CN106992410A

CN106992410A - 包括散热器的电连接器和配备有这样的连接器的电气设备

Info

Publication number: CN106992410A
Application number: CN201611095525.3A
Authority: CN
Inventors: M.布兰切特; P.斯佩扎蒂; C.基林德吉安; E.多梅琼
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: FR3044821B1; US20170162968A1; EP3176881A1; EP3176881B1; FR3044821A1; US10230188B2; CN106992410B; ES2695298T3

Abstract

本发明涉及一种电连接器(10)，该电连接器(10)包括导电部分(25)，该导电部分(25)包括两个端子，每个端子用于电连接到电气设备的连接端子，连接器(10)还包括耗散部分(30)，该耗散部分(30)具有与导电部分(25)相同的材料并具有限定多个单元(65)的蜂窝结构。

Description

包括散热器的电连接器和配备有这样的连接器的电气设备

技术领域

本发明涉及电连接器和配备有这样的连接器的断路器。

背景技术

用于低压交流电的断路器通常包括多个极，经常为包括三个或四个极。每个极能够在输入连接区域上接收交流电相或中性相，并且在正常操作中在输出区域上传递相。如有必要，断路器还能够将输入区域与输出区域隔离；也就是说，它能够阻断电流的流动穿过极。

这种类型的断路器对电流的流动具有不可忽略的阻抗，这可能导致其内部部件的显著发热。产生的大部分热量耗散在电连接到输入和输出区域的导线中，使得导线由于其高导热性和相当长的长度而用作散热器。

这种类型的断路器用于电压高达1500伏的直流应用。例如，光伏太阳能能源提供可以高达1500伏(V)或左右的直流电压。然而，这些断路器的极对于超过约500V的电压是不适合的。为了在更高电压下使用这些断路器，通常使用电连接器将不同的极串联连接。然后，电压分布在断路器的多个极上，每个极承受不超过500V的电压。

这样的电连接器通常具有类似于字母U的形状，并且可被用于两个相邻极的输入(或输出)区域的电连接。

如果使用这样的配置，则在断路器中产生的热量的耗散在连接器的位置处变得更加困难。这是因为每个极不是连接到用作散热器的电线，而是连接到至少一个其他极，在所述至少一个其他极中电流导致发热。因此增加了由于过热而损坏断路器的风险。

为了抵消这些影响，所使用的连接器通常配备有冷却装置，例如翅片，其增加连接器和大气之间的交换表面积。

然而，所使用的冷却装置不是非常有效。特别地，所使用的冷却装置并不是对断路器的所有可行的取向均是适合的，因为它们的翅片必须垂直地布置，以便最大化与大气的对流交换。

发明内容

本发明的目的是提出一种电连接器，该电连接器用于串联连接断路器的两个极，其在散热方面具有更高的效率。

为此目的，本发明提出一种电连接器，其包括导电部分，该导电部分包括两个端子，每个端子意于电连接到电气设备的连接端子，连接器还包括耗散部分，该耗散部分具有与导电部分相同的材料并具有限定多个单元的蜂窝结构。

根据本发明的其它有利方面，连接器包括一个或多个以下特征，以下特征被单独地考虑或以所有技术上可行的组合而被考虑：

-耗散部分具有的孔隙率大于或等于50％，优选地等于75％，或更优选地等于85％；

-传导部分至少部分地由金属制成，优选地由铝制成；

-连接器包括由具有第一辐射率的第一材料制成的芯部，而耗散部分包括由具有第二辐射率的第二材料制成的钝化层，第二辐射率大于或等于第一辐射率，优选地严格大于第一辐射率；

-每个单元适于被流体的沿第一方向取向的第一流动穿过；

-每个单元适于被第一流动和流体的沿垂直于第一方向的第二方向取向的第二流动穿过；

-每个单元经由允许开口连接到至少一个其他单元，该开口允许流体从一个单元流动到另一个单元；

-耗散部分界定由第一类型的单元组成的第一组和由第二类型的单元组成的第二组，第一类型的单元是具有八边形基底的柱形的，而第二类型的单元是具有方形基底的柱形的；

-第一组包括由第一类型的单元组成的多个第一子组，第二组包括由第二类型的单元组成的多个第二子组，每个第一子组和每个第二子组具有各自的本征线，每个子组的单元沿着子组的本征线布置，且每个单元的轴线是本征线；

