CN102918722A - 改进的压配合母线和使用该母线的母线通道 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及改进的压配合母线和使用该母线的母线通道。一种改进的导电母线装配和使用所述改进的导电母线装配的电力分布轨道。所述母线装配包括适于啮合插接单元的刺部构件的内部组件和围绕所述内部组件放置并且与所述内部组件接触的外部组件。所述内部组件和所述外部组件均由导电材料构成。所述母线装配提供更大的载流量并且允许移取装置在沿母线通道延伸（连续接入）的任意点处安装。

Description

改进的压配合母线和使用该母线的母线通道
要求优先权
本申请要求2010年4月22日提交的题为“Improved Press-FitBusbar and Busway Employing Same”的美国临时申请No.61/326,878的优先权，该申请的内容作为参考并入本文。
技术领域
本发明涉及电分布轨道，其中多个电绝缘的、传导母线被容纳在伸长的外围部中，以便将更高电流的电力馈送到移取装置（take-offdevice），该移取装置可以在沿轨道的长度的任意点处插入到轨道中，从而进行与所述母线的电接触。
背景技术
在工厂、商店、办公室和其他建筑物中通常安装高架的电源分布轨道，以便为建筑物中的灯、机器和其他电气装置提供便利的电力来源。
电源分布轨道通常包括伸长的外壳，该外壳包含多个电绝缘的传导母线。轨道照明和连续的插接的母线通道（plug-in busway）通常是这种类型的轨道系统。所述轨道的多个区段可以接合到一起以形成电力分布的较长延伸。移取装置用于从轨道或母线通道中汲取电力到负载设备。所述负载可以是从灯具到三相电气机器的任意装置。期望能够在沿轨道本身的任意点处将移取装置插入到轨道中或从所述轨道中去除所述移取装置，并且进行与所述母线的安全的电接触。
同样可期望移取装置和母线之间的电连接不要求螺栓、卷压（crimp）或其他紧固硬件。压力连接被容易地进行或去除，并且由此是绝大多数母线与移取装置的连接所选择的方法。然而，随着移取装置的额定电流的增大，需要增大所述连接的接触面积和压力。传统的系统通常主要受限于所述连接的接触面积。
这种系统的示例可以在签发给Kemmerer的美国专利3,801,951、签发给Seimens的美国专利5,619,014或签发给Bronk的美国专利6,352,450中找到。
签发给Ross的共同转让的美国专利No.6,039,584说明了一种电源分布母线，如图1a和1b中的横截面所示，该电源分布母线应用由例如铜等材料制成的纵向、柔性、传导构件，以便立即满足传导性和柔性的要求。柔性传导系统被限制在母线中，所述母线承载所述系统的电流。所述载流量受限于铜的厚度，所述铜与例如铝等其他传导材料相比是相当昂贵的。此外，所述形状因为成本（和柔性的降低）而不能被应用于更大尺寸的母线，或柔性传导系统因弯曲半径而由铝构成。
例如，签发给Bennett的美国专利7,374,444教导了铝的使用，但所述几何构型未被设计为容纳将在沿母线通道延伸的任意点处（连续接入）安装的移取装置。其他现有技术包括在美国专利4,191,445或7,101,203中或国际公开WO/2009/112762中说明的由多触点USA制成的MultilamTM。MultilamTM带是扭矩或板簧接触元件。MultilamTM设计产生大量散热孔，并且由此允许通过多个定义的接触点进行接触，并且由此因为位于接触点的外围和其他不利作用而局限于其载流量。
现有技术未能提供廉价的、鲁棒的并且易于制造的更高载流量的母线系统。因此，仍存在进一步改进的空间。
发明内容
本发明解决了上述问题并且满足了对增大的载流量压缩母线的需求，所述母线借助柔性传导系统提供接触压力。本发明提供了改进的电源分布系统，其允许用于插入移取装置的连续接入并且还具有高载流量。本发明提供了母线和移取装置上的刺部（stab）之间的增强的电接触。本发明提供了牢固的接触压力以及很大的接触表面区域，并且允许移取装置在沿所述轨道的任意点处插入。本发明进一步借助发明性构造提供了对制造更高载流母线的改进。
