CN112233943B - 总线与断路器之间的电连接器 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及总线与断路器之间的电连接器。提供了一种用于电耦合两个电气部件的电连接器。连接器的相对的端耦合到电气部件中的每个电气部件上。在第一端，连接器被设置在第一电气部件的开口内以建立电连接。第一端包括多个抵靠开口侧相等地偏置的触头部分。

Description

总线与断路器之间的电连接器

技术领域

本发明通常涉及电连接器，并且更具体地涉及将第一电气部件和第二电气部件耦合在一起的电连接器。

背景技术

通常，工业设施提供有一个或多个电源面板10用于在整个工业设施中分配电力。电源面板10的示例在图1中所示。如图所示，面板10包括电箱12。在箱12中，还提供安装结构14以安装电源总线16和一系列断路器。电力由连接到电源电缆和总线16的一个或多个突缘20提供到总线16。断路器18通过下文更详细描述的电连接器34电连接到总线16。电缆还连接到每个断路器18以向整个工业设施中的各个电路提供电力。通常，电源面板(即，总线16)的总电气能力要求在150A至1,200A之间。应当理解，除了电源总线16和断路器18以外，箱12还可以包含各种其他电气附件。尽管所描述的布置可以用于单相系统，但是所示的系统是三相系统。因此，提供三个突缘20用于供电；在总线中提供三个连接槽22；并且每个断路器18具有三个输出连接24。尽管图1中未示出，但是通常提供盖子来将总线16和其他电气硬件封装在箱12中。

发明内容

一种电连接器被描述为用于将断路器连接到电源总线。电源总线具有开口，通过该开口插入连接器以建立电连接。电连接器包括接触开口的第一侧和第二侧的第一触头部分和第二触头部分。弹簧将偏置力施加到触头部分，使触头部分对开口两侧施加相等的压力。

附图说明

可以通过结合附图阅读以下说明书来更全面地理解本发明，其中：

图1是电源面板的分解图；

图2是电源总线、断路器和它们之间的电连接器的侧视图；

图3是现有技术的电连接器的侧视图；

图4是新的电连接器的侧视图；

图5A至图5C是电连接器侧视图，示出了断路器与电源总线之间的各种对准；

图6是电连接器的侧视图，示出了电流产生的磁场；

图7是电连接器的侧视图，示出了电源总线的接触板之间的间隙距离；

图8是示出了电连接器的触头部分在板之间不同间隙距离下对总线的板施加的力的表；

图9是电连接器、电源总线和断路器的放大图；

图10是电连接器的另一个实施例的透视图；

图11是电连接器的另一个实施例的透视图；

图12是电连接器的另一个实施例的透视图；以及

图13A至图13B包括电连接器的另一个实施例的侧视图和透视图，该电连接器包括拉伸弹簧。

具体实施方式

图2中示出了改进的电连接器54。如图所示，断路器18和总线16被安装到箱12的基底14。总线16优选地是在每相的两个接触板26之间具有连接槽22(即，开口22)的堆叠布置。接触板26通过垫片28彼此分离。在高安培数应用中，优选地，限定槽22的两个接触板26由导电材料(如铜)制成，并且其之间的垫片28也是导电的。应当理解，也可以使用其他导电材料，例如包括铝。然而，在低安培数应用中，两个板26中可能只有一个板是导电的，而垫片28和另一个板26由绝缘材料制成。在每个板26的上方和下方，优选地提供绝缘板30。绝缘板30可以由纤维强化塑料制成。如图所示，绝缘板30优选地包括延伸部分32(图9)，该延伸部分向外延伸超过相应的板26并且覆盖相应的连接器54的一部分。

如图所示，因为所示的系统是三相系统，因此在总线16与断路器18之间提供三个电连接器54。在单相系统中，在总线16与断路器18之间只有一个连接器54。连接器54可以与具有1个、2个、3个或4个电极的各种断路器18一起使用。每个连接器54在第一端36处耦合到总线16的相应的连接槽22，并且在第二端38处耦合到断路器18。在使用中，连接器54优选地由制造商连接到断路器18上，并与断路器18一起提供。当断路器18被安装在箱12中时，每个连接器54的第一端36滑入总线16的相应的连接槽22，以电互连母线16和断路器18。

