KR20190108618A - 가혹한 환경들을 위한 고전력 부싱 - Google Patents

Abstract

고전력 응용들을 위한 부싱(100)이 제공되며, 이 부싱은 절연 본체(110)에 대한 부싱 전도체(120)의 연결 부분(121, 122)의 탄성 변형 능력이 설정된다. 부싱 전도체(120)의 연결 부분(121, 122)의 탄성 변형 능력으로 인해, 부싱 전도체(120)의 연결 부분(121, 122) 및 절연 본체(110)의 주위 본체 단부 부분의 상당한 기계적 분리가 달성되며, 이에 의해 부싱 전도체(120)의 연결 부분(121, 122)에 작용하는 반경 방향 힘들에 의해 통상적으로 유발되는 손상을 야기할 가능성을 상당히 감소시킨다. 이러한 방식으로, 특히 열차 응용들 등과 같이 가혹한 환경 조건들에서 심지어 비교적 긴 수명에 걸쳐, 부싱(100)의 우수한 무결성이 달성될 수 있다.

Description

가혹한 환경들을 위한 고전력 부싱

일반적으로, 본 발명은 접촉 기술에 관한 것이며, 특히, 예를 들어, 수십 킬로와트 내지 수백 킬로와트 이상의 범위의 비교적 높은 전력을 운반하는 외부 케이블(external cable)과, 공급된 전력의 추가 프로세싱을 위한 하우징-내부 전도체(housing-internal conductor) 사이의 연결을 제공하기 위한 부싱들(bushings)에 관한 것이다.

많은 기술 분야들에서, 전력은, 흔히 적절한 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치결정될 수 있는 정교한 스위치들(switches), 변압기들(transformers), 모터들(motors) 등과 같은 특정 구성요소들에 의해 공급되거나 특정 구성요소들에 공급되어야 한다. 다른 한편으로, 하우징의 외부에서, 요구 전력이 각각의 전력 공급장치(power supply) 또는 전기 구성요소에 연결된 하나 이상의 적절하게 치수설정된 케이블들에 의해 공급되거나 케이블들에 공급될 수 있고, 전력은 AC 또는 DC 또는 둘 모두로서 제공될 수 있다. 고려중인 응용에 따라, 각각의 전력은 수십 킬로와트 내지 수백 킬로와트 및 훨씬 더 높은 범위일 수 있으며, 이에 의해 단면 및 절연 특성들의 면에서 각각의 케이블 구성들을 필요로 한다. 예를 들어, 수백 볼트 내지 수만 볼트의 범위인 중전압들 내지 고전압들의 맥락에서 높은 전력이 흔히 제공될 수 있으며, 이에 의해 비교적 낮은 전류들이 외부 케이블들에서 이송되는 한편, 다른 응용들, 예를 들어, 전기 차량들과 같은 모바일 DC 응용들에서, 비교적 낮은 전압들이 사용될 수 있으며, 이에 의해 각각의 케이블들의 구동 전류 능력에 대한 우수한 요건들을 부여한다. 어떠한 경우에도, 대응하는 외부 케이블들은 전도체 재료, 전도체 단면, 절연 시스(insulating sheath) 등에 대한 적절한 구성을 필요로 할 수 있으며, 이에 의해 전형적으로 수 센티미터의 단면을 갖는 하나 이상의 구리계 또는 알루미늄계 코어 와이어들(core wires)이 전체 케이블의 필요한 절연 거동 및 무결성(integrity)을 제공하는 적절한 절연 또는 커버 재료로 둘러싸여 있게 된다. 이들 케이블들은 비교적 가혹한 환경들에 흔히 노출될 수 있으므로, 예를 들어, 그러한 케이블들은 태양 직사광, -50 ℃ 내지 70 ℃의 범위인 극한 온도들 등에 대한 노출을 포함하여, 외부 조건들에 노출될 수 있으며, 이에 의해 적절한 시스 재료들의 사용을 필요로 하고, 따라서 이는 또한 코어 재료에 부가하여, 각각의 케이블들의 추가적인 중량을 야기할 수 있다.

다른 한편으로, 전형적으로 스위치들, 변압기들, 모터들 등과 같은 각각의 수전 구성요소들(power receiving components) 또는 급전 구성요소들(power supplying components)은 종종 적절한 하우징 내에 캡슐화되어, 그러한 구성요소들 또는 적어도 그것의 임의의 접촉 구조물들의 우수한 무결성을 제공한다. 하우징의 보호된 내부로 인해, 하우징-내부 전도체에 대한 임의의 요건들은 상당히 덜 엄격해질 수 있으며, 이에 의해 심지어 외부 절연 재료 등이 없이도 그러한 하우징-내부 전도체들을 사용할 수 있게 한다. 하우징-내부 전도체 및 외부 케이블의 하나의 중요한 인터페이스는 하우징에 적절하게 장착되고 외부 케이블과 하우징 사이의 전력 교환을 위한 통로를 제공하는 구성요소로서 이해되어야 하는 각각의 부싱에 해당한다. 이러한 목적을 위해, 대응하는 부싱은 전형적으로, 에폭시 수지와 같은 적절한 재료로 형성된 절연 재료에 의해 둘러싸인, 전형적으로 구리 볼트(copper bolt)의 형태인 높은 전도성 금속 전도체를 포함한다. 에폭시 수지는 높은 기계적 강도 및 강성과, 우수한 절연 특성들을 나타내는 것으로 알려져 있다. 기계적 및 전기적으로 안정한 부싱을 제공하기 위해, 금속 코어 및 에폭시 수지는 전형적으로, 예를 들어, 사출 성형에 의해 일체형 구성요소로 형성되고, 이에 의해 강인하고 강성인 제품을 얻는다. 결과적으로, 임의의 적절한 포지션에 적절한 장착 플랜지(mounting flange)를 제공함으로써, 부싱은 하우징 내에 제공된 대응하는 보어(bore) 내로 삽입될 수 있고, 장착 플랜지에 의해 그것에 고정될 수 있으며, 이에 의해 부싱에 그 일 단부에서 부착된 외부 케이블과, 부싱에 그 타 단부에서 연결된 하우징-내부 전도체 사이의 결과적인 연결의 높은 기계적 및 전기적 무결성을 제공한다.

그러나, 이러한 잘 설정된 고전력 부싱들은 정교한 외부 조건들과 연관된 응용들에 사용될 때 증가된 고장 사건들(failure events)을 겪을 수 있다. 예를 들어, 종래의 고전력 부싱의 강인하고 강성인 구성은, 전형적으로 다양한 지리적 위치들에서의 다양한 환경 조건들 하에서 마주치게 되는 바와 같은, 예를 들어, 약 -40 ℃ 내지 약 70 ℃의 범위인 비교적 극한 온도들에 노출될 때 증가하는 수의 장치 고장들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 열차들과 같은 많은 유형들의 차량들에서의 전력 공급장치는, 상기에 언급된 온도들, 예를 들어, 태양광에 직접 노출될 때, 다른 한편으로 극히 낮은 온도가 발생할 수 있는 추운 겨울날들과 같은 가혹한 조건들에 노출될 수 있다. 전형적으로 에폭시 수지 및 통상적으로 높은 전도성 구리 재료가 매우 상이한 열 팽창 계수들을 가질 수 있기 때문에, 그러한 극한 온도들은 그 자체로 부싱에 대한 상당한 응력을 나타낼 수 있으며, 이는, 특히 특정 기계적 힘들이 특정 부싱 구성요소들에 추가적으로 작용할 수 있는 경우에, 절연 에폭시 수지에 균열들 또는 임의의 다른 손상을 초래할 수 있다.

일 예로서, 비교적 높은 중량을 가질 수 있는 외부 케이블은 전형적으로, 부싱의 구리 볼트의 단부면이 외부 케이블 또는 외부 케이블에 연결된 접촉 조립체의 각각의 단부면과 견고하게 접촉하도록 부싱에 연결되며, 이는 부싱의 구리 볼트에 가해지는 굽힘력을 다소 현저해지게 할 수 있다. 그러나, 상기에서 논의된 바와 같은 극한의 온도 조건들 하에서, 이러한 비교적 높은 굽힘력들은 절연 재료에서의 손상의 생성을 촉진할 수 있으며, 이는 구리 볼트 및 따라서 에폭시 수지에 작용하는 추가적인 기계적 힘들과 조합하여 열 팽창의 차이가 최종적으로 외부 시스의 파손을 초래할 수 있으며, 이에 의해 전형적으로 또한 전체 고전력 연결부의 고장을 초래할 수 있기 때문이다. 유사하게, 적당히 높은 온도들에서, 에폭시 수지의 기계적 특성들은 또한 열화를 겪을 수 있으며, 이에 의해 또한 심각한 장치 고장을 초래할 가능성을 증가시킬 수 있다.

