KR101923506B1 - 전류 도체들을 위한 접촉 시스템 - Google Patents

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제니퍼 스카라비쉬
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에이비비 슈바이쯔 아게
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Abstract

본 발명은 도체들(21,22), 특히 높은 전류 강도들을 전달하기 위한 전류 도체들을 연결하기 위한 접촉 디바이스에 관한 것으로, 상기 접촉 디바이스는 제 1 및 제 2 요소들(31,32), 상세하게는 제 1 및 제 2 링(ring)들을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 링들은 제 1 도체(21)를 수용하기 위한 내측 오목부와 중공-원통형 제 2 도체(22) 내에 수용되는 바깥쪽 외형을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32) 각각은 접촉 엘리먼트들(4)을 구비하고, 상기 접촉 엘리먼트들(4)은 상기 내측 오목부 주위로 연장되고, 상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32)에 의해 둘러싸인 상기 내측 오목부에 수직인 방향으로 각자의 요소(31,32)로부터 돌출하고; 상기 접촉 엘리먼트들(4) 사이에는 각각의 경우에 각자의 다른 요소의 접촉 엘리먼트를 수용하기 위한 오목부가 제공된다.

Description

전류 도체들을 위한 접촉 시스템{CONTACT SYSTEM FOR CURRENT CONDUCTORS}
본 발명은 두 개의 전기 도체들의 연결에 관한 것이고, 특히 높은 전류 강도들을 전달하기 위한 전기 도체들에 관한 것이다.
개폐기 시스템에 있어서, 전기 연결부들은 종종 서로에 대해 움직이고 높은 전류들을 전달하는 전기 도체들 사이에 제공되어야 한다. 이러한 종류의 움직이는 도체들은 일반적으로 많은 수의 접촉 디바이스들, 예컨대 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 헬리컬 스프링 접촉부, 적층형 접촉부들, 등에 의해 서로 연결된다.
높은 전류들의 경우에 있어서, 전류 변위는 둘 이상의 접촉 시스템들이 직렬로 연결될 때 균일하지 않은 전류 분포를 초래한다. 전류 분포는 서로 연결된 도체들의 기하학과 접촉 전이부의 기하학에 높게 의존한다. 접촉 디바이스들의 능숙한 배치를 통해 대칭을 달성하기는 쉽사리 가능하지 않다.
비대칭 분포는 개별 접촉 디바이스들 또는 접촉 디바이스들의 개별 접촉 엘리먼트들이 작업시에 다른 레벨의 가열을 겪게 한다. 일어날 수 있는 가열은 접촉 디바이스들의 설계와 크기들을 실질적으로 결정하는데, 왜냐하면 문제의 접촉 디바이스의 과도한 가열은 항상 회피되어야 하기 때문이다.
복수의 접촉 디바이스들을 갖는 접촉 시스템에 있어서, 접촉 디바이스들은 제작을 용이하게 하기 위하여 동일하고, 그러므로 설계와 크기설정은 일반적으로 대부분의 높게 부하가 걸린 접촉 디바이스를 위해 적합하게 된다. 접촉 디바이스들은 이들이 지속적으로 각각 미리 정해진 한계들 내에서 가열되도록 설계된다. 이러한 점은 높지 않게 부가가 걸린 접촉 디바이스가 가장 높게 부하가 걸린 접촉 디바이스와 같이 설계되는 것을 초래한다. 그러므로, 이러한 종류의 접촉 시스템의 생산은 필요한 것보다 더 큰 경비를 초래한다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 전류가 접촉 디바이스들 간에 균일한 방식으로 분포되는, 복수의 접촉 디바이스들을 갖는 접촉 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항에 따른 접촉 디바이스에 의해, 그리고 동격의 청구항들에 따른 두 개의 전기 도체들을 위한 접촉 시스템에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 유리한 개선들은 종속항들에서 보여진다.
도체들을, 특히 100 A 이상의 높은 전류 강도들을 전달하기 위한 전류 도체들을 연결하기 위한 접촉 디바이스가 제 1 양상에 따라 제공된다. 본 발명에 따른 접촉 디바이스는 예컨대, 막대(rod) 형 및 튜브형 도체 사이에 배치될 수 있다. 두 개의 도체들을, 특히 100 A 이상의 높은 전류 강도들을 전달하기 위한 고전류 도체들을 연결하기 위한 접촉 시스템으로, 두 개의 도체들 사이에 배치된 상술한 접촉 디바이스들을 두 개 이상 갖는, 접촉 시스템이 추가 양상에 따라 제공된다. 도체들은 하나의 도체가 다른 하나의 도체 내에 배치될 수 있도록 설계되어, 도체들의 접촉 디바이스들은 하나의 도체가 다른 하나의 도체 내에 배치될 수 있는 도체들 사이에 간격을 두고 수용(holding)되도록 설계된다.
