KR20070088558A - 도전성 플레이트용 커넥터 시스템 - Google Patents

도전성 플레이트용 커넥터 시스템 Download PDF

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알렉산드라 린 스피틀러
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타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

플레이트 장착 에지(150)와, 플레이트 장착 에지로부터 연장하는 제1표면 및 제2표면(152, 154)을 갖는 도전성 플레이트와 정합하기 위한 전기 커넥터(114)가 제공된다. 커넥터는 콘택트 장착 에지(200)와, 콘택트 장착 에지 맞은편의 인입 인터페이스 에지(202)를 갖는 콘택트(170)를 포함한다. 제1콘택트 빔(176)과 제2콘택트 빔(174)은 콘택트 장착 에지(200)로부터 연장하고, 제1콘택트 빔(176)은 플레이트 장착 에지(150)를 가로지르는 때 플레이트의 제1표면(152)에 결합하도록 구조화된다. 제2콘택트 빔(176)은 플레이트 장착 에지(150)를 가로지르는 때 플레이트의 제2표면(154)에 결합하도록 구조화되고, 제1콘택트 빔과 제2콘택트 빔은 콘택트 장착 에지를 따라서 서로로부터 측방으로 오프셋된다. 적어도 하나의 인입 콘택트(182)는 인입 인터페이스 에지(202)로부터 연장하고, 인입 콘택트는 정합 커넥터와 정합하도록 구조화된다.
콘택트 장착 에지, 인입 인터페이스 에지, 콘택트 빔, 인입 콘택트

Description

도전성 플레이트용 커넥터 시스템{CONNECTOR SYSTEM FOR CONDUCTIVE PLATES}
본 발명은 전기 커넥터에 관한 것이고, 더 상세하게 도전성 플레이트와 인터페이스로 접속하는 전기 커넥터에 관한 것이다.
특정 전기 시스템은 하나 이상의 도전성 플레이트를 포함하고, 때때로 상기 도전성 플레이트를 진단, 테스팅 및 모니터링 목적으로 외부 장비에 전기적으로 연결하는 것이 바람직하다. 이러한 구조들은 현존하거나 출현하는 기술(existing and emerging technologies)에 채용되고, 전기 커넥터의 새로운 수요를 창출한다. 예를 들어, 연료 전지(fuel cell) 기술은 스택에 배열된 다수의 도전성 플레이트를 사용하고, 작동동안 개별적인 플레이트들의 전압을 모니터하는 것이 바람직하다. 그러나, 플레이트들에 대한 확고하면서 신뢰성있는 전기적 및 기계적 접속은 어려운 것으로 판명되었다.
예를 들어, 이러한 목적으로 사용된 커넥터들에 있어서 전기적 콘택트들은 플레이트들에서의 용이한 설치를 허용하기 위하여 저접촉저항(low contact resistance)로 이루어져야 하지만, 상기 도전성 플레이트들에 부착되는 경우에 기 계적으로 안정화되어야 하고 사용중에 상기 플레이트들로부터 분리하기가 쉽지 않게 되어야 한다. 상기 커넥터와 콘택트들은 또한 필요하거나 또는 요구되는 경우에 플레이트에 신뢰성있게 결합되고 상기 플레이트들로부터 결합해제되어야 하는 반면에, 바람직한 전기적 연결 및 기계적 안정성을 제공하여야 한다. 공지된 콘택트들 및 커넥터들은 이러한 목적에는 적합하지 않았다.
부가적으로, 특정의 전기 시스템에 있어서, 상기 도전성 플레이트들은 통상적인 금속성 재료보다는 복합 재료(composite material)로 제조된다. 복합 재료들은 전기 시스템용으로 유익할 수 있지만, 상기 복합 재료들은 플레이트들과 커넥터 사이의 기계적 전기적 인터페이스를 복잡하게 하는 경향이 있다. 종래의 커넥터들은 이러한 복합 재료들로 사용하기에는 적합하지 않았다.
또한, 연료 전지와 같이 스택형 전기적 부품(stacked electrical components)을 갖는 시스템에 있어서, 상이한 작동 온도에서 플레이트들의 팽창 및 수축은 상기 플레이트들에 결합된 전기적 콘택트들 및 커넥터들에 기계적 부하 및 스트레스를 야기시킬 수 있다. 열적 스트레스는 콘택트들을 상기 플레이트들로부터 이동시키는 경향이 있고 상기 플레이트들에 적합한 진단, 테스팅 및 모니터링 과정을 실패시킬 수 있다. 해결하고자 하는 문제점은 인지된 문제점없이 시스템 요구를 만족시키는 커넥션(connection)을 제공하는 것이다.
