KR20150092221A - 전력 단자 커넥터 - Google Patents

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Abstract

전력 단자 커넥터(102)는 유연성 전도체(150) 및 제1 및 제2 단자(152, 154)를 포함한다. 단자들은, 각각이 리셉터클(202, 252)을 규정하며 각각이 유연성 전도체의 대응하는 탑재부(160, 162)에 용접되어 단자들을 유연성 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결하는 단자 본체들(200, 250)을 갖는다. 각 단자는 단자 본체에 전기적으로 연결되는 리셉터클 내에 수용된 컨택트 스프링(204, 254)을 갖는다. 컨택트 스프링은 리셉터클 내에 플러깅된 전력 단자와 맞물리도록 구성되는 스프링 빔들(228, 278)을 갖는다. 유연성 전도체는 제1 및 제2 전력 단자를 전기적으로 상호 연결하도록 구성된다.

Description

전력 단자 커넥터{POWER TERMINAL CONNECTOR}
본 주제는 일반적으로 커넥터 시스템용 전력 단자 커넥터들에 관한 것이다. 전력 단자 커넥터들은 상이한 타입의 커넥터 시스템들에서 사용된다. 하나의 응용예는 차량의 배터리의 커넥터용과 같은, 자동차 응용예이다. 예를 들면, 모듈 연결 및 배터리 양극 및 음극 연결에 대한 배터리 모듈이 커넥터 시스템에 의해 제공될 수 있다. 일부 응용예에서, 상기 배터리와 같은, 배터리의 전방에 있어서, 배터리의 일측면 또는 타측면에 대한 배터리 주위의 공간이 제한될 수 있다. 전력 단자 커넥터가 이러한 공간 내로 연장하도록 할 여지가 없을 수 있거나, 또는 배터리 주위에 전력 단자 커넥터를 배터리의 전력 단자에 연결 및 연결 해제하기 위한 공구를 마련할 여지가 없을 수 있다. 또한, 전력 단자 커넥터를 배터리의 전력 단자에 연결 및 연결 해제하는 것은 시간이 걸리거나, 또는 특수한 고가의 공구들을 필요로 할 수 있다.
일부 응용예에서, 2개의 배터리가 직렬 또는 병렬로 연결될 필요가 있고, 전력 단자 커넥터가 하나의 배터리의 전력 단자를 다른 하나의 배터리의 전력 단자에 연결할 필요가 있다. 하나의 배터리를 다른 하나의 배터리에 연결할 때에 문제점이 발생한다. 예를 들면, 배터리들 사이의 공간은 응용예마다 달라질 수 있다. 임의의 인접하는 2개의 배터리 사이에서의 위치 공차는 광범위하다. 또한, 진동이 배터리들이 서로에 대하여 이동하게끔 할 수 있다. 이러한 응용예들에서는 유연한 연결부(flexible connection)가 필요하다. 배터리 연결부들에 대하여 일부 배터리는 유연한 연결부를 사용하지만, 유연한 연결부는 오버-토크(over-torque), 언더-토크(under-torque), 크로스-스레드(cross-thread) 및 공간 문제를 갖는 볼트 및 너트 커넥터들을 사용하여 연결된다. 이러한 유연한 연결부들을 연결시키는 것은 노동 집약적이며 시간이 걸린다.
Zhao에 의한 미국특허 제7,294,020호의 전기 단자와 같은, 일부 공지된 연결부는 배터리들의 단자에 용이하게 종단될 수 있지만, 이러한 전기 단자들은 문제점이 있다. 전기 단자는 단일 두께의 단자 본체를 사용한다. 이러한 전기 커넥터들이 예를 들면 80 암페어 초과의 높은 전류를 운반하는 데에 요구되는 경우, 단자 본체의 두께가 증가되어야만 하여, 응용예로서 매우 유연성이 없는 전기 커넥터를 만들게 한다. 이 전기 커넥터는 높은 전류를 운반하는 데에 적합하지 않다.
상기 문제점의 해결책은, 효율적인 방식으로 전력 단자들 간에 연결될 수 있고, 운반하는 전류, 견고성(robustness), 및/또는 유연성을 위한 패키지 능력을 희생하지 않고, 그 반대로도 가능한 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 유연성 전력 단자 커넥터에 의해 제공된다. 상기 전력 단자 커넥터는 제1 탑재부, 제2 탑재부 및 제1 및 제2 탑재부 사이의 유연부를 갖는 유연성 전도체를 포함한다. 전력 단자 커넥터는 제1 탑재부에 결합된 제1 단자를 포함한다. 제1 단자는 제1 탑재부에 용접되어 제1 단자를 유연성 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결하는 리셉터클(receptacle)을 규정하는 제1 단자 본체를 갖는다. 제1 단자는 제1 단자 본체에 전기적으로 연결되는 리셉터클 내에 수용된 제1 컨택트 스프링을 갖는다. 제1 컨택트 스프링은 제1 단자 본체의 리셉터클 내에 플러깅된(plugged) 제1 전력 단자와 맞물려서 제1 전력 단자와 제1 단자 본체 간에 전력 경로를 생성하도록 구성되어 있는 스프링 빔들을 갖는다. 상기 전력 단자 커넥터는 제2 탑재부에 결합된 제2 단자를 포함한다. 제2 단자는 제2 탑재부에 용접되어 제2 단자를 유연성 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결하는 리셉터클을 규정하는 제2 단자 본체를 갖는다. 제2 단자는 제2 단자 본체에 전기적으로 연결되는 제2 단자 본체의 리셉터클 내에 수용된 제2 컨택트 스프링을 갖는다. 제2 컨택트 스프링은 제2 단자 본체의 리셉터클 내에 플러깅된 제2 전력 단자와 맞물려서 제2 전력 단자와 제2 단자 본체 간에 전력 경로를 생성하도록 구성되어 있는 스프링 빔들을 갖는다. 유연성 전도체는 제1 및 제2 전력 단자를 전기적으로 상호 연결하도록 구성된다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 예에 의해 설명할 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 형성된 커넥터 시스템을 도시하는 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 커넥터 시스템에 의해 전기적으로 연결되도록 구성된 배터리들로부터 연장되는 전력 단자들을 갖는 배터리들의 일부분을 도시하는 것이다.