상기 접촉 디바이스는 제 1 요소 및 제 2 요소, 상세하게는 제 1 링 및 제 2 링을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 요소들은 제 1 도체를 수용(holding)하기 위한 내측 오목부(inner recess)와 중공-원통형(hollow-cylindrical) 제 2 도체 내에 수용되는 바깥쪽 외형(outer contour)을 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 요소들 각각은 접촉 엘리먼트들을 구비하고, 상기 접촉 엘리먼트들은 상기 내측 오목부 주위로 연장되고, 상기 제 1 및 제 2 요소들에 의해 둘러싸인 상기 내측 오목부에 수직인 방향으로 각자의 요소로부터 돌출하고; 상기 접촉 엘리먼트들 사이에는 각각의 경우에 각자의 다른 요소의 접촉 엘리먼트를 수용하기 위한 오목부가 제공된다.
상기 접촉 디바이스를 사용하여 서로 전기적으로 연결되는 상기 제 1 도체와 상기 제 2 도체를 갖는 접촉 시스템으로서, 상기 제 1 도체는 상기 내측 오목부로 삽입되고, 상기 접촉 디바이스는 상기 제 2 도체 내에 삽입되는, 접촉 시스템이 추가 양상에 따라 제공된다.
상술한 접촉 시스템들의 하나의 사상은, 접촉 디바이스들을 통해 두 개의 고전류 도체들을 움직일 수 있는 방식으로 서로 연결하는 것이고, 도체들의 접촉 디바이스들 간의 전류가, 서로 연결될 도체들의 주위 영역을 통해 가능한 균일한 방식으로 분포되고, 또한 두 개의 접촉 디바이스들 사이에서 가능한 균일한 방식으로 분포되는 것을 보장하는 것이다. 이를 위하여, 서로 얽히고 치형(tooth-like)과 같은 방식으로 서로 결합된(engaged) 접촉 엘리먼트들을 갖는 접촉 디바이스들로 구성되는 접촉 시스템이 제공된다. 각각의 경우의 상기 제 1 및 제 2 요소들의 접촉 디바이스들은 접촉 엘리먼트들을 포함하는데, 접촉 엘리먼트들은 서로 맞물리고 연결 상태에서 제 1 및 제 2 도체들과 접촉하도록 설계된다. 이러한 경우에, 상기 제 1 요소의 접촉 엘리먼트들은 상기 제 2 요소의 두 개의 접촉 엘리먼트들 사이에 맞물린다(engaged).
접촉 시스템을 상술한 방식으로 설계함으로써, 지금까지 사용된 도체들의 기하학적 형태가 계속 사용될 수 있고, 따라서 전류는 접촉 시스템을 통해 최대한 균일한 방식으로 그리고 가능한 가장 적은 저항 손실로 전송될 수 있다. 제안된 접촉 시스템은 고정 도체용 플러그형 접촉 시스템들뿐만 아니라, 예컨대 연결차단 스위치들, 접지 스위치들 등에 설치되는 움직이는 도체용 접촉 시스템들에 대해서도 마찬가지로 사용될 수 있다.
더욱이, 상기 제 1 및 제 2 요소들의 접촉 엘리먼트들은 원주 방향(circumferential direction)으로 동일한 폭을 가질 수 있고, 서로 균일하게 이격될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 접촉 엘리먼트들은 상기 제 1 도체와의 전기 접촉을 확립하기 위한 제 1 접촉 영역과, 상기 제 2 도체와의 전기 접촉을 확립하기 위한 제 2 접촉 영역을 구비할 수 있고; 여기서 상기 접촉 엘리먼트들은 실질적으로 상기 제 1 접촉 영역의 반대쪽에 위치하는 경사면을 구비하고, 상기 경사면은 상기 제 1 및 제 2 요소들의 상기 내측 오목부의 방향과 이에 수직인 방향 사이로 확장되고, 상기 내측 오목부의 방향은 링 형상의 상기 제 1 및 제 2 요소들의 축방향과 평행하다.