해결방안은 도전성 플레이트에 정합하기 위한 전기적 커넥터에 의해서 제공된다. 상기 플레이트는 플레이트 장착 에지와, 상기 플레이트 장착 에지로부터 연장하는 제1표면 및 제2표면을 갖고, 상기 커넥터는 콘택트 장착 에지와 상기 콘택트 장착 에지 맞은편의 인입 인터페이스 에지(lead interface edge)로 이루어진 콘택트를 포함한다. 제1콘택트 빔 및 제2콘택트 빔은 상기 콘택트 장착 에지로부터 연장하고 상기 제1콘택트 빔은 상기 플레이트 장착 에지를 가로지르는 경우에 상기 플레이트의 제1표면과 결합하도록 구조화된다. 상기 제2콘택트 빔은 상기 플레이트 장착 에지를 가로지르는 경우에 상기 플레이트의 제2표면과 결합하도록 구조화되고, 상기 제1콘택트 빔 및 제2콘택트 빔은 상기 콘택트 장착 에지를 따라서 서로로부터 측방으로 오프셋된다. 적어도 하나의 인입 콘택트(lead contact)는 상기 인입 인터페이스 에지로부터 연장하고, 상기 인입 콘택트는 정합 커넥터(mating connector)와 정합하도록 구조화된다.
이제, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시의 방식으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따라서 형성된 커넥터 어셈블리를 포함하는 예시적 전기 시스템의 부분 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 일부의 분해도이다.
도 3은 도 2에 도시된 커넥터에 적합한 예시적 콘택트의 사시도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 시스템의 부분 조립도이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 시스템의 다른 부분 조립도이다.
도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 시스템의 조립도이다.
도 7은 도 1에 도시된 시스템에 적합한 정합 커넥터의 사시도이다.
도 8은 도 2에 도시된 시스템의 부분 조립도이다.
도 1은 시스템(100)에서 도전성 플레이트들에 대한 기계적 및 전기적 연결을 신뢰가능하게 설정할 수 있고 이러한 시스템에 사용된 공지된 커넥터들의 상술된 문제점 및 어려움을 극복하는 예시적 커넥터 어셈블리(102)를 포함하는 예시적 전기 시스템(100)의 일부의 부분 사시도이다.
예시적 실시예에 있어서, 커넥터 어셈블리(102)는 연료 전지(104)를 하기에 설명되는 인터페이스 링크(interface link; 도 1에 미도시)들을 경유해서 모니터링 디바이스(도 1에 미도시)와 인터페이스로 접속시킨다. 상기 인터페이스 링크들은 커넥터 어셈블리(102)와 상기 인터페이스 링크들을 통해서 연료 전지(104)로부터 전송된 신호를 처리하는 모니터링 모듈(monitoring module; 도 1에 미도시)에 순차적으로 접속된다. 따라서, 상기 모니터링 모듈은 모니터링, 테스팅 및/또는 점검 목적을 위하여 연료 전지(104)의 작동을 모니터하도록 사용될 수 있다. 커넥터 어셈블리(102)는 연료 전지(104)를 모니터링 모듈과 인터페이스로 접속시키는 범주 내에서 본 명세서에 설명되고 기재되었지만, 본 발명의 잇점은 커넥터 어셈블리(102)의 다른 적용분야에도 발생하고 연료 전지(104)는 본 발명의 잇점이 실현될 수 있는 단지 하나의 예시적 장치라는 것을 의도하게 된다. 결론적으로, 본 명세 서에 개시된 설명은 예시적 목적만을 위한 것이고 본 발명을 특정의 최종 사용 또는 적용분야에 한정하도록 의도된 것이 아니다.
예시적 실시예에 있어서, 연료 전지(104)는 개질된 천연 가스와 같은 기상 연료와 공기가 반응하여 공지된 방식으로 전기 동력을 생산하는 공지의 유니트(unit)이다. 연료 전지(104)는 다수의 바이폴라 도전성 플레이트(110)를 포함하고, 각각의 도전성 플레이트들은 서로 접착식으로 부착된 제1플레이트부(111; first plate portion)와 제2플레이트부(112)를 포함한다. 부가적으로, 일실시예에 있어서, 도전성 플레이트(110)들은 공지의 금속성 재료보다는 공지의 도전성 폴리머 재료 또는 폴리머 복합재와 같은 복합 재료로 제작된다. 그러나, 본 발명의 실시예는 복합 플레이트들에 부가하거나 또는 대신해서 종래의 금속성 플레이트들이 사용될 수 있다는 것으로 이해된다.
