CN111164837B - 大电流连接器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于第一线路（11）与第二线路（12）之间的电连接的大电流插接器（1），其包括可连接至第一线路（11）的插销（2）、可连接至第二线路（12）的插头接收部（3）、布置在插销（2）与插头接收部（3）之间并且设置用于建立插销（2）与插头接收部之间的电接触的接触保持架（4）、弹簧元件（5）和柔性的连接元件（6），弹簧元件沿大电流插接器的轴向方向（X‑X）施加预应力（F），借助柔性的连接元件，插销（2）可以与第一线路（11）连接，和/或借助柔性的连接元件，插头接收部（3）可以与第二线路（12）连接。

Description

大电流连接器

技术领域

本发明涉及一种用于建立电连接的大电流插接器。此外，本发明还涉及一种车辆和车辆结构组件，其包括用于连接逆变器与电机或与电能存储器的大电流插接器。

背景技术

插接器由在不同的设计方案中的功率电子设备已知。在此通常使用具有弹簧触点或螺丝连接的插塞接触系统。在此尤其地，在螺丝连接上不利的是，在此，可接近性对于螺丝工具来说是必要的。相反地，插塞接触可以隐藏式地被拼接。在此，在车辆技术中，必要的插接力应该小于75N。在使用所谓的弹簧触点时不利的是基于触点的必要的弹性特性很差的导电性和导热性。此外，触点通常是点形的或线形的，并且被限制为几平方毫米。然而基于非常小的接触面积产生大的电阻和大的热阻，其导致接触系统的强的加热。由此，然而限制了导电性能。迄今为止，用于接触系统的极限温度在此是大约180ºC。此外，由DE 10 2015203 518 A1已知了一种插接器，其中借助具有两个或更多个夹爪的夹钳提供电连接。

发明内容

根据本发明的大电流插接器在此具有如下优点，即为了连接插销与插头接收部仅需要非常小的插接力。在此根据本发明，尤其是接触区无须被扩大，并且接触力仅在非常短的路径中是有效的。优选地，借助杠杆或楔形件使力耗费最小化。此外存在非常小的电的和热的过渡电阻。此外，可以由于加热、基于强的表面挤压阻止接触区域上的相对运动。根据本发明，这以如下方式实现，即大电流插接器除了插销和插头接收部以外还具有接触保持架，其布置在插销与插头接收部之间。接触保持架提供插销与插头接收部之间的电接触。此外设置了单独的弹簧元件，弹簧元件在插销与插头接收部之间、沿大电流插接器的轴向方向施加预应力。大电流插接器的轴向方向在此同时也是插接方向。因此可以实现没有弹簧触点等的插塞接触系统，因为轴向的预应力借助单独的弹簧元件在实际的插接器的外部提供。此外由此可能的是，可以给接触构件的表面涂层。此外，根据本发明的大电流插接器也可以经受住高的振动负载，而在直接的接触构件之间不会出现相对运动。在此甚至阻止在μm范围内的相对运动。因此，根据本发明的大电流插接器尤其适用于使用在车辆中。大电流插接器的根据本发明的结构此外确保了很小的结构高度，因为仅需要很小的拼接深度。多重插塞也是可能的，并且接触区域与用于排热的散热器的简单热连接是可能的，这进一步改进了在车辆中的使用。

因为弹簧元件相对于实际的接触构件单独地设置，所以可以仅在期望的弹簧特性上实现弹簧元件的设计。在现有技术中，迄今为止使用的弹簧凸舌除了关于弹簧特性的设计以外也必须满足关于电流传输的设计，从而不能够分别实现相应的要求的最佳效果。这可以通过本发明解决。

此外示出了本发明的优选的改进方案。

优选地，接触保持架具有多个接触凸舌，其基本上沿径向方向一方面与插销，并且另一方面与插头接收部直接接触。在此特别优选地，每个接触凸舌具有第一和第二180º弯曲部。由此，接触保持架可以具有高的稳定性。