图3中示出了现有技术的连接器34。如图所示，连接器34在第二端38处刚性附接到杆40。尽管未示出，但是杆40通过螺栓、铆钉或其他类型的刚性连接附接到断路器18。如上所述，第一端36滑入总线16中的连接槽22。连接器34的主体42从第二端38向上弯曲44到与接触板26中的一个接触板26平行的平面部分46。在第一端36处，主体42再次向下向另一个接触板26弯曲48到与另一个接触板26平行的平面部分50。还提供了悬臂弹簧52，该悬臂弹簧刚性附接到第二端38并接触第二平面部分50的内侧以施加向外的力。

现有技术的连接器34的一个方面是，除了电流路径以外，连接器的几何形状用于向接触板26施加力，使其接触并传输所需数量的电流。连接器34的截面被设计为根据认证机构的标准来限制温度上升。然而，在设计连接器34以通过限制穿过连接器34的电流密度来满足温度上升的限制时，可能会出现对接触板26的高接触力，从而增加安装连接器34所需的力(即，将其插入接触板26之间的插槽22)。此外，温度上升超过某个阈值会降低连接器34对接触板26的接触力，从而增加导通电流的电阻。因此，在不损害连接器34的安装力的情况下改善热性能是可取的。

图4中示出了一种新连接器。连接器54包括两个通过一个或多个弹簧58抵靠彼此偏置的臂56。在图4的实施例中，用两个片弹簧58施加弹簧力，该片弹簧58将压力施加到相应的臂56的外部。即，每个弹簧58接触相应的臂56的主体部分62的外部上的一对弹簧座60。片弹簧58还沿片58的中心接触外壳66中的引脚64的内部。因此，片弹簧58在端部抵靠相应的臂56，并且在中间抵靠外壳66偏置。因此，两个臂56通过片弹簧58彼此相互挤压。优选地，臂56由铜制成并且弹簧58由高强度钢制成。也可以使用铝或另外的导电材料。

如上所述，第一端36电耦合到电源总线16的连接槽22(即，开口22)。因此，在槽22的相对侧的总线16的平行板26形成电接触，其中第一端36在插入槽22中时接触该电接触。特别地，每个臂56在第一端36包括触头部分68以接触板26中的一个板。即，臂56中的一个臂的触头部分68被压到板26中的一个板(即，开口22的一侧)，并且另一个臂56的触头部分68被压到另一个板26(即，开口22的另一侧)。臂56还以交叉的方式布置，使得臂56在第二端38与在第一端36处的触头部分68之间彼此交叉。更特别地，每个臂56包括片弹簧58向其施加偏置力的主体部分62。臂56的主体部分62位于穿过连接器54绘制的中心线70的一侧。在主体部分62与相应的触头部分68之间(或在弹簧58与触头部分68之间)，臂56彼此交叉，使得臂56的触头部分68位于中心线70的相应的主体部分62的另一侧。因此，臂56从相应的主体部分62和相应的第二端38接触中心线70的另一侧的总线板26。因此，第一端36向连接槽22施加相等的压力，以确保触头部分68和相应的板26之间的固体接触。对于每个臂56的第一端36，还需要在触头部分68的旁边设置有角度的或圆形的表面72，以允许第一端36可以容易地插入和从连接槽22拔出。

优选地，外壳66将两个臂56限制在外壳66中。例如，如图12所示，外壳66具有两个板74，该两个板在被附接在一起的臂56的相对侧。外壳66和臂56还可以彼此接合以允许臂56彼此朝向和远离的有限运动。即，在图4的示例中，外壳66对于每个臂可以具有开槽开口76，相应的臂56的引脚78位于开槽开口76中。因此，臂56允许朝向和远离另一个臂56移动，直到臂引脚78接触相应的槽76的端部。

连接器54的第二端38电耦合到如上所述的断路器18。优选地，断路器18提供有延伸触头80，该延伸触头通过螺栓、铆钉或其他刚性附接连接到断路器18。如图4所示，延伸触头80在触头80的每侧可以包括圆形表面82。每个臂56的主体部分62在连接器54的第二端38处还可以提供有对应的圆形触头部分84。由于弹簧58的弹簧压力，臂56的圆形触头部分84抵靠延伸触头80相应的圆形表面82偏置。与第一端36相比，其中触头部分68位于中心线70的与主体部分62相对的一侧，第二端38的圆形触头部分84位于中心线70的与相应的主体部分62相同的一侧。因此，对于每个臂56，第一端36的触头部分68和第二端38的圆形触头部分84位于中心线70的相对侧。

