具有无焊接导线连接的飞行器电气垫的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有无焊料导线连接的飞行器电气垫。电气垫(20)适合联接到导线(30)。电气垫(20)包括多个层(41-48)、加热元件(50)和对准加热器总线(52)上的连接面的窗孔(60)。紧固件部分(71)延伸穿过每个窗孔(60)，以允许端子(32)的机械附连，并在导线(30)和加热器总线(52)之间建立电连接。
【专利说明】具有无焊接导线连接的飞行器电气垫
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年2月19日提交的美国临时专利申请N0.61/766，264和2012年7月31日提交的美国临时专利申请N0.61/678，025的优先权，这些优先权文件的全部内容被引用到本申请中。
【背景技术】
[0003]飞行器通常具有一个或多个易积冰表面，因此装配有某些类型的结冰防护系统。通过使用电热系统，结冰防护垫被安装在相关的飞行器表面上。该垫通常包括加热器，该加热器包括至少一个导电路径和电连接到该导电路径的总线。该总线通过导线电连接到飞行机的机载电源。
【发明内容】
[0004]提供了一种电气垫，其中，加热器的总线通过简单且标准的紧固工具电连接到导线。与飞行器机载电源的电连接可制造成在邻近总线的位置不施加热量、无需层叠后的材料移除步骤和/或不需要特殊的工人技能，如焊接。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1-3显示了电气垫安装在其一些易积冰表面上的飞行器、易积冰表面的横截面和用于所述垫电连接到机载电源的导线。
[0006]图4-80，以及与之相关的附图都附以字母后缀，显示了电气垫的各种视图、用于其内侧区域的各种可能的实施例和实现所述实施例的方法步骤。为了便于说明，垫和内侧区域以平面形式示出，但是它们通常符合如图2所示的翼型形状。此外，为了便于说明，层厚和紧固件尺寸被极大地夸大，并且其也许不按照尺寸比例绘制。此外，层叠件和复合物有时会显示成在相邻的层和元件之间具有明显的空槽或空间，但是这不必是真实情况，因为元件的薄度和/或层的紧密间隔排除了它们之间的任何明显的空隙。
【具体实施方式】
[0007]现在参见附图，先看图1-3，飞行器10具有带有表面12的部件11，表面12是易积冰的。电气垫20安装在每个飞行器表面12上，并通过导线30电连接到机载电源13。例如，每个导线30可包括电线31，电线31联接有标准的环形端子32。端子32具有卷压于电线31的卷边33、墩座34和将卷边33附连到墩座34的斜板35。墩座34具有粘结侧连接面36、非粘结侧连接面37和贯穿延伸的中心开口(即下面介绍的接收芯柱的开口 134)。
[0008]参见图4，电气垫20可包括多个层41-48。在所示的电气垫20中，这些层包括非粘结侧层41、粘合剂层42、加热器层43、加热器支撑层44、另一粘合剂层45和粘结侧层46-48。电气垫20可替代地具有更少、更多和/或不同的层，这取决于其预期的应用、设计、制造和/或其它因素。[0009]非粘结侧层41可包括热固性聚合物板(如环氧聚合物)，其具有嵌入其中的加强纤维(如玻璃纤维)。或者其可包括金属板(如不锈钢)。在其它或任一情况下，非粘结侧层41最好具有高的热传递系数，以帮助热量在非粘结侧的方向上流动。此外，如果该层41暴露于环境且冰将在其上累积，其还可以具有用作腐蚀屏蔽罩和潮湿屏障的功能。
[0010]在所示的实施例中，粘合剂层42用作环绕加热器层43的绝缘层，从而使其具有电介质特性。例如，层42可包括其中嵌有加强纤维的热固性聚合物粘合剂(如改性环氧树脂)。除了用作电绝缘体，粘合剂层42还确保层41、43的坚固且可靠的粘结。层43可具有类似非粘结侧层41的热传递性能。然而，粘合剂层42的相对高度可以使其热传递性能被那些非粘结侧板41和/或粘结侧层46-48弱化。
