電氣連接裝置和連接器的製作方法

2023-11-12 05:53:07 4

專利名稱：電氣連接裝置和連接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電氣連接裝置和一種連接器，尤其用於建立電氣 連接以傳輸大電流。
背景技術：
電氣連接裝置可多次應用。其使得通過把互補的連接元件手動接 合在一起來連接電氣設備或組件成為可能。為了可以不用大力投入地 接合在一起，就儘可能少地設計必要的插入力。可是其導致，在這種 方式中的插塞式連接件的接觸力比例如在螺旋連接或箝位連接的這 種情況更小。
在插塞式連接件中的更少的接觸力導致在觸點上的更大的過渡 電阻，其上由於電壓降在電流流動時產生功率損耗。這導致在該插塞 式連接件的觸點上的發熱，其通過氧化或應用接觸材料的結構改變可 以導致加速的接觸退化並且最終導致接觸器的熱破壞。
避免觸點強烈發熱的不利之處的可能性存在於插塞連接器的冷
卻中。例如，在文件US2006/035488中說明空氣冷卻的插頭，其應該 減少觸點發熱。插頭具有冷卻層壓板，其與接觸器熱連接。不利的是， 冷卻層壓板一方面對插頭的安裝大小產生負面的作用，另一方面使插 頭的絕緣變得困難。
達到觸點的更好冷卻，z假如用液態冷卻劑(優選地用水)冷卻插 塞式連接件。從文件EP0401640中已知這樣的帶有互補連接元件的液 體冷卻的插塞式連接件。在接合在一起時在連接元件之間既完成電氣 連接又完成冷卻劑連接。冷卻劑連接在連接狀態中形成通過插塞式連 接件的冷卻劑管線。可不利之處是，在插塞式連接件斷開時，除了電流通路，冷卻劑 通道也打開，以致液態冷卻劑必須在斷開前移去。

發明內容
本發明的目的在於，設置一種更好的連接裝置，其具有在連接器 觸點上的足夠的冷卻，具有極少的位置需求並且可以不用準備措施而 接合在一起和斷開。
根據權利要求1通過連接裝置以及根據並列的權利要求通過連接 器解決該任務。
本發明更多有利的實施例在獨立的權利要求中說明。
根據第一個方面，設有連接裝置，尤其是大電流插塞式連接件。 該連接裝置包括第一連接器和第二連接器，其分別具有接觸元件，以 用於在連接器的連接狀態中建立電氣連接。連接器在連接狀態中在連 接區域上彼此靠置。連接器中的至少一個包括帶有一個或多個用於輸 送或輸出冷卻劑的冷卻劑管線。該冷卻劑管線與接觸元件連接，為了
導出在接觸單元之間觸點的熱量。冷卻劑管線所有通口 (Zugang)設置 在連接區域之外。
本發明的想法在於，在用於連接裝置的連接器中的至少一個中設 有冷卻劑管線，其通過連接裝置斷開和接合在一起不受損害，以致冷 卻劑保留在各個連接器之中是不依賴於連接裝置是否位於連接或非 連接狀態中。冷卻劑管線設置在靠近連接裝置的觸點，以致通過經冷 卻劑管線移動的冷卻劑導出那裡產生的熱量。
此外，第一連接器可以設計為陰性連接器，而第二連接器可以設 計為陽性連接器。
根據一個實施例，冷卻劑管線設置在單獨的冷卻單元中，其固定 在至少一個連接器的接觸元件上。
第一連接器包括帶有容納在其中的接觸元件的外殼，冷卻劑管線 的一部分設計在其之間。外殼具有通道用於容納第二連接器的接觸元件，其中，通道如此設計，以致其在連接狀態中通過第二連接器的接
觸元件封閉以防止冷卻劑漏出。此外，設有封閉元件，以用於在非連
接狀態中封閉通道以防止冷卻劑漏出。
此外，可以用彈簧元件對封閉元件預加應力，其在非連接狀態中
^^壓該封閉元件到該通道的止擋件上，以用於封閉該通道。
例如，第二個連接器的接觸元件可以具有圓柱形形狀。
通道可以設有密封元件，以用於密封通道防止冷卻劑漏出。
根據另一實施例，冷卻劑管線的另一部分設計在接觸元件之內。
