CN101540448B - 电气连接装置和连接器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连接装置(1；20)，尤其是大电流插塞式连接件，其带有第一连接器(2；21)和第二连接器(3；22)，它们分别具有接触元件(4，6；25，29)，以用于在该连接器的连接状态中建立电气连接；其中，该连接器(2；21，3；22)在连接状态中在连接区域上彼此靠置；并且，连接器(2；21，3；22)中的至少一个包括带有一个或多个用于输入或输出冷却剂的冷却剂管线(8；27，28)；并且，冷却剂管线(8；27，28)设置在接触元件上，以用于从接触元件(4，6；24，29)之间的触点导出热量；并且，冷却剂管线(8；27，28)的所有通口(9，10)设置在该连接区域之外。

Description

电气连接装置和连接器

技术领域

本发明涉及一种电气连接装置和一种连接器，尤其用于建立电气连接以传输大电流。

背景技术

电气连接装置可多次应用。其使得通过把互补的连接元件手动接合在一起来连接电气设备或组件成为可能。为了可以不用大力投入地接合在一起，就尽可能少地设计必要的插入力。可是其导致，在这种方式中的插塞式连接件的接触力比例如在螺旋连接或箝位连接的这种情况更小。

在插塞式连接件中的更少的接触力导致在触点上的更大的过渡电阻，其上由于电压降在电流流动时产生功率损耗。这导致在该插塞式连接件的触点上的发热，其通过氧化或应用接触材料的结构改变可以导致加速的接触退化并且最终导致接触器的热破坏。

避免触点强烈发热的不利之处的可能性存在于插塞连接器的冷却中。例如，在文件US2006/035488中说明空气冷却的插头，其应该减少触点发热。插头具有冷却层压板，其与接触器热连接。不利的是，冷却层压板一方面对插头的安装大小产生负面的作用，另一方面使插头的绝缘变得困难。

达到触点的更好冷却，假如用液态冷却剂(优选地用水)冷却插塞式连接件。从文件EP0401640中已知这样的带有互补连接元件的液体冷却的插塞式连接件。在接合在一起时在连接元件之间既完成电气连接又完成冷却剂连接。冷却剂连接在连接状态中形成通过插塞式连接件的冷却剂管线。

可不利之处是，在插塞式连接件断开时，除了电流通路，冷却剂通道也打开，以致液态冷却剂必须在断开前移去。

发明内容

本发明的目的在于，设置一种更好的连接装置，其具有在连接器触点上的足够的冷却，具有极少的位置需求并且可以不用准备措施而接合在一起和断开。

根据权利要求1通过连接装置以及根据并列的权利要求通过连接器解决该任务。

本发明更多有利的实施例在独立的权利要求中说明。

根据第一个方面，设有连接装置，尤其是大电流插塞式连接件。该连接装置包括第一连接器和第二连接器，其分别具有接触元件，以用于在连接器的连接状态中建立电气连接。连接器在连接状态中在连接区域上彼此靠置。连接器中的至少一个包括带有一个或多个用于输送或输出冷却剂的冷却剂管线。该冷却剂管线与接触元件连接，为了导出在接触单元之间触点的热量。冷却剂管线所有通口(Zugang)设置在连接区域之外。

本发明的想法在于，在用于连接装置的连接器中的至少一个中设有冷却剂管线，其通过连接装置断开和接合在一起不受损害，以致冷却剂保留在各个连接器之中是不依赖于连接装置是否位于连接或非连接状态中。冷却剂管线设置在靠近连接装置的触点，以致通过经冷却剂管线移动的冷却剂导出那里产生的热量。