전술된 상황은, 예를 들어, 외부적으로 또는 내부적으로 유발된 진동들이 존재하는 경우, 부싱의 특정 구성요소들에 작용하는 각각의 힘들이 시간적으로 및 공간적으로 변할 수 있는 환경들에서 훨씬 더 악화될 수 있다. 그러한 진동들의 소스(source)는, 예를 들어, 모바일 응용들에서, 각각의 철도 레일들을 따른 이동일 수 있으며, 인접한 레일들 사이의 조인트들(joints)은, 각각의 전기 차량의 전체 속도 및 조인트들의 거리에 따라, 다소 규칙적인 방식으로 상당한 진동들을 야기할 수 있다. 그러나, 규칙성이 감소된 유사한 진동들은 도로 전용 차량들(street-bound vehicles)에서 마주치게 될 수 있으며, 각각의 도로의 속도 및 표면 조건들이 대응하는 부싱 구성요소들에 작용하는 진동들의 결과적인 "스펙트럼(spectrum)"을 상당히 결정할 수 있다.

또한, 열차 응용들 또는 유사한 사용 경우들에서, 정교한 접촉기들 또는 스위칭 장치들(switching devices)이 사용되어야 할 수 있으며, 대응하는 스위칭 프로세스 동안에 적당히 높은 매스들(masses)이 가속 및 이동되고, 이에 의해 전형적으로 대응하는 접촉 구성요소들의 직접적인 충돌을 수반하고, 각각의 기계적 충격들 및 진동들을 부싱 구성요소들에 도입한다. 그러한 유발된 기계적 하중들의 희귀 사건들은 부싱 및 다양한 구성요소들의 전기적 및 절연 상태에 반드시 큰 영향을 미치지는 않지만, 전형적으로 많은 응용들에서 요구되는 연장된 수명, 예컨대 10 내지 15 년에 걸쳐, 예를 들어, 일체로 성형된 에폭시 수지 및 구리 볼트 구성요소에 기초하여 얻어진 종래의 강인하고 강성인 구성은 상당한 신뢰성 문제를 초래할 수 있으며, 이에 의해 고전력 부싱이 정교한 환경 조건들에서 사용되는 경우에 종래의 구성을 덜 바람직하게 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 정교한 환경 조건들, 특히 기계적 힘들, 특히 충격들 및 진동들 및/또는 극한의 온도들에 대해 연장된 수명에 걸쳐 상당히 덜 반응하는 부싱, 특히 고전력 부싱을 제공하는 것이다.

상기에 지적된 목적은, 예를 들어, 케이블을 하우징 내부와 연결하는데 사용될 수 있는 부싱에 의해 해결된다. 부싱은 제1 본체 단부 부분, 제2 본체 단부 부분, 및 제1 본체 단부 부분과 제2 본체 단부 부분을 연결하는 본체 중앙 부분을 포함하는 세장형 절연 본체(elongated insulating body)를 포함한다. 부싱은 절연 본체 내에서 축방향으로 연장되고 절연 본체에 기계적으로 결합되는 세장형 부싱 전도체(elongated bushing conductor)를 더 포함한다. 부싱 전도체(하기에서는, "볼트"로도 지칭됨)는 제1 본체 단부 부분에 위치된 제1 단부면을 갖는 제1 연결 부분을 포함한다. 부싱 전도체는 제2 본체 단부 부분에 위치된 제2 단부면을 갖는 제2 연결 부분을 더 포함한다. 마지막으로, 부싱 전도체는 제1 및 제2 연결 부분들을 전기적 및 기계적으로 연결하는 중앙 부분을 포함한다. 제1 연결 부분은 제1 본체 단부 부분에 대해 탄성 변형 가능하고, 그리고/또는 제2 연결 부분은 제2 본체 단부 부분에 대해 탄성 변형 가능하다.

본 발명의 부싱은, 무엇보다도, 부싱이 전기적 연결을 제공할 때, 제1 본체 단부 부분의 제1 단부면 및/또는 제2 본체 단부 부분의 제2 단부면이 하우징-외부 케이블 또는 케이블 접촉 영역 및/또는 하우징-내부 접촉 영역과 같은 상대 전도체의 단자 부분에 연결된 상태에서, 적어도 하나의 반경 방향을 따라 각각의 본체 단부 부분 또는 대응하는 본체 단부 부분에 대해 탄성 변형 가능한 적어도 하나의 연결 부분, 예를 들어, 제1 연결 부분, 제2 연결 부분 또는 둘 모두를 포함한다. 결과적으로, 부싱 전도체의 제1 연결 부분 및/또는 제2 연결 부분은 절연 본체의 주위 부분에 대해 탄성적으로 변위되고 그에 따라 변형될 수 있다. 즉, 부싱 전도체의 각각의 연결 부분에 작용하는 기계적 힘에 반응할 때, 절연 본체의 각각의 부분은 각각의 기계적 힘 및 그에 따른 부싱 전도체의 관련 부분의 대응하는 탄성 변형에 의해 실질적으로 영향을 받지 않은 채로 유지될 수 있으며, 이에 의해 각각의 기계적 힘들이 부싱에 작용할 수 있는 비교적 긴 시간 간격들을 고려하는 경우에도, 절연 본체의 손상의 위험을 회피하거나 적어도 현저하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 원리들에 따르면, 고전력 부싱들과 같은 부싱들의 신뢰성의 현저한 증가는, 절연 본체의 주위 부분에 영향을 미치지 않거나 감소된 영향만을 미치는 적절한 탄성 변형에 의해, 부싱 전도체가 정적 및/또는 동적 하중들과 같은 기계적 힘들에 반응할 수 있게 함으로써, 절연 본체의 일부로부터의 부싱 전도체의 일부의 기계적 분리의 개념을 사용하는 것에 의해 얻어질 수 있다는 것이 인식되었다. 따라서, 예를 들어, 상기에서 논의된 바와 같이, 극한의 온도 조건들에서도, 절연 본체에 사용되는 전형적인 절연 재료들의 기계적 특성들의 각각의 열화가 부싱의 전체 기능적 거동에 상당한 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 이것은 부싱 전도체의 탄성 변형된 부분과 절연 본체의 각각의 주위 부분 사이의 기계적 접촉을 실질적으로 회피하거나 적어도 감소시킴으로써 달성된다. 예를 들어, 상당한 접촉기 매스들의 기계적 충돌의 빈번한 발생에 의해 야기된 각각의 진동들에 대해서도, 부싱 전도체 및 절연 본체의 관련 부분들의 매우 기계적으로 분리된 구성은 부싱의 전체 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 그에 따라 절연 본체의 각각의 부분을 변형/파손시킬 가능성을 감소시킬 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 탄성 변위 또는 변형 능력은 부싱 전도체의 각각의 연결 부분과 절연 본체의 각각의 본체 단부 부분 사이에 제공되는 틈새(clearance)에 의해 얻어진다. 결과적으로, 이러한 실시예에서, 부싱 전도체 및 절연 본체의 각각의 부분들의 실질적인 기계적 분리는 각각의 갭(gap) 또는 틈새를 제공함으로써 성취되며, 이에 의해 반경 방향 힘들로 인해 부싱 전도체의 단부 부분을 변형시킬 때 이들 2 개의 부분들 사이의 기계적 접촉을 회피하거나 감소시킨다. 틈새는 적어도 부싱 전도체의 연결 부분을 실질적으로 전체적으로 둘러싸도록 형성될 수 있는 한편, 다른 경우들에서, 틈새는 어떠한 재료도 내부에 제공되지 않은 하나 이상의 영역들을 포함할 수 있는 반면, 다른 영역들은 적절한 재료로 충전될 수 있다.

하나의 예시적인 실시예에서, 틈새는 탄성 충전 재료(elastic fill material) 또는 압축성 재료(compressible material)로 적어도 부분적으로 충전되며, 충전 재료의 탄성 특성들은 부싱 전도체 및 절연 본체의 관련 부분들 사이의 원하는 감소된 기계적 결합을 제공하면서, 그럼에도 불구하고 틈새의 우수한 무결성을 제공할 수 있다. 즉, 부싱의 연장된 수명과 관련하여, 습기, 이물질들 등과 같은 원하지 않는 물질들의 틈새 내로의 혼입을 억제하는 것이 유리한 것으로 고려될 수 있으며, 이러한 혼입은 그렇지 않으면 부싱 전도체의 연결 부분의 탄성 반응성을 감소시킬 수 있다. 다른 한편으로, 각각의 탄성 충전 재료를 제공함으로써, 기계적 분리의 정도는 틈새 내에 제공된 재료의 유형 및 양에 기초하여 조정될 수 있는 동시에, 예를 들어, 원하지 않는 물질들을 혼입시킬 가능성을 감소시킴으로써, 각각의 탄성 특성들의 고도의 안정성을 달성할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 고무와 같은 재료들, 즉 실리콘 겔 또는 발포체 등의 형태인 재료들은 탄성 충전 재료로서 효과적으로 사용될 수 있으며, 따라서 광범위한 온도들 및 다른 정교한 환경 조건들에 걸쳐 탄성 특성들을 제공할 수 있다. 이미 상기에서 논의된 바와 같이, 틈새는 전체 구성 및 요건들에 따라, 탄성 충전 재료로 반드시 완전히 충전될 필요는 없을 수 있다.

