本發(fā)明涉及一種用于傳輸高電功率的插接連接器，該插接連接器重量輕、堅固耐用、可主動溫控。

背景技術(shù)：

1、本發(fā)明涉及插接連接器，例如工業(yè)用高功率和/或高電壓插接連接器或電動車用充電插接連接器，其溫度范圍更廣、安全性更高。

2、在工業(yè)化程度與日俱增的當(dāng)今世界，隨著光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的不斷涌現(xiàn)，電力作為最普遍的能源形式日益舉足輕重。電能正逐漸取代以長鏈碳氫化合物為基礎(chǔ)的其他能源形式，其中大部分是化學(xué)能源。

3、配電網(wǎng)需要在大范圍地區(qū)分配電。許多耗電終端設(shè)備通過插接連接器接入配電網(wǎng)。如今，特別是工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)常需要能夠傳輸高水平能量的高功率插接連接器系統(tǒng)。一個插接連接數(shù)百安培的情況屢見不鮮。此類插接連接器通常還要有數(shù)千伏的超高絕緣能力。因此，此類插接連接器系統(tǒng)的觸點會承受高負荷，盡管經(jīng)過精心設(shè)計，電阻極低，但滿負荷下仍會發(fā)熱太高。這樣的發(fā)熱必須通過外殼消散，因此外殼的設(shè)計既要堅固，常用金屬合金作為外殼材料，又要能夠隔絕上述高電壓，為此常用聚酰胺等塑料。暴露在自然環(huán)境中的插接連接(例如火車兩節(jié)車廂之間的插接連接器)還須密封，以防敏感的觸點受潮。尤其是鐵路領(lǐng)域，此類插接連接器在冬季經(jīng)常結(jié)冰，這會導(dǎo)致重新配置列車時無法斷開插接連接。

4、在醫(yī)療領(lǐng)域、數(shù)據(jù)中心、高精儀器等領(lǐng)域，傳輸電力和數(shù)據(jù)的插接連接器可能會因材料散熱不良而過熱。這就會給附近一些測量儀器或高靈敏感電子部件帶來麻煩，因為長時間連續(xù)工作會產(chǎn)生熱量。

5、第二點要考慮的方面是普通插接連接器(例如大功率高壓插接連接器)的重量。某些領(lǐng)域，例如鐵路行業(yè)，由于節(jié)能要求，又需減輕這類插接連接器的重量。由于耐用性要求，插接連接器外殼通常由幾毫米厚(約4毫米)的金屬(例如al、ni、金屬合金等)制成。

6、這類外殼一般采用壓鑄工藝制造。對于此類應(yīng)用，理想上要減輕外殼重量，不影響耐用性和機械性能的前提下，增強整體插接連接器系統(tǒng)的通用性和功能性。

7、與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，上述領(lǐng)域需要熱管理性能更佳的插接連接器，從而插接連接器既不易過熱，也不易受凍。

8、德國專利商標(biāo)局在本技術(shù)的優(yōu)先權(quán)申請中檢索到如下現(xiàn)有技術(shù)文獻：de?102015104?029b3、de?10?2012?102?275?a1、de?10?2016?213?873?a1、de?10?2017?122662a1、de10?2019?111?749?a1、cn?212?626?226u、cn?105?099?548a、jp?2009-266418a。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種改進的插接連接器，克服上述技術(shù)問題，兼顧堅固性的同時，重量有所減輕。

2、本發(fā)明達成上述目的的解決方案是一種根據(jù)權(quán)利要求1所述特征的插接連接器。本發(fā)明有利實施方案請參閱從屬權(quán)利要求。

3、本發(fā)明實現(xiàn)了在異常溫度波動(極熱或極冷)情況下保護插接連接器內(nèi)置模塊免受外界環(huán)境的影響。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的插接連接器還能保護環(huán)境免受因插接連接器內(nèi)置模塊的絕緣體內(nèi)觸點產(chǎn)生過多熱量的影響，否則這些熱量會經(jīng)外殼向外輻射。