도 3은 커넥터 시스템의 전력 단자 커넥터의 분해도이다.
도 4a는 전력 단자 커넥터의 일부분의 상부 사시도이다.
도 4b는 전력 단자 커넥터의 상부 사시도이다.
도 5는 전력 단자 커넥터의 상부 사시도이다.
도 6은 전력 단자 커넥터의 일부분의 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라 형성된 유연성 전도체를 도시하는 것이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라 형성된 유연성 전도체를 도시하는 것이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라 형성된 전력 단자 커넥터를 도시하는 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 형성된 커넥터 시스템(100)을 도시하고 있다. 커넥터 시스템(100)은 유연성 전도체(150)를 사용하여 배터리들(106, 108)과 같은 구성요소들의 전력 단자들(104, 105)을 전기적으로 연결하는 전력 단자 커넥터(102)를 포함한다. 도면들에 도시된 전력 단자 커넥터(102)는 예시적인 실시예를 도시하고 있지만, 대안적인 실시예들에서 다른 형상들, 구성요소들 또는 특징들을 가질 수 있다.
전력 단자 커넥터(102)는 배터리들(106, 108)을 전기적으로 연결한다. 전력 단자 커넥터(102)는 배터리들(106, 108)을 상호 연결하는 버스(buss) 또는 점퍼(jumper)를 나타낸다. 배터리들(106, 108)은 차량에서 사용되는 임의의 전압 배터리일 수 있다. 선택적으로, 차량은 전기차, 하이브리드 전기차, 또는 임의의 에너지 저장 시스템일 수 있고, 배터리들(106, 108)은 전기차 또는 하이브리드 전기차 또는 임의의 에너지 저장 시스템들용 전력 시스템의 일부로서 사용될 수 있다.
전력 단자 커넥터(102)는 전력 단자들(104, 105)(도 2에 나타냄)에 용이하고 신속하게 종단될 수 있는 신속한 연결/신속한 분리 타입(quick connect/quick disconnect type)의 커넥터이다. 전력 단자 커넥터(102)는 배터리들(106, 108) 주위의 공간을 보호하기 위해서 매우 낮은 프로파일을 갖는다. 다른 타입들의 전력 단자 커넥터들이, 유연성 전도체를 사용하여 배터리들(106, 108) 또는 다른 전기 구성요소들을 상호 연결하는 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.
각각의 배터리들(106, 108)은 상면(110), 상면(110)에 수직인 전방면(112), 및 상면(110)과 전방면(112)에 수직인 측면(114)를 포함한다. 배터리들(106, 108)의 측면들(114)은 서로 대면하고 있다. 상면(110), 전방면(112) 및 측면(114)은 일반적으로 배터리(106, 108)의 코너에서 만난다. 예시적인 실시예에서, 배터리(106, 108)는 코너에서 절취 영역(notched-out area)을 포함한다. 절취 영역(116)은 상면(110) 아래로, 전방면(112) 뒤로, 그리고 측면(114)으로부터 안쪽으로 오목하게 되어 있다. 절취 영역(116)은 상면(110), 전방면(112) 및 측면(114)을 따라 연장되는 평면들에 의해 규정된 창(window) 또는 엔벨로프(envelope)를 규정하고 있다.
전력 단자 커넥터(102)는 배터리들(106, 108)의 측면들(114) 사이의 인터페이스를 가로질러서 걸쳐 있고, 양쪽의 절취 영역들(116) 내에 위치하고 있다. 전력 단자들(104, 105)(도 2에 나타냄)이 대응하는 절취 영역들(116)에 제공된다. 전력 단자 커넥터(102)는 배터리들(106, 108)의 상면들(110)을 넘어서(예를 들면,그들 위로) 연장되지 않도록 절취 영역들(116) 내에 수용된다. 전력 단자 커넥터(102)는 배터리들(106, 108)의 전방면들(112)을 넘어서(예를 들면, 그들로부터 외측으로) 연장되지 않도록 절취 영역들(116) 내에 수용된다. 이와 같이, 다른 배터리와 같은 다른 구성요소들은 전력 단자 커넥터(102)로부터의 간섭 없이 배터리들(106, 108)의 전방면에 바로 위치할 수 있다. 커버(cover) 또는 리드(lid)와 같은 다른 구성요소는 전력 단자 커넥터(102)로부터의 간섭 없이 배터리들(106, 108)의 상면들(110)을 따라 연장될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 전력 단자 커넥터(102)의 오목부 형성은, 예를 들면 공간 제약이 요구되지 않을 경우에 필요하지 않을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전력 단자 커넥터(102)는 배터리들(106, 108) 사이에서 상대적인 이동을 허용하는 유연성 커넥터이다. 전력 단자 커넥터(102)는 측면들(114) 사이의 인터페이스를 가로질러서 걸쳐 있고, 예를 들면 진동 등으로부터 배터리들(106, 108)의 이동을 배터리들(106, 108) 사이의 상이한 공간에 수용한다.