-单元采取截顶八面体的形式。

本发明还提出了一种电气设备，其特别是断路器，其配备有上述定义的连接器。

附图说明

通过阅读以下参照附图而仅以非限制性的示例的方式提供的说明，本发明的特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是配备有根据本发明的两个连接器的断路器的分解透视图；

图2是图1的断路器的连接器的俯视透视图；

图3是图2的连接器的俯视图；

图4是根据本发明的第二实施例的连接器的透视图；

图5是向着箭头B1的方向取得的图4的连接器的前视图；以及

图6是向着箭头B2的方向取得的图4的连接器的侧视图。

具体实施方式

在图1中示出了电气设备5，该电气设备5配备有两个输入导体7A、7B，两个输出导体8A、8B，两个连接器10，后基部12和盖15。

电气设备5例如是断路器，诸如机电断路器。

断路器5具有大致平行六面体的形状。

断路器5具有前部面17、后部面(未示出)、两个侧面18(其中只有一个侧面在图1的左侧可见)和两个端面20(其中只有上部面在图1的上部可见)。

断路器5具有多个极。每个极包括初级连接区域22和次级连接区域23。

每个极配置为在初级区域22上接收电流I，并且在次级区域23上输送电流I，反之亦然。

每个区域22、23适于接收导体7A、7B、8A、8B的端部。

每个初级连接区域22由第一端面20(即上部面)承载。每个次级连接区域23由第二端面20(即下部面)承载。

两个连接器10安装在上端面20上，这些连接器中的每个将两个初级连接区域22相互连接。

每个输入导体7A、7B是电连接到多个电气设施IE的电线。

在图1中，每个输入导体7A、7B电连接到三个电气设施IE，例如三个光伏发电设施。

每个设施IE电连接到第一输入导体7A和第二输入导体7B。优选地，每个电气设施IE适于在第一输入导体7A和第二输入导体7B之间产生电势差。

每个输出导体8A、8B是连接到配电网络(未示出)的电线。

上面参考用于将上端面20的两个初级连接区域22互相电连接的情况描述了本发明。然而，其同样可以用于将下端面20的两个次级连接区域23互相电连接。

在图2和图3中示出了连接器10的第一示例。

该连接器10相对于断路器5在断开位置和至少一个连接位置之间是可移动的。优选地，连接器10沿着插入方向Di在连接位置和至少一个断开位置之间是可平移地移动的。

连接器10配置为当连接器10处于连接位置时电连接断路器5的两个相邻的初级连接区域22或两个相邻的次级连接区域23。

连接器10还适于通过与大气热交换冷却断路器5。例如，连接器10适于通过与大气自发的热交换、尤其通过对流冷却断路器5。在变型中，连接器10适于通过与大气的强制热交换冷却断路器5，例如通过使用风扇以将空气流导引到连接器10冷却断路器5。

连接器10包括导电部分25、导电层、钝化层和耗散部分30。

连接器10由单个部件制成。这意味着导电部分25和耗散部分30具有共用的芯部。

导电部分25包括两个端子40和本体45。

导电部分25具有第一面47和与第一面47相对的第二面48。优选地，第一面47和第二面48是平行的。

当连接器10在连接位置时，第二面48取向为朝向前部面17。优选地，第二面48大致平行于前部面17。

盖15可拆卸地附接到断路器5。

当盖15附接到断路器5并且连接器10在连接位置时，盖15适于防止操作者接近连接器10。

后基部12和盖15配置为使得当它们附接至彼此时，它们至少部分地覆盖每个连接器10。后基部12和盖15例如通过第一螺钉38附接至彼此。

导电部分25适于在端子40中的一个处接收电流I，并且将电流输送到另一端子40。

芯部对于本体45和端子40也是共用的。

芯部由第一材料M1制成。第一材料M1是导电和导热的。优选地，第一材料M1是金属材料。

有利地，第一材料M1是铝。在变型中，第一材料M1是铜。在另一变型中，第一材料M1是镍。第一材料M1具有的第一辐射率ε1的值为0.02至0.9。材料的辐射率被定义为在相同温度时由材料辐射的能量与由黑体辐射的能量之间的比率。

