KR101074622B1 - 도전성 플레이트용 커넥터 어셈블리 - Google Patents

도전성 플레이트용 커넥터 어셈블리 Download PDF

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Abstract

플레이트 장착 에지와 플레이트 장착 에지로부터 연장된 제1 및 제2 면으로 형성되는 도전성 플레이트(104, 118)와 정합하기 위한 커넥터 어셈블리(100)는 플레이트의 플레이트 장착 에지에 장착하기 위한 정렬 하우징(120)을 포함한다. 정렬 하우징은 내부에 수용 챔버(126)을 정의한다. 커넥터 어셈블리는 또한 내부에 콘택(124)을 유지하는 플러그 하우징(122)을 포함한다. 플러그 하우징은 수용 챔버내에 수신되어 콘택이 플레이트의 제1 면 및 제2 면과 습동 체결하게 된다.
플레이트, 커넥터 어셈블리

Description

도전성 플레이트용 커넥터 어셈블리{CONNECTOR ASSEMBLY FOR CONDUCTIVE PLATES}
본 발명은 일반적으로 전기 커넥터에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 도전성 플레이트에 인터페이스시키는 전기 커넥터에 관한 것이다.
어떤 전기 시스템들은 하나 이상의 도전성 플레이트들을 포함한다. 예를 들어, 연료 전지 기술에서는 스택내에 배열되는 다수의 도전성 플레이트를 이용한다. 이들 시스템에서는 작동 중에 개별 플레이트상에서의 전압을 모니터하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 진단, 테스트 및 모니터의 용도로 도전성 플레이트를 외부 장치에 전기적으로 접속하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의해, 전기 커넥터에 대해 새로운 요구사항들이 도입된다. 그러나, 플레이트에 확실한 전기적 기계적 접속을 설정하는 것은 난해한 것으로 밝혀졌다.
예를 들어, 이러한 용도로 사용되는 전기 커넥터들은 플레이트상으로의 설치가 용이하도록 정합력이 낮아야만 하지만, 도전성 플레이트에 부착되어 있을 때에는 기계적으로 안정되며 사용시에는 플레이트로부터 쉽게 분리되지 않아야 한다. 커넥터는 또한 확실하게 체결되어야 하며, 필요하거나 원하는 경우에는 플레이트와 플레이트로부터 결합 해제되어야 하고, 원하는 전기적 접속 및 기계적 안정성을 제공해야 한다. 공지의 커넥터들을 이러한 사용에 적합하지 않다.
스택형으로 전기 부품, 예를 들어, 연료 전지를 갖는 시스템에서, 시스템의 전체 크기는 감소시키는 추세이다. 이러한 감소를 이루기 위해서는, 인접 플레이트들간의 간격이 감소되거나, 플레이트의 두께가 감소되거나, 또는 둘 다 감소되어야 한다. 문제는 이렇게 감소된 간격 또는 감소된 두께를 갖는 플레이트에 안전하게 결합될 수 있는 신뢰성 있는 커넥터를 제공하는 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위한 일 방법으로서 본 명세서에서는 플레이트가 플레이트 장착 에지와, 플레이트 장착 에지로부터 연장되는 제1 및 제2 면으로 이루어지는 도전성 플레이트와 정합되는 커넥터 어셈블리를 제공한다. 커넥터 어셈블리는 플레이트의 플레이트 장착 에지에 장착시키기 위하여 정렬 하우징을 포함하는데, 이 정렬 하우징은 내부에 수용 챔버를 정의한다. 커넥터 어셈블리는 또는 내부에 콘택을 갖는 플러그 하우징을 포함한다. 플러그 하우징은 수용 챔버내에 수신되어 콘택이 플레이트의 제1 면 및 제2 면과 습동 체결하게 된다.
도 1은 일 실시예에 따라 형성되는 전기 시스템용 커넥터 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 커넥터 어셈블리용 콘택의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 콘택의 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 커넥터 어셈블리용 플러그 하우징의 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시한 커넥터 어셈블리용 정렬 하우징의 확대 사시도이다.
도 6은 커넥터 어셈블리의 조립 과정의 초기 단계를 설명하는 커넥터 어셈블리의 확대 사시도이다.
도 7은 커넥터 어셈블리의 조립 과정의 또 다른 단계를 설명하는 커넥터 어셈블리의 확대 사시도이다.
도 8은 조립된 상태의 커넥터 어셈블리의 전면도이다.
도 9는 조립된 상태의 커넥터 어셈블리의 후면도이다.
도 10은 다중 커넥터 어셈블리를 포함하는 일 전기 시스템의 부분 사시도이다.
이하 본 발명을 예로서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따라 형성된 전기 시스템(102)용 커넥터 어셈블리(100)의 사시도이다. 커넥터 어셈블리(100)는 시스템(102)내의 도전성 플레이트(104)와 기계적 전기적 접속을 신뢰성 있게 설정하는 데에 이용될 수 있으며, 이러한 시스템에서 이용되면 공지된 커넥터들의 전술한 문제점들을 극복할 수 있다. 일 실시예에서, 전기 시스템(102)은 복수의 자기 지지 도전성 플레이트(104)들과 각 도전 성 플레이트(104)에 장착되는 커넥터 어셈블리(100)를 갖는 연료 전지로부터의 모니터링 시스템을 나타낸다. 도 1에는 단지 하나의 도전성 플레이트(104)와 이에 대응하는 커넥터 어셈블리(100)가 도시되어 있으나, 복수의 도전성 플레이트(104)들도 가능하다. 연료 전지의 특정 요건에 따라 임의 개수의 도전성 플레이트(104)들이 사용될 수 있다.