하기에 설명되는 바와 같이, 플레이트 콘택트(도 1에 미도시)들은 플레이트(110)들 각각에 부착되고, 상기 플레이트 콘택트들은 상기 모니터링 모듈이 커넥터 어셈블리(102)를 통해서 작동 동안 연료 전지(104)의 대응하는 플레이트(110)들의 전압을 모니터하는 것을 허용한다. 상기 연료 전지에 있는 각각의 플레이트(110)는 미리결정된 공칭 두께(nominal thickness; T)를 갖고, 플레이트(110)들은 플레이트(110)들 사이의 미리결정된 공칭 간격값(nominal spacing value; S)을 갖고 스택으로 배열되고, 이들의 합은 때때로 플레이트(110)들에 적합한 공칭 피치값(nominal pitch value; P)으로서 언급된다. 즉, 플레이트(110)들의 스택은 플레이트(110)들의 평면에 수직인 방향으로 하나 플레이트의 에지로부터 상기 플레이트 의 두께를 가로질러서 인접하는 플레이트의 에지까지 측정된 재발 치수(reoccuring dimension; P)를 갖도록 설계된다. 이론적으로, 설계 조건에 따르면 플레이트(110)들은 연료 전지 스택에 있어서 균일한 간격(P)으로 반복된다. 실제로, 플레이트들의 플레이트 두께 및 간격의 각각은 제조 공차의 적용을 받게 되고, 실제 치수(P)는 연료 전지(104)에 있어서 2개의 인접하는 플레이트(110)들에 적합한 플레이트 두께(T)와 공칭 간격값(S)의 합의 공칭 값으로부터 약간 벗어날 수 있다.
커넥터 어셈블리(102)는 다수의 불연속 커넥터(114)들을 포함하고, 스택에 있어서 커넥터(114)들 중 하나는 각각의 플레이트(110)에 연결된다. 플레이트(110)들과 커넥터(114)들의 일대일 상호 관계(one-to-one corelation)를 가짐으로써, 플레이트(110)들의 서로에 대한 위치설정[즉, 인접하는 플레이트들 사이의 치수(P)]이 변할 수 있어도 개별적인 플레이트(110)에 대한 커넥터(114) 각각의 위치설정이 확보되도록 커넥터(114)들은 플레이트(110)들에 고정될 수 있다. 플레이트(110)들과 커넥터(114)들 사이의 신뢰가능하고 확고한 기계적 전기적 커넥션은 그러므로 플레이트(110)들의 공치 피치 간격(P)에 있어서 약간의 변동에도 불구하고 확보될 수 있다.
각각의 커넥터(114)는 서로로부터 플레이트(110)들의 두께(T) 만큼 이격된 양측면(118, 120)과, 양측면(118, 120) 사이에서 연장하는 정합면(122)을 갖는 절연성(즉, 미전도성) 하우징(116)을 포함한다. 하우징(116)은 정합면(122)의 양단부에서 측면(118, 120)들 사이를 연장하는 단부에지(124)들을 더 포함한다. 측면(118, 120)들과, 정합면(122)과, 단부에지(124)들은 스택에 있어서 개별적인 플 레이트(110)에 결합하는 플레이트 콘택트(도 1에 도시되어 있지 않지만 하기에 설명됨)에 적합하게 그들 사이에 있는 캐비티 또는 리셉터클을 둘러싼다.
예시적 실시예에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 하우징(116)의 하나의 측면(118)은 슬롯(126)을 포함하는 반면에, 다른 측면(120)은 절연성 플랜지(128)를 포함한다. 플레이트(110)들이 적층되는 경우에, 플랜지(128)들은 슬롯(126)들 내에 안착되고, 플랜지(128)들은 상기 콘택트 빔들이 인접하는 플레이트들에 접촉하는 것과 플레이트들이 단락되는 것을 방지한다. 한 쌍의 개구 또는 리셉터클(130)는 각 하우징(116)의 정합면(122)에 제공되고, 리셉터클(130)들은 하기에 설명되는 정합 커넥터를 수용하여 하우징(116) 내의 플레이트 콘택트와 모니터링 모듈 사이의 전기적 커넥션을 확보한다. 장착 레그(mounting leg; 132)들은 정합면(122)으로부터의 반대방향으로 측면(118)으로부터 하방으로 현수하고, 각각의 장착 레그(132)는 하우징(116)을 개별적인 플레이트(110)에 고착시키기 위하여 지지바(retention bar; 도 1에 미도시)를 수용하는 지지 구멍(134)을 포함한다.
도 2는 시스템(100; 도 1에 도시됨)의 일부의 분해도이고 하나의 커넥터(114)와 하나의 플레이트(110)를 예시한다. 플레이트(110)는 커넥터(114)를 받아들이는 장착 에지(150)와, 장착 에지(150)로부터 연장하고 바이폴라 플레이트(110)를 한정하는 제1플레이트부(111) 및 제2플레이트부(112)의 외부면들에 대응하는 양측면 또는 표면(152, 154)을 포함한다. 제1플레이트부(111)는 제1콘택트 슬롯 및 제2콘택트 슬롯(156)와 이들 사이의 가이드 채널(157)을 포함하고, 각각의 슬롯(156)과 채널(157)은 플레이트 장착 에지(150)에 인접해서 배치된다. 벽감형 지지 구역(recessed retention area; 158)은 슬롯(156)들과 가이드 채널(157)의 직하부에서 연장한다.
