ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК H01R13/193 H01R13/639 

Область использования изобретения

Настоящее изобретение в широком смысле относится к электрическому соединительному устройству для кабеля машины, для разматываемого или гибкого кабеля. В настоящем описании под термином «кабель машины» понимают любой кабель (кабель машины, разматываемый или гибкий кабель), предназначенный для передачи электрического тока к подвижному оборудованию, например крупному оборудованию в нефтедобывающей или горнодобывающей промышленности.

Предпосылки к созданию изобретения

Кабель машины, разматываемый или гибкий кабель обычно используют для электрического соединения для подвижных электрических машин. Например, в горнодобывающей или нефтедобывающей промышленности часто используют крупные электрические машины, и может быть необходимым по каждому кабелю (кабелю машины, разматываемому или гибкому кабелю) передавать электрический ток мощностью порядка нескольких сотен киловатт. Обычно такую мощность передают, используя напряжение в один или более киловольт. Кабели, используемые для подачи электрического тока, обычно изготавливают из множества пучков, которые присоединяют, используя электрические соединительные устройства, содержащие гнезда и штыри.

На Фиг.1 изображено схематически в разрезе обычное известное электрическое соединительное устройство 10. Устройство 10 содержит корпус 12, в котором размещены гнезда 14 и штыри 16. Гнездо 14 изготовлено из металла и содержит шесть пальцев 18, а пружина сжатия 19 установлена для прижима пальцев 18 и/или кончиков пальцев к штырю 16 для обеспечения электрического соединения. Однако пружина сжатия 19 может со временем утратить силу сжатия, в частности в случаях, когда электрическое соединительное устройство подвергается воздействию источника тепла или когда через устройство протекают токи большой силы, что может привести к выделению тепла.

Краткое описание изобретения

Первой отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что создано электрическое соединительное устройство для присоединения к кабелю машины, содержащее:

- штырь и гнездо, каждый из которых содержит поверхности взаимодействия, и один из штыря или гнезда дополнительно содержит поверхность, которая образует скошенную поверхность устройства; причем штырь и гнездо можно перемещать друг относительно друга из разомкнутого положения в положение взаимодействия, в котором поверхности взаимодействия вводят в положение взаимодействия с образованием электрического контакта; и

- заклинивающую часть, предназначенную для приложения силы к скошенной поверхности при перемещении в положение взаимодействия;

- в котором штырь и гнездо выполнены так, чтобы поверхности взаимодействия можно было вводить в положение противостояния при перемещении в положение взаимодействия и чтобы под действием силы, прикладываемой к скошенной поверхности, одна из противостоящих поверхностей взаимодействия прижималась к другой поверхности взаимодействия.

Электрическое соединительное устройство обладает тем преимуществом, что надежное электрическое соединение может быть достигнуто без применения пружины сжатия благодаря тому, что часть одного из штыря или гнезда прижимают к части другого одного из штыря или гнезда. Кроме того, взаимодействие может быть более сильным, чем электрическое соединение, которое может быть достигнуто при использовании обычных известных устройств.

Электрическое соединительное устройство обычно предназначено для передач электрического тока мощностью в несколько сот киловатт. Кроме того, электрическое соединительное устройство обычно оборудовано для передачи электрического тока напряжением в один или более киловольт.

Заклинивающую часть обычно не изготавливают за одно целое со штырем или гнездом, и она может содержать материал, отличный от того, который использован в штыре или гнезде. Например, заклинивающая часть может быть частью, отделяемой от штыря или гнезда. Заклинивающая часть может быть также приклеена к части штыря или гнезда.

По меньшей мере один из штыря или гнезда обычно содержит краевой участок, имеющий скошенную поверхность и включающую в себя по меньшей мере один зазор, который может расширяться или сужаться, когда к краевому участку прикладывают силу посредством заклинивающей части, в результате чего наружный периметр краевого участка расширяется или сжимается.

Краевой участок обычно является частью гнезда. В этом случае заклинивающая часть может быть выполнена так, чтобы при перемещении штыря и гнезда друг относительно друга в положение взаимодействия, краевой участок под воздействием заклинивающей части прижимался к штырю, в результате чего штырь и гнездо взаимодействуют для образования электрического соединения.

Гнездо обычно имеет продолговатую форму, а краевой участок обычно является концевой частью гнезда.

Заклинивающая часть может содержать упругий материал, который обычно является эластичным. Упругий материал может быть полимерным материалом, например резиной. Заклинивающая часть обычно содержит электропроводящий материал, например электропроводящий полимерный материал.

Как было сказано ранее, благодаря наличию заклинивающей части надежное электрическое соединение может быть достигнуто без пружины сжатия. Если заклинивающая часть содержит упругий материал, например полимерный материал, то операция размыкания штыря и гнезда, которые обычно состоят из металла, облегчается.

Штырь и гнездо могут, например, иметь, в общем, круглое поперечное сечение. Гнездо и штырь могут быть охвачены втулкой в положении взаимодействия. В этом случае втулкой обычно защищают штырь.

Заклинивающей части может быть придана кольцеобразная форма, и эта часть может быть установлена так, чтобы при перемещении штыря и гнезда друг относительно друга в положение взаимодействия с ее помощью обеспечивалось заклинивание между концевой частью гнезда и штырем. Такое взаимодействие обладает тем преимуществом, что гнездо может быть надвинуто на штырь без преодоления большого сопротивления трения, и только когда штырь и гнездо уже перемещены друг относительно друга в положение, близкое к положению взаимодействия, происходит заклинивание между концевой частью гнезда и штырем посредством заклинивающей части и возникает большое трение.

Гнездо может иметь внутреннюю поверхность с по существу одинаковым размером по диаметру по всей ее длине. Однако обычно внутренняя поверхность гнезда содержит конусный участок. В этом случае конусным участком может