KR102174180B1 - 액체 냉각식 접촉 요소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 접촉부(4) 및 연결부(3)를 구비한, 차량 충전 플러그 커넥터용 전기 접촉 요소에 관한 것으로, 상기 연결부(3)는 케이블(2)의 전기 도체(9)와 연결될 수 있다. 접촉 요소(1)에는 냉각액이 공급될 수 있다. 이로 인해, 접촉 요소에서 생성되는 열이 직접 방출된다. 따라서 그러한 접촉 요소(1)를 이용하면, 공지된 접촉 요소들을 이용할 때보다 더 높은 전류가 전달될 수 있다.

Description

액체 냉각식 접촉 요소
본 발명은, 독립 청구항 1의 전제부에 따른 액체 냉각식 접촉 요소로부터 출발한다. 또한 본 발명은 이와 같은 접촉 요소를 사용하는 플러그 커넥터와도 관련이 있다.
이와 같은 유형의 접촉 요소는 특히 높은 전류를 전달하기 위해 사용되고, 예를 들어 충전 플러그 커넥터에서 사용된다.
상기 기술이 연소 엔진을 갖춘 종래의 차량들에 대항하기 위해서는, 전기차에서 신속한 충전이 필수적이다. 연소 엔진을 갖춘 차량들은 수분 이내에 연료로 채워질 수 있다. 전기 자동차가 이를 따라갈 수 있어야 한다. 고속 충전 과정에서는 매우 높은 전류가 사용될 수밖에 없으며, 이는 충전 플러그 커넥터에서 강한 열 발생을 야기한다.
FR 2 723 466 A1호는, 용접 장치 또는 그에 필적하는 장치를 위한 연결 수단을 보여준다. 연결 수단은 하나의 연결 부재 및 이 연결 부재에 일체로 형성된 본체로 이루어지며, 이 경우 연결 수단은 일체형으로 또는 단일 유닛으로 구현된다. 연결 수단의 본체에는 나사 결합을 통해 어댑터가 연결된다. 어댑터를 통해 연결 수단에 냉각제로서의 물이 공급된다. 물은 본체의 공동 내부로 흐르고, 본체에 나사 결합된 또 다른 어댑터를 통해 다시 배출된다.
DE 10 2010 050 562 B3호는, 전기 자동차용 충전 플러그 커넥터를 보여준다. 충전 과정에서 발생하는 플러그 커넥터의 가열은, 실질적으로 플러그 커넥터의 그립 영역(grip area)에 연장되어 있는 나선형 액체 라인에 의해 약화된다. 액체 라인을 통과하여 냉각액이 폐쇄된 냉각 순환계 내에서 흐른다.
전술된 플러그 커넥터에서는 플러그 커넥터만 냉각된다. 접촉 요소 및 이 접촉 요소에 연결된 전기 도체에서는, 작동 중에 이전과 마찬가지로 열이 정체될 수 있고, 이는 플러그 커넥터의 전력 손실 및 그와 결부된 더 긴 충전 과정을 야기할 수 있다.
본 발명의 과제는, 특히 충전 플러그 커넥터에 사용하기 위한 효과적인 접촉 요소를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항 1의 특징부의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
본 발명에 따른 전기 접촉 요소는 충전 플러그 커넥터에서 사용하기에 가장 적합하다. 이와 같은 유형의 충전 플러그 커넥터는 예를 들어 전기 자동차의 충전을 위해 사용된다.
접촉 요소는 접촉부 및 연결부를 구비한다. 연결부는, 케이블의 전기 도체와 연결될 수 있도록 형성된다. 접촉 요소에는 냉각액이 공급될 수 있다. 접촉 요소의 연결부 내에 공동이 존재하며, 이 공동 내에서 냉각액이 흐르면서 열을 흡수하고 방출할 수 있다. 이를 위해, 연결부는 냉각액 유입 라인과 연결될 수 있다. 전기 도체 및 유입 라인은 접촉 요소에 연결될 수 있다.
바람직하게, 전기 접촉 요소는 2개 이상의 부분으로 구현된다. 연결부 및 접촉부는 각각 별개의 부품들로 형성된다. 이 별개의 부품들이 서로 가역적으로 연결될 수 있다.