제2플레이트부(154)는 제1플레이트부의 슬롯(156)들 사이에 위치설정되고 가이드 채널(157)의 반대편에 있는 콘택트 슬롯(156)을 포함한다. 벽감형 그루브(recessed groove; 162)들은 또한 슬롯(160)의 양측에서 제2플레이트부(112)에 제공된다.
예시적인 실시예에 있어서, 커넥터(114)는 하우징(116)과 플레이트 콘택트(170)를 포함한다. 플레이트 콘택트(170)는 본체부(172)와, 본체부(172)로부터 하방으로 연장하는 센터 콘택트 빔(174)과, 센터 콘택트 빔(174)의 양측에서 본체부(172)로부터 연장하는 제1외부 콘택트 빔 및 제2외부 콘택트 빔(176)을 포함한다. 콘택트 빔(174, 176)들은 플레이트 장착 에지(150)를 가로지르거나 이동하게 되어서 수용되도록 구성된다. 플레이트 장착 에지(150)를 가로지르는 경우에, 센터 콘택트 빔(174)은 제2플레이트부 슬롯(160)에 수용되고, 외부 콘택트 빔(176)은 제1플레이트부 슬롯(156)에 수용된다. 그 때문에, 센터 콘택트 빔(174)은 슬롯(160)에 의해서 노출되고 가이드 채널(157) 후면에 위치된 제1플레이트부(111)의 내부면(178)과 결합하고, 외부 콘택트 빔(176)은 슬롯(156)에 의해서 노출된 제2플레이트부(112)의 내부면(180)과 결합한다.
제1인입 콘택트 및 제2인입 콘택트(182)는 본체부(172)로부터 하우징(116) 측의 상방으로 연장한다. 인입 콘택트(lead contact; 182)는 정합면(122)의 리셉터클(130)에 노출된다. 인입 콘택트(182)는 콘택트(184)가 하나의 리셉터클(130) 로 삽입되는 때 정합 콘택트(184)와 전기적으로 접속하게 된다. 예시적인 실시예에 있어서, 정합 콘택트(184)는 예를 들어 연료 전지 스택 내 플레이트(110)의 작동 전압을 모니터하도록 사용될 수 있는 공지된 모니터링 모듈(188)에 접속된 와이어(186)의 형태인 인터페이스 링크에 체결된다.
커넥터의 하우징(116)의 절연성 플랜지(128)는 가이드 채널(157)에 미끄럼가능하게 수용되고, 장착 레그(136)들은 벽감형 그루브(162)에 각각 수용된다. 절연성 플랜지(189)들은 하우징(116)으로부터 현수하고 외부 콘택트 빔(176)들 위에 놓여서 빔(176)들이 부주의하게 접촉하는 것을 방지하면서 외부 콘택트 빔(17)들이 인접하는 플레이트(110)와 단락하는 것을 방지한다. 장착 레그(132)들의 지지 구멍(134)들은 플레이트(110)를 관통하여 연장하는 지지 구멍(190)과 정렬하게 되고, 지지 바(192)는 제1플레이트부(111)의 지지 영역(158)에 억지끼움된다.
지지 바(192)는 플레이트의 구멍(190)들로 삽입되어 장착 레그의 구멍(134)들을 통과하는 지지 포스트(194, 196)들을 포함한다. 예시된 실시예에 있어서, 지지 포스트(194, 196)들은 이들이 구멍(190, 134)들에 삽입되는 경우에 탄성적으로 변형한 후에 장착 레그(132)들을 플레이트(110)에 견고하게 유지시키는 체결 위치로 탄성적으로 스냅 또는 복귀하는 분기형 포스트(bifurcated post)이다. 다른 실시예에 있어서, 지지 포스트(194, 196)들은 장착 레그의 구멍(134)들보다 약간 큰 치수를 갖는 견고한 구조물(solid construction)으로서 제작되고, 따라서 커넥터의 하우징(116)을 플레이트(110)에 강제끼움 또는 억지끼움 방식으로 유지시킨다.
