KR101339697B1 - 직선 운동 전기 커넥터 어셈블리 - Google Patents

Abstract

직선 운동 전기 커넥터는 내부면에 의해 규정된 구멍을 가지는 외부 구성요소 및 구멍 내에 있는 실린더를 포함한다. 실린더는 외부면을 가진다. 환형 홈은 외부 구성요소의 내부면이나 실린더의 외부면 중의 하나에 형성된다. 환형 홈은 축방향 길이를 가진다. 도전성 스프링이 환형 홈내에 끼워지며 외부 구성요소와 실린더 사이에 전기적 접촉을 제공한다. 도전성 나선형 스프링은 실린더가 외부 구성요소에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 환형 홈의 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성된다.

Description

직선 운동 전기 커넥터 어셈블리{LINEAR MOTION ELECTRICAL CONNECTOR ASSEMBLY}

본 발명은 전반적으로 전기 커넥터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 직선 운동 전기 커넥터 어셈블리에 관한 것이다.

많은 적용들은 전기적 연결을 유지하면서 하나의 구성요소를 다른 하나의 구성요소에 대하여 이동시키는 것을 필요로 한다. 예를 들어, 텔리스코핑 안테나는 베이스와 단부 사이에 안테나의 전체 길이에 걸친 전기적 연결을 필요로 한다. 하나의 해결 방안은 두 개의 구성요소들 사이에, 핑거 스프링과 같은, 슬라이딩 접촉 장치를 제공하는 것이다. 그러나, 핑거 스프링은 세그먼트들이 이동될 때 튀면서 이동하며(skip), 간헐적인 접촉을 초래한다. 게다가, 슬라이딩 접촉 장치의 마찰은 조인트가 고착되게 할 수 있는, 금속 조각과 같은, 마모 생성물을 생성할 수 있다. 결국, 마모는 핑거 스프링의 고장을 초래할 수 있다. 다른 해결 방안은 두 개의 구성요소들 사이에 유연한 케이블을 제공하는 것이다. 유연한 케이블은 구성요소들이 서로에 대하여 이동될 때, 연속적인 연결을 제공할 수 있으며 마모 생성물을 조인트로 도입하지 않는다. 그러나, 케이블의 굽힘은 전도체 또는 절연체의 피로를 초래할 수 있으며, 전기적 연결의 단락이나 고장을 초래한다.

일 실시예에서, 직선 운동 전기 커넥터는 구멍을 한정하는 내부면을 가지는 외부 구성요소 및 구멍 내에 배치된 실린더를 포함할 수 있다. 실린더는 외부면을 가질 수 있다. 게다가, 환형 홈이 외부 구성요소의 내부면이나 실린더의 외부면 중의 하나에 형성될 수 있다. 나아가, 도전성 스프링이 환형 홈내에 끼워질 수 있다. 도전성 나선형 스프링은 외부 구성요소와 실린더 사이에 전기적 접촉을 제공할 수 있다. 도전성 나선형 스프링은, 실린더와 외부 구성요소가 서로에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 홈의 길이를 따라 롤링될 수 있다.

다른 실시예에서, 신축가능한 안테나는 내부면에 의해 규정된 구멍을 가지는 제1 안테나 세그먼트 및 구멍 내에 배치된 제2 안테나 세그먼트를 포함할 수 있다. 제2 안테나 세그먼트는 외부면을 가질 수 있다. 환형 홈은 제2 안테나 세그먼트의 외부면이나 제1 안테나 세그먼트의 내부면 중의 하나에 형성될 수 있다. 환형 홈은 축방향 길이를 가질 수 있으며 도전성 스프링은 환형 홈내에 끼워질 수 있다. 도전성 스프링은 제1 안테나 세그먼트와 제2 안테나 세그먼트 사이에 전기적 접촉을 제공할 수 있다. 게다가, 도전성 나선형 스프링은, 제2 안테나 세그먼트가 제1 안테나 세그먼트에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 환형 홈의 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 로봇 시스템은 내부면에 의해 규정된 구멍을 가지는 몸체 및 구멍 내에 있는 샤프트를 포함할 수 있다. 샤프트는 외부면을 가질 수 있다. 환형 홈은 샤프트의 외부면이나 몸체의 내부면 중의 하나에 형성될 수 있으며 환형 홈은 축방향 길이를 가질 수 있다. 도전성 스프링은 환형 홈내에 끼워질 수 있으며, 샤프트와 몸체 사이에 전기적 접촉을 제공할 수 있다. 게다가, 도전성 나선형 스프링은, 샤프트가 몸체에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 환형 홈의 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성될 수 있다.

