KR20230034203A - 자가-정렬 전기 커넥터 시스템 - Google Patents

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KR20230034203A
KR20230034203A KR1020227039284A KR20227039284A KR20230034203A KR 20230034203 A KR20230034203 A KR 20230034203A KR 1020227039284 A KR1020227039284 A KR 1020227039284A KR 20227039284 A KR20227039284 A KR 20227039284A KR 20230034203 A KR20230034203 A KR 20230034203A
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마틴 볼터
구이도 에버하르트
에릭 롤프
스테판 아메룽
베레더트 스페츠
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코스탈 콘탁트 치스테메 게엠베하
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Abstract

본 발명은 데이터 및/또는 에너지 전송을 위한 자가-정렬 전기 커넥터 시스템에 관한 것으로, 다수의 저부하 접촉 요소 및/또는 고부하 접촉 요소를 포함하는 제1 커넥터 부분을 포함하고, 제1 커넥터 부품에 부착 가능하고 제1 커넥터 부분의 저부하 접촉 요소 및/또는 고부하 접촉 요소에 상보적인 저부하 접촉 요소 및/또는 고부하 접촉 요소를 포함하는 제2 커넥터 부분을 포함하고, 제1 커넥터 부분은 서로에 대해 2개의 커넥터 부분의 위치설정을 달성하기 위하여 제2 커넥터 부분의 위치설정 챔버에 결합되도록 설계된 복수의 위치설정 핀을 포함하고, 적어도 2의 병진운동 자유도 및 3의 회전 자유도에 따라 플로팅 방식으로 제1 커넥터 부분이 위치되는 평평한 지지 프레임을 포함하고, 상기 제1 커넥터 부분은 이의 바닥 면에 횡방향으로 반대방향으로 돌출되며 지지 프레임에 형성되는 스프링 암에 의해 지지 프레임의 방향으로 탄성력에 의해 부하를 받는 복수의 평평한 요소를 포함하고 제1 커넥터 부분은 지지 프레임에 대해 안착되는 볼을 지지하는 평평한 요소 사이에 볼 소켓을 포함한다.

Description

자가-정렬 전기 커넥터 시스템
본 발명은 데이터 및/또는 에너지 전송을 위한 자가-정렬 전기 커넥터 시스템에 관한 것으로, 다수의 저부하 접촉 요소 및/또는 고부하 접촉 요소를 포함하는 제1 커넥터 부분을 포함하고, 제1 커넥터 부품에 부착 가능하고 제1 커넥터 부분의 저부하 접촉 요소 및/또는 고부하 접촉 요소에 상보적인 저부하 접촉 요소 및/또는 고부하 접촉 요소를 포함하는 제2 커넥터 부분을 포함하고, 제1 커넥터 부분은 서로에 대해 2개의 커넥터 부분의 위치설정을 달성하기 위하여 제2 커넥터 부분의 위치설정 챔버에 결합되도록 설계된 복수의 위치설정 핀을 포함하고, 적어도 2의 병진운동 자유도 및 3의 회전 자유도에 따라 플로팅 방식으로 제1 커넥터 부분이 위치되는 평평한 지지 프레임을 포함한다.
이러한 커넥터 시스템은 예를 들어 전기 구동 자동차의 차량 배터리에 대한 전기적 연결을 설정하는 데 적합하다. 비교적 높은 전압과 함께 비교적 높은 전류는 상당히 큰 단면적을 갖는 고부하 접촉 요소를 통해 전도된다. 또한, 데이터 및 제어 신호에는 일반적으로 다중 전기 연결이 필요하며, 이는 훨씬 더 작은 단면을 갖는 복수의 저부하 접촉 요소를 통해 수행될 수 있다. 이를 위해, 복잡한 설계를 갖는 플러그 커넥터로서 서로 연결될 수 있는 제1 및 제2 커넥터 부분을 포함하는 전기 커넥터 시스템이 제공된다. 커넥터 부분을 결합함으로써 서로 접촉하게 되는 상호 보완적인 고부하 및 저부하 접촉 요소가 제1 및 제2 커넥터 부분에 위치된다.
복잡한 설계를 갖는 다극 플러그 커넥터의 접합은 특히 다양한 치수를 갖는 접촉 요소를 포함하는 경우 커넥터 부품을 조립할 때 상당한 주의를 필요로 한다. 특히 고부하 접촉 요소를 접합하는 데 어느 정도의 힘이 필요하다는 문제가 있다. 두 커넥터 부분이 기울어지면 훨씬 더 작고 기계적으로 더 민감한 저부하 접촉 요소가 손상될 위험이 있다.
