CN107645074B - 用于电气接头的热冷却接口 - Google Patents

Abstract

提供了一种电气接头(100)。所述电气接头包括第一传导构件(102)、第二传导构件和位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间的热冷却接口(104)，所述热冷却接口包括联接到所述第一传导构件的底板(202)，和多个壁(204)，所述多个壁(204)从所述底板垂直延伸向所述第二传导构件，所述多个壁限定多个通道(108)，所述多个通道(108)引导空气通过其中，从而促进冷却所述第一传导构件和所述第二传导构件，其中，所述第一传导构件、所述热冷却接口和所述第二传导构件串联地电联接。

Description

用于电气接头的热冷却接口

技术领域

本发明的领域大体上涉及电气接头，且，更具体而言，涉及用于电气接头的热冷却接口。

背景技术

使两个或更多个传导构件连结的电气接头被用于多种工业中。例如，在电功率分配系统中，可将伸长矩形的扁平传导母线部件布置在电气总线区段内，用于将多相高电流功率输送通过工业上的、商业上的和/或住宅用的设施。将连续的伸长的总线区段电连接在一起或互锁在一起，来提供功率源和功率消耗负载之间的电连贯性。

当在常规安装中使总线区段电互连时，通常采用自持的总线接头。总线接头是电气接头的一个示例。在至少一些情形中，当输送功率时总线区段和总线接头产生足够的热，使得产生的热的量能损害或以别的方式降低总线系统的性能。因此，总线接头应该满足UL/IEC标准规格，从而防止这种损害。总线区段和总线接头之间的连接点通常是总线系统中最热的部分。即使遍及总线区段和总线接头使用热传导材料，产生的热也可能足以致使构件损坏。此外，在其它类型的电气接头中可能遭遇相似的热问题。

发明内容

在一个方面，提供了电气接头。电气接头包括第一传导构件、第二传导构件和位于第一传导构件和第二传导构件之间的热冷却接口，热冷却接口包括联接到第一传导构件的底板，和从底板垂直延伸向第二传导构件的多个壁，多个壁限定多个冷却通道，多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却第一传导构件和第二传导构件，其中第一传导构件、热冷却接口和第二传导构件串联地电联接。

在另一方面，提供用于使第一传导构件和第二传导构件电联接的热冷却接口。热冷却接口可定位于第一传导构件和第二传导构件之间，且包括当热冷却接口位于第一传导构件和第二传导构件之间时，联接到第一传导构件的底板，以及从底板垂直延伸向第二传导构件的多个壁，多个壁限定多个冷却通道，多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却第一传导构件和第二传导构件，其中第一传导构件、热冷却接口和第二传导构件串联地电联接。

在又一方面，提供组装电气接头的方法。方法包括将第一传导构件和第二传导构件彼此紧邻地定位；将热冷却接口定位于第一传导构件和第二传导构件之间，热冷却接口包括联接到第一传导构件的底板，以及从底板垂直延伸向第二传导构件的多个壁，多个壁限定多个冷却通道，多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却第一传导构件和第二传导构件；且使用紧固件和夹具中的至少一个使第一传导构件联接到第二传导构件，其中第一传导构件、热冷却接口和第二传导构件串联地电联接。

在又一方面，提供电气接头。电气接头包括：第一传导构件，其包括具有第一多个壁的第一热冷却接口部分；和第二传导构件，其包括具有第二多个壁的第二热冷却接口部分，其中第一多个壁与第二多个壁接触以限定多个冷却通道，多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却第一传导构件和第二传导构件，且其中第一热冷却接口部分和第二热冷却接口部分限定第一传导构件和第二传导构件之间的电流路径。

技术方案1：一种电气接头，包括：

第一传导构件；

第二传导构件；和

热冷却接口，其定位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间，所述热冷却接口包括：

底板，其联接到所述第一传导构件，和

多个壁，其从所述底板垂直延伸向所述第二传导构件，所述多个壁限定多个冷却通道，所述多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却所述第一传导构件和所述第二传导构件，其中，所述传导构件、所述热冷却接口和所述第二传导构件串联地电联接。

技术方案2：根据技术方案1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁限定多个大致竖直取向的冷却通道。

技术方案3：根据技术方案1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁包括至少一个侧壁，所述至少一个侧壁具有穿过其中而限定的多个孔，以增加通过所述多个冷却通道的空气流。

技术方案4：根据技术方案1所述的电气接头，其特征在于，进一步包括紧固件，所述紧固件联接所述第一传导构件和所述第二传导构件，其中，所述热冷却接口包括压缩限制结构，所述压缩限制结构限定穿过其中的紧固件孔，且其中，所述紧固件延伸通过所述紧固件孔。