根據另一方面，電氣連接器、尤其是大電流插頭，設置用於建立
電氣連接。電氣連接器包括接觸元件，以用於在連接狀態中接觸另一
連接器的另一接觸元件以建立電氣連接。設有連接區域，以用於在連
接狀態中靠置在另一連接器的相應的另一連接區域上。此外，連接器 具有帶有一個或多個用於輸入或輸出冷卻劑的冷卻劑管線。冷卻劑管
線與接觸元件連接，以用於導出在接觸單元之間觸點的熱量。冷卻劑 管線的所有通口設置在連接區域之外。
此外，冷卻劑管線可以設置在單獨的冷卻單元中，其固定在接觸 元件上。
根據一實施例，外殼設有容納在其中的接觸元件，冷卻劑管線的 一部分設計在其之間，其中，外殼具有通道用於容納另一連接器的接
出。 力' 口 、 、 、' ' * ;
此外，可以用彈簧元件對封閉元件預加應力，其^^壓封閉元件在 非連接狀態中防止撞擊進入通道。
根據另 一實施例，連接模塊設有一個或多個上述的電氣連接器， 其經由冷卻劑管線與冷卻劑泵和熱交換器連接。


接下來採用附圖更仔細地說明本發明優選的實施例。圖la和lb顯示了插接連接的示意圖，其中，連接元件設有冷卻 劑管線，有連接狀態和非連接狀態；
圖2a和2b顯示了插接連接的示意圖，其中，兩個互補的連接元 件設有冷卻劑管線，有連接狀態和非連接狀態；
圖3a和3b顯示了插接連接的示意圖，其中，帶有冷卻劑管線的 冷卻單元作為單獨的元件安裝在連接元件上，有連接狀態和非連接狀 態；
圖4a和4b顯示了插接連接的示意圖，其中，冷卻劑直接圍繞觸 點流動，有連接狀態和非連接狀態；
圖5顯示了帶有若干插接連接的插接連接系統的圖示，其分別與 冷卻劑泵連4I"。
在圖中相同參考標記標明了相同或不同功能的元件。
具體實施例方式
在圖la和lb中顯示了帶有第 一個連接元件(連接器)2和第二個連 接元件(連接器)3的插接連接1,以插接在一起或接合在一起的(連接 的)狀態(圖la)和斷開的(非連接的)狀態(圖lb)。
第一連接元件2具有兩個相互面對的觸臂4，其設置圍繞凹陷部 5。觸臂4具有兩個接觸區域7，其作為相互對準的突起部分設置在兩 個觸臂4上。第二連接元件3具有觸銷6。
第二連接元件3的觸銷6可以插入第 一連接元件2的凹陷部5中， 以致觸臂4的接觸區域7沿著觸銷6滑動並且在完全連接狀態中靠置 在觸銷6的各個接觸面上。觸臂4在兩個連接元件2, 3插接在一起 時有彈性地偏轉，以致接觸區域7用確定的接觸力擠壓到觸銷6的各 個接觸面上。由此可以在連接區域中建立在兩個連接元件2， 3的觸 臂4和觸銷6之間的觸點上的電氣連接。
一般地連接元件2， 3(也就是在接觸區域7之間的距離，觸臂4 的彈性和觸銷6的厚度)如此設計，以致兩個連接元件2， 3手動插接在一起而不用大力投入是可能的。可這限制了在接觸區域7與觸銷6 之間可能的接觸力。
在接觸區域7與觸銷6之間觸點上的接觸力決定性地確定了接觸 電阻，其再次基本上影響了插塞式連接件的總電阻。因此尤其在觸點 上在大電流流動時通過插塞式連接件產生顯著的以熱量形式的功率 損耗。為了讓熱量不導致接觸區域7和/或觸銷6的退化或破壞，因此 其必須以合適的方式引開。
為了導出熱量，在圖la和lb的插塞式連接件中設置成，冷卻裝 置集成在第二個連接元件3中，該冷卻裝置設計成冷卻劑管線8的形 式。冷卻劑管線8具有進入口 9和排出口 10，經由其輸入或輸出冷卻 劑。冷卻劑在插塞式連接件1的運行中通過冷卻劑管線8輸送，以致 引開位於第二個連接元件中熱量。
