CN102714388A - 模块化优化插入式卡爪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于母线槽系统的模块化卡爪单元，该模块化卡爪单元包括弹性支撑构件，其具有中心部分和四个独立移动的支撑端。中心部分具有用于将该卡爪单元耦合到另一个卡爪单元的多个凸起部和狭槽。支撑端从中心部分延伸并相对于彼此可独立地移动。一对线被定位在支撑构件内，且线中的每一根线具有相邻于支撑构件的相应的支撑端定位的线端部。

Description

模块化优化插入式卡爪

发明领域

本发明大体上涉及电气系统，且更具体地涉及用于在母线槽系统(busway system)中使用的插入式单元(plug-in unit)的一种模块化连接器卡爪(modular connector jaw)。

发明背景

母线槽配电系统在配电领域中是众所周知的。母线槽系统由多个工厂组装的部分构成，工厂组装的部分各自包括多个单独绝缘的大体上平直的电导体或母线(busbar)，这些导体和母线被一个接一个地堆放并被封闭在提供对母线的保护和支撑的壳体内。例如，典型的母线槽系统具有平直叠放的电导体的10英尺部分，用于将电能从点A输送到点B，同时将电能分配到各种电力负荷。母线槽结构是模块化的，并且从安装角度讲，其在许多方面是优于缆线和导管系统的。

为了分配电能，母线槽部分包括具有多个导电稳定器(conductive stab)的一个或多个插入式出口。通常，插入式出口包括开口，开口穿过母线槽系统的壳体设置在多个电源分线部分(power tap-off section)中的每一个电源分线部分处，以暴露用于与合适的连接卡爪相连接的母线的导电材料。用来将来自于母线槽的电源分接的插入式单元通过将多个卡爪安装到从分别的母线延伸的相应的稳定器而附接到插入式开口中的基座。

然而，目前的母线槽系统不能提供用于安装具有不同的电力负荷要求(即，不同的安培容量)的插入式单元的有效、合算且简易的解决方案。为了安装不同安培容量的插入式单元，基于相应的负荷要求，目前的母线槽系统必须使用不同的卡爪。例如，对于30安培，60安培和100安培的负荷要求，可以使用相同的卡爪，但是对于250安培和400安培的负荷要求，必须使用不同的卡爪。从而，与需要不同的卡爪相关的一个问题是增加了制造成本，其中不同的卡爪需要不同的制造模具(manufacturingtooling)。与现有卡爪相关的另一个问题是其通常为相应的稳定器的每一侧提供单一的接触线，其中基于对齐问题，该接触线可能导致单一的接触点。这些问题可能存在于诸如配电盘、仪表盘、负荷中心、开关装置、断路器和其它装置的各种电气产品中。

因此，所需要的是用于解决上述问题及其他问题的母线槽系统的插入式单元的卡爪模块。

发明概述

在本发明的实施中，一种用于母线槽系统的模块化卡爪单元包括具有中心部分的弹性支撑构件。该中心部分具有多个耦合凸起部和多个耦合狭槽。耦合凸起部被定位在支撑构件的一侧上，用于插入到另一个模块化卡爪单元的相应的耦合狭槽中。耦合狭槽被定位在支撑构件的相对侧上，用于接纳另一个模块化卡爪单元的相应的耦合凸起部。四个独立移动的支撑端包括从中心部分沿着一个方向延伸的两个支撑端以及从中心部分沿着相反的方向延伸的两个支撑端。一对线包括被定位在支撑构件内的第一线和第二线。线中的每一根线具有两个相对地定位的线端部，使得线端部中的每一个线端部相邻于支撑构件的支撑端中的相应的支撑端。

在本发明的可选择的实施中，一种母线槽系统包括具有多条母线的母线组件，该多条母线用于将电流传输并分配到电气设备。该母线组件具有至少一个插入式开口，至少一个稳定器从母线中的一条母线延伸穿过该至少一个插入式开口。插入式单元提供用于诸如断路器的电气设备的壳体，且插入式单元安装到插入式开口。模块化卡爪耦合到插入式单元，用于将电气设备的连接器连接到稳定器。模块化卡爪具有能够连接到另一个模块化单元的至少一个模块化单元，使得模块化卡爪的尺寸可改变以适应不同的安培容量要求。