지지 바(192)는 예시적인 실시예에 있어서 비전도성 재료(예를 들어, 플라스 틱)으로 제작되고, 커넥터의 하우징(116)으로부터 분리식으로 제공된다. 지지 바(192)는 커넥터(114)가 일단 플레이트(110)에 장착되면 용이하게 설치되고, 지지 바(192)는 플레이트에 대한 커넥터 하우징(116)의 견고한 장착을 제공하면서 경제걱으로 제작될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 지지 바(192)는 커넥터 하우징(116)과 플레이트 콘택트(170)가 플레이트 장착 에지(150)를 지나 장착되기 전 또는 후에 설치될 수 있다. 즉, 상기 지지 포스트들은 하우징(116)과 플레이트 콘택트(170)가 플레이트(110)에 미끄럼가능하게 결합된 후에 장착 레그의 구멍(134)들을 통해서 삽입될 수 있거나 또는 지지 바(192)가 이미 장착되어 있다면 장착 레그(132)들은 플레이트 장착 에지(150)를 지나 미끌어지고 지지 포스트(194, 196)들 위에 스냅될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 플레이트 콘택트(170)의 확대 사시도이다. 본체부(172)는 예시적인 실시예에 있어서 일반적으로 평면인 직사각형이고, 콘택트 장착 에지(200)와, 인입 인터페이스 에지(202)와, 콘택트 장착 에지(200)와 인입 인터페이스 에지(202) 사이에서 연장하는 사이드 에지(204)들을 포함한다. 본체부(172)는 관통하여 연장하고 콘택트 사이드 에지(204)들 사이에서 연장하여 여러줄로 늘어서서 정렬된 다수의 긴 개구(206)들을 포함한다. 개구(206)들은 인접하는 개구(206)들 사이에서 연장하는 얇은 웨브 구역(thin web section; 208)들을 한정한다. 웨브 구역(208)들은 본체부(172)의 나머지보다 상당히 감소된 단면적을 갖고, 결론적으로 웨브 구역(208)들은 웨브 구역(208)들의 영역에 있어서 굽힘력(bending force)에 대해 감소된 구조적 강도 및 저항을 갖는다. 따라서, 개 구(206)들과 웨브 구역(208)들에 의해서, 본체부(172)는 웨브 구역(208)들 주위에서 굽혀지거나 또는 휘어질 수 있고 관련된 플레이트(110)(도 1 및 도 2에 도시됨)으로부터 빔(174, 176)들을 이동시킬 수 있는 콘택트 빔(174, 186) 상의 기계적 응력을 완화시킬 수 있다. 그 때문에, 본체부는 유연해진다.
외부 콘택트 빔(176)들은 콘택트 장착 에지(200)로부터 연장하고, 센터 콘택트 빔(174)으로부터 측방으로 이격되어서, 센터 콘택트 빔(174)은 외부 콘택트 빔(176)들 사이에 위치하게 된다. 일실시예에 있어서, 각각의 외부 콘택트 빔(176)은 한 쌍의 콘택트 빔들을 포함한다. 콘택트 빔(176)들은 유연한 본체부(172) 측으로 경사지게 연장하고, 제2플레이트부(112; 도 2에 도시됨)의 내부면(180)에 결합하는 둥근 콘택트면(rounded contact surface; 210)들을 포함한다. 콘택트면(210)들은 플레이트 콘택트(170)가 설치되는 경우에 플레이트(110)에 대해 미끄러지고, 빔(176)들의 경사각은 빔(176)들이 플레이트(110)에 결합하는 경우에 플레이트(110)에 대해서 수직의 접촉력을 발생시키고 빔(176)들은 편향하게 된다.
센터 콘택트 빔(174)은 또한 본체부(172) 측으로 경사지게 연장하고, 제1플레이트부(111; 도 2에 도시됨)의 내부면에 결합하는 둥근 콘택트면(212)을 포함한다. 콘택트면(212)은 플레이트 콘택트(170)가 설치되는 경우에 플레이트(110)에 대해 미끄러지고, 빔(174)의 경사각은 빔(174)이 플레이트(110)에 결합하는 경우에 플레이트(110)에 대해서 수직의 접촉력을 발생시키고 빔(174)은 편향하게 된다.
예시적 실시예에 있어서, 센터 콘택트 빔(174)과 외부 콘택트 빔(176)들은 콘택트 장착 에지(200)를 따라서 서로로부터 반대방향으로 각을 이룬다. 그러므 로, 외부 콘택트 빔(176)들의 콘택트면(210)들과 센터 콘택트 빔(174)의 콘택트면(212)은 서로로부터 반대방향으로 대면하고, 빔(174)과 빔(176)들은 이들이 플레이트 장착 에지(150; 도 2에 도시됨) 위에 삽입되는 때 반대방향으로 편향하게 된다. 따라서, 콘택트 빔(174, 176)들이 다른 방향으로 각을 이룸으로써, 수직 접촉력은 빔(174, 176)들이 편향되는 때 반대방향으로 작용한다. 플레이트 콘택트(170)는 그러므로 클립으로서 플레이트(110)에 설치되고, 어느 정도 센터 콘택트 빔(174)에 대해서 외부 쌍의 콘택트 빔(176)들의 측방 오프셋(lateral offset)에 기인하여 안정화 방식으로 자체 유지된다. 또한, 다수의 빔(174, 176)들에 의해서 제공된 다수의 콘택트면(210, 212)들은 플레이트 콘택트(170)가 플레이트(110)에 장착되는 때 풍부한 접촉 포인트를 제공하고 플레이트(110)에 대한 적합한 전기적 커넥션을 보장한다. 5개의 콘택트 빔[하나의 센터 빔(174)과 4개의 외부 빔(176)들]들이 도 3에 도시되어 있지만, 더 많거나 또는 더 적은 콘택트 빔들이 다른 실시예에 있어서 제공될 수 있다는 것을 이해하게 된다.