두 부분으로 이루어진 구성은, 접촉부는 소정의 횟수의 플러그-인 사이클 이후에 교체될 수 있는 한편, 연결부는 계속 사용될 수 있다는 장점을 갖는다. 플러그 커넥터는 접촉부의 교체에 의해 다시 매우 신속하게 사용될 수 있다. 이와 같은 구성 방식의 또 다른 장점은, 연결부와 접촉부가 상이한 재료로 형성될 수 있다는 점이다. 이들 재료는 필요에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 접촉부에는 전도성이 매우 우수한 코팅, 예를 들어 은 합금 또는 금 합금이 제공될 수 있다. 연결부에는 이와 같은 코팅이 필수적이지 않다. 이곳에서는 상기 코팅이 상응하게 생략될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 연결부와 접촉부가 서로 나사 결합될 수 있게 구현될 수 있다. 이렇게 함으로써, 여러번의 플러그-인 사이클에 의해 마모된 접촉부를 플러그 측에서 플러그 커넥터로부터 제거하고 새 접촉부로 대체할 수 있게 된다.
바람직하게, 접촉 요소의 접촉부는 바람직하게 4개 또는 6개의 박판을 구비한 이른바 부시(bush)로서 형성된다. 연결부는 실질적으로 원통형으로 형성되며, 그로부터 축방향으로 돌출하는 중공 실린더를 구비한다. 연결부 내에는 하나 이상의 개구, 바람직하게는 2개, 3개 또는 4개의 개구가 형성된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 개구의 공동 또는 개구들의 공동들은 중공 실린더의 공동과 연결되어 있다. 연결부의 개구 내로 또는 개구들 내로 냉각액이 유입될 수 있고, 중공 실린더를 통해 상기 냉각액이 다시 배출될 수 있다. 이 경우, 냉각액이 직접 접촉 요소에 작용할 수 있다. 냉각 작용은 정확히, 작동 중에 열도 발생하는 지점에서 발휘된다. 따라서, 본원에 기술된 접촉 요소의 냉각은, 특히 접촉 요소가 전기 자동차용 충전 플러그 커넥터에서 사용되는 경우에도 매우 효과적이다. 이와 같은 유형의 충전 플러그 커넥터는 추가의 냉각을 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따른 접촉 요소에 연결된 케이블은 횡단면에서 볼 때 하나의 중앙 냉각액 라인으로 이루어진다. 냉각액 라인 둘레에 개별 도체들이, 여기서는 구리 와이어들이 배치된다. 구리 와이어는 액밀 박막에 의해 둘러싸인다. 상기 박막 상에는 소위 버퍼 요소들이 올려지며, 이들 버퍼 요소는 최종적으로 단단한 케이블 외피(cable sheath)에 의해 둘러싸인다. 버퍼 요소들도 마찬가지로 중공 형태로 형성됨으로써, 액밀 박막과 케이블 외피 사이의 영역에서 냉각액이 흐를 수 있게 된다.
바람직하게, 중공 실린더는 단부측에서 좁아지며, 배출 개구를 갖는다. 이 배출 개구로부터 상향으로 볼 때, 중공 실린더 상에 연속 박판 구조물이 제공된다. 이 박판 구조물은, 도체와 접촉 요소 간의 전도성이 우수한 접촉을 구현하는 데 이용된다.
중공 실린더의 배출 개구는 중앙 냉각액 라인 내로 삽입된다. 이를 위해, 배출 개구의 외경과 중앙 냉각액 라인의 내경이 서로 매칭된다.
중공 실린더의 박판 구조물 상에 전술한 케이블의 개별 도체들이 올려진다. 압착 슬리브를 이용하여 이들 도체가 박판 구조물 상에 단단히 압착된다. 박판 구조물은, 특히 전도성이 우수한 연결부와 도체의 연결을 위해 제공된다.
