ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК H01R13/639 H01R13/20 

Область использования изобретения

Настоящее изобретение относится, в широком смысле, к электрическому соединителю для соединения жил кабеля устройства со штырем или гнездом электрического соединительного устройства. В настоящем описании под термином «кабель устройства» понимают любой кабель (кабель устройства разматываемый или гибкий кабель), предназначенный для передачи электрического тока к передвижному оборудованию, например крупному оборудованию в нефтедобывающей или горнодобывающей промышленности. Термин «соединитель» используют для обозначения любого соединителя, включая штепсель, наконечник, электрический адаптер, разъем или розетку.

Уровень техники

Кабели для устройств (машин) обычно используют для обеспечения электрического соединения подвижных электрических машин. Например, в горнодобывающей или нефтедобывающей промышленности часто используют крупные электрические машины, и может быть необходимым по каждому кабелю машины передавать электрическую энергию мощностью порядка нескольких сотен киловатт. Обычно такую мощность передают, используя напряжение в один или более киловольт. Кабель обычно содержит несколько жил, и их соединяют с использованием соединителей, содержащих гнезда и штыри.

На Фиг.1 изображен электрический соединитель (продольный разрез) для соединения гнезда с жилой такого кабеля устройства. На Фигуре показано гнездо 10, выполненное с возможностью вставления в него штыря (не показан). На Фигуре показан также кабельный наконечник 12, содержащий открытую концевую часть 13, выполненную с возможностью вставления в нее жилы кабеля устройства. Пальцы гнезда 10 смещаются посредством пружины 15 таким образом, чтобы можно было обеспечить электрическое соединение со штырем. Однако сила сжатия пружины 15 может со временем ослабевать, и время от времени может возникать необходимость в замене пружины 15 и/или гнезда 10. С этой целью гнездо присоединяют к кабельному наконечнику 12 с возможностью отсоединения. Кабельный наконечник 12 содержит резьбовую часть 14, а гнездо 10 содержит отверстие 16. Резьбовую часть 14 и отверстие 16 выполняют так, чтобы в него можно было вставлять винт 18 из нержавеющей стали, которым соединяют гнездо 10 и кабельный наконечник 12 посредством промежуточной части 11. Для уменьшения вероятности ослабления с течением времени крепления винта 18 из нержавеющей стали винт 18 из нержавеющей стали снабжают пружинной шайбой 19. Гнездо 10 и кабельный наконечник 12 имеют взаимно дополняющие конические контактные поверхности, которыми их сопрягают с промежуточной частью 11.

На Фиг.2 изображен другой вариант осуществления соединителя, представленного на Фиг.1. В данном случае контактные поверхности гнезда 20 и кабельного наконечника 22 не совмещаются при разобранном устройстве. Однако, когда винт 18 из нержавеющей стали вставляют в отверстие 24 гнезда 20 и ввинчивают в резьбовую часть 26 кабельного наконечника 22, то контактирующей поверхностью гнезда 20 выгибают наружу контактную поверхность кабельного наконечника 22.

Оба известных из уровня техники устройства имеют недостатки, заключающиеся в том, что винт должен быть относительно маленьким, так как головку винта располагают в гнезде. Однако из-за относительно малых размеров винта часто не обеспечивается достаточная прочность соединения гнезда с кабельным наконечником. Кроме того, контактные поверхности относительно маленькие, и дополнительный канал, который создают для тока, проходящего через сам винт, часто оказывается недостаточным. Ток по пути следования встречает до трех мест сопряжения поверхностей (между гнездом, промежуточной частью и кабельным наконечником или в альтернативном варианте осуществления между гнездом и пружинной шайбой, между пружинной шайбой и головкой винта и между резьбой винта и резьбой отверстия), при этом контактные потенциалы, коррозия и загрязнения могут приводить к контактному сопротивлению в каждом месте сопряжения поверхностей. Кроме того, винт и пружинная шайба сами по себе могут не обладать удовлетворительными электропроводящими свойствами.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает электрический соединитель, выполненный с возможностью соединения жилы кабеля устройства со штырем или гнездом электрического соединительного устройства, соединитель содержит:

- первую часть, содержащую первую поверхность фиксации и дополнительную поверхность, которая образует первую контактную поверхность; причем первая часть дополнительно содержит штырь или гнездо, электрически соединенные с первой контактной поверхностью;

- вторую часть, содержащую вторую поверхность фиксации, предназначенную для взаимосвязи с первой поверхностью фиксации, и дополнительную поверхность, образующую вторую контактную поверхность, выполненную с возможностью контактирования с первой контактной поверхностью; причем вторая часть дополнительно содержит выступ для прикрепления жилы кабеля устройства ко второй части; причем выступ электрически соединен со второй контактной поверхностью;

при этом контактные поверхности выполнены так, чтобы при взаимном сопряжении поверхностей фиксации контактные поверхности находились в электрическом контакте друг с другом для создания электрического контакта между жилой кабеля устройства и штырем или гнездом.

Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что первую часть и вторую часть можно удерживать вместе без использования какой-либо дополнительной части, что делает сборку устройства относительно легкой. Кроме того, собранное устройство может содержать только одно место сопряжения поверхностей, что является преимуществом устройства, так как способствует улучшению его электрических характеристик. В устройствах известных из уровня техники обычно использовали винт из нержавеющей стали, который вставляли в отверстия гнезда и кабельного наконечника для удерживания вместе гнезда и кабельного наконечника (см. Фиг.1). Такие винты имеют относительно малую электропроводность, и их использование ведет к увеличению электрического сопротивления для тока, пропускаемого через проводник. В описанном выше соединителе не требуется использование такого винта и, следовательно, площадь поперечного сечения, через которое может проходить электрический ток при относительно малом удельном сопротивлении, может быть увеличена в сравнении с известными из уровня техники устройствами.

Электрическое соединительное устройство обычно выполнено с возможностью передачи электрической энергии мощностью порядка нескольких сотен киловатт. Кроме того, электрическое соединительное устройство обычно предназначено для передачи электрической энергии при напряжении в один или более киловольт.

Первая поверхность фиксации обычно расположена между первой контактной поверхностью и штырем или гнездом. Вторая контактная поверхность обычно расположена между второй поверхностью фиксации и выступом.

Первая часть может иметь противоположные первую и вторую концевые части; причем первая концевая часть может содержать гнездо, а вторая концевая часть может содержать первую контактную поверхность.

В альтернативном варианте осуществления изобретения первая концевая часть может содержать штырь. Вторая концевая часть второй части может содержать вторую поверхность фиксации, а вторая концевая часть первой части может содержать первую поверхность фиксации.

По меньшей мере одна из частей (первой части и второй части) может быть выполнена как одно целое, а обычно обе части (первая часть и вторая часть) (каждую из них) изготавливают как одно целое.

В одном варианте осуществления изобретения первая поверхность фиксации содержит первую резьбовую часть, а вторая поверхность фиксации содержит вторую резьбовую часть, выполненную с возможностью введения в нее первой резьбовой части.

Например, первая резьбовая часть может быть цилиндрической частью, имеющей наружную резьбу, а вторая резьбовая часть может быть взаимно дополнительным резьбовым отверстием, выполненным так, чтобы в него можно было вводить цилиндрическую часть.

В альтернативном варианте осуществления изобретения вторая резьбовая часть может быть цилиндрической частью, имеющей наружную резьбу, а первая резьбовая часть является дополнительным резьбовым отверстием, выполненным так, чтобы в него можно было вводить цилиндрическую часть.

Преимущество этой конструкции заключается в том, что цилиндрическая резьбовая часть и соответствующее резьбовое отверстие могут быть большего диаметра и, следовательно, могут быть механически прочнее и обладать лучшими электрическими параметрами, чем известные из уровня техники устройства, так как в этом случае нет необходимости располагать винт и головку винта внутри другой части, что необходимо в известном из уровня техники устройстве (устройства, известные из уровня техники изображены на Фиг.1 и 2). Так как цилиндрическая резьбовая часть и соответствующее резьбовое отверстие могут быть больше, чем в случае использования винта и соответствующего ему резьбового отверстия в известных из уровня техники устройствах, механическое соединение и, следовательно, электрическое соединение между резьбовыми частями и контактными поверхностями может быть также улучшено.

