CN110268485B - 用于恶劣环境的高功率套管 - Google Patents

Abstract

提供一种用于高功率的套管(100)，其中建立了套管导体(120)的连接部分(121，122)相对于绝缘体(110)的弹性变形能力。由于套管导体(120)的连接部分(121，122)的弹性变形能力，实现了套管导体(120)的连接部分(121，122)和周围的绝缘体(110)的本体端部部分的显著的机械解耦，从而显著降低了造成损坏的可能性，该可能性通常由作用在套管导体(120)的连接部分(121，122)上的径向力引起。以这种方式，即使在相对长的寿命期间，特别是在恶劣的环境条件下，例如在列车应用中这类条件下，也可以实现套管(100)的优异完整性。

Description

用于恶劣环境的高功率套管

技术领域

总体来说，本发明涉及接触技术，尤其涉及用于在承载相对高功率(例如在几十千瓦到几百千瓦及更高的范围内)的外部电缆和用于进一步处理所提供的电力的壳体内部导体之间提供连接的套管。

背景技术

在许多技术领域中，电力必须由某些部件提供或提供给某些部件，例如复杂的开关、变压器、电机等，其可能经常至少部分地定位在适当的壳体中。另一方面，在壳体外部，所需的电力可以由连接到相应的电源或电气部件的一个或多个适当尺寸的电缆提供或提供给其，其中电力可以作为AC或DC或两者提供。取决于所考虑的应用，相应的电功率的范围可以从几十千瓦到几百千瓦甚至更高，从而在横截面和绝缘特性方面需要相应的电缆配置。例如，在中等电压到高电压的背景下经常会提供高电功率，范围从几百伏到几万伏，从而导致在外部电缆中输送相对低的电流，而在其他应用中，例如，在诸如电动车辆的移动DC应用中，可以使用相对低的电压，从而对相应电缆的驱动电流能力提出了更高的要求。在任何情况下，对应的外部电缆可能需要关于导体材料、导体横截面、绝缘护套等的适当配置，从而通常导致以下电缆配置：包括一个或多个铜基或铝基芯线，其横截面为几厘米，由适当的绝缘体或覆盖材料围绕，其提供所需的绝缘性能和整个电缆的完整性。由于这些电缆可能经常暴露于相对恶劣的环境中，例如这些电缆可能暴露于外部条件，包括暴露于直射阳光，-50℃至70℃的极端温度等，由此需要使用合适的护套材料，因此除了芯材料之外，这些护套材料也会增加相应电缆的额外重量。

另一方面，通常，相应的电力接收部件或电源部件(例如开关、变压器、电机等)通常封装在合适的壳体中，以便提供这些部件或其至少任何接触结构的优异完整性。由于壳体的受保护的内部，对壳体内部导体的任何要求可能明显不那么严格，从而甚至允许在没有外部绝缘材料等的情况下使用这种壳体内部导体。壳体内部导体和外部电缆的一个关键接口代表相应的套管，其应被理解为适当地安装到壳体并且提供用于在外部电缆和壳体之间交换电力的通道的部件。为此，对应的套管通常包括高导电金属导体，通常为铜螺栓的形式，其由绝缘材料围绕，该绝缘材料由适当的材料(例如环氧树脂)形成。已知环氧树脂具有高机械强度和刚度以及优异的绝缘特性。为了提供机械和电气稳定的套管，金属芯和环氧树脂通常通过例如注射模制形成为整体部件，从而获得稳健(robust)且刚性的产品。因此，通过在任何适当的位置提供适当的安装凸缘，套管可以插入设置在壳体中的对应的孔中，并且可以通过安装凸缘固定至其，从而提供在套管的一端附接至套管的外部电缆与在套管的另一端连接至套管的壳体内部导体之间的所得连接的高机械和电气完整性。

然而，这些成熟的高功率套管在用于与复杂外部条件相关的应用中时可能遭受增加的故障事件。例如，传统高功率套管的稳健且刚性的配置在暴露于相对极端的温度(例如从大约-40℃到大约70℃，通常会在各种地理位置的各种环境条件下遇到)时可能表现出越来越多的设备故障。例如，许多类型的车辆(例如列车)中的电源可能导致暴露于恶劣条件，例如上述温度，例如直接暴露于阳光下，而在寒冷的冬天，可能发生极低的温度。这种极端温度本身可能代表套管的显著应力，因为通常环氧树脂和通常高导电的铜材料可能具有非常不同的热膨胀系数，这可能导致绝缘环氧树脂中的裂缝或任何其他损坏，特别是当某些机械力可能另外作用于某些套管部件时。

例如，可能具有相对较高重量的外部电缆通常连接到套管，使得套管的铜螺栓的端面与外部电缆的相应端面或者与和其连接的触头组件牢固接触，这可能导致施加在套管的铜螺栓上的或多或少明显的弯曲力。然而，如上所述，在极端温度条件下，这些相对较高的弯曲力可能会促使绝缘材料产生损坏，因为热膨胀的差异与作用于铜螺栓并因此作用于环氧树脂的额外机械力相结合最终可能导致外部护套的破裂，从而通常也导致整个高功率连接的故障。类似地，在中等高温下，环氧树脂的机械性能也可能经受劣化，从而也增加了导致严重的设备故障的可能性。

