CN110190426A - 用于高电流应用的触头组件 - Google Patents

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Abstract

用于高电流应用的触头组件，包括电路板(3)；沿着纵向突出的非柔性导体杆(1)，导体杆(1)在电路板(3)和电气装置之间传输大于30安培、特别是大于50安培的电流；以及容纳构件(2)，容纳构件(2)固定在电路板(3)上；其中，容纳构件(2)保持导体杆(1)并在导体杆(1)和电路板(3)之间传输电流；其中容纳构件(2)包括多个可弹性变形的舌部(5)，舌部(5)围绕导体杆(1)周向布置并在导体杆(1)和容纳构件(2)之间提供机械支撑以及电接触。

Description

用于高电流应用的触头组件
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于高电流应用的触头组件。本发明还涉及一种根据权利要求15的用于内燃机的增压器。
背景技术
US 6,700,464 B2描述了一种用于将同轴电缆连接到电路板的触头。这种装置并不适用于高电流应用。
已知在用于内燃机的电驱动涡轮增压器的领域中使用由Würth Elektronik GmbH提供的一种触头。这些触头包括实心方块，该实心方块具有从该块突出的多个腿部，这些腿部被压配合至电路板。将用于把电流传递到电动机的导体杆固定地容纳在该方块的开口中。
本发明的目的是提供一种用于高电流应用的触头组件，其允许电路板和导体杆之间的低成本但可靠的连接。
发明内容
对于开头提到的触头组件，该目的根据本发明通过权利要求1的特征部分的特征来实现。
通过保持并且电接触具有多个弹性可变形舌部的接触杆，建立了足够大总接触面积的良好限定接触。
本发明意义上的高电流应用意指具有大于30A，优选大于50A的电流，其在典型的操作模式中流过容纳构件并通过舌部而进入导体杆。特别是，触头组件设计成允许这种高电流在至少几个小时的永久操作期间流动。
该高电流优选地在大于10伏特，最优选地在大于30伏特的电位差下操作。典型的应用是在现代车辆领域，包括燃烧驱动、电驱动或混合驱动。这种车辆使用基于比标准12V电网更高电压的电力网。本发明的触头组件的一个优选应用是与48V车辆动力网结合。
通过触头组件从电路板传递到电气装置的功率优选地大于300瓦连续功率，更优选地大于1千瓦连续功率，并且最优选地大于3千瓦连续功率。
通常优选地，将容纳构件设计成一体件。特别是，该容纳构件在容纳构件到电路板的固定和舌部到导体杆的电接触之间缺少任何中间两件式设计或表面接触。
为了将保持力和接触区域均匀地分布在导体杆周围，可弹性变形舌部的数量优选为至少三个，更优选为至少六个。
在本发明的一般有利实施例中，该容纳构件通过焊接连接到电路板的导电路径，优选地以表面安装装置(SMD)的形式。特别是，可以满足基于SMD的电路板的给定标准。作为进一步的益处，该容纳构件可以通过自动化制造应用于电路板。
为了实现容纳构件的极低成本生产，该容纳构件可以形成为板金属部件，该板金属的厚度优选地小于1mm，更优选地小于0.6mm。原始板金属可以通过类似于切削、冲压、弯曲、涂覆、热退火等的任何已知方法进一步加工成容纳构件。
在本发明的优选实施例的情形中，该容纳构件包括围绕导体杆的纵向周向弯曲的基环，从该基环的一侧突出的多个舌部，以及优选地从该基环的相对侧突出的多个触片，该多个触片固定地连接到电路板。这种设计在例如由金属板制造容纳构件时提供了简单的解决方案。如果触片相对于基环面向与舌部相反的方向，则可以提供更多数量的舌部和触片。
为了提供高电流的有效传递，优选地，导体杆具有基本恒定的横截面，该横截面具有大于8mm2，特别是大于18mm2的导电尺寸。最优选地，该横截面具有圆形形状。通常优选的导体杆是实心圆柱体，其直径根据高电流的要求而定。在导电横截面为18mm2的情况下，圆柱形导体杆的直径约为4.8mm(或直径为3.2mm，横截面为8mm2)。由于舌部的数量更多和/或每个舌部的接触面积更大而带来的更大的直径还允许容纳构件更好地接触。
作为一般目的，由容纳构件引起的电路板和导体杆之间的电阻小于0.001Ohm，更优选地小于0.0005Ohm。
为了允许在组装和操作过程中的公差，例如热膨胀，优选地提供的是，导体杆可以在被弹性加载舌部保持和接触的同时，沿着纵向连续地以公差的间隔移动。为此，接触杆优选地在舌部的接触区域中具有棱柱形状(或恒定的横截面形状)。在其他实施例中，导体杆也可以具有特殊形状(例如用于舌部的支撑槽)，以增大接触面积。
为了确定足够的机械支撑以及可靠的电接触，每个弹性加载舌部可以包括位于距导体杆一定距离处的第一端和抵靠导体杆的第二端。通常优选的是，舌部弹簧加载和/或弹性地压在导体杆的圆周表面上，每个舌部的力大于1牛顿。
在替代实施例中，舌部的第二端也可以通过第二基环连接。在这样的实施例中，舌部将以弯曲的方式弯曲，使得舌部的中间部分与导体杆弹簧加载接触，容纳构件的最小内径位于两个基环之间的大约一半处。