本发明说明了具有插座/外罩的母线，其是基于签发给Ross（此后称为“Ross‘584”）的共同转让的美国专利No.6,039,584中说明的内容的改进，该美国专利的内容作为参考并入本文。Ross‘584专利说明了要求纵向、柔性、传导母线构件的电源分布系统，所述母线构件必须由例如铜等相当昂贵的材料制成。这种设计的载流量受到铜的厚度的限制并且由此受到所述厚度的铜所固有的形状、柔性和尺寸局限性的限制。
本发明利用被限制在复合外罩/条带母线中的柔性传导系统，所述复合外罩/条带母线承载所述系统的电流。如在Ross‘584的示例中，本发明进一步提供唯一的固定器，该固定器适配在每个母线的至少一端并且优选为两端上的沟道外围部中的绝缘支撑物中的槽中。所述固定器被固定到绝缘支撑物并且由此将所述母线固定或保持在所述支撑物的槽中。如在Ross‘584的情况下，本发明包括具有横截面为大致U形剖面并且具有基本平行地弹回的凹入凸缘的母线。
除了如本文公开的本发明的基本改进之外，前述元件（母线、外围部、纵向和次级沟道）可以根据下面的具体实施方式在一些方面与Ross‘584不同。描绘的其他元件也可以不同。其他差别和发明性改进对本领域技术人员将是显然的。
如下所述，本发明的改进质量的产品通过替换现有技术的铜母线元件获得，所述铜母线元件至今为复合装配提供结构和传导功能。在复合装配中，起传导和结构性作用的外罩由被挤压的铝、铜或其他适当材料制成，并且仅导电条带插入物需要由铜或其他适当材料制成。本发明的实心母线插座/外罩必须被专门定形以容纳柔性条带，但是可以具有铜或铝之外的任意尺寸和构造，但是在成本是一个因素的大多数情况下，铝是优选的。
根据本发明的一个方面，提供了一种电源分布轨道。所述电源分布轨道包括外壳和设置在外壳中的多个母线装配。每个母线装配包括内部组件和外部组件，所述内部组件适于接合插接单元的刺部构件，所述外部组件围绕所述内部组件放置并且与所述内部组件接触。所述内部组件和所述外部组件均由导电材料构成。
根据本发明的另一方面，提供了一种母线构件。所述母线构件包括内部组件和外部组件，所述内部组件适于接合插接单元的刺部构件，所述外部组件围绕所述内部组件放置并且与所述内部组件接触。所述内部组件和所述外部组件均由导电材料构成。
所述内部组件可以被限制在所述外部组件内。
所述内部组件可以包括柔性材料，而所述外部组件可以包括刚性材料。
所述内部组件可以由铜材料构成，而所述外部组件可以由铝材料构成。
所述外部组件可以由铜材料构成。
所述内部组件可以由铜条带构成，所述铜条带具有的厚度在约0.010英寸至约0.125英寸厚的范围内。
所述内部组件可以由铜条带构成，所述铜条带具有的厚度在约0.030英寸至约0.050英寸厚的范围内。
所述内部组件可以包括适于接合插接单元的刺部构件的大致平行的部分。
所述内部组件可以被构成为使得所述大致平行的部分在接合插接单元的刺部构件时向着彼此偏置。
所述内部组件和外部组件中的一个可以被电镀为包括锡、镍或银中的一个的镀层。
附图说明
图1a是现有技术的电源分布轨道的横截面图。
图1b是图1a中的现有技术的电源分布轨道的一部分的横截面图。
图2a是根据本发明的非限制性实施例的电源分布轨道的横截面图。
图2b是图2a中的电源分布轨道的母线的端视图。
图2c是图2a-2b中的一段母线的等体积图示。
图2d是图2c中的母线的一部分的详细图示。
图3a是根据本发明的另一个非限制性实施例的一段母线的等体积图示。
图3b是图3a中的一段母线的端视图。
图4a是根据本发明的再一个非限制性实施例的一段母线的等体积图示。
图4b是图4a中的一段母线的端视图。
图4c是图4b中的所述母线的一部分的详细图示。
图5a是根据本发明的又一个非限制性实施例的一段母线的等体积图示。
图5b是图5a中的一段母线的端视图。
图6a是根据本发明的又一个非限制性实施例的一段母线的等体积图示。
图6b是图6a中的一段母线的端视图。
图7a是根据本发明的又一个非限制性实施例的一段母线的等体积图示。
图7b是图7a中的一段母线的端视图。
图8a是根据本发明的又一个非限制性实施例的电源分布轨道的横截面图。