도 1에 도시하는 실시예에서, 커넥터 어셈블리(100)는 인터페이스 링크(110)를 통해 연료 전지와 모니터링 장치(108)를 인터페이스(interface)시키는 데에 이용된다. 인터페이스 링크(110)는 이어서 모니터링 모듈(112)에 연결되는데, 이 모니터링 모듈(112)은 연료 전지로부터 커넥터 어셈블리(100) 및 인터페이스 링크(110)를 통해 전달되는 신호들을 처리한다. 모니터링 장치(112)는 전압 모니터, 진단 테스트 등과 같은 기능들을 제공할 수 있다. 도 1에 모니터링 장치(108), 인터페이스 링크(110) 및 모니터링 모듈(112)이 개략적으로 도시되어 있다. 모니터링 모듈(112)은 연료 전지의 동작을 모니터, 테스트 및/또는 진단을 목적으로 모니터한다. 본 명세서에서는 연료 전지 스택을 모니터링 모듈과 인터페이스시키는 측면에서 커넥터 어셈블리(100)를 기술 및 도시하였으나, 다른 커넥터 어셈블리(100)의 응용 분야에서도 본 발명을 적용할 수 있으며, 모니터링 모듈은 본 발명의 커넥터 어셈블리(100)가 구현될 수 있는 일 장치예에 지나지 않는다. 예를 들어, 커넥터 어셈블리(100)는 전류 전달용으로 사용될 수도 있다. 결론적으로, 본 명세서의 기술은 예시일 뿐, 어떠한 특정 사용 또는 응용예에 국한되지 않는다.
연료 전지는 개질 천연 가스(reformed natural gas)와 같은 가스 연료를 공 기와 반응시켜 공지의 방식으로 전력을 생성하는 공지의 유닛이다. 연료 전지는 다수의 도전성 플레이트(104)를 포함하고, 각각의 도전성 플레이트(104)는 제1 면(114) 및 제2 면(116)을 포함한다. 도전성 플레이트(104)는 스테인레스 스틸과 같은 도전성 재료로 제조된다. 선택에 따라, 각 플레이트(104)는 두 개의 플레이트 부분들을 포함하여 함께 용접될 수도 있다. 도전성 플레이트(104)는 2㎜ 미만의 두께를 갖는 로우 프로파일 스테인레스 스틸 플레이트일 수도 있다. 이와 다르게, 로우 프로파일이 아닌 도전성 플레이트도 사용될 수 있는데, 복합재, 예를 들어, 종래의 금속재가 아닌 공지되어 있는 도전성 폴리머재 또는 폴리머 복합물이 사용될 수도 있다.
연료 전지내의 각 플레이트(104)는 선정된 공칭 두께 T를 가지고, 이 플레이트(104)들은 그들간에 선정된 공칭 간격치 S를 가지며 스택으로 배열되는데, 공칭 간격치 S의 합은 그 플레이트(104)들의 공칭 피치값 P라고도 한다. 즉, 플레이트(104)의 스택은 반복 치수 P를 가지는데, 이 P는 하나의 플레이트(104)의 에지로부터 인접하는 플레이트(104)의 에지까지 플레이트(104)의 평면에 직교하는 방향으로 플레이트(104)의 두께 T를 가로질러서 계측된다. 이론상, 설계 파라미터에 따르면, 플레이트(104)들은 연료 전지 스택내에서 균일한 거리 P를 두며 반복된다. 실제로는, 플레이트 두께 T와 플레이들(104)들간의 간격 S 각각에서 제조 공차가 생기므로 실제의 피치 치수 P는 그 연료 전지내 임의의 인접하는 두 개의 플레이트들에 있어서 플레이트 두께 T의 합과 공칭 간격치 S의 공칭 값에서 벗어날 수도 있다.
일 실시예에서, 플레이트(104)는 커넥터 어셈블리(100)가 부착되는 플레이트 콘택부를 정의하는 상방향으로 선 탭(upstanding tabs)을 포함할 수도 있다. 이에 따라 커넥터 어셈블리(100)는 모니터링 모듈(112)과 플레이트(104)의 상호접속을 가능하게 하여 동작중인 연료 전지의 해당 플레이트(104)들상에서의 전압을 모니터한다. 선택에 따라 그리고 도면에 도시된 바와 같이, 상방향으로 선 탭을 포함하는 플레이트 콘택(118)은 플레이트(104) 각각에 부착될 수도 있다. 플레이트(104)에 부착시 플레이트 콘택(118)은 제1 및 제2 면(114, 116)을 포함한다. 또는 이와 다르게 플레이트(104)는 상방향으로 선 탭과 플레이트 콘택부를 정의하는 내부 구조를 가질 수도 있다.
상술한 바와 같이, 분리형 커넥터 어셈블리(100)는 스택내에서 플레이트(104)의 각각에 연결된다. 플레이트(104)와 커넥터 어셈블리(100)가 일대일 대응되므로, 커넥터 어셈블리(100)는 플레이트(104)에 고정되어서, 개별 플레이트(104)에 대한 각 커넥터 어셈블리(100)의 위치는, 또 다른 플레이트(104)에 대한 상기 플레이트(104)의 위치(즉, 인접 플레이트들간의 치수 P)가 변동되더라도 보장될 수 있다. 그러므로 플레이트(104)의 공칭 피치 간격(P)에서 공차가 있더라도 플레이트(104)와 커넥터 어셈블리(100)간에는 확실하고 안전한 기계적 전기적 접속이 이루어질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 커넥터 어셈블리(100)는 커넥터 어셈블리(100)가 스택내의 다수의 플레이트(104)에 접속되는 조 정합형(ganged mating)으로 설계될 수도 있다.