이러한 손상을 방지하려면 상호 보완적인 정합 플러그 커넥터와 함께 제1 및 제2 커넥터 부분이 의도한 삽입 방향으로 선형으로 결합되어야 한다. 이를 최적의 방식으로 달성하기 위해 소위 자가 정렬 전기 커넥터가 사용된다.
일반적인 자가 정렬 전기 커넥터는 공보 EP 2 816 674 A1에 알려져 있다. 정합 커넥터와의 정렬을 위해, 이 공보에 설명된 커넥터는 베이스 플레이트를 구조물에 고정하기 위한 조립 수단, 및 서로에 대해 변위되도록 연결되는 복수의 프레임을 포함하고 베이스 플레이트를 조립 수단에 연결하는 장치를 포함한다. 따라서 이 커넥터의 설계는 상대적으로 비용이 많이 들고 복잡하다.
본 발명의 목적은 자가 정렬을 위한 메커니즘이 특히 단순한 설계를 갖고 비용 효율적으로 제조가능한 자가 정렬 전기 커넥터를 제공하는 것이다.
상기 제1 커넥터 부분은 이의 바닥 면에 횡방향으로 반대방향으로 돌출되며 지지 프레임에 형성되는 스프링 암에 의해 지지 프레임의 방향으로 탄성력에 의해 부하를 받는 복수의 평평한 요소를 포함하고, 제1 커넥터 부분은 지지 프레임에 대해 안착되는 볼을 지지하는 평평한 요소 사이에 볼 소켓을 포함한다.
따라서, 제1 커넥터 부분은 형상 끼워맞춤 방식으로 지지 프레임에 연결되지 않고, 대신에 횡방향으로 돌출된 평평한 요소에 작용하는 다중 스프링 암의 탄성력에 의해 제1 커넥터 부분에 지지된다. 평평한 요소들 사이에서, 제1 커넥터 부분은 볼 소켓에 의해 제1 커넥터 부분에 유지되고 지지 프레임의 평평한 바 위에서 롤링할 수 있는 볼에 지지된다.
볼은 스프링 암 사이의 중심에 위치하여 기본적으로 불안정한 제1 커넥터 부분의 위치가 평평한 요소에 작용하는 탄성력에 의해 균형을 이룬다.
평평한 요소에 배열되는 스프링 암은 평평한 요소의 횡방향 이동을 허용하여 제1 커넥터 부분이 지지 프레임의 평면에 평행한 이동을 구현할 수 있다.
이는 지지 프레임에 대한 제1 커넥터 부분의 병진 이동을 2개의 상호 수직 방향으로 허용하고, 또한 제1 커넥터 부분의 수직 축에 대한 회전을 허용한다.
평평한 요소에 탄성적으로 안착하는 스프링 암은 또한 수직 방향으로 개별적으로 편향될 수 있으며, 따라서 제1 커넥터 부분의 2개의 추가 몸체 축에 대해 어느 정도 기울어지는 것을 허용한다.
따라서, 제1 커넥터 부분은 2개의 병진 자유도 및 3개의 회전 자유도를 가지며, 이를 통해 제1 커넥터 부분은 후자가 부착될 때 제2 커넥터 부분과 정렬될 수 있다.
이는 삽입 작업을 단순화하고 접촉 요소의 손상을 크게 방지한다. 특히 플러그 커넥터 부분의 안전한 "블라인드" 접합도 가능하며 로봇의 접합도 지원된다.
지지 프레임에서 제1 커넥터 부분을 이동 가능하게 배열하는 비교적 단순하고 따라서 비용 효율적인 설계를 갖는 메커니즘이 특히 유리하다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 예시되고 이하에서 더 상세히 설명된다. 도면에서:
도 1은 자가 정렬 커넥터 시스템을 도시하고,
도 2는 제1 및 제2 커넥터 부분을 도시하고,
도 3은 제1 커넥터 부분과 지지 프레임을 도시하고,
도 4는 커넥터 시스템의 가능한 움직임을 도시하고,
도 5는 지지 프레임 상의 제1 커넥터 부분의 베어링을 개략적으로 도시하고,
도 6 및 도 7은 서로에 대한 제1 및 제2 커넥터 부분의 고정을 도시한다.
도 1은 제1 및 제2 커넥터 부분(10, 20)을 포함하는 커넥터 시스템을 개략적으로 도시한다. 이러한 커넥터 시스템은 예를 들어 전기 구동 자동차의 차량 배터리에 대한 전기적 연결을 설정하는 데 적합하다.