在本发明的另一种可选择的实施中，一种母线槽系统包括将电流分配到电气设备的母线组件。该母线组件包括：具有至少一个插入式开口的母线壳体；被至少部分地封闭在母线壳体中的多个堆放的母线；以及从相应的母线穿过插入式开口延伸的至少一个导电稳定器。插入式单元安装到插入式开口，插入式单元至少部分地封闭电气设备，且该电气设备具有接收电流的电连接器。母线槽系统包括至少一个导电的模块化卡爪，该模块化卡爪能够具有彼此可移除地连接并彼此相同的多个模块化单元，该模块化卡爪具有连接到稳定器的第一卡爪端以及连接到电连接器的第二卡爪端。模块化单元中的每一个模块化单元包括具有四个独立移动的支撑端的弹性支撑构件，支撑端中的两个支撑端被定位在第一卡爪端处，且支撑端中的两个支撑端被定位在第二卡爪端处。模块化单元还包括被至少部分地放置在弹性支撑构件内的一对线，线中的每一根线具有两个相对地定位的线部分。线的对称性通过消除例如制造和装配两种不同地成形的线的需要而消除了成本并加强了装配的容易度。模块化单元还包括用于将线固定在支撑构件中的关闭构件。在第一卡爪端处，相应的支撑端推动线部分中相应的线部分与稳定器相接触，同时在第二卡爪端处，相应的支撑端推动线部分中相应的线部分与连接器相接触。

对于本领域的普通技术人员来说，考虑到参考附图做出的各种实施方式的详细描述，本发明的附加方面将变得明显，在下面提供了对附图的简略描述。

附图简述

通过参考结合附图得到的下列描述，本发明可以被最佳地理解。

图1是具有母线组件和插入式单元的母线槽系统的透视图，该插入式单元具有模块化卡爪。

图2A是单个模块化卡爪单元的分解透视图。

图2B是图2A的卡爪单元的装配俯视图。

图2C是图2A的卡爪单元的装配仰视图。

图2D是图2A的卡爪单元的装配侧视图。

图3A是图示了单个模块化卡爪单元到三卡爪模块化单元的模块化堆放的透视图。

图3B是图示了两个相邻的卡爪单元之间的卡扣连接的放大图。

图4A是图示了不同的卡爪单元到母线槽系统的相应的稳定器的安装的俯视图。

图4B是图4A的侧视图。

图示实施方式的详细描述

虽然将关于某些优选的实施方式来描述本发明，但是应理解，本发明不限制于那些特定的实施方式。恰恰相反，本发明预期包括如可以被包括在本发明的精神和范围内的全部的替换方案、修改和等价布置，其中本发明的精神和范围由所附权利要求所限定。

参考图1，母线槽系统100具有安装到母线组件104的一部分的插入式单元102。插入式单元102通常封装断路器或可熔断的装置。可以被封装在插入式单元102中以连接到母线组件104的其他电气设备包括，例如配电盘、太阳能电池板、安全开关、仪表盘、负荷中心以及开关装置。插入式单元102到母线组件104的连接是通过电气卡爪106接合母线组件104的相应的稳定器108而实现的，电气卡爪106延伸穿过母线组件104的插入式开口110。在一端上，电气卡爪106接合相应的稳定器108，且在另一端上，电气卡爪106接合被连接的电气设备的相应的连接器(例如，断路器的电连接器)。电气卡爪106中的每一个可以具有一个或多个模块化卡爪单元。

参考图2A-2D，单个模块化卡爪单元200具有被不锈钢弹性构件204封装和支撑的两根铜线202。线202具有线部分214，线部分214被定位在每一个线端部处并成形为俘获或者连接电连接器。根据一个示例，线202具有大约为0.080英寸的直径。然而，基于诸如性能、发热等的优化变量，线202的直径可以更大或更小。

以关闭板206形式的关闭构件将线202锁定在合适的位置中，以形成单个卡爪单元200。根据图示的实施方式，关闭板206通过将二者卡扣在一起而连接到弹性构件204，其中关闭板206的狭槽208被分别地卡扣在弹性构件204的肩部210上面的合适位置中。可选择地，弹性构件204形成并折叠在其自身之上，以起与关闭板206相同的关闭功能。换而言之，不是将关闭板206作为分离构件使用，而是关闭构件一般类似于关闭板206，但与弹性构件204整体地形成，以将线202锁定在合适的位置中，以形成单个卡爪单元200。在其他的实施方式中，卡爪单元200的任何部件都可以通过诸如使用螺栓、铆钉、粘合剂、螺钉等的任何其他的连接方法而连接在一起。