더욱이, 상기 접촉 엘리먼트들은 상기 제 1 접촉 영역의 방향으로 넓혀질(widened) 수 있다.
특히, 상기 제 1 및 제 2 요소들은 동일할 수 있다.
상기 접촉 시스템의 추가 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 요소들은 각각 상기 제 1 도체와 상기 제 2 도체에 견고하게 연결될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 도체들 중 하나는 막대 형태이고, 도체들 중 다른 하나는 튜브 형태이다. 도체들의 각 접촉 엘리먼트들이 도체들 사이를 접촉시키는 상기 제 1 및 제 2 접촉영역들에는, 도체들 사이의 옵셋 공차들을 보상하고, 조립 도중에 또는 동적인 접촉들의 경우에 상대적인 움직임(축방향)을 허용하기 위한 스프링 특성들을 갖는 성분 또는 스프링 부재가 제공되는 것이 바람직하다.
도체들 사이에서 그리고 서로에 대해 접촉 엘리먼트들을 고정하기 위하여, 예컨대 방사상으로 회전된 그루브들이 도체들 내에 만들어져, 절연 재질로 구성된 링들 및/또는 스페이서 슬리브들을 고정시킨다. 접촉 엘리먼트들의 고정은 동적인 접촉들, 예컨대 연결차단 스위치들, 접지 스위치들의 경우, 및 정적인 접촉들의 경우에, 조립 도중에 중요하다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은, 전류가 가능한한 균일한 방식으로 그리고 가능한 가장 낮은 저항 손실로 전송될 수 있는, 높은 전류의 도체를 위한 접촉 시스템을 제공한다.
도 1은 두 개의 전기 도체들을 연결하기 위한 접촉 시스템의 사시도.
도 2a 및 도 2b는 맞물리는 접촉 엘리먼트들의 개략적인 단면도.
도 3은 하나의 도체가 다른 하나에 끼워 넣어진 도체들을 위한 접촉 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 접촉 시스템(1)의 사시도를 도시하는데, 접촉 시스템(1)을 통해 두 개의 도체들(2), 즉 제 1 도체(21)와 제 2 도체(22)는 전기적으로 전도성인 접촉 디바이스의 도움으로 서로 연결된다. 도체들(21,22)은 고 전류, 즉 수백 암페어의 전류를 전달하기에 적합한 단면을 갖는다. 서로 연결되는 도체들(21,22)은 도시된 예시적인 실시예에서 원형 단면 또는 정합(matching) 단면을 갖는다.
도 3은 하나의 도체가 다른 하나에 플러그된(plugged) 그 도체들(21,22)를 위한 접촉 시스템(1)의 예시적인 구조의 단면도이다.
본 예시적인 실시예에서, 제 1 도체(21)는 제 1 직경을 갖는다. 제 2 도체(22)는 튜브 또는 중공 원통의 형태이고 제 2 직경을 가지며, 제 2 도체(22)의 내측 직경은 제 1 도체(21)의 한 단부(one end)가 제 2 도체(22) 내로 밀어 넣어지거나 삽입될 수 있는 정도의 크기이다. 만약 도체들 중 하나(21)가 다른 하나(22) 내에 밀어 넣어진다면, 제 1 도체(21)의 외측 면(71)과 제 2 도체(22)의 내측 면(72)은 접촉 디바이스를 수용하기 위하여 서로로부터 이격된다. 상기 도체들의 단면은 둥근 것이 바람직하지만, 다른 대응 단면들이 제공될 수도 있다.
접촉 시스템(1)은 상기 도체들(21,22) 사이에 배치된다. 접촉 시스템(1)은 제 1 링(31)과 제 2 링(32)을 포함하는데, 이들 링들은 서로 견고하게 연결되어 있지 않다 - 즉, 고정 수단으로 연결되어 있지 않다. 링들(31,32)은 동일한 내측 직경과 동일한 외측 직경을 갖는다. 반경 방향(radial direction)의 링들(31,32)의 폭은 조립된 상태에서 제 1 도체(21)의 케이싱 표면(casing surface)과 제 2 도체(22)의 내측 표면 사이의 간격에 해당한다. 링들(31,32)은 도시된 바와 같은 접촉을 이루는 상태에서 제 1 도체(21)를 둘러싼다.
