[AR] Re: Magnetic breakaway connector

  • From: George William Herbert <george.herbert@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Sat, 25 Mar 2017 10:05:21 -0700

Very cool, thanks for the status update.

-george 

Sent from my iPhone

On Mar 25, 2017, at 9:35 AM, Robert Watzlavick <rocket@xxxxxxxxxxxxxx> wrote:

For breakaway connectors on my rocket, I had originally planned to use DE-9 
connectors and RJ-45 jacks w/o the tab.  But I was having trouble figuring 
out to keep the protuberances to a minimum and I didn't like the the off-axis 
loads on the pins and shells.  I remembered the MagSafe connectors for Apple 
laptops but I couldn't find anything off the shelf that was: 1) orderable, 2) 
had enough pins, and 3) was easy to integrate into the skin of a rocket.

It doesn't look too complicated so I decided to try making a custom version.  
I found these Mill-Max spring loaded pins:
https://www.mill-max.com/engineering_notebooks/detail/78

Connectors with 8-pin arrangements are readily available from Digikey and 
Mouser:
https://www.digikey.com/products/en?keywords=419-10-208-00-006000
https://www.digikey.com/products/en?keywords=818-22-008-10-001101
You can also get the loose pins and just press fit them into a block.

These magnets were the right size:
http://www.magnet4sale.com/n42-3-8x1-8-neodymium-rare-earth-disc-magnet-with-4-countersink/

Here are some photos of a prototype I made yesterday.
http://www.watzlavick.com/robert/rocket/rocket1/photos/IMG_3630m.JPG ;
(removable side w/ spring pins)
http://www.watzlavick.com/robert/rocket/rocket1/photos/IMG_3633m.JPG
http://www.watzlavick.com/robert/rocket/rocket1/photos/IMG_3631m.JPG ;(vehicle 
side w/ target pins)
http://www.watzlavick.com/robert/rocket/rocket1/photos/IMG_3632m.JPG
http://www.watzlavick.com/robert/rocket/rocket1/photos/IMG_3635m.JPG ;(mated 
assembly)

The white acetal blocks are 0.5 by 2.0 inches and the pin spacing is 0.1 
inches.  The parts cost is just under than $15.

I went with the concave target pins instead of the flat ones for the vehicle 
side because I thought they would be better for the battery charging 
connections.  The contacts are rated at 2A continuous, 3A peak.  The spring 
loaded pins have a travel of 0.055 inches with a spring force of .15 lbf at 
mid-deflection so a connector with 8 of them needs at least 1.1 lbf of 
compression to hold it together.  The magnets have a spec of 4.2 lbf but it's 
not clear if that's with another magnet or a steel plate.  I need to get a 
fish scale or set up a load cell for a quick measurement.

To register the two assemblies together, I recessed the magnets by 0.02 
inches on the vehicle connector and then let the magnets protrude and 
equivalent amount on the removable connector.  The magnets are strong enough 
that if you get them anywhere close to each other, they just want to snap in 
place.  I used opposite polarity magnets on each end of each connector so you 
can only connect the male and female portions in one orientation.  I drilled 
two holes in each end of the removable portion to attach a lanyard so when 
the vehicle lifts off, it won't pull on the wires.  The two halves separate 
cleanly as expected.

The PC boards shown are just some proto boards I had laying around - for a 
real installation, I would get some small PCBs made from Oshpark that either 
terminate in pads or a connector like a Molex SL or RJ-45. Or, just use the 
solder cup versions of the pins.

To test the signal integrity of the connector, I cut a network cable in two 
and wired it to each side.  I'm only going to use it at 100Base-T speeds (and 
you only need 2 pair for that) but at GB speeds, iperf shows 894 Mb/s in one 
direction and 938 Mb/s in the other.  I didn't maintain perfect cable twist 
up to the pins so maybe that's why it's not the same in both directions.  The 
original unmodified CAT-5E cable ran at 938 Mb/s.  I don't have a fast enough 
oscilloscope to look at the eye pattern.

The vehicle side with the target pins is almost completely flush so once I 
decide how to do the skin around the avionics bay, this concept should work 
well.  For the removable side, I would provide strain relief for the cable 
and use some potting compound to protect the exposed connections.

-Bob




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