上述情况甚至可能在下述环境中变得更糟，其中作用在套管的某些部件上的相应的力可能及时地和空间地变化，例如，当存在外部或内部引起的振动时。这种振动的来源可以是，例如，在移动应用中沿着相应的铁路轨道的运动，其中相邻轨道之间的接头会或多或少地以规则的方式引起显著的振动，这取决于相应的电动车辆的整体速度和关节的距离。然而，在街道车辆中可能遇到类似的振动，其具有降低的规则性，其中相应道路的速度和表面状况可以显著地确定作用在对应的套管部件上的振动的最终“频谱”。

此外，在列车应用或类似的用例中，可能必须使用复杂的接触器或开关装置，其中在对应的切换过程期间加速和移动中等高的质量，从而通常涉及直接撞击对应的接触部件并且引入相应的机械震动或振动到套管部件中。虽然这种引起的机械负载的罕见事件可能不一定显著影响套管以及各种部件的电气和绝缘状态，但是，事实证明，在许多应用中通常需要的延长寿命，例如10至15年，传统的稳健和刚性配置，例如基于整体模制的环氧树脂和铜螺栓部件获得的可能导致显著的可靠性问题，从而使得传统配置对于在复杂环境条件下使用的高功率套管而言并不理想。

因此，本发明的一个目的是提供一种套管，特别是高功率套管，其对复杂的环境条件的响应显著较小，特别是在机械力，特别是在机械力(特别是震动和振动)和/或延长寿命内的极端温度方面。

发明内容

上面提到的目的通过套管来解决，例如，套管可以用于将电缆与壳体内部连接。套管包括长形的绝缘体，其包括第一本体端部部分、第二本体端部部分、以及连接第一本体端部部分和第二本体端部部分的本体中心部分。套管还包括长形的套管导体，其在绝缘体内轴向延伸并机械地耦接到绝缘体。套管导体(在下文中也称为“螺栓”)包括第一连接部分，其具有位于第一本体端部部分处的第一端面。套管导体还包括第二连接部分，其具有位于第二本体端部部分处的第二端面。最后，套管导体包括中心部分，该中心部分电气地且机械地连接第一连接部分和第二连接部分。第一连接部分可相对于第一本体部分弹性变形，和/或第二连接部分可相对于第二本体端部部分弹性变形。

除其他方面外，创造性的套管包括至少一个连接部分，例如第一连接部分、第二连接部分或两者，其在一状态下可相对于其相应的或对应的本体端部部分沿着至少一个径向方向弹性变形，在该状态下，当套管提供电连接时，第一端部部分的第一端面和/或第二本体端部部分的第二端面连接到配对导体的端子部分，例如壳体-外部电缆或电缆接触区域和/或壳体-内部接触区域。结果，套管导体的第一连接部分和/或第二连接部分可以弹性地移位并因此相对于周围的绝缘体的部分变形。也就是说，在响应作用在套管导体的相应连接部分上的机械力时，绝缘体的相应部分可以保持基本上不受相应机械力的影响，并因此保持套管导体的相关部分的相应弹性变形，因此，即使考虑到相应的机械力可能作用在套管上的相对长的时间间隔，也可以避免或至少显著降低绝缘体损坏的风险。因此，根据本发明的原理，已经认识到可以通过使用以下理念获得套管(例如高功率套管)的可靠性的显著提高：套管导体的一部分与绝缘体的一部分的机械解耦，通过适当的弹性变形使套管导体能够响应机械力(例如静态和/或动态负载)，而不会或仅对周围的绝缘体的部分产生影响。例如，如上所述，即使在极端温度条件下，由此可以防止绝缘体中使用的典型绝缘材料的机械特性的相应劣化显著影响套管的整体功能行为。这是通过基本上避免或至少减小套管导体的弹性变形部分与绝缘体的相应周围部分之间的机械接触来实现的。即使对于相应的振动，例如由频繁发生显著的接触器质量的机械冲击引起的，套管导体和绝缘体的相关部分的高度机械解耦配置可以增强套管的整体可靠性，从而降低绝缘体的相应部分变形/破裂的可能性。

在一个优选实施例中，弹性位移或变形能力通过间隙获得，该间隙设置在套管导体的相应的连接部分和绝缘体的相应的本体端部部分之间。因此，在该实施例中，通过提供相应的间隙或空隙来实现套管导体和绝缘体的相应部分的显著机械解耦，因此，当由于径向力使套管导体的端部部分变形时，避免或减少这两个部分之间的机械接触。间隙可以形成为至少基本上完全围绕套管导体的连接部分，而在其他情况下，间隙可以包括一个或多个区域，其中没有设置任何材料，而其他区域可以填充适当的材料。

在一个说明性实施例中，间隙至少部分地用弹性填充材料或可压缩材料填充，其中填充材料的弹性特性可以在套管导体和绝缘体的相关部分之间提供所需的减小的机械耦接，同时仍提供间隙的优异完整性。也就是说，关于套管的延长寿命，可以认为有利的是抑制将不希望的物质(例如湿气、外来颗粒等)结合到间隙中，否则会降低套管导体的连接部分的弹性响应性。另一方面，通过提供相应的弹性填充材料，可以基于在间隙中提供的材料的类型和数量来调节机械解耦的程度，同时通过降低掺入不需要的物质的可能性，实现相应的弹性特性的高度稳定性。例如，诸如硅橡胶的材料，即硅凝胶或泡沫等形式的材料可以有效地用作弹性填充材料，因此可以在宽温度范围和其他复杂的环境条件中提供弹性特性。如上所述，根据整体配置和要求，间隙可以不必完全用弹性填充材料填充。

