KR20140139534A - 전류의 전송 시스템 - Google Patents

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빌렘 블라크본
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로젠버거 호흐프리쿠벤츠테흐닉 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 전기 전도성 방식으로 함께 연결된, 적어도 2개의 경질 도체를 포함하는 일반적인 범주의 시스템을 제공하는 것의 문제에 기초하고, 이는, 이러한 시스템의 수단에 의해 연결되어져야 하는 전기적 기능 소자들(electrical functional elements)의 포지셔닝(positioning)에 관해 공차 보상(tolerance compensation)의 가능성에도 불구하고, 신뢰성 있는 전송 동작을 보장한다.
본 발명에 따른 시스템의 설계는 제1 도체(1)의 종축(longitudinal axis)을 따라서 그리고 이것에 방사상 방향(radial direction)으로 서로 관련된 2개의 도체(1, 2)가 (한도 내에서) 상대적으로 이동 가능하도록 한 것이다. 서로 관련하여 제1 도체(1) 및 제2 도체(2)의 틸팅(tilting)이 또한 가능하다. 두 도체(1, 2) 및 두 나선형 스프링들(4) 사이에 접촉 표면적의 사이즈(size)가 크게 변화하지 않고 두 도체(1, 2)의 상대 운동(relative movement)이 탄성적으로 변형 가능한 나선형 스프링(4)에 의해 흡수되기 때문에, 고 전류의 전송에 대한 유효 표면적(effective surface area)이 이에 의해 실질적으로 항상 동일하게 유지된다.

Description

전류의 전송 시스템{System for the transmission of electrical current}
본 발명은 서로 연결된 적어도 2개의 전기 전도성 경질 도체(rigid conductor)를 포함하는 전류의 전송 시스템에 관한 것이다.
전류에 대하여, 구체적으로 고전류가, 고체 금속 성분(solid metal components), 즉 실질적으로 딱딱한, 대용량으로 설계된 도체를 통해 전송되는 것이 널리 알려져 있다. 도체의 강성(rigidity) 때문에 위치 공차(positioning tolerance)의 보상이 쉽게 가능하지 않으므로, 경질 도체들(rigid conductors)의 사용은 이러한 도체들을 통해 연결되는 전기적 기능 소자들이 서로에게 관련되어 상대적으로 정확히 위치되어야 하는 필요가 있는 문제를 야기한다. 이러한 문제는 시스템의 적어도 2개의 도체가 정의된 플레이(defined play)로 함께 연결되는 것으로 해결될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에 두 도체 간에 접촉 표면적(surface area)이 그것의 상대적인 위치에 의존하여 다양하며, 이것은 전류에 대해 불충분한 전송 동작과 관련될 수 있다.
예를 들어, 전기 모터 차량의 구동 트레인(drive train)에서, 경질 도체의 시스템을 통해 전력 전자(power electronics)로 연결된 배전기(power distributor)가 알려져 있다.
이러한 종래 기술로부터 출발하여, 본 발명은, 전기 전도성 방식으로 함께 연결된, 적어도 2개의 경질 도체를 포함하는 일반적인 범주의 시스템을 제공하는 것의 문제에 기초하고, 이는, 이러한 시스템의 수단에 의해 연결되어져야 하는 전기적 기능 소자들(electrical functional elements)의 포지셔닝(positioning)에 관해 공차 보상(tolerance compensation)의 가능성에도 불구하고, 신뢰성 있는 전송 동작을 보장한다.
이러한 문제는 독립 청구항 1에 따른 시스템을 통해 해결된다. 본 발명에 따른 시스템의 유리한 실시예들은 종속 청구항의 발명 대상물(subject matter)이고 본 발명의 다음의 상세에서 설명된다.
본 발명에 따르면, 전류의 전송(에너지의 공급 및 (무선 주파수 신호를 포함한) 신호의 전송 모두)에 대해 이러한 일반적인 범주 및 특히 전기 전도성 방식으로 함께 연결되는 적어도 2개의 경질 도체를 가진 고 전류(전류 소스의 ≥ 48 V 전압)의 시스템은 2개의 도체가 적어도 하나의 전기 전도성의 변형할 수 있는 연결 소자(connecting element)를 통해 (간접적으로) 연결된(전기 전도성 방식으로) 것으로 더 개발된다.