커넥터 어셈블리(100)는 정렬 하우징(120), 플러그 하우징(122) 및 콘 택(124)을 포함한다. 정렬 하우징(120)은 플레이트(104)에 안전하게 결합된다. 선택에 따라, 정렬 하우징(120)은 플레이트 콘택(118)에 안전하게 결합될 수도 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 플러그 하우징(122)이 정렬 하우징(120)과 별도로 제공되고 조립 중에 정렬 하우징(120)의 수용 챔버(126)내에 수신된다. 일단 정렬 하우징(120)이 플레이트(104), 더 구체적으로는 플레이트 콘택(118)에 결합되면, 플레이트 하우징(122)은 용이하게 장착된다. 플러그 하우징(122)은 경제적으로 제조되며, 이와 동시에 플레이트 콘택(118)에 콘택(124)을 안전하게 체결할 수도 있다. 또한, 플러그 하우징(122)은 시스템(102)의 부품의 수리 또는 교체를 위해 용이하게 제거될 수도 있다. 플러그 하우징(122)은 정렬 하우징(120)에 탈착 가능하게 결합된다. 정렬 하우징(120)은 플러그 하우징(122)이 수용 챔버(126)내에서 수신될 때 플레이트(104)에 대하여 플러그 하우징(122)을 배향시킨다. 콘택(124)이 플러그 하우징(122)의 콘택 챔버(128)내에서 수신된다. 콘택(124)은 플러그 하우징(122)에 탈착 가능하게 결합된다. 콘택(124)은 예를 들면 도 1에 도시하는 크림핑 처리, 납땜 처리, 절연 전치 처리, 포크-인-와이어 처리(poke-in-wire process) 등에 의하여 전선(130)에서 종결된다. 전선(130)은 인터페이스 링크(110)의 부분을 형성할 수도 있다.
도 2는 커넥터 어셈블리(100)(도 1에 도시)용 콘택(124)의 사시도이다. 콘택(124)은 몸체부(150), 몸체부(150)로부터 하향 연장되는 중앙 콘택 빔(152), 중앙 콘택 빔(152)의 양 측면에서 몸체부(150)로부터 연장되는 제1 및 제2 외측 콘택 빔(154)을 포함한다. 콘택 빔(152, 154)은 플레이트 콘택(118) 위를 지나거나 그 위에서 이동되어 그 위에 수신되도록 구성된다(도 1에 도시). 플레이트 콘택(118) 위를 지날 때, 중앙 콘택 빔(152)은 플레이트 콘택(118)의 제2 면(116)(도 1에 도시)과 체결되고, 외측 콘택 빔(154)은 플레이트 콘택(118)의 반대편 제1 면(114)(도 1에 도시)과 체결되는데, 이에 대해서는 아래에서 더 상세히 설명한다. 콘택(124)은 또한 대체로 중앙 콘택 빔(152)과 반대 방향이며 몸체부(150)로부터 상방향으로 연장되는 전선 종단부(156)를 포함한다. 이와 다르게, 전선 종단부(156)는 몸체부(150) 및/또는 콘택빔(152)과 다른 방향을 가질 수도 있다. 전선 종단부(156)는 전선(130)(도 1에 도시)에 전기 접속을 제공한다. 도시한 실시예에서, 전선 종단부(156)는 전선(130)에 전선 배럴을 크림핑함으로써 전선(130)에 종단시키기 위한 전선 배럴이다. 그러나, 전선 배럴이 아닌 납땜 처리, 절연 전치 처리, 포크-인-전선 처리 등과 같은 구조를 이용하는 다른 전선 종단 방법도 가능하다. 몸체부(150), 콘택빔(152, 154) 및 전선 종단부(156)를 포함하는 콘택(124)은 공지의 제조 공정 및 방법에 따라 도전성 재료를 이용하여 스탬핑, 형성 및 도금 처리될 수도 있다.
몸체부(150)는 일 실시예에서, 대체로 평면형 또는 사각형이며 콘택 장착 에지(160), 전선 인터페이스 에지(162), 및 콘택 장착 에지(160)와 전선 인터페이스 에지(162) 사이에 연장되는 측면 에지(164)를 포함한다. 전선 종단부(156)는 몸체부(150)의 전선 인터페이스 에지(162)로부터 연장된다. 몸체부(150)는 몸체부를 관통하여 연장되는 다수의 개구(166)를 포함한다. 개구(166)에는 란스(lances) 또는 빔(168)이 수신되고, 란스(168)는 몸체부(150)의 평면으로부터 외측으로 연장된 다. 란스(168)는 커넥터 어셈블리(100)의 조립 이후에 플러그 하우징(122)(도 1에 도시)내에서 콘택(124)을 유지하는 데에 이용된다.
외측 콘택 빔(154)은 콘택 장착 에치(160)로부터 연장되고, 중앙 콘택 빔(152)으로부터 측방향으로 간격을 두어 중앙 콘택 빔(152)이 외측 콘택 빔(154)들 사이에 위치하게 된다. 일 실시예에서, 각각의 외측 콘택 빔(154)은 한 쌍의 콘택 빔을 포함한다. 콘택 빔(154)은 몸체부(150)에 비스듬히 연장하며 플레이트 콘택(118)의 측면들 중 하나와 체결하는 라운드형 접촉면(170)을 포함한다. 접촉면(170)은 콘택(124)이 장착될 때 플레이트 콘택(118)에 대해서 와이프(wipe)되며, 빔(154)의 기울어진 각도에 의해서, 빔(154)이 플레이트 콘택(118)에 체결되어 빔(154)이 구부려지면 플레이트 콘택(118)에 대하여 수직 접촉력이 생성된다.
중앙 콘택 빔(152)은 또한 몸체부(150)에 대하여 비스듬히 연장되고, 플레이트 콘택(118)의 표면과 체결하는 라운드형 접촉면(172)을 포함한다. 접촉면(172)은 콘택(124)이 설치될 때 플레이트 콘택(118)에 대해 와이프되며, 빔(152)의 기울어진 각도에 의해서 빔(152)이 플레이트 콘택(118)에 체결되어 빔(152)이 편향되면 플레이트 콘택(118)에 대하여 수직 접촉력이 생성된다.