進入口 9和排出口 10如此設置在第二連接元件3上，以致其是 可不依賴於插塞式連接件1的連接狀態而達到。也就是說,—在連接元 件2,3插接或接合在一起時，位於第二連接元件3中的冷卻劑管線8 的進入口 9和排出口 IO都不被遮蓋，也不容納第一連4^元件2中。 此外，也沒有實現由第一連接元件2流向第二連接元件3的冷卻劑管 線。以該方式，有可能斷開插塞式連接件而不用之前停住冷卻劑循環 和/或排出來自連接元件3的冷卻劑。
在圖la和lb中顯示的實施例中，進入口 9和排出口 IO設置在第 二連接元件3的側面上，其中該側面基本上平行於連接元件2,3接合 在一起的方向而延伸。也可以把進入口 9和排出口 IO設置在第二連 接元件3的各個不同的側面或第二連接元件3的背面上，其中該背面 位於觸銷6對面。
冷卻劑管線8可以以環形設置在第二連接元件3中，以致冷卻劑 管線8曲折地延伸在第二連接元件3中。由此擴大在冷卻劑管線8與 周圍材料之間的界面，以致更好地導出熱量是可能的。
正如在圖2a和2b中顯示，兩個連4妄元件2,3都可以用相應的冷
10卻劑管線8安裝，以致冷卻既可以經由第二連接元件3的觸銷6又可 以經由第一連接元件2的觸臂4發生。冷卻劑管線8可以設計為同一 類型的或不同的。當然，也可以僅使第一連接元件2設有冷卻裝置。 在^又設有一個冷卻裝置時，其應該設置在這樣的連接元件2,3中—— 在該連接元件2，3中，可確保更好的從觸點向冷卻裝置導出熱量。
在圖3a和3b中顯示以插接在一起的狀態(圖3a)和斷開在一起的 狀態(圖3b)的插塞式連接件的另一變型。在圖3a和3b的插塞式連接 件14中，冷卻裝置是由良好熱可導材料製造的單獨的冷卻元件15的 形式。冷卻元件15固定在連接元件2,3之一上，以致熱量可以經由冷 卻元件21從在觸臂4和觸銷6之間的觸點導出。
冷卻元件15具有冷卻劑管線16,通過其經由進入口 17輸入冷卻 劑並且經由排出口 18輸出冷卻劑。冷卻劑管線16可以具有環路，以 用於擴大在冷卻劑管線16與冷卻元件15材料之間的界面，以致改善 從冷卻元件15材料的熱量導出。備選地或附加地可以提供另一措施 用於擴大在冷卻劑管線16與冷卻元件15材料(例如層壓板等等)之間 的界面。
冷卻元件15用儘可能少的熱敏電阻固定在第二連接元件3上。 例如，固定可以通過粘貼或其它的機械連接(例如通過箝位連接件或螺 旋連接件19)進行。
正如在圖3a和3b中顯示，在另一實施例中插塞式連接件也可以 在兩個連接元件2,3上承載相應的冷卻元件15。
在圖4a和4b中描述另 一插接連接20。另 一插塞式連接件20包 括第一連接元件21,其可以與互補的第二連接元件22連接。第一連 接元件21包括外殼23,可電導的導體元件24固定設置在其中。外殼 23截面可以是環狀圓柱形或四邊形或者具有其它的形狀。
導體元件24具有觸臂25，其分別設有接觸區域26。觸臂25包 圍凹陷部，該凹陷部在另一插接元件20的連接狀態中容納第二連接 元件的觸銷29。接觸區域26在另 一插接元件20的連接狀態中接觸在觸點上的觸銷29並且由此建立電氣連接。在圖4a和4b的實施例中， 這樣的平面即是連接區域一一連接元件21,22在連接狀態中相互靠近 在該平面上。
在導體元件24中，第一冷卻劑管線部分27設置用於輸送冷卻劑。 此外，在外殼23的內壁與導體元件23之間的間隙用作第二冷卻劑管 線部分28,冷卻劑通過其輸送。第二冷卻劑管線部分28可以設置為 環形的(關於連接方向相切的)或僅設置在確定的區域上。第二冷卻劑 管線部分28的一部分優選地設計在外殼23與觸臂的一個或多個之 間，以能夠儘可能有效率地導出在觸點上產生的熱量。第一冷卻劑管 線部分27和第二冷卻劑管線部分28是冷卻劑管線的部分，冷卻劑通 過該管道輸送，以用於導出在觸點上產生的熱量。在冷卻劑管線部分 27，28中的冷卻劑的流動方向基本上是任意的。