此外，第一连接器可以设计为阴性连接器，而第二连接器可以设计为阳性连接器。

根据一个实施例，冷却剂管线设置在单独的冷却单元中，其固定在至少一个连接器的接触元件上。

第一连接器包括带有容纳在其中的接触元件的外壳，冷却剂管线的一部分设计在其之间。外壳具有通道用于容纳第二连接器的接触元件，其中，通道如此设计，以致其在连接状态中通过第二连接器的接触元件封闭以防止冷却剂漏出。此外，设有封闭元件，以用于在非连接状态中封闭通道以防止冷却剂漏出。

此外，可以用弹簧元件对封闭元件预加应力，其在非连接状态中挤压该封闭元件到该通道的止挡件上，以用于封闭该通道。

例如，第二个连接器的接触元件可以具有圆柱形形状。

通道可以设有密封元件，以用于密封通道防止冷却剂漏出。

根据另一实施例，冷却剂管线的另一部分设计在接触元件之内。

根据另一方面，电气连接器、尤其是大电流插头，设置用于建立电气连接。电气连接器包括接触元件，以用于在连接状态中接触另一连接器的另一接触元件以建立电气连接。设有连接区域，以用于在连接状态中靠置在另一连接器的相应的另一连接区域上。此外，连接器具有带有一个或多个用于输入或输出冷却剂的冷却剂管线。冷却剂管线与接触元件连接，以用于导出在接触单元之间触点的热量。冷却剂管线的所有通口设置在连接区域之外。

此外，冷却剂管线可以设置在单独的冷却单元中，其固定在接触元件上。

根据一实施例，外壳设有容纳在其中的接触元件，冷却剂管线的一部分设计在其之间，其中，外壳具有通道用于容纳另一连接器的接触元件。采用封闭元件可以在非连接状态中封闭通道防止冷却剂漏出。

此外，可以用弹簧元件对封闭元件预加应力，其挤压封闭元件在非连接状态中防止撞击进入通道。

根据另一实施例，连接模块设有一个或多个上述的电气连接器，其经由冷却剂管线与冷却剂泵和热交换器连接。

附图说明

接下来采用附图更仔细地说明本发明优选的实施例。

图1a和1b显示了插接连接的示意图，其中，连接元件设有冷却剂管线，有连接状态和非连接状态；

图2a和2b显示了插接连接的示意图，其中，两个互补的连接元件设有冷却剂管线，有连接状态和非连接状态；

图3a和3b显示了插接连接的示意图，其中，带有冷却剂管线的冷却单元作为单独的元件安装在连接元件上，有连接状态和非连接状态；

图4a和4b显示了插接连接的示意图，其中，冷却剂直接围绕触点流动，有连接状态和非连接状态；

图5显示了带有若干插接连接的插接连接系统的图示，其分别与冷却剂泵连接。

在图中相同参考标记标明了相同或不同功能的元件。

具体实施方式

在图1a和1b中显示了带有第一个连接元件(连接器)2和第二个连接元件(连接器)3的插接连接1，以插接在一起或接合在一起的(连接的)状态(图1a)和断开的(非连接的)状态(图1b)。

第一连接元件2具有两个相互面对的触臂4，其设置围绕凹陷部5。触臂4具有两个接触区域7，其作为相互对准的突起部分设置在两个触臂4上。第二连接元件3具有触销6。

第二连接元件3的触销6可以插入第一连接元件2的凹陷部5中，以致触臂4的接触区域7沿着触销6滑动并且在完全连接状态中靠置在触销6的各个接触面上。触臂4在两个连接元件2，3插接在一起时有弹性地偏转，以致接触区域7用确定的接触力挤压到触销6的各个接触面上。由此可以在连接区域中建立在两个连接元件2，3的触臂4和触销6之间的触点上的电气连接。

一般地连接元件2，3(也就是在接触区域7之间的距离，触臂4的弹性和触销6的厚度)如此设计，以致两个连接元件2，3手动插接在一起而不用大力投入是可能的。可这限制了在接触区域7与触销6之间可能的接触力。