하나의 유리한 실시예에서, 틈새는 부싱 전도체의 제1 및/또는 제2 연결 부분들의 길이의 5% 이하 또는 5 ㎜ 이하 범위의 폭을 갖는다. 즉, 일부의 예시적인 실시예들에서, 단일 장치 내의 틈새는 상술된 범위에서 변할 수 있고, 이에 의해 기계적 반응성, 즉 대응하는 부분의 각각의 탄성 변형을 허용하는 능력에 있어서의 각각의 변이(transition)를 제공한다. 다른 경우들에서, 상기에 언급된 범위는 복수의 상이한 부싱들과 관련이 있을 수 있으며, 각 유형의 부싱에는, 특정 조건들에 적절하게 적합화되도록 각각의 폭이 제공될 수 있다. 예를 들어, 부싱 전도체의 기하형상 및 재료 특성들과, 부싱 전도체에 작용할 것으로 예상되는 진동들 등과 같은 기계적 힘들에 따라, 틈새의 대표 폭은 0.1 ㎜ 내지 1.0 ㎜ 초과에서 적절하게 선택될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 각각의 응용에 대한 틈새의 적절한 대표 폭을 추정하기 위해 실험들 및/또는 시뮬레이션들(simulations)이 수행될 수 있다. 틈새의 대표 폭은 틈새의 반경 방향 크기를 규정하기 위한 특징적인 양(characteristic measure)을 나타내는 폭으로 이해되어야 한다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 틈새의 반경 방향 치수 또는 폭 치수는 제조 공차들로 인해, 그리고/또는 부싱의 수명 동안에 발생할 수 있는 특정 "비탄성" 구성요소에 의해 야기된 공차들 내에서 변할 수 있으며, 이에 의해 가능하게는 하나 이상의 방향들을 따라서는 폭을 감소시키고 다른 방향들을 따라서는 폭을 증가시키며, 각각의 기계적 변형이 다른 방향들에서보다 덜 빈번하게 발생되었을 수 있다. 이러한 경우, 대표 폭은 틈새의 길이 치수를 따라 평균된 폭에 의해 주어질 수 있다. 또한, 다른 경우들에서, 틈새는 그 길이 치수를 따라 테이퍼질 수 있고, 테이퍼링(tapering)은 특정 길이 포지션에서 시작한다. 이러한 경우, 최대 폭이 틈새의 반경 방향 양을 규정하기 위한 대표 폭으로서 사용될 수 있다.

다른 유리한 실시예에서, 세장형 부싱 전도체의 일부와 세장형 절연 본체의 일부 사이에는 형태 폐쇄부(form closure)가 제공된다. 결과적으로, 이러한 실시예에 따르면, 기계적 밀착 접촉이 그 길이 방향을 따른 부싱의 특정 부분을 따라 존재하고, 이에 의해 부싱의 특정 부분들에서 기계적으로 강인하고 강성인 구성을 제공하지만, 절연 본체의 주위 부분에 대한 적어도 부싱 전도체의 제1 연결 부분의 탄성 변형 능력에 영향을 미치지 않는다. 예를 들어, 절연 본체와 부싱 전도체 사이의 형태 폐쇄부의 영역에서, 예를 들어, 부싱을 임의의 다른 구성요소에 장착하기 위한 각각의 외부 힘들은 그 전체가 부싱에 효율적으로 인가될 수 있으며, 이는 각각의 반경 방향 힘들이 이들 구성요소들의 기계적 밀착 접촉으로 인해 절연 본체로부터 부싱 전도체로 전달될 수 있기 때문이다. 형태 폐쇄부로서의 부싱 전도체의 연결은 강제 끼워맞춤부(force-fit), 형태 끼워맞춤부(form-fit) 또는 재료 끼워맞춤부(material fit)(즉, 납땜), 또는 스크류들(screws)과 같은 기계적 요소들, 또는 이들의 조합들에 의해 달성될 수 있다.

하나의 유리한 실시예에서, 제1 및/또는 제2 연결 부분들은 임의의 반경 방향을 따라 탄성 변형 가능하다. 즉, 이러한 실시예에서, 임의의 반경 방향을 따른 반경 방향 힘들은 부싱 전도체의 단부 부분에 의해 수용될 수 있으며, 이에 의해 부싱에 작용하는 힘들의 각각의 반경 방향 배향 및/또는 방향성과 관계없이, 부싱을 사용할 때 고도의 유연성을 달성할 수 있다. 예를 들어, 연결 부분의 단부면에 연결된 무거운 케이블들 또는 접촉 조립체에 의해 가해지는 각각의 굽힘력들은 전형적으로 바람직하게는 중력 방향으로 작용할 수 있지만, 이러한 실시예의 방향 다양성은 반경 방향 배향에 대한 부싱의 임의의 설치를 허용할 수 있으며, 이는 어떠한 방향도 탄성 변형 능력을 제공할 수 있기 때문이다. 또한, 진동 영향들이 각각의 반경 방향 힘들의 발생에서 우세할 수 있는 경우, 이들 요동들의 우세한 방향이 있는지 또는 이들 요동들이 상당한 범위의 반경 방향들을 따라 발생할 수 있는지 여부는 사전에 명확하지 않을 수 있다. 또한 이러한 경우에, 부싱 전도체와 절연 본체의 관련 부분들 사이의 상당한 기계적 분리는 분리 효과가 실질적으로 반경 방향과 독립적이므로 보장될 수 있다.

추가 옵션에서, 제1 및 제2 연결 부분들 둘 모두는 적어도 하나의 반경 방향을 따라 각각의 본체 단부 부분들에 대해 탄성 변형 가능하며, 이에 의해 부싱의 양단부들이 정적 및/또는 동적 하중들에 탄력적으로 반응할 수 있으므로 기계적 하중들에 대한 부싱의 우수한 반응성을 제공한다. 다른 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 반경 방향은 제1 연결 부분 및/또는 제2 연결 부분, 및/또는 부싱 전도체의 중앙 부분의 일부의 단면의 비-반경 방향-대칭 기하학적 구성(non-radial-symmetric geometric configuration)에 의해 결정된다. 결과적으로, 이러한 실시예에 따르면, 부싱 전도체, 즉 그것의 관련 부분들의 기하형상은 부싱 전도체의 원하는 탄성 변형이 달성될 수 있는 하나 이상의 바람직한 반경 방향들을 얻도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 적어도 특정 부분에서, 부싱 전도체의 비원형 단면은 상이한 반경 방향들에서 상이한 탄성 특성들을 초래할 수 있으며, 이에 의해 특정 응용들에 대한 부싱 전도체의 기계적 반응성의 특정 적합화를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 반경 방향이 각각의 반경 방향 힘들에 반응하기 위한 탄성 변형 능력을 필요로 하는 주 방향으로 식별된 반면, 다른 방향들이 우수한 강성을 필요로 할 수 있다면, 단면 구성은, 예를 들어, 상기에 특정된 조건들을 수용하도록 전체 기하형상 등을 제공함으로써 특정하게 적합화될 수 있다. 또한, 그러한 비-반경 방향 대칭 단면은 전도체 볼트의 길이에 걸쳐 상이할 수 있다. 대부분의 기계적 하중은 클램핑(clamping)이 위치되는 부싱의 중앙에서 발생하기 때문에, 이러한 영역에서 보다 강인한 비-반경 방향 대칭 형상을 갖는 것이 유리하다. 그리고, 원칙적으로, 상기 형상은 볼트의 길이에 걸쳐 변할 수 있고, 적어도 부싱의 연결 단부들에 가까운 회전 대칭 형상으로 변할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 대응하는 본체 단부 부분들에 대해 탄성 변형 가능한 제1 및/또는 제2 연결 부분들의 길이는 15 ㎜ 내지 300 ㎜의 범위에 있다. 결과적으로, 절연 본체에 대한 부싱 전도체의 변위 가능하거나 변형 가능한 거동의 "기능적 길이(functional length)"는 각각의 응용들에 적절하게 부합하도록 상기에 언급된 범위 내에서 조정될 수 있다. 상술한 "기능적 길이"의 범위는 100 kW 이상의 범위인 전력을 전달하기 위해 직경이 수 센티미터인 외부 케이블이 제1 연결 부분의 단부면에 연결되어야 할 수도 있는 많은 고전력 응용들에 적절하다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 다른 예시적인 실시예들에서, 상기에 언급된 "기능적 길이"의 범위는, 특정 상황들 하에서 적절한 것으로 고려되면, 예를 들어, 15 ㎜ 미만의 기능적 길이 또는 30 ㎜ 초과의 기능적 길이를 사용함으로써 다른 응용들에 적합화될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

