设计都是为了在其品牌或制造商产品内部进行匹配。不同制造商的连接器通常不能相互连接，因此在一般情况下，连接器以成对方式采购。

图 4：公头和母头圆形连接器的配接图。（图片来源：CUI Devices）

· 触点数量：连接器中传输信号、数据或电源所需的导电针脚的数量。触点数量可以从 1 到数百不等。
· 端接：电线或电缆与连接器的导电触点的配接方式，包括焊接、绕线、接线片或压接。
· 触点大小：各个触点的直径或能与每个触点相配接的电线规格。
· 额定电压和电流： 以 V 为单位的最大电压，或以 A 为单位的最大电流，即连接器的设计承载电流。
· 插入频次：连接器的连接和断开的频次。连接频次也被称为配接周期，可能需要更坚固耐用的连接器或电缆保护附件。
· 安装方式：常见的安装方式包括电缆安装、面板安装或表面贴装。
· 联接或锁定方式：连接器的可靠配接方式，可包括卡口式、闩锁式、推拉式、螺纹式和快断开式。
· 底壳类型：通过螺纹与圆形连接器的电缆侧连接来可靠地支撑电缆；底壳类型包括直式、直角式、辫尾式、弹簧式、防拉线扣式、密封式和压接式。
· 所用材料：根据设计要求和预算，连接器主体常用的材料包括不锈钢、铝、塑料、复合材料或黄铜。
· 侵入防护 ： IP 等级由 IEC 60529 标准定义，具体包括防止固体和液体进入连接器主体的保护。ANSI 60529 涵盖了美国的 IP，而 EN 60529 则涵盖了欧洲的 IP。
· 插头和插座：没有标准的命名惯例，因此不同的制造商可能使用不同的术语，但通常插座和插孔与面板安装式圆形连接器有关，而插头与圆形连接器的电缆组件有关。

图 5：如何指定不同性别的插孔和插头（图片来源：CUI Devices）。

结语

连接器是否会暴露在环境污染物中或遭受浸泡？连接器是否需要 EMI 或 RFI 信号保护？连接器是否会遭受过大振动或频繁的撞击？回答这些问题将有助于确定所需的质量、功能和配件，但无论如何，在应对恶劣的应用条件时，圆形连接器已被证实是一种安全可靠、坚固耐用的互连解决方案。CUI Devices 提供各种各样的圆形连接器和圆形电缆组件，能够直接应对这些设计挑战。