装配时，线202通过一对定位凸起部212固定在合适的位置中，定位凸起部212通常被定位成彼此对称。线202的每一个线部分214与弹性构件204的相应的支撑端216相接触。支撑端216从弹性构件204的中心部分217延伸。

支撑端216可独立地移动，并形成为具有向内成圆形的形状，使得在与线部分214相接触时，其推动分别的线部分214与插入式单元102的电连接器或稳定器108相接触。同样地，卡爪单元200在两端上是弹簧加载的，以提供良好的接触点并且在每一个接触点处帮助使电流通路中的接触电阻减为最小。

对于每一个单个卡爪单元200来说，卡爪单元200提供了总共四个电接触点A-D。例如接触点A和接触点B的两个接触点设置在卡爪单元200的一个耦合端处，用于与稳定器108相连接，且例如接触点C和D的两个接触点设置在卡爪单元200的另一个耦合端处，用于连接到耦合于插入式单元102的电气模块(比如断路器)。卡爪单元200可移除地可连接于稳定器108并可移除地可连接于电气模块。基于可移除的连接(例如，相对于连接卡爪和插入式单元成为一体的永久连接)，卡爪单元200的优势是，用户可以断开卡爪单元200上游的电气部件，以隔离卡爪单元200下游的电气部件(例如用于安全维护操作)，而不必从母线组件104拔掉插入式单元。

弹性构件204还具有从相应的肩部210的端点延伸的多个耦合凸起部218。耦合凸起部218被设置用于将卡爪单元200安装到另一个卡爪单元200。相对于耦合凸起部218，弹性构件204具有多个耦合狭槽220，该耦合狭槽220用于接纳另一个卡爪单元200的相应的耦合凸起部218。在下面更详细描述卡爪单元200在多单元卡爪中的安装。

卡爪单元200可以完全地使用自动化装配工艺来制造和装配。例如，一种示范性全自动机器是用于将金属片冲压和弯曲成描述的多卡爪单元的部件的Bihler机器。Bihler机器由Otto Bihler Maschinenfabrik制造，并可选择地可用于来自于Siemens的集成PLM软件包。Bihler机器可以对金属片冲压、弯曲和覆盖(cap)，以形成卡爪单元200，并且Bihler机器可以将多个卡爪单元200装配为单个多单元卡爪。全自动的制造和装配过程是有利的，因为其减少了成本，同时生产出高容量的单元。

参考图3A和3B，多单元卡爪300包括四个单个的卡爪单元200a-200d，其中在被安装的过程中图示了第四卡爪单元200d。单一卡爪单元200a-200d通过将耦合凸起部218卡扣到相应的耦合狭槽220中而安装到彼此。

例如，第二卡爪单元200b的耦合凸起部218b插入(例如，通过卡扣)到第一卡爪单元200a的耦合狭槽220a中；第三卡爪单元200c的耦合凸起部218c插入到第二卡爪单元200b的耦合狭槽220b中；且第四卡爪单元200d的耦合凸起部218d插入到第三卡爪单元200c的耦合狭槽220c中。第一卡爪单元200a的耦合凸起部218a在多单元卡爪300的一端处保持自由，且第四卡爪单元200d的耦合狭槽220d在多单元卡爪300的另一端处保持打开。

根据其他的实施方式，可以使用将单个卡爪单元连接到多单元卡爪中的其他方法。例如，除了卡扣方法，单个卡爪单元可以通过铆接或者螺栓方法而连接到彼此。在另一个实例中，插入式单元还可以被装备成适应支撑/护罩(shrouding)特征以促进卡爪单元的有效使用。

参考图4A及4B，多单元卡爪300被图示为连接到相应的稳定器108。多单元卡爪300与稳定器108提供总共八个接触点A1-A4及B1-B4。具体地，四个接触点A1-A4设置在多单元卡爪300的一侧上，并通过在单个卡爪单元200a-200d的四根线202a-202d和稳定器108之间的接触而形成。剩下的四个接触点B1-B4类似地设置并形成在多单元卡爪300的相对侧上。