접촉 요소는, 일측에서 적어도 부분적으로 연결부 위를 덮는 슬리브를 구비한다. 연결부 내에는 주연부를 둘러싸는 2개의 그루브가 형성되며, 이들 그루브 내에 각각 밀봉 링이 삽입된다. 이 밀봉부에 의해, 슬리브와 연결부의 중첩 영역이 매질 밀봉 방식으로 밀봉된다. 슬리브의 타측 단부는 케이블의 케이블 외피 상에서 연장된다. 슬리브의 내경과 케이블의 외경이 서로 매칭된다. 슬리브의 압착(squeezing)을 통해, 슬리브와 케이블의 중첩 영역이 매질 밀봉 방식으로 밀봉될 수 있다.
본 발명에 따른 접촉 요소의 냉각은 다음과 같이 진행된다. 버퍼 요소의 영역에서 흐르는 냉각액이 접촉 요소의 연결부에 도달하고, 상기 영역에 있는 개구 또는 개구들 내로 접촉 요소 내부에 유입된다. 이 냉각액이 열 에너지를 흡수할 수 있다. 중공 실린더를 통해 냉각액이 다시 연결부를 빠져나와, 케이블의 중앙 냉각액 라인을 통해 다시 배출된다. 여기에 기술된 냉각 과정은 순환 프로세스이다. 접촉 요소는 신선한 냉각액에 의해 지속적으로 세척된다.
본 발명의 일 실시예가 도면부에 도시되어 있으며, 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 케이블이 연결된 접촉 요소의 사시 단면도이다.
도 2는 연결부 상에 슬리브를 구비한 접촉 요소의 사시 분해도이다.
도 3은 접촉 요소의 접촉부의 사시도이다.
도 4는 접촉 요소의 연결부의 사시도이다.
도 5는 압착 슬리브의 사시도이다.
도 6은 냉각액 라인이 통합된 케이블의 사시도이다.
도 7은 접촉 요소의 사시 분해도이다.
도 8은 접촉 요소가 통합된 플러그 커넥터의 사시 단면도이다.
도 9는 케이블이 연결되어 있고, 두 부분으로 구성된 압착 슬리브를 갖는 접촉 요소의 사시도이다.
도 10은 연결부의 단면도이다.
도면들은 부분적으로 간소화된 개략도들을 포함한다. 부분적으로, 동일한 요소들에 대해, 하지만 경우에 따라 동일하지 않은 요소들에 대해서도 동일한 참조 부호가 사용된다. 동일 요소의 상이한 시점들은 상이하게 스케일링되었을 수 있다.
도 1은, 냉각액 라인이 통합된 케이블(2)에 전기적으로 연결되어 있는 접촉 요소(1)를 보여준다. 접촉 요소(1)는 연결부(3) 및 접촉부(4)로 이루어진다. 연결부(3)는 축방향 보어(25)를 포함하고, 접촉부(4)는 축방향 관통 보어(26)를 포함한다. 보어(25)뿐만 아니라 관통 보어(26)도 각각 암나사산(5)을 포함하고, (도시되지 않은) 나사를 통해 서로 가역적으로 연결될 수 있다. 접촉부(4)에는, 연결부(3)와 접촉부(4) 간의 비틀림을 방지하는 널링부(27)(knurling)가 일체로 형성되어 있다. 접촉부(4)가 수회의 플러그-인 사이클 후에 마모되면, 케이블(2)을 다시 접촉 요소(1)에 연결할 필요 없이, 새 접촉부(4)가 배치될 수 있다. 케이블(2)은 연결부(3)에 영구적으로 남겨질 수 있다.
접촉부(4)는 총 6개의 박판(7)을 가진 소위 부시로서 형성된다. 연결부(3)는 실질적으로 원통형으로 형성된다. 주 본체로부터 축방향으로 돌출하여 중공 실린더(6)가 일체로 형성된다. 중공 실린더(6)는 중공 니들로 보여질 수도 있다. 중공 실린더(6)는 단부쪽으로 가면서 점차 좁아지고, 배출 개구(13) 내부로 연통된다. 배출 개구(13)와 주 본체 사이에서 중공 실린더(6) 상에 박판 구조물(14)이 제공된다. 연결부(3) 내에는 개구들(15)이 형성되고, 이들 개구는 연결부(3) 내부에서 공동(16)으로의 통로를 형성한다. 복수의 개구(15)가 연결부(3)의 외부면을 따라 회전 대칭형으로 제공된다. 개구들(15)은 각각 서로 동일한 간격을 갖는다. 공동(16)은, 마찬가지로 중공 실린더(6)가 형성하는 공동과 연결되어 있다.