图8b是安装有插接单元的图8a中的电力分布轨道的横截面图。
图8c是图8b中的电力分布轨道和插接单元的一部分的详细图示。
具体实施方式
本文使用的方向短语，例如左、右、前、后、顶部、底部及其派生词，涉及附图中所示的元件的取向并且并非基于权利要求的限定，除非在权利要求中明确陈述。在全部附图中，等同的部件均被提供相同的附图标记。
如本文中使用的，术语“数目”应该被用于指任意的非零的数量（即一个或大于一个的任意数量）。
如本文使用的，关于两个或更多个部件“耦合”在一起的声明应该意味着所述部件被直接接合到一起或通过一个或更多个中间部件接合到一起。
本发明涉及改进的电源分布系统，该电源分布系统提供连续接入以用于插入移取装置并且还提供高载流量。本发明提供母线和移取装置上的刺部之间的增强的电接触。本发明提供牢固的接触压力以及很大的接触表面区域，同时允许移取装置在沿所述轨道的几乎任意点插入。唯一的固定器适配在位于每条母线的每一端处的沟道外围部中的绝缘支撑物中的槽中。所述固定器被固定到绝缘支撑物并且由此将所述母线固定在所述支撑物中的槽内。
图1a示出了已知的电源分布轨道10的横截面图，例如在属于Ross的共同转让的美国专利No.6,039,584中所述（此后称为“Ross‘584”）。典型的母线延伸可以包括若干轨道区段10，所述轨道区段10被端对端地接合以构成所述电力分布系统。每个轨道区段10的长度一般可以达到20英尺，并且任意数目的区段均可以接合到一起以形成用于电力分布的母线的较长的延伸。电力移取装置可以在除了在轨道的相邻区段之间的耦合点之外的沿母线的任意点处安装。
继续参考图1a，轨道10的每个区段包括外围部12，所述外围部12优选为如Ross‘584中公开的沟道形状的铝压件，但是可以意识到外围部12的外部尺寸和比例可以根据容纳在其中的母线的数目（基于所选择的应用和外围部尺寸通常为3至10之间）而变化。外围部12可以附连到天花板、墙壁等，并且通常将嘴或接入槽13朝向沟道开口向下放置，如图1a所示。
如在图1b中的横截面中独立显示的，轨道10进一步包括支撑物14，该支撑物14固定在外围部中，并且多个导电母线16（图1a）大致容纳在支撑物14内。支撑物14优选为由电绝缘并且耐用的材料制成，例如pvc或其他塑料材料。如图1a和1b所示，绝缘支撑物14可以具有位于其中的用以容纳和固定每条母线16的多个纵向沟道20以及用以容纳来自如下所述的覆盖物构件的凸缘的次级沟道21。
参考图1b，支撑物14一般包括置于所述支撑物的相对端的凸缘22和24，以及位于其间用以将支撑物固定在外围部12中的槽26，如图1a所示，所述外围部12包括相应的凸缘28、30以及肋部32以啮合支撑物14中的凸缘22、24和槽26。还可以应用铆钉18或其他适当的紧固件以进一步将支撑物14固定在外围部12内，并且避免支撑物14沿外围部12的纵向滑动。虽然结合Ross‘584专利中说明的外围部和大致的布置进行了说明，但将意识到本文中说明的改进的母线能够以变化的尺寸、数量和/或布置容易地应用于电力分布应用中，而不违背本发明的范围。因此，将意识到本文所示的特定布置仅以示例性目的被提供并且不意图限制本发明的范围。还将意识到根据本发明的改进的母线可以容易地应用于AC和DC电力分布系统中。
图2a示出了根据本发明的非限制性实施例的改进的电源分布轨道100的横截面图。与现有技术中使用的一件式母线16不同的是，如前所述（见图1a），电力分布轨道100应用多个母线插座/外罩条带装配40（图2a的实施例中使用了四个），每个装配40均是多片式的同心或“嵌套”构造，如图2b-2d中更详细的显示，并且之后在本文件中被称作外罩条带母线装配或简称为母线装配。
根据本发明，轨道100中的每个母线装配40具有唯一的配置，该配置提供牢固的接触压力和很大的接触表面区域，用以啮合移取装置上的刺部，所述刺部可以在沿轨道100的长度的几乎任意点处被插入轨道100中，同时提供更高的电流水平。