하나의 바람직한 실시예에서, 절연 본체는 절연 본체의 내부 표면으로서 제공되는 차폐 시스(shielding sheath)를 포함한다. 따라서, 이러한 실시예에 따르면, 특히 절연 본체의 전기적 특성들은, 전형적으로 차폐 시스에 차폐 효과를 부여하는 적절한 재료로 형성될 수 있는 차폐 시스를 제공함으로써 향상될 수 있다. 예를 들어, 시스는 절연 본체의 내부 표면에 전도성 코팅의 형태로 구현될 수 있거나, 시스의 재료는 내부 표면에 부착된 별도의 시트(sheet)로서 제공될 수 있다. 다른 경우들에서, 시스는 절연 본체에 초기에 견고하게 부착되었을 수 있는 부싱 전도체에 슬릿(slit)을 기계가공함으로써 형성될 수 있다.

하나의 예시적인 실시예에서, 차폐 시스는 부싱 전도체의 금속과 상이한 금속을 포함한다. 즉, 절연 본체의 내부 표면으로서 금속-함유 시스 또는 금속 시스를 제공함으로써, 절연 본체의 우수한 전기적 무결성이 달성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "절연 본체"는 전체 전기적 절연이 부싱 전도체와 부싱의 외부 사이에서 얻어지는 임의의 구성을 지칭한다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 본 발명에 따르면, 절연 본체의 외부 표면이 부싱 전도체에 대한 전도성 경로를 형성하지 않는 한, 절연 본체는 여전히 임의의 전기 전도성 영역들을 포함할 수 있다. 결과적으로, 차폐 시스는 금속으로 형성되는 경우 길이 방향을 따라 그 내부 표면에서 절연 본체에 전도성 특성들을 부여할 수 있지만, 그 외부 표면에 대한, 즉 반경 방향을 따른 절연 본체의 절연 특성들이 여전히 유지된다.

일부의 예시적인 실시예들에서, 예를 들어, 금속으로 구성된 차폐 시스는 절연 본체의 나머지 절연 재료와 비교하여 열 팽창에 대해 유사한 특성들을 갖도록 선택될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 차폐 시스는 알루미늄으로 형성될 수 있거나, 많은 유형들의 에폭시 수지와 비교하여 매우 유사한 열 팽창 계수를 가질 수 있는 상당량의 알루미늄을 적어도 포함할 수 있으며, 이에 의해 온도들에 대한 유사한 반응을 얻으면서, 여전히 전체 절연 본체의 우수한 기계적 특성들을 제공할 수 있다. 또한, 절연 본체의 내부 표면에 알루미늄 시스와 같은 금속 시스 또는 금속-함유 시스를 제공할 때, 부싱 전도체와 절연 본체 사이의 우수한 접촉 특성들이 이들 2 개의 구성요소들이 직접 기계적으로 접촉하는 영역들에서 달성된다. 알루미늄 시스를 사용하는 경우, 시스의 층 두께는 전체 기계적 및 열적 거동이 비교적 두꺼운 알루미늄 시스를 제공하는 것과 비교하여 실질적으로 에폭시 수지에 의해 결정되도록 비교적 얇게 선택될 수 있다. 다른 옵션에서, 차폐 시스는 중합체 또는 금속 코팅 재료들을 사용함으로써 절연 본체의 내부 표면의 코팅으로서 제공될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 부싱은 하우징에 부싱을 고정하기 위해 중앙 부분에 제공되는 장착 플랜지를 포함한다. 상기에서 이미 논의된 바와 같이, 전형적 인 응용들에서, 부싱과 하우징 사이에 견고한 기계적 연결이 설정되어야 하며, 이는 장착 플랜지에 기초하여 효율적으로 성취될 수 있다. 바람직하게는, 장착 플랜지는 부싱 전도체와 절연 본체가 서로 직접 기계적으로 접촉하는 그러한 부싱의 포지션에 제공된다. 결과적으로, 이러한 실시예에 따르면, 각각의 기계적 힘이 전체적으로 플랜지를 통해 부싱에, 즉 절연 본체 및 부싱 전도체에 인가될 수 있고, 이에 의해 하우징과 부싱 사이의 연결의 우수한 기계적 강인성 및 강성을 제공할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 부싱 전도체는 부싱 전도체의 전체 길이를 통해 연장되는 내부 보어를 갖는다. 부싱 전도체의 전체 길이를 따라 내부 보어를 제공함으로써, 부싱 전도체를 하우징-내부 전도체에 연결함에 있어서 유연성의 증가가 달성될 수 있다. 예를 들어, 내부 보어는 나사 부분과 같은 종래의 연결 수단을 제공할 필요 없이 각각의 공구와 함께 스크류와 같은 임의의 연결 부재들의 삽입을 허용할 수 있다. 부싱 전도체의 내부 보어의 제공은 부싱 전도체의 전체 전도성에 악영향을 미치지 않을 수 있다는 것이 이해되어야 하며, 이는 부싱 전도체의 나머지 단면 영역이 여전히 필요한 낮은 연결 저항을 제공하도록 선택될 수 있기 때문이다. 또 다른 예시적인 실시예들에서, 부싱 전도체는 외부 케이블 및 하우징-내부 전도체와의 기계적 연결을 설정하기 위해 제1 및/또는 제2 연결 부분들에, 각각의 리세스들(recesses)을 제외하고는 고형물의 형태로 제공될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.

다른 예시적인 실시예에서, 부싱 전도체의 제1 단부면의 크기는 제2 단부면의 크기보다 작다. 즉, 이러한 실시예에서, 제2 단부면, 예를 들어, 하우징-내부 전도체에 연결되는 단부면의 단면 영역이 보다 클 수 있으며, 이에 의해 부싱의 전체 저항을 대체로 감소시킬 가능성을 제공하는 한편, 제1 연결 부분의 단부면, 예를 들어, 하우징-외부 케이블 또는 접촉 영역에 연결되는 단부면의 크기 및 형상은 전체 요건들에 따라 선택될 수 있다. 특히, 제1 단부면의 크기 및 형상은, 예를 들어, 열차 내의 전력 공급 케이블을 자기 스위치 조립체 등을 수용하는 각각의 하우징에 연결할 때, 전형적인 응용들에 사용되는 표준들에 부합할 수 있다. 따라서, 표준 요건들은 외부 케이블과 부싱 사이의 접촉 영역에서 용이하게 부합될 수 있는 한편, 하우징 내에서 제2 단부면의 크기와 형상을 적합화시킴에 있어서 고도의 유연성이 제공된다.

다른 예시적인 실시예에서, 부싱은, 예를 들어, 전력 공급 케이블을 전기 구동식 차량(electrically driven vehicle)의 접촉 기구에 연결하기 위해, 전기 구동식 차량에 사용되어 100 kW 이상의 전력을 이송하도록 구성된다. 즉, 이러한 실시예에 따르면, 부싱의 전체 구성은 전력 공급에 사용된 전압과, 전류의 유형, 즉 AC 또는 DC에 관계없이 상기에 특정된 범위의 전력을 전달하도록 적절하게 적합화되며, 부싱 전도체의 적어도 제1 연결 부분의 탄성 변형 능력은 적당히 긴 수명 동안 우수한 신뢰성을 제공한다. 일부의 예시적인 실시예들에서, 부싱은 중전압 내지 고전압 컴플라이언스(compliance)를 필요로 하는 열차들에서의 전력 공급에 적합화되어, 하우징-외부 케이블 또는 접촉 조립체뿐만 아니라, 예를 들어, 부싱의 절연 본체가 전형적으로 열차 응용들에서 마주치게 되는 중전압 및 고전압 요건들을 수용하도록 적절하게 적합화되게 한다. 특히, 본 발명의 부싱은 열차 응용들에 우수한 신뢰성을 제공할 수 있으며, 이는 자기 접촉기 조립체에서 무거운 접촉부들의 충돌로 인한 상당한 기계적 충격들 및 진동들을 초래할 수 있는, 전형적으로 사용되는 자기 접촉기 조립체들의 강한 기계적 영향이 부싱 전도체의 관련 부분의 탄성 또는 유연성 거동에 의해 고도로 "상쇄될(neutralised)" 수 있다. 유사하게, 현재 또는 미래의 다른 응용들에서, 상당한 전력이 밴들(vans), 자동차들 등과 같은 전기 구동식 차량의 특정 위치들에 공급되어야 할 수 있으며, 전기 차량의 내부적 또는 외부적으로 야기된 특정 진동들로 인해 상당한 기계적 응력이 또한 수반될 수 있다. 도로 교통 또는 철도 전용 교통(rail-bound traffic)을 위해 설계된 많은 현재 이용 가능한 전기 차량들에서, DC 전압이 전형적으로 모터들, 배터리들 등과 같은 각각의 구성요소들에 공급되어야 할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 이러한 경우에, 본 발명의 부싱의 우수한 기계적 거동은 향상된 신뢰성을 제공할 수 있다. 특히, DC 고전력 응용들에서, 대응하는 부싱의 절연 특성들의 우수한 신뢰성은 각각의 회로들의 개방/폐쇄 시에 발생할 수 있는 각각의 아크들(arcs)의 비-자기 소화 거동(non-self-extinguishing behaviour)으로 인해 중요성이 증가될 수 있다.