在一个有利的实施例中，间隙的宽度在高至5mm的范围内和/或高至套管导体的第一和/或第二连接部分的长度的5％。也就是说，在一些说明性实施例中，单个装置内的间隙可在上述范围内变化，从而提供机械响应性的相应转变，即，允许对应的部分的相应弹性变形的能力。在其他情况下，上述范围可以涉及多个不同的套管，其中每种类型的套管可以设置有相应的宽度，以便适当地适应特定的条件。例如，取决于套管导体的几何形状和材料特性，并且取决于预期作用在套管导体上的机械力(例如振动等)，可以从0.1mm到超过1.0mm适当地选择间隙的代表性宽度。为此，可以进行实验和/或模拟，以便为相应的应用估计间隙的适当代表性宽度。应当理解，间隙的代表性宽度应理解为宽度，该宽度表示用于限定间隙的径向尺寸的特征量度。例如，间隙的径向尺寸或宽度尺寸可能由于制造公差和/或在套管的寿命期间可能发生的某种“非弹性”分量引起的公差内而变化，从而可能导致沿一个或多个方向减小的宽度和沿其他方向(在所述方向上，相应的机械变形可能比其他方向更不频繁地发生)增加的宽度。在这种情况下，代表性宽度可以由沿着间隙的长度尺寸平均的宽度给出。此外，在其他情况下，间隙可沿其长度尺寸渐缩，该渐缩开始于特定长度位置。在这种情况下，最大宽度可以用作用于限定间隙的径向度量的代表性宽度。

在另一个有利的实施例中，在长形的套管导体的一部分和长形的绝缘体的一部分之间提供形状闭合。因此，根据该实施例，沿套管的特定部分沿其长度方向存在紧密的机械接触，从而在套管的某些部分处提供机械稳健和刚性的配置，然而，不影响套管导体的至少第一连接部分相对于周围的绝缘体的部分的弹性变形能力。例如，在绝缘体和套管导体之间的形状闭合的区域中，例如用于将套管安装到任何其他部件的相应外力可以高效地整体地施加到套管，因为相应的径向力由于这些部件的紧密机械接触而可以从绝缘体转移到套管导体中。套管导体的作为形状闭合的连接可通过压配合、形状配合或材料配合(即钎焊)、或机械元件(如螺钉)、或其组合实现。

在一个有利的实施例中，第一和/或第二连接部分可沿任何径向方向弹性变形。也就是说，在该实施例中，沿着任何径向方向的径向力可以由套管导体的端部部分容纳，从而在使用套管时实现高度的灵活性，而不管作用在套管上的力的相应的径向取向和/或方向性如何。例如，尽管由连接到连接部分的端面的重电缆或触头组件施加的相应弯曲力可以通常优选地在重力方向上起作用，但是该实施例的方向多样性可以允许相对于径向取向任意地安装套管，因为任何方向都可以提供弹性变形能力。此外，当振动效应可能在相应的径向力的发生中占主导地位时，可能不能预先清楚这些振荡的主导方向是否存在，或者这些振荡是否可能沿着径向方向的显著范围发生。同样在这种情况下，可以保证套管导体的相关部分与绝缘体之间的显著的机械解耦，因为解耦效应基本上与径向方向无关。

在另一种选择中，第一连接部分和第二连接部分相对于相应的本体端部部分沿至少一个径向方向可弹性变形，从而提供套管相对于机械负载的优异响应性，因为其两端可以弹性地响应静态和/或动态负载。

在另一个说明性实施例中，至少一个径向方向由套管导体的第一连接部分和/或第二连接部分和/或中心部分的一部分的截面的非径向对称几何构型确定。因此，根据该实施例，可以选择套管导体的几何形状，即，其相关部分的几何形状，以便获得一个或多个优选的径向方向，沿着该方向可以实现套管导体的所需弹性变形。例如，至少在某一部分中，套管导体的非圆形截面可以在不同的径向方向上产生不同的弹性特性，从而能够特别适配套管导体对特定应用的机械响应性。例如，如果一个径向方向已经被识别为需要弹性变形能力以响应相应的径向力的主方向，而其他方向可能需要更高的刚度，则截面方式可以特别地适应，例如通过提供整体几何形状等等，以适应上述条件。此外，这种非径向对称的截面可以在导体螺栓的长度上不同。由于大部分机械负载发生在夹紧所在的套管的中心，因此在该区域中具有更稳健的非径向对称形状是有利的。原则上，该形状然后可以在螺栓的长度上变化，并且可以在至少靠近套管的连接端处变成旋转对称形状。

在另一个说明性实施例中，相对于对应的本体端部部分可弹性变形的第一和/或第二连接部分的长度在15mm至300mm的范围内。因此，套管导体相对于绝缘体的可移位或可变形行为的“功能长度”可以在上述范围内调节，以便适当地符合相应的应用。应当理解，上述“功能长度”的范围适用于许多高功率应用，其中直径为几厘米的外部电缆可能必须连接到第一连接部分的端面，以便传输100kW或更高的范围内的电功率。然而，应当理解，在其他说明性实施例中，上述“功能长度”的范围可以适用于其他应用，例如通过使用小于15mm的功能长度或大于30mm的功能长度，如果在某些情况下认为合适。

在一个优选实施例中，绝缘体包括屏蔽护套，该屏蔽护套设置为绝缘体的内表面。因此，根据该实施例，特别地，可以通过提供屏蔽护套来增强绝缘体的电特性，该屏蔽护套通常可以由赋予护套屏蔽效果的适当材料形成。例如，护套可以在绝缘体的内表面处以导电涂层的形式实施，或者护套的材料可以作为附接到内表面的单独片材提供。在其他情况下，护套可以通过将狭缝机加工到套管导体中而形成，该套管导体可以最初牢固地附接到绝缘体。

