电力连接器系统及其构造方法
【专利摘要】本发明提供了一种电力连接器系统以及用于构造所述电力连接器系统的方法。所述电力连接器系统被设置用于例如在电气罩中传输三相电力的电力应用。该系统包括插头配件，在该插头配件中，电力导体以浮动布置安装有从其任一侧延伸的弹性可变形导电结构。可以在母线导体上安装配合的插座。可以设置三个这种布置来传输三相电力。所述结构允许系统部件的插入配合，同时适应连接器部件之间相当大的平移及角度错位。
【专利说明】电力连接器系统及其构造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及电气连接器领域，并且尤其涉及能够承载高的电压和电流载荷的插入系统。
【背景技术】
[0002]已经开发了大范围的电气连接系统，并且目前正在使用中。对于仅传输低的电压和电流、或数据的应用而言，可利用简单的插头系统。对于诸如工业电力电子系统中的较高的电压和电流应用而言，需要相当大的导体，所述导体需要以高效的方式连接以在连接点之间传输期望的电力。在工业环境中，例如，电气罩可以在诸如电气柜的背板中设计有承载三相电力的电力母线。可以借助于弹性封装汇流条(bus bar)的杆(stab)来将装置连接至汇流条以完成连接。在其它情况下，汇流条被设计成通过螺栓连接或其它连接与相当大的连接器或汇流条之间的直接连接接口来将电力排线为至或来自例如马达驱动器、开关设备、电路保护部件等的电力电子部件。
[0003]由于移除部件通常需要一些柔性以用于维修，同时保持正常工作期间出色的电流承载能力，因此较大及较高的供电连接是非常困难的。在某些情况下，已经为此采用了导电金属编织层和其它柔性结构。然而，在某些情况下，优选硬连接，在该硬连接中，AC电力母线部件被螺丝固定至彼此，并且最终螺丝固定至用于如下导体，该导体将电力排线为至和/或来自电力电子装置和开关设备。在将会经常移除部件(例如用于更换或维修)的情况下，尽管电气柜中部件的水平面或位置略微发生变化，然而所述问题由于需要恰当地对准汇流条部件而恶化。这种错位通常是不可避免的，并且这种环境下导体的当前功率设计不能适应这种错位同时保持工作期间的良好连接。
[0004]因此，需要进一步改进被设计用于高电压和高电流应用的电气连接。特别需要如下设计，该设计将允许母线部件之间存在一些错位并且允许(特别是在三相应用中)一个导体容易地从另一导体收回。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种被设计成响应这种需求的新的连接器系统。该系统是基于可以与插座或插头配件相关联的导电母线或类似结构的使用的。插座容纳插头配件，并且在插座的内部导电表面和与配合导体或母线相关联的弹性导电部件之间形成电连接。当该连接构成时，弹性元件随后发生弹性变形以提供导体与母线元件之间所需的电气连接。
[0006]因此，根据本发明的一个方面，一种电力连接器系统包括插头配件，该插头配件包括大致平坦的电力导体以及两个侧面导体配件。每个侧面导体配件经由导电支承件被紧固至大致平坦的电力导体的相应侧面，并且每个侧面导体配件包括与电力导体接触的多个内部导电元件以及与内部导电元件相对的多个导电扩展件。所述导电扩展件向外偏置并且能够朝向支承件挤压。一种具有相对的侧面的大致叉形的导电插座，在插头配件被插入到插座中时，所述相对的侧面接触并挤压导电扩展件。[0007]本发明还提供了一种电力连接器系统，该电力连接器系统包括三个插头配件、三个大致叉形的导电插座以及三个母线导体，所述插座中的一个插座被导电地紧固至相应的母线导体，以在母线导体与大致平坦的电力导体之间传输三相电力。该布置可以被配置成传输三相电力。
[0008]本发明还提供了一种用于制造电力连接器系统的方法。在该方法中，装配一种插头配件，该插头配件包括大致平坦的电力导体以及两个侧面导体配件，每个侧面导体配件经由导电支承件被紧固至大致平坦的电力导体的相应侧面，并且每个侧面导体配件包括与电力导体接触的多个内部导电元件以及与导电元件相对的多个导电扩展件，所述导电扩展件向外偏置并且能够朝向支承件挤压。该插头配件被配置成与具有相对的侧面的大致叉形的导电插座配合，其中，所述相对的侧面在插头配件被插入到插座中时接触并挤压导电扩展件。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]当参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面及优点，在全部附图中，相似的附图标记表示相似的部件，其中:
[0010]图1是根据本发明的某些方面的示例性三相连接系统的立体图；
[0011]图2是图1的系统中使用的示例性插头配件的立体图；
[0012]图3是图2的示例性插头配件的分解图；
[0013]图4是该系统中使用的插头配件的可替代配置的立体图；
[0014]图5是图4的布置的分解图；
[0015]图6是示出了插接前的系统插座和插头配件的俯视图；以及
[0016]图7是插接后相同部件的俯视图。
【具体实施方式】
[0017]转向附图，图1示出了被设计用于在高电压和高电流应用中使用的示例性连接器系统10。借助于示例，该系统可适于用于电力电子电路、开关设备、马达驱动器以及各种电压和电流范围的其它应用。图1中示出的系统特别适于用于电气柜，在电气柜中，通过汇流条将三相电排线为至和/或来自电力电子部件和开关设备。如本领域的技术人员将理解的，在这种应用中，通常通过机柜(诸如电气罩的后背板)来对来自由附图标记12所表示的源的电力进行排线。离开所述连接的电力被供应至由附图标记14所表示的各种载荷。这种载荷不仅可以包括机柜中的电路保护部件，而且还可以包括各种控制部件，例如马达驱动器、马达起动器、接触器、继电器等。应当指出，尽管在图1中输入电力被示出为对应于附图标记12，而对载荷的输出电力由附图标记14表示，但在实际中，连接器系统的各种部件的角色可以被颠倒。
[0018]在示出的实施方式中，输入电力12被引导至通常会包括诸如铜条的重要导电元件的汇流条16。该连接器系统还包括插座18，插座18被紧固至汇流条并从汇流条的导电表面延伸。插座包括侧面触头20和22以及结合至所述侧面触头的背侧24。插座通过紧固件26被紧固至汇流条。紧固件为插座提供机械支承，以及使所述背侧的背表面与相应的汇流条保持紧密导电接触。插座18的侧面触头20和22的前端设置有倒角表面28，以有利于所述插座与如下所述的配合的插头配件的啮合。
[0019]设置可以形成为插接导体30的扩展的插头配件30。在一些实施方式中，插接导体也可以是延伸至开关设备或其它电路(诸如马达控制器)的实质上的金属部件(例如，铜条)。插头配件30被支承在部件支承件(未图示)上并被束缚到经由插座和插头配件接收来自汇流条的电力的插接部件。每个插头配件还包括被紧固至插接导体32的一个或更多个支承件34。这些支承件保持并提供弹性接触结构的机械支承。如下文更全面描述的，弹性接触结构与插接导体32和支承件34接触，并且从支承件34向外延伸以在插头配件被插入插座时与插座的侧面触头20和22的内表面接触。
[0020]图2示出了图1的系统中示出的类型的示例性插头配件。再者，该插头配件包括在工作期间承载电流的插接导体32。导体32带有用于弹性接触结构36的一个或更多个支承件34。这些弹性接触结构中的每个弹性接触结构包括一系列导电元件，所述一系列导电元件包括内部导电元件38和导电扩展件40。这些导电元件和导电扩展件包括支承配件和柔性安装的导体。内部导电元件38在支承件34被安装到插接导体32上时与插接导体接触。导电扩展件40包括从支承件向外延伸并能够通过该结构任一侧上的压力相对容易地弹性变形的导电材料。在目前预期的实施方式中，该支承件包括其中插入弹性接触结构36的上部和下部T结构形成槽46。通过一系列销子或紧固件48将这些弹性接触结构和支承件保持到插接导体32上，这些销子或紧固件48容纳在形成于支承件中的孔50和形成于插接导体中的对应孔52中。在目前预期的实施方式中，插接导体的孔52略微过大，而支承件的孔50对紧固件提供了压配合。这种布置连同内部导电元件38的弹性可变形性允许插接导体32在其任一侧上的弹性导电结构之间“浮动(floating)”。这以及导电扩展件的弹性可变形性允许装配连接器系统时对错位的相当大的公差。
[0021]支承件34由工作期间通过电流的导电材料制成。弹性接触结构的导电元件38向内延伸以与插接导体32的侧表面良好接触。在示出的实施方式中，插接导体大致为平坦的导电金属，使得这些面可以接触提供良好的表面以与内部导电元件38接触。在工作中，建立了自弹性扩展40经由支承件34并经由内部导电元件38至插接导体32的电流路径。