변형할 수 있는 연결 소자는, 본 발명에 따른 시스템을 통해 연결되어야 하는 전기 기능 소자들의 포지셔닝(positioning)의 견지에서 공차가 보상될 수 있다는 것을 통해 경질 도체들의 상대적인 이동성을 보장한다.
연결 소자(connecting element)는 바람직하게는 그것의 종축의 방향으로 폐쇄된 링과 같은 형상이고 프리-텐션(pre-tension) 하에 제1 도체의 한 섹션(section)을 그립(grip)하는 (바람직하게는 원통형) 나선형 스프링을 포함할수 있다. 이러한 프리-텐션(pre-tension) 하에 상기 제1 도체의 그리핑(gripping)은 상기 도체 및 상기 나선형 스프링 간에 영구적인 접촉을 보장한다.
링 형상의 나선형 스프링(ring-formed helical spring) 및 적어도 제2, 바람직하게는 두 도체, 간에 접촉은 바람직하게는 상기 링 형상의 나선형 스프링에 의해 형성되는 방사상 평면(radial plane)에서 일어난다. 이것은 시스템을 통해 흐르는 전류에 대한 양호한 전송 동작을 달성케 한다.
특히 바람직하게는, (적어도) 2개의 나선형 스프링이 프리-텐션(pre-tension) 하에 상기 제1 도체의 각 섹션을 그립(grip)하고 관련된 나선형 스프링에 의해 형성된 방사상 평면에 상기 제2 도체를 각각 접촉하도록 제공될 수 있다. 이것은 전류의 전송을 위한 유효 표면적(effective surface area)이 상대적으로 크도록 할 수 있다.
상기 나선형 스프링이 상기 제2 도체와 영구적인 접촉을 보장하고, 따라서 양호한 전기적 전송 동작을 보장하기 위해, 접촉 소자(contact element)의 수단에 의해 (각각의 경우에) 상기 제2 도체에 대하여 가압하는 경우일 수도 있다.
특히 바람직하게, 접촉 소자(들) 자체는 그에 따라 설계에서 전기적 전도성이 있고 또한 상기 제1 도체와 함께 전기적 전도성 방식으로 연결된다. 결과적으로, 상기 제1 도체는 그것들의 내측(후자(latter)가 상기 제1 도체를 그립하는 것과 함께) 뿐만 아니라, 또한 상기 접촉 소자(들)을 통해서도 링 형상의 나선형 스프링(들)을 접촉한다. 결과적으로, 전류의 전송을 위한 유효 표면적이 다시 증가될 수 있다.
바람직하게는, 예를 들어 평탄형 요소(flat component)의 형상으로 설계될 수 있는 제2 도체는, 예를 들어 (하나의 섹션에서 적어도) 연장되는 핀 형상(pin-formed)일 수 있는 제1 도체가 통과하는 개구(opening)를 가진다. 특히 바람직하게는, 상기 제2 도체의 개구의 적어도 하나의 치수(dimension)는 상기 개구에 수용되는 상기 제1 도체의 섹션(section)에서 대응되는 이의 외부 치수(external dimension)보다 더 크다. 결과적으로, 복수의 방향에서 상기 도체들의 상대적인 이동성(movability)이 보장된다.
바람직하게는, 상기 개구 뿐만 아니라 그 안에 수용되는 상기 제1 도체의 섹션도 횡단면(cross section)에서 원형이며, 직경(diameter)의 차이는 0.1 mm에서 0.2 mm 사이에 이른다.
본 발명은, 전기 전도성 방식으로 함께 연결된, 적어도 2개의 경질 도체를 포함하는 일반적인 범주의 시스템을 제공하는 것의 문제에 기초하고, 이는, 이러한 시스템의 수단에 의해 연결되어져야 하는 전기적 기능 소자들(electrical functional elements)의 포지셔닝(positioning)에 관해 공차 보상(tolerance compensation)의 가능성에도 불구하고, 신뢰성 있는 전송 동작을 보장할 수 있다.