도 2는 대응하는 절취 영역들(116)에서 배터리들(106, 108)로부터 연장되는 전력 단자들(104, 105)을 갖는 절취 영역들(116)을 나타내는 배터리들(106, 108)의 일부분을 도시하고 있다. 예시적인 실시예에서, 전력 단자들(104, 105)은 전력 단자 커넥터(102)(도 1에 나타냄)를 위한 인터페이스를 제공하는 배터리들(106, 108)의 고정형 커넥터들이다.
전력 단자들(104, 105)은 배터리들(106, 108)로부터 연장되고, 배터리들(106, 108)에 전기적으로 결합되어 있다. 예시적인 실시예에서, 전력 단자들(104, 105)은 일반적으로 평평하며 블레이드 축들(예를 들면, 전력 단자들(104, 105)의 중앙, 길이방향 축들)을 따라 연장되는 블레이드 단자들이다. 다른 타입들의 전력 단자들이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다. 각각의 전력 단자들(104, 105)은 상면(120), 하면(122) 및 선단(tip)(124)을 포함한다.
도 1을 추가로 참조하면, 조립 중에, 전력 단자 커넥터(102)가 그의 개방 전방면들을 통해 절취 영역들(116) 내로 로딩된다. 전력 단자 커넥터(102)가 전력 단자들(104, 105)에 연결되면, 전력 단자 커넥터(102)가 전력 단자들(104, 105)을 전기적으로 연결한다. 전력 단자 커넥터(102)는 전력 단자들(104, 105)에 신속하고 용이하게 결합될 수 있는 신속한 연결 타입 커넥터이다. 전력 단자 커넥터(102)는 임의의 공구의 사용 없이 전력 단자들(104, 105)에 결합될 수 있다. 전력 단자 커넥터(102)는 임의의 다른 작동(actuation), 록킹(locking) 또는 래칭(latching)이 필요 없이 전력 단자 커넥터(102)를 로딩 방향으로 전력 단자들(104, 105) 상에 단순히 가압함으로써 결합될 수 있다.
도 3은 전력 단자 커넥터(102)의 분해도이다. 전력 단자 커넥터(102)는 유연성 전도체(150), 이 유연성 전도체(150)에 결합된 제1 단자(152) 및 유연성 전도체(150)에 결합된 제2 단자(154)를 포함한다. 제1 단자(152)는 제1 전력 단자(104)(도 2에 나타냄)에 결합되도록 구성된다. 제2 단자(154)는 제2 전력 단자(105)(도 2에 나타냄)에 결합되도록 구성된다. 선택적으로, 다수의 유연성 전도체, 예를 들면, 적층 구성으로 배열되고 동일한 단자들(152, 154)에 기계적 및 전기적으로 연결된 다수의 유연성 전도체가 제1 및 제2 전력 단자(104, 105)를 상호 연결하는 데에 사용될 수 있다. 제1 및 제2 단자(152, 154)는 전력 단자들(104, 105)에 해제 가능하게 결합되도록 구성되는 신속한 연결 어셈블리들이다. 다른 타입들의 단자 어셈블리들이 전력 단자들(104, 105)을 상호 연결하도록 유연성 전도체(150)를 갖는 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 유연성 전도체(150)는 2개의 전력 구성요소를 접속(buss)하는 데에 사용되는 모선(buss bar)일 수 있다. 유연성 전도체(150)는 제1 탑재부(160), 제2 탑재부(162) 및 제1 및 제2 탑재부(160, 162) 사이의 유연부(164)를 포함한다. 제1 단자(152)는 제1 탑재부(160)에 결합된다. 제2 단자(154)는 제2 탑재부(162)에 결합된다. 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 단자(152, 154)는 탑재부들(160, 162)에 용접된다. 예를 들면, 단자들(152, 154)은 레이저 용접되거나, 초음파 용접되거나 또는 다른 공정들에 의해 용접될 수 있다. 다른 실시예들에서, 단자들(152, 154)은 다른 수단 및 공정들에 의해 유연성 전도체(150)에 기계적 및 전기적으로 종단될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 탑재부(160), 제2 탑재부(162) 및/또는 유연부(164)는 함께 묶인 복수의 유연성 금속(예를 들면 구리) 스트랜드(strand)를 포함한다. 다수의 작은 스트랜드를 사용하면 전도체가 단일의 큰 솔리드 와이어(solid wire)에 비해서 보다 유연성을 유지할 수 있게 한다. 또한, 스트랜드형(stranded) 전도체는 모선의 전류 운반 용량을 제어하도록 보다 크거나 보다 적은 스트랜드들을 갖는 전도체를 사용함으로써 확대 또는 축소될 수 있고, 여기서 스트랜드가 많을수록 전류 운반 용량을 높일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 단자들(152, 154)에 대한 종단을 위해 단부들에서 노출되는, 스트랜드 와이어(strand wire)들을 둘러싸는 절연 재킷을 포함하는 높은 유연성의 스트랜드형 케이블이 사용될 수 있다. 이러한 스트랜드형 케이블은, 예를 들면 단자들(152 및 154)이 멀리 이격되어 있는 경우, 와이어들을 의도하지 않은 접촉으로부터 보호하는 데에 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 유연성 전도체(150)는 유연성 편조선(braided wire)을 포함할 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 유연성 전도체(150)는 적층 구성으로 다층의 금속 시트를 가질 수 있다. 예를 들면, 시트를 다수회 절첩해서 적층체(stack-up)를 생성할 수 있다. 적층체의 절첩 횟수는 유연성 전도체(150)의 전류 운반 능력을 제어하며, 여기서 많이 절첩할수록(예를 들면 적층체가 두꺼울수록) 전류 운반 용량을 보다 높일 수 있다. 또한, 절첩하는 것은 얇은 유연성 시트를 사용할 수 있게 하면서도, 여전히 전류 운반 능력을 높게 할 수 있다. 선택적으로, 층들은 라미네이팅될 수 있다. 노출된 모든 전도체는 커버 또는 하우징에 의해 절연될 것임이 이해될 것이다.