다른 예시적인 실시예들은 또한 종속 청구항들에서도 언급되며, 첨부된 도면들을 참조하여 하기의 상세한 설명에서 설명된다:
도 1은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 부싱의 사시도를 개략적으로 예시하고;
도 2는 도 1의 부싱의 측면도를 개략적으로 예시하며;
도 3은 하우징에 장착되고 외부 케이블에 연결된 경우의 도 1 및 도 2의 부싱의 측단면도를 개략적으로 예시하고;
도 4는 도 3의 부싱의 일부를 확대도로 개략적으로 예시하며;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 부싱의 종방향에 수직인 단면도들을 개략적으로 예시한다.

이제, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다른 예시적인 실시예들이 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1은, 일부의 예시적인 실시예에서는 하우징의 벽에 통로를 제공하여 각각의 하우징의 외부와 그 내부 사이에서 높은 전력의 교환을 가능하게 하기 위한 연결 부재(connecting member)에 해당하는 부싱(100)의 사시도를 개략적으로 예시하고 있다. 본 문맥에서, 높은 전력은 수십 킬로와트―특정 실시예에서는 100 킬로와트― 내지 수백 킬로와트 및 훨씬 더 높은 범위의 전력으로 이해되어야 하며, 높은 전력은 수백 볼트 내지 수 킬로볼트 또는 심지어 수십 킬로볼트 범위의 전압과 연관될 수 있는 한편, 각각의 전류는 대응하는 공급 전압에 의해 결정될 수 있다. 유사하게, 전력은 고려중인 특정 응용에 따라 AC 전력 또는 DC 전력의 형태로 공급될 수 있다. 부싱(100)은 부싱 전도체(bushing conductor)(120)를 둘러싸는 세장형 절연 본체(110)를 포함하며, 세장형 절연 본체(110)는 구리, 구리 합금들, 알루미늄 등과 같은 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 세장형 부싱 전도체(120)는 이후에 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 적절한 형상을 갖는 구리 전도체의 형태로 제공된다.

절연 본체(110)는, 기능적으로 제1 본체 단부 부분(111), 제2 본체 단부 부분(112), 및 제1 본체 단부 부분(111)과 제2 본체 단부 부분(112)을 연결하는 중간 부분으로서 간주될 수 있는 본체 중앙 부분(113)으로 분할될 수 있다. 다양한 부분들이 임의의 적절한 치수들을 갖는 기능적 부분들로서 이해되어야 한다는 것이 인식되어야 하며, 제1 본체 단부 부분(111)은 기본적으로 외부 케이블을 위한 접촉 조립체에 연결되도록 구성된 부싱(100)의 일부에 해당할 수 있는 한편, 제2 본체 단부 부분(112)은 기본적으로 각각의 하우징 내로 돌출하고 하우징-내부 전도체에 연결되도록 구성되며, 하우징-내부 전도체는 결국 스위치 조립체, 변압기 단자 등과 같은, 하우징 내에 수용된 임의의 구성요소에 연결될 수 있다. 유사하게, 기능적인 본체 중앙 부분(113)은 기본적으로, 하우징과의 적절한 기계적 접촉을 제공하도록 하우징과 접촉하는 부분에 해당할 수 있다.

상기에서 이미 논의된 바와 같이, 절연 본체(110)는, 적어도 절연 본체(110)의 주요 부분을 따라, 그 외부 표면 상에 전기 절연을 제공하도록 임의의 적절한 재료 또는 재료 조성물로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 절연 본체(110)는 금속 시스(114)와 같은 전도성 구성요소를 더 포함할 수 있으며, 따라서, 도 3을 참조하여 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 금속 시스(114)는 절연 본체(110)의 내부 표면을 형성할 수 있다. 또한, 이러한 특정 실시예에서, 차폐 시스(shielding sheath)(114)로도 지칭되는 전도성 시스는 제2 본체 단부 부분(112)에서 절연 본체(110)의 종방향을 따른 특정 길이를 따라 노출될 수 있다. 예를 들어, 시스(114)는 제2 본체 단부 부분(112) 및/또는 본체 중앙 부분(113)의 일부들에서 부싱 전도체(120)와 밀착 접촉할 수 있고, 이에 의해 이후에 또한 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 제2 본체 단부 부분(112)의 영역 및 적어도 부분적으로 본체 중앙 부분(113)에서 절연 본체(110) 및 부싱 전도체(120)의 기계적으로 강인하고 강성인 구성을 제공할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 차폐 시스(114)는 알루미늄으로 제조될 수 있고, 이에 의해 예를 들어, 에폭시 수지가 절연 본체(110)의 절연 재료(115)에 사용되는 경우, 절연 본체(110)의 절연 재료(115)와 비교하여 열 팽창에 대해 유사한 특성들을 제공할 수 있다. 차폐 시스(114)의 두께는 전체 구성에 따라 약 0.05 ㎜ 내지 5 ㎜ 이상의 범위일 수 있다. 차폐 시스(114)의 두께는 전체 구성에 적절하다고 간주되는 경우, 부싱(100)의 길이 방향을 따라 변할 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 다른 실시예들에서, 차폐 시스(114)는 그 두께가 0.5 ㎜ 이하일 수 있는 코팅의 형태로 제공될 수 있다.

도 3을 참조하여 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 부싱 전도체(120)는 또한 본체(110)의 제1 본체 단부 부분에 실질적으로 대응하는 제1 연결 부분, 제2 본체 단부 부분(112)에 실질적으로 대응하는 제2 연결 부분, 및 제1 연결 부분과 제2 연결 부분 사이의 중간 부분에 해당하는 중앙 부분으로 기능적으로 분할될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.

또한, 도 1에 예시된 실시예에서, 부싱(100)은 절연 본체(110)의 본체 중앙 부분(113)에 위치결정된 장착 플랜지(130)를 더 포함하고, 장착 플랜지(130)는 각각의 하우징에 장착되도록 적절하게 구성되고, 이에 의해 대응하는 하우징에 대한 부싱(100)의 견고한 기계적 연결을 허용한다.

도 2는 절연 본체(110), 부싱 전도체(120) 및 장착 플랜지(130)를 포함하는 부싱(100)의 측면도를 개략적으로 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 부싱 전도체(120)는 도 3을 참조하여 설명되는 바와 같이, 외부 케이블에 연결되는 접촉 조립체 또는 외부 케이블의 대응하는 연결 부분의 각각의 단자 또는 단부면에 대한 기계적 접촉 및 그에 따른 전기적 접촉을 허용하도록 제1 본체 단부 부분(111)에 의해 노출되는 제1 단부면(121F)을 포함한다. 유사하게, 부싱 전도체(120)는 도 3을 참조하여 또한 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 각각의 하우징-내부 전도체에 기계적 접촉 및 그에 따른 전기적 접촉을 허용할 수 있는 노출된 단부면(122F)을 포함한다. 도 2에 예시된 실시예에서, 단부면(121F)의 크기 및/또는 형상은 단부면(122F)의 크기 및/또는 형상과 상이할 수 있어, 부싱 전도체(120)의 이들 상이한 부분들이 대응하는 하우징 내부 및 하우징 외부의 각각의 요건들에 특정하게 적합화될 수 있다. 예를 들어, 흔히, 표준화된 치수들 및 형상들에 따라 각각의 고전력 케이블들 및 이들의 접촉 조립체들이 제공되며, 따라서 제1 단부면(121F)은 그러한 표준화된 요건들에 특정하게 적합화될 수 있고, 이에 의해 표준 케이블들 및/또는 접촉 조립체들에 대한 연결을 허용할 수 있다. 다른 한편으로, 제2 단부면(122F)은 감소된 전체 저항 및 높은 기계적 강인성을 제공하고, 특정 용도의 하우징-내부 전도체들에 대한 연결을 허용하도록 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에서, 단부면(122F)의 단면 크기는 단부면(121F)의 단면 크기보다 클 수 있다.