外殼23具有形式為容納口 34的通道，通過其在連接元件21，22 插接在一起時，第二連接元件22的觸銷29可以容納到凹陷部中。容 納口 34基本上具有觸銷29的截面，以致觸銷29可以用少量的運轉 容納在容納口34中。此外，容納口 34可以設有密封元件35，以用於 密封容納口 34以防止冷卻劑損耗——當觸銷29容納在其中時。
在另 一插塞式連接件20的連接狀態中通過在觸臂25之間的容納 口 34達到觸銷29,以致觸臂25的接觸區域26接觸觸銷29並且其用 確定的接觸力從側面(關於連接方向)擠壓在觸銷29上。例如，接 觸力在已容納的觸銷29中可以通過觸臂25的彈性偏轉產生。
為了在另一插塞式連接件20的斷開狀態中避免存在於冷卻劑管 線中的冷卻劑流出，設有封閉元件36,其具有封閉部分37和止擋件 38。封閉元件36在另一插塞式連接件20的斷開狀態中用於封閉容納。
採用彈簧39擠壓封閉部分37到外殼23的容納口 34中，其中， 封閉元件36的止擋件38確保，封閉元件36保留在外殼23中。止擋 件38可以在另一插塞式連接件20的非連接狀態中例如通過合適的保留元件靠近在導體元件24上。 一個或兩個觸臂25的接觸區域26可 以備選地用作封閉元件36的支撐元件。
彈簧39設置在封閉元件36與在導體元件24上的支撐邊緣40上 並且優選地預加應力。支撐邊緣40可以例如通過第一冷卻劑管線部 分的截面的梯級擴大形成。
在連接元件21，22插接在一起時，觸銷29的端面擠壓到封閉元件 36的端面上，並且該封閉元件36擠壓到第 一連接元件21的凹陷部中， 以反作用於由彈簧39施加的彈簧力。其中，端面齊平地彼此靠置。 由此觸銷29替代在外殼23的容納口 34中的封閉元件36，其中，冷 卻劑在所有時刻都不可以從外殼23通過容納口 34流出。封閉元件36 和觸銷29的端面可以備選地設有互補的拓樸，尤其是具有互補的圓 錐形的形狀，以用於在插接在一起時避免端面彼此滑動。
正如外殼23,封閉元件36同樣也可以優選地^沒計為非電可導材 料，以致可以在另一插塞式連接件20的斷開狀態中達到足夠的絕緣。
在圖5中設有帶有多個插塞式連接件的插接系統50。第一連接元 件51設置在第一連接模塊52和第二連接元件53設置在第二連接模 塊54中。每個第一和第二連接元件51,53可以以之前描述的方式之一 安排。連接元件51,53在各自連接模塊52，54中如此設置，以致其可 以在連接裝置中通過插頭與互補的連接模塊連接。
第一連接元件51經由第一冷卻劑管線60與第一冷卻劑泵55連 接，以致冷卻劑通道在第一連接模塊52的單獨的第一連接元件51中 關於冷卻劑循環連續地連接。第一冷卻劑泵55可以設置在第一連接 模塊52或其中單獨的部分中。第一冷卻劑管線60經過第一熱交換器 62,以引開從第一連接元件51導出的熱量。
第二連接元件53經由第二冷卻劑管線61與第二冷卻劑泵56連 接，以致冷卻劑通道在第二連接模塊54的單獨的第二連接元件53中 關於冷卻劑循環連續地連接。第二冷卻劑泵56可以i殳置在第二連接 模塊54或其中單獨的部分中。第二冷卻劑管線61經過笫二熱交換器
1363,以引開從第二連接元件53導出的熱量。
為了確保在連接模塊52，54的單獨的連接元件51，52之間的足夠 的電絕緣，優選地應用不傳導的或與連接元件足夠絕緣的冷卻劑管線 60，61和不可導的冷卻劑。尤其是電絕緣的液體(例如水，油，含氟 液體和諸如類似)可以吸收許多熱量並同時絕緣大電壓。
不同於圖5中顯示的結構，也可以使連接系統50僅有一個連接 模塊52,54設有冷卻劑裝置或冷卻劑泵。