在接触区域7与触销6之间触点上的接触力决定性地确定了接触电阻，其再次基本上影响了插塞式连接件的总电阻。因此尤其在触点上在大电流流动时通过插塞式连接件产生显著的以热量形式的功率损耗。为了让热量不导致接触区域7和/或触销6的退化或破坏，因此其必须以合适的方式引开。

为了导出热量，在图1a和1b的插塞式连接件中设置成，冷却装置集成在第二个连接元件3中，该冷却装置设计成冷却剂管线8的形式。冷却剂管线8具有进入口9和排出口10，经由其输入或输出冷却剂。冷却剂在插塞式连接件1的运行中通过冷却剂管线8输送，以致引开位于第二个连接元件中热量。

进入口9和排出口10如此设置在第二连接元件3上，以致其是可不依赖于插塞式连接件1的连接状态而达到。也就是说，在连接元件2，3插接或接合在一起时，位于第二连接元件3中的冷却剂管线8的进入口9和排出口10都不被遮盖，也不容纳第一连接元件2中。此外，也没有实现由第一连接元件2流向第二连接元件3的冷却剂管线。以该方式，有可能断开插塞式连接件而不用之前停住冷却剂循环和/或排出来自连接元件3的冷却剂。

在图1a和1b中显示的实施例中，进入口9和排出口10设置在第二连接元件3的侧面上，其中该侧面基本上平行于连接元件2，3接合在一起的方向而延伸。也可以把进入口9和排出口10设置在第二连接元件3的各个不同的侧面或第二连接元件3的背面上，其中该背面位于触销6对面。

冷却剂管线8可以以环形设置在第二连接元件3中，以致冷却剂管线8曲折地延伸在第二连接元件3中。由此扩大在冷却剂管线8与周围材料之间的界面，以致更好地导出热量是可能的。

正如在图2a和2b中显示，两个连接元件2，3都可以用相应的冷却剂管线8安装，以致冷却既可以经由第二连接元件3的触销6又可以经由第一连接元件2的触臂4发生。冷却剂管线8可以设计为同一类型的或不同的。当然，也可以仅使第一连接元件2设有冷却装置。在仅设有一个冷却装置时，其应该设置在这样的连接元件2，3中——在该连接元件2，3中，可确保更好的从触点向冷却装置导出热量。

在图3a和3b中显示以插接在一起的状态(图3a)和断开在一起的状态(图3b)的插塞式连接件的另一变型。在图3a和3b的插塞式连接件14中，冷却装置是由良好热可导材料制造的单独的冷却元件15的形式。冷却元件15固定在连接元件2，3之一上，以致热量可以经由冷却元件21从在触臂4和触销6之间的触点导出。

冷却元件15具有冷却剂管线16，通过其经由进入口17输入冷却剂并且经由排出口18输出冷却剂。冷却剂管线16可以具有环路，以用于扩大在冷却剂管线16与冷却元件15材料之间的界面，以致改善从冷却元件15材料的热量导出。备选地或附加地可以提供另一措施用于扩大在冷却剂管线16与冷却元件15材料(例如层压板等等)之间的界面。

冷却元件15用尽可能少的热敏电阻固定在第二连接元件3上。例如，固定可以通过粘贴或其它的机械连接(例如通过箝位连接件或螺旋连接件19)进行。

正如在图3a和3b中显示，在另一实施例中插塞式连接件也可以在两个连接元件2，3上承载相应的冷却元件15。

在图4a和4b中描述另一插接连接20。另一插塞式连接件20包括第一连接元件21，其可以与互补的第二连接元件22连接。第一连接元件21包括外壳23，可电导的导体元件24固定设置在其中。外壳23截面可以是环状圆柱形或四边形或者具有其它的形状。

导体元件24具有触臂25，其分别设有接触区域26。触臂25包围凹陷部，该凹陷部在另一插接元件20的连接状态中容纳第二连接元件的触销29。接触区域26在另一插接元件20的连接状态中接触在触点上的触销29并且由此建立电气连接。在图4a和4b的实施例中，这样的平面即是连接区域一一连接元件21，22在连接状态中相互靠近在该平面上。