일 실시예에서, 중앙 콘택 빔(152) 및 외측 콘택 빔(154)은 콘택 장착 에지(160)를 따라서 서로 마주보는 방향으로 각도를 이룬다. 그러므로 외측 콘택 빔(154)의 접촉면(170) 및 중앙 콘택 빔(152)의 접촉면(172)은 서로 마주보는 방향으로 향하며, 빔(152)과 빔(154)은 플레이트 콘택(118) 위로 삽입될 때 마주하는 방향으로 구부려진다. 따라서, 콘택 빔(152, 154)이 서로 다른 방향으로 각도를 이루는 것에 의해, 빔들(152, 154)이 구부려질 때에 마주하는 방향으로 수직의 접촉력이 제공된다. 빔(152, 154)의 크기 및 형상은 콘택(124) 및 플레이트 콘택(118)의 적합한 기계적 전기적 접속을 제공하기 위한 수직의 접촉력을 생성하도록 설계된다. 그러므로 콘택(124)은 플레이트 콘택(118)상에 특정 각도로 클립으로서 설치되는데, 중앙 콘택 빔(152)에 대한 외측 콘택 빔(154)들 쌍의 측방향 오프셋으로 인하여 적합한 방식으로 자체 유지된다. 더욱이, 다중 빔(152, 154)에 의해 제공되는 다중 접촉면(170, 172)은 중복되는 접촉 지점을 제공하여 플레이트 콘택(118)상에 콘택(124)이 설치될 때 플레이트 콘택(118)에 충분한 전기 접속을 보장한다. 5개의 콘택 빔(하나의 중앙 빔(152)과, 네 개의 외측 빔(154))이 도 2에 도시되어 있으나, 다른 실시예에서 보다 많은 수 또는 보다 적은 수의 콘택 빔들이 제공될 수 있다.
도 3은 콘택(124)의 사시도로서, 중앙 콘택 빔(152)과 외측 콘택 빔(154)의 방향의 예를 도시한다. 빔(152, 154)들 각각은 굽은형 프로파일(curved profile)을 갖는다. 중앙 콘택 빔(152)은 화살표 A로 나타내는 바와 같이 몸체부(150)로부터 제1 방향으로 구부려지고, 그 다음 화살표 B로 나타내는 바와 같이 반대 방향으로 뒤로 구부려져, 빔(152)은 몸체부(150)의 몸체 중심선(174)을 가로지르게 된다. 선택에 따라, 빔(152)은 접촉면(172) 근방에서 몸체 중심선(174)을 가로지를 수도 있다. 접촉면(172)과 빔(152)의 말단부 사이에서 빔(152) 부분은 화살표 C로 나타내는 바와 같이 몸체 중심선(174)으로부터 멀어지는 방향으로 구부려질 수도 있다. 접촉면(172)과 빔(152)의 말단부 사이에서 빔(152) 부분은 콘택(124)과 플레이트 콘택(118)의 정합하는 도중에 플레이트 콘택(118)과 체결하기 위한 램프(ramp)를 정의할 수도 있다(도 1에 도시).
외측 콘택 빔(154)은 몸체부(150)로부터 화살표 D로 나타내는 바와 같이, 중앙 콘택 빔(152)이 구부려지는 방향과 반대 반향으로 구부려진다. 그 다음 콘택 빔(154)은 화살표 E로 나타내는 바와 같이 반애 방향으로 뒤로 구부려져서 빔(154)은 몸체부(150)의 몸체 중심선(174)을 가로지르게 된다. 선택에 따라, 빔(154)은 접촉면(170) 근방에서 중심선(174)을 가로지를 수도 있다. 접촉면(170)과 빔(154)의 말단부 사이에서 빔(154) 부분은 화살표 F로 나타내는 바와 같이 몸체 중심선(174)으로부터 멀어지는 방향으로 구부려질 수도 있다. 접촉면(170)과 빔(154)의 말단부 사이에서 빔(154) 부분은 콘택(124)과 플레이트 콘택(118)이 정합하는 도중에 플레이트 콘택(118)과 체결하기 위한 램프를 정의할 수도 있다(도 1에 도시).
란스(168)는 몸체부(150)의 평면으로부터 외측 방향으로 연장된다. 란스(168)는 콘택(124)이 플러그 하우징(122)내로 들어가는 중에는 대체로 몸체부(150)쪽으로 안쪽으로 구부려질 수 있다(도 1에 도시).
도 4는 커넥터 어셈블리(100)용 플러그 하우징(122)(도 1에 도시)의 사시도이다. 플러그 하우징(122)은 서로로부터 멀어지는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 마주보는 측면들(180, 182)을 포함한다. 선택에 따라, 이 거리는 도전성 플레이트(104)(도 1에 도시)의 피치 P와 대략 동일할 수도 있다. 이와 다르게는, 이 거리는 피치 P의 대략 2배일 수도 있다. 다른 실시예에서 이 거리는 피치 P보다 작을 수도 있다. 플러그 하우징(122)은 플러그 하우징(122)의 하부상에서 측면들(180, 182) 사이에 연장되는 플레이트 정합면(184)과, 플러그 하우징(122)의 상부상에서 측면들(180, 182) 사이에 연장되며 일반적으로 플레이트 정합면(184)과 마주보는 콘택 정합면(186)을 포함한다. 플러그 하우징(122)은 플레이트 정합면(184)과 콘택 정합면(186)의 마주하는 단부들의 측면들(180, 182) 사이에서 연장되는 단부 에지(188)를 더 포함한다. 측면들(180, 182), 정합면(184, 186)및 단부 에지들(188)은 그들 사이에서 콘택(124)을 위한 콘택 챔버(128)를 둘러싼다(도 1 내지 3에 도시).
플러그 하우징(122)의 측면들 중 하나(180)는 슬롯(192)을 포함하며, 측면들 중 나머지 하나(182)는 절연 돌기(insulating projection: 미도시)를 포함한다. 절연 돌기는 플레이트(104)가 스택을 이룰 때 슬롯(192)과 유사한 크기 및 형상을 가져서 슬롯 내에 수용(nesting)된다.