또 다른 예시적인 실시예에서, 유압 시스템은 내부면에 의해 규정된 구멍을 가지는 실린더 및 구멍 내에 있는 피스톤을 포함할 수 있다. 피스톤은 외부면을 가질 수 있다. 환형 홈은 피스톤의 외부면이나 실린더의 내부면 중의 하나에 형성될 수 있으며, 환형 홈은 축방향 길이를 가진다. 도전성 스프링은 환형 홈내에 끼워질 수 있으며, 실린더와 피스톤 사이에 전기적 접촉을 제공할 수 있다. 게다가, 도전성 나선형 스프링은, 피스톤이 실린더에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 환형 홈의 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성될 수 있다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있으며, 이의 수많은 특징과 이점은 본 기술분야에 숙련된 사람에게 명백해진다.
도 1은 직선 운동 전기 커넥터의 예시적인 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 2는 롤링 스프링의 예시적인 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 직선 운동 전기 커넥터의 다른 예시적인 실시예를 도시하는 도면들이다.
상이한 도면들에서 동일한 참조 부호의 사용은 유사하거나 동일한 품목을 가리킨다.

도 1은 전체적으로 100으로 표시되는 직선 운동 전기 커넥터의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 직선 운동 전기 커넥터(100)는 외부 구성요소(102)와 실린더(104)를 포함할 수 있다. 외부 구성요소(102)는 구멍을 한정하는 내부면(106)을 가질 수 있으며 실린더(104)는 외부면(108)을 가질 수 있다. 실린더(104)는 외부 구성요소(102)의 구멍의 내측에 슬라이딩되게 끼워지는 크기로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 실린더(104)는 실린더(104)가 구멍 내에서 중심에 위치하고 정렬될 때 실린더(104)의 외부면(108)과 외부 구성요소(102)의 내부면(106) 사이에 최소의 접촉이 있는 크기로 만들어질 수 있다. 실린더(104)와 외부 구성요소(102)는 행정 길이에 걸쳐 서로에 대하여 이동될 수 있다.

게다가, 환형 홈들(110 및 112)이 실린더(104)의 외부면(108)에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 환형 홈들(110)은 깊이(114)와 축방향 길이(116)를 가지는 사각형 단면을 가질 수 있다. 대체 실시예들에서, 하나 이상의 환형 홈들이 있을 수 있다. 일반적으로, 환형 홈들의 수는 환형 홈들이 겹쳐지지 않도록, 행정 길이에 대한 구멍의 길이의 비율보다 적을 수 있다. 행정 길이는 통상의 작동 중에 직선 운동 전기 커넥터의 이동의 전체 범위일 수 있다. 게다가, 환형 홈들은 구멍에 대하여 중심에 위치하며 정렬되는 위치에 실린더(104)를 유지하기 위해 구멍 길이를 따라 배치될 수 있다.

롤링 스프링들(118 및 120)은 환형 홈들(110 및 112) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 롤링 스프링들(118 및 120)은 아래에서 더 상세하게 설명되는 겹쳐진 나선형 코일 스프링일 수 있다. 대체 실시예에서, 다른 형상들의 롤링 스프링들이 사용될 수 있다. 예를 들어, Kunkel의 미국 특허 3,502,784에 설명된 바와 같은 겹쳐지지 않은 나선형 코일 스프링이나 Mather의 미국 특허 3,468,527에 설명된 바와 같은 경사진 코일 스프링.