링들(31,32) 각각에는 축 방향으로 돌출한 복수의 접촉 엘리먼트들(4)이 제공된다. 접촉 엘리먼트들(4)은 링들(31,32)의 원주부(circumferential part)(8) 상에(on) 배열되는데, 상기 원주부는 또한 링들(31,32)의 외주를 형성하고, 여기서 접촉 엘리먼트들(4)은 원주부(8)로부터 반경 방향으로 내측으로 돌출한다. 링들(31,32)은, 접촉 엘리먼트들(4)이 서로 마주보며 간헐적으로 서로 맞물리도록, 하나의 링이 다른 링 상에(on) 배치된다. 링들(31,32)의 접촉 엘리먼트들(4)은 서로 이격된다. 그러므로, 조립된 상태에서 각자의 다른 링(31,32)의 대응하는 접촉 엘리먼트들(4)이 오목부들 내로 돌출하고 이에 따라 접촉 시스템(1)을 형성하는데, 상기 오목부들은 각각의 경우에 링들(31,32)의 접촉 엘리먼트들(4) 사이에 배열된다. 접촉 엘리먼트들(4) 사이의 간격은 각자의 링들(31,32)에 배열된 접촉 엘리먼트들(4)이 임의의 지점에서 접촉하지 않도록 선택된다. 유리한 실시예에서, 제 1 링(31)의 접촉 엘리먼트들(4) 사이의 간격은 실질적으로, 상기 제 1 링의 접촉 엘리먼트들 사이에 수용되는 제 2 링(32)의 접촉 엘리먼트(4)의 폭에 해당한다. 유사하게, 제 2 링(32)의 접촉 엘리먼트들(4) 사이의 간격은 실질적으로, 상기 제 2 링의 접촉 엘리먼트들 사이에 수용되는 제 1 링(31)의 접촉 엘리먼트(4)의 폭에 해당한다.
연결된 상태에서의 접촉 시스템(1)은, 축방향으로 평행한 단면 라인들을 따라 단면의 세부사항을 도시한 도 2a 및 도 2b에 보다 명확하게 도시되어 있다. 접촉 엘리먼트들(4) 각각은 제 1 접촉 영역(61)과 제 2 접촉 영역(62)를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 접촉 영역들(61,62)은 각각 내측과 외측에 있고, 이들 두 접촉 영역들을 통해 접촉 엘리먼트들(4)은 도체들(21,22)이 연결된 상태에 있을 때, 제 1 도체(21)의 외측 표면(71)에 대해 또는 제 2 도체(22)의 내측 표면(72)에 대해 지탱한다(bear against).
접촉 엘리먼트들(4)은, 제 2 접촉 영역(62)이 제 1 접촉 영역(61)보다 작게 형성된다.
접촉을 이루는 상태에서, 접촉 엘리먼트들(4)은 반경 방향으로 예압(prestress)될 수 있어서, 상기 접촉 엘리먼트들은 제 1 도체(21)의 외측 표면(71)에 대해 힘으로 지탱하여, 이로써 향상된 전기적 연결을 구축한다.
링들(31,32)의 결합을 단순화하기 위하여, 접촉 엘리먼트들(4)에는 각각의 경우에 표면에 경사면(9)이 제공되는데, 상기 경사면은 제 1 접촉 영역(61)의 반대쪽에 위치하고, 첫 번째로는 도체들(21,22)의 상대적인 틸팅 움직임(tilting movement)을 가능케 하고, 두 번째로는 상기 연결이 구축될 때 위치 지정 보조(positioning aid)를 구성할 수 있다. 경사면(9)은 링들(31,32)의 축 방향으로 그리고 반경 방향으로 안쪽으로 확장되고, 원주부(8)에 직접 접할 수 있다. 굴곡진 표면들이 경사면(9) 대신에 제공될 수도 있다.
도 3은 접촉 시스템(1)에 연결된 두 개의 도체들을 관통하는 단면도를 도시한다.
대안적인 실시예에 있어서, 링들(31,32)은 제 1 및 제 2 도체들(21,22) 사이에 견고하게 장착될 수 있다. 결과적으로, 링들(31,32)은 도체들(21,22) 상의 플랜지(flange)를 형성한다. 제 1 도체(21)는 그 케이싱 표면 상에서, 제 1 도체(21)로부터 반경 방향으로 외측으로 돌출하는 원주형의(circumferential) 제 1 플랜지를 구비한다. 제 2 도체(22)는 따라서, 그 내측 케이싱 표면상에서, 제 2 도체(22)로부터 반경 방향으로 내측으로 돌출하는 대응 플랜지를 구비한다. 제 1 플랜지의 외측 직경은 제 2 도체(22)의 내측 직경 이하이다. 제 2 플랜지의 내측 직경은 제 1 도체(21)의 외측 직경 이상이고, 따라서 도체들(21,22) 중 하나가 다른 하나 안으로 삽입될 수 있다.