[0011]加热器层43包括加热器元件50，加热器元件50具有至少一个导电路径51，其电阻特性符合结冰防护目的所需要的功率输出。总线52电连接到导电路径51的每个端部，以向其供应电力并且使电力从其返回。例如，每个总线52可各自包括薄金属(例如铜、金、银等)板或其它导电材料。总线通常位于内侧区域中，它们相比其连接的导电路径51而言常常具有相对较低的电阻。
[0012]如果在层的层叠之前导电路径51被蚀刻、印刷、敷设或以其它方式被局部组装到加热器支撑层44上，则加热器支撑层44可包括任何适合局部组装加热器元件50的电介质材料。如果总线连接路径51位于已局部组装的加热器支撑层44上，则总线52也可以位于其上和/或被随之局部组装。如果加热器元件50替代地取决于用于其导电路径51的导电板或导电织物，那么，加热器支撑层44可以是不必要的和/或总线52可与加热器元件50形成整体。
[0013]粘合剂层45可包括热硬化聚合物粘合剂(如改性环氧树脂)，其主要作用是确保层43-44与层46的坚固且可靠的粘结。其最好具有电绝缘性和/或与粘结侧层46-48类似的热传递性能。但同样地，粘合剂层45的薄度相对于粘结侧层46-48可使得这样的特性不重要。
[0014]粘结侧层46-48可各自包括热固性聚合物板(例如环氧聚合物)，其具有嵌入其中的增强纤维(如玻璃纤维)。层46用作环绕加热器层43的电绝缘层，由此至少其应当具有电介质特性。与非粘结侧层41不同，粘结侧层46-48最好具有低热传递系数，以阻碍热量在粘结侧方向上流动。这可以例如通过层46-48由低热传递材料制造和/或通过使用多个粘结侧层来实现。
[0015]正如下面更详细描述的，电气垫20最好通过压制层41-48然后固化该压制以生成复合物或层叠件来制造。因此，非粘结侧层41、加热器支撑层44和粘结侧层46-48可以分别起始于预浸溃层，其具有在固化过程中会交联的基体聚合物。粘合剂层42和45可以分别起始于能够经受得住预浸溃固化条件的膜。
[0016]图4描述的电气垫20的内侧区域21 (图5所示为放大图)可以具有如图6_9展示的横截面结构。在这些结构中，每个总线52包括连接面53，该连接面53电连接到导线端子32的连接面36。术语“连接面”指的是总线52的布局上的部位，而不是特有的部段或部分。在大部分情况下，除了位于该位置之外，在面53和总线52的其余部分之间并没有结构性区别。
[0017]窗孔60与每个总线52关联，并与其连接面53对齐。每个窗孔60贯穿非粘结侧层41的厚度和任何位于加热器层43的非粘结侧的其它层(例如粘合剂膜层42)。如下面更详细描述的，窗孔60最好在层的层叠之前就存在，以避免涉及总线52附近的材料移除的层叠后的步骤。
[0018]紧固件70适合将导线30机械地附连到电气垫20，使得其连接面36被电连接到总线连接面53。紧固件70具有芯柱71，其延伸穿过窗孔60并具有外螺纹72。芯柱71的横截面尺寸使得在其与限定窗孔的边缘之间具有较大的间隙61。例如，如果窗孔60是圆的，则间隙61将具有环状形状。
[0019]紧固件70可在其芯柱73的粘结侧端部具有柱头73。柱头73预期与层40之一基本齐平地定位，从而能够优选地被制造得尽可能的薄(例如小于1.0mm、小于0.5mm和/或小于0.35mm)。此外或者替代地，柱头73可具有多边形(例如六边形)形状，以便不促进其相对于相邻层的转动。
[0020]紧固件芯柱71最好具有标准结构，而紧固件柱头73最好比标准结构薄很多。因此，制造紧固件的一个选择是修改标准紧固件的柱头，将其锉成需要的厚度。在图4-10所示的实施例中，紧固件70可包括现成的螺钉、改型的现成螺钉或定制加工的部件。
[0021]在如图6所示的内侧区域21中，紧固件柱头73置于层48的粘结侧。层43_48具有与每个窗孔60对齐的接收芯柱的开口 143-148，开口 143居中地位于相应总线52的连接面53内。每个紧固件70的芯柱71在非粘结侧方向上延伸，穿过对准的窗孔60和穿过对准的接收紧固件的开口 143-148。在图7所示的内侧区域21中，紧固件柱头73位于层47的粘结侧，紧固件芯柱71延伸穿过窗孔60，然后穿过接收芯柱的开口 143-147。在图8所示的内侧区域21中，柱头73位于层46的粘结侧，芯柱71延伸穿过窗孔60和延伸穿过开口 143-146。在图9所示的内侧区域21中，柱头73位于加热器支撑层44的粘结侧，芯柱71延伸穿过窗孔60和延伸穿过开口 144。