参考图2b的横截面图，母线装配40包括被外部组件44大致围绕的内部组件42。内部组件42优选为由铜或其他适当的材料构成，所述其他适当的材料优选为可以回火至具有大约一半的硬度，从而具有弹性或类似弹簧。外部组件44优选为由铝、铝合金或其他适当的传导材料构成。所述多片式构造允许母线装配40的结构强度由外部组件44更充分地提供，而母线装配40的柔性导电属性由内部组件42更充分地提供。这种多片式布置提供了高载流量，这是由于内部组件42和外部组件44可以承载电流，同时最小化要求的内部材料（优选为铜）的量。同样，作为本发明的额外的特征，内部组件42和外部组件44的各自最终制造的形状被设计为一起工作，从而提供最小的损失，使得两种组件均可以有效地执行其被分配的功能，如下面将进一步详细说明的。
继续参考图2b，外部组件44呈现具有槽开口46的大致U形形状，移取装置（未示出）上的刺部将在以压力啮合接触内部组件42的基本平行的弹性（类似弹簧）内部接触部分48之前穿过所述槽开口46。
根据本发明的实施例的母线装配的其他示例性实施例在图3a-3b、4a-4c、5a-5b、6a-6b和7a-7b中示出。如这些示例所示，相应的母线装配340、440、540、640和740的横截面可以在机械上以与Ross‘584的铜板簧相似的方式动作，尽管包括两个基本同心的部件，外部的部件优选为由刚性铝制成，其提供铝的机械、结构、成本和重量减轻的益处，而内部的部件优选为分别由一个或两个铜片构成，其提供比Ross‘584中通过在该文件中称为母线16的单个双回路横截面的铜片获得的接触更好的接触。
本发明与Ross‘584进一步的区别在于无论是内部组件42是双弹簧的实施例（参加例如而不限于：图2a-2d或图3a-3b中的内部组件42或342）还是单弹簧的实施例（参见例如而不限于：图4a-4c、5a-5b、6a-6b或7a-7b中的内部组件442、542、642或742），内部组件42和外部组件44的新的巢状构造必须的是外部组件44被机械加工为使得在其中紧密地容纳内部组件42的适当的形状。优选地，外部组件44紧密地容纳内部组件42以使内部组件被限制在外部组件44内。外部组件44和内部组件42之间的这种紧密适配接触帮助促进了所述组件之间的电源传递。此外，所述组件之间的电源传递还可以通过以镀层电镀内部组件和外部组件中的一个或两个而增强，所述镀层例如但不限于：锡、镍、银或其他适当的材料。
在本文所述的实施例中，每个内部组件42、342、442、542、642、742优选为由铜条带构成，该铜条带可以具有约0.010至约0.125英寸的厚度，并且优选为具有在约0.030至约0.050英寸的大致范围内的厚度，但是也可以应用其他厚度，而不偏离本发明的范围。构成所述内部组件的所述条带的厚度的优选范围取决于选择哪个条带实施例，即描述了哪个条带实施例。将意识到除了插座/外罩之外，铝条带还可以被用于替代用于所述条带的铜。然而，具有较高传导率的铜是用于所述条带的优选材料，并且由此是用于内部组件42、342、442、542、642、742的优选材料。通常，期望在意图握紧刺部的区域中提供材料的柔性。因此，内部组件42由此在这些区域中必须不能过厚。
图8a和8b分别示出了根据本发明的另一个非限制性实施例的不具有和具有安装在电力分布轨道200中的插接单元210的电源分布轨道200的横截面图。如本领域公知的，单元中的插头用于将需求电力的单元连接到电力分布系统。电力分布系统200包括多个母线装配，例如位于其中的母线装配740（见图7a和7b），该母线装配740中的每一个均被定位为啮合插接单元210的刺部212。更特别地，如图8c中的详细图示所示，每个母线装配740被定位为使得内部组件742的接触部分748基本彼此平行并且与刺部212的方向平行。内部接触部分748优选为略微向着彼此汇聚，并且产生略微小于刺部212的厚度的分离空间。由于内部组件742的设计，当刺部212被插入母线装配740中时，内部接触部分748自由弯曲，使得允许内部组件742的剖面与所述刺部212一致。这种自由的移动通过内部组件742的金属的弹性或类似弹簧的本质以及所述内部组件742的剖面而被允许。