4、利用本發(fā)明解決了許多技術(shù)問題。例如，在冬季鐵路運營期間，能夠防止兩節(jié)車廂之間的插接連接結(jié)冰。結(jié)冰的發(fā)生會防止這樣的插接連接的分離。對插接連接器外殼進行主動溫控能夠融化這種結(jié)冰，從而又能分離插接連接。

5、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種用于傳輸高電功率的插接連接器，包括至少一個用于傳輸電功率的觸點以及用于保持和絕緣至少一個觸點的外殼，該外殼的壁至少部分地由夾層結(jié)構(gòu)組成，所述夾層結(jié)構(gòu)能夠使介質(zhì)通過從而實現(xiàn)溫控，并且所述外殼包括至少一個用于引入介質(zhì)的輸入端口以及至少一個用于排出介質(zhì)的輸出端口。這種措施的優(yōu)勢是實現(xiàn)了對外殼的主動溫控，同時減輕重量并基本上保留機械性能，使插接連接器的應(yīng)用領(lǐng)域更廣、安全性更高、重量更輕。

6、術(shù)語“高電功率”包括幾百到幾千伏電壓下幾十到幾百安培電流的功率。

7、在所述插接連接器的特別優(yōu)選的實施例中，介質(zhì)為氣態(tài)介質(zhì)。特別是，如果介質(zhì)為空氣，則整體系統(tǒng)的密封性就不甚緊要，這樣的優(yōu)勢是能夠節(jié)省插接連接器系統(tǒng)的制造成本。

8、在另一實施例中，介質(zhì)為液態(tài)介質(zhì)。利用液體的優(yōu)勢是能夠在閉合回路中實現(xiàn)更好的熱傳遞，從而更好地滿足特高的溫控要求?？梢钥紤]使用許多不同的液體，例如3m公司出產(chǎn)的電池冷卻液，但也可采用任何其他適宜的液體。這里重點是所用液體無腐蝕性且冰點較低，例如在-10℃至-50℃范圍內(nèi)，例如常見的發(fā)動機乙二醇系統(tǒng)就能滿足這一要求。

9、在一特別優(yōu)選的實施例中，夾層結(jié)構(gòu)具有上覆蓋層和下覆蓋層，上覆蓋層與下覆蓋層之間布置有芯，該芯的結(jié)構(gòu)適合允許介質(zhì)流過芯，其中一個覆蓋層布置于外殼的外側(cè)，另一覆蓋層布置于外殼的內(nèi)側(cè)。這種措施的優(yōu)勢是確保了從插接連接器外殼到介質(zhì)特別高效的熱傳遞，在機械性能幾乎相同的同時減輕外殼的重量，而且?guī)缀醪辉黾踊蚋静辉黾油鈿さ臋C械尺寸。

10、在一實施例中，芯為由金屬、聚合物或天然材料制成的開孔泡沫。這種芯的優(yōu)勢是易于制造，非常適合介質(zhì)的熱傳遞和熱流動。

11、在另一實施例中，芯具有可呈金字塔形、四面體形或三角六邊形(trihexagonal)的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。有利地，這種外殼可以通過熔模鑄造或增材制造工藝來制造，從而也能實現(xiàn)復(fù)雜的外殼形狀。

12、另一實施例中，芯具有編織或針織結(jié)構(gòu)，其中織線由金屬、合成纖維、天然纖維或混合物制成。編織和針織工藝在技術(shù)上特別成熟高效，從而能夠特別高效率又低成本地制造具有這種芯的外殼。

13、一般而言，夾層結(jié)構(gòu)可以由許多不同的材料系統(tǒng)組成。為了滿足某些要求，覆蓋層可以由與芯不同的材料制成。

14、覆蓋層材料可以是鋁、鋼、鎳、鈦、其他金屬、金屬合金、聚合物、生物相容性聚合物、自修復(fù)聚合物、形狀記憶聚合物、纖維材料(復(fù)合材料)、陶瓷基礎(chǔ)材料、金屬增強聚合物、陶瓷、玻璃、碳纖維/薄片/納米顆?；蛏鲜霾牧系倪x擇性組合。