[0022]在图10-15中显示了导线30被电连接到内侧区域21。导线30通过具有内螺纹75的标准螺母74被电连接。螺母74可以是现成的产品，并且它们可以通过标准工具(例如扳手)被紧固到紧固件的芯柱71上。因此，电连接可由标准工具完成，标准工具不需要特殊的技能和/或其可以一致地完成而与工人经验无关。在总线52上或其附近不需要施加热量，因此消除了对其热量损坏的风险。
[0023]一些制造电气垫20的方法步骤示意性地展示在图16-37中。具体而言，例如，力口热器层43可局部组装到支撑层44上，使导电路径51和总线52存在其上(图16)。接收芯柱的开口 143-144可在已局部组装的加热器层43-44上产生(图17)。窗孔60可在加热器层43的非粘结侧的层41-42上形成(图18)。
[0024]对于图6所示的内侧区域21，接收芯柱的开口 145-148在层45-48中产生(图19)，层41-48被压制到造形金属件81上，紧固件柱头73位于粘结侧层48的下方(图20)。塞子82最好插入窗孔60中，以保持其尺寸(图21)。然后，该层叠件用常规方式进行真空包装和固化。尽管在附图中没有具体显示，但是该层叠件可被夹在剥离板和/或释放板之间。
[0025]类似的方法随后用于图7所示的内侧区域21 (图22-24)和图8所示的内侧区域21 (图25-27)。对图9所示的内侧区域21 (图28-29)来说，制造开口的步骤不必用于加热器支撑层44的粘结侧的层。[0026]对图6所示的内侧区域21来说，在没有紧固件70的情况下，层41_48可以替代地压制到造形金属件81上(图30)，接收芯柱的开口 145-148被填入塞子83 (图31)，在固化和移除塞子82-83之后插入紧固件70 (图32-33)。替代地，在没有开口 145-148的情况下，层41-48可被压制到造形金属件81上并固化(图34)，接收芯柱的开口 145-148在固化后的步骤中被生产(图35)，然后紧固件70被插入穿过其中(图36-37)。
[0027]图38-43显示了另一种电气垫20和内侧区域21。在该实施例中，紧固件柱头73位于加热器层43的非粘结侧，并用导电粘合剂片层76安装到总线连接面53上。而且，导线30可通过具有内螺纹76的螺母74机械附连到芯柱71。
[0028]如图44-50所示，图38-43描述的垫20可由前面所述的相同方法制造，没有制造开口的步骤，但增加了施加片层的步骤。具体而言，例如，加热器层43可局部组装到支撑层44上(图44)，并且窗孔60可在加热器层43的非粘结侧的层41-42上形成(图45)。然后，层43-48被压制到造型金属件81上(图46)，粘合剂片层76被放置在总线52的连接面53上(图47)，并且紧固件柱头73被固定到片层76 (图48)。然后，层41-42与层43-48由延伸穿过窗孔60的紧固件芯柱71压制(图49)。塞子82插入到窗孔中以保护其尺寸(图50)，然后，该层叠件用常规方式进行真空包装和固化。
[0029]图51-56显示了另一种电气垫20和内侧区域21。在该实施例中，紧固件螺母74 (具有内螺纹)安装到带有导电粘合剂片层76的总线连接面53上。导线30可通过芯柱72机械附连到带有内螺纹73的螺母74。如图57-64所示，垫20可由前面关于粘合剂附连柱头73所讨论的相同方式制造。但是，在内侧区域21中可能需要附加的层叠件层91-93，以避免螺母74过度突出。在该实施例中，塞子84可被定位成保护螺母的内螺纹75，而不是保持窗孔尺寸。
[0030]利用图10-15所示的每种连接，导线30的连接面36接触总线的连接面53，从而直接建立电连接。紧固件芯柱71不参与电连接路径，而是仅机械地保持导线30，使其连接面36接触总线连接面53。在这些实施例中，紧固件柱头73和紧固件的螺母94也不参与电连接路径。