在此优选地，第一和第二180º弯曲部沿相同的方向弯曲，从而产生蜗杆式的内螺纹和三个平行的区域。接触凸舌的横截面优选是四边形的，尤其是矩形的。由此可能的是，在接触凸舌上能够实现一方面与插销，另一方面与插头接收部的大面积的接触线。

优选地，接触凸舌的第一接触区域在第一平面中，并且接触凸舌的第二接触区域在第二平面中，其中第一平面平行于第二平面。

优选地，接触凸舌形成柱形的包裹元件，或者接触凸舌形成锥形的包裹元件。

此外优选地，大电流插接器此外包括由绝缘材料构成的罩，其具有柱形的主体和带有通孔的盖区域，通孔用于使插销穿过。通孔优选是定心装置。由此，插销可以在拼接过程期间在通孔中定心，从而没有横向力的安全的拼接是可能的，横向力可以作用到接触保持架和/或插头接收部上。

出于安全原因，插销此外在朝插头接收部指向的端侧上包括绝缘元件、尤其是具有覆盖整个端侧的头部的绝缘销。

单独的弹簧元件优选是锥形弹簧、波形弹簧、碟形弹簧或螺旋弹簧。

根据本发明的另外的优选的设计方案，大电流插接器此外包括由绝缘材料构成的盖元件，其布置在插销上。由此能够实现简单的接触保护、尤其是在高电压应用中的接触保护。

大电流插接器的结构优选是，弹簧元件贴靠在插头接收部上，和/或弹簧元件贴靠在插销上。要注意的是，设置仅一个弹簧元件通常是足够的，该弹簧元件将弹簧力要么施加到插头接收部上，要么施加到插销上。弹簧元件在此可以与插头接收部或插销直接接触，或如果期望的话附加地还可以设置中间元件、例如用于接收弹簧元件的壳体。

此外优选地，大电流插接器包括冷却元件。冷却元件特别优选地布置在插销的后侧和/或插头接收部的后侧上。因此能够实现大电流插接器的直接冷却。冷却元件在此可以是在应用中存在的冷却回路、例如车辆的电动机的冷却回路，或可以使用冷却体。

插销和/或插头接收部和/或插头保持架此外优选地不具有涂层。此外备选地可以给部件涂层。涂层优选实施有涂层材料，其包括Sn、Ag、Au和/或Pa。

此外优选设置柔性的连接元件，借助柔性的连接元件，插销可以与第一电线路连接，和/或借助柔性的连接元件，插头接收部可以与第二电线路连接。

此外，本发明涉及一种导电轨插接器，其包括根据本发明的大电流插接器。导电轨插接器将功率电子设备优选与电机、尤其车辆的电动机连接。

此外，本发明还涉及一种车辆结构组件，其包括根据本发明的大电流插接器，该大电流插接器设置用于车辆的电动机与电功率电子设备之间的插接。通过根据本发明的大电流插接器，基于小的结构空间，可以顺利地实现在平行布置中的多重插塞。本发明还涉及具有这种车辆结构组件的车辆。

附图说明

本发明的优选的实施例随后参考附图详细描述。在附图中：

图1示出了根据本发明的优选的第一实施例的大电流插接器的示意性的截面视图；

图2示出了图1的大电流插接器的示意性的截面视图，其说明了穿过插接器的电流；

图3示出了图1的大电流插接器的插销；

图4示出了图1的大电流插接器的接触保持架；

图5以图4的接触保持架的细节示出了接触凸舌；

图6示出了图1的插头接收部和柔性的连接元件的立体视图；

图7、8示出了用于定心插销的罩的视图；

图9a-9e示出了根据图1的根据本发明的大电流插接器的功能原理的图示；

图10示出了图1的大电流插接器的应用示例；

图11示出了根据本发明的第二实施例的大电流插接器；和

图12示出了根据本发明的第三实施例的大电流插接器。

具体实施方式

随后参考图1至10详细描述了根据本发明的优选的第一实施例的大电流插接器1。

如从示出插在一起的状态的图1看到的那样，大电流插接器1包括插销2、插头接收部3和接触保持架4。接触保持架4布置在插头接收部3的柱形的主接收空间30中。接触保持架4因此布置在插销2与插头接收部3之间。接触保持架4具有锥形的包络线。

