电接触的点、线、面，哪个才是“最优”选择？

2024-05-17 17:51:53· 来源：罗森伯格汽车电子作者：周同昌

电接触基本理论

日常工作中，我们经常提到“点接触”，“线接触”以及“面接触“，如下图1所示：

图1：a) 点接触、b)线接触和 c)面接触，以及各接触类型的表观接触面积

我们习惯通过表观接触面积来评判载流能力，并预测“面接触”优于“线接触”，而“线接触”优于“点接触”，那么这个观点是正确的吗？

将从基本理论角度来解答这个问题。

我们把两个金属端子压在一起，也许会觉得它没有啥可以研究的，就只是两个导体接触在一起而已。

但是当对接触面进行高倍数放大，情况就会变得不同。因为所有导体都有特定的表面粗糙度，并不平滑，接触面其实是许多微观接触点的拼凑（如图2所示）。

图2：微观接触面示意图

总之，我们观察得越仔细，电接触这门学科就越令人兴奋！

若我们以同样的视角来观察连接器公母端子接触对，也会有相同的结论。如图3所示。

图3：连接器端子微观接触面示意图

这些微观接触点（图 4）是电流在接触面中的收缩路径，也是产生接触电阻（收缩电阻）的根本原因（请注意，“收缩电阻”是一个纯粹的几何效应）。

因此，若想通过更大的电流，我们需要增加微观接触点的个数，优化它们的分布以及增加单个微观接触点的面积。

图 4：电流通过微观接触点

现在我们来做一个试验，将图2中的两块金属压到一起，施加一个较小的正向压力，此刻因为金属的粗糙度，少部分零散微观触点开始接触，如图5所示，此零散微观触点决定了接触电阻。

图5：力F作用下微观触点分布

随着力继续增大，之前的接触点继续受压变形，接触面积增大，此外新的微观触点产生，部分微观触点开始连成小片，形成一个小的表观接触面，如图6所示。

图6：力3F作用下微观触点分布

随着力继续增大，微观接触点继续增多，布满表观接触区域，如图7所示，此刻所有微观接触点拼凑成了一个较大的表观接触区，该表观接触区决定了接触电阻。

图7：力6F作用下微观触点分布

将此3个步骤，绘制于一张图中，如图8所示。

图中可以看出，接触电阻随着接触压力的增加而减小，并进入饱和状态。如果进一步增加接触压力，接触电阻也不会降低。

但是，端子的对配力以及表面镀层的磨损会增加，从而减少寿命次数，从设计角度，这是不可取的。

图8：接触电阻和接触压力的关系

现在我们可以回答一开始的问题，即“面接触”>“线接触”> “点接触”的关系成立吗？根据图8中的公式：

接触电阻主要由材料电阻率，材料硬度H，以及正向压力F决定，而和“面接触”、“线接触”或者“点接触”并不是显性关系。

因此，从连接器“小型化”（材料利用率）考虑，优先选择“线接触”，其次是“点接触”。

借此机会，还想与大家分享几个罗森伯格的电接触设计种类，如下图所示。感谢您对罗森伯格产品和技术的关注。

参考文献：

Endres, H., 2021. Praxishandbuch Steckverbinder. 2nd ed. Würzburg: Vogel Business Media.

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