在一个说明性实施例中，屏蔽护套包括与套管导体的金属不同的金属。也就是说，通过提供含金属的护套或金属护套作为绝缘体的内表面，可以实现绝缘体的优良电气完整性。应当理解，如本文所用的术语“绝缘体”是指任何配置，其中在套管导体和套管的外部之间获得总电绝缘。也就是说，根据本发明，绝缘体可以仍然包括任何导电区域，只要绝缘体的外表面不形成到套管导体的导电路径。因此，尽管屏蔽护套(当由金属形成时)可以沿着长度方向在其内表面处向绝缘体赋予导电特性，仍然保持绝缘体相对于其外表面的绝缘特性，即沿着径向方向。

在一些说明性实施例中，可以选择例如由金属构成的屏蔽护套，以便与绝缘体的剩余绝缘材料相比具有关于热膨胀的类似特性。在一个说明性实施例中，屏蔽护套可以由铝形成或者可以至少包括显著量的铝，与许多类型的环氧树脂相比，其可以具有非常相似的热膨胀系数，从而获得对温度的类似响应，同时仍然提供整体绝缘体的优异的机械特性。此外，在绝缘体的内表面处设置金属护套或含金属的护套，例如铝护套时，套管导体和绝缘体之间的优异接触特性在这两个部件直接机械接触的区域中实现。当使用铝护套时，其层厚度可以选择得相对较薄，使得与提供相对厚的铝护套相比，总的机械和热行为基本上由环氧树脂决定。在另一选择中，屏蔽护套可以通过使用聚合物或金属涂层材料而作为绝缘体的内表面的涂层提供。

在另一个说明性实施例中，套管包括安装凸缘，该安装凸缘设置在中心部分处，用于将套管固定到壳体。如上所述，在典型的应用中，必须在套管和壳体之间建立牢固的机械连接，这可以在安装凸缘的基础上高效地实现。优选地，安装凸缘设置在套管的这样的位置处，套管导体和绝缘体在该位置处彼此直接机械接触。因此，根据该实施例，可以经由凸缘将相应的机械力施加整个套管，即，到绝缘体和套管导体，从而提供壳体和套管之间的连接的优异机械强度和稳健性。

在另一个说明性实施例中，套管导体具有内孔，该内孔延伸穿过套管导体的整个长度。通过沿套管导体的整个长度设置内孔，可以实现将套管导体连接到壳体内部导体的增加的灵活性。例如，内孔可以允许任何连接构件(例如螺钉)等与相应的工具一起插入，而不需要提供传统的连接手段，例如螺纹部分。应当理解，套管导体的内孔的设置可以不会不利地影响套管导体的整体导电性，因为套管导体的剩余截面区域仍然可以被选择以便提供连接的所需的低电阻。还应当理解，在其他说明性实施例中，套管导体可以以实心物质的形式提供，除了第一和/或第二连接部分处的相应凹部，其用于与外部电缆和壳体内部导体建立机械连接。

在另一个说明性实施例中，套管导体的第一端面的尺寸小于第二端面的尺寸。也就是说，在该实施例中，第二端面(例如，连接到壳体内部导体的端面)的截面积可以更大，从而提供通常降低套管的整体电阻的可能性，同时可以根据总体要求来选择第一连接部分的端面(例如，连接到壳体外部电缆或接触状态的端面)的尺寸和形状。特别地，第一端面的尺寸和形状可以符合在典型应用中使用的标准，例如当将列车中的供电线连接到容纳磁性开关组件的相应壳体时，等等。因此，在外部电缆和套管之间的接触状态可以容易地遵守标准要求，同时提供高度的灵活性以适应壳体内第二端面的尺寸和形状。

在另一个说明性实施例中，套管配置为用在电动车辆上，用于输送100kW或更高的电功率，例如用于将供电电缆连接到电动车辆的接触机构。也就是说，根据该实施例，套管的整体配置适当地适于在上述范围内传输功率，而与用于供电的电压无关，且与电流的类型无关，即AC或DC，其中套管导体的至少第一连接部分的弹性变形能力在中等长的寿命期间提供优异的可靠性。在一些说明性实施例中，套管适于在需要中到高电压顺应性的列车中供电，使得壳体外部电缆或触头组件以及例如套管的绝缘体被适当地调整，以便适应列车应用中通常遇到的中电压和高电压要求。特别地，由于通常使用的电磁接触器组件的强机械影响，创造性的套管可以在列车应用中提供优异的可靠性，由于电磁接触器组件中的重触头的碰撞，可能导致显著的机械震动和振动，这可以通过套管导体的相关部分的弹性或顺应性行为在很大程度上“中和”。类似地，在其他现在或将来的应用中，可能必须将大量的电力供应到电动车辆(例如厢式货车、汽车等)的特定位置，其中由于电动汽车的在内部或外部引起的特定振动也可能涉及显著的机械应力。应当理解，在设计为用于道路交通或铁路交通的许多目前可用的电动车辆中，DC电压通常可能必须被提供给相应的部件，例如电动机、电池等。同样在这种情况下，创造性的套管的优异的机械行为可以提供增强的可靠性。特别是在DC高功率应用中，由于在打开/关闭相应电路时可能发生的相应电弧的非自熄行为，对应套管的绝缘特性的优异可靠性可能具有更高的重要性。

附图说明

其他说明性实施例也在从属权利要求中提及并且在以下详细描述中描述，其中参考附图，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的一个说明性实施例的套管的透视图；

