KR20160124077A

KR20160124077A - 플러그 연결

Info

Publication number: KR20160124077A
Application number: KR1020167017267A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 젭하우저
Original assignee: 로젠버거 호흐프리쿠벤츠테흐닉 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-10-26
Also published as: US9865954B2; EP3108545B1; DE202014001590U1; CN106030919A; CN106030919B; US20170012380A1; EP3108545A1; JP2017506422A; TWM509452U; JP6411532B2; WO2015124245A1; CA2933388A1

Abstract

본 발명은 제1 접촉 부재(4)를 포함하는 제1 플러그 커넥터(1)와 제2 접촉 부재(5)를 포함하는 제2 플러그 커넥터(2)를 구비하는 플러그 연결에 관련된다. 플러그 연결이 플러그 결합된 상태에서 접촉 부재(4, 5)들은 축상에서 스프링 바이어스 방식으로 서로 접촉한다. 제1 접촉 부재(4)가 3차원 곡면의 단부면(7)을 가지는 반면, 제2 접촉 부재(5)는 그 단부면에 확개(flaring)되는 인입부(8)를 가져 접촉 부재(4, 5)들 사이에 고리형의 접촉 영역이 형성된다.

Description

플러그 연결{Plug connection}

본 발명은 플러그 연결(plug connection)에 관한 것으로, 특히, 예를 들어 전기 구동장치를 가지는 모터 차량에(in or for) 사용되는 고전류(high-current) 케이블을 연결하는 플러그 연결에 관한 것이다.

예를 들어 모터 차량에 사용되는 고전류 케이블의 연결에 사용되는 플러그 연결에는 특별한 요구 조건들이 적용된다. 이들은 다른 어떤 조건보다도 모터 차량에 내장된 전자 요소들의 보호와 함께 이 플러그 커넥터를 플러그 결합 또는 분리하는 조립 작업자의 안전에 관련된다. 예를 들어, 일반적으로 큰 단면적으로 구성된 고전류의 전송을 위해 제공된 접촉 부재에 부가하여, 이 접촉 부재로부터 전기적으로 절연되고 저전압(특히 모터 차량의 탑재(on-board) 전기 시스템의 12V, 24V, 또는 48V)을 반송하는 안전 회로의 일부인 플러그 커넥터에 통합되는 추가적인 접촉 부재가 알려져 있다. 안전 회로에 의해 플러그 연결이 완전한 접촉을 형성할 때 고전압이 그 접촉 부재에만 인가되는 것이 보장된다. 이를 위해, 안전 회로가 고전압 전원(source)의 제어 시스템에 통합되는데, 이 제어 시스템은 플러그 연결의 접촉 부재가 접촉을 형성한 결과로 안전 회로가 닫히면 단지 고전압 전원을 활성화시킨다. 이를 위해, 플러그 커넥터는, 플러그 커넥터를 플러그 결합할 때 고전류 케이블과 연결되는 접촉 부재가 먼저 연결되고, 그 뒤에야 안전 회로의 접촉 부재가 접촉되도록 설계된다. 이 연결을 분리할 때는 안전회로의 접촉 부재가 먼저 분리되고 그 결과로 - 이미 차단되지 않았다면 - 고전류 케이블에 대한 고전압의 공급이 차단(interrupt)된다. 그 다음에야 고전류 케이블에 연결된 접촉 부재가 분리된다. 이는 고전압의 존재에 의한 플러그 연결의 결합 또는 분리시의 스파크 방전(sparkover)을 방지하는데, 이는 조립 작업자의 부상이나 접촉 부재의 열손상(burning)을 야기할 수 있다. 이러한 안전 기능은 종종 '인터록(interlock)"이라는 용어로 지칭된다.

이러한 종류의 플러그 커넥터는 예를 들어 DE 20 2011 107 900 U1으로 공지되어 있다. 여기서는 접촉 부재들이 플러그 커넥터들이 플러그 결합될 때 서로 끼워지는 단순한 접촉 핀과 접촉 소켓으로 설계되어 있다.

안전 회로의 접촉 부재를 이렇게 설계하면 플러그 커넥터들을 플러그 결합할 때 서로에 대해 정확한 정렬(exact alignment)을 요구하여 취급을 더욱 어렵게 한다.