当连接器10在连接位置时，每个端子40适于电连接到连接区域22、23。

当连接器10在断开位置时，其端子40不电连接到区域22、23。

每个端子40是平行六面体。每个端子40具有用于接收第二附接螺钉(未示出)的孔54。当连接器10在连接位置时，第二螺钉适于将端子40附接到区域22、23。

本体45适于在端子40和另一端子40之间传导电流I。

本体45是平行六面体。

本体45具有用于使第一螺钉38通过的孔55。通孔55围绕垂直于第一面47的轴线是柱形的。如图3所示，通孔55是具有椭圆形基底的柱形的。

导电层适于保护端子40的芯部免受腐蚀。导电层还适于在芯部和连接端子22、23之间提供良好的电连接。

导电层覆盖端子40的芯部的至少一部分。优选地，导电层覆盖端子40的整个芯部。

导电层由导电材料制成。例如，导电层由金属材料(诸如银)制成。在变型中，导电层由锡制成。

导电层具有第一厚度e1。第一厚度e1为500纳米至50微米，例如等于15微米(μm)。

钝化层适于保护本体45的芯部和耗散部分30的芯部免受腐蚀。与不具有钝化层的相同耗散部分30相比，钝化层还适于通过辐射增加耗散部分30与大气的热交换。

钝化层覆盖本体45的芯部的至少一部分和耗散部分30的芯部。优选地，钝化层覆盖本体45的整个芯部和耗散部分30的芯部。

钝化层由第二材料M2制成。

第二材料M2是电绝缘的。

第二材料M2具有第二辐射率ε2。第二辐射率ε2大于或等于第一辐射率ε1。优选地，第二辐射率ε2严格大于第一辐射率ε1。

特别地，第二辐射率ε2为0.6至0.9。

优选地，第二辐射率ε2大于或等于0.75，或优选地为0.85。

有利地，第二材料M2是氧化铝Al₂O₃。例如，如果芯部由铝制成，第二材料层M2通过阳极氧化产生。

第二涂层具有第二厚度e2。第二厚度e2为5μm至20μm。

在变型中，第二材料M2是具有严格大于第一辐射率ε1的第二辐射率ε2的聚合物材料，诸如亚光黑色聚合物材料。第二材料M2例如是聚氨酯，优选地是通过固化异氰酸酯制备的双组分聚氨酯。在这种情况下，第二厚度e2严格小于1毫米(mm)。

与不具有耗散部分30的相同连接器10相比，耗散部分30适于通过传导、对流和辐射增加热能的损失。

耗散部分30适于被流体F的第一流动F1和流体F的至少第二流动F2穿过。

流体F例如是空气。

第一流动F1和第二流动F2例如是自发的流动，诸如对流流动或由风产生的流动。在变型中，第一流动F1和第二流动F2通过例如风扇人工产生。

第一流动F1沿第一方向D1取向。例如，第一方向D1平行于插入方向Di。

第二流动F2沿第二方向D2取向。第二方向D2垂直于第一方向D1。

例如，第一方向D2平行于第二面48。

耗散部分30具有蜂窝结构。这意味着耗散部分30限定多个单元65。

耗散部分30在第三方向D3上具有高度H。高度H如图2所示。第三方向D3垂直于第二面48。优选地，第三方向D3也垂直于插入方向Di。

高度H小于或等于45毫米(mm)。例如，高度H等于约30mm。表述“等于约30mm”被认为是指高度H等于30mm，具有10％的公差。

耗散部分30和本体45在第三方向D3上重叠。

每个单元65具有单独的体积Vi。

总体积Vt被定义为每个单元65的单独的体积Vi之和。

耗散部分30具有第一体积V1。第一体积V1被定义为构成耗散部分30的材料的体积。也就是说，第一体积V1是耗散部分30的芯部的体积、钝化层的体积和总体积Vt之和。为耗散部分30定义了孔隙率P。孔隙率P被定义为在分子上的单元65的总体积Vt和在分母上的第一体积V1之间的比率。在数学术语中，这写为：