접촉 요소(1)에 연결된 케이블(2)은 횡단면으로 볼 때 하나의 중앙 냉각액 라인(8)으로 형성된다. 냉각액 라인(8) 둘레에 개별 도체(9)가, 여기에서는 구리 와이어가 배치되어 있다. 구리 와이어는 (도면 표현상의 이유로 표시만 되어 있는) 액밀 박막(10)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 박막(10) 상에는 소위 버퍼 요소들(11)이 적층되고, 이들 버퍼 요소들은 최종적으로 단단한 케이블 외피(12)에 의해 둘러싸인다. 버퍼 요소들(11)도 마찬가지로 중공 형태로 형성됨으로써, 액밀 박막(10)과 케이블 외피(12) 사이의 영역에서 냉각액이 흐를 수 있게 된다. 케이블(2)은 슬리브(17)를 통해 접촉 요소(1)에 고정된다. 연결부(3)는 주연부를 둘러싸는 2개의 그루브(19)를 구비하며, 이들 그루브 내에 각각 (도면 표현상의 이유로 도시되어 있지 않은) 밀봉 링이 배치된다. 이 밀봉 링을 통해 슬리브(17)가 매질 밀봉 방식으로 밀봉된다.
중공 실린더(6)의 배출 개구(13)는 케이블(2)의 중앙 냉각액 라인(8) 내로 삽입된다. 냉각액 라인(8)의 내경은 중공 실린더(6) 또는 배출 개구(13)의 외경에 매칭된다. 배출 개구(13)의 기하구조는 중공 실린더(6)가 냉각액 라인(8)으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 중공 실린더(6)의 박판 구조물(14) 상에는, 케이블(2)의 전기 도체(9)가 전기 전도성으로 접한다. 압착 슬리브(18)(도 5)를 통해 도체(9)가 중공 실린더(6) 상에 고정된다. 압착 슬리브(18)는 케이블(2) 쪽으로 액밀 박막(10)의 일부분 위를 덮는다. 타측 단부 쪽으로는 압착 슬리브(18)가 연결부(3)의 주 본체에 대해 액밀 방식으로 밀봉한다. 그에 따라 도체(9)는 액밀 방식으로 밀봉된다.
연결부(3)는 냉각액에 의해 관류될 수 있는 공동(16)을 구비한다. 공동의 용적은, 충분한 열이 냉각액을 통해 방출될 수 있으면서도, 연결부가 여전히 충분한 육중함(massivity)을 갖도록 설정될 수 있다.
냉각액은 케이블 외피 측에서 화살표(20)를 따라 슬리브(17)를 통과하고, 그곳으로부터 화살표(21)를 따라 연결부(3)의 개구들(15) 내로 유입된다. 연결부(3)의 공동(16)은 냉각액에 의해 관류된다. 작동 중에 여기에서 생성되는 열이 냉각액에 의해 흡수되고, 중공 실린더(6)의 공동을 통해 화살표(22)의 방향으로 중앙 액체 라인(8)을 거쳐 다시 방출된다. 분리된 시스템 내에서 냉각액이 다시 냉각되어, 순환회로 내에서 재차 개구들(15)에 공급될 수 있다.
도 8에는, 플러그 커넥터(23)의 개방된 하우징이 도시되어 있으며, 이 하우징 내에는 접촉 요소(1)가 내장되어 케이블(2)에 연결되어 있다. 일반적으로, 플러그 커넥터(23)는 적어도 2개의 접촉 요소(1)와, 이 접촉 요소에 연결된 2개의 케이블(2)도 포함하며, 이들 케이블은 냉각 라인을 포함한다. 플러그 커넥터(23)는 냉각되지 않은 또 다른 (도시되지 않은) 접촉 요소, 예를 들어 제어 신호용 접촉 요소를 포함할 수 있으며, 이들 접촉 요소는 각각 냉각 기능이 없는 케이블에 연결되어 있다. 2개의 케이블(2) 및 추가 케이블은, 플러그 커넥터(23)의 케이블 출구(24)로부터 분기되는 (도면 표현상의 이유로 도시되어 있지 않은) 가요성 파이프 내에 통합된다.