한 쌍의 인입 콘택트(182)들은 본체부(172)의 인입 인터페이스 에지(202)로부터 연장하고, 인입 콘택트(182)들은 커넥터 하우징 내의 리셉터클(130)(116; 도 2에 도시됨)에 대응한다. 예시적인 실시예에 있어서, 인입 콘택트(182)들은 서로 대면하는 한 쌍의 편향가능한 빔(214)을 갖는 튜닝 포크 콘택트(tuning fork contact)들이다. 편향가능한 빔(214)들은 정합 콘택트(184)(도 2에 도시됨)를 빔(214)과 정렬시키는 둥근 가이드 돌기(216)들을 그의 말단부에 갖고, 정합 콘택트(184)가 삽입되는 경우에 빔(214)들은 편향되고 정합 콘택트(184)는 빔들 사이의 개방 공간(217)에 수용된다. 또한, 인입 콘택트(182)는 편향가능한 빔(214)들 부근에 지지 구멍들 또는 창(218)들을 포함한다. 지지 창(218)들은 하기에 설명되는 바와 같이 정합 콘택트(184)를 지지하도록 사용된다. 튜닝 포크 콘택트들은 인입 콘택트(182)들에 적합하게 예시되었지만, 다른 형태의 콘택트들이 다른 실시예에 있어서 정합 콘택트와 인터페이스로 접속되도록 요구된다는 것을 인식하게 된다.
하우징 지지 바브(housing retention barb; 220)는 인입 인터페이스 에지(202)로부터 연장하여 제공되고 인입 콘택트(182)들 사이에서 거의 중앙에 위치하게 된다. 바브(220)의 사이드 에지(222)들은 울퉁불퉁하게 되고 커넥터 하우징(116; 도 2에 도시됨)의 일부를 관통하여 플레이트 콘택트(170)를 하우징(116)에 견고하게 지지한다.
본체부(172), 콘택트 빔(174, 176)들, 인입 콘택트(182)들 및 지지 바브(220)를 포함하는 플레이트 콘택트(170)는 공지된 제조 공정 및 기술에 따라서 도전성 재료를 사용하여 스탬프되고, 가공되고, 도금처리될 수 있다. 일단 플레이트 콘택트(170)들이 하우징(116)에 조립되어 커넥터(114)들을 완성하면, 커넥터(114)들은 바이폴라 플레이트(110)들에 삽입되어 지지 바(192; 도 2에 도시됨)을 설치함으로써 제위치에 견고하게 유지될 수 있다.
도 4와 도 5는 플레이트(110)들 중 하나에 결합된 플레이트 콘택트(170)를 예시한다. 플레이트 콘택트(170)의 콘택트 빔(174, 176)들은 플레이트 장착 에지(150) 위에 삽입되고, 콘택트 빔(174, 176)들은 플레이트(110)의 양면에 결합한다. 외부 콘택트 빔(176)들은 제1플레이트부 슬롯(156)들에 수용되고, 센터 콘택 트 빔(174)은 제2플레이트부 슬롯(160)에 수용된다. 외부 콘택트 빔(176)들의 변형은 플레이트(110)의 하나의 표면에 수직 접촉력(N1: 도 4 참조)을 발생시키고, 센터 콘택트 빔(174)의 변형은 플레이트(110)의 다른 표면에 수직 접촉력(N2: 도 5 참조)을 발생시킨다. 콘택트(170)는 그러므로 플레이트(110)에 견고하게 결합하게 된다.
도 6은 플레이트 콘택트(170: 도 2 내지 도 5에 도시됨)가 커넥터 하우징(116) 내에 장착되어 있는 커넥터(114)의 조립도이다. 플레이트 콘택트(170)의 콘택트 빔(174, 176)들은 커넥터 하우징(116)의 하단부를 통해서 노출된다. 플랜지(128)는 센터 콘택트 빔(174) 근처에서 하우징(116)으로부터 연장하고 플랜지(189)들은 외부 콘택트 빔(176)들 근처에서 하우징(116)으로부터 연장한다. 하우징(116)은 플레이트에 수직으로 측정되었을 때 플레이트 두께(T: 도 1 참조) 거의 이하인 치수(D)를 갖도록 제작되며, 상기 치수(D)는 플레이트들이 스택되는 경우에 인접하는 플레이트(110)들 사이의 플레이트 대 플레이트 간격(plate-to-plate spacing) 또는 피치(P: 도 1 참조)와 저촉하지 않는다.