유연부(164)는 형상을 변화시켜서 제1 및 제2 탑재부(160, 162)의 상대적인 위치를 바꾸도록 구성된다. 유연부(164)는 제2 탑재부(162)에 대하여 제1 탑재부(160)를 가변적으로 위치시키도록 길어지거나 짧아질 수 있다. 유연부(164)는, 이 유연부(164)가 비교적 평평한 경우보다도 제1 탑재부(160)를 제2 탑재부(162)에 가깝게 위치시키는 구부러진 상태로 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 유연부(164)는 제1 레그(180) 및 제2 레그(182)에 의해 규정된 U자 형상이다. 제1 및 제2 레그(180, 182)는 서로에 대하여 이동 가능해서 제1 및 제2 레그(180, 182) 사이의 각도를 변화시킨다. 제1 및 제 레그(180, 182)를 이동시키면, 제1 탑재부(160) 및 제2 탑재부(162)의 축방향 위치를 가변시킨다. 제1 및 제2 레그(180, 182)를 이동시키면, 제1 탑재부(160)와 제2 탑재부(162) 사이의 공간을 변화시킨다. 선택적으로, 탑재부들(160, 162)은 서로에 대하여 3차원(예를 들면 X-Y-Z)으로 이동 가능하며, 유연부(164)는 이러한 이동을 수용한다.
유연성 전도체(150)는 전기 전도성이다. 예시적인 실시예에서, 유연성 전도체(150)는 구리로 제조되지만, 다른 재료들이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 탑재부(160), 제2 탑재부(162) 및 유연부(164)는 일체형이고 단일 조각의 구리로 형성된다. 선택적으로, 한 조각보다도 많은 구리가 전도체, 예를 들면 다수의 구리 시트 또는 다수의 구리 와이어 스트랜드를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 제1 탑재부(160), 제2 탑재부(162) 및 유연부(164)는 다층 구조일 수 있다. 제1 탑재부(160) 및 제2 탑재부(162)는 유연부와 같거나 그보다도 적어도 하나 이상의 층을 가질 수 있다.
제1 단자(152)는 유연성 전도체(150) 및 전력 단자(104)(도 2에 나타냄)에 전기적으로 연결되도록 구성되는 제1 단자 본체(200)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제1 단자 본체(200)는, 유연성 전도체(150)로부터 분리해서 제공되고, 예를 들면 용접에 의해, 그에 결합된다. 예시적인 실시예에서, 제1 단자 본체(200)는 리셉터클(202)를 규정하는 박스 형상이다. 리셉터클(202)은 제1 전력 단자(104)를 수용하도록 하는 크기로 되고 성형된다.
제1 단자(152)는 단자 본체(200)의 리셉터클(202) 내에 수용되는 제1 컨택트 스프링(204)을 포함한다. 컨택트 스프링(204)은 단자 본체(200)를 전력 단자(104)에 전기적으로 연결하는 데에 사용된다. 컨택트 스프링(204)은 단자 본체(200)와 전력 단자(104) 간의 전력 경로를 규정한다. 컨택트 스프링(204)은 단자 본체(200)와의 다수의 접촉점을 제공한다. 컨택트 스프링(204)은 전력 단자(104)와의 다수의 접촉점을 제공한다. 컨택트 스프링(204)은 전력 단자(104)와의 분리 가능한 합치(mating) 인터페이스를 규정해서 신속한 연결 및 신속한 분리를 허용한다.
단자 본체(200)는 리셉터클(202)을 규정하는 상벽(206), 하벽(208) 및 측벽들(210, 212)을 포함한다. 하벽(208)은, 예를 들면 하벽(208)을 제1 탑재부(160)에 용접함으로써, 제1 탑재부(160)에 결합되도록 구성된다. 단자 본체(200)는 리셉터클(202)에 대해 개방되는 개방 전방 단부(214)를 갖는다. 전력 단자(104)는 개방 전방 단부(214)를 통해 리셉터클(202) 내로 로딩되도록 구성된다. 선택적으로, 단자 본체(200)는 전방 단부(214)와 대향하는 개방 후방 단부(216)를 포함할 수 있다. 개방 후방 단부(215)는 전력 단자(104)가 단자 본체(200)의 임의의 부분에 대하여 바닥을 치지 않고 단자 본체(200)를 전체적으로 통과할 수 있게 한다. 예시적인 실시예에서, 단자 본체(200)는 선택적으로 함께 고정되는 그의 자유 단부들을 갖는 박스 형상으로 절첩된 스탬프형 워크피스를 갖는 스탬프형 및 폼형 본체(stamped and formed body)이다. 다른 형상들이 대안적인 실시예들에서 가능하다. 단자 본체(200)는 유연성 전도체(150)에 대하여 90°, 180° 또는 다른 방위들과 같은, 도시된 방위와는 다른 방위들로 배향될 수 있다.