多单元卡爪300的单元数目可以基于电力需求而改变。例如，单个多单元卡爪300可以被有效地用于从30安培到800安培的电力负荷范围，其中安培容量要求通过从多单元卡爪300上增加(或必要时去除)单元来满足。

根据该实施方式，八个接触点A1-A4及B1-B4优于当前的卡爪连接，在当前的卡爪连接中基于卡爪相对于稳定器的不对齐可能仅提供两个接触点。具有增加的接触点数目的优势包括改进从卡爪到母线的电流路径，从而减少接口处的电阻。转而，改进的电流路径提高了局部的热力性能。

虽然已经阐示和描述了本发明的特定实施方式、方面及应用，但是应理解，本发明不限制于在本文中所公开的精确结构和组成部分，且从前述描述，各种修改、改变和变化形式可以变得明显，而不偏离如在所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围。

Claims (23)

1.一种用于母线槽系统的模块化卡爪单元，所述模块化卡爪单元包括：

弹性支撑构件，其具有：

中心部分，其具有多个耦合凸起部和多个耦合狭槽，所述耦合凸起部被定位在所述支撑构件的一侧上，用于插入到另一个模块化卡爪单元的相应的耦合狭槽中，所述耦合狭槽被定位在所述支撑构件的相对侧上，用于接纳所述另一个模块化卡爪单元的相应的耦合凸起部，以及

四个独立移动的支撑端，所述支撑端中的两个支撑端从所述中心部分沿着一个方向延伸，且所述支撑端中的两个支撑端从所述中心部分沿着相反的方向延伸；以及

一对线，其包括被定位在所述支撑构件内的第一线和第二线，所述线中的每一根线具有两个相对地定位的线端部，使得所述线端部中的每一个线端部相邻于所述支撑构件的所述支撑端中相应的支撑端。

2.如权利要求1所述的模块化卡爪单元，其中所述线端部中的每一个线端部与所述支撑端中的相应的支撑端相接触。

3.如权利要求1所述的模块化卡爪单元，还包括用于将所述线固定在所述支撑构件内的关闭构件，所述关闭构件是以具有多个狭槽的板的形式，所述狭槽中的每一个狭槽接纳所述支撑构件的所述中心部分的相应的肩部。

4.如权利要求3所述的模块化卡爪单元，其中所述关闭构件是分离的板。

5.如权利要求3所述的模块化卡爪单元，其中所述关闭构件与所述支撑构件成为一体。

6.如权利要求1所述的模块化卡爪单元，其中所述支撑构件还包括位于两根线之间的一对定位凸起部。

7.如权利要求1所述的模块化卡爪单元，其中所述支撑构件还包括多个耦合凸起部和多个耦合狭槽，所述耦合凸起部在所述支撑构件的第一侧上，且所述耦合狭槽在所述弹性构件的第二侧上，所述第一侧与所述第二侧相对。

8.如权利要求7所述的模块化卡爪单元，其中所述耦合凸起部整体地形成在所述第一侧上，并可连接到第二支撑构件的相应的耦合狭槽，所述第二支撑构件是第二模块化卡爪单元的部件。

9.如权利要求7所述的模块化卡爪单元，其中所述耦合狭槽整体地形成在所述第二侧上，并可连接到第二支撑构件的相应的耦合凸起部，所述第二支撑构件是第二模块化卡爪单元的部件。

10.如权利要求1所述的模块化卡爪单元，其中所述支撑端中的每一个支撑端成形为朝着与母线槽的稳定器或插入式单元的连接器的接触点推动所述线端部中的相邻的线端部。

11.如权利要求1所述的模块化卡爪单元，其中所述支撑端中的两个支撑端及其相应的线端部形成所述模块化卡爪单元的第一耦合端，所述支撑端中的两个另外的支撑端及其相应的线端部形成所述模块化卡爪单元的第二耦合端，所述第一耦合端可移除地可连接于母线槽的稳定器，且所述第二耦合端可移除地可连接于插入式单元的连接器。