도 7은 플레이트 콘택트(170)의 인입 콘택트(182: 도 2 및 도 3 참조)들에 적합한 정합 콘택트(184)의 사시도이다. 예시적인 실시예에 있어서, 정합 콘택트(184)는 개별 와이어(discrete wire; 186)의 단부에 크림프된 블레이드 콘택트(blade contact)이다. 정합 콘택트(184)는 그의 말단부에 변형가능한 빔(230)들을 포함하고, 빔(230)들은 인입 콘택트(182)들의 지지 창(218: 도 3 참조)와 결합하는 돌기(232)들을 포함한다. 빔(230)들은 정합 콘택트(184)의 삽입동안 변형하 고 인입 콘택트(182)에 대한 정합 콘택트(184)의 적절한 지지력을 확보하는 잔여힘(residual force)를 제공한다.
도 8은 플레이트(110)와, 플레이트(110)에 장착된 커넥터(114)와, 커넥터(114)에 결합된 정합 콘택트(184) 및 와이어(186)를 예시한다. 일실시예에 있어서, 커넥터(114)들은 플레이트들이 스택되기 전에 개별적인 플레이트(110)들에 체결된다. 플레이트 콘택트(170)는 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이 플레이트(110)에 체결되고, 커넥터 하우징 플랜지(189)들은 제1플레이트부 슬롯(156)에 수용되고 콘택트 빔(176)들을 차폐하여 인접하는 플레이트(110)들을 전기적으로 절연시키고 스택에서 이들이 단락되는 것을 방지한다. 플랜지(128)는 가이드 채널(157)에 수용되고, 장착 레그(132)와 함께 플랜지(128)는 하우징(116)을 플레이트(110)에 지지한다. 정합 콘택트(184)는 커넥터 하우징(116) 내의 리셉터클(130)들 중 하나에 수용되어 플레이트(110)의 전압을 모니터하기 위하여 모니터링 모듈(188: 도 2 참조)와의 소통을 설정한다. 플레이트(110)들이 도 1에 도시된 바와 같이 스택되는 때, 정합 커넥터(184)들은 스택 내의 플레이트들을 모니터하기 위하여 커넥터 리셉터클(130)과 함께 사용될 수 있다.
그러므로, 공지된 커넥터 시스템과 관련된 상술된 문제점을 회피하면서 도전성 플레이트들을 외부 장비에 신뢰가능하게 연결시키는 어셈블리(100)가 제공된다. 그러므로, 신뢰가능하고 긴 수명의 콘택트 시스템은 예를 들어 현존하는 커넥터 시스템과 적합하지 않은 연료 전지 스택과 함께 사용하기 위해 사용된다. 플레이트 콘택트(170: 도 3 내지 도 5 참조)들을 갖는 커넥터(114: 도 1, 도 2, 도 6 및 도 8 참조)들이 단독으로 단일 플레이트들에 사용될 수 있거나 또는 다중 플레이트 콘택트(170)들과 커넥터(114)들은 다중 플레이트들에 사용될 수 있다. 풍부한 콘택트 표면들에는 콘택트 빔(174, 176)들이 제공되고, 콘택트 빔(174, 176)들의 반대방향으로 지향된 수직력(N1 및 N2: 도 4 및 도 5 참조)은 플레이트 콘택트(170)들과 플레이트(110)들의 기계적 전기적 커넥션을 확보한다. 지지바(192: 도 2 및 도 8 참조)들은 플레이트(110)들에 대한 커넥터 하우징(116)들의 견고한 부착을 제공하고, 장착 레그(132: 도 2 및 도 6 참조)들과 함께 하우징 플랜지(128)들은 하우징(116)들을 플레이트(110)들에 지지시키고, 플랜지(128, 129)들은 인접하는 플레이트(110)들이 스택 내에서 서로 단락하는 것을 방지한다. 플레이트 콘택트(170)들의 유연한 본체부(172)들은 커넥터(114)의 콘택트 빔(174, 176)들 상의 기계적 응력을 완화시켜서 콘택트 빔(174, 176)들은 가변하는 작업 조건 및 온도 하에서 플레이트(110)에 결합된 상태로 남는다. 그러므로, 플레이트(110)들에 대한 우수한 전기적 기계적 커넥션이 제공된다.
본 발명은 다양한 특정 실시예의 관점에서 설명되었지만, 기술분야의 당업자는 본 발명이 청구범위의 사상 및 요지 내에서 변형될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다.