图2示意性地示出了图1的套管的侧视图；

图3示意性地示出了当安装到壳体并连接到外部电缆时，图1和2的套管的截面侧视图；

图4以放大图示意性地示出了图3的套管的一部分；并且

图5a和5b示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的垂直于套管的纵向方向的截面图。

具体实施方式

参考附图，现在将更详细地描述本发明的另外的说明性实施例。

图1示意性地示出了套管100的透视图，套管100在一些说明性实施例中表示用于在壳体的壁中提供通道的连接构件，以便能够在相应的壳体的外部和其内部之间交换高功率。在这种情况下，高电功率应理解为几十千瓦的电功率，特别是百千瓦、到几百千瓦甚至更高的实施例，其中高电功率可以与几百伏到几千伏或甚至几十千伏的范围中的电压相关联，而相应的电流可以由对应的供电电压确定。类似地，取决于所考虑的具体应用，可以以AC电力或DC电力的形式提供电力。套管100包括长形的绝缘体110，其围绕套管导体120并且可由任何适当的材料形成，例如铜、铜合金、铝等。在一个特定实施例中，长形的套管导体120以具有适当形状的铜导体的形式提供，这将在后面更详细地讨论。

绝缘体110在功能上可以分为第一本体端部部分111、第二本体端部部分112和本体中心部分113，本体中心部分113可以被认为是连接第一本体端部部分111和第二本体端部部分112的中间部分。应当理解，各个部分应被理解为具有任何适当尺寸的功能部分，其中第一本体端部部分111可表示套管100的一部分，其基本上配置为连接到外部电缆的触头组件，而第二本体端部部分112基本上配置为凸出到相应的壳体中并连接到壳体内部导体，该壳体内部导体进而可以连接到容纳在壳体中的任何部件，例如开关组件、变压器端子等。类似地，功能性本体中心部分113可以表示基本上与壳体接触的部分，以便提供与壳体的适当机械接触。

如上所述，绝缘体110可以由任何适当的材料或材料组合物形成，以便至少沿着绝缘体110的主要部分在其外表面上提供电绝缘。在图1所示的实施例中，绝缘体110还可以包括导电部件，例如金属护套114，其可以因此形成绝缘体110的内表面，如将参考图3更详细地讨论的。此外，在该特定实施例中，导电护套(也称为屏蔽护套114)可以在第二本体端部部分112处沿着绝缘体110的纵向方向沿一定长度暴露。例如，护套114可以在第二本体端部部分112和/或本体中心部分113的部分处与套管导体120紧密接触，从而在第二本体端部部分112的区域中，并且至少部分地在本体中心部分113中，提供绝缘体110和套管导体120的机械稳健和刚性的配置，如稍后将更详细地讨论的。在一个说明性实施例中，屏蔽护套114可以由铝制成，从而与绝缘体110的绝缘材料115相比提供关于热膨胀的相似的特性，例如，当环氧树脂用于绝缘体110的材料115时。取决于整体配置，屏蔽护套114的厚度可在约0.05mm至5mm或更高的范围内。还应当理解，如果认为适合于整体配置，则屏蔽护套114的厚度可以沿套管100的长度方向变化。在其他实施例中，屏蔽护套114可以以涂层的形式提供，其厚度可以是0.5mm或更小。

还应该理解的是，套管导体120也可以在功能上分成基本上对应于本体110的第一本体端部部分的第一连接部分、基本上对应于第二本体端部部分112的第二连接部分、以及代表第一连接部分和第二连接部分之间的中间部分的中心部分，将参考图3更详细地讨论的。

此外，在图1所示的实施例中，套管100还包括安装凸缘130，其位于在绝缘体110的本体中心部分113处并且适当地配置成安装到相应的壳体，从而允许套管100与对应的壳体牢固地机械连接。

图2示意性地示出了套管100的侧视图，其包括绝缘体110、套管导体120和安装凸缘130。如图所示，套管导体120包括第一端面121F，其由第一本体端部部分111暴露，以允许机械地并因此电气地接触到连接到外部电缆的触头组件的相应端子或端面，或其对应的连接部分，如将参考图3所解释的。类似地，套管导体120包括暴露的端面122F，其可以允许机械地并因此电气地接触相应的壳体内部导体，这也将参考图3更详细地讨论。在图2所示的实施例中，端面121F的尺寸和/或形状可以与端面122F的尺寸和/或形状不同，使得套管120的这些不同部分可以具体地适应于对应的壳体内和壳体外的相应的要求。例如，根据标准尺寸和形状提供频繁的相应高功率电缆及其触头组件，因此第一端面121F可以特别适合于这种标准化要求，从而允许连接到标准电缆和/或触头组件。另一方面，可以适当地选择第二端面122F，以便提供降低的总电阻和高机械强度，并允许连接到应用特定的壳体内部导体。例如，如图2所示，在示例性实施例中，端面122F的截面尺寸可以大于端面121F的截面尺寸。