본 발명은 도면들에 도시한 실시예를 참조하여 다음에서 더 상세히 설명하도록 한다:
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 등축 분해 표현(isometric exploded representation)을 도시하며; 그리고
도 2는 도 1에 도시한 본 발명에 따른 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 1 및 도 2는 예를 들어, 전기 자동차의 구동 트레인(drive train)에 사용될 수 있는 것과 같이, 고 전류(high current)의 전송을 위한 발명에 따른 시스템의 다른 뷰(view)를 도시한다.
시스템은 비교적 대용량(large-volume), 고체 금속 요소로 설계되고, 따라사 실질적으로 강성(rigid)이 있는 2개의 도체들(1, 2)을 포함한다. 설치 중에 두 도체들(1, 2)의 변형(deformation)은, 예를 들어 상기 시스템에 의하여 연결되어야 하는 전기 기능 소자들(electrical functional elements)의 위치 공차(positioning tolerances)를 보상하기 위해 따라서 가능하지 않다. 도체들(1, 2)은 이것들의 전기 저항을 최소화하기 위해 설계에서 대용량 및 고체이고 결과적으로 고 전류의 전송 시 전력 손실이다.
제1 도체(1)는 핀 형상(pin-formed)이고 제2 도체(2)는 즉 평탄형 요소(flat component)와 같은 접촉 레일(contact rail)로서 설계된다. 제2 도체는 시스템이 그것의 설치 상태에 있을 시에 제1 도체(1)가 돌출(project)하는 것이 통과하는 개구(opening, 3)를 가진다. 도 2로부터 보여지는 바와 같이, 개구(3)의 직경(diameter)은 제1 도체(1)가 상기 개구에서 수용되는 섹션(section)에서 후자(latter)의 외부 직경(external diameter)보다 더 크다. 직경 차이는 0.1 mm에서 0.2 mm 사이일 수 있으며, 이러한 직경 차이를 통해, 두 도체들(1, 2) 간에 정의된 이동성(defined movability)이 제1 도체의 종축(longitudinal axis)을 따라서 뿐만 아니라 그것에 방사상 방향(radial direction)으로 달성될 수 있다. 이것은 또한 제2 도체(2)에 대하여 제1 도체(1)의 틸팅(tilting)을 허용한다(제1 도체의 종축이 제2 도체의 넓은 측면 표면에 더 이상 수직으로 정렬되지는 않음).
서로에 관련된 두 도체(1, 2)의 상대적 이동성은 본 발명에 따른 시스템에 의하여 연결되어야 하는 전기적 기능 소자들에서 위치 공차들의 보상을 보장한다.
시스템을 통해 고 전류의 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위해, 두 도체(1, 2)의 상대적 위치에 관계 없이, 제1 도체(1)에서 제2 도체(2)로 고 전류의 전송 경로(transmission path)가 두 변형 가능 연결 소자(deformable connecting elements)를 통해 형성된다. 결과적으로 고 전류에 대한 전송 경로의 유효 표면적(effective surface area)이 변화하는 것을 서로에게 관련된 두 도체(1, 2)의 상대적 위치에 의존하여 막는 것이 가능하다. 대신에, 연결 소자들의 변형성(deformability) 때문에, 서로 관련된 두 도체(1, 2)의 상대적 위치에 관계 없이, 한 편에 연결 소자들 및 다른 편에 두 도체들 간에 접촉 표면적(contact surface areas)이 실질적으로 동일한 사이즈(size)로 남아 있는다.
연결 소자들은 (코일들과 관련하여) 코일들에 의해 정의되는 종축에 관련하여 폐쇄된 링(closed ring)을 형성하는 나선형 스프링(helical springs, 4)의 형상으로 설계된다. (언로드(unloaded) 상태에서) 두 링 형상의(ring-formed) 나선형 스프링(4)의 내부 직경은 시스템의 설치 이후에 제1 도체(1)의 그립(grip)에 있어 그 섹션들(sections)에 제1 도체(1)의 외부 직경보다 약간 작다. 이는 제1 도체(1)의 대응하는 섹션들(sections)을 그립(grip) 시에 나선형 스프링(4)이 빠르게 팽창하도록 이끌며, 결과적으로 탄성 반력(elastic reaction forces)은 상기 나선형 스프링(4)이 그것의 전체 원주 주위에 안전하게 제1 도체(1)를 접촉하는 것을 보장한다.