在本发明的特别优选实施例的情况下，电路板包括开口，容纳构件布置在开口处，并且导体杆穿过该开口突出。甚至更优选地，舌部将导体杆保持在电路板的第一侧上，容纳构件在相对侧固定到电路板上。总之，这些特征降低了组件的高度。
为了提供不易氧化的优化电接触，至少舌部或导体杆，最优选舌部和导体杆，至少具有由银构成的表面。可以通过本领域已知的任何合适的方式将银涂覆到导体杆和/或容纳构件上。
为了最小化功率损耗和/或局部加热，容纳构件的至少一个芯优选由铜基合金制成，更优选具有IACS(国际退火铜标准)的至少70％的电导率。
关于长寿命和安全的机械及电接触，即使在大量工作时间之后，合金也针对热应力松弛进行了优化，其中在Larson-Miller参数为9.0时，残余应力达到80％以上，特别是85％以上。Larson-Miller参数定义为P＝(20+log(t))*T+273)*0.001；时间t以小时为单位，温度T以℃为单位。例如，P＝9相当于在118℃下1000h的松弛时间(操作时间)。
通常优选的是，电气装置是电动机，特别是用于驱动内燃机的增压器。这种应用对热稳定性和振动稳定性有很高的要求。
本发明的目的还通过一种用于内燃机的增压器来实现，该增压器包括由电动机驱动的压缩装置，其中电动机通过根据本发明的触头组件连接到电源。增压器尤其可以是涡轮增压器。近年来，电驱动涡轮增压器的应用变得越来越重要，尤其是在汽车和其他车辆的内燃机上。本发明的触头组件在动力传递以及热和机械暴露方面针对该应用进行了特别优化。
本发明的其它优点和特征在下面描述的本发明的实施例和从属权利要求中描述。
下面描述本发明的优选实施例，并通过附图进一步说明。
附图说明
图1示出了现有技术的触头组件的俯视图。
图2示出了根据本发明的触头组件的剖视图。
图3示出了图2的组件的容纳构件的空间视图。
图4以剖视图示出了图2的容纳构件。
具体实施方式
如图1所示的现有技术装置示出了导体杆1’，其固定地容纳在实心方块2’的开口中，多个腿部2a’从该块突出。腿部2a’设计成压配合到电路板(未示出)，通过压配合提供机械和电接触。
图2示出了根据本发明的触头组件，包括导体杆1、容纳构件2以及电路板3。
导体杆1至少具有棱柱形状的端部，在当前实例中为实心圆柱体的形状。导体杆或至少其端部沿纵向L突出。因此导体杆1的横截面是实心圆。在一个示例中，导体杆的直径为6mm，因此导电横截面的尺寸为约28mm2。
容纳构件2具有喇叭口形或篮形(参见图3和4)的形式，包括内径大于导体杆1外径的基环4。
总共8个的多个舌部5沿着基环4等间隔地布置。舌部5从基环4的第一端6开始，由于基环的直径，第一端6定位在距导体杆1径向距离处。舌部5相对于容纳构件2的中心轴线倾斜地弯曲，使得舌部5的曲柄形第二端7抵靠导体杆1的侧壁。由于相对于中心轴线L的倾斜弯曲，舌部5在抵靠导体杆1的同时被机械预加载。每个舌部5以至少1牛顿的弹力(例如约2牛顿)压靠导体杆1。
在被舌部5保持的同时，导体杆1仍然可以在其纵向方向L上移动至少大约公差的间隔。
另一方面，在基环4的相对侧，多个触片8突出并以90°的角度弯曲，使得触片8的焊接表面抵靠电路板的导电路径。触片8以表面安装的方式焊接到导电路径，将容纳构件2连接到电路板上作为表面安装器件(SMD)。
为了增强容纳构件2的组装过程，辅助片9从基环突出并与电路板3中的相应凹部相互作用，从而在焊接步骤完成之前提供预组装的容纳构件2的限定位置和取向。
容纳构件2形成为一体件物品。例如，它可以形成为单个板金属部件，其中板金属的材料具有0.4mm的厚度，并且被选择为具有0.5％Cr、0.2％Ag、0.06％Ti以及0.03％Si的少量添加剂的铜基合金。该合金的电导率为IACS的79％。它的热松弛得到优化，在Larson-Miller参数为9.0的情况下，残余应力约为90％。当容纳构件2从板金属部件绕中心轴线L弯曲时，基环4不闭合，而是留有间隙4a(见图3)。
为了增强电接触并获得更好的氧化保护，容纳构件2和导体杆1可以用银涂覆表面。
容纳构件2以其布置在电路板3的开口10处的方式安装到电路板3。基环4大部分位于开口10内，舌部5在电路板的一侧突出，触片8焊接在电路板的相对侧。通过这种布置，减小了触头组件的总高度。导体杆1穿过电路板3的开口10突出，其中导体杆1在电路板3侧的一端靠近舌部5的第二端7。
导体杆的另一端与电气装置(未示出)连接，该电气装置由导体杆1供电。导体杆1的纵向L至少粗略地垂直于电路板3的平面布置。
在本例中，电气装置是内燃机的电驱动涡轮增压器的电动机。在典型的永久操作模式中，从电路板3经由容纳构件2并且通过导体杆1传递到电动机的电流在48V下大约为100A。因此，通过上述触头组件传输接近5kW的功率。
参考符号列表
1’ 导体杆(现有技术)
2’ 方块(现有技术)
2a’ 方块的腿部(现有技术)
1 导体杆
2 容纳构件
3 电路板
4 基环
4a 基环4的间隙
5 舌部
6 舌部的第一端
7 舌部的第二端
8 触片
9 辅助片
10 电路板的开口
L 导体杆的纵向、容纳构件的中心轴