根據另一備選方案，也可僅用一個冷卻劑泵55,56來確保通過兩 個連接^^莫塊52,54的冷卻液體的循環。那麼，冷卻劑泵55可以設置成 與連接模塊52,54分開，或設置在兩個連接模塊52，54之一中。那麼 連接模塊52,54作為接口具有在冷卻劑管線(前饋和反饋)中的附加斷 開點，以用於完全斷開。贈標記#卓
1插塞式連接件 2第一連接元件
3第二連接元件
4觸臂
5凹陷部
6觸銷
7接觸區域
8冷卻劑管線
9進入口
IO排出口
14插塞式連接件
15冷卻元件
16冷卻劑管線
17進入口
18排出口
19螺旋連接件
20插塞式連接件
21第一連接元件
22第二連接元件
23外殼
24導體元件
25觸臂
26接觸區域
27第一冷卻劑管線部分
28第二冷卻劑管線部分
29觸銷
34容納口35密封元件
36封閉元件
37封閉部分
38止擋件
39彈簧
50連接系統
51第一連接元件
52第一連接模塊
53第二連接元件
54第二連接模塊
55第一冷卻劑泵
56第二冷卻劑泵
60第一冷卻劑管線
61第二冷卻劑管線
62第一熱交換器
63第二熱交換器。
權利要求
1.一種連接裝置(1；20)，尤其是大電流插塞式連接件，其帶有第一連接器(2；21)和第二連接器(3；22)，它們分別具有接觸元件(4，6；25，29)，以用於在該連接器的連接狀態中建立電氣連接；其中，所述連接器(2；21，3；22)在連接狀態中在連接區域上彼此靠置；且其中，所述連接器(2；21，3；22)中的至少一個包括帶有一個或多個通口(9，10)用於輸入或輸出冷卻劑的冷卻劑管線(8；27，28)；且其中，所述冷卻劑管線(8；27，28)設置在接觸元件上，以用於從所述接觸元件(4，6；24，29)之間的觸點導出熱量；其特徵在於，所述冷卻劑管線(8；27，28)的所有通口(9，10)設置在該連接區域之外，並且所述第一連接器(21)包括帶有其中容納有接觸元件(24)的外殼(23)，其中，在所述外殼(23)和所述接觸元件(24)之間設有所述冷卻劑管線(28)的一部分，其中，所述外殼(23)具有通道以用於容納所述第二連接器(22)的接觸元件(29)，且其中，所述通道(34)設計成在連接狀態中通過所述第二連接器(22)的所述接觸元件(29)被封閉，以防止冷卻劑漏出，並且設有封閉元件(36)，以用於在非連接狀態中封閉所述通道(34)以防止冷卻劑漏出。
2. —種連接裝置(1;20),尤其是大電流插塞式連接件，其帶有第一 連接器(2;21)和第二連接器(3;22)，它們分別具有接觸元件(4，6;25，29), 以用於在該連接器的連接狀態中建立電氣連接；其中，所迷連接器(2;21,3;22)在連接狀態中在連接區域上彼此靠置；且其中，所述連接器(2;21，3;22)中的至少一個包括帶有一個或多個 通口 (9,10)用於輸入或輸出冷卻劑的冷卻劑管線(8;27,28);且其中，所述冷卻劑管線(8;27,28)設置在接觸元件上，以用於從所 述接觸元件(4,6;24,29)之間的觸點導出熱量；其特徵在於，所述冷卻劑管線(8;27,28)的所有通口(9,10)設置在該連接區域之夕卜, 並且所述冷卻劑管線(8;27,28)設置在單獨的冷卻單元中，其固定在至少 一個連接器(2，3;21，22)的所述接觸元件(4,6;24，29)上。
3. 根據權利要求1或2所述的一種連接裝置(1;29)，其特徵在於， 所述笫一連接器(2;21)設計為陰性連接器，而所述第二連接器(3;22)設 計為陽性連接器。
4. 根據權利要求1所述的一種連接裝置(20),其特徵在於，用彈 簧元件(39)對所述封閉元件(36)預加應力，該彈簧元件(39)在非連接狀 態中擠壓所述封閉元件(36)到所述通道(34)中的止擋件上，以用於封閉 所述通道(34)。