Электрический контакт устанавливают путем введения в электрический контакт контактных поверхностей, но он может быть также дополнительно создан путем введения в контакт поверхностей фиксации. Например, благодаря тому что цилиндрическая резьбовая часть и резьбовое отверстие могут быть сделаны относительно большими, механическое соединение может быть относительно более прочным и, как следствие более прочного механического соединения и большей площади контакта резьбовых частей, может быть улучшено электрическое соединение в сравнении с известными из уровня техники устройствами. В конкретном варианте осуществления изобретения площадь контакта, образующаяся при взаимном сопряжении поверхностей фиксации, по меньшей мере так же велика, как и площадь контакта, образующаяся при контактирования контактных поверхностей.

В альтернативном или дополнительном варианте осуществления часть одной из поверхностей фиксации может быть выполнена так, чтобы она скребла по части другой поверхности фиксации при взаимном сопряжении поверхностей фиксации.

Первая контактная поверхность может содержать конический кончик, а вторая контактная поверхность может содержать соответствующую коническую выточку, выполненную так, чтобы в нее можно было вводить конический кончик первой контактной поверхности. В альтернативном варианте осуществления первая контактная поверхность может содержать коническую выточку, а вторая контактная поверхность может содержать соответствующий конический кончик, выполненный так, чтобы его можно было вводить в коническую выточку первой контактной поверхности.

Первая и вторая контактные поверхности могут содержать взаимно дополняющие профили.

Конический кончик может иметь неискривленную поверхность или выпуклую искривленную поверхность, выполненную так, чтобы имел место контакт с конической выточкой внутри кольцеобразной зоны около вершины искривленного профиля. В этом случае коническая выточка может иметь неискривленную поверхность или искривленную поверхность с соответствующим выпуклым или вогнутым профилем. В альтернативном варианте осуществления конический кончик может иметь искривленную вогнутую поверхность, выполненную так, чтобы она контактировала с соответствующим выпуклым или вогнутым искривленным коническим углублением. Например, выпуклые или вогнутые искривленные поверхности могут иметь кривизну с профилем, соответствующим сечению сферы. Каждая искривленная поверхность может также содержать более одной формы кривизны.

Например, часть одной из контактных поверхностей может быть выполнена так, чтобы она скребла по другой контактной поверхности при взаимном сопряжении поверхностей фиксации, в результате чего контактные поверхности могут быть очищены, и может быть обеспечена их плотная посадка друг относительно друга и, таким образом, обеспечен лучший электрический контакт.

Изобретение может быть лучше понято после ознакомления с последующим описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 изображен электрический соединитель (продольный разрез) для присоединения жилы кабеля устройства к гнезду электрического соединительного устройства (уровень техники);

на Фиг.2 - другой электрический соединитель (продольный разрез) для присоединения жилы кабеля устройства к гнезду электрического соединительного устройства (уровень техники);

на Фиг.3 - электрический соединитель для присоединения жилы кабеля устройства к гнезду электрического соединительного устройства согласно конкретному варианту осуществления изобретения;

на Фиг.4 - электрический соединитель для присоединения жилы кабеля устройства к гнезду электрического соединительного устройства согласно другому конкретному варианту осуществления изобретения;

на Фиг.5 - электрический соединитель для присоединения жилы кабеля устройства к штырю электрического соединительного устройства согласно еще одному конкретному варианту осуществления изобретения;

на Фиг.6 (а) и 6 (b) - детали электрического соединителя согласно еще одному конкретному варианту осуществления изобретения.