技术方案5：根据技术方案4所述的电气接头，其特征在于，所述压缩限制结构在所述多个冷却通道中的一个冷却通道内限定高压区域，且其中所述多个壁中的一个壁包括穿过其中而限定且紧邻于所述高压区域的泄压孔，以缓解所述高压区域中的压力。

技术方案6：根据技术方案1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁中的各壁包括顶部表面，所述顶部表面接触所述第二传导构件，以封闭所述多个冷却通道。

技术方案7：根据技术方案1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁中的各壁包括前缘和后缘，且其中，所述前缘和所述后缘具有空气动力学轮廓，以增加通过所述热冷却接口的空气流。

技术方案8：根据技术方案1所述的电气接头，其特征在于，所述热冷却接口与所述第一传导构件一体地形成。

技术方案9：根据技术方案1所述的电气接头，其特征在于，所述热冷却接口限定串联在所述第一传导构件和所述第二传导构件之间的电流路径。

技术方案10：一种热冷却接口，其用于将第一传导构件电联接至第二传导构件，所述热冷却接口位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间，且包括：

底板，当所述热冷却接口定位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间时，所述底板联接至所述第一传导构件；和

多个壁，其从所述底板垂直延伸向所述第二传导构件，所述多个壁限定多个冷却通道，所述多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却所述第一传导构件和所述第二传导构件，其中，所述第一传导构件、所述热冷却接口和所述第二传导构件串联地电联接。

技术方案11：根据技术方案10所述的热冷却接口，其特征在于，当所述热冷却接口位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间时，所述多个壁限定多个大致竖直取向的冷却通道。

技术方案12：根据技术方案10所述的热冷却接口，其特征在于，所述多个壁包括至少一个侧壁，所述至少一个侧壁具有多个穿过其中而限定的孔，从而增加通过所述多个冷却通道的空气流。

技术方案13：根据技术方案10所述的热冷却接口，其特征在于，进一步包括压缩限制结构，所述压缩限制结构限定穿过其中的紧固件孔。

技术方案14：根据技术方案13所述的热冷却接口，其特征在于，所述压缩限制结构在所述多个冷却通道中的一个冷却通道内限定高压区域，且其中所述多个壁中的一个壁包括穿过其中而限定且紧邻高压区域的泄压孔，以缓解所述高压区域中的压力。

技术方案15：根据技术方案10所述的热冷却接口，其特征在于，所述多个壁中的各个壁包括顶部表面，当所述热冷却接口位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间时，所述顶部表面接触所述第二传导构件。

技术方案16：根据技术方案10所述的热冷却接口，其特征在于，所述多个壁中的各个壁包括前缘和后缘，且其中所述前缘和所述后缘具有空气动力学轮廓，以增加通过所述热冷却接口的空气流。

技术方案17：一种组装电气接头的方法，所述方法包括：

将第一传导构件和第二传导构件彼此紧邻地定位；

将热冷却接口定位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间，所述热冷却接口包括联接至所述第一传导构件的底板；和多个壁，所述多个壁从所述底板垂直延伸向所述第二传导构件，所述多个壁限定多个通道，所述多个通道引导空气通过其中，从而促进冷却所述第一传导构件和所述第二传导构件；和

使用紧固件和夹具中的至少一个，将所述第一传导构件联接至所述第二传导构件，其中，所述第一传导构件、所述热冷却接口和所述第二传导构件串联地电联接。

技术方案18：根据技术方案17所述的方法，其特征在于，将所述第一传导构件联接至所述第二传导构件包括通过至少一个紧固件孔插入至少一个紧固件，所述紧固件孔限定在所述热冷却接口中。

技术方案19：根据技术方案17所述的方法，其特征在于，定位热冷却接口包括定位所述热冷却接口，使得所述多个壁中的各个的顶部表面接触所述第二传导构件。

技术方案20：一种电气接头，包括：

第一传导构件，其包括具有第一多个壁的第一热冷却接口部分；和

第二传导构件，其包括具有第二多个壁的热冷却接口部分，其中，所述第一多个壁接触所述第二多个壁，以限定多个冷却通道，所述多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却所述第一传导构件和所述第二传导构件，且其中，所述第一热冷却接口部分和所述第二热冷却接口部分限定所述第一传导构件和所述第二传导构件之间的电流路径。