[0031]利用图41-43和54-56所示的连接，导线30的连接面36与紧固件70的柱头73或螺母74接触。与总线的连接面53的电连接直接穿过粘合剂片层76。紧固件芯柱71不电性地参与电连接，而是仅机械地保持导线30，使其连接面36接触总线连接面53。然而，在这些实施例中，紧固件柱头73或者紧固件螺母74电性地参与导线30与总线52的电连接。
[0032]在图4-9、图40和图53所示的电气垫20中，电连接形成于非粘结侧。然而，如图65-68所示，电连接可以替代地形成于粘结侧。
[0033]在附图所示的内侧区域21中，紧固件70都针对两条总线52以相同的方式定位，但这种情况不是必需的。具有紧固件70的内侧区域21位于不同层面上是可行的且可预见的。当加热器50具有多个导电路径51 (因而具有多个总线对)时，这样的交错定位会是有利的。其也可有利于促进内侧区域21上的厚度一致。同时具有粘结侧和非粘结侧电连接的电气垫20当然也是合理的且可能的。
[0034]因此，飞行器电气垫20允许加热器的总线52用简单、标准的紧固工具电连接到导线30。这些电连接可在总线52附近没有热量施加和/或没有层叠后的材料移除步骤的情况下来完成。
[0035]如图69-80所示，飞行器电气垫10可以这样交付给客户(例如飞行器制造商):其包裹在指示性剥离板85中，并且保持尺寸的塞子82仍处于窗孔60中、塞子83仍在接收芯柱的开口内和/或塞子84仍在螺母74中。
[0036]虽然飞行器10、电气垫20、导线30、层41-48、加热器50、窗孔60和/或紧固件70
已经关于某些实施例被显示和描述，但是本领域技术人员在阅读和理解本公开后可作出其它等价变换和改进。例如，虽然电气垫20显示为连接到旋转直升机叶片11，但是，其也可以替代地安装在其它旋转飞行器或非旋转飞行器的容易过度积冰的表面12上。此外，电气垫20还可以应用于非飞行器的情况，例如风力涡轮机叶片。
[0037]此外，垫20不必须用于结冰防护目的和/或元件50不必须是加热器元件。例如，在飞行器设置中，电气元件50可通过接地的导线30与雷击保护装置相关联。元件50可以是具有与导线30电连接的总线52的任何电气元件。
[0038]附图标记
[0039]10 飞行器
[0040]11 飞行器部件
[0041]12 易结冰表面
[0042]13 机载电源
[0043]20 垫
[0044]21 内侧区域
[0045]30 导线
[0046]31 电线
[0047]32 环形端子
[0048]33 卷边
[0049]34 墩座
[0050]35 斜板
[0051]36 粘结侧连接面
[0052]37 非粘结侧连接面
[0053]41 非粘结侧层
[0054]42 粘合剂膜层
[0055]43 加热器层
[0056]44 加热器支撑层
[0057]45 粘合剂膜层
[0058]46 粘结侧层
[0059]47 粘结侧层
[0060]48 粘结侧层
[0061]50 加热器元件
[0062]51 导电路径
[0063]52 总线
[0064]53 连接面[0065]60窗孔
[0066]61环绕芯柱的间隙
[0067]70紧固件
[0068]71芯柱
[0069]72外螺纹
[0070]73柱头
[0071]74螺母
[0072]75内螺纹
[0073]76导电粘合剂
[0074]81造型金属件
[0075]82窗孔塞
[0076]83开口塞
[0077]84螺母塞
[0078]85具有指示标志的剥离板
[0079]91放样层
[0080]92放样层
[0081]93放样层
[0082]134接收芯柱的开口
[0083]141接收芯柱的开口
[0084]142接收芯柱的开口
[0085]143接收芯柱的开口
[0086]144接收芯柱的开口
[0087]145接收芯柱的开口
[0088]146接收芯柱的开口
[0089]147接收芯柱的开口