직선 운동 전기 커넥터의 작동 중에, 실린더(104)와 외부 구성요소(102)는 서로에 대하여 직선으로 변진 이동될 수 있다. 실린더(104)와 외부 구성요소(102) 사이의 전기적 연결은 이동 중에 유지될 수 있다. 롤링 스프링들(118 및 120)은 환형 홈(110 및 112)을 따라 롤링될 수 있다. 롤링 스프링들(118 및 120)이 롤링될 때, 실린더(104)와 외부 구성요소(102) 사이의 미끄럼 마찰이 상당히 감소될 수 있다.

도 2는 전체적으로 200으로 표시되는 예시적인 롤링 스프링을 도시한다. 롤링 스프링(200)은 도전성 리본(202)을 겹쳐진 나선형 코일(204)로 감음으로써 형성될 수 있다. 도전성 리본(202)은 약 0.060 인치와 약 0.300 인치 사이의 폭과 약 0.003 인치와 약 0.006 인치 사이의 두께를 가질 수 있다. 나선형 코일(204)의 각각의 권선은 오버랩 거리로 나선형 코일(204)의 이전의 권선에 겹칠 수 있다. 예를 들어, 권선(206)은 이전의 권선(208)에 겹친다. 오버랩 거리는 도전성 리본(202)의 폭의 약 20%와 약 40% 사이에 있을 수 있다. 겹쳐진 나선형 코일(204)은 코일 직경(210)을 가질 수 있다. 코일 직경(210)은 약 0.060 인치와 약 0.250 인치 사이와 같이, 도전성 리본(202)의 폭의 약 3배보다 더 작을 수 있다. 게다가, 환형 형상을 가지는 롤링 스프링(200)을 형성하기 위해, 겹쳐진 나선형 코일(204)은 구부러질 수 있으며 도전성 리본(202)의 단부들은 용접과 같은 것에 의해 함께 접합될 수 있다. 대체 실시예에서, 중공이 없는 링이 겹쳐진 나선형 코일 내에 배치될 수 있다. 롤링 스프링(200)은 내부 직경(212)을 가질 수 있다. 롤링 스프링(200)의 내부 직경은 적어도 코일 직경(210)의 약 8배 이상일 수 있다.

일 실시예에서, 도전성 리본(202)은 금속이나 금속 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 리본(202)은 하스텔로이, Ni220, 및 피녹스(Phynox)와 같은 니켈 합금, 베릴륨동과 구리-크롬-아연 합금과 같은 구리 합금, 또는 스테인레스 강을 포함할 수 있다. 게다가, 금속 리본은 금, 주석, 니켈, 또는 은과 같은 도금 금속으로 도금될 수 있다. 대체 실시예에서, 도전성 리본은 도전성 폴리머나 도금 금속으로 코팅된 폴리머와 같은 폴리머로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도전성 폴리머는 도전성 필러를 가지는 폴리머일 수 있다.

일 실시예에서, 롤링 스프링(200)의 내부 직경(212)은, 롤링 스프링(200)과 실린더의 외부면 사이에 균일한 접촉이 있도록, 환형 홈의 위치에 있는 실린더의 직경과 서로 관련될 수 있다. 게다가, 코일 직경(210)은 환형 홈의 깊이와 관련될 수 있다. 구체적으로, 적정한 압축력 하에서, 롤링 스프링(200)의 외부 엣지는 외부 구성요소의 내부면과 균일한 접촉을 유지한다. 게다가, 적정한 압축력 하에서, 겹쳐진 나선형 코일은 대체로 원형 단면을 유지할 수 있다. 적정한 압축력은 코일 직경의 20% 이하이며, 심지어 코일 직경의 15% 이하와 같이, 코일 직경의 약 25% 이하의 스프링의 횡단 직경 압축을 초래할 수 있다. 일 실시예에서, 코일 직경의 적어도 약 10%를 초래하는 스프링의 횡단 직경 압축이 적당한 전기적 접촉을 유지하는데 바람직하다. 다른 실시예에서, 스프링은 나선형 코일 내에 배치되는, 중공이 없는 금속 링을 가질 수 있다. 중공이 없는 금속 링은 무거운 측면 부하 하에서 스프링의 압축을 대체적으로 더 많이 제한할 수 있다.