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 부싱(100)의 단면도를 개략적으로 예시하고 있다. 도시된 바와 같이, 부싱(100)은 하우징(150)에 장착될 수 있으며, 하우징(150)은 고려중인 특정 응용에 의해 결정되는 바와 같은 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(150)은 전형적으로, 예컨대, 자기 접촉기, 변압기 또는 그것의 적어도 일부분, 전기 모터 또는 그것의 접촉 부분 등과 같은 스위치 조립체로서의 특정 전기 구성요소들을 수용하는 금속 하우징에 해당할 수 있다. 특히, 부싱(100)은 하우징(150)의 내부(151) 내로 돌출하고, 추가의 구성요소에 연결하기 위해 임의의 적절하게 치수설정 및 형상화된 전도체에 해당할 수 있는 임의의 적절한 하우징-내부 전도체(152)에 연결될 수 있으며, 일부 경우들에서, 전도체(152)는 보호된 내부(151)로 인해 심지어 어떠한 외부 절연 라이너(insulating liner)도 결여될 수 있다. 유사하게, 부싱(100)은 외부 케이블 또는 접촉 조립체(140)와 조합하여 제공된 각각의 단자 부분 또는 임의의 다른 접촉 조립체에 연결될 수 있다. 결과적으로, 부싱 전도체(120)는 그 연결 부분(121)이 케이블(140)의 단자 부분 또는 접촉 조립체와 기계적으로 밀착 접촉하고 그에 따라 함께 전기적으로 접촉하도록 그것에 연결될 수 있다. 특히, 연결 부분(121)의 단부면(121F)은 케이블(140)의 각각의 부분과 접촉하고, 부싱 전도체(120)에 형성된 대응하는 보어(124) 내로 나사결합될 수 있는 스크류(141)와 같은 임의의 적절한 체결 수단에 의해 케이블(140)의 각각의 부분에 기계적으로 고정될 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 체결 부재(141) 및 나사형 보어(124)는 대응하는 표준들에 부합하는 임의의 단자 부분 또는 접촉 조립체의 연결을 허용하도록 특정 표준들에 부합하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 외부 케이블 또는 그것의 대응하는 단자 부분 또는 접촉 조립체가 연결 부분(121)에 기계적으로 연결될 때, 전기적 연결은, 가능하게는 체결 부재(141)와 조합하여, 단부면(121F) 및 케이블(140)의 대응 표면 부분에 의해 기본적으로 설정되는 한편, 연결 부분(121)의 임의의 외부 표면 영역들은 케이블(140)과의 전기적 및 기계적 연결에 기여하지 않는다.

유사하게, 부싱 전도체(120)의 제2 연결 부분(122)은 그 단부면(122F)이 하우징-내부 전도체(152)에 연결될 수 있으며, 각각의 기계적 연결은 나사형 연결부 등과 같은 임의의 적절한 체결 수단에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적인 실시예에서, 전도체(152)에 대한 기계적으로 안정적인 연결을 허용하도록 스크류(126)가 단부 부분(122) 내에 제공될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 체결 부재(126)는 전체 부싱 전도체(120)를 통해 길이 방향(L)을 따라 연장되는 보어(125)를 통해 삽입되고 작동될 수 있다. 이러한 경우에, 내부 보어(125)는 상기에서 논의된 바와 같이, 가능하게는 나사형 내부 표면을 포함하는 부분(124), 및 스크류 등과 같은 체결 부재(126)를 수용하는 대응 부분을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 필요한 경우, 체결 부재(126)를 작동시키기 위한 각각의 공구는 예를 들어, 적절한 접촉 조립체를 통해, 케이블(140)을 제1 연결 부분(121)에 연결하기 전에 제1 연결 부분(121)으로부터 삽입될 수 있다.

또한, 예시된 바와 같이, 부싱 전도체(120)의 단면 크기는 길이 방향(L)을 따라 변할 수 있고, 상기에서 논의된 바와 같이, 일부의 예시적인 실시예들에서, 제1 연결 부분(121)에서의 전체 단면 영역은 제2 연결 부분(122)에 비하여 작을 수 있다. 예를 들어, 부싱 전도체(120)의 중앙 부분(123)에서, 제2 연결 부분(122)의 증가된 단면 영역으로부터의 전이 영역의 단면 형상은, 제1 연결 부분(121)의 감소된 단면 영역으로 변화될 수 있고, 이에 의해 테이퍼링 구성을 제공할 수 있다. 이러한 테이퍼링 구성에 기초하여, 그 내부 표면에 위치결정된 차폐 시스(114)를 포함하는 절연 본체(110)와 부싱 전도체(120) 사이에 기계적 밀착 접촉이 설정될 수 있다. 예를 들어, 적어도 제2 연결 부분(122) 및 중앙 부분(123)의 일부에서, 부싱 전도체(120)와 절연 본체(110) 사이에 형태 폐쇄부가 설정될 수 있다. 다른 경우들에서, 형태 폐쇄부는 중앙 부분(123)의 일부들에만 설정될 수 있다.

다른 한편으로, 제1 연결 부분(121)의 영역에서, 부싱 전도체(120)는 적어도, 하나의 반경 방향으로 절연 본체(110)에 대해 탄성 변형 가능하도록 배열되며, 반경 방향은 길이 방향(L)에 수직인 방향으로 이해되어야 한다. 도면들에 도시되어 있지는 않지만, 다른 실시예들에서는 제1 연결 부분(121) 대신에, 제2 연결 부분(122)이 절연 본체(110)에 대해 탄성 변형 가능하도록 배열된다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 연결 부분들(121, 122) 둘 모두는 절연 본체(110)에 대해 탄성 변형 가능하다.

나머지 설명에 있어서, 제1 연결 부분(121)의 탄성 변형 능력의 특징들 및 이점들이 제2 연결 부분에 대한 특정 언급 없이 설명될 것이다. 그러나, 이들 특징들 및 이점들 중 어느 것도 제2 연결 부분 또는 제1 및 제2 연결 부분들 둘 모두가 탄성 변형 가능한 실시예들에 또한 적용된다. 또한, 본 발명에 따른 틈새(clearance)를 제공하는 것은 부싱 전도체(120)의 소성 변형에 대처할 때도 도움이 된다. 그러한 소성 변형은 부싱의 수명 동안에 단 한번 또는 수 차례 발생할 수 있는 심각한 기계적 과부하 하에서 일어날 수 있다.

탄성 변형 능력은 부싱 전도체(120)의 일부의 이동, 또는 부싱 전도체(120)의 일부의 실질적인 정도의 가역성을 갖는 변형/굽힘을 포함하는 것으로 의미된다. 따라서, 절연 본체(110)에 대한 변형의 변위/재위치(re-location)의 양은 그 길이를 따라 변한다. 변위 또는 변형은 절연 본체에 대한 연결 영역에서 영(제로)으로 시작하여, 단부에서 그 최대 값을 향해 증가한다. 결과적으로, 케이블(140)에 연결되는 접촉 조립체와 단부면(121F) 사이에 적어도 전기적 접촉을 설정하기 위해 연결 부분(121)에 임의의 적절한 단자 부분 또는 접촉 조립체에 의해 케이블(140)을 연결할 때, 부착된 케이블(140)에 의해 제1 연결 부분(121) 상에 가해진 반경 방향 힘은 절연 본체(110)의 제1 본체 단부 부분에 대한 연결 부분(121)의 대응하는 반경 방향 변형을 초래할 수 있다. 이것은, 제2 연결 부분(122)을 하우징-내부 전도체와 연결할 때, 제2 연결 부분에 대해서도 마찬가지이다.