제1 커넥터 부분(10)은 고정 커넥터 부분으로 제공되며, 언급된 용도를 위해 자동차에 설치될 수 있다. 이를 위해 자동차 몸체에 고정 연결되는 지지 프레임(30)이 사용된다. 여기에서 커버(50) 아래에 도시된 제2 커넥터 부분(20)은 본원에 도시되지 않은 충전 케이블에 연결되며, 이는 자동차 외부에 위치한 충전 장치와 전기적으로 연결된다.
각각의 경우에 2개의 커넥터 부분(10, 20)에서 플러그 및 푸시온 슬리브로서 상호 보완적인 설계를 갖고 전기적으로 뿐만 아니라 커넥터 부분(10, 20)을 결합함으로써 기계적으로 서로 연결될 수 있는 다중 전기 접촉 요소(11, 12, 21, 22)는 각각 접촉 캐리어(15, 25)에서 제1 및 제2 커넥터 부분(10, 20)에 각각 위치된다. 도면에서, 전기 접촉 요소(11, 12, 21, 22)는 각각의 경우에 하우징에 의해서만 단순화된 방식으로 도시되어 있다. 이 하우징 내부의 금속 플러그와 푸시온 슬리브의 도시가 생략되었다.
충전 장치에서 자동차로의 에너지 전달을 위한 단극 고부하 접촉 요소(12, 22)에 추가하여, 각 커넥터 부분(10, 20)의 커넥터 시스템은 예를 들어 2개의 다극 저부하 커넥터(11, 21)를 포함하고, 이는 예를 들어, 자동차와 충전 장치 사이에 제어 신호 또는 데이터를 전송하는 데 적합하다.
제2 커넥터 부분(20)을 손으로 또는 로봇을 통해 제1 커넥터 부분(10)에 부착하는 것은 특히 삽입 작업 동안 더 작고 기계적으로 더 민감한 저부하 접촉 요소(11, 21)를 손상시키지 않기 위해 특정 정밀도를 요구한다. 그러나, 커넥터 부분(10, 20)의 크기와 복잡한 설계로 인해 부착 공정에서 정확한 정렬을 달성하기 어렵기 때문에 상호 접근 시에 서로에 대한 2개의 커넥터 부분(10, 20)의 약간의 이동 및/또는 기울어짐이 실질적으로 피할 수 없다.
여전히 매끄러운 연결을 허용하고 비동축 접합으로 인한 접촉 요소(11, 12, 21, 22)의 손상을 방지하기 위해, 제1 커넥터 부분(10)은 플로팅 방식으로 지지 프레임(30)에 위치되어 커넥터 부분(10)이 지지 프레임(30)에 대해 이동 및 틸팅되어 부착 작업 중에 제2 커넥터 부분(20)과 정렬될 수 있다.
도 2는 개별 부분으로서 2개의 커넥터 부분(10, 20)을 도시한다. 여기에서 제1 및 제2 커넥터 부분(10, 20)의 저부하 접촉 요소(11, 21)를 위한 전기 공급 라인(17, 27)과, 제1 및 제2 커넥터 부분(10, 20)에서 고부하 접촉 요소(12, 22)에 대한 작은 단면을 갖는 단자(18) 및 공급 라인(28)이 제공된다.
반대 방향으로 연장되는 2개의 횡방향으로 돌출된 평평한 요소(14)는 제1 커넥터 부분(10)의 접촉 캐리어(15)에서 도시된다. 도시된 평평한 요소와 평행하게, 제1 커넥터 부분(10)은 2개의 추가의 편평한 요소를 포함하지만, 이는 도 2의 저부하 접촉 요소(11)에 의해 은폐된다.
제1 커넥터 부분(10)은 또한 서로에 대해 2개의 커넥터 부분(10, 20)의 대략적인 위치설정을 달성하기 위해 2개의 커넥터 부분(10, 20)이 결합될 때 제2 커넥터 부분(20)의 위치설정 챔버(23)에 결합되도록 제공되는 다수의 위치설정 핀(13)을 포함한다.
위치설정 핀(13)은 바람직하게는 원뿔형 단부 섹션(19)을 갖는다. 이러한 단부 섹션은 바람직하게는 제2 커넥터 부분(20)에서 원뿔형 공동으로서 각각의 경우에 설계되는 위치설정 챔버(23) 내로 삽입된다. 원뿔형 형상은 위치설정 챔버(23) 내로 위치설정 핀(14)의 삽입을 단순화하고 후술된 지지 프레임(30)에서 제1 커넥터(10)의 플로팅 베어링과 함께 서로에 대해 2개의 커넥터 부분(10, 20)의 프리-센터링을 단순화한다.