제1 컨택트 스프링(204)은 전방 단부(220)와 후방 단부(222) 사이에서 연장된다. 컨택트 스프링(204)은, 전방 및 후방 단부(220, 222)에서 각각 제1 밴드(224) 및 제2 밴드(226)로서 식별되는, 한 쌍의 원주방향 밴드를 갖는다. 제1 및 제2 밴드(224, 226)는 컨택트 스프링(204)이 리셉터클(202) 내로 로딩되어 컨택트 스프링(204)을 단자 본체(200)에 전기적으로 연결하는 경우에 단자 본체(200)와 맞물리도록 구성된다.
복수의 스프링 빔(228)이 컨택트 스프링(204)의 상면 및 하면을 따라 원주방향 밴드들(224, 226) 사이에서 연장되어, 상부 스프링 빔들(228) 및 하부 스프링 빔들(228)을 각각 규정한다. 도시된 실시예에서, 스프링 빔들(228)은 일반적으로 컨택트 스프링(204)의 중간을 향해서 안쪽으로 테이퍼링된다. 상부 및 하부 스프링 빔들(228)은 리셉터클(202)의 중앙에서 서로를 향해서 연장된다. 스프링 빔들(228)의 형상은 스프링 빔들(228)이 로딩된 경우에 전력 단자(104)와 맞물리는 것을 보장한다. 예시적인 실시예에서, 스프링 빔들(228)은 편향 가능하며, 전력 단자(104)가 컨택트 스프링(204) 내로 로딩된 경우에 바깥쪽으로 편향될 수 있다. 컨택트 스프링(204)은 전력 단자(104)와 단자 본체(200) 간의 전기 경로를 규정한다.
제2 단자(154)는 제1 단자(152)와 유사하지만, 제2 탑재부(162)에 결합된다. 제2 단자(154)는 유연성 전도체(150) 및 전력 단자(105)(도 2에 나타냄)에 전기적으로 연결되도록 구성되는 제2 단자 본체(250)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제2 단자 본체(250)는, 유연성 전도체(150)로부터 분리해서 제공되고, 예를 들면 용접에 의해, 그에 결합된다. 예시적인 실시예에서, 제2 단자 본체(250)는 리셉터클(252)을 규정하는 박스 형상이다. 리셉터클(252)은 제2 전력 단자(105)를 수용하도록 하는 크기로 되고 성형된다.
제2 단자(154)는 단자 본체(250)의 리셉터클(252) 내에 수용되는 제2 컨택트 스프링(254)을 포함한다. 컨택트 스프링(254)은 단자 본체(250)를 전력 단자(105)에 전기적으로 연결하는 데에 사용된다. 컨택트 스프링(254)은 단자 본체(250)와 전력 단자(105) 간의 전력 경로를 규정한다. 컨택트 스프링(254)은 단자 본체(250)와의 다수의 접촉점을 제공한다. 컨택트 스프링(254)은 전력 단자(105)와의 다수의 접촉점을 제공한다. 컨택트 스프링(254)은 전력 단자(105)와의 분리 가능한 합치 인터페이스를 규정해서 신속한 연결 및 신속한 분리를 허용한다.
단자 본체(250)는 리셉터클(252)을 규정하는 상벽(256), 하벽(258) 및 대향하는 측벽들(260, 262)을 포함한다. 하벽(258)은, 예를 들면 하벽(258)을 제2 탑재부(162)에 용접함으로써, 제2 탑재부(162)에 결합되도록 구성된다. 단자 본체(250)는 리셉터클(252)에 대해 개방되는 개방 전방 단부(264)를 갖는다. 전력 단자(105)는 개방 전방 단부(264)를 통해 리셉터클(252) 내로 로딩되도록 구성된다. 선택적으로, 단자 본체(250)는 전방 단부(264)에 대향하는 개방 후방 단부(266)를 포함할 수 있다. 개방 후방 단부(266)는 전력 단자(105)가 단자 본체(250)의 임의의 부분에 대해 바닥을 치지 않고 단자 본체(250)를 전체적으로 통과할 수 있게 한다. 예시적인 실시예에서, 단자 본체(250)는 선택적으로 서로 고정되는 그의 자유 단부들을 갖는 박스 형상으로 절첩된 스탬프형 워크피스를 갖는 스탬프형 및 폼형 본체이다. 다른 형상들이 대안적인 실시예들에서 가능하다. 단자 본체(250)는 유연성 전도체(150)에 대해 90°, 180° 또는 다른 방위들과 같은, 도시된 방위와는 다른 방위들로 배향될 수 있다.
제2 컨택트 스프링(254)은 전방 단부(270)와 후방 단부(272) 사이에서 연장된다. 컨택트 스프링(254)은, 전방 및 후방 단부(270, 272)에서 각각 제1 밴드(274) 및 제2 밴드(276)로서 식별되는, 한 쌍의 원주방향 밴드를 갖는다. 제1 및 제2 밴드(274, 276)는 컨택트 스프링(254)이 리셉터클(252) 내로 로딩되어 컨택트 스프링(254)을 단자 본체(250)에 전기적으로 연결하는 경우에 단자 본체(250)와 맞물리도록 구성된다.
