JP2015517177A - 電流の伝送のためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも２つの剛性導体を備えた、電流の伝送のためのシステムに関し、前記２つの導体は、少なくとも１つの導電性の、変形可能な接続要素を介して接続され、前記接続要素は、長軸方向に環状の形状をし、第１の導体の一部分を予張力により把持するコイルばねを備え得る。

Description

本発明は、相互に接続された、少なくとも２つの導電性の剛性導体を備えた電流の伝送のためのシステムに関する。

大容量の金属固体の構成要素として設計された、すなわち、実質的に剛性である導体を介して、電流及び特に高電流が伝送されることが知られている。剛性導体の使用は、導体の剛性のために位置決め公差の補正が容易ではないことから、これらの導体を介して接続される電気的機能素子が互いに対して比較的正確に位置決めされる必要があるという問題につながる。この問題は、システムの少なくとも２つの導体が規定された遊びを持たせて相互に接続されることで解決することが可能である。しかしながら、このような場合、２つの導体間の接触表面積は両導体の相対位置によって変動し、それは、電流の不十分な伝送作用につながり得る。

例えば、電気自動車のドライブトレインにおいて、電力分配器が剛性導体システムを介してパワーエレクトロニクスに接続されることが知られている。

この先行技術を出発点として、本発明は、導電的に相互に接続された少なくとも２つの剛性導体を備えた、この一般的カテゴリーのシステムを提供するという課題に基づいており、前記導体は、本発明のシステムにより接続される電気的機能素子の位置決めに関する公差補正の可能性があるにも拘わらず、安定した伝送作用を保証する。

この課題は、独立請求項１によるシステムを用いることで解決される。本発明によるシステムの有利な実施形態は従属請求項の主題であり、本発明の以下の記述で説明される。

本発明により、導電的な方式で相互に接続された少なくとも２つの剛性導体を備えた、（エネルギー供給と信号（無線周波数信号を含む）の伝送の両方のための）電流の伝送、また、特に高電流（電源の４８Ｖ以上の電圧）の伝送のための、この一般的カテゴリーのシステムは、２つの導体が（導電的に）少なくとも１つの導電性の、変形可能な接続要素を介して、（間接的に）接続されることでさらに発展される。

変形可能な接続要素は、剛性導体間の相対可動性を確実にし、それにより、本発明によるシステムを介して接続される電気的機能素子の位置決めに関する公差を補正することが可能となる。

接続要素は、特に好ましくは、長軸方向に閉環状の形状であり、第１の導体の一部分を予張力により把持する、（好ましくは円筒形の）コイルばねを備え得る。この予張力による第１の導体の把持は、導体とコイルばねとの間の恒久的な接触状態を確実にする。

環状のコイルばねと少なくとも第２の導体、好ましくは両方の導体との接触は、好ましくは、環状のコイルばねにより形成された径方向平面において発生する。こうして、コイルばねは、導体に環状に接触し、結果として比較的広い範囲にわたり接触する。このことが、システムを介して流れる電流の優れた伝送作用を達成させる。

特に好ましくは、第１の導体の一部分を予張力により各々が把持し、関連するコイルばねにより形成された径方向平面において、第２の導体に各々が接触する、（少なくとも）２つのコイルばねが配設され得る。これは、電流の伝送のための有効表面積を比較的大きくする。

コイルばねが第２の導体と恒久的な接触状態にあることを確実にし、故に優れた電気伝送作用を確実にするために、これらコイルばねが（各場合において）接触要素により第２の導体に押圧されるようにしてもよい。

特に好ましくは、接触要素自体がそれにより設計上導電性であり、第１の導体と導電的に接続される。その結果、第１の導体は、（第１の導体を把持する）コイルばねの内側だけでなく、付加的に接触要素を介して環状コイルばねに接触する。その結果、電流の伝送のための有効表面積が、再び増加され得る。

好ましくは、例えば平坦な構成要素の形状に設計されることが可能な第２の導体は、（少なくとも一部分において）例えばピン形状であることが可能な第１の導体が延出する開口を有する。特に好ましくは、第２の導体の開口の少なくとも１つの寸法は、開口に収容される部分における第１の導体の対応する外側寸法よりも大きい。その結果、複数の方向における導体間の相対的な可動性が保証される。