도 3 내지 도 5로 돌아가서, 전체적으로 300으로 표시되는 직선 운동 전기 커넥터의 다른 실시예가 도시된다. 도 3을 참조하면, 실린더(304)는 외부 구성요소(302) 내에 배치된다. 게다가, 외부 구성요소(302)는 환형 홈들(306 및 308)을 포함할 수 있다. 롤링 스프링들(310 및 312)이 각각의 환형 홈들 내에 배치될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 실린더(304)가 외부 구성요소(302)로 완전히 삽입될 때, 롤링 스프링들(310 및 312)은 환형 홈들(306 및 308)의 제1 단부에 배치될 수 있다. 실린더(304)가 외부 구성요소(302)에 대하여 도 4에 도시되는 위치로 이동될 때, 롤링 스프링들(310 및 312)은 롤링에 의해 실린더(304)의 축에 평행한 방향으로 실린더(304)의 외부면을 따라 그리고 환형 홈들(306 및 308) 내에서 이동된다. 실린더(304)의 외부면을 따른 이동은 스프링의 각각의 권선의 중심점에 의해 규정된 개개의 코일 축의 둘레로 롤링하는 각각의 롤링 스프링(310 및 312)에 의해 달성될 수 있다. 행정 길이의 나머지에 대한 실린더(304)의 추가 이동은 도 5에 도시된 바와 같이 롤링 스프링들(310 및 312)이 환형 홈들(306 및 308)의 제2 단부로 롤링하는 것을 초래한다. 행정 길이는 도 3에 도시된 위치와 도 5에 도시된 위치 사이의 차이에 의해 설명된다.

일반적으로, 롤링 스프링들(310 및 312)은 외부 구성요소(302)의 구멍 내에서 중심에 정렬되게 실린더(304)를 유지하는 작용을 할 수 있다. 중심 정렬은 외부 구성요소(302)의 내부면과 실린더(304)의 외부면 사이의 마찰을 대체적으로 감소시킨다. 게다가, 스프링들(310 및 312)의 롤링은 내부면이나 외부면에 대한 스프링들(310 및 312)의 미끄럼 마찰을 방지할 수 있다. 일반적으로, 롤링 스프링들(310 및 312)의 어떤 롤링 마찰이 스프링들(310 및 312)의 미끄럼 마찰보다 상당히 작을 수 있다. 따라서, 롤링 스프링들(310 및 312)은 직선 운동 전기 커넥터(300)의 전체 마찰을 감소시키는 작용을 할 수 있다. 감소된 마찰은 마모를 감소시킬 수 있으며 직선 운동 전기 커넥터(300)의 수명을 연장시킬 수 있다.

직선 운동 전기 커넥터는 전기적 연결이 직선 운동 조인트를 가로질러 유지되기 위해 필요한 다양한 적용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 직선 운동 전기 커넥터는 안테나의 연장부의 전체 범위에 걸쳐 연속적인 전기적 연결을 제공하기 위해 신축가능한 안테나에 사용될 수 있다. 다른 예에서, 직선 운동 전기 커넥터는 로봇 시스템에 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 직선 운동 전기 커넥터는 피스톤을 통과하는 연결을 제공하기 위해 유압 피스톤에 통합될 수 있다.

일 실시예에서, 직선 운동 전기 커넥터는, 전기 스트라이크 또는 다른 전기 방출로부터의 손상을 제한하기 위해서와 같이, 그라운딩을 위한 전류 경로를 제공하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 직선 운동 전기 커넥터는 전력공급원으로부터 나온 전기 경로를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, DC 또는 AC 전류는 전력을 장치에 제공하기 위해 직선 운동 전기 커넥터를 통과할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어 신호가 제어 시스템으로부터 직선 운동 전기 커넥터를 통과하여 장치로 제공될 수 있다.