在导体元件24中，第一冷却剂管线部分27设置用于输送冷却剂。此外，在外壳23的内壁与导体元件23之间的间隙用作第二冷却剂管线部分28，冷却剂通过其输送。第二冷却剂管线部分28可以设置为环形的(关于连接方向相切的)或仅设置在确定的区域上。第二冷却剂管线部分28的一部分优选地设计在外壳23与触臂的一个或多个之间，以能够尽可能有效率地导出在触点上产生的热量。第一冷却剂管线部分27和第二冷却剂管线部分28是冷却剂管线的部分，冷却剂通过该管道输送，以用于导出在触点上产生的热量。在冷却剂管线部分27，28中的冷却剂的流动方向基本上是任意的。

外壳23具有形式为容纳口34的通道，通过其在连接元件21，22插接在一起时，第二连接元件22的触销29可以容纳到凹陷部中。容纳口34基本上具有触销29的截面，以致触销29可以用少量的运转容纳在容纳口34中。此外，容纳口34可以设有密封元件35，以用于密封容纳口34以防止冷却剂损耗——当触销29容纳在其中时。

在另一插塞式连接件20的连接状态中通过在触臂25之间的容纳口34达到触销29，以致触臂25的接触区域26接触触销29并且其用确定的接触力从侧面(关于连接方向)挤压在触销29上。例如，接触力在已容纳的触销29中可以通过触臂25的弹性偏转产生。

为了在另一插塞式连接件20的断开状态中避免存在于冷却剂管线中的冷却剂流出，设有封闭元件36，其具有封闭部分37和止挡件38。封闭元件36在另一插塞式连接件20的断开状态中用于封闭容纳口。

采用弹簧39挤压封闭部分37到外壳23的容纳口34中，其中，封闭元件36的止挡件38确保，封闭元件36保留在外壳23中。止挡件38可以在另一插塞式连接件20的非连接状态中例如通过合适的保留元件靠近在导体元件24上。一个或两个触臂25的接触区域26可以备选地用作封闭元件36的支撑元件。

弹簧39设置在封闭元件36与在导体元件24上的支撑边缘40上并且优选地预加应力。支撑边缘40可以例如通过第一冷却剂管线部分的截面的梯级扩大形成。

在连接元件21，22插接在一起时，触销29的端面挤压到封闭元件36的端面上，并且该封闭元件36挤压到第一连接元件21的凹陷部中，以反作用于由弹簧39施加的弹簧力。其中，端面齐平地彼此靠置。由此触销29替代在外壳23的容纳口34中的封闭元件36，其中，冷却剂在所有时刻都不可以从外壳23通过容纳口34流出。封闭元件36和触销29的端面可以备选地设有互补的拓扑，尤其是具有互补的圆锥形的形状，以用于在插接在一起时避免端面彼此滑动。

正如外壳23，封闭元件36同样也可以优选地设计为非电可导材料，以致可以在另一插塞式连接件20的断开状态中达到足够的绝缘。

在图5中设有带有多个插塞式连接件的插接系统50。第一连接元件51设置在第一连接模块52和第二连接元件53设置在第二连接模块54中。每个第一和第二连接元件51，53可以以之前描述的方式之一安排。连接元件51，53在各自连接模块52，54中如此设置，以致其可以在连接装置中通过插头与互补的连接模块连接。

第一连接元件51经由第一冷却剂管线60与第一冷却剂泵55连接，以致冷却剂通道在第一连接模块52的单独的第一连接元件51中关于冷却剂循环连续地连接。第一冷却剂泵55可以设置在第一连接模块52或其中单独的部分中。第一冷却剂管线60经过第一热交换器62，以引开从第一连接元件51导出的热量。