15、芯材可以選自但不限于金屬開孔泡沫、金屬合金開孔泡沫、聚合物開孔泡沫、天然材料(例如軟木)開孔泡沫等。

16、芯材(聚合物或金屬或其組合)中的通道可以呈任意形狀。這種系統(tǒng)的工作原理類似于人體血管。根據(jù)從絕緣體中的觸點向外殼輻射的熱量分布，優(yōu)化外殼芯材內(nèi)的通道分布。這種通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計取決于外殼形狀、尺寸以及外殼內(nèi)達到最大熱量的部位。

17、掌握機械工程和材料學(xué)知識的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出這樣滿足特定目標(biāo)應(yīng)用要求的系統(tǒng)。

18、夾層結(jié)構(gòu)也可以僅由一種選自上述材料的材料制成。采用例如3d打印等增材制造工藝時，覆蓋層和芯可以一體成型。采用現(xiàn)代增材制造工藝時，可以設(shè)計和制造同一個部件的材料變化。

19、整體結(jié)構(gòu)可以設(shè)計為夾層結(jié)構(gòu)(兩個覆蓋層和一個芯)，也可以設(shè)計為一個覆蓋層(防護外界環(huán)境影響)和一個芯(在此情況下，芯內(nèi)側(cè)無孔)。這種結(jié)構(gòu)可以使用上述材料以及這些材料的任意組合來形成，滿足機械/結(jié)構(gòu)、熱、防震及其他要求。

20、在一實施例中，用于對外殼的大部分進行溫控的輸入端口和輸出端口布置于外殼的相對兩側(cè)。介質(zhì)就流過外殼的大部分，這樣的優(yōu)勢是實現(xiàn)絕佳的熱傳遞。

21、在另一實施例中，輸出端口由外殼外側(cè)上穿過覆蓋層的一個或多個穿孔組成，氣態(tài)介質(zhì)可以通過這些穿孔排出。特別有利的是，用空氣作為介質(zhì)來進行溫控，因為空氣(例如壓縮空氣)在列車插接連接中很容易就能從開口再次逸出，因此優(yōu)勢是不必建立復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)。

22、在改進的實施例中，輸入端口和輸出端口與至少一個電觸點布置于外殼的同一水平面上，以便同時建立電觸點與介質(zhì)的連接。需要閉路系統(tǒng)時，這種措施的優(yōu)勢是確保插入插接連接器系統(tǒng)時可以同時建立電氣連接和介質(zhì)連接，大幅簡化了系統(tǒng)操作。

23、在一優(yōu)選實施例中，外殼可以利用增材制造工藝來制作。這意味著，即使是復(fù)雜的外殼形狀和復(fù)雜的芯幾何形狀，也能輕松可靠地制造而成。

24、外殼形狀經(jīng)過優(yōu)化，散熱更快，結(jié)構(gòu)強度更高，適合特定用途(鐵路、航空航天、數(shù)據(jù)中心等)。

25、在一實施例中，用于介質(zhì)溫控的溫控系統(tǒng)集成到插接連接器內(nèi)部。這樣就能創(chuàng)建一種特別獨立的插接系統(tǒng)，尤其適用于大型高功率插接系統(tǒng)。

26、在改進的實施例中，用于介質(zhì)溫控的溫控系統(tǒng)布置到插接連接器外部。這種措施的優(yōu)勢是效率更高、成本更低，尤其適用于小型插接連接器或具有多個這種插接連接器的設(shè)施。這樣的優(yōu)勢是，如果外殼中裝有溫度傳感器，則外殼因溫度過高或過低而需要控溫時，溫度傳感器即可通知溫控系統(tǒng)。