플러그 하우징(122)은 중앙 플랜지(center flange : 194)와, 플러그 정합면(184)으로부터 멀어지는 방향으로 플레이트 정합면(184)으로부터 하향 현수하는 외측 플랜지(196)를 포함한다. 중앙 플랜지(194)는 플레이트 정합면(184)의 측면(180)으로부터 연장되고, 외측 플랜지(196)는 플레이트 정합면(184)의 측면(182)으로부터 연장된다. 플랜지(194, 196)는 각각 중앙 콘택 빔(152) 및 외측 콘택 빔(154)(도 2 및 3에 도시) 위에 놓이며(overlie) 이를 절연시키도록 방향이 정해진다. 예를 들어, 플랜지(194)는 콘택 빔(152)이 스택내 인접 플레이트(104)(도 1에 도시)와 접촉하는 것을 방지하도록 방향이 정해지므로, 연료 전지의 단락을 방 지한다. 이와 유사하게, 플랜지(196)는 콘택 빔(154)이 스택내 인접 플레이트(104)와 접촉하는 것을 방지하도록 방향이 정해진다.
장착 아암(198)은 단부 에지(188)로부터 멀어지는 방향으로 플러그 하우징(122)의 단부 에지(188)로부터 외측으로 현수한다. 선택에 따라, 장착 아암(198)은 서로 다른 길이를 가질 수도 있다. 상이한 길이는 플러그 하우징(122)과 정렬 하우징(120)을 정합하기 위한 키잉 피처(keying feature)로서 작용할 수도 있어서, 플러그 하우징(122)은 인접 콘택(124)의 단락 가능성을 방지하기 위해 정렬 하우징(120)내에서 정확하게 방향이 정해지게 된다. 장착 아암(198)은 정렬 하우징(120)내에 플러그 하우징(122)을 유지하기 위하여 정렬 하우징(120)과 스냅식으로 체결하는 노치(200)를 포함하는데, 이에 대해서는 아래서 보다 상세히 설명한다.
플러그 하우징(122)은 콘택 정합면(186)으로부터 멀어지는 방향으로 정합 정합면(186)에서 상방향으로 현수하는 절연 탭(202)을 포함한다. 절연 탭(202)은 상부 에지(206)로부터 탭(202)의 길이를 따라서 연장되는 슬롯(204)을 포함한다. 슬롯(204)은 탭(202)의 측면 에지(208)들 사이에서 실질적으로 중앙에 위치한다. 탭(202)은 스택내에서 인접 전선 종단부로부터 전선 종단부(156)(도 2 및 3에 도시)를 절연하기 위하여 제공된다. 콘택(124)이 콘택 챔버(128)내로 설치되면, 전선 종단부(156)의 일부가 슬롯(204)내에 수신된다. 슬롯(204)은 커넥터 어셈블리(100)의 처리 및 사용 중에 전선 종단부(156)가 이동하는 것을 방지하도록 작동할 수 있다. 탭(202)은 또한 상부 에지(206) 근방에서 측면 에지(208)로부터 연장 되는 쇼울더부(soulders : 210)를 포함한다. 선택에 따라, 쇼율더부(210)는 정렬 하우징(120)으로부터 플러그 하우징(122)을 설치 또는 제거하기 위한 설치/제거 도구로써 체결될 수도 있다.
도 5는 커넥터 어셈블리(100)용 정렬 하우징(120)(도1에 도시)의 확대 사시도이다. 정렬 하우징(120)은 제1 하우징부(230)와 제2 하우징부(232)를 포함하는 2 부품 부재이다. 하우징부(230, 232)는 실질적으로 유사한 크기 및 형상을 가지며 함께 결합되어 정렬 하우징(120)을 형성한다. 조립되면, 제1 하우징부(230)는 정렬 하우징(120)의 제1 측면(234)을 정의하고, 제2 하우징부(232)는 정렬 하우징(120)의 제2 측면(236)을 정의한다. 측면들(234, 246)은 서로로부터 소정의 거리만큼 이격되는데, 이 거리는 정렬 하우징(120)이 플레이트(104)를 쌓는데(도 1에 도시) 방해가 되지 않게 선택된다. 선택에 따라, 이 거리는 도전성 플레이트(!04)의 피치 P와 실질적으로 동일할 수도 있다. 이 거리는 피치 P의 대략 2배일 수도 있다. 다른 실시예에서 이 거리는 피치 P보다 작을 수도 있다.
제1 하우징부(230)는 제1 측면(234)과 반대 방향에 내부면(inner surface)(238)을 포함한다. 플레이트 정합면(240)은 제1 하우징부(230)의 하부상에서 측면(234)와 내부면(238) 사이에 연장된다. 플러그 정합면(242)은 제1 하우징부(230) 상부에서 제1 측면(234)과 내부면(238) 사이에 연장된다. 제1 하우징부(230)는 마주보는 단부상에서 제1 측면(234)과 내부면(238) 사이에 연장되는 단부 에지(244)를 포함한다. 제1 하우징부(230)에는 개구(opening : 246)가 제공된다. 개구(246)는 플러그 정합면(242)으로부터 연장되며 단부 에지(244)들로부터 이격되며 그들 사이에 실질적으로 중앙에 위치한다. 정렬 하우징(120)이 플레이트(104)(도 1에 도시)에 정합되면, 개구(246)는 플레이트(104)에 액세스된다.
제2 하우징부(232)는 제2 측면(236)과 마주하는 내부면(248)을 포함한다. 플레이트 정합면(250)은 제2 하우징부(232)의 하부상에서 측면(236)과 내부면(248) 사이에 연장된다. 플러그 정합면(252)은 제2 하우징부(2323) 상부에서 제2 측면(236)과 내부면(248) 사이에 연장된다. 제2 하우징부(232)는 마주보는 단부면들 상에서 제2 측면(236)과 내부면(248) 사이에 연장되는 단부 에지(254)를 더 포함한다. 제2 하우징부(232)에는 개구(256)가 제공된다. 개구(256)는 플러그 정합면(252)으로부터 연장되며 단부 에지(254)들로부터 이격되며 그들 사이에 실질적으로 중앙에 위치한다. 정렬 하우징(120)이 플레이트(104)에 정합되면, 개구(256)는 플레이트(104)에 액세스된다.