图3示意性地示出了根据说明性实施例的套管100的截面图。如图所示，套管100可以安装到壳体150，壳体250可以具有由所考虑的特定应用确定的任何合适的尺寸和形状。例如，壳体150通常可代表容纳特定电气部件的金属壳体，电气部件例如是开关组件(例如电磁接触器)、变压器或其至少一部分、电机或其接触部分、等等。特别地，套管100凸出到壳体150的内部151中并且可以连接到任何适当的壳体内部导体152，其可以表示用于连接到另一个部件的任何适当尺寸和形状的导体，其中在一些情况下，由于受保护的内部151，导体152甚至可能没有任何外部绝缘衬垫。类似地，套管100可以连接到相应的端子部分或与外部电缆或触头组件140组合提供的任何其他触头组件。因此，套管导体120可以用其连接部分121连接到电缆140的端子部分或触头组件，以便与其紧密机械连接并因此与之电接触。特别地，连接部分121的端面121F与电缆140的相应部分接触，并且可以通过任何适当的紧固装置机械地固定至其，例如螺钉141，其可以拧入形成在套管导体120中的对应的124孔中。如前所述，紧固构件141和螺纹孔124可以配置成符合特定标准，以允许符合对应标准的任何端子部分或触头组件的连接。因此，当外部电缆或其对应的端子部分或触头组件机械连接到连接部分121时，电连接基本上由端面121F和电缆140的对应表面部分建立，可能与紧固构件141相结合，而连接部分221的任何外表面区域不会有助于与电缆140的电气连接和机械连接。

类似地，套管导体120的第二连接部分122可以用其端面122F连接到壳体内部导体152，其中可以基于任何适当的紧固装置(例如螺纹连接等)建立相应的机械连接。例如，在一个说明性实施例中，螺钉126可以设置在端部部分122内，以允许与导体152的机械稳定连接。在一个说明性实施例中，紧固构件126可以插入并通过孔125操作，孔125沿着长度方向L延伸穿过整个套管导体120。应该理解的是，在这种情况下，内孔125可以包括部分124，可能包括如上所述的带螺纹的内表面，以及对应的部分，以便容纳紧固构件126，例如螺钉等。此外，如果需要，在将电缆140(例如经由适当的触头组件)连接到第一连接部分121之前，可以从第一连接部分121插入用于操作紧固构件126的相应工具。

此外，如图所示，套管导体120的截面尺寸可沿长度方向L变化，其中，如上所述，在一些说明性实施例中，第一连接部分121处的整个截面积可小于第二连接部分122。例如，在套管导体120的中心部分123处，从第二连接部分122的增大截面区域开始的过渡区域的截面形状可以变成第一连接部分121的缩小的截面区域，从而提供渐缩的配置。基于该渐缩配置，可以在绝缘体110和套管导体120之间建立紧密的机械接触，该绝缘体110包括位于其内表面处的屏蔽护套114。例如，至少在第二连接部分122和中心部分123的一部分处，可以在套管导体120和绝缘体110之间建立形状闭合。在其他情况下，形状闭合可以仅在中心部分123的部分中建立。

另一方面，在第一连接部分121的区域中，套管导体120布置成使得其至少在一个径向方向上相对于绝缘体110可弹性变形，其应理解为垂直于长度方向L的方向。尽管未在附图中示出，但应理解的是，在其他实施例中，代替第一连接部分121，第二连接部分122布置成使得其相对于绝缘体110可弹性变形。在其他实施例中，第一连接部分121和第二连接部分122都相对于绝缘体110可弹性变形。

在其余的描述中，将描述第一连接部分121的弹性变形能力的特征和优点，而不具体参考第二连接部分。然而，这些特征和优点中的任何一个也适用于以下实施例，其中第二连接部分或者第一连接部分和第二连接部分都是可弹性变形的。此外，在处理套管导体120的塑性变形时，提供根据本发明的间隙也是有帮助的。这种塑性变形可能发生在严重的机械过载下，这可能在套管的使用寿命期间仅发生一次或几次。

弹性变形的能力意味着包括套管导体120的一部分的运动或变形/弯曲，其中套管导体120的一部分具有相当大的可逆性。因此，变形相对于绝缘体110的位移/重新定位量沿其长度变化。位移或变形在与绝缘体的连接区域中从零开始，并且在末端朝向其最大值增加。结果，在通过任何适当的端子部分或触头组件将电缆140连接到连接部分121时，为了在端面121F和连接到电缆140的触头组件之间建立至少电接触时，通过附接的电缆140施加在第一连接部分121上的径向力可导致连接部分121相对于绝缘体110的第一本体端部部分的对应的径向变形。第二连接部分122在与壳体内部导体连接时也是如此。

如前所述，即使是中等重量的电缆140也可能导致作用在连接部分121上的显著径向力，当绝缘体110传统上形成为基于环氧树脂和铜螺栓的整体部件时，该径向力可以在不提供常规装置中的弹性变形功能的情况下，在套管导体120和绝缘体110之间的严重应力下。然而，根据本发明，连接部分121可以通过弹性变形响应相应的径向力，从而显著减少传递到绝缘体110中的任何机械应力，从而即使在套管100的延长的特定寿命期间也降低了损坏和装置故障的风险。特别地，当具有弹性变形能力时，具有弹性变形能力的连接部分121和/或连接部分122也可以适当地响应任何类型的振动或振荡，使得与这种振动相关的任何机械应力可能基本上不耦接到绝缘体110中或者可以至少被显著地抑制，从而也有助于绝缘体110以及整个套管100的优异可靠性。应当理解，连接部分121、122中的一个或两个也可以通过承受或多或少的静态变形而有利地响应作用在套管100上的静态负荷。