Claims (15)

1.一种用于高电流应用的触头组件，包括
电路板(3)；
沿着纵向突出的非柔性导体杆(1)，所述导体杆(1)在所述电路板(3)和电气装置之间传输大于30安培、特别是大于50安培的电流；以及
容纳构件(2)，所述容纳构件(2)固定在所述电路板(3)上；
其中，所述容纳构件(2)保持所述导体杆(1)并在所述导体杆(1)和所述电路板(3)之间传输电流；
其特征在于，
所述容纳构件(2)包括多个可弹性变形的舌部(5)，所述舌部(5)围绕所述导体杆(1)周向布置并在所述导体杆(1)和所述容纳构件(2)之间提供机械支撑以及电接触。
2.如权利要求1所述的触头组件，其特征在于，所述容纳构件(2)设计为一体件。
3.如权利要求1或2所述的触头组件，其特征在于，所述容纳构件(2)通过焊接连接到所述电路板(3)的导电路径，特别是以表面安装装置(SMD)的形式。
4.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述容纳构件(2)形成为板金属部件，特别地所述板金属的厚度小于1mm，更特别地小于0.6mm。
5.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述容纳构件(2)包括围绕所述导体杆(1)的纵向方向(L)周向弯曲的基环(4)，从所述基环(4)的一侧突出的所述多个舌部(5)，以及特别是从所述基环(4)的相对侧突出的多个触片(8)，所述触片(8)固定地连接到所述电路板(2)上。
6.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述导体杆(1)具有基本恒定的横截面，特别是圆形，所述横截面具有大于8mm2的导电尺寸，特别是超过18mm2。
7.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述导体杆(1)在被所述弹性加载舌部(5)保持和接触的同时，可以沿着所述纵向方向(L)连续地以公差的间隔移动。
8.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，每个所述弹性加载舌部(5)都包括位于距所述导体杆(1)一定距离处的第一端(6)和抵靠所述导体杆(1)的第二端(7)。
9.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述电路板(3)包括开口(10)，所述容纳构件(2)布置在所述开口(10)处，并且所述导体杆(1)穿过所述开口(10)突出。
10.如权利要求9所述的触头组件，其特征在于，所述舌部(5)将所述导体杆(1)保持在所述电路板(3)的第一侧上，所述容纳构件(2)在相对侧固定到所述电路板上(3)。
11.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，至少所述舌部(5)或所述导体杆(1)，特别是所述舌部(5)和所述导体杆(1)都具有至少由银组成的表面。
12.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述容纳构件(2)的至少一个芯由铜基合金制成，特别是具有IACS(国际退火铜标准)的至少70％的电导率。
13.如权利要求12所述的触头组件，其特征在于，所述合金针对热应力松弛进行了优化，其中在Larson-Miller参数为9.0时实现了大于80％，特别是大于85％的残余应力。
14.如前述权利要求中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述电气装置是电动机，特别是用于驱动内燃机的增压器。
15.一种用于内燃机的增压器，包括由电动机驱动的压缩装置，其特征在于，所述电动机通过根据前述权利要求之一的触头组件连接到电源。
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