[0090]148接收芯柱的开口
【权利要求】
1.一种电气垫(20)，包括:含有电气层(43)的多个层(41-48);位于层(43)上的包括至少一条总线(52)的电气元件(50);用于每条总线(52)的窗孔(60);以及，用于每个窗孔(60)的紧固件(70);其中 : 每条总线(52)具有电连接到导线(30)的连接面(53)， 每个窗孔(60)与相应总线(51)上的连接部位(53)对齐， 每个紧固件(70)具有延伸穿过相应窗孔(60)的螺纹部分(71、74)，以及 螺纹部分(71、74)适合机械附连导线(30)的端子(32)，从而在导线(30)的连接面(36)和相应总线(52)的连接面(53)之间建立电连接。
2.根据权利要求1所述的电气垫(20)，其中，电气元件(50)包括至少一个导电路径(51)和连接到该路径(51)的每个端部的总线(52)。
3.根据权利要求2所述的电气垫(20)，其中，电气元件(50)是加热器元件，导电路径(51)具有对应于所需热量输出的电阻。
4.根据权利要求3所述的电气垫(20)，其中，窗孔(60)穿过层(41,42)的厚度，层(41、42)位于电气层(43)的非粘结侧。
5.根据权利要求3所述的电气垫(20)，其中，窗孔(60)穿过层(41,42)的厚度，层(41、42)位于电气层(43)的粘结侧。
6.根据权利要求5所述的电气垫(20)，其中，紧固件部分是具有外螺纹(72)的芯柱(71)。
7.根据权利要求6所述的电气垫(20)，其中，紧固件(70)包括附连到芯柱(71)的柱头(73)。
8.根据权利要求7所述的电气垫(20)，其中，每个紧固件(70)的柱头(73)具有小于1.0mm、小于0.50mm和/或小于0.35mm的厚度。
9.根据权利要求8所述的电气垫(20)，其中，每个芯柱(71)延伸穿过相应总线(52)中的开口(143)。
10.根据权利要求9所述的电气垫(20)，其中，每条总线(52)的连接面(53)围绕所述开口(143)。
11.根据权利要求10所述的电气垫(20)，其中，每个紧固件(70)的柱头(73)被安装在相应总线(52)的连接面(53)上。
12.根据权利要求11所述的电气垫(20)，其中，柱头(73)通过导电粘合剂(76)固定到连接面(53)。
13.根据权利要求1所述的电气垫(20),包括位于窗孔(60)中的塞子(82)。
14.根据权利要求1所述的电气垫(20)，进一步包括: 导线，具有用于每条总线(52)的连接面(36)； 其中，紧固件部分(71、74)机械附连导线(30)，以此在导线(30)的连接面(36)和总线(52)的连接面(53)之间建立电连接。
15.一种飞行器(10),包括: 机载电源(13)； 电气垫(20)，包括: 包含电气层(43)的多个层(41-48)、位于层(43)上的包括至少一条总线(52)的电气元件(50)、用于每条总线(52)的窗孔(60)和用于每个窗孔(60)的紧固件(70)； 其中，每条总线(52)具有电连接到导线(30)的连接面(53)，每个窗孔(60)与相应总线(51)上的连接部位(53)对齐，每个紧固件(70)具有延伸穿过相应窗孔(60)的螺纹部分(71、74)，以及螺纹部分(71、74)适合机械附连导线(30)的端子(32)，从而在导线(30)的连接面(36)和相应总线(52)的连接面(53)之间建立电连接；以及 导线(30)，所述导线将电气垫(20)的电气元件(50)电连接到机载电源(13)。
16.根据权利要求15所述的飞行器(10)，包括表面(12)，其中，电气垫(20)安装在该表面(12)上。
17.根据权利要求16所述的飞行器(10)，其中，所述表面(12)是易结冰表面，并且电气垫(20)是结冰防护垫。
【文档编号】B64D15/12GK103569365SQ201310414953
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】L·K·米勒, R·J·卡皮诺二世 申请人:古德里奇公司