[0022]图4和图5示出了可以替代先前实施方式的分离的支承件而使用的U形支承件58。该U形支承件类似地形成弹性接触结构36的机械支承，但可以充分围绕插接导体32的端部。与先前的实施方式一样，该U形支承件由导电材料制成并且允许弹性接触结构的内部导电元件38接触插接导体32的表面，以使其保持在U形支承件的扩展部分之间的“浮动”位置中。在示出的实施方式中，U形支承件由如先前实施方式中的销子或紧固件48紧固至插接导体32。
[0023]图6表示插座18与插头配件30插接之前的前述结构(第一实施方式)的俯视图。如图所示，插座被支承在电气母线上并且从母线向外延伸，插座的侧面触头20和22提供其中引入插头配件30的体积。插座宽度60的尺寸被限定为，在将插头配件按压到插座中时允许导电扩展件40的轻微的弹性压缩、变形或移动。如上所述，侧面触头可以形成有倒角平面以便于这种压缩。在松弛状态下，插头配件提供导电扩展件以从插头配件的侧面向外延伸。由附图标记62表不的支承件34的外径小于插座的内部宽度60,而导电扩展件的松弛宽度64略大于内部插座宽度60。因此，当将插头配件推入插座中时，导电扩展件将弹性变形，从而略微压缩至符合插座的内部宽度60。图7示出了这种趋向，在图7中，插头配件已经充分地啮合到配合插座中。
[0024]应当指出，导电扩展件40以及插头配件的其它部件的使用允许插头配件相对于插座的平移及角度错位。即，如图6所示，如果插座的入口与插头配件的入口略微移位，则这两者仍可以由于内部导电元件38和导电扩展件40的可变形性而充分接触。类似地，如由图6中的附图标记66表示的角度错位可以通过导电元件和导电扩展件来适应。即，在轻微的角度错位的情况下，沿着插座的每一侧的导电元件和导电扩展件可以被不同地略微压缩，同时仍保持充分接触。
[0025]应当指出，特别是根据连接器系统的额定功率，可以在插头配件的每一侧上使用任意期望数量的导电元件。侧面触头20和22的长度足以允许插头配件在插座中的充分啮合，使得所有导电扩展件都与侧面触头20和22的导电表面接触。
[0026]尽管文中仅示出并描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员能够想到许多修改和变形。因此，应当理解，所附权利要求意在涵盖落入本发明的真实精神的所有这种修改和变形。
【权利要求】
1.一种电力连接器系统，包括: 插头配件，其包括大致平坦的电力导体及两个侧面导体配件，每个侧面导体配件经由导电支承件被紧固至所述大致平坦的电力导体的相应侧面，并且每个侧面导体配件包括与所述电力导体接触的多个内部导电元件以及与所述导电元件相对的多个导电扩展件，所述导电扩展件向外偏置并且能够朝向所述支承件挤压；以及 具有相对的侧面的大致叉形的导电插座，其中，当所述插头配件被插入到所述插座中时，所述相对的侧面接触并挤压所述导电扩展件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述内部导电元件包括弹性可移动元件，所述弹性可移动元件将所述大致平坦的电力导体保持在所述两个侧面导体配件之间处于浮动位置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支承件包括两个分离的导电支承件，所述大致平坦的电力导体的每侧上设置有一个导电支承件。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支承件包括围绕所述大致平坦的电力导体的端部紧固的、大致U形的支承元件。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支承件经由紧固件被紧固至所述大致平坦的电力导体。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述紧固件包括销子。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述大致平坦的电力导体包括孔，所述销子穿过所述孔以将所述大致平坦的电力导体保持在所述两个侧面导体配件之间处于浮动位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导电扩展件包括当所述插头配件被插入到所述插座中时发生弹性变形的弹簧状导体。`