이 종래기술에서 시작하여, 본 발명은 특히 모터 차량의 고전압 응용분야에 사용되는 플러그 연결을 개선하는 문제에 기초하고 있다. 특히, 이 플러그 연결은플러그 결합할 때 취급이 용이하고 안전한 접촉 및/또는 낮은 제조원가를 구현해야 한다.

이 문제는 독립 청구항 1에 의한 플러그 커넥터로 해결된다. 이에 대한 유용한 실시예들이 종속 청구항들의 주제이며, 이들은 이하의 발명의 상세한 설명에 설명되어 있다.

본 발명에 의하면, (적어도) 하나의 제1 접촉 부재를 가지는 (적어도) 하나의 제1 플러그 커넥터와 (적어도) 하나의 제2 접촉 부재를 가지는 하나의 제2 플러그 커넥터를 구비하며, 플러그 연결이 플러그 결합된 상태에서 관련된 제1 및 제2 부재가 스프링 바이어스 방식으로 서로 축방향으로 접촉하는 플러그 연결에 있어서, 제1 접촉 부재가 적어도 제2 접촉 부재와 접촉하는 부분에 3차원 곡면(three-dimensionally-curved)의 단부면(end face)을 가지며, 제2 접촉 부재가 적어도 제1 부품과 접촉하는 부분에 (접촉 부재의 관련 단부의 방향으로) 그 단부면에 원추형으로 확장되는 인입부(depression)를 구비하여 접촉 부재들 간에 고리형(annular) 접촉 영역이 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서 "원추형"이란 축 주위를 회전하는 곡선에 의해 형성된 회전면(revolution surface)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이에 따라 원추형 인입부는 바람직하기로 나팔형(trumpet-formed), 즉 축의 방향으로 변곡된 곡선 또는 표면을 가지는 형태이다. 다른 형태의 원추형 인입부는 예를 들어 원추형, 부분적 원추형 또는 꽃병형(vase-formed) (즉 곡선의 곡률이나 표면이 축으로부터 멀어지는 방향을 향하는 형상) 등 역시 가능하다. 곡선 또는 표면에 대한 더 복잡한 형태도 가능하지만, 이는 더 큰 제조원가를 초래할 것이다.

본 발명에 의한 플러그 연결 설계의 결과 다양한 이점들이 달성될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 접촉 부재의 단부면의 특별한 설계는 그 종축에 대해 접촉 부재들의 자동 정렬(self centring)을 보장한다.

이를 뒷받침하기 위해, 바람직한 한 설계에서는 제1 및/또는 제2 접촉 부재는 적어도 접촉면으로 작용하는 단부면 영역에서 반경 방향으로 이동 가능한데, 이는 예를 들어 관련 플러그 커넥터의 하우징(housing)에 대응하여 장착됨으로써 구현될 수 있다. 이 반경 방향 이동의 자유는 또한 대응 접촉 부재의 종축에 직교하는 축 주위로 회전함으로써 달성될 수도 있다. 접촉 단부면의 특별한 설계에 의한 결과, 두 접촉 부재의 종축들이 동축(coaxial)이나 평행이 아닐 가능성은 접촉의 안전 관점에서 의미 있는 문제를 나타내지 않는다. 본 발명에 의한 플러그 연결의 다른 이점은 접촉 영역에 취약한 부재가 구비되지 않는다는 사실에 기인한다. 그러므로 부재 보호의 관점에서, 인터록 안전 회로를 생략하고 바람직한 고전류 응용분야에 대한 플러그 연결을 소위 핫플러그(hot-plug)가 가능한 연결로 설계할 수 있다.

본 발명에 의한 플러그 연결의 바람직한 한 설계에 있어서, 제1 접촉 부재의 단부면은 부분적으로 구형(spherical)일 수 있다. 제1 접촉 부재의 단부면의 이러한 설계는 특히 제2 접촉 부재의 인입부의 역시 바람직한 나팔형 설계와 조합되어 양호한 자기 정렬 기능과 함께 접촉 부재의 종축들이 동축 또는 평행이 아닐 가능성에 대한 둔감성(insensitivity)을 나타낼 수 있다.

바람직하기로, 플러그 커넥터들의 각각은 관련 접촉 부재를 수용하는 하우징을 가진다. 바람직하기로, 적어도 한 접촉 부재가 관련 하우징에 장착되어 스프링 바이어스 방식(spring-biased manner)으로 축방향으로 이동할 수 있다. 이 구성은 접촉 부재들 간의 접촉 영역의 축방향 스프링 로딩(spring-loading)을 구조적으로 간단히 실현할 수 있음을 나타낸다.