附图说明

图1是示范性电气接头的透视图，该电气接头包括使用热冷却接口彼此电联接的两个传导构件。

图2是图1中示出的电气接头的俯视透视图。

图3是示范性热冷却接口的透视图，该冷却接口可与图1中示出的电气接头一起使用。

图4是图3中示出的热冷却接口的放大部分的透视图。

图5是示出通过图3中示出的热冷却接口的空气流的示意图。

图6是备选的示范性热冷却接口的透视图。

图7是具有一体式热冷却接口部分的示范性传导构件的透视图。

图8是用两个图7中示出的传导构件形成的示范性电气接头的透视图。

部件列表：

100 电气接头

102 传导构件

104 热冷却接口

106 紧固件

108 冷却通道

109 纵轴线

110 水平平面

112 底部

114 顶部

202 底板

204 壁

205 顶部表面

206 前缘

208 后缘

209 第一对称轴线

211 第二对称轴线

220 接口

222 入口

224 侧壁

226 孔

230 紧固件孔

232 压缩限制结构

234 高压区域

236 泄压孔

250 电流路径

602 底板

604 热冷却接口

606 壁

608 冷却通道

620 接口

702 传导构件

704 热冷却接口部分

706 一体式热冷却接口

710 底板

712 壁

714 侧壁

716 孔

800 传导接头。

具体实施方式

本文公开的多种实施例提供带有热冷却接口的电气接头，用于电联接传导构件。如本文所使用的，“电气接头”指使两个或更多个传导构件电联接的任何接头。电气接头可以是，例如，总线系统中的总线接头。如本文所使用的，“总线接头”指连结两个或更多个母线的总线系统的一部分(例如，接头、区段、配件等)。

在本文所描述的实施例中，热冷却接口包括从底板延伸的多个壁。多个壁限定多个冷却通道，以促进两个连接的传导构件之间的无源冷却。例如，热冷却接口可被联接在两个母线之间。

图1是示范性电气接头100的透视图。图2是电气接头100的俯视透视图。电气接头100包括使用热冷却接口104彼此电联接的两个传导构件102。具体地，热冷却接口104位于传导构件102之间。在示范性实施例中，传导构件102为母线。例如，传导构件102可以是在单相系统或三相系统中的母线，且可包括保护性的涂层外层(未示出)以防止不同相的母线之间产生电弧。在一个实施例中，母线均为约0.25英寸厚和约4.0英寸宽。在其它实施例中，母线可具有能够使得电气接头100如本文所描述的那样起作用的任何尺寸。备选地，传导构件102可以是能够使用热冷却接口104彼此电联接的任何传导构件。

如图1中所示出，在示范性实施例中，使用一个或多个紧固件106来联接传导构件102和热冷却接口104。紧固件106包括，但不限于螺钉、螺栓和/或夹具。此外，紧固件106可以是导热的和/或导电的。在一些实施例中，使用一个或多个夹具(未示出)来联接传导构件102和热冷却接口104。

热冷却接口104限定传导构件102之间的多个冷却通道108。值得注意地，至少一些已知的温度控制元件使用散热装置、冷却翅片等来散发热。相反，如本文所描述的，热冷却接口104无源地使空气流动通过冷却通道108。如图1和图2中所示出，冷却通道108在示范实施例中竖直地取向。特别地，各冷却通道108具有纵轴线109，其与水平平面110产生约90°的角α。水平平面110可以，例如，大体上平行于地球表面(即，地面)。由于竖直的取向，空气被吸入电气接头的底部112并向上(即，远离电气接头100的底部112朝电气接头100的顶部114)流动通过热冷却接口104。从底部112至顶部114的该空气流促进充分地冷却传导构件102。例如，实验上证明，如果传导构件102为具有0.5英寸厚和4.0英寸宽的母线且在没有热冷却接口104的情况下彼此电联接，随着约1425安培(A)的电流流动通过传导构件102，电气接头100的温度升高约65华氏度(°F)。相反，在冷却接口104位于为具有0.5英寸厚和4.0英寸宽的母线的传导构件102之间的情况下，直到约1550A的电流流动通过传导构件102，电气接头100的温度才升高65°F。

在其它实施例中，角α小于90°。例如，角α可以为约45°和约90°之间的任何角度，包括约45°和约90°。冷却通道108基本水平地取向，且出现很少量的空气流通过冷却通道108，从而大大降低了热冷却接口104的无源冷却益处。