在图3所示的实施例中，由于在其内表面处设置屏蔽护套114(由于屏蔽效果)，绝缘体110可以表现出优异的电气完整性，同时还利用套管导体120沿相应的长度提供优异的接触特性，例如在中心部分123中，其中由于绝缘体110(即，屏蔽护套114)和导体120之间的形状闭合而建立紧密的机械接触。因此，除了优异的屏蔽效果之外，还可以实现用于将套管100连接到壳体150的高机械强度，同时还建立了与壳体内部导体152的紧密机械和电气连接。另一方面，连接部分121相对于绝缘体110的弹性变形能力仍然可以在套管100的该区域中提供显著程度的机械解耦，从而在发生弯曲或径向力、机械引起的振动(其可能是由壳体150内部或附近的部件引起的，或者是由经由电缆140传递的振动引起的)时，显著减少绝缘体110的相关部分中的任何机械应力。

图4示意性地示出了根据说明性实施例的套管100的端部的截面图。如图所示，在一个实施例中，套管导体120的第一连接部分121的弹性位移或变形能力是基于在绝缘体110的相关部分之间形成的间隙160建立的，相关部分在所示的实施例中包括屏蔽护套114和导体120的连接部分121。在所示的实施例中，间隙160可以代表基本上无材料的空间，以便允许部分121在至少一个径向方向上的位移或变形，即，在垂直于长度方向L的至少一个方向上。在其他说明性实施例中，间隙160可以设置为允许在任何径向方向上的弹性变形或位移，如稍后将参考图5a更详细地讨论的。

此外，在图4所示的实施例中，间隙160在截面图中可以具有渐缩形状，这意味着间隙160的宽度可以朝向端面121F逐渐增加。例如，在套管100的中心部分中的任何适当位置处，绝缘体110和导体120可以彼此紧密接触，然后可以开始分离，从而建立小宽度W2，宽度W2在接近端面121F时越来越大，从而建立最终宽度W1。例如，间隙160朝向端面121F的逐渐增加可以通过相应地减小绝缘体110和/或导体120的截面尺寸来获得，以便获得所需的最终宽度W1。在一些说明性实施例中，宽度W1可以在0.1mm至1.0mm的范围内，这取决于适应相应的径向力所需的整体变形范围。应该理解的是，间隙160的应用特定宽度可以通过实验和/或模拟容易地确定，其中导体120的整个截面尺寸、截面的几何形状、材料特性以及相应的振动和/或径向力的类型和幅度可以输入到模拟中以获得所需的宽度W1。应该理解的是，间隙160的长度尺寸，即，在绝缘体110的端部具有非零宽度的空间的长度，在示例性实施例中可以在15mm至300mm的范围内。还应该理解的是，间隙160的宽度可以由代表性值或宽度限定，以便限定间隙的特征度量。这样的代表性宽度可以被定义为宽度W2，沿着间隙160的长度平均的宽度，其中在部件110和120之间建立非零距离，等等。

在其他说明性实施例中，如上所述，间隙160的宽度以沿着长度方向L可从特定位置开始基本上恒定，其中，通过在绝缘体110中和/或导体120中在特定位置处(在此处，宽度基本上从零“跳跃”到所需宽度)提供阶梯，可以建立基本恒定的值。通过在绝缘体110和/或套管导体120中提供相应的阶梯，间隙160的相应起始点也可以与渐缩截面形式的间隙160结合使用，使得渐缩突然在具有非零值的特定位置处开始，然后朝向端面121F逐渐增加，从而也获得宽度的变化，然而，在具有明确限定的非零值的明确限定的位置开始。

在一些说明性实施例中，间隙160或其至少一部分可填充有弹性填充材料，例如硅橡胶、(硅树脂)泡沫，适型材料(如硅凝胶或油)，等等，从而仍然提供连接部分121的弹性变形的能力，而另一方面，相对于不希望的物质等的掺入，提供了间隙160的一定程度的完整性。例如，可以在组装套管100之后提供相应的填充材料，从而在端面121F附近形成环状填充材料，这足以降低掺入不希望的物质的可能性。在其他情况下，可以通过任何适当的沉积技术沿着间隙的显著长度或整个间隙注入相应的填充材料。

图5a示意性地示出了套管100垂直于长度方向的截面图，即，垂直于图5a的绘图平面的方向，在连接部分121和绝缘体110之间存在间隙160的位置。在该说明性实施例中，端面121F的截面区域具有围绕相应的孔125的环形形状，并且间隙160同心地围绕连接部分121，从而将屏蔽护套114与部分121的材料分开。由于整个配置的几何形状相对于长度方向径向对称，因此部分121相对于绝缘体110的弹性变形能力在任何径向方向上基本相同。因此，连接部分121可以沿着任何径向方向响应机械“激励”，而基本上不会将机械应力传递到绝缘体110的相应部分中。因此，即使对于连接部分121的复杂机械激励状态，当连接到相应的电缆140(参见图3)时，创造性的弹性变形能力可以导致传递到绝缘体110中的机械应力的显著或完全抑制。

在其他情况下，可以选择用于响应机械激励的一个或多个优选方向，如参考图5b所描述的。

图5b示意性地示出了类似于图5a的截面图，然而，其中，几何构型适于获得非径向对称配置。因此，与其他径向方向相比，可以更容易地实现在一个或多个方向上的弹性变形。例如，在所示的实施例中，部分121可以在图5b的上/下方向上更容易地移位，而它可以在图5b的左右方向上表现出显著更刚性的行为。应当理解，可以沿着长度在建立间隙160的任何适当位置处建立截面构型的相应几何变化。另一方面，如虚线所示，在部分121的最末端，仍然可以提供几何构型，以符合连接到电缆140(参见图3)的特定标准，这例如可能需要端面121F的基本上圆形的几何形状。以这种方式，套管导体的整个截面积可以沿着长度方向在任何期望的位置处增加，从而还提供调节弹性变形能力的“方向性”的可能性，同时仍然保持连接到外部电缆的标准化端子部分或触头组件的可能性。