好ましくは、開口、並びに開口内に収容される第１の導体の部分は断面が円形であり、直径差は０．１ｍｍから０．２ｍｍの間とすることができる。

本発明のシステム等角分解図である。 図１に示した本発明のシステムの断面図である。

本発明は、図面に示された実施形態を参照して、以下にさらに詳細に説明される。

図１及び図２は、例えば、電気自動車のドライブトレインに使用することができるような、高電流の伝送のための本発明のシステムの異なる図を示している。

システムは、比較的大容量の金属固体の構成要素として設計され、したがって実質的に剛性である、２つの導体１，２を備える。そのため、例えばシステムにより接続される電気的機能素子の位置決め公差を補正するために、設置中の導体１、２を変形させることは不可能である。導体１，２は大容量であり、それらの電気抵抗、及び高電流の伝送中における電力損失を極力最小限とするために、設計上固体である。

２つの導体のうち、第１の導体１はピン形状であり、第２の導体２は接触レール、すなわち、平坦な構成要素として設計される。第２の導体２は、システムが設置状態にあるときに、第１の導体１が突出する開口３を有する。図２から見て取れるように、開口３の直径は、開口に収容される部分における、第１の導体の外側寸法よりも大きい。例えば０．１ｍｍから０．２ｍｍの間でありうる直径の差により、２つの導体１，２間の規定された可動性が、第１の導体１の長軸に沿った方向だけでなく、それに対する半径方向においても達成することが可能である。これは、第２の導体２に対する第１の導体１の傾斜（第１の導体の長軸が、第２の導体の大きな側面に対してもはや直角に整合していない）をも可能にする。

相互関係における２つの導体１，２の相対的な可動性は、本発明のシステムにより接続される電気的機能素子における位置決め公差の補正を保証する。

システムを介した高電流の安定した伝送を保証するために、相互関係における２つの導体１，２の相対位置に関係なく、第１の導体１から第２の導体２への高電流の伝送経路は、２つの変形可能な接続要素を介して形成される。その結果、高電流の伝送経路の有効表面積が２つの導体１，２の相対位置に従って変化することを防止することが可能である。代わりに、接続要素の変形可能性により、一方の接続要素と、他方の２つの導体との間の接触表面積は、相互関係において、２つの導体１，２の相対位置に拘わらず実質的に同じサイズのままとなる。

接続要素は、コイルによって画定される長軸に関して（コイルに関して）閉じた環を形成するコイルばね４の形状に設計される。したがって、（未装着の状態における）２つの環状のコイルばね４の内径は、システムの設置によりコイルばね４が把持する第１の導体１の部分において、第１の導体１の外径よりもやや小さい。これにより、コイルばね４が第１の導体の対応する部分を把持するときに、コイルばね４が半径方向に広がり、それが弾性反力の結果として、コイルばね４が全周に亘って、第１の導体にしっかりと接触することを確実にする。

第２の導体２は、その２つの大きな側面上で、各場合において、コイルばね４の１つにより、対応するコイルばね４により形成された径方向平面で、すなわち環状に接触される。

２つのコイルばね４と第２の導体２との間の恒久的な接触を確実にするために、これらは、各場合において、導電性接触要素を介して第２の導体２に押圧される。それにより、１つの接触要素は、第１の導体１のヘッド部５として形成され、ヘッド部５は、第１の導体１のピン形状の基体６よりも大きな直径を有する。ヘッド部５は、関連するコイルばね４が内部に収容される環状凹部７を形成する。環状凹部７は、環状のカラー８により形成され、その長手方向の延出度合いは、（未装着の）コイルばね４がわずかに突出した状態となるように選択される。その結果、ヘッド部５がコイルばね４をただ穏やかに押圧したときに、カラー８と第２の導体２との間に、規定された距離がまだ残ることを確実にし、そのことが、相互関係におおける第１の導体１と第２の導体２との間の望ましい可動性を確実にする。