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述大致平坦的电力导体的每侧上的所述导电扩展件被构造成偏斜，以适应所述大致平坦的电力导体与所述插座之间的错位。
10.一种电力连接器系统，包括: 三个插头配件，所述三个插头配件中的每个插头配件包括大致平坦的电力导体以及两个侧面导体配件，每个侧面导体配件经由导电支承件被紧固至所述大致平坦的电力导体的相应侧面，并且每个侧面导体配件包括与所述电力导体接触的多个内部导电元件以及与所述导电元件相对的多个导电扩展件，所述导电扩展件向外偏置并且能够朝向所述支承件挤压； 各自具有相对的侧面的三个大致叉形的导电插座，其中，当所述插头配件被插入到所述插座中时，所述相对的侧面接触并挤压所述导电扩展件；以及 三个母线导体，所述插座中的一个插座被导电地紧固至相应的母线导体，以在所述母线导体与所述大致平坦的电力导体之间传输三相电力。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述支承件包括围绕所述大致平坦的电力导体的端部紧固的、大致U形的支承元件。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，每个侧面导体配件的所述内部导电元件包括弹性可移动元件，所述弹性可移动元件将所述大致平坦的电力导体保持在所述两个侧面导体配件之间处于浮动位置。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，每个插头配件的所述支承件包括两个分离的导电支承件，所述大致平坦的电力导体的每侧上设置有一个导电支承件。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，每个插头配件的所述大致平坦的电力导体被安装在相应的侧面导体配件之间，以将所述大致平坦的电力导体保持在所述两个侧面导体配件之间处于浮动位置。
15.一种用于构造电力连接器系统的方法，所述方法包括: 装配插头配件，所述插头配件包括大致平坦的电力导体以及两个侧面导体配件，每个侧面导体配件经由导电支承件被紧固至所述大致平坦的电力导体的相应侧面，并且每个侧面导体配件包括与所述电力导体接触的多个内部导电元件以及与所述导电元件相对的多个导电扩展件，所述导电扩展件向外偏置并且能够朝向所述支承件挤压； 其中，所述插头配件被构造成与具有相对的侧面的大致叉形的导电插座配合，其中，当所述插头配件被插入到所述插座中时，所述相对的侧面接触并挤压所述导电扩展件。
16.根据权利要求15所述的方法，包括:将三个大致叉形的导电插座安装在相应的母线导体上，所述插座被设置成与相应的插头配件配合，以在所述母线导体与所述大致平坦的电力导体之间传输三相电力。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述支承件包括围绕所述大致平坦的电力导体的端部紧固的、大致U形的支承元件。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，每个侧面导体配件的所述内部导电元件包括弹性可移动元件，所述弹性可移动元件将所述大致平坦的电力导体保持在所述两个侧面导体配件之间处于浮动位置。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述插头配件的所述支承件包括两个分离的导电支承件，所述大致平坦的电力导体的每侧上设置有一个导电支承件。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述大致平坦的电力导体被安装在相应的侧面导体配件之间，以将所述大致平坦的电力导体保持在所述两个侧面导体配件之间处于浮动位置。
【文档编号】H01R13/24GK103633465SQ201310329307
【公开日】2014年3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】阿卜杜勒迈赫迪·卡韦赫·阿汉加尔, 史蒂文·C·凯希安, 马克·G·菲利普斯 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司