제2 도체(2)는, 즉 링 형상 방식에서 관련된 나선형 스프링(4)에 의해 형성되는 방사상 평면(radial plane)에서 각 경우에 나선형 스프링들(4) 중 하나에 의해 그것의 두 넓은 측면 표면(lateral surfaces) 상에 접촉된다.
두 나산형 스프링들(4) 및 제2 도체(2) 간에 영구적인 접촉을 보장하기 위해, 이것들은 전기적으로 전도성이 있는 접촉 소자(contact element)를 통해 각 경우에 상기 제2 도체(2)에 대하여 가압된다. 하나의 접촉 소자는 이에 의해 제1 도체(1)의 헤드 부분(head part, 5)으로서 형성되며, 이것은 상기 제1 도체(1)의 핀 형상의(pin-formed) 베이스 바디(base body, 6)와 비교하여 더 큰 직경을 가진다. 헤드 부분(5)은 연관된 나선형 스프링(4)이 수용되는 링 형상의(ring-formed) 리세스(recess, 7)를 형성한다. 링 형상의 리세스(7)는 링 형상의 칼라(collar, 8)에 의해 형성되며, 이것의 길이 연장(longitudinal extension)은 (언로드된, unloaded) 나선형 스프링(4)이 이것으로부터 여전히 약간 돌출되도록 선택된다. 결과로서 헤드 부분(5)만이 나선형 스프링(4)에 대하여 살짝 누르는 경우 정의된 거리(defined distance)가 칼라(8) 및 제2 도체(2) 간에 여전히 남아 있도록 보장되며, 이는 서로 관련하여 제1 도체(1) 및 제2 도체(2)의 원하는 이동성을 보장한다.
제2 접촉 소자는 연관된 나선형 스프링(4)이 거의 완전히 수용되는 링 형상의 리세스(7)를 형성하는 칼라(8)를 또한 보유하는 접촉 슬리브(contact sleeve, 9)의 형태이다. 이러한 칼라(8)는 접촉 슬리브(9)가 오직 나선형 스프링(4) 상에 완만한 압력을 가하는 경우, 거리(distance)가 상기 칼라(8) 및 제2 도체(2) 사이에 유지되도록 또한 치수화된다.
링 형상의 돌기(projection, 10)가 접촉 슬리브(9)가 기대는 것에 대해 제공되는 목적을 위해, 두 접촉 소자들 간에 최소 거리는 구조적으로 정의된다. 결과로 시스템의 설치 동안에 접촉 슬리브(9)가 헤드 부분(5)의 방향으로 너무 멀리 밀어질 수 없도록 보장하며, 이는 그렇지 않다면 접촉 소자 및 제2 도체(2) 사이에 너무 짧은 거리를 유도할 수 있다.
접촉 슬리브(9)의 중앙 개구(11)의 내부 직경은 제1 도체(1)의 고정 섹션(fixing section, 12)의 외부 직경보다 약간 작다는 점에서, 제1 도체(1)와 접촉 슬리브(9)의 연결은 강제 잠금(force-locking)이다. 그러나, 접촉 슬리브(9)가 고정 섹션(12) 상으로 손으로 또는 수 공구(hand tool)의 도움으로 밀어질 수 있다는 점에서 직경에서 차이가 바람직하게 매우 작다. 그러나, 온도를 변화하기 위해 제1 도체(1) 및 접촉 슬리브(9)를 가열함에 의해 압입(press fit)을 형성하는 것의 가능성이 또한 존재한다.