이 경우, 접촉 영역의 스프링 로딩은 바람직하기로, 축방향으로 이동 가능한 접촉 부재를 둘러싸며, 예를 들어 접촉 부재의 외부 둘레에 연장되는 플랜지(flange) 등의 부분(section)과 예를 들어 하우징의 내부 둘레에 연장되는 플랜지 등의 부분 간에 지지되는 나선 스프링(helical spring)에 의해 구현된다. 이에 따라 시중 구매(bought-in) 부품이 스프링 바이어스에 사용될 수 있는데, 접촉 부재를 둘러싸는 나선 스프링을 배치해도 공간을 별로 차지하지 않는다.

이하 첨부된 도면에 도시된 예시적 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도면에서
도 1은 본 발명에 의한 플러그 연결의 제1 실시예를 보이는 사시도,
도 2는 도 1에 의한 플러그 연결의 제1 플러그 커넥터를 보이는 사시도,
도 3은 도 2에 의한 플러그 커넥터의 종방향 단면도,
도 4는 도 1에 의한 플러그 연결의 제2 플러그 커넥터를 보이는 사시도,
도 5는 도 4에 의한 플러그 커넥터의 종방향 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 플러그 연결의 제2 실시예를 보이는 사시도,
도 7은 도 6에 의한 플러그 연결의 제1 플러그 커넥터의 종방향 단면을 보이는 절개 사시도,
도 8은 도 6에 의한 플러그 연결의 제2 플러그 커넥터의 종방향 단면을 보이는 절개 사시도이다.

도 1에 도시된 플러그 연결은 제1 플러그 커넥터(1)(도 2 및 도 3 참조)와 제2 플러그 커넥터(2)(도 4 및 도 5 참조)를 구비한다. 양 플러그 커넥터(1, 2)는 각각 하우징(3)과 함께 각 하우징 내에 적어도 부분적으로 배치되는 접촉 부재(4, 5)을 구비한다. 양 접촉 부재(4, 5)은 다른 접촉 부재(4, 5)과 축방향 접촉하도록 의도된 플러그측 단부를 가진다. 양 접촉 부재(4, 5)은 또한 달리 도시되지 않은 케이블의 도선(conductor; 6)과 연결되도록 의도된 케이블측 단부도 가진다. 이를 위해 접촉 부재(4, 5)의 케이블측 단부는 관련 케이블의 도선(6)을 수납하도록 형태가 관형(tubular)이다. 접촉 부재(4, 5)과 도선(6) 간의 기계적 연결은 예를 들어 납땜(soldering)으로 형성되는데, 이를 위해 접촉 부재(4, 5)에는 납땜 구멍(soldering opening)이 구비된다.

제1 플러그 커넥터(1)의 접촉 부재(4)은 그 플러그측 단부에 부분적으로 구형(spherical)인 단부면(end face; 7)을 가진다. 이는 제2 플러그 커넥터(2)의 접촉 부재(5)의 단부면의 인입부(depression; 8) 내에 접촉하는데, 이는 나팔형(trumpet-like form)으로 (플러그측 방향으로) 넓어지도록 설계된다. 이는 접촉 부재들(4,5) 간에 고리형(annular) 접촉 영역을 형성하는데, 이 영역은 두 플러그 커넥터(1, 2) 또는 두 접촉 부재들(4, 5)이 서로에 대해(접촉 부재들(4, 5)의 원형 단면의 종축에 대해) 정확히 동축으로 정렬되지 않아도 형성된다. 그 결과 접촉의 신뢰성 관점에서, 이 플러그 연결은 위치의 요소들의 형태의 허용오차에 대해 비교적 둔감하다.

접촉의 신뢰성에도 필요한 축방향 접촉압을 보장하기 위해, 제1 플러그 커넥터(1)의 접촉 부재(4)는 축방향으로(즉 종축으로 정의되는 방향으로) 이동할 수 있고, 사전 인장된(pre-tensioned) 나선 스프링(helical spring; 9)에 의해 제2 플러그 커넥터(2)의 방향으로 바이어스(bias)되도록 관련 하우징(3) 내에 장착된다. 하우징(3) 내의 접촉 부재(4)의 이동의 자유는 접촉 부재(4)의 외부 주위에 연장되어 하우징(3) 내의 중심에 형성된 수납 개구부(receiving opening) 둘레에 직경의 급격한 변경으로 형성된 어깨(shoulder; 11)에 안착되는 고리형 플랜지(flange; 10)에 의해 제한된다. 나선 스프링은 접촉 부재(4) 둘레의 플랜지(10)와 제1 플러그 커넥터(1)의 조립 중에 케이블측 단부로부터 하우징(3)의 수납 개구부에 압입(press into)되는 고정 슬리이브(fixing sleeve; 12) 사이에 지지됨으로써 제1 플러그 커넥터(1)의 결합(cohesion)을 보장하게 된다.