이전에 논의된 바와 같이, 심지어 적당한 중량의 케이블(140)도 연결 부분(121)에 작용하는 상당한 반경 방향 힘들을 초래할 수 있고, 이는, 종래의 장치들에서와 같은 탄성 변형 기능의 제공없이, 에폭시 수지 및 구리 볼트에 기초한 일체형 구성요소로 통상적으로 형성될 때 부싱 전도체(120)와 절연 본체(110) 사이에 심각한 응력들을 초래할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 연결 부분(121)은 탄성 변형에 의해 대응하는 반경 방향 힘에 반응할 수 있으며, 이에 의해 절연 본체(110)로 전달되는 임의의 기계적 응력을 현저하게 감소시키고, 그에 따라 부싱(100)의 연장된 특정 수명에 걸쳐서도 손상 및 심지어 장치 고장의 위험을 감소시킬 수 있다. 특히, 탄성 변형 능력을 갖는 연결 부분(121) 및/또는 탄성 변형 능력을 가질 때의 연결 부분(122)은 또한 임의의 유형의 진동들 또는 요동들에 적절하게 반응할 수 있어, 그러한 진동들과 연관된 임의의 기계적 응력은 실질적으로 절연 본체(110)에 결합되지 않을 수 있거나, 적어도 현저하게 완충될 수 있고, 이에 의해 또한 절연 본체(110) 및 그에 따라 전체 부싱(100)의 우수한 신뢰성에 기여할 수 있다. 연결 부분들(121, 122) 중 하나 또는 둘 모두는 또한 다소의 정적 변형(static deformation)을 취함으로써 부싱(100)에 작용하는 정적 하중에 호적하게 반응할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 3에 예시된 실시예에서, 절연 본체(110)는 그 내부 표면에 차폐 시스(114)를 제공하기 때문에 차폐 효과로 인해 우수한 전기적 무결성을 나타내면서, 예를 들어, 절연 본체(110), 즉 차폐 시스(114)와 전도체(120) 사이의 형태 폐쇄부로 인한 기계적 밀착 접촉이 설정되는 중앙 부분(123)에서 각각의 길이를 따라 부싱 전도체(120)와의 우수한 접촉 특성들을 또한 제공할 수 있다. 따라서, 우수한 차폐 효과에 부가하여, 또한 부싱(100)을 하우징(150)에 연결하기 위한 높은 기계적 강도가 달성될 수 있는 한편, 또한 하우징-내부 전도체(152)에 대한 기계적 및 전기적 밀착 연결이 설정된다. 다른 한편으로, 절연 본체(110)에 대한 연결 부분(121)의 탄성 변형 능력은 여전히 부싱(100)의 이러한 영역에서 상당한 정도의 기계적 분리(decoupling)를 제공할 수 있으며, 이에 의해 하우징(150)의 내부 또는 그 근처의 구성요소들에 의해 또는 케이블(140)을 통해 전달된 진동들에 의해 야기될 수 있는 기계적으로 유발된 진동들, 또는 굽힘 또는 반경 방향 힘들의 발생 시에 절연 본체(110)의 관련 부분에서 임의의 기계적 응력을 상당히 감소시킬 수 있다.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 부싱(100)의 단부 부분의 단면도를 개략적으로 예시하고 있다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 부싱 전도체(120)의 제1 연결 부분(121)의 탄성 변위 또는 변형 능력은, 도시된 실시예에서 차폐 시스(114)를 포함하는 절연 본체(110)의 관련 부분과 전도체(120)의 연결 부분(121) 사이에 형성된 틈새(160)에 기초하여 설정된다. 도시된 실시예에서, 틈새(160)는 적어도 하나의 반경 방향, 즉 길이 방향(L)에 수직인 적어도 하나의 방향으로 연결 부분(121)의 변위 또는 변형을 허용하도록 실질적으로 재료가 없는 공간에 해당할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 틈새(160)는 이후에 도 5a를 참조하여 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 임의의 반경 방향으로의 탄성 변형 또는 변위를 허용하도록 제공될 수 있다.

또한, 도 4에 예시된 실시예에서, 틈새(160)는 단면도에서 테이퍼진 형상을 가질 수 있으며, 이는 틈새(160)의 폭이 단부면(121F)을 향해 점차 증가할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 부싱(100)의 중앙 부분에서의 임의의 적절한 포지션에서, 절연 본체(110)와 전도체(120)는 서로 밀착될 수 있고, 그리고 그 다음에 분리되기 시작하여 이에 의해 작은 폭(W2)을 설정하고, 이는 단부면(121F)에 접근할 때 점점 커져서 이에 의해 최종 폭(W1)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 단부면(121F)을 향한 틈새(160)의 점진적인 증가는 원하는 최종 폭(W1)을 얻기 위해 절연 본체(110) 및/또는 전도체(120)의 단면 크기를 대응적으로 감소시킴으로써 얻어질 수 있다. 일부의 예시적인 실시예들에서, 폭(W1)은 각각의 반경 방향 힘들을 수용하는데 필요한 변형의 전체 범위에 따라 0.1 ㎜ 내지 1.0 ㎜의 범위일 수 있다. 틈새(160)의 적용 특정 폭은 실험 및/또는 시뮬레이션들에 의해 용이하게 결정될 수 있으며, 전도체(120)의 전체 단면 크기, 단면의 기하형상, 재료 특성들 및 대응하는 진동들 및/또는 반경 방향 힘들의 유형 및 진폭이 필요한 폭(W1)을 얻기 위해 시뮬레이션들에 입력될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 틈새(160)의 길이 치수, 즉 절연 본체(110)의 단부까지의 영이 아닌 폭을 갖는 공간의 길이는, 예시적인 실시예들에서 15 ㎜ 내지 300 ㎜의 범위일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 틈새(160)의 폭은 틈새의 특징적인 양을 규정하기 위해 대표 값 또는 폭에 의해 규정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러한 대표 폭은, 폭(W2), 구성요소들(110 및 120) 사이의 영이 아닌 거리가 설정되는 틈새(160)의 길이를 따라 평균된 폭 등으로서 규정될 수 있다.

또 다른 예시적인 실시예들에서, 틈새(160)의 폭은 상기에서 논의된 바와 같이, 특정 포지션으로부터 시작하여 길이 방향(L)을 따라 실질적으로 일정할 수 있으며, 실질적으로 일정한 값은 폭이 기본적으로 영으로부터 원하는 폭으로 "점프(jump)"하는 특정 포지션에서 절연 본체(110) 및/또는 전도체(120)에 단차부(step)를 제공함으로써 설정될 수 있다. 절연 본체(110) 및/또는 부싱 전도체(120)에 각각의 단차부를 제공함으로써 틈새(160)에 대한 대응하는 시작 지점이 또한 틈새(160)의 테이퍼링 단면 형태와 조합하여 사용될 수 있어, 테이퍼링이 0이 아닌 값을 갖는 특정 포지션에서 갑자기 시작하고, 다음에 단부면(121F)을 향해 점차 증가하지만, 이에 의해 또한 잘 규정된 0이 아닌 값을 갖는 잘 규정된 포지션에서 시작하는 폭의 변동을 얻는다.

일부의 예시적인 실시예들에서, 틈새(160) 또는 그것의 적어도 일부분은 탄성 충전 재료, 예컨대 실리콘 고무, (실리콘) 발포체, 실리콘 겔 또는 오일과 같은 순응성 재료들 등으로 충전될 수 있으며, 이에 의해 여전히 연결 부분(121)의 탄성 변형 능력을 제공하는 반면, 다른 한편으로, 원하지 않는 물질들 등의 혼입에 대한 틈새(160)의 특정 정도의 무결성을 제공한다. 예를 들어, 부싱(100)을 조립한 후에 대응하는 충전 재료가 제공될 수 있으며, 이에 의해 원하지 않는 물질들을 혼입할 가능성을 감소시키기에 충분할 수 있는 링형 충전 재료(ring-like fill material)를 단부면(121F) 근처에 형성할 수 있다. 다른 경우들에서, 각각의 충전 재료는 임의의 적절한 증착 기술들에 의해 틈새의 상당한 길이를 따라 또는 전체 틈새 내로 주입될 수 있다.

도 5a는 틈새(160)가 연결 부분(121)과 절연 본체(110) 사이에 존재하는 포지션에서, 길이 방향, 즉 도 5a의 도면 평면에 수직인 방향에 수직인 부싱(100)의 단면도를 개략적으로 예시하고 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 단부면(121F)의 단면 영역은 대응하는 보어(125)를 둘러싸는 환형 형상을 가지며, 틈새(160)는 연결 부분(121)을 동심으로 둘러싸고, 그에 따라 차폐 시스(114)를 연결 부분(121)의 재료로부터 분리시킨다. 전체 구성의 기하형상은 길이 방향에 대해 반경 방향으로 대칭이기 때문에, 절연 본체(110)에 대한 연결 부분(121)의 탄성 변형 능력은 임의의 반경 방향으로 실질적으로 동일하다. 결과적으로, 연결 부분(121)은 실질적으로 기계적 응력을 절연 본체(110)의 각각의 부분으로 전달하지 않으면서 임의의 반경 방향을 따른 기계적 "가진(excitation)"에 반응할 수 있다. 결과적으로, 연결 부분(121)의 복잡한 기계적 가진 영역에 대해서도, 대응하는 케이블(140)(도 3 참조)에 연결될 때, 본 발명의 탄성 변형 능력은 절연 본체(110) 내로 전달되는 기계적 응력의 현저하거나 완전한 완충을 초래할 수 있다.