복수의 스프링 빔(278)이 컨택트 스프링(254)의 상면 및 하면을 따라 원주방향 밴드들(274, 276) 사이에서 연장되어, 상부 스프링 빔들(278) 및 하부 스프링 빔들(278)을 각각 규정한다. 도시된 실시예에서, 스프링 빔들(278)은 일반적으로 컨택트 스프링(254)의 중간을 향해서 안쪽으로 테이퍼링된다. 상부 및 하부 스프링 빔들(278)은 리셉터클(252)의 중앙에서 서로를 향해서 연장된다. 스프링 빔들(278)의 형상은 스프링 빔들(278)이 로딩된 경우에 전력 단자(105)와 맞물리는 것을 보장한다. 예시적인 실시예에서, 스프링 빔들(278)은 편향 가능하며, 전력 단자(105)가 컨택트 스프링(254) 내로 로딩된 경우에 바깥쪽으로 편향될 수 있다. 컨택트 스프링(254)은 전력 단자(105)와 단자 본체(250) 간의 전기 경로를 규정한다.
도 4a는 전력 단자 커넥터(102)의 상부 사시도이다. 단자 본체들(200, 250)이 유연성 전도체(150)에 종단되어 있는 것이 도시되어 있다. 단자 본체들(200, 250)은 컨택트 스프링들(204, 254)(도 3에 나타냄)을 단자 본체들(200, 250) 내로 로딩하기 전에 개방된 위치에 존재한다. 유연성 전도체(150)는 단자 본체(200 및 250)에 용접된다. 개방된 상면들을 가지면, 초음파 용접 또는 레이저 용접 동작을 위해 단자 본체들의 하면들에 대한 접근을 허용한다.
도 4b는 전력 단자 커넥터(102)의 상부 사시도이다. 단자 본체들(200, 250)이 유연성 전도체(150)에 종단되어 있는 것이 도시되어 있다. 컨택트 스프링들(204, 254)이 단자 본체들(200, 250) 내로 로딩되어 있는 것이 도시되어 있다. 상벽들(206, 256)이 함께 고정되기 전에 그들의 단면들이 개방 상태로 있는 것이 도시되어 있다. 컨택트 스프링들(204, 254)은 상벽들(206, 256)의 단면들을 함께 고정하기 전에 상면을 통해 리셉터클들(202, 252) 내로 로딩될 수 있다.
도 5는 컨택트 스프링들(204, 254)이 단자 본체들(200, 250)에 고정된 전력 단자 커넥터(102)의 상부 사시도이다. 컨택트 스프링들(204, 254)은 억지 끼워맞춤(interference fit)에 의해 단자 본체들(200, 250) 내에 보유될 수 있고, 여기서 컨택트 스프링들(204, 254)의 부분들이 단자 본체들(200, 250)의 부분들과 직접 맞물려서 그들에 대항하고 있다. 컨택트 스프링들(204, 254)과 단자 본체들(200, 250) 간의 맞물림에 의해 이들 간에 전기 경로가 생성된다. 전력 단자 커넥터(102)가 제1 및 제2 전력 단자(104, 105)에 결합하기 위해 태세를 취하고 있는 것이 도시되어 있다.
도 6은 제1 전력 단자(104)가 제1 단자(152) 내로 로딩되고 있는 것을 나타내는 전력 단자 커넥터(102)의 일부분의 단면도이다. 전력 단자의 선단(124)이 리셉터클(202) 및 제1 컨택트 스프링(204) 내로 로딩된다. 상부 및 하부 스프링 빔들(228)이 전력 단자(104)의 상면(120) 및 하면(122)과 맞물려서 단자(152)를 전력 단자(104)에 전기적으로 연결한다.
컨택트 스프링(204)이 리셉터클(20) 내로 로딩되어 제1 및 제2 밴드(224, 226)가 상벽 및 하벽(206, 208)(및 도 2에 나타낸 측벽들(210, 212))에 인접한다. 밴드들(224, 226)이 각각 단자 본체(200)와의 적어도 하나의 접촉점을 규정해서 컨택트 스프링(204)과 단자 본체(200) 간에 전력 경로를 생성한다. 도시된 실시예에서, 컨택트 스프링(204)과 단자 본체(200) 간의 접촉점들은 단자 본체(200)의 전방 단부(214) 및 후방 단부(216)에 근접해서 위치한다. 예를 들면, 컨택트 스프링(204)의 전방 단부(220)는 일반적으로 단자 본체(200)의 전방 단부(214)와 수평을 이룰 수 있고, 컨택트 스프링(204)의 후방 단부(222)는 일반적으로 단자 본체(200)의 후방 단부(216)와 수평을 이룰 수 있다.
예시적인 실시예에서, 각각의 스프링 빔들(228)이 단자 본체(200)와의 추가 접촉점을 규정해서 컨택트 스프링과 단자 본체(200) 간에 다른 전력 경로를 생성할 수 있다. 예를 들면, 예시적인 실시예에서, 각 스프링 빔(228)은 단자 본체(200)를 향해서 바깥쪽으로 대면하는 과응력 범프(overstress bump)(300)를 포함한다. 전력 단자(104)가 단자(152) 내로 로딩된 경우, 스프링 빔들(228)은 바깥쪽으로 편향된다. 과응력 범프들(300)은 단자 본체(200)와 맞물릴 때까지 바깥쪽으로 강제된다. 스프링 빔들(228)은, 예를 들면 상벽(206) 또는 하벽(208)을 따라, 과응력 범프들(300)과 단자 본체(200) 간의 직접 맞물림을 통해 단자 본체(200)에 전기적으로 연결된다. 과응력 범프들(300)은 스프링 빔들(228)의 과응력 및/또는 소성 변형(plastic deformation)을 방지하기 위해 스프링 빔들(228)의 변형량을 제한한다. 스프링 빔들(228)의 유효 빔 길이가 과응력 범프들(300)이 단자 본체(200)와 맞물릴 경우에 감소되기 때문에 과응력 범프들(300)이 단자 본체(200)와 맞물릴 경우에 스프링 빔들(228)의 또 다른 변형이 전력 단자(104) 상에 가해진 스프링 힘을 증가시킨다.