连接器54的一个优点是携带电流的截面与施加在接触板26上的接触力无关。因此，电流密度可以比现有技术中的连接器34小得多，而不影响接触力。因此，温度上升可以较小。有利地，连接器54的第一端36对板26的压力与连接器54的形状、厚度和材料特性无关。相反，第一端36的连接压力由弹簧58对臂56的压力提供。因此，臂56可以对电流优化，而不会对连接器54的第一端36对总线板26的连接压力造成负面影响。

图5A至图5C中示出了连接器54的另一个优点。由于制造公差和其他可能的原因，断路器18可能轻微偏离电源总线16。图5B中示出了断路器18(即，延伸触头80)与总线16(即，槽22)之间的排列。然而，如图5A和图5C所示，断路器18可能在至少两个方向中的一个方向上偏离总线16。然而，连接器54保持着与总线16的接触板26和断路器18的延伸触头80的良好连接。这分别是由于独立的弹簧承载的触头部分68和第一端36和第二端38的圆形触头部分84。此外，由于在臂56的圆形触头部分84与延伸触头80的圆形侧82之间的在第二端38处的圆形接合，连接器54能够相对于断路器18旋转以调节断路器18和总线16之间的偏离。

图6中示出了连接器54的另一个优点。在大电流传输期间(例如，在断路器断开前短路)，电流86产生磁场88。然而，在连接器54中磁场88引起臂56彼此相互拉动。因此，在这种情况下臂56对接触盘26和延伸触头80两者接合得更紧密，而不是在一些备选的设计中可能出现的拉开的情况。

图7和图8中示出了连接器54的另一个优点。在图7中，标记接触板26之间的间隙距离90。如上所述，连接器54的触头部分68压向接触板26，以将连接器54的第一端36电耦合到总线16。然而，在每个制造的电源总线16中制造正好相等的间隙距离90是不可能的。即，根据制造公差，间隙22的实际尺寸90可以从大于标称值变化到小于标称值之间。在图8中，示出了由两个连接器34、54向接触板26施加的力对间隙距离90。如图所示，当间隙22较小并且随间隙尺寸90增加而迅速减小时，现有技术的连接器34施加的力非常大。保持现有技术的连接器34对接触板26的力在可接受范围内所必需的公差范围和标称间隙尺寸90较小。相比之下，由新的连接器54施加的力在宽范围的间隙尺寸90上更恒定。因此，新的连接器54使得间隙尺寸90远小于断路器18与总线16之间的电连接的正常运行的关键特征。

图9中示出了断路器18和电源总线16布置的另一个可能的特征。为了防止操作人员无意中(例如，用手或手指)触碰电箱12中的带电硬件，可以提供各种特征来覆盖导电表面。一个有用的特征是覆盖接触板26的端部的横向绝缘延伸部94。如图1所理解的，横向延伸部94沿电源总线16的长度延伸。因此，在断路器18没有连接的总线16的区域，操作人员可以通过绝缘板30之间的空间接近接触板26。然而，横向延伸部94显著减少了对板26的接近。该特征更容易适用于新的连接器54，因为第一端36可以延长以穿过横向延伸部92到达并接触板26。通过改变弹簧58的张力可以很容易地调节任何需要的偏置力变化。相比之下，在保持对板26的必要的接触力的同时，对于该布置改变现有技术的连接器34更困难。

此外如图9所示，示出了断路器18的绝缘外壳部分96。如图所示，外壳96可以具有保留结构98，该保留结构98在允许上述连接器54的旋转运动的同时，保持连接器54附接到断路器18。外壳96还可以具有纵向部分100，该纵向部分100围绕弹簧58的外部区域和连接器外壳66，以防止操作人员在连接器连接到电源总线16时触碰连接器54。

图10至图13B进一步示出了电连接器54的备选实施例。如图10所示，臂56的每个第一端36可以被提供有多个段102，该段102与另一个臂56的对应的段102交错。如图11所示，每个臂56可以由并列布置的两个臂56A、56B组成。此外，每个臂56的触头部分68可以被加宽以覆盖104另一个臂56的宽度。如图12所示，臂56的每个第一端36彼此可以抵消106，以容纳两个臂56的交叉。其中还示出了围绕臂56以将臂56限制在其中的连接器外壳66。在图13A至图13B中，臂56和外壳66的功能与上述实施例类似，即使臂56和外壳66的形式与其他实施例不同。然而，一种差异是拉伸弹簧108可以用于臂56之间来将臂56偏置在一起，而不是上述的片弹簧58。