此外，大电流插接器1包括弹簧元件5，其在该实施例中是锥形弹簧。弹簧元件5是单独的元件，并且布置在实际的插接器的外部。

插销2可以连接至第一线路11、例如母线，并且插头接收部3可以连接至第二线路12。

如从图1进一步看到的那样，大电流插接器1此外包括柔性的连接元件6，其布置在插头接收部3与第二线路12之间。柔性的连接元件6阻止作用到第二线路12上的力作用，其例如可能在插接过程期间出现。

此外设置了由电绝缘材料构成的罩7。罩7完全包围插头接收部3。罩7在图7和8中详细示出，并且具有柱形的主体72和在盖区域中的通孔71。通孔71用于使插销2穿过，如在图1中示出的那样。在此，通孔71构造为定心装置，并且定心插销2。在此，插销的柱形的主体20贴靠在通孔71中。罩7此外附加地还包括用于插头接收部3的止挡部73和用于与插头接收部3拼接的夹紧连接器74。

此外，大电流插接器包括盖元进8作为接触保护，盖元件布置在插销2上，其中插销2被引导通过盖元件8，并且盖元件8保护大电流插接器1以防受到外部影响。如在图1中示出的那样，盖元件8的下边缘位于罩7的外部的周边凸缘75上。盖元件8和绝缘销10一起形成保护，以防接触引导电压的部件。

弹簧元件5布置在壳体9中。盖元件16贴靠在壳体9的上方敞开的边缘上。

弹簧元件5在此提供一定的弹簧行程，其不仅在拼接过程期间，而且也在已拼接的状态期间、即在运行中存在。由此，可以实现大电流插接器的抗振动的设计方案。

接触保持架4可从图4和5中详细看到。接触保持架4包括多个接触凸舌40，其布置在柱形的基体43上。接触凸舌40在此沿接触保持架4的轴向方向布置在柱形的基体43上。接触凸舌全部相同地构造。

图5示出了接触凸舌40的细节。接触凸舌40包括第一180º连接部41和第二180º连接部42。由此，如在图5中示出的那样得到每个接触凸舌的蜗杆式的结构。在此，每个接触凸舌具有三个直的区域43a、43b和43c，其相互平行地布置。根据每个接触凸舌的杆44的长度，接触保持架4具有最小的弹性特性。如从图4看到的那样，杆44沿接触保持架的轴向方向尽可能短地实施。

如从图3看到的那样，插销2具有主体20和锥形区域21。主体20与第一线路电连接。在插销2的端侧22上构造了用于接收绝缘销10的凹部。

如从图1和2以及5看到的那样，在插销2与插头接收部3之间的电接触通过接触保持架4建立。在此，在每个接触凸舌40上构造有与插销2的第一接触区域13和与插头接收部3的第二接触区域14。第一和第二接触区域13、14在此是线形的面接触，即设置了线形的、具有一定的宽度的面区域作为接触区域。如从图1看到的那样，在此，第一接触区域13位于第一平面E1中，并且第二接触区域14位于第二平面E2中。两个平面E1、E2相互平行，然而相互间隔开很小的距离A。

图2详细示出了通过大电流插接器1的电流，其中电流通过箭头表示。在此，电流从第一线路11通过插销2和锥形区域21流至接触保持架4的接触凸舌40。在每个接触凸舌上，电流从第一接触区域13出发通过第一180º连接部41流到第二接触区域14，并且从那里流到插头接收部3中。此外得到的是，附加的电流通过接触凸舌40和基体43通往插头接收部3的底部区域31。基体43在此位于底部区域31上。