孔隙率P大于或等于百分之50(％)。有利地，孔隙率P严格大于75％，或优选地大于或等于85％。

例如，耗散部分30由多个部段75的组合形成。

每个部段75基本上是直线的。

每个部段75连接到至少另一部段75。例如，部段75在其一个端部处连接到另一部段75。

每个单元65的形状是多面体。

多面体是具有多边形平面的三维几何形状，所述多边形平面沿着被称为边缘的直线部段会聚。

例如，每个单元65由部段75的初级子组SE1界定，属于初级子组SE1的部段75的组合形成多面体，其中每个部段75形成一边缘。

单元65的每个面由部段75的次级子组SE2界定。

在图2中，单元65采取截顶八面体的形式。截顶八面体是具有8个正六边形面、6个正方形面、24个顶点和36个边缘的多面体。

每个单元65具有至少一个开口80。例如，开口80由部段75的次级子组SE2界定。

开口80适于将第一单元65和第二单元65互相连接。

例如，第一单元65由第一初级子组SE1界定，第二单元65由第二初级子组SE1界定，并且次级子组SE2被包括在第一初级子组SE1和第二初级子组SE1中。

开口80构造为允许流体F从第一单元65流动到第二单元65。因此，开口80允许热量在蜂窝状结构内传导。

每个开口80具有直径D。

开口80的直径D是在该开口80中内接的圆的直径。在几何形状中，内接于多边形的圆是与多边形的所有边内部相切的圆。更一般地，表述“内接在有界表面中的圆”表示包括在该表面中的具有最大可能半径的圆。

直径D例如严格地在6mm到10mm的范围内。

例如，第一单元65具有至少第一开口80和第二开口80。这意味着单元65至少连接到第二单元65和第三单元65。

单元65适于被流体F的流动穿过。这意味着第一开口80形成在第一单元65的第一面中，第二开口80形成在不同于第一面的第二面中。

优选地，第一面和第二面彼此平行。

有利地，第一面和第二面面对面地定位。这意味着将第一面的中心连接到第二面的中心的直线垂直于第一面和第二面。

例如，将第一面的中心连接到第二面的中心的直线平行于第一方向D1。这意味着单元65适于被第一流动F1穿过。

单元65还具有第三开口80和第四开口80。这意味着，单元65还连接到除了上述的第二和第三单元之外的至少两个其他单元65。

第三开口80形成在第三面中，第四开口80形成在与第三面相对的第四面中。

例如，将第三面的中心连接到第四面的中心的直线平行于第二方向D2。这意味着单元65适于被第二流动F2穿过。

优选地，单元65的每个面具有开口80。

因此，连接器10通过同时的传导、对流和辐射提供比现有技术的连接器更有效的散热。

此外，由于散热更有效，连接器10由铝制成，其比在现有技术的连接器中使用的材料更具电阻性但更便宜和更轻。

最后，即使当断路器5不是垂直的时，连接器10也提供有效的散热。例如，当第一方向D1不是垂直方向时，连接器10提供有效的散热。因此，连接器10比现有技术的连接器更适于断路器5的安装条件。