다른 경우들에서, 기계적 가진에 반응하기 위한 하나 이상의 바람직한 방향들은 도 5b를 참조하여 설명되는 바와 같이 선택될 수 있다.

도 5b는 도 5a와 유사한 단면도를 개략적으로 예시하고 있지만, 기하학적 구성은 비-반경 방향-대칭 구성(non-radial-symmetric configuration)을 얻도록 적합화된다. 따라서, 하나 이상의 방향들에서의 탄성 변형이 다른 반경 방향들과 비교하여 보다 용이하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 연결 부분(121)은 도 5b의 상하 방향으로 보다 용이하게 변위될 수 있는 한편, 도 5b의 좌우 방향으로는 상당히 강성인 거동을 나타낼 수 있다. 틈새(160)가 설정된 길이를 따라 임의의 적절한 포지션에서 단면 구성의 대응하는 기하학적 변동이 설정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 한편으로, 파선들로 표시된 바와 같이, 연결 부분(121)의 최종 단부에서, 예를 들어, 단부면(121F)의 실질적으로 원형인 기하형상을 필요로 할 수 있는, 케이블(140)(도 3 참조)에 연결하기 위한 특정 표준들에 부합하도록 기하학적 구성이 여전히 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 부싱 전도체의 전체 단면 영역은 길이 방향을 따라 임의의 원하는 포지션에서 증가될 수 있고, 이에 의해 또한 탄성 변형 능력의 "방향성(directionality)"을 조정할 가능성을 제공하면서, 외부 케이블들의 표준화된 단자 부분 또는 접촉 조립체들에 연결할 가능성을 여전히 유지할 수 있다.

본 발명의 부싱(100)은, 예를 들어, 가능하게는 차폐 시스(114)와 조합하여,사출 성형과 같은 임의의 적절한 성형 기술들에 의해, 절연 본체(110)를 형성함으로써, 잘 설정된 기술들에 따라 형성될 수 있으며, 에폭시 수지와 같은 적절한 절연 재료가 알루미늄과 같은 차폐 재료와 조합될 수 있고, 이에 의해 절연 본체를 일체형 부품으로 형성할 수 있다. 다른 한편으로, 부싱 전도체(120)는 임의의 적절한 제조 기술을 사용함으로써, 예를 들어, 구리 재료에 기초한 별도의 구성요소로서 형성될 수 있다. 그 후에, 예를 들어, 부싱 전도체(120)를 절연 본체 내로 삽입함으로써, 2 개의 구성요소들이 조립될 수 있다. 도 3을 참조하면, 전도체(120)는 도 3의 좌측으로부터 절연 본체(110) 내로 삽입될 수 있다. 이러한 방식으로, 탄성 변형 능력이 제공되지 않는 영역들에서 절연 본체의 내부 표면, 예를 들어, 차폐 시스(114)와 전도체(120)의 외부 표면 부분 사이의 형태 폐쇄부에 의해 기계적 밀착 연결이 설정될 수 있다. 시스(114)와 전도체(120) 사이의 가압 끼워맞춤부(press fit) 또는 형태 끼워맞춤부(form fit)에 부가하여, 또는 그 대신에, 반경방향으로 배향된 볼트들과 같은 형태 끼워맞춤 요소들, 또는 납땜 또는 용접에 의한 재료 끼워맞춤부가 사용될 수 있다. 다른 경우들에서, 시스(114) 및 전도체(120)는 초기에는 일체형 구성요소로서 제공될 수 있고, 틈새(160)는 기계가공에 의해 형성될 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 이들 2 개의 구성요소들의 조립 동안에 또는 조립 후에, 적절하다고 간주되는 경우, 선택적으로 탄성 충전 재료가 틈새(160) 내에 포함될 수 있다. 결과적으로, 예시적인 실시예들에서, 단순한 2-부품 설계가 부싱(100)을 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 전체 제조 비용의 증가에 과도하게 기여하지 않으면서, 그럼에도 불구하고 부싱 전도체의 연결 부분에 상당한 분리 능력들을 부여할 수 있다.

100 : 부싱
110 : 세장형 절연 본체
111 : 제1 본체 단부 부분
112 : 제2 본체 단부 부분
113 : 본체 중앙 부분
114 : 차폐 시스
115 : 절연 재료
120 : 부싱 전도체
121 : 제1 연결 부분
121F : 제1 단부면
122 : 제2 연결 부분
122F : 제2 단부면
123 : 중앙 부분
124 : 부싱 전도체의 보어
125 : 전체 부싱 전도체를 통해 연장되는 보어
126 : 체결 부재
130 : 장착 플랜지
140 : 외부 케이블 또는 접촉 조립체
141 : 체결 부재, 스크류
150 : 하우징
151 : 하우징 내부
152 : 하우징-내부 전도체
160 : 틈새

Claims (15)

1. 부싱(bushing)(100)으로서,
   제1 본체 단부 부분(111), 제2 본체 단부 부분(112), 및 상기 제1 본체 단부 부분(111)과 상기 제2 본체 단부 부분(112)을 연결하는 본체 중앙 부분(113)을 포함하는 세장형 절연 본체(elongated insulating body)(110), 및
   상기 절연 본체(110) 내에서 동축으로 연장되고 상기 절연 본체(110)에 기계적으로 결합된 세장형 부싱 전도체(elongated bushing conductor)(120)를 포함하며, 상기 부싱 전도체(120)는,
   상기 제1 본체 단부 부분(111)에 위치된 제1 단부면(121F)을 갖는 제1 연결 부분(121),
   상기 제2 본체 단부 부분(112)에 위치된 제2 단부면(122F)을 갖는 제2 연결 부분(122), 및
   상기 제1 연결 부분(121)과 상기 제2 연결 부분(122)을 전기적 및 기계적으로 연결하는 중앙 부분(123)을 포함하며,
   상기 제1 연결 부분(121)은 적어도 하나의 반경 방향을 따라 상기 제1 본체 단부 부분(111)에 대해 탄성 변형 가능하고, 그리고/또는 상기 제2 연결 부분(122)은 상기 적어도 하나의 반경 방향을 따라 상기 제2 본체 단부 부분(112)에 대해 탄성 변형 가능한,
   부싱.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 연결 부분(121)과 상기 제1 본체 단부 부분(111) 사이 및/또는 상기 제2 연결 부분(122)과 상기 제2 본체 단부 부분(112) 사이에는 틈새(clearance)(160)가 제공되는,
   부싱.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 틈새(160)는 탄성 충전 재료(elastic fill material) 및/또는 압축성 재료(compressible material)로 적어도 부분적으로 충전되는,
   부싱.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 틈새(160)는 상기 부싱 전도체(120)의 제1 및/또는 제2 연결 부분들(121, 122)의 길이의 5% 이하 및/또는 5.0 ㎜ 이하 범위의 폭을 갖는,
   부싱.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 세장형 부싱 전도체(120)의 일부와 상기 세장형 절연 본체(110)의 일부 사이에는, 형태 폐쇄부(form closure), 재료 끼워맞춤부(material fit), 강제 끼워맞춤부(force fit), 또는 적어도 하나의 기계적 체결 요소가 제공되는,
   부싱.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 연결 부분들 중 적어도 하나는 임의의 반경 방향을 따라 탄성 변형 가능한,
   부싱.
7. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 반경 방향은 상기 제1 및 제2 연결 부분들 중 적어도 하나 및/또는 상기 부싱 전도체의 상기 중앙 부분의 일부의 단면의 비-반경 방향-대칭 기하학적 구성(non-radial-symmetric geometric configuration)에 의해 결정되는,
   부싱.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   탄성 변형 가능한 상기 제1 및 제2 연결 부분들 중 적어도 하나의 길이는 15 ㎜ 내지 300 ㎜인,
   부싱.
9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연 본체는 상기 절연 본체의 내부 표면으로서 제공되는 차폐 시스(shielding sheath)(114)를 포함하는,
   부싱.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 차폐 시스(114)는 상기 부싱 전도체의 금속과 상이한 금속을 포함하는,
    부싱.
11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부싱을 하우징(housing)(150)에 고정하기 위해 상기 중앙 부분(113)에 제공되는 장착 플랜지(mounting flange)(130)를 더 포함하는,
    부싱.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 장착 플랜지(130)는 상기 부싱 전도체(120)와 상기 절연 본체(110)가 서로 접촉하는 축방향 포지션에 제공되는,
    부싱.
13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부싱 전도체는 상기 부싱 전도체의 전체 길이를 통해 연장되는 내부 보어(inner bore)(125)를 갖는,
    부싱.
14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단부면의 크기는 상기 제2 단부면의 크기보다 작은,
    부싱.
15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    100 kW 이상의 전력을 이송하도록 전기 구동식 차량(electrically driven vehicle)에 사용되게 구성되는,
    부싱.

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