如此外从图1看到的那样，作为冷却元件，冷却体15经由电绝缘的和导热的膜50布置在插销2的后侧上。由此能够实现大电流插接器1的有效的冷却。

大电流插接器1具有非常紧凑的结构，并且能够基于具有插销2、插头接收部3和接触保持架4的设计方案实现仅很小的插接力，因为接触区域无须被扩大，并且接触力仅在非常短的路径上是有效的。大电流插接器1的拼接过程在图9a至9e中逐步示出。

图9a在此示出如下状态，在该状态中，插接器是敞开的。图9b示出了进行预定心的状态。在此，在罩7与盖元件8之间进行预定心。图9c示出了插销2在罩7的通孔71中的精密定心。在此，在罩7与盖元件8之间不再存在接触。图9d示出了如下状态，在该状态中，插销2的锥形区域21与接触保持架4的接触凸舌40进行接触。在插销2与插头接收部3之间的无力的拼接是可能的，直到该时间点。由此产生大的无力的拼接区域B，如在图9a至9d中示出的那样。随后实现力加载的拼接区域C，其与无力的拼接区域B相比是非常小的。力加载的拼接区域C是无力的拼接区域B的大约1/10至1/5。图9e则示出了最终状态，即在插销2与插头接收部3之间的已拼接的状态。如此外也在图9a至9e中示出的那样，即使在插销和插头接收部的非水平的取向中也能够实现拼接过程。

因此，根据本发明可以实现特别小的电和热的过渡电阻。本发明的另外的大的优点是，作为针对接触配对件、即插销2、插头接收部3和接触保持架4的基础材料可以使用高导电的材料、例如铜或铝。此外，根据本发明阻止插销2、插头接收部3与弹簧凸舌40之间的接触区域13、14上的相对运动。柔性的连接元件6接收沿大电流插接器1的轴向方向X-X出现的力，并且因此保持该力远离接触区域。为了进一步改进接触电阻，接触配对件的表面也可以被涂层。此外，根据本发明的大电流插接器也可以隐藏式地被拼接。

大电流插接器的应用在图10中示出。图10示意性示出了电机16和具有导电轨（母线）18的控制装置17。在电机与母线18之间示出了在未连接的状态下的在图1中示出的大电流插接器1。箭头19示出了用于大电流插接器1的安装方向或插接方向。在电机16上可以设置冷却回路（未示出），其直接与大电流插接器1相邻地延伸，并且因此也可以冷却大电流插接器。根据本发明的大电流插接器1尤其可以用于应用在车辆的电动机中，因为大电流插接器1承受住高的振动负载。通过插销2的锥形区域21的楔入作用，可以在插销2、接触保持架4与插头接收部3之间实现高的应力，由此甚至可以阻止在μm范围内的相对运动。

图11示意性示出了根据本发明的第二实施例的大电流插接器1。相同的或功能相同的部分以相同的附图标记表示。与第一实施例不同地，在第二实施例中，实现具有大的接触面的第一和第二接触区域13、14。这以如下方式实现，即在插头接收部3上设置了锥形区域31，接触保持架4的接触凸舌40贴靠在锥形区域上。接触凸舌40在此以大约160º的角度α同样锥形地相对于基体43布置。因此，接触凸舌40形成锥形的包裹元件。插销、接触凸舌40的锥形区域21和插头接收部的锥形区域31的锥度优选是相同的。由此可以实现与大的第一和第二接触区域13、14的无力的电连接，这些接触区域明显大于在第一实施例中的接触区域。