继续参考图8c，由于材料的柔性本质和接触部分748之间的自然间距的尺寸大致小于刺部212的厚度的事实，将意识到接触部分748保持基本平行，并且抵靠刺部212被牢固地按压，如点A大致所示。将意识到这种设计容纳了槽尺寸和刺部厚度之间的一些变化，并且还提供了良好的表面接触。刺部212和母线装配740之间的总接触表面区域一般为母线的接触表面部分的高度和刺部212的宽度的乘积。换句话说，刺部212的两侧与母线740的内部组件742的接触部分748完全接触。此外，内部组件742至少在图8c中的区域B和C处接触外部组件744。从母线740流至移取装置的电流流经该表面区域。当移取装置从母线中移除时，所述母线740的内部组件742的布置回到其自然形状。
因此，将意识到本发明提供了一种改进的更高载流量的电源分布系统，该系统使移取装置能在沿轨道长度的任意点处插入并且提供所述轨道中的母线和所述移取装置上的刺部之间的牢固的接触压力表面区域和较大的接触。本发明还提供固定器，该固定器用以将母线固定在母线通道轨道中的绝缘支撑物中并且提供用于互连分布轨道的各区段的增强的系统。
本文公开的实施例被单独提供仅用于说明性目的，并且不意图限制本发明。因此，将理解可以对本文说明或暗示的实施例进行各种修改，而不背离本发明的范围或所附权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种电源分布轨道，包括：
外壳；和
设置在所述外壳中的多个母线装配，每个母线装配包括：
内部组件，所述内部组件适于啮合插接单元的刺部构件；和
外部组件，所述外部组件围绕所述内部组件放置并且与所述内部组件接触，
其中所述内部组件和所述外部组件均由导电材料构成。
2.如权利要求1所述的电源分布轨道，其中所述内部组件被限制在所述外部组件内。
3.如权利要求1所述的电源分布轨道，其中所述内部组件包括柔性材料，而所述外部组件包括刚性材料。
4.如权利要求3所述的电源分布轨道，其中所述内部组件由铜材料构成，而所述外部组件由铝材料构成。
5.如权利要求3所述的电源分布轨道，其中所述外部组件由铜材料构成。
6.如权利要求3所述的电源分布轨道，其中所述内部组件由铜条带构成，所述铜条带具有的厚度在约0.010英寸至约0.125英寸厚的范围内。
7.如权利要求3所述的电源分布轨道，其中所述内部组件由铜条带构成，所述铜条带具有的厚度在约0.030英寸至约0.050英寸厚的范围内。
8.如权利要求1所述的电源分布轨道，其中所述内部组件包括适于啮合插接单元的刺部构件的大致平行的部分。
9.如权利要求8所述的电源分布轨道，其中所述内部组件被构成为使得所述大致平行的部分在啮合插接单元的刺部构件时向着彼此偏置。
10.如权利要求1所述的电源分布轨道，其中所述内部组件和外部组件中的一个被电镀为包括锡、镍或银中的一个的镀层。
11.一种母线装配，包括：
内部组件，所述内部组件适于啮合插接单元的刺部构件；和
外部组件，所述外部组件围绕所述内部组件放置并且与所述内部组件接触，
其中所述内部组件和所述外部组件均由导电材料构成。
12.如权利要求11所述的母线装配，其中所述内部组件被限制在所述外部组件内。
13.如权利要求11所述的母线装配，其中所述内部组件包括柔性材料，而所述外部组件包括刚性材料。
14.如权利要求13所述的母线装配，其中所述内部组件由铜材料构成，而所述外部组件由铝材料构成。
15.如权利要求13所述的母线装配，其中所述外部组件由铜材料构成。
16.如权利要求13所述的母线装配，其中所述内部组件由铜条带构成，所述铜条带具有的厚度在约0.010英寸至约0.125英寸厚的范围内。
17.如权利要求13所述的母线装配，其中所述内部组件由铜条带构成，所述铜条带具有的厚度在约0.030英寸至约0.050英寸厚的范围内。
18.如权利要求11所述的母线装配，其中所述内部组件包括适于啮合插接单元的刺部构件的大致平行的部分。
19.如权利要求18所述的母线装配，其中所述内部组件被构成为使得所述大致平行的部分在啮合插接单元的刺部构件时向着彼此偏置。
20.如权利要求11所述的母线装配，其中所述内部组件和外部组件中的一个被电镀为包括锡、镍或银中的一个的镀层。
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