일 실시예에서, 정렬 하우징부(230, 232)는 하우징부(230, 232)를 함께 결합하기 위하여 사용되는 특징부이다. 선택에 따라, 제1 하우징부(230)는 내부면(238)으로부터 연장되는 맞춤 핀(dowel pin : 258)을 포함할 수도 있다. 선택에 따라, 맞춤 핀(258)은 원통형일 수도 있으나, 다른 형상이 제공될 수도 있다. 제2 하우징부(232)는 맞춤 핀(258)을 수신하기 위한 요부(receptacles : 260)를 포함할 수도 있다. 맞춤 핀(258)은 마찰(friction) 또는 압입(press fit)에 의해 요부(260)내에 고정될 수도 있다. 이와 다르게는, 양 하우징부(230, 232)가 맞춤 핀(258) 및 요부(260)를 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 맞춤 핀(258) 및 요부(260) 대신에 또는 이에 추가적으로 또 다른 유지부 또는 결합 특징부가 사용될 수도 있다. 제1 및 제2 하우징부(230, 232)가 연결되면, 내부면(238, 248)은 그들 사이에 플러그 하우징(122) 및 콘택(124)(도 1에 도시)이 있는 수용 챔버(126)(도 1 및 7에 도시)를 정의한다. 정렬 하우징부(230, 232)는 수용 챔버(126)내로 연장되며 플러그 하우징(122)의 장착 아암(198)(도 4에 도시)과 상호작용하는 플러그 장착 탭(264)을 포함할 수도 있다. 선택에 따라, 정렬 하우징부(230, 232)는 단부 에지(244, 254)들 중 하나 또는 양측에 노치(266)를 포함할 수도 있다. 노치(266)는 정렬 하우징(120) 및 플레이트(104)의 조립 중에 적합한 배향의 시각적 표지를 제공할 수 있다. 노치(266)는 정렬 하우징(120)을 정렬 및/또는 설치/분리를 보조하는 도구로 사용될 수도 있다. 정렬 하우징부(230, 232)는 내부면(238, 248)로부터 연장되는 내벽(internal wall : 268)을 포함할 수도 있다. 벽(268)은 플레이트 콘택(118)(도 1에 도시)과 예를 들어 2개의 맞춤 핀(258) 및 이에 대응하는 요부(260)를 이용하여 체결되는데, 조립 과정에서 플레이트 콘택(118)에 대하여 정렬 하우징(120)을 방향을 정한다.
도 6은 커넥터 어셈블리(100)의 조립 과정의 초기 단계를 설명하는 커넥터 어셈블리(100)의 확대 사시도이다. 도시한 실시예에서, 도전성 플레이트(104)는 플레이트 콘택(118)을 포함한다. 플레이트 콘택(118)은 플레이트(104)로부터 별도로 제공되며 공지된 부착 방식, 예를 들어 용접 또는 납땜 처리를 이용하여 인터페이스(300)를 따라서 플레이트에 부착된다. 위에서 설명한 바와 같이, 일단 조립되면, 플레이트 콘택(118)은 플레이트(104)의 장착 에지(302)로부터 상승되어 있으므로 정렬 하우징(120), 플러그 하우징(122) 및 콘택(124)을 수신하기 위한 탭을 정 의한다. 도시한 실시예에서, 정렬 하우징(120)은 장착 에지(302)의 상부에 장착되지만, 다른 실시예에서는 정렬 하우징(120)의 적어도 일부가 장착 에지(302) 아래로, 예를 들어 플레이트(104)의 표면을 따라서 연장될 수도 있다. 위에서 더 설명한 바와 같이, 플레이트 콘택(118)은 플레이트(104)와 일체형으로 형성되어서 플레이트(104)는 콘택(124)과의 체결을 위한 탭을 정의하는 플레이트 콘택만을 포함하게 된다. 다른 실시예에서는, 장착 에지(302)로부터 상방향으로 연장되는 탭을 갖지 않고 플레이트 콘택(118)의 상부면이 플레이트(104)의 장착 에지(302)와 평면으로 이어질 수 있고(flush with), 콘택(124)은 장착 에지(302) 아래에서 플레이트 콘택(118)과 체결될 수도 있다. 이와 유사하게, 플레이트 콘택(118)은 플레이트(104)의 장착 에지(302)에 대해서 더 안쪽으로 들어갈 수도 있다. 선택에 따라, 플레이트 콘택(118) 및 플레이트(104)는 동일한 두께를 가질 수도 있다.
도시한 실시예에서, 플레이트 콘택(118)은 그 전체를 통해서 연장되는 플레이트 어퍼쳐(apertures : 304)를 포함한다. 조립 초기 단계에는 플레이트 콘택(118)에 정렬 하우징(120)을 장착하는 단계가 포함된다. 예를 들어, 제1 하우징부(230)는 플레이트 어퍼쳐(304)를 통해 제1 하우징부(230)의 맞춤 핀(258)을 예컨대 화살표 G로 도시하는 정합 방향으로 끼움으로써 플레이트 콘택(118)에 부착된다. 제2 하우징부(232)는 제2 하우징부(232)에서 요부(260)내로 맞춤 핀(258)을 끼움으로써 제1 하우징부(230) 및 플레이트 콘택(118)에 부착된다. 제2 하우징부(232)는 화살표 H로 나타내는 정합 방향을 따라서 정합된다. 플레이트 어퍼쳐(304)를 통해서 맞춤 핀을 넣음으로써, 정렬 하우징(120)은 플레이트 콘택(119) 에 확실하게 결합될 수 있다. 도시한 실시예에서, 4개의 맞춤 핀(258) 및 이에 대응하는 4개의 요부(260)가 제공된다. 단지 2개의 플레이트 어퍼쳐(304)가 제공되어 있고, 4개의 맞춤 핀(258) 중 2개가 플레이트 어퍼쳐(304)에 수신된다. 이와 다르게 보다 많은 개수의 또는 보다 적은 개수의 맞춤 핀(258), 요부(260) 및 플레이트 어퍼쳐(304)가 제공될 수도 있다.