创造性的套管100可以根据公知的技术形成，例如通过可以通过任何适当的模制技术(例如注射模制)形成绝缘体110，可能与屏蔽护套114结合，其中适当的绝缘材料(例如环氧树脂)可以与诸如铝的屏蔽材料结合，从而形成作为一体部分的绝缘体。另一方面，套管导体120可以通过使用任何适当的制造技术形成为单独的部件，例如基于铜材料。此后，可以组装两个部件，例如通过将套管导体120插入绝缘体中。当参考图3时，导体120可以从图3的左手侧插入绝缘体110中。以这种方式，可以通过绝缘体的内表面(例如屏蔽护套114)与导体120的外表面部分之间的形状闭合来在不存在弹性变形能力的区域处建立紧密的机械连接。作为护套114和导体120形状配合元件(例如径向定向的螺栓)之间的压配合或形状配合的附加或代替其，可以使用通过钎焊或焊接的材料配合。在其他情况下，护套114和导体120最初可以作为一体部件提供，并且间隙160可以通过机加工形成。在组装这两种部件期间或之后，如上所述，如果认为合适，可选地可以将弹性填充材料掺入到间隙160中。因此，在说明性实施例中，可以将简单的两件式设计用于套管100，从而不会过度地增加整体制造成本，同时仍然为套管导体的连接部分赋予显著的解耦能力。

附图标记列表

100 套管

110 长形的绝缘体

111 第一本体端部部分

112 第二本体端部部分

113 本体中心部分

114 屏蔽护套

115 绝缘材料

120 套管导体

121 第一连接部分

121F 第一端面

122 第二连接部分

122F 第二端面

123 中心部分

124 套管导体的孔

125 延伸穿过整个套管导体的孔

126 紧固构件

130 安装凸缘

140 外部电缆或触头组件

141 紧固构件，螺钉

150 壳体

151 壳体内部

152 壳体内部导体

160 间隙

Claims (15)

1.一种套管(100)，包括

长形的绝缘体(110)，其包括第一本体端部部分(111)、第二本体端部部分(112)和本体中心部分(113)，所述本体中心部分连接所述第一本体端部部分(111)和第二本体端部部分(112)，

设置在所述中心部分(113)处的安装凸缘(130)，以用于将所述套管固定到壳体(150)，

长形的套管导体(120)，其在所述绝缘体(110)内同轴地延伸并机械地耦接到所述绝缘体(110)，所述套管导体(120)包括：

第一连接部分(121)，其具有位于所述第一本体端部部分(111)处的第一端面(121F)，

第二连接部分(122)，其具有位于所述第二本体端部部分(112)处的第二端面(122F)，以及

中心部分(123)，其电气地且机械地连接所述第一连接部分(121)和第二连接部分(122)，

其中，在设置了所述安装凸缘(130)的轴向位置处，所述套管导体(120)和所述绝缘体(110)彼此接触；

其中，间隙(160)设置在所述第一连接部分(121)和所述第一本体端部部分(111)之间，和/或在所述第二连接部分(122)和所述第二本体端部部分(112)之间，使得所述第一连接部分(121)可相对于所述第一本体端部部分(111)沿着至少一个径向方向弹性变形，和/或所述第二连接部分(122)可相对于所述第二本体端部部分(112)沿着所述至少一个径向方向弹性变形。

2.如权利要求1所述的套管，其中所述间隙(160)至少部分地填充有弹性填充材料。

3.如权利要求1所述的套管，其中所述间隙(160)至少部分地填充有可压缩材料。

4.如权利要求1或2所述的套管，其中所述间隙(160)的宽度在高至5.0mm的范围内，和/或高至所述套管导体(120)的第一连接部分和/或第二连接部分(121，122)的长度的5％。

5.如权利要求1或2所述的套管，其中，在所述长形的套管导体(120)的一部分和所述长形的绝缘体(110)的一部分之间形成压配合。

6.如权利要求1或2所述的套管，其中，在所述长形的套管导体(120)的一部分和所述长形的绝缘体(110)的一部分之间形成形状配合。

7.如权利要求1或2所述的套管，其中，在所述长形的套管导体(120)的一部分和所述长形的绝缘体(110)的一部分之间形成焊接。

8.如权利要求1或2所述的套管，其中，在所述长形的套管导体(120)的一部分和所述长形的绝缘体(110)的一部分之间具有至少一个机械紧固元件。

9.如权利要求1或2所述的套管，其中所述至少一个径向方向由所述套管导体的所述第一连接部分和第二连接部分中的至少一个确定，和/或由所述中心部分的一部分的截面的非径向对称的几何构型确定。

10.如权利要求1或2所述的套管，其中可弹性变形的所述第一连接部分和第二连接部分中的至少一个的长度为15mm至300mm。

11.如权利要求中1或2所述的套管，其中所述绝缘体包括设置为所述绝缘体的内表面的屏蔽护套(114)。

12.如权利要求11所述的套管，其中所述屏蔽护套(114)包括与所述套管导体的金属不同的金属。

13.如权利要求中1或2所述的套管，其中所述套管导体具有内孔(125)，所述内孔延伸穿过所述套管导体的整个长度。

14.如权利要求中1或2所述的套管，其中所述第一端面的尺寸小于所述第二端面的尺寸。

15.如权利要求中1或2所述的套管，其配置为在电动车辆上使用，以用于输送100kW和更高的电功率。

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