제2 플러그 커넥터(2)의 조립을 위해, 그 접촉 부재(5) 역시 케이블측 단부로부터 관련 하우징(3)의 수납 개구부의 중심에 끼워져 (예를 들어 압입에 의한 강제 잠금(force-locking) 방법 또는 접착(adhesive bonding)에 의해) 그 자리에 고정된다.

도 6 내지 8에 도시된 본 발명에 의한 플러그 연결의 제2 실시예 역시 제1 플러그 커넥터(1)와 제2 플러그 커넥터(2)를 구비한다.

도 1 내지 5에 도시된 플러그 연결과의 주된 차이는 복수의 접촉 부재들을 구비하는 것이다. 특히 본 발명에 따른 접촉을 형성하는 세 쌍의 접촉 부재들(4, 5)이 구비되어 있다. 개별적인 접촉 부재(4, 5)들은 도 1 내지 5에 도시된 실시예에서와 마찬가지 방식으로 설계되고 관련 하우징(3)에 거의 동일한 방식으로 통합된다. 그러나 제1 플러그 커넥터(1)의 경우 접촉 부재(4)를 바이어싱하는 나선 스프링(9)이 후단에서 지지 슬리이브에 대해 지지되는 대신 다중 하우징(multipart housing; 3)의 하우징부(housing section)의 단부면에 대해 지지된다.

접촉 부재(4, 5)는 고전압 회로에서 고전류를 전송하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 이들은 (부분적인) 전기 모터 차량 또는 그런 차량의 충전 시스템의 전기운전망(electric traction network)에 통합될 수 있다. 본 발명에 있어서, "고전압"은 적어도 30V AC와 적어도 60V DC를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이에 따라 "저전압"은 각각 30V 또는 60V 미만의 전압을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

두 플러그 커넥터(1, 2)는 또한 저전압으로 작동되는 안전 회로의 일부가 되는 작은 크기의 접촉 부재(13)를 포함하는데, 안전 회로는 접촉 부재(4, 5)를 포함하는 고전압 회로에 대한 소위 인터록으로 기능한다.

Claims

제1 접촉 부재(4)를 가지는 제1 플러그 커넥터(1)와 제2 접촉 부재(5)를 가지는 제2 플러그 커넥터(2)를 구비하며, 플러그 결합된 상태에서 접촉 부재(4, 5)들이 축상에서 스프링 바이어스 방식으로 서로 접촉하는 플러그 연결에 있어서,
제1 접촉 부재(4)가 3차원 곡면의 단부면(7)을 가지며 제2 접촉 부재(5)가 그 단부면에 확장되는 인입부(8)를 가져 접촉 부재(4, 5)들 사이에 고리형의 접촉 영역이 형성되는 것을
특징으로 하는 플러그 연결.
제1항에 있어서,
제1 접촉 부재(4)의 단부면(7)이 부분적으로 구형인 것을
특징으로 하는 플러그 연결.
제1항 또는 제2항 중의 어느 한 항에 있어서,
제2 접촉 부재(5)의 인입부(8)가 형태상 원추형인 것을
특징으로 하는 플러그 연결.
선행하는 항 중의 어느 한 항에 있어서,
제1 접촉 부재(4)를 수용하는 제1 하우징(3) 및/또는 제2 접촉 부재(4)를 수용하는 제2 하우징(3)을 구비하며, 접촉 부재(4, 5) 중의 적어도 어느 하나가 관련 하우징(3) 내에 스프링 바이어스 방식으로 축방향 이동 가능하게 장착되는 것을
특징으로 하는 플러그 연결.
제4항에 있어서,
축방향으로 이동 가능하게 스프링 바이어스된 접촉 부재(4, 5)를 둘러싸며, 접촉 부재(4, 5)의 부분과 하우징의 부분 간에 지지되는 나선 스프링(9)을 구비하는 것을
특징으로 하는 플러그 연결.