Подробное описание конкретных вариантов осуществления изобретения

Со ссылкой на фиг.3 описан разъем, содержащий электрический соединитель согласно конкретному варианту осуществления изобретения. Разъем 28 содержит гнездо 32 и кабельный наконечник 31. В данном варианте осуществления гнездо 32 и кабельный наконечник 31 (каждый) выполнены как одно целое. Кабельный наконечник 31 присоединен к жиле 33 кабеля 37 устройства. Гнездо 32 выполнено так, чтобы в него можно было вставлять штырь (не показан), и оно содержит резьбовую цилиндрическую часть, взаимосвязанную с резьбовым отверстием кабельного наконечника 31.

Разъем 28 содержит корпус 29, имеющий по существу цилиндрическую форму, и наружную оболочку 30, выполненную из металла и/или изоляционного материала(ов). Разъем 28 имеет торцевую поверхность 38, в которой содержатся три отверстия, ограниченные гайками, например гайками 34 и 35. Около каждого отверстия установлена изоляционная втулка 36, направленная внутрь. Кабельный наконечник 31 содержит направляющий ключ (не показан), а втулка 36 содержит соответствующую шпоночную канавку (не показана), выполненную так, чтобы можно было исключить вращение кабельного наконечника 31 во втулке 36, благодаря чему упрощается ввинчивание гнезда 32 в кабельный наконечник 31. В альтернативном варианте осуществления втулка 36 может содержать направляющий ключ, а кабельный наконечник 31 может содержать соответствующую шпоночную канавку, выполненную так, чтобы можно было исключить вращение кабельного наконечника 31 при ввинчивании гнезда 32 в кабельный наконечник 31.

Далее более подробно со ссылкой на фиг.4 описано электрическое соединительное устройство 40, содержащее гнездо 42 и кабельный наконечник 44. Гнездо 42 выполнено так, чтобы в него можно было вставлять штырь (не показан), а кабельный наконечник 44 содержит множество углублений 45, выполненных так, чтобы их можно было соединять с отдельными ответвлениями жилы кабеля устройства (не показано). Гнездо 42 содержит первую поверхность фиксации, имеющую форму цилиндрической части 46, снабженную наружной резьбой. Кабельный наконечник 44 содержит ответное резьбовое отверстие 48, выполненное для ввинчивания цилиндрической резьбовой части 46. Наружный диаметр цилиндрической резьбовой части 46 относительно большой по сравнению с наружным диаметром гнезда, и поэтому можно обеспечить относительно сильное сцепление резьбовой цилиндрической части с резьбовым отверстием.

Гнездо 42 содержит контактную поверхность 50, а кабельный наконечник 44 содержит взаимно дополняющую контактную поверхность 52. В этом примере контактная поверхность 50 выполнена в форме конического кончика резьбовой цилиндрической части 46. Кабельный наконечник 44 содержит соответствующий конический выступ, в котором имеется контактная поверхность 52, выполненная так, чтобы ее можно было вводить в электрический контакт с конической контактной поверхностью 50. Контактная поверхность 50 и контактная поверхность 52 имеют взаимно согласующиеся профили.

На Фиг.5 изображен вариант 59 осуществления устройства, представленного на Фиг.4, содержащий штырь 60 вместо гнезда в устройстве, изображенном на Фиг. 4. Штырь 60 выполнен так, чтобы его можно было вставлять в гнездо (не показано), и он взаимосвязан с кабельным наконечником 44 таким же образом, как и гнездо 42, изображенное на Фиг.4.

Следует иметь ввиду, что гнездо 42 устройства 40, изображенного на Фиг.4, и штырь 60 устройства 59, изображенного на Фиг.5, могут быть взаимозаменяемыми. Таким образом, соединитель, например штепсель или розетка, содержащие устройство 40 и/или 59, обладает преимуществом, заключающимся в большей универсальности в сравнении с известными из уровня техники аналогичными устройствами, где штыри и гнезда не были взаимозаменяемыми (см. Фиг.1 и 2).