图3是热冷却接口104的透视图。图4是热冷却接口104的一部分的放大图。图5是示出通过热冷却接口104的空气流的示意图。如图3中所示出，热冷却接口104包括底板202和从底板202大致垂直延伸的多个壁204。在运行期间，底板202接触一个传导构件102，且壁204的顶部表面205接触另一传导构件102，从而封闭冷却通道108。

在示范性实施例中，各壁204从前缘206延伸至后缘208。值得注意地，如图4中最好地示出，在示范性实施例中，各壁204的前缘206和后缘208具有空气动力学轮廓207以促进最大空气流通过冷却通道108。即，前缘206和后缘208被斜切，包括导入角，和/或以别的方式成型来增加通过冷却通道108的空气流。此外，在示范性实施例中，热冷却接口104是关于第一对称轴线209和第二对称轴线211对称的。因此，不管是如图1和如图2中所示出的那样定位还是绕第一对称轴线209旋转180°，热冷却接口104的作用都相同。

如图4中最好地示出，在示范性实施例中，壁204和底板202之间的接口220基本上是弓形的。因此，各冷却通道108的入口222具有基本上U形的轮廓，从而进一步改进通过冷却通道108的空气流。弓形的接口220还增加了热冷却接口104的结构强度以防止弯曲。热冷却接口104的多种空气动力学结构促进消除原本会降低效率的任何涡流。

热冷却接口104的壁204包括两个侧壁224，各侧壁224具有穿过其中而限定的多个孔226。在示范性实施例中，各侧壁224包括七个圆形孔226。备选地，各侧壁224可包括任何数量的具有能够使得热冷却接口104如本文所描述的那样起作用的任何形状的孔226。如图5中所示出，孔226也促进改进通过热冷却接口104的空气流。特别地，对于各侧壁224，在操作期间，冷却空气流入三个孔226中，且热空气从四个孔226流出。冷空气由通过冷却通道108的空气流被带入三个孔226中。

在示范性实施例中，热冷却接口104包括穿过其中而限定的多个紧固件孔230。紧固件孔230的大小和取向设定成接纳紧固件106(图1和2中示出)，使得紧固件106延伸通过热冷却接口104。各紧固件孔由从底板202延伸的压缩限制结构232限定。压缩限制结构232相对较厚以促进防止当热冷却接口104夹紧于传导构件102之间(例如，通过上紧或夹紧紧固件106)时，对热冷却接口104的损坏，

值得注意地，压缩限制结构232阻碍并改变通过多个冷却通道108中的至少一些的空气流。具体地，高压区域234形成在各压缩限制结构232的任一侧上，如图5中所示出。因此，在示范性实施例中，至少一些壁204包括限定为紧邻于高压区域234而穿过其中的泄压孔236，泄压孔236促进将从高压区域234出来的空气流引导到邻近的冷却通道108中，如图5中所示出。此外，在示范性实施例中，至少一些孔226紧邻于泄压孔236定位。这促进使压缩限制结构232对通过热冷却接口104的空气流的影响减到最小。在示范性实施例中，泄压孔236基本上是U形的。备选地，泄压孔236可具有能够使热冷却接口104如本文中描述的那样起作用的任何形状。

值得注意地，热冷却接口104促进无源地冷却电气接头100。即，为了实现热冷却接口104的冷却益处，无需使用有源装置(例如，风扇)来促进通过冷却通道108的空气流。反而，热冷却接口104的形状和取向无源地致使空气流动通过冷却通道108。在一些实施例中，可使用风扇以进一步加强热冷却接口104的性能。因此，如本文所描述，热冷却接口104的多种特征的组合相对于至少一些已知的温度控制装置(例如，散热装置、冷却翅片等)提供显著的冷却益处。

例如，可使用机械加工技术形成热冷却接口104。此外，在示范性实施例中，热冷却接口104具有约0.5英寸的深度D。另外，为了促进使传导构件102彼此电联接，热冷却接口104由导电且导热的材料(例如，铜)形成。因此，一个传导构件102、热冷却接口104和另一个传导构件102串联地电联接，且热冷却接口104限定传导构件102之间的电流路径250(图2中示出)。即，当电流在传导构件102之间流动时，电流流动通过热冷却接口104。备选地，热冷却接口104可能具有能够使其如本文所描述的那样起作用的任何尺寸和/或成分，和/或使用能够使其如本文所描述的那样起作用的任何制造技术形成。