第２の接触要素は、関連するコイルばね４がほぼ完全に受け入れられる環状凹部７を形成するカラー８を有する接触スリーブ９の形状である。このカラー８も、接触スリーブ９がコイルばね４にただ穏やかに押圧されたときに、カラー８と第２の導体との間に距離がまだ残るような寸法になっている。

２つの接触要素間の最小距離は構造的に規定され、その目的のために環状凸部１０が配設されて、接触スリーブ９が静止される。結果として、システムの設置中、接触スリーブ９はヘッド部５の方向に押圧され過ぎないことを確実にするが、さもなければ、接触要素と第２の導体２との間の距離が短すぎることになる可能性がある。

接触スリーブ９の中心開口１１の内径は第１の導体１の固定部１２の外径よりわずかに小さいので、接触スリーブ９と第１の導体１との接続はフォースロッキング（force-locking）方式である。しかしながら、直径の差は、接触スリーブ９が手動で又はハンドツールに補助されて固定部１２に押し付けられるほどに小さいことが好ましい。しかしながら、第１の導体１と接触スリーブ９を別々の温度に加熱することによってプレス嵌めを形成する可能性もある。

第１の導体の固定部１２は、差し込み方向において先行する基体６の部分よりもわずかに大きい直径を持つ。その結果、接触スリーブ９は、大きな力を加えなくても第１の導体１の基体６に差し込まれ、固定部１２まで押し込まれ得る。

本発明のシステムは、コイルばね４の一方が、まず、第１の導体１の基体６に、ヘッド部５の環状凹部７に受け入れられるまで押し込まれることによって組み立てられる。次に、第１の導体１の基体６は、第２の導体２の開口３に挿通される。次に、他方のコイルばね４が第１の導体１の基体６に押し込まれ、最後に、接触スリーブ９が、第１の導体１の固定部１２まで押し込まれる。

本発明のシステムの設計は、２つの導体１，２が、第１の導体１の長軸方向及びこれに対する半径方向にも、相互関係において、相対的に（限度内で）可動することを可能にする。相互関係において、第１の導体１と第２の導体２との傾斜も可能である。それにより、２つの導体１，２の相対移動が、２つの導体１，２と、２つのコイルばね４との間の接触表面積のサイズが大きく変わることなしに、弾性変形可能なコイルばね４により吸収されるので、高電流の伝送のための有効表面積も常に実質的に同一に保たれる。

Claims (10)

1. 少なくとも２つの剛性導体（１，２）を備えた、電流の伝送のためのシステムであって、
   前記２つの剛性導体（１，２）は、少なくとも１つの導電性の、変形可能な接続要素を介して接続されることを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記接続要素は、長軸方向に環状に形成され、第１の導体（１）の一部分を予張力により把持するコイルばね（４）を備えることを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、
   前記コイルばね（４）は、前記導体により形成された径方向平面において、少なくとも第２の導体（２）に接触することを特徴とするシステム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、
   前記第１の導体（１）の一部分を予張力により各々が把持し、関連するコイルばね（４）により形成された径方向平面において、前記第２の導体（２）に各々が接触する２つのコイルばね（４）を有することを特徴とするシステム。
5. 請求項３又は請求項４に記載のシステムにおいて、
   前記コイルばね（４）は、（各場合において）接触要素により前記第２の導体（２）に押圧されることを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、
   前記接触要素は、導電性の設計であり、
   前記接触要素は、前記第１の導体（１）に導電的に接続されることを特徴とするシステム。
7. 請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記第２の導体（２）は、前記第１の導体（１）が延出する開口（３）を有することを特徴とするシステム。
8. 請求項７に記載のシステムにおいて、
   前記第２の導体（２）の前記開口（３）の寸法は、前記開口（３）内に受け入れられる部分における前記第１の導体（１）の対応する外側寸法よりも大きいことを特徴とするシステム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、
   前記開口（３）、並びに前記開口内に受け入れられる前記第１の導体（１）の部分は、断面が各々円形であり、直径の差は０．１ｍｍから０．２ｍｍの間であることを特徴とするシステム。
10. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
    前記第１の導体（１）は、設計上ピン形状をしており、
    前記第２の導体（２）は、平坦な構成要素として設計されることを特徴とするシステム。

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