예시적인 실시예에서, 각각의 스프링 빔들(228)은 적어도 2개의 컨택트 범프(302, 304)를 포함한다. 컨택트 범프들(302, 304)은 전력 단자(104)와 맞물리도록 구성되는 스프링 빔들(228)의 인터페이스들을 규정한다. 이와 같이, 각 스프링 빔(228)은 그들 사이에 보다 양호한 전기적인 연결을 생성하는 전력 단자(104)와의 다수의 접촉점을 포함한다. 컨택트 범프들(302, 304)은 단자 본체(200)로부터 가장 먼 내부인 스프링 빔들(228)의 최내측부(interior-most portion)이다. 컨택트 범프들(302, 304)은 전력 단자(104)가 단자들(152) 내로 로딩되는 경우에 전력 단자(104)와 직접 맞물리는 스프링 빔들(228)의 부분들이다. 선택적으로, 컨택트 범프들(302, 304)은 과응력 범프(300)에 의해 규정될 수 있다. 예를 들면, 컨택트 범프들(302, 304)은, 스프링 빔들(228)이 전이하기 시작하거나 과응력 범프들(300)을 규정하도록 바깥쪽으로 형성되는 위치에 배치될 수 있다. 과응력 범프들(300)은 컨택트 범프들(302, 304) 사이에 배치될 수 있다.
선택적으로, 과응력 범프들(300) 및 대응하는 컨택트 범프들(302, 304)은 제1 및 제2 밴드(224, 226) 사이의 스프링 빔들(228)을 따라 대략 중앙에 있을 수 있다. 선택적으로, 스프링 빔들(228)은 오프셋 과응력 범프들(300) 및 오프셋 컨택트 범프들(302, 304)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 인접하는 스프링 빔들(228)은 전방측 위치 또는 후방측 위치(예를 들면, 각각 전방 단부(220)에 가깝거나 후방 단부(222)에 가까움)로 오프셋된 범프들(300, 302, 304)을 가질 수 있다. 이러한 스태거링(staggering)은 전력 단자 커넥터(102)를 전력 단자(104)에 합치하기 위한 총 삽입력을 감소시킨다. 선택적으로, 각 교번 스프링 빔(228)이 스태거링되기보다는, 예를 들면 모든 상부 스프링 빔(228)이 앞쪽으로 스태거링되고 모든 하부 스프링 빔이 뒤쪽으로 스태거링되는, 범프들(300, 302, 304)의 다른 오프셋 패턴들이 이용될 수 있다. 선택적으로, 범프들(300, 302, 304)은 2개보다도 많은 상이한 위치에서 스태거링될 수 있다.
도 7은 유연성 편조선들을 포함하는 유연성 전도체(350)를 도시하고 있다. 예를 들면, 유연성 전도체(350)는 구리 편조선들을 포함할 수 있다. 직조 패턴(weave pattern)이 구조체의 유연성에 영향을 미칠 수 있다. 편조선들의 크기가 구조체의 유연성에 영향을 미칠 수 있다.
도 8은 다층의 유연성 금속 시트들을 갖는 유연성 전도체(360)를 도시하고 있다. 선택적으로, 시트들은 라미네이팅될 수 있다. 시트들은 유연성 전도체(360)가 다층으로 형성된 단일의 시트로 이루어지도록 절첩될 수 있다. 층들 간의 갭이 구조체를 유연성 있게 할 수 있다. 시트 두께가 구조체의 유연성에 영향을 미칠 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라 형성된 전력 단자 커넥터(370)를 도시하고 있다. 전력 단자 커넥터(370)는 유연성 전도체(374)의 단부에 종단되는 단자(372)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 유연성 전도체(374)는 케이블이고, 이후 케이블(374)로 지칭될 수 있다. 단자(372)는 케이블(374)의 단부에 용접될 수 있다. 선택적으로, 케이블(374)은 도시된 케이블 방위에 대해 90°, 또는 다른 방위로 종단되거나 용접될 수 있다. 단자(372)는 단자(152)(도 2에 나타냄)와 유사할 수 있으며, 단자 본체(376) 및 컨택트 스프링(378)을 포함한다. 전력 단자 커넥터(370)는 대응하는 전력 단자와 합치될 수 있다. 선택적으로, 케이블(374)의 대향 단부가 거기에 탑재되는 다른 단자를 가질 수 있다. 대안적으로, 케이블(374)은 전원과 같은 다른 구성요소에 연결될 수 있다.
상기 설명은 도시하고자 하는 것일 뿐, 한정하고자 하는 것이 아님이 이해될 것이다. 예를 들면, 상술한 실시예들(및/또는 그의 양태들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범주를 이탈하지 않고서 본 발명의 교시들에 특정 상황 또는 재료를 맞추도록 많은 변형예가 이루어질 수 있다. 치수들, 재료들의 타입들, 다양한 구성요소의 방위들, 및 본 명세서에서 설명된 다양한 구성요소의 수 및 위치는 소정의 실시예들의 파라미터들을 규정하고자 하는 것이지, 한정하고자 하는 것이 아니며, 단지 예시적인 실시예들이다. 특허청구범위의 사상 및 범주 내에서의 많은 다른 실시예들 및 변형예들이 상기 설명의 검토 시에 당 기술분야에 숙련된 자에게 명백할 것이다.