例如，图6是备选的冷却接口604的透视图，使用加成制造技术(例如，三维打印)形成备选的冷却接口604。热冷却接口604与热冷却接口104基本相似。然而，因为加成制造技术通常产生带有封闭表面的物体，所以热冷却接口604包括两个底板602(与单个底板202相反)，壁606在底板602之间延伸。底板602可能被镀有适合的材料(例如，银、金等)。在其它实施例中的底板也可被镀有适合的材料。值得注意地，热冷却接口604包括在各壁606的顶部和底部二者处的弓形接口620，从而进一步增加通过由壁606限定的冷却通道608的冷却流。

在图1-6中所示出的实施例中，热冷却接口为与传导构件102分开的构件。然而，在一些实施例中，热冷却接口可与传导构件102成一体。例如，图7是包括一体式热冷却接口部分704的传导构件702的透视图。热冷却接口部分704可例如通过铣削传导构件702的材料形成。

热冷却接口部分704包括底板710和多个壁。类似于热冷却接口104，热冷却接口704包括底板710和多个壁712。然而，热冷却接口部分704具有深度D’，D’约为热冷却接口104的深度D的一半。例如，热冷却接口部分704可具有约0.25英寸的深度D’。

此外，因为热冷却接口部分704与传导构件702成一体，所以热冷却接口部分704仅包括具有孔716的单个侧壁714。此外，由于有限的深度，各个孔716约为孔226的尺寸的一半。

如图8中所示出的，为了形成传导接头800，两个传导构件702彼此联接。具体地，两个热冷却接口部分704(即，来自各传导构件102的热冷却接口部分)彼此邻接以形成完整的热冷却接口706。值得注意地，完整的热冷却接口706基本上类似于热冷却接口104和热冷却接口604起作用。

本文中描述的系统和方法提供电气接头，电气接头包括定位于第一电气构件和第二电气构件之间的热冷却接口。热冷却接口包括多个壁，壁限定多个冷却通道。冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却第一传导构件和第二传导构件。

本书面描述使用示例(包括最佳模式)公开本发明，并且还使得本技术领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利性范围由权利要求限定，且可包括本技术领域的那些技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有不异于权利要求的文字语言的结构要素，或如果这种其它示例包括与权利要求的文字语言无实质差异的等效结构要素，则这种其它示例旨在处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种电气接头，包括：

第一传导构件；

第二传导构件；和

热冷却接口，其定位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间，所述热冷却接口包括：底板，其联接到所述第一传导构件，和

多个壁，其从所述底板垂直延伸向所述第二传导构件，所述多个壁限定多个冷却通道，所述多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却所述第一传导构件和所述第二传导构件，其中，所述第一传导构件、所述热冷却接口和所述第二传导构件串联地电联接。

2.根据权利要求1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁限定多个大致竖直取向的冷却通道。

3.根据权利要求1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁包括至少一个侧壁，所述至少一个侧壁具有穿过其中而限定的多个孔，以增加通过所述多个冷却通道的空气流。

4.根据权利要求1所述的电气接头，其特征在于，进一步包括紧固件，所述紧固件联接所述第一传导构件和所述第二传导构件，其中，所述热冷却接口包括压缩限制结构，所述压缩限制结构限定穿过其中的紧固件孔，且其中，所述紧固件延伸通过所述紧固件孔。

5.根据权利要求4所述的电气接头，其特征在于，所述压缩限制结构在所述多个冷却通道中的一个冷却通道内限定高压区域，且其中所述多个壁中的一个壁包括穿过其中而限定且紧邻于所述高压区域的泄压孔，以缓解所述高压区域中的压力。

6.根据权利要求1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁中的各壁包括顶部表面，所述顶部表面接触所述第二传导构件，以封闭所述多个冷却通道。

7.根据权利要求1所述的电气接头，其特征在于，所述多个壁中的各壁包括前缘和后缘，且其中，所述前缘和所述后缘具有空气动力学轮廓，以增加通过所述热冷却接口的空气流。

8.根据权利要求1所述的电气接头，其特征在于，所述热冷却接口与所述第一传导构件一体地形成。

9.根据权利要求1所述的电气接头，其特征在于，所述热冷却接口限定串联在所述第一传导构件和所述第二传导构件之间的电流路径。

10.一种热冷却接口，其用于将第一传导构件电联接至第二传导构件，所述热冷却接口能够位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间，且包括：

底板，当所述热冷却接口定位于所述第一传导构件和所述第二传导构件之间时，所述底板联接至所述第一传导构件；和

多个壁，其从所述底板垂直延伸向所述第二传导构件，所述多个壁限定多个冷却通道，所述多个冷却通道引导空气通过其中，从而促进冷却所述第一传导构件和所述第二传导构件，其中，所述第一传导构件、所述热冷却接口和所述第二传导构件串联地电联接。

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