Claims (10)

  1. 플레이트 장착 에지(150)과, 상기 플레이트 장착 에지로부터 연장하는 제1표면 및 제2표면(152, 154)을 갖는 도전성 플레이트(110)와 정합하기 위한 전기 커넥터(102)에 있어서,
    콘택트 장착 에지(200) 및 상기 콘택트 장착 에지 맞은편의 인입 인터페이스 에지(202)와;
    상기 콘택트 장착 에지로부터 연장하는 제1콘택트 빔(176) 및 제2콘택트 빔(174)-상기 제1콘택트 빔은 상기 플레이트 장착 에지(150)를 가로지르는 경우에 상기 플레이트의 제1표면(152)과 결합하도록 구조화되고, 상기 제2콘택트 빔은 상기 플레이트 장착 에지를 가로지르는 경우에 상기 플레이트의 제2표면(154)과 결합하도록 구조화되며, 상기 제1콘택트 빔과 제2콘택트 빔은 상기 콘택트 장착 에지를 따라서 서로로부터 측방으로 오프셋됨-과;
    상기 인입 인터페이스 에지(202)로부터 연장하는 적어도 하나의 인입 콘택트(182)-상기 인입 콘택트는 정합 커넥터와 정합하도록 구조화됨-;
    로 이루어진 콘택트(170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘택트는 상기 콘택트 장착 에지(200)와 상기 인입 인터페이스 에 지(202) 사이를 연장하는 유연한 본체부(172)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 콘택트는 실질적으로 평판인 본체부(172)와, 상기 본체부를 관통하여 연장하는 다수의 개구(206)들과, 인접하는 상기 개구들 사이의 유연한 웨브 구역(208)들을 포함하고, 상기 유연한 웨브 구역들은 상기 본체부가 상기 유연한 웨브 구역들 주위에서 휘어지고 상기 제1콘택트 빔과 제2콘택트 빔에 작용하는 기계적 응력을 완화시키는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1콘택트 빔(176)은 상기 플레이트의 제1표면(152)과 결합하도록 구조화된 한 쌍의 콘택트 빔으로 구성되고, 상기 콘택트 빔의 쌍은 상기 콘택트 장착 에지(200)를 따라서 상기 제2콘택트 빔(174)으로부터 측방으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1콘택트 빔(176)은 상기 플레이트의 제1표면(152)과 결합하도록 구조화된 적어도 2개의 콘택트 빔들로 구성되고, 상기 제2콘택트 빔(174)은 상기 콘택트 장착 에지(200) 상에서 상기 적어도 2개의 콘택트 빔(176)들 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  6. 제1항에 있어서,
    하우징(116)과 상기 하우징을 상기 플레이트에 고착시키도록 구조화된 지지 바(192)를 더 포함하고, 상기 지지 바는 상기 하우징으로부터 분리식으로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  7. 제1항에 있어서,
    하우징(116)을 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 제1콘택트 빔 및 제2콘택트 빔(176, 174)들 중 하나에 대응하는 절연성 플랜지(128, 189)를 포함하고, 상기 절연성 플랜지는 다수의 플레이트들이 전기 시스템에서 스택되는 때 상기 대응하는 콘택트 빔이 인접하는 플레이트에 접촉하는 것을 방지하도록 구조화되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 연료 전지 스택의 바이폴라 플레이트이고, 상기 커넥터는 상기 콘택트의 일부를 둘러싸는 하우징(116)을 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 바이폴라 플레이트에 부착하기 위해 구조화된 적어도 하나의 장착 레그(132)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터.
  9. 장착 인터페이스 에지(150)와, 상기 장착 에지로부터 연장하는 제1표면(152)과, 상기 제1표면의 반대측에서 상기 장착 에지로부터 연장하는 제2표면(154)을 갖는 도전성 플레이트(110)를 포함하고, 상기 플레이트는 부품 어셈블리에 스택하기 위해 구조화되어 있는 전기 시스템(100)에 있어서,
    상기 플레이트 장착 에지(150)에 미끄럼가능하게 결합하도록 구조화된 하우징(116)과, 상기 하우징 내에 있고 상기 플레이트의 제1표면(152)과 제2표면(154)에 결합하도록 구조화된 콘택트(170)를 포함하는 커넥터(114)와;
    상기 하우징에 부착되어 있지 않고 상기 하우징을 상기 플레이트에 지지하도록 구조화된 비전도성 지지 바(192);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 시스템.
  10. 서로 조화하여 정렬되고 공칭 피치값 만큼 서로로부터 이격되어 있는 다수의 전기 부품(110)-각각의 상기 부품은 전기 커넥터(114)를 수용하도록 구조화된 부품 장착 에지(150)를 구비함-과, 상기 전기 부품(110)들 중 하나에 개별적으로 부착된 다수의 전기 커넥터(114)를 포함하는 전기 시스템(100)에 있어서,
    상기 다수의 전기 커넥터들 중 각각은,
    상기 개별적인 전기 부품(110)의 상기 장착 에지(150)에 미끄럼가능하게 결합하도록 구조화된 하우징(116)과;
    상기 하우징으로부터 연장하는 제1콘택트 빔 및 제2콘택트 빔(176, 174)을 포함하는 콘택트(170)-상기 제1콘택트 빔 및 제2콘택트 빔은 상기 부품 장착 에지에 인접하는 상기 플레이트의 양면(152, 154)에 결합하도록 구조화됨-과;
    상기 하우징에 부착되어 있지 않은 비전도성 지지 바(192)-상기 지지 바는 상기 하우징을 상기 부품 장착 에지에 근접한 개별적인 전기 부품에 지지하도록 구조화됨-;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 시스템.
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