Далее более подробно описано электрическое соединительное устройство, изображенное на Фиг.6(а). Часть гнезда 61 и часть кабельного наконечника 62 взаимосвязаны между собой. В этом варианте осуществления гнездо 61 содержит цилиндрическую часть 64 с наружной резьбой. Цилиндрическая часть 64 содержит конический кончик 66, посредством которого обеспечивают контактную поверхность 68. Кабельный наконечник 62 содержит резьбовое отверстие 70, содержащее контактную поверхность 72 в форме конической выточки, форма которого является взаимно дополняющей коническому кончику 66 цилиндрической части 64. При ввинчивании резьбовой цилиндрической части 64 в резьбовое отверстие 70 конический кончик 66 скребет по конической контактной поверхности 72, когда гнездо 61 взаимно сопрягают с кабельным наконечником 62, в результате чего контактные поверхности очищаются и, таким образом, может быть достигнут более хороший электрический контакт.

Далее более подробно со ссылкой на фиг.6(b) описан вариант исполнения электрического соединительного устройства, изображенного на Фиг.6(b). В данном случае гнездо 80 содержит коническую поверхность 82 с криволинейным профилем. Поверхность, на которой образуется электрический контакт между контактной поверхностью 82 и контактной поверхностью 72 кабельного наконечника 62, имеет форму, близкую к кольцеобразной, и эта зона расположена вблизи вершины кривизны, причем она может быть меньше той, которая имеет место в устройстве, изображенном на Фиг.6(а). Однако контактная поверхность 82 криволинейного профиля может обладать другими преимуществами, например прогрессирующей очищающей способностью, когда контактные поверхности скребут друг по другу при взаимном сопряжении кабельного наконечника 62 и гнезда 80. Такое скребущее действие в результате может приводить к тому, что одна контактная поверхность может «сидеть» на другой контактной поверхности, что может способствовать улучшению электрического соединения, благодаря чему может быть уменьшено межповерхностное сопротивление.

Хотя изобретение описано со ссылками на конкретные примеры, специалистам в данной области должно быть понятно, что изобретение может быть осуществлено множеством различных способов. Например, соединитель может содержать штырь вместо гнезда, как это описано в рассмотренных выше вариантах осуществления. Кроме того, кабельный наконечник может содержать резьбовую цилиндрическую часть, а гнездо может содержать резьбовое отверстие, выполненное так, чтобы в него можно было вводить резьбовую цилиндрическую часть. Кроме того, гнездо и кабельный наконечник могут не быть выполненными как одно целое, а могут состоять из различных частей, соединенных между собой.