제1 및 제2 커넥터 부분(10, 20)을 결합하기 전에, 제1 커넥터 부분(10)은 지지 프레임(30)에 플로팅 방식으로 연결된다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 지지 프레임(30)은 횡방향으로 연장되는 중앙 바(36)를 가지며, 그 측면에는 직각으로 절곡된 2개의 지지 암(34)이 형성되어 있다. 지지 암(34)은 제1 커넥터 부분(10)을 탄성적으로 지지하는 기능을 수행한다. 지지 프레임(30)의 후방 종방향 측면에는 2개의 몰딩된 디텐트 후크(35)가 있다.
지지 프레임(30)의 2개의 좁은 측면 각각에 2개의 탄성 스프링 암(31)이 위치하며, 각각은 2개의 핀형 바(38)로 형성되며, 그 단부 면은 아래에서 유지 탭(32)이라고 하는 평평한 부분을 통해 연결된다. 비교적 얇은 핀형 바(38)는 지지 프레임(30)의 좁은 측면에 일체로 연결된다.
각 스프링 암(31)의 2개의 바(38) 사이에서 각각의 경우에 경계 브레이스(33)가 지지 프레임(30)에 형성되고, 이의 더 큰 디자인으로 인해 지지 프레임(30)에 상대적으로 견고하게 연결된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바닥 측면을 향해 개방된 볼 소켓(16)으로 설계된 몰딩은 평평한 요소(14)들 사이의 제1 커넥터 부분(10)에 위치된다.
제1 커넥터 부분(10)을 지지 프레임(30)에 연결하기 위해, 볼(40)이 이 볼 소켓(16)에 삽입되고 또한 지지 프레임(30)의 바(36)(도 3)에 장착된다. 제1 커넥터 부분(10)의 평평한 요소(14)는 디텐트 후크(35)가 제1 커넥터 부분(10)에서 디텐트 리셉터클(미도시)과 느슨하게 맞물릴 때까지 탄성 리테이닝 탭(32) 아래에 및 경계 브레이스(33) 아래로 각각 가압된다. 디텐트 후크(35)의 유일한 기능은 제1 연결 부분(10)이 지지 프레임(30)의 가로 방향을 따라 낙하하지 않도록 고정하는 것이며; 또한, 디텐트 후크는 제1 커넥터 부분(10)과 지지 프레임(30) 사이의 횡방향 상대 이동을 제한하지 않는다.
지지 프레임(30)에서 제1 커넥터(10)의 플로팅 베어링은 이제 지지 프레임(30)에 일체로 성형된 스프링 암(31)에 의해 제1 커넥터 부분(10)의 바닥 측면에 형성된 평면 요소(14)가, 지지 프레임(30) 방향으로 탄성력에 의해 부하를 받고, 볼(40)에 지지된 제1 커넥터 부분(10)도 지지 프레임(30)에 지지된다.
따라서 평평한 요소(14)는 탄성 리테이닝 탭(32) 아래에 위치하며, 탄성 리테이닝 탭은 탄성력으로 평평한 요소(14)를 베이스 표면(39) 방향으로 누르고 볼(40)의 베어링으로 인해 균형을 이룬다. 이는 도 5에서 도식적인 도면으로 설명된다.
중심에 위치하는 볼(40)은 지지 프레임(30)에 대한 제2 커넥터 부분(20)의 부착 방향으로 예시로서 차량 상에 위치된 제1 커넥터 부분(10)을 지지하고,
제2연결부(20)가 지지프레임(30)에 부착되는 방향으로 차량에 장착된 제1연결부(10)를 지지하며, 지지 프레임(30) 상의 볼(40)의 지지 지점 주위에서 제1 커넥터 부분(10)의 틸팅 및 변위를 가능하도록 한다. 제1 커넥터 부분(10)에서 볼(40) 주에 위치하는 평평한 요소(14)는 지지 프레임(30)에 형성된 스프링 암(31)에 의해 지지 프레임 표면 방향으로 가압된다. 따라서 스프링 암(31)은 회전 및 변위 이동을 허용하면서 제1 커넥터 부분(10)을 지지 프레임(30)에 플로팅 방식으로 고정한다.
도 4는 지지 프레임(30)에 대해 제1 커넥터 부분(10)을 이동 및 틸팅을 위한 몇 가지 가능성만을 화살표를 통해 나타낸다. 이동 옵션에 대한 보다 정확한 설명을 위해 좌표축(x, y 및 z)을 갖는 직교 좌표계가 도 5에 도시된다. 좌표계의 원점은 볼(40)의 중간점에 임의로 배치된다. 좌표축(x)은 도면의 평면에서 지지 프레임(30)의 베이스 표면(39)에 평행하게 연장되고, 수직 축으로서 z 축은 마찬가지로 도면의 평면에 위치하는 반면, y 좌표 축(완전히 도면에 예시됨)은 도면의 평면에 대해 수직으로 배향된다.