Claims (11)

  1. 전력 단자 커넥터(102)로서,
    제1 탑재부(160), 제2 탑재부(162) 및 상기 제1 및 제2 탑재부 사이의 유연부(164)를 갖는 유연성 전도체(150);
    상기 제1 탑재부에 결합된 제1 단자(152) - 상기 제1 단자는 리셉터클(receptacle)(202)을 규정하는 제1 단자 본체(200)를 가지며, 상기 제1 단자 본체는 상기 제1 탑재부에 용접되어 상기 제1 단자를 상기 유연성 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결하고, 상기 제1 단자는 상기 리셉터클 내에 수용되고 상기 제1 단자 본체에 전기적으로 연결되는 제1 컨택트 스프링을 가지며, 상기 제1 컨택트 스프링(204)은 상기 제1 단자 본체의 상기 리셉터클 내에 플러깅된 제1 전력 단자와 맞물려서 상기 제1 전력 단자와 상기 제1 단자 본체 간에 전력 경로를 생성하도록 구성되는 스프링 빔들(228)을 가짐 -; 및
    상기 제2 탑재부에 결합된 제2 단자(154) - 상기 제2 단자는 리셉터클(252)을 규정하는 제2 단자 본체(250)를 가지며, 상기 제2 단자의 상기 제2 단자 본체는 상기 제2 탑재부에 용접되어 상기 제2 단자를 상기 유연성 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결하고, 상기 제2 단자는 상기 제2 단자 본체의 상기 리셉터클 내에 수용되고 상기 제2 단자 본체에 전기적으로 연결되는 제2 컨택트 스프링(254)을 가지며, 상기 제2 컨택트 스프링은 상기 제2 단자 본체의 상기 리셉터클 내에 플러깅된 제2 전력 단자와 맞물려서 상기 제2 전력 단자와 상기 제2 단자 본체 간에 전력 경로를 생성하도록 구성되는 스프링 빔들(278)을 가짐 -
    를 포함하고,
    상기 유연성 전도체는 상기 제1 및 제2 전력 단자를 전기적으로 상호 연결하도록 구성되는 전력 단자 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연부는 상기 제1 및 제2 탑재부(160, 162)가 서로에 대하여 이동할 수 있게 해서 상기 제1 탑재부의 위치를 상기 제2 탑재부에 대해서 가변시키는 전력 단자 커넥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유연부는 유연성 편조선(braided wire)을 포함하는 전력 단자 커넥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유연부는 함께 묶여진 복수의 유연성 금속 스트랜드(strand)를 포함하는 전력 단자 커넥터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유연성 전도체는 상기 유연부 및 상기 제1 및 제2 탑재부(160, 162)에 걸쳐 있는 다수의 층을 갖도록 절첩된 금속 시트를 포함하는 전력 단자 커넥터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유연부(164)는 제1 레그(leg) 및 제2 레그(182)를 갖는 U자 형상이고, 상기 제1 및 제2 레그는 서로에 대하여 이동 가능해서 상기 제1 및 제2 레그 간의 각도를 변화시켜서 상기 제1 및 제2 탑재부(160, 162) 간의 공간을 변화시키는 전력 단자 커넥터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단자 본체(200, 250)는 각각이 상기 대응하는 전력 단자(104, 106)를 수용하도록 개방 전방 단부(220, 270)를 갖는 박스 형상 단자 본체인 전력 단자 커넥터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단자 본체(200)는 상기 리셉터클(202)을 규정하는 상벽(206), 하벽(208) 및 대향하는 측벽들(210, 212)을 포함하고, 상기 하벽은 상기 제1 탑재부(160)에 용접되어 상기 제1 단자(152)를 상기 유연성 전도체에 기계적 및 전기적으로 연결하며, 상기 제1 단자(150) 본체는 상기 리셉터클에 대해 개방되고 상기 전력 단자(104)를 수용하도록 구성된 개방 전방 단부(220)를 갖는 전력 단자 커넥터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컨택트 스프링(204)은 제1 밴드(224) 및 제2 밴드(226)를 포함하며, 상기 스프링 빔들(228)이 상기 제1 및 제2 밴드 사이에서 연장되고, 각 스프링 빔은 상기 제1 전력 단자(104)용 인터페이스들을 규정하는 상기 제1 및 제2 밴드 사이에 적어도 2개의 컨택트 범프(302, 304)를 갖는 전력 단자 커넥터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컨택트 스프링(204)은 각 스프링 빔(228)을 따라 대략 중앙에 위치한 과응력 범프들(300)을 포함하며, 상기 과응력 범프들(300)은 상기 제1 단자 본체(200)와 맞물려서 상기 대응하는 스프링 빔과 상기 단자 본체 간에 전력 경로를 생성하도록 구성되는 전력 단자 커넥터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 빔들(228)은 상기 제1 전력 단자와 맞물리도록 구성된 컨택트 범프들을 가지며, 상기 컨택트 범프들은 상기 제1 단자(152)의 전방 단부(220)에 대하여 스태거링되는(staggered) 전력 단자 커넥터.
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