도 9는, 냉각액 안내 케이블(2)이 연결된 접촉 요소(1)의 한 대안적 실시예를 보여준다. 여기에서는 압착 슬리브(18')가 두 부분으로 구현되어 있다. 도 9에는 도면 표현상의 이유로, 두 부분으로 구성된 압착 슬리브(18')의 일측 부분만 도시되어 있다.
도 10에는, 압착 슬리브(18)의 한 특별한 유형의 압착이 도시되어 있다. 압착 슬리브(18)는 소위 육각별 크림프 형상으로 변형된다. 이로 인해 매우 기밀하고 균일한 크림핑이 달성된다. 이와 같은 유형의 크림핑은 매우 낮은 저항값을 갖기도 한다. 개별 도체들(9)이 압착 슬리브(18) 밑에서 함께 압착되어, 상호 마찰 접촉 상태에 있다. 이로 인해, 연결부(3) 둘레에 폐쇄된 전도성 구리 층이 형성된다. 버퍼 요소(11)의 영역에서는 냉각액이 압착 슬리브(18)를 거쳐 접촉 요소(1)로 또는 접촉 요소의 연결부(3)로 흐를 수 있다.
1: 접촉 요소
2: 케이블
3: 연결부
4: 접촉부
5: 암나사산
6: 중공 실린더
7: 박판
8: 중앙 냉각액 라인
9: 도체
10: 액밀 박막
11: 버퍼 요소
12: 케이블 외피
13: 배출 개구
14: 박판 구조물
15: 개구
16: 공동
17: 슬리브
18: 압착 슬리브
19: 그루브
20: 화살표
21: 화살표
22: 화살표
23: 플러그 커넥터
24: 케이블 출구
25: 보어
26: 관통 보어
27: 널링부

Claims (14)

  1. 접촉부(4) 및 연결부(3)를 구비한 전기 접촉 요소(1)로서, 상기 연결부(3)가 케이블(2)의 전기 도체(9)와 연결될 수 있고, 접촉 요소(1)에 냉각액이 공급될 수 있는, 전기 접촉 요소에 있어서,
    상기 전기 접촉 요소(1)가 2개 이상의 부분으로 구현되고, 연결부(3) 및 접촉부(4)가 각각 가역적으로 서로 연결될 수 있는 별개의 부품으로서 구현되며,
    상기 연결부(3)는 냉각액에 의해 관류될 수 있는 공동(16)을 구비하고,
    상기 접촉부(4)는 부시로서 형성되고, 상기 부시는 한 단부에서 상기 연결부(3)에 결합 가능하며 다른 단부에서 핀 콘택트부를 수용하는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  2. 제1항에 있어서, 연결부(3)와 접촉부(4)가 서로 나사 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부시가 4개 또는 6개의 박판(7)을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연결부(3)가 실질적으로 원통형으로 형성되며 중공 실린더(6)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연결부(3)가 하나 이상의 개구(15)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  7. 제6항에 있어서, 연결부(3)가 2개, 3개 또는 4개의 개구(15)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  8. 제6항에 있어서, 개구(15) 또는 개구들(15)에 의해 개방되는 공동(16)이 중공 실린더(6)의 공동과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  9. 제6항에 있어서, 연결부(3)의 개구(15) 또는 개구들(15) 내로 냉각액이 유입될 수 있고, 중공 실린더(6)를 통해 상기 냉각액이 다시 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접촉 요소(1)가 슬리브(17)를 가지며, 이 슬리브가 연결부(3) 위를 적어도 부분적으로 덮는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  11. 제5항에 있어서, 중공 실린더(6)가 단부측에 배출 개구(13)를 가지며, 상기 중공 실린더 상에 박판 구조물(14)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 접촉 요소.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 하나 이상의 전기 접촉 요소(1)를 구비한 플러그 커넥터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 플러그 커넥터는 자동차 충전 플러그 커넥터인 것을 특징으로 하는, 플러그 커넥터.
  14. 제12항에 있어서, 접촉 요소(1)에 하나 이상의 냉각액 안내 케이블(2)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 플러그 커넥터.
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