第二连接元件53经由第二冷却剂管线61与第二冷却剂泵56连接，以致冷却剂通道在第二连接模块54的单独的第二连接元件53中关于冷却剂循环连续地连接。第二冷却剂泵56可以设置在第二连接模块54或其中单独的部分中。第二冷却剂管线61经过第二热交换器63，以引开从第二连接元件53导出的热量。

为了确保在连接模块52，54的单独的连接元件51，52之间的足够的电绝缘，优选地应用不传导的或与连接元件足够绝缘的冷却剂管线60，61和不可导的冷却剂。尤其是电绝缘的液体(例如水，油，含氟液体和诸如类似)可以吸收许多热量并同时绝缘大电压。

不同于图5中显示的结构，也可以使连接系统50仅有一个连接模块52，54设有冷却剂装置或冷却剂泵。

根据另一备选方案，也可仅用一个冷却剂泵55，56来确保通过两个连接模块52，54的冷却液体的循环。那么，冷却剂泵55可以设置成与连接模块52，54分开，或设置在两个连接模块52，54之一中。那么连接模块52，54作为接口具有在冷却剂管线(前馈和反馈)中的附加断开点，以用于完全断开。

附图标记清单

1插塞式连接件

2第一连接元件

3第二连接元件

4触臂

5凹陷部

6触销

7接触区域

8冷却剂管线

9进入口

10排出口

14插塞式连接件

15冷却元件

16冷却剂管线

17进入口

18排出口

19螺旋连接件

20插塞式连接件

21第一连接元件

22第二连接元件

23外壳

24导体元件

25触臂

26接触区域

27第一冷却剂管线部分

28第二冷却剂管线部分

29触销

34容纳口

35密封元件

36封闭元件

37封闭部分

38止挡件

39弹簧

50连接系统

51第一连接元件

52第一连接模块

53第二连接元件

54第二连接模块

55第一冷却剂泵

56第二冷却剂泵

60第一冷却剂管线

61第二冷却剂管线

62第一热交换器

63第二热交换器

Claims (14)

1.一种连接装置(1；20)，其带有第一连接器(2；21)和第二连接器(3；22)，它们分别具有接触元件(4，6；25，29)，以用于在该连接器的连接状态中建立电气连接；

其中，所述连接器(2；21，3；22)在连接状态中在连接区域上彼此靠置；

且其中，所述连接器(2；21，3；22)中的至少一个包括带有一个或多个通口(9，10)用于输入或输出冷却剂的冷却剂管线(8；27，28)；

且其中，所述冷却剂管线(8；27，28)设置在接触元件上，以用于从所述接触元件(4，6；24，29)之间的触点导出热量；

其特征在于，

所述冷却剂管线(8；27，28)的所有通口(9，10)设置在该连接区域之外，并且

所述第一连接器(21)包括带有其中容纳有接触元件(24)的外壳(23)，其中，在所述外壳(23)和所述接触元件(24)之间设有所述冷却剂管线(28)的一部分，

其中，所述外壳(23)具有通道以用于容纳所述第二连接器(22)的接触元件(29)，

且其中，所述通道(34)设计成在连接状态中通过所述第二连接器(22)的所述接触元件(29)被封闭，以防止冷却剂漏出，并且

设有封闭元件(36)，以用于在非连接状态中封闭所述通道(34)以防止冷却剂漏出。

2.一种连接装置(1；20)，其带有第一连接器(2；21)和第二连接器(3；22)，它们分别具有接触元件(4，6；25，29)，以用于在该连接器的连接状态中建立电气连接；