在图4到6中示出了连接器10的第二示例。

与图2中所示的连接器的第一示例相同的元件不再进行描述。只指出差异。

耗散部分30界定由第一类型的单元85组成的第一组和由第二类型的单元90组成的第二组。

第一组通过由第一类型的单元85组成的多个第一子组e1的组合形成。

每个第一子组e1具有第一本征线L1。第一本征线L1是直线。第一本征线L1平行于第一方向D1。

属于每个第一子组e1的第一类型的单元85沿着第一本征线L1彼此对准。例如，每个第一类型的单元85围绕第一轴线A1是柱形的，并且第一轴线A1与第一本征线L1重合。

第一类型的单元85是具有八边形基底的柱形的。第一类型的单元85的基底是正八边形。

如图5中所示，第一类型的单元85在垂直于第一方向D1的平面中形成具有方形基底的第一周期性网络。

每个第一类型的单元85沿着第二方向D2由至少一个第二类型的单元90限定。优选地，第一类型的单元85沿着第二方向D2由两个第二类型的单元90限定。

每个第一类型的单元85沿着第三方向D3由至少一个第二类型的单元90限定。优选地，第一类型的单元85沿着第三方向D3由两个第二类型的单元90限定。

第一类型的单元85的两个边缘平行于第二方向D2，且第一类型的单元85的两个边缘垂直于第二方向D2。

第一类型的单元85的基底限定了端面。端面具有端开口。端开口的直径例如严格小于10mm。

第二组包括由第二类型的单元90组成的多个第二子组e2。

每个第二子组e2具有第二本征线L2。

第二本征线L2是直线。第二本征线L2平行于第一方向D1。

属于每个第二子组e1的第二类型的单元90沿着第二本征线L2彼此对准。例如，每个第二类型的单元90围绕第二轴线A2是柱形的，第二轴线A2与第二本征线L2重合。

第二类型的单元90是具有方形基底的柱形的。

第二类型的单元90在垂直于第一方向D1的平面中形成具有方形基底的第二周期性网络。

每个第二类型的单元90沿着第二方向D2由至少一个第一类型的单元85限定。优选地，第一类型的单元90沿着第二方向D2由两个第二类型的单元85限定。

每个第二类型的单元90沿着第三方向D3由至少一个第一类型的单元85限定。优选地，第二类型的单元90沿着第三方向D3由两个第一类型的单元85限定。

优选地，第二类型的单元90沿着垂直于第一方向D1的平面由四个第一类型的单元85限定，该第二类型的单元90与所述四个第一类型的单元85共享其边缘。

两种类型的单元85,90的开口沿着第一方向D1和沿着第二方向D2对齐。因此，相比于根据图2的第一示例的耗散部分的压降，在第一流动F1和第二流动F2穿过耗散部分期间的压降更小。因此改进了耗散部分与大气之间的热交换。因此，连接器10的第二示例比连接器10的第一示例提供更有效的散热，特别是当第二方向D2是垂直方向时。

以上对本发明用于断路器的情况进行了说明。然而，其可以应用于其他类型的电气设备，特别是低压保护和控制设备。

Claims

1.一种电连接器(10)，包括导电部分(25)，所述导电部分(25)包括两个端子(40)，所述两个端子(40)每个意于电连接到电气设备(5)的连接端子(22，23)，

其特征在于，所述连接器(10)还包括耗散部分(30)，所述耗散部分(30)具有与所述导电部分(25)相同的材料，并且具有限定多个单元(65；85，90)的蜂窝结构。

2.根据权利要求1所述的连接器(10)，其中，所述耗散部分(30)具有孔隙率，所述孔隙率大于或等于50％，优选地等于75％，或更优选地等于85％。

3.根据权利要求1或2所述的连接器(10)，其中，所述导电部分(30)至少部分地由金属制成，优选地由铝制成。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的连接器(10)，包括由具有第一辐射率(ε1)的第一材料(M1)制成的芯部，其中，所述耗散部分(30)包括由具有第二辐射率(ε2)的第二材料(M2)制成的钝化层，所述第二辐射率(ε2)大于或等于所述第一辐射率(ε1)，优选地严格大于所述第一辐射率(ε1)。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的连接器(10)，其中，每个单元(65；85，90)适于被流体(F)的沿第一方向(D1)取向的第一流动(F1)穿过。

6.根据权利要求5所述的连接器(10)，其中，每个单元(65；85，90)适于被第一流动(F1)和流体(F)的沿垂直于所述第一方向(D1)的第二方向(D2)取向的第二流动(F2)穿过。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的连接器(10)，其中，每个单元(65；85，90)经由开口(80)连接到至少一个其他单元(65；85，90)，该开口(80)允许流体(F)从一个单元(65；85，90)流动到另一个单元。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的连接器(10)，其中，所述单元(65)采取截顶八面体的形式。

9.根据权利要求1到7中任一项所述的连接器(10)，其中，

-所述耗散部分(30)界定由第一类型的单元(85)组成的第一组和由第二类型的单元(90)组成的第二组，以及

-所述第一类型的单元(85)是具有八边形基底的柱形的，而所述第二类型的单元(90)是具有方形基底的柱形的。

10.根据权利要求9所述的连接器(10)，其中，

-所述第一组包括由所述第一类型的单元(85)组成的多个第一子组(e1)，所述第二组包括由所述第二类型的单元(90)组成的多个第二子组(e2)，每个第一子组(e1)和每个第二子组(e2)具有各自的本征线(L1，L2)，以及

-每个子组(e1，e2)的单元(85，90)沿着所述子组(e1，e2)的所述本征线(L1，L2)布置，并且每个单元(85，90)的轴线(A1，A2)是所述本征线(L1，L2)。

11.一种电气设备，尤其是断路器(5)，配备有根据前述权利要求中任一项所述的连接器(10)。