作为另外的差异，在第二实施例中的弹簧元件5是柱形弹簧。弹簧元件5朝插头接收部3的方向施加预应力F。

图12示出了根据本发明的第三实施例的大电流插接器1。第三实施例基本上相应于第一实施例，其中与之不同地，弹簧元件5、冷却体15和柔性的连接元件6的布置发生逆转。换言之，弹簧元件5在第三实施例中直接与插销2接触，并且沿轴向方向X-X朝插销2施加预应力F。冷却体15布置在插头接收部3上，并且柔性的连接元件6布置在插销2与第一线路11之间。在其他方面，该实施例相应于第一实施例，从而可以参考在那里提供的描述。

Claims (16)

1.用于第一线路（11）与第二线路（12）之间的电连接的大电流插接器（1），所述大电流插接器包括：

- 能连接至所述第一线路（11）的插销（2），

- 能连接至所述第二线路（12）的插头接收部（3），

- 接触保持架（4），其布置在所述插销（2）与所述插头接收部（3）之间并且设置用于建立所述插销（2）与所述插头接收部之间的电接触，和

- 单独的、布置在插接器本体外部的弹簧元件（5），其在插销（2）与插头接收部（3）之间、沿大电流插接器的轴向方向（X-X）施加预应力（F），其中大电流插接器（1）的轴向方向（X-X）同时也是插接方向。

2.根据权利要求1所述的大电流插接器，其中，所述接触保持架（4）具有柱形的基体（43）和多个接触凸舌（40），其中所述接触凸舌基本上沿所述大电流插接器（1）的径向方向与所述插销（2）和所述插头接收部（3）接触。

3.根据权利要求2所述的大电流插接器，其中，每个接触凸舌（40）具有第一180º弯曲部（41）和第二180º弯曲部（42）。

4.根据权利要求2或3所述的大电流插接器，其中，所述接触凸舌（40）的第一接触区域（13）位于第一平面（E1）中，并且所述接触凸舌的第二接触区域（14）位于第二平面（E2）中，其中所述第一平面（E1）平行于所述第二平面（E2）。

5.根据权利要求2或3所述的大电流插接器，其中，所述接触凸舌（40）形成柱形的包裹元件，或其中所述接触凸舌（40）形成锥形的包裹元件。

6.根据权利要求1或2所述的大电流插接器，此外包括由电绝缘材料构成的罩（7），所述罩具有主体（72）和带有通孔（71）的盖区域，所述通孔设置用于使插销（2）穿过。

7.根据权利要求6所述的大电流插接器，其中，所述通孔（71）是用于定心所述插销（2）的定心装置。

8.根据权利要求1或2所述的大电流插接器，其中，所述插销（2）在端侧（22）上具有绝缘元件（10）。

9.根据权利要求1或2所述的大电流插接器，其中，所述弹簧元件（5）是锥形弹簧、波形弹簧、碟形弹簧或螺旋弹簧。

10.根据权利要求1或2所述的大电流插接器，此外包括构造为接触保护的、由电绝缘材料构成的盖元件（8），所述盖元件布置在插销（2）上。

11.根据权利要求1或2所述的大电流插接器，其中，所述弹簧元件（5）贴靠在插头接收部上，和/或其中所述弹簧元件（5）贴靠在插销（2）上。

12.根据权利要求1或2所述的大电流插接器，其中，所述大电流插接器此外包括冷却元件（15）。

13.根据权利要求12所述的大电流插接器，其中，所述冷却元件利用绝缘膜（50）布置在插销（2）上和/或插头接收部（3）上。

14.根据权利要求1或2所述的大电流插接器，此外包括柔性的连接元件（6），借助所述柔性的连接元件，所述插销（2）能够与所述第一线路（11）连接，和/或借助所述柔性的连接元件，所述插头接收部（3）能够与所述第二线路（12）连接。

15.车辆结构组件，包括根据前述权利要求中任一项所述的大电流插接器（1），所述大电流插接器设置用于在逆变器与电机或电能存储器之间的插接。

16.包括一作为车辆驱动器的电驱动器和逆变器的车辆，其中，根据权利要求1至11中任一项所述的大电流插接器（1）提供电机与逆变器之间的电插接。

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