其中，所述连接器(2；21，3；22)在连接状态中在连接区域上彼此靠置；

且其中，所述连接器(2；21，3；22)中的至少一个包括带有一个或多个通口(9，10)用于输入或输出冷却剂的冷却剂管线(8；27，28)；

且其中，所述冷却剂管线(8；27，28)设置在接触元件上，以用于从所述接触元件(4，6；24，29)之间的触点导出热量；

其特征在于，

所述冷却剂管线(8；27，28)的所有通口(9，10)设置在该连接区域之外，并且

所述冷却剂管线(8；27，28)设置在单独的冷却单元中，其固定在至少一个连接器(2，3；21，22)的所述接触元件(4，6；24，29)上。

3.根据权利要求1或2所述的一种连接装置(1；29)，其特征在于，所述第一连接器(2；21)设计为阴性连接器，而所述第二连接器(3；22)设计为阳性连接器。

4.根据权利要求1所述的一种连接装置(20)，其特征在于，用弹簧元件(39)对所述封闭元件(36)预加应力，该弹簧元件(39)在非连接状态中挤压所述封闭元件(36)到所述通道(34)中的止挡件上，以用于封闭所述通道(34)。

5.根据权利要求4所述的一种连接装置(20)，其特征在于，所述接触元件(29)的所述第二连接器(22)具有圆柱形形状。

6.根据权利要求4所述的一种连接装置，其特征在于，所述通道(34)设有密封元件(35)，以用于密封所述通道(34)以防止冷却剂漏出。

7.根据权利要求5所述的一种连接装置，其特征在于，所述通道(34)设有密封元件(35)，以用于密封所述通道(34)以防止冷却剂漏出。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的一种连接装置，其特征在于，所述冷却剂管线的另一部分(27)设计在所述接触元件(24)之内。

9.根据权利要求1或2所述的一种连接装置，其特征在于，所述连接装置(1；20)是大电流插塞式连接件。

10.一种电气连接器，用于建立电气连接，包括：

-接触元件，其用于在连接状态中接触另一连接器的另一接触元件以建立电气连接；

-连接区域，其设置用于在连接状态中靠置在该另一连接器的相应的另一连接区域上；以及

-冷却剂管线(8；27，28)，其带有一个或多个通口(9，10)用于输入或输出冷却剂；

其中，所述冷却剂管线(8；27，28)设置在所述接触元件上，以用于从该接触单元(4，6；24，29)之间的触点导出热量；

其特征在于，

所述冷却剂管线(8；27，28)的所有通口设置在所述连接区域之外，并且

设有其中容纳有接触元件(24)的外壳(23)，而在所述外壳(23)和所述接触元件(24)之间形成冷却剂管线的一部分(28)，

其中，所述外壳(23)具有通道(34)用于容纳另一连接器(22)的接触元件(29)，

且其中，设有封闭元件(36)，用于在非连接状态中封闭所述通道(34)以防止冷却剂漏出。

11.一种电气连接器，用于建立电气连接，包括：

-接触元件，以用于在连接状态中接触另一连接器的另一接触元件以建立电气连接；

-连接区域，其设置成用于在该连接状态中靠置在该另一连接器的相应的另一连接区域上；并且

-冷却剂管线(8；27，28)带有一个或多个通口(9，10)以用于输入或输出冷却剂；

其中，所述冷却剂管线(8；27，28)设置在所述接触元件上，以用于从该接触单元(4，6；24，29)之间的触点导出热量；

其特征在于，

所述冷却剂管线(8；27，28)的所有通口设置在所述连接区域之外，并且

所述冷却剂管线(8；27，28)设置在单独的冷却单元中，该冷却单元固定在所述接触元件上。

12.根据权利要求10所述的一种连接器，其特征在于，用弹簧元件(39)对所述封闭元件(36)预加应力，该弹簧元件(39)在非连接状态中挤压所述封闭元件(36)到所述通道(34)中的止挡件上。

13.根据权利要求10或11所述的一种连接器，其特征在于，所述电气连接器是大电流插头。

14.一种连接模块(52，54)，其带有根据权利要求10至13中任一项所述的一个或多个电气连接器(51，53)，所述电气连接器(51，53)经由冷却剂管线(60，61)与冷却剂泵(55，56)和热交换器(62，63)连接。

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