Электрический соединитель предназначен для соединения жил кабеля устройства (машины) со штырем или гнездом электрического соединительного устройства. Соединитель содержит первую часть и вторую часть, которые содержат первую и вторую поверхности фиксации соответственно, и первую и вторую дополнительные поверхности, образующие соответственно первую и вторую контактные поверхности. Вторая часть дополнительно содержит выступ для крепления жилы кабеля устройства, причем выступ электрически соединен со второй контактной поверхностью. Контактные поверхности выполнены так, чтобы при взаимном сопряжении поверхностей фиксации контактные поверхности находились в электрическом контакте друг с другом для создания электрического контакта между жилой кабеля устройства и штырем или гнездом. Технический результат - облегчение сборки и улучшение электрических характеристик. 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электрический соединитель, выполненный с возможностью соединения жилы кабеля устройства со штырем или гнездом электрического соединительного устройства, содержащий первую часть, содержащую первую поверхность фиксации и дополнительную поверхность, образующую первую контактную поверхность, причем первая часть дополнительно содержит штырь или гнездо, электрически соединенное с первой контактной поверхностью; вторую часть, содержащую вторую поверхность фиксации, выполненную с возможностью взаимосвязи с первой поверхностью фиксации, и дополнительную поверхность, образующую вторую контактную поверхность, выполненную с возможностью контактирования с первой контактной поверхностью, причем вторая часть дополнительно содержит выступ для прикрепления жилы кабеля устройства ко второй части, а выступ электрически соединен со второй контактной поверхностью; при этом контактные поверхности выполнены таким образом, чтобы при взаимном сопряжении поверхностей фиксации контактные поверхности находились в электрическом контакте друг с другом для создания электрического контакта между жилой кабеля устройства и штырем или гнездом.2. Электрический соединитель по п.1, в котором электрическое соединительное устройство выполнено с возможностью передачи электрического тока мощностью в несколько сотен киловатт.3. Электрический соединитель по п.1, в котором электрическое соединительное устройство выполнено с возможностью передачи электрического тока напряжением один или более киловольт.4. Электрический соединитель по п.1, в котором первая поверхность фиксации расположена между первой контактной поверхностью и штырем или гнездом.5. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором вторая контактная поверхность расположена между второй поверхностью фиксации и выступом.6. Электрический соединитель по п.1, в котором первая часть содержит противоположные первую и вторую концевые части, причем первая концевая часть содержит гнездо, а вторая концевая часть содержит первую контактную поверхность.7. Электрический соединитель по п.1, в котором первая часть содержит противоположные первую и вторую концевые части, причем первая концевая часть содержит штырь, а вторая концевая часть содержит первую контактную поверхность.8. Электрический соединитель по п.6, в котором вторая концевая часть второй части содержит вторую поверхность фиксации, а вторая концевая часть первой части содержит первую поверхность фиксации.9. Электрический соединитель по п.7, в котором вторая концевая часть второй части содержит вторую поверхность фиксации, а вторая концевая часть первой части содержит первую поверхность фиксации.10. Электрический соединитель по одному из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере одна из частей первой части и второй части выполнена как одно целое.11. Электрический соединитель по п.1, в котором часть одной из контактных поверхностей выполнена так, чтобы она скребла по части другой контактной поверхности при взаимном сопряжении поверхностей фиксации.12. Электрический соединитель по п.1, в котором часть одной из поверхностей фиксации выполнена так, чтобы она скребла по части другой поверхности фиксации при взаимном сопряжении поверхностей фиксации.13. Электрический соединитель по п.1, в котором первая поверхность фиксации содержит первую резьбовую часть, а вторая поверхность фиксации содержит вторую резьбовую часть, выполненную с возможностью ее сопряжения с первой резьбовой частью.14. Электрический соединитель по п.13, в котором первая резьбовая часть является цилиндрической частью, имеющей наружную резьбу, а вторая резьбовая часть является взаимно дополняющим резьбовым отверстием, выполненным так, чтобы в него можно было вводить цилиндрическую часть.15. Электрический соединитель по п.13, в котором вторая резьбовая часть является цилиндрической частью, содержащей наружную резьбу, а первая резьбовая часть является взаимно дополняющим резьбовым отверстием, выполненным так, чтобы в него можно было вводить цилиндрическую часть.16. Электрический соединитель по п.1, в котором первая контактная поверхность содержит конический кончик, а вторая контактная поверхность содержит соответствующую коническую выточку, выполненную так, чтобы в нее можно было вводить конический кончик первой контактной поверхности.17. Электрический соединитель по п.1, в котором вторая контактная поверхность содержит конический кончик, а первая контактная поверхность содержит соответствующую коническую выточку, выполненную так, чтобы в нее можно было вводить конический кончик второй контактной поверхности.18. Электрический соединитель по п.1, в котором первая и вторая контактные поверхности имеют взаимно согласующиеся профили.19. Электрический соединитель по одному из п.16 или 18, в котором конический кончик содержит выпуклую криволинейную поверхность, выполненную с возможностью контактирования с конической выточкой в кольцеобразной зоне вблизи вершины криволинейного профиля.20. Электрический соединитель по 16, в котором коническая выточка содержит вогнутую криволинейную поверхность, выполненную с возможностью контактирования с коническим кончиком в кольцеобразной зоне вблизи вершины криволинейного профиля.21. Электрический соединитель по 17, в котором коническая выточка содержит вогнутую криволинейную поверхность, выполненную с возможностью контактирования с коническим кончиком в кольцеобразной зоне вблизи вершины криволинейного профиля.