5. 根據權利要求4所述的一種連接裝置(20)，其特徵在於，所述 接觸元件(29)的所述第二連接器(22)具有圓柱形形狀。
6. 根據權利要求4或5所述的一種連接裝置，其特徵在於，所迷 通道(34)設有密封元件(35),以用於密封所述通道(34)以防止冷卻劑漏 出。
7. 根據權利要求4或6所述的一種連接裝置，其特徵在於，所述 冷卻劑管線的另 一部分(27)設計在所述接觸元件(24)之內。
8. —種電氣連接器，尤其是一種大電流插頭，用於建立電氣連接， 包括-接觸元件，其用於在連接狀態中接觸另 一連接器的另 一接觸元 件以建立電氣連接；-連接區域，其設置用於在連接狀態中靠置在該另 一連接器的相應的另一連接區域上；以及-冷卻劑管線(8;27，28)，其帶有一個或多個通口 (9,10)用於輸入或豐lr出冷卻劑；其中，所述冷卻劑管線(8;27，28)設置在所述接觸元件上，以用於從 該接觸單元(4，6;24,29)之間的觸點導出熱量； 其特徵在於，所述冷卻劑管線(8;27,28)的所有通口設置在所述連接區域之外，並且設有其中容納有接觸元件(24)的外殼(23),而在所述外殼(23)和所 述接觸元件(24)之間形成冷卻劑管線的 一部分(28),其中，所述外殼(23)具有通道(34)用於容納另 一連接器(22)的接觸 元件(29)，且其中，設有封閉元件(36),用於在非連接狀態中封閉所述通道(34) 以防止冷卻劑漏出。
9. 一種電氣連接器，尤其是一種大電流插頭，用於建立電氣連接， 包括-接觸元件，以用於在連接狀態中接觸另 一連接器的另 一接觸元 件以建立電氣連接；-連接區域，其設置成用於在該連接狀態中靠置在該另 一連接器 的相應的另一連4I:區域上；並且-冷卻劑管線(8;27，28)帶有一個或多個通口(9，10)以用於輸入或輸 出冷卻劑；其中，所述冷卻劑管線(8;27,28)設置在所迷接觸元件上，以用於從 該接觸單元(4，6;24,29)之間的觸點導出熱量； 其特徵在於，所述冷卻劑管線(8;27,28)的所有通口設置在所述連接區域之外，並且所述冷卻劑管線(8;27,28)設置在單獨的冷卻單元中，該冷卻單元固定在所述接觸元件上。
10. 根據權利要求8所述的一種連接器，其特徵在於，用彈簧元件(39)對所述封閉元件(36)預加應力，該彈簧元件(39)在非連接狀態中 擠壓所述封閉元件(36)到所述通道(34)中的止擋件上。
11. 一種連接模塊(52,54),其帶有根據權利要求8至IO所述的一 個或多個電氣連接器(51，53),所述電氣連接器(51,53)經由冷卻劑管線 (60，6 l)與冷卻劑泵(55,56)和熱交換器(62,63)連接。
全文摘要
本發明涉及一種連接裝置(1；20)，尤其是大電流插塞式連接件，其帶有第一連接器(2；21)和第二連接器(3；22)，它們分別具有接觸元件(4，6；25，29)，以用於在該連接器的連接狀態中建立電氣連接；其中，該連接器(2；21，3；22)在連接狀態中在連接區域上彼此靠置；並且，連接器(2；21，3；22)中的至少一個包括帶有一個或多個用於輸入或輸出冷卻劑的冷卻劑管線(8；27，28)；並且，冷卻劑管線(8；27，28)設置在接觸元件上，以用於從接觸元件(4，6；24，29)之間的觸點導出熱量；並且，冷卻劑管線(8；27，28)的所有通口(9，10)設置在該連接區域之外。
文檔編號H01R13/00GK101540448SQ20091012753
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月12日 優先權日2008年3月18日
發明者R·薩徹, W·納普 申請人:Abb瑞士有限公司