Claims (34)

1. 내부면에 의해 규정된 구멍(bore)을 가지는 외부 구성요소;
   상기 구멍 내에 있으며, 외부면을 가지는 실린더;
   상기 실린더의 상기 외부면이나 상기 외부 구성요소의 상기 내부면 중의 하나에 형성되며, 축방향 길이를 가지는 환형 홈; 및
   상기 환형 홈내에 끼워지며, 상기 외부 구성요소와 상기 실린더 사이에 전기적 접촉을 제공하는 도전성 스프링을 포함하는 직선 운동 전기 커넥터로서,
   상기 도전성 스프링은, 상기 실린더가 상기 외부 구성요소에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 상기 환형 홈의 상기 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성되는, 직선 운동 전기 커넥터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 환형 홈은 상기 실린더의 상기 외부면에 형성되는, 직선 운동 전기 커넥터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 환형 홈은 상기 외부 구성요소의 상기 내부면에 형성되는, 직선 운동 전기 커넥터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 환형 홈은 사각형 단면을 가지는, 직선 운동 전기 커넥터.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도전성 스프링은 복수의 권선들을 가지는 나선형의 형태인, 직선 운동 전기 커넥터.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도전성 스프링은 환형 형상을 가지는 폐 루프인, 직선 운동 전기 커넥터.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 실린더는 행정 길이(stroke length)에 걸쳐서 상기 외부 구성요소에 대하여 이동되는, 직선 운동 전기 커넥터.
8. 제7항에 있어서,
   상기 구멍은 구멍 길이를 가지며, 상기 환형 홈은 적어도 하나의 환형 홈이며, 상기 적어도 하나의 환형 홈의 수는 상기 행정 길이에 대한 상기 구멍 길이의 비율보다 적은, 직선 운동 전기 커넥터.
9. 제8항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 환형 홈은 상기 구멍 길이를 따라 분포되는, 직선 운동 전기 커넥터.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 나선형 스프링은 코일 직경을 가지며 상기 환형 홈은 깊이를 가지며, 상기 깊이는 상기 코일 직경의 75% 이상인, 직선 운동 전기 커넥터.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 나선형 스프링은 도전성 리본을 포함하는, 직선 운동 전기 커넥터.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 나선형 스프링은 도금 금속으로 도금되는, 직선 운동 전기 커넥터.
13. 내부면에 의해 규정된 구멍을 가지는 제1 안테나 세그먼트;
    상기 구멍 내에 배치되며, 외부면을 가지는 제2 안테나 세그먼트;
    상기 제2 안테나 세그먼트의 상기 외부면이나 상기 제1 안테나 세그먼트의 상기 내부면 중의 하나에 형성되며, 축방향 길이를 가지는 환형 홈; 및
    상기 환형 홈내에 끼워지며, 상기 제1 및 제2 안테나 세그먼트들 사이에 전기적 접촉을 제공하는 도전성 스프링을 포함하는 신축가능한 안테나로서,
    상기 도전성 스프링은, 상기 제2 안테나 세그먼트가 상기 제1 안테나 세그먼트에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 상기 환형 홈의 상기 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성되는, 신축가능한 안테나.
14. 내부면에 의해 규정된 구멍을 가지는 몸체;
    상기 구멍 내에 있으며, 외부면을 가지는 샤프트;
    상기 샤프트의 상기 외부면이나 상기 몸체의 상기 내부면 중의 하나에 형성되며, 축방향 길이를 가지는 환형 홈; 및
    상기 환형 홈내에 끼워지며, 상기 샤프트와 상기 몸체 사이에 전기적 접촉을 제공하는 도전성 스프링을 포함하는 로봇 시스템으로서,
    상기 도전성 스프링은, 상기 샤프트가 상기 몸체에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 상기 환형 홈의 상기 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성되는, 로봇 시스템.
15. 내부면에 의해 규정된 구멍을 가지는 실린더;
    상기 구멍 내에 있으며, 외부면을 가지는 피스톤;
    상기 피스톤의 상기 외부면이나 상기 실린더의 상기 내부면 중의 하나에 형성되며, 축방향 길이를 가지는 환형 홈; 및
    상기 환형 홈내에 끼워지며, 상기 실린더와 상기 피스톤 사이에 전기적 접촉을 제공하는 도전성 스프링을 포함하는 유압 시스템으로서,
    상기 도전성 스프링은, 상기 피스톤이 상기 실린더에 대하여 이동될 때, 전기적 접촉을 유지하기 위해 상기 환형 홈의 상기 축방향 길이를 따라 롤링되도록 구성되는, 유압 시스템.
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