절연 물질로 구성되고, 바람직하게는 링 형태인 스페이서가 각 링들(31,32)의 접촉 엘리먼트들(4) 사이의 직접 접촉을 방지하기 위하여 제공된다.
1 : 접촉 시스템 4 : 접촉 엘리먼트
8 : 원주부 9 : 경사면
21,22 : 도체 31,32 : 링
61,62 : 접촉 영역 71 : 외측 표면
72 : 내측 표면

Claims (8)

  1. 도체들(21,22)을 연결하기 위한 접촉 디바이스로서,
    상기 접촉 디바이스는 링 형상의 제 1 및 제 2 요소들(31,32)을 구비하고,
    상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32)은,
    제 1 도체(21)를 수용(holding)하기 위한 치형 모양의(tooth-like) 내주면(inner circumference) 및 내측 오목부(inner recess, 凹面)와,
    중공-원통형(hollow-cylindrical) 제 2 도체(22) 내에 수용되는 외주면(outer circumference)을 구비하고,
    상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32) 각각은 접촉 엘리먼트들(4)을 구비하고, 상기 제 1 요소(31)의 접촉 엘리먼트는 상기 제 1 요소(31)로부터 돌출하고 상기 제 2 요소(32)의 내측 오목부를 통해 연장되고(extend through), 상기 제 2 요소(32)의 접촉 엘리먼트는 상기 제 2 요소(32)로부터 돌출하고 상기 제 1 요소(31)의 내측 오목부를 통해 연장되고,
    상기 제 1 요소(31)로부터의 돌출 및 상기 제 2 요소(32)로부터의 돌출의 방향들은 서로 반대이고 상기 링 형상의 제 1 및 제 2 요소들(31,32)의 축방향에 평행하고,
    상기 제 1 요소(31)의 접촉 엘리먼트는 상기 제 2 요소(32)에 의해 둘러싸이고, 상기 제 2 요소(32)의 접촉 엘리먼트는 상기 제 1 요소(31)에 의해 둘러싸이고,
    상기 제 1 요소(31)의 접촉 엘리먼트들 사이에 형성되는 상기 제 1 요소(31)의 내측 오목부는 상기 제 2 요소(32)의 접촉 엘리먼트를 수용하기 위한 것이고, 상기 제 2 요소(32)의 접촉 엘리먼트들 사이에 형성되는 상기 제 2 요소(32)의 내측 오목부는 상기 제 1 요소(31)의 접촉 엘리먼트를 수용하기 위한 것인, 접촉 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32)의 상기 접촉 엘리먼트들(4)은 원주 방향으로 동일한 폭을 갖고 서로 균일하게 이격되는, 접촉 디바이스.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 접촉 엘리먼트들(4)은 상기 제 1 도체(21)와의 전기 접촉을 확립하기 위한 제 1 접촉 영역(61)과, 상기 제 2 도체(22)와의 전기 접촉을 확립하기 위한 제 2 접촉 영역(62)을 구비하고;
    상기 접촉 엘리먼트들(4)은 상기 제 1 접촉 영역(61)의 반대쪽에 위치하는 경사면(9)을 구비하고, 상기 경사면(9)은 상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32)의 축방향과 이에 수직인 방향 사이로 확장되는, 접촉 디바이스.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 접촉 엘리먼트들(4)은 상기 제 1 접촉 영역(61)의 방향으로 넓혀지는(widened), 접촉 디바이스.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32)은 동일한 형상을 갖는, 접촉 디바이스.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 따른 접촉 디바이스를 사용하여 서로 전기적으로 연결되는 상기 제 1 도체(21)와 상기 제 2 도체(22)를 갖는 접촉 시스템(1)으로서,
    상기 제 1 도체(21)는 상기 내주면으로 삽입되고,
    상기 접촉 디바이스는 상기 제 2 도체(22) 내에 삽입되는, 접촉 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 요소들(31,32)은 각각 상기 제 1 도체(21)와 상기 제 2 도체(22)에 견고하게 연결되는(firmly connected), 접촉 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 접촉 디바이스는 100 A보다 큰 전류 강도를 전달하기 위한 전류 도체들을 연결하기 위한 것임을 특징으로 하는, 접촉 디바이스.
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