커넥터 어셈블리(100)의 조립의 또 다른 초기 단계에는 콘택(124) 및 플러그 하우징(122)을 정합하는 단계가 포함된다. 콘택(124)은 예를 들어, 화살표 I로 나타내는 도입 방향으로 콘택 정합면(186)을 지나 콘택 챔버(128)내로 들어간다. 콘택(124)은 플러그 하우징(122)의 슬롯(204)내에 중앙 콘택 빔(152)이 꼭 맞도록 들어간다. 콘택(124)으로부터 전선(130)이 연장된다.
도 7은 커넥터 어셈블리(100)의 조립 과정의 또 다른 단계를 나타내는 커넥터 어셈블리(100)의 확대 사시도이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 정렬 하우징(120)은 플레이트 콘택(118)에 부착되고, 콘택(124)은 플러그 하우징(122)내로 들어간다. 플레이트 콘택(119)의 일부는 제1 및 제2 하우징부(230, 232)내의 개구(246, 256)를 통해서 접근 가능하다. 플레이트 정합면(240, 250)은 플레이트(109)의 장착 에지(302)와 체결된다.
도 7에 더 나타나 있는 바와 같이, 플러그 하우징(122)내에서 콘택(124)은 중앙 콘택 빔(152)이 중앙 플랜지(194)와 정렬되고 외측 콘택 빔(154)이 외측 플랜지(196)와 정렬되도록 위치가 정해진다. 선택에 따라, 중앙 콘택 빔(152)의 접촉면(172)은 중앙 플랜지(194)와 체결되고, 외측 콘택 빔(154)의 접촉면(170)은 외측 플랜지(196)와 체결된다. 전선 종단부(156)는 콘택 정합면(186)으로부터 절연 탭(202)을 따라서 상방향으로 연장된다.
플러그 하우징(122)과 정렬 하우징(120)의 정합 중에, 플러그 하우징(122)은 화살표 J로 나타내는 적재 방향을 따라서 적재된다. 플러그 하우징(122)의 장착 아암(198)은 정렬 하우징(120)의 플러그 장착 탭(264)과 체결되어 정렬 하우징(120)내에 플러그 하우징(122)을 유지한다. 플러그 하우징(122)과 정렬 하우징(120)의 정합 중에, 콘택(152, 154)은 플레이트 콘택(118)과 체결된다. 이와 다른 실시예에서, 플러그 하우징(122)은 콘택 챔버(128)내로 들어가기 이전에 수용 챔버(126)내로 들어갈 수도 있고, 또는 정렬 하우징(120)은 플러그 하우징(122) 및 콘택(124)이 플레이트 콘택(118)에 연결된 이후에 플레이트 콘택(118)에 고정될 수도 있다.
도 8은 조립된 상태의 커넥터 어셈블리(100)의 전면도를 도시한다. 도 9는 조립된 상태의 커넥터 어셈블리(100)의 후면도를 도시한다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 외측 콘택 빔(154) 및 중앙 플랜지(194)는 플레이트 콘택(118)의 제1 면을 따라서 연장되며 이와 체결된다. 외측 콘택 빔(154)은 플레이트 콘택(118)에 의해서 구부려지는데, 이로써, 플레이트 콘택(118)의 제1 면(114)상에 수직력이 생성된다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 중앙 콘택 빔(152) 및 외측 플랜지(196)는 플레이트 콘택(118)의 제2 면(116)과 체결된다. 중앙 콘택 빔(152)은 플레이트 콘택(118)에 의해서 구부려지는데, 이로써 플레이트 콘택(118)의 제2 면(116)상에 수직력이 생성된다. 중앙 콘택 빔(152)에 의해서 생성되는 수직력은 대체로 외측 콘 택 빔(154)에 의해서 생성되는 수직력과 반대 방향이므로, 대향하는 접촉 수직력에 의해 콘택(124)이 플레이트 콘택(188)에 확실히 체결될 수 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 플러그 하우징(122)은 그 전체를 통과하는 윈도우(310)를 포함한다. 콘택(124)의 란스(168)는 윈도우(310)내로 연장되어 플러그 하우징(122)내에 콘택(124)을 고정시킨다. 콘택(124)은, 란스(168)를 누르고 콘택(124)을 상방향으로 당김으로써 플러그 하우징(122)으로부터 제거될 수 있다. 전선(130)은 콘택(124)으로부터 연장된다.
도 10은 다중 커넥터 어셈블리(100)를 포함하는 일 전기 시스템(102)의 부분 사시도이다. 도시한 실시예에는 4개의 커넥터 어셈블리(100)가 도시되어 있다. 커넥터 어셈블리(100)는 2개의 행으로 배열되어 있다. 인접 플레이트(104)에 결합되는 커넥터 어셈블리(100)는 지그재그형이거나 오프셋된다. 이러한 오프셋에 의해 플레이트(104)의 보다 빽빽한(tighter) 간격이 가능하게 된다. 예를 들어, 도시한 실시예에서, 플레이트(104)의 피치 P는 대응하는 커넥터 어셈블리(100)의 두께보다 작다. 이러한 경우에, 보다 많은 개수의 플레이트(104)와 보다 많은 개수의 커넥터 어셈블리(100)는 주어진 공간내에 꼭 들어맞을 수도 있다. 다른 실시예에서, 3개 이상의 커넥터 어셈블리(100)가 스택을 훨씬 더 빽빽하게 하며 조립을 보다 용이하게 하기 위해서 제공될 수도 있다.