尽管已经描述了优选的实施例，但是应当理解，本发明不是限制性的，并且可以在不背离本发明的情况下进行修改。尽管本文描述的每个实施例可能仅参考了某些特征，并且可能没有具体参考关于其他实施例描述的每个特征，但是应该认识到，除非另有描述，否则本文描述的特征是可互换的，即使没有参考具体特征。还应当理解，上述优点不一定是本发明的唯一优点，并且不一定期望所述的所有优点都能通过本发明的每一个实施例实现。本发明的范围由所附权利要求限定，并且权利要求范围内的所有设备和方法，无论是字面上的还是等效的，都旨在包含在其中。

Claims (15)

1.一种电连接器，电耦合第一电气部件和第二电气部件，所述电连接器包括：

电耦合到所述第一电气部件的第一端；

电耦合到所述第二电气部件的第二端；

所述第一电气部件包括限定电触头的开口；

所述第一端被设置在所述开口中，并且包括第一触头部分和第二触头部分，所述第一触头部分抵靠所述开口的第一侧被偏置，并且所述第二触头部分抵靠所述开口的第二侧被偏置，因此所述第一端施加相等的压力抵靠所述开口；

两个臂和两个片弹簧，所述两个片弹簧中的一个片弹簧被设置在每个臂的外部并且将所述两个臂偏置在一起；

其中每个臂包括主体部分，两个片弹簧中的一个与每个臂的所述主体部分接合，以将所述两个臂偏置在一起，每个臂的所述主体部分被设置在中心线的、与相应的所述第一触头部分和所述第二触头部分相对的一侧，所述中心线穿过所述电连接器，因此所述两个臂在所述两个片弹簧与所述第一触头部分和所述第二触头部分之间彼此交叉；

还包括外壳，所述两个臂被限制在所述外壳中，所述两个片弹簧中的每个片弹簧被偏置在所述外壳与所述两个臂中的一个臂之间。

2.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述第一电气部件是电源总线。

3.根据权利要求2所述的电连接器，其中所述第二电气部件是断路器。

4.根据权利要求3所述的电连接器，其中所述电源总线是三相电源总线，并且所述断路器是三相断路器，并且包括三个所述电连接器，所述电连接器中的每一个电连接器电耦合所述电源总线与所述断路器之间的所述三相中的一相。

5.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述第一电气部件的所述开口是两个平行板之间的空间，所述两个平行板包括所述开口的所述第一侧和所述第二侧。

6.根据权利要求5所述的电连接器，其中所述第一电气部件是具有设置在所述平行板中的至少一个平行板上的绝缘板的电源总线，所述绝缘板包括向外延伸超过所述平行板的延伸部分、以及与所述平行板的端部重叠的横向延伸部。

7.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述第一触头部分是所述两个臂中的一个臂的一部分，并且所述第二触头部分是所述两个臂中的另一个臂的一部分。

8.根据权利要求7所述的电连接器，其中所述两个臂由铜或铝制成。

9.根据权利要求8所述的电连接器，其中所述片弹簧由钢制成。

10.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述第二电气部件包括延伸触头，所述延伸触头在所述延伸触头的两侧的每一侧上具有圆形表面，并且所述第二端包括第一圆形触头部分和第二圆形触头部分，所述第一圆形触头部分抵靠所述延伸触头的所述圆形表面中的一个圆形表面而被偏置，并且所述第二圆形触头部分抵靠所述延伸触头的所述圆形表面中的另一个圆形表面而被偏置，因此所述第二端能够围绕所述延伸触头旋转。

11.根据权利要求10所述的电连接器，其中所述第一触头部分和所述第一圆形触头部分是所述两个臂中的一个臂的部分，并且所述第二触头部分和所述第二圆形触头部分是所述两个臂中的另一个臂的部分。

12.根据权利要求11所述的电连接器，其中每个相应的臂的所述第一圆形触头部分和所述第二圆形触头部分被设置在所述中心线的与相应的主体部分相同的一侧。

13.根据权利要求12所述的电连接器，其中所述第一电气部件是电源总线，并且所述第二电气部件是断路器。

14.根据权利要求13所述的电连接器，其中所述电源总线是三相电源总线，并且所述断路器是三相断路器，并且包括三个所述电连接器，所述电连接器中的每一个电连接器电耦合所述电源总线与所述断路器之间的所述三相中的一相，其中所述第一电气部件的所述开口是两个平行板之间的空间，所述两个平行板包括所述开口的所述第一侧和所述第二侧。

15.根据权利要求14所述的电连接器，其中所述两个臂由铜或铝制成，所述片弹簧由钢制成。