12.一种母线槽系统，其包括：

母线组件，其具有将电流传输和分配到电气设备的多条母线，所述母线组件具有至少一个插入式开口，至少一个稳定器从所述母线中的一条母线延伸穿过所述至少一个插入式开口；

插入式单元，其被安装到所述母线组件的所述插入式开口，所述插入式单元封装所述电气设备；以及

模块化卡爪，其耦合到所述插入式单元，所述模块化卡爪将所述电气设备的连接器连接到所述稳定器以用于接收电流，所述模块化卡爪具有能够连接到另一个模块化单元的至少一个模块化单元，使得所述模块化卡爪的尺寸可改变以适应不同的安培容量要求。

13.如权利要求12所述的母线槽系统，其中所述模块化卡爪包括至少两个模块化单元。

14.如权利要求12所述的母线槽系统，其中所述模块化单元与所述另一个模块化单元相同。

15.如权利要求12所述的母线槽系统，其中所述模块化单元具有弹性支撑构件，所述支撑构件具有从所述支撑构件的中心部分延伸的多个独立柔性构件，所述柔性构件中的每一个柔性构件成形为推动相应的线部分与所述连接器相接触。

16.如权利要求12所述的母线槽系统，其中所述模块化卡爪的每一个模块化单元具有四个电接触点，所述接触点中的第一对接触点位于所述模块化单元的一端处并且具有彼此相对的所述接触点，所述接触点中的第二对接触点位于所述模块化单元的另一端处并且具有彼此相对的所述接触点，所述接触点中的第一对接触点与所述稳定器直接接触，且所述接触点中的第二对接触点与所述连接器直接接触。

17.如权利要求16所述的母线槽系统，其中所述模块化卡爪具有与所述稳定器直接接触的至少四个电接触点，所述四个电接触点中的两个电接触点在所述稳定器的第一侧上，且所述四个电接触点中的两个另外的电接触点在所述稳定器的第二侧上，所述第一侧和所述第二侧是所述稳定器的相对表面。

18.如权利要求12所述的母线槽系统，其中所述模块化单元通过将多个耦合凸起部卡扣到相应的耦合狭槽中而连接到所述另一个模块化单元。

19.如权利要求18所述的母线槽系统，其中所述耦合凸起部和所述耦合狭槽与所述模块化单元和所述另一个模块化单元中的每一个模块化单元的弹性构件整体地形成，所述耦合凸起部形成在所述弹性构件的第一侧上，且所述耦合狭槽形成在所述弹性构件的第二侧上，所述第一侧与所述第二侧相对。

20.如权利要求12所述的母线槽系统，其中所述模块化卡爪适应30安培到800安培的安培容量范围。

21.一种母线槽系统，其包括：

母线组件，其用于将电流分配到电气设备，所述母线组件包括：

母线壳体，其具有至少一个插入式开口；

多个堆放的母线，其被至少部分地封闭在所述母线壳体内，以及

至少一个导电稳定器，其从相应的母线延伸穿过所述插入式开口；

插入式单元，其被安装到所述插入式开口，所述插入式单元至少部分地封闭所述电气设备，所述电气设备具有用于接收电流的电连接器；以及

至少一个电气模块化卡爪，其具有可移除地连接到彼此并彼此相同的多个模块化单元，所述模块化卡爪具有连接到所述稳定器的第一卡爪端以及连接到所述连接器的第二卡爪端，所述模块化单元中的每一个模块化单元包括：

弹性支撑构件，其具有四个独立移动的支撑端，所述支撑端中的两个支撑端被定位在所述第一卡爪端处且所述支撑端中的两个支撑端被定位在所述第二卡爪端处，

一对线，其被至少部分地放置在所述支撑构件内，所述线中的每一根线具有两个相对地定位的线部分，以及

关闭构件，其用于将所述线固定在所述支撑构件中，

其中在所述第一卡爪端处，相应的支撑端推动所述线部分中相应的线部分与所述稳定器相接触，在所述第二卡爪端处，相应的支撑端推动所述线部分中相应的线部分与所述连接器相接触。

22.如权利要求21所述的母线槽系统，其中所述模块化卡爪在所述第一卡爪端处具有至少四个电接触点且在第二卡爪端处具有至少四个电接触点。

23.如权利要求21所述的母线槽系统，其中所述模块化单元中的每一个模块化单元包括多个耦合凸起部和耦合狭槽，通过将所述模块化单元中的第一模块化单元的耦合凸起部插入到所述模块化单元中的第二模块化单元的耦合狭槽中，所述模块化单元中的所述第一模块化单元直接耦合到所述模块化单元中的所述第二模块化单元。

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