선택에 따라, 커넥터 어셈블리(100) 보다 구체적으로는 정렬 하우징(120)은 플레이트(104)가 스택되기 이전에 각각의 플레이트(104)에 결합된다. 따라서, 하우징부가 함께 꼭 들어맞게 하기에 적합한 공간이 제공된다. 일단 플레이트(104) 가 스택으로 쌓이면, 인접 커넥터 어셈블리(100)는 서로의 다음에 위치된다. 선택에 따라, 스택의 공간은 커넥터 어셈블리(100)가 서로 접촉할 수 있게도 할 수 있다. 일 실시예에서, 정렬 하우징(120) 및 플러그 하우징(122)은 인접하는 커넥터 어셈블리(100)의 도전성 부품이 접촉되는 것을 방지하고, 따라서 시스템(102)의 단락을 방지할 수 있도록 절연성이다. 예를 들어, 플러그 어셈블리(122)는 콘택(124)의 몸체를 완전히 둘러싼다. 절연 탭(202)은 전선 종단부(156)가 스택내 인접 종단부(156)로부터 절연시키기 위하여 제공된다. 인접 중앙 콘택 빔(152)(도 2에 도시)으로부터 중앙 콘택 빔(152)을 절연시키기 위하여 중앙 플랜지(194)가 제공된다. 인접 외측 콘택 빔(154)으로부터 외측 콘택 빔(154)을 절연시키기 위하여 외측 플랜지(196)가 제공된다.
따라서 본 발명의 커넥터 어셈블리(100)는 전술한 문제들을 방지하며 도전성 플레이트를 외부 장치에 신뢰성 있게 연결할 수 있다. 예를 들어, 기존 커넥터 시스템에서는 사용이 불가능하던 예를 들면 연료 전지 스택과 이용시에 안정적이며 장기간 사용 가능한 콘택 시스템이 제공된다. 콘택(124)은 연료 전지의 플레이트(104)에 대해서 서로 반대 방향으로 수직력을 제공하는 중복 콘택 빔(152, 154)을 포함하여 제공된다. 콘택 빔(152, 154)은 콘택(124)과 플레이트(104)의 기계적 전기적 접속을 보장한다. 따라서, 플레이트(104)에 대한 우월한 전기 및 기계적 접속이 제공된다. 정렬 하우징(120)은 플레이트(104)에 안전하게 결합되고, 플러그 하우징(122)은 정렬 하우징(120)과 별도로 제공되어 그 안에 수신된다. 콘택(124)은 플러그 하우징(122)내에 수신되며 플레이트(104)와 체결하도록 방향이 정해진다. 플러그 하우징(122)의 플랜지(194, 196)는 스택내에서 인접 콘택(124)들이 서로 단락을 방지하게 한다.
특정 실시예에 대하여 본 발명을 기술하였으나, 당업자라면, 청구의 범위의 사상 및 범주내에서 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 플레이트 장착 에지와 상기 플레이트 장착 에지로부터 연장된 제1 및 제2면(114, 116)으로 형성되는 도전성 플레이트(104, 108)와 정합하기 위한 커넥터 어셈블리(100)로서,
    상기 커넥터 어셈블리는,
    상기 플레이트의 상기 플레이트 장착 에지에 장착하기 위한 정렬 하우징(120)으로서 내부에 수용 챔버(126)를 한정하는 정렬 하우징(120); 및
    내부에 콘택(124)을 유지하는 플러그 하우징(122)을 포함하며,
    상기 플러그 하우징은 상기 콘택이 상기 플레이트의 상기 제1 면 및 제2 면과 습동 체결하도록 상기 수용 챔버내에 수신되며,
    상기 콘택은 전선(130)에 직접 결합하도록 구성되는 전선 종단부(156)를 포함하고, 상기 플러그 하우징(122)은 상기 플러그 하우징의 일 면으로부터 연장되는 절연 탭(202)을 포함하며, 상기 절연 탭은 상기 전선 종단부를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플러그 하우징(122)은 상기 정렬 하우징(120)에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정렬 하우징(120)은 제1 하우징부(230) 및 제2 하우징부(232)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정렬 하우징(120)은 제1 하우징부(230) 및 제2 하우징부(232)를 포함하며, 상기 제1 하우징부는 자신으로부터 연장되는 맞춤 핀(dowel pin; 258)을 구비하고 상기 제2 하우징부(232)는 상기 제1 및 제2 하우징부들의 정합 과정에 상기 맞춤 핀과 정렬되며 이를 수신하는 개구(260)를 내부에 구비하고,
    상기 플레이트(118)는 자신을 관통하는 플레이트 개구(304)를 포함하며, 상기 맞춤 핀은 상기 정렬 하우징을 상기 플레이트에 유지하기 위해 상기 플레이트 개구를 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플러그 하우징(122)은 상기 플러그 하우징의 일 면(186)으로부터 연장되는 절연 부재(202)를 포함하고, 상기 절연 부재는 상기 콘택(124)의 일부를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플러그 하우징(122)은 상기 플러그 하우징의 대향하는 면들로부터 연장되는 장착 아암(mounting arms; 198)을 포함하며, 상기 장착 아암은 상기 정렬 하우징(120)과 스냅식으로(snappably) 체결되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘택(124)은 제1 및 제2 콘택 빔(152, 154)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 콘택 빔은 상기 플레이트 장착 에지에 인접한 상기 플레이트의 반대편의 면들(114, 116)과 체결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 플러그 하우징(122)은 상기 플러그 하우징의 일 면으로부터 연장되는 적어도 하나의 절연 플랜지(194, 196)을 포함하고, 각각의 절연 플랜지는 상기 제1 및 제2 콘택 빔들 중 하나를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘택(124)은 상기 플러그 하우징(122)에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 커넥터 어셈블리.
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