제1 도체(1)의 고정 섹션(12)은 막음 방향(plugging direction)으로 베이스 바디(6)의 섹션(section)보다 약간 더 작은 직경을 가진다. 결과적으로, 상당한 힘을 가하지 않고, 접촉 슬리브(9)가 제1 도체(1)의 베이스 바디(6) 상으로 끼워질 수 있고 고정 섹션(12)까지 밀어질 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 나선형 스프링(4)의 하나가 헤드 부분(5)의 링 형상의 리세스(7)에 수용될 때까지 이것이 제1 도체(1)의 베이스 바디(6) 상으로 먼저 밀어지는 것으로 조립된다. 제1 도체(1)의 베이스 바디(6)가 제2 도체(2)의 개구(3)를 통해 다음으로 삽입된다. 나선형 스프링(4)의 다른 하나가 제1 도체(1)의 베이스 바디(6) 상으로 다음으로 밀어지며 마직막으로 접촉 슬리브(9)가 제1 도체(1)의 고정 섹션(12) 상으로 밀어진다.
본 발명에 따른 시스템의 설계는 제1 도체(1)의 종축(longitudinal axis)을 따라서 그리고 이것에 방사상 방향(radial direction)으로 서로 관련된 2개의 도체(1, 2)가 (한도 내에서) 상대적으로 이동 가능하도록 한 것이다. 서로 관련하여 제1 도체(1) 및 제2 도체(2)의 틸팅(tilting)이 또한 가능하다. 두 도체(1, 2) 및 두 나선형 스프링들(4) 사이에 접촉 표면적의 사이즈(size)가 크게 변화하지 않고 두 도체(1, 2)의 상대 운동(relative movement)이 탄성적으로 변형 가능한 나선형 스프링(4)에 의해 흡수되기 때문에, 고 전류의 전송에 대한 유효 표면적(effective surface area)이 이에 의해 실질적으로 항상 동일하게 유지된다.
1: 제1 도체
2: 제2 도체
3: 개구(opening)
4: 나선형 스프링(helical springs)
5: 헤드 부분(head part)
6: 베이스 바디(base body)
7: 리세스(recess)
8: 칼라(collar)
9: 접촉 슬리브(contact sleeve)
10: 돌기(projection)
11: 중앙 개구(central opening)
12: 고정 섹션(fixing section)

Claims (10)

  1. 적어도 2개의 경질 도체(1, 2)를 포함하며,
    상기 2개의 도체(1, 2)는 적어도 하나의 전기 전도성(electrically conducting), 변형가능 연결 소자(deformable connecting element)를 통해 연결되는 전류의 전송 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연결 소자는 그것의 종축의 방향으로 링(ring)과 같은 형상이고 프리-텐션(pre-tension) 하에 제1 도체(1)의 섹션(section)을 그립(grip)하는 나선형 스프링(4)을 포함하는 전류의 전송 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 나선형 스프링(4)은 상기 도체에 의해 형성되는 방사상 평면에서 적어도 제2 도체(2)를 접촉하는 전류의 전송 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    프리-텐션(pre-tension) 하에 상기 제1 도체(1)의 섹션을 각각 그립하고 관련된 나선형 스프링에 의해 형성되는 방사상 평면에서 상기 제2 도체(2)를 접촉하는 2개의 나선형 스프링인 전류의 전송 시스템.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 나선형 스프링(들)(4)은 (각 경우에) 접촉 소자(contact element) 에 의하여 상기 제2 도체(2)에 대하여 가압되는 전류의 전송 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 접촉 소자(들)은 전기적 전도성 설계이고 전기적 전도성 방식으로 상기 제1 도체(1)와 연결되는 전류의 전송 시스템.
  7. 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 도체(2)는 상기 제1 도체(1)가 연장한 것이 통하는 개구(3)를 가지는 전류의 전송 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 도체(2)에 상기 개구(3)의 치수는 상기 개구(3)로 수용되는 섹션에서 상기 제1 도체(1)의 대응하는 외형 치수(external dimension)보다 큰 전류의 전송 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 개구(3) 뿐만 아니라 상기 개구로 수용되는 상기 제1 도체(1)의 섹션(section)은 횡단면(cross section)에서 각각 원형이며, 직경의 차이는 0.1 mm 내지 0.2 mm 사이에 이르는 전류의 전송 시스템.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도체(1)는 설계에서 핀 형상(pin-formed)이며, 상기 제2 도체(2)는 평탄형 요소(flat component)로 설계된 전류의 전송 시스템.
KR1020147027639A 2012-03-20 2013-03-18 전류의 전송 시스템 KR101887994B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

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