볼(40)과 지지 프레임의 스프링 암(31)에 대한 제1 커넥터 부분(10)의 베어링은 x 및 y 방향으로의 제1 커넥터 부분(10)의 병진 운동, x 및 y 축에 대한 틸팅 운동 및 z 축에 대한 회전 운동을 허용한다. 틸팅 운동의 진폭은 정지부로서 작용하는 경계 브레이스(33)에 의해 제한된다. z축을 중심으로 회전 운동의 진폭을 제한하기 위해 수직으로 돌출된 정지 요소(37)가 지지 프레임(30)의 바(36)에 형성될 수 있다(도 3). x 및 y 방향으로의 제1 커넥터 부분(10)의 병진 이동의 진폭은 지지 프레임(30)의 형상에 의해 요구되는 정도로 제한된다.
위치설정 챔버(23)에 결합되는 위치설정 핀(13)에 의한 센터링 및 제1 및 제2 커넥터 부분(10, 20) 사이에 포괄적인 이동 옵션으로 인해, 2개의 커넥터 부분(10, 20) 사이의 초기 오정렬이 신속하게 보상되어 커넥터 부분(10, 20)의 접촉 요소(11,12, 21, 22)의 용이한 결합을 보장한다. 결합 작업이 완료된 후, 중앙에 삽입된 단일 나사(60)를 사용하여 2개의 커넥터 부분(10, 20)의 연결을 쉽게 고정할 수 있다(도 6 및 도 7).
10 제1 커넥터 부분
11 저부하 접촉 요소
12 고부하 접촉 요소
13 위치설정 핀
14 평평한 요소
15 접촉 캐리어
16 볼 소켓
17 공급 라인
18 단자
19 원뿔형 단부 섹션
20 제2 커넥터 부분
21 저부하 접촉 요소
22 고부하 접촉 요소
23 위치설정 챔버
25 접촉 캐리어
27 공급 라인
28 공급 라인
30 지지 프레임
31 스프링 암
32 리테이닝 탭
33 경계 브레이스
34 지지 암
35 디텐트 후크
36 바
37 스톱 요소
38 핀형 바
39 베이스 표면
40 볼
50 커버
60 나사
x, y, z 좌표 축

Claims (5)

  1. 데이터 및/또는 에너지 전송을 위한 자가-정렬 전기 커넥터 시스템으로서,
    다수의 저부하 접촉 요소(11) 및/또는 고부하 접촉 요소(12)를 포함하는 제1 커넥터 부분(10)을 포함하고,
    제1 커넥터 부품(10)에 부착 가능하고 제1 커넥터 부분(10)의 저부하 접촉 요소(11) 및/또는 고부하 접촉 요소(12)에 상보적인 저부하 접촉 요소(21) 및/또는 고부하 접촉 요소(22)를 포함하는 제2 커넥터 부분(20)을 포함하고,
    제1 커넥터 부분(10)은 서로에 대해 2개의 커넥터 부분(10, 20)의 위치설정을 달성하기 위하여 제2 커넥터 부분(20)의 위치설정 챔버(23)에 결합되도록 설계된 복수의 위치설정 핀(13)을 포함하고,
    적어도 2의 병진운동 자유도 및 3의 회전 자유도에 따라 플로팅 방식으로 제1 커넥터 부분(10)이 위치되는 평평한 지지 프레임(30)을 포함하고,
    상기 제1 커넥터 부분(10)은 이의 바닥 면에 횡방향으로 반대방향으로 돌출되며 지지 프레임(30)에 형성되는 스프링 암(31)에 의해 지지 프레임(30)의 방향으로 탄성력에 의해 부하를 받는 복수의 평평한 요소(14)를 포함하고,
    제1 커넥터 부분(10)은 지지 프레임(30)에 대해 안착되는 볼(40)을 지지하는 평평한 요소(14) 사이에 볼 소켓(16)을 포함하는 자가-정렬 전기 커넥터 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 위치설정 핀(13)은 원뿔형 단부 섹션(19)을 갖는 자가-정렬 전기 커넥터 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 위치설정 챔버(23)는 원뿔형 설계를 갖는 자가-정렬 전기 커넥터 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 경계 브레이스(33)는 지지 프레임(30)에 위치되는 자가-정렬 전기 커넥터 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 제2 커넥터 부분(20)에 대한 제1 커넥터 부분(10)의 고정은 나사(60)에 의해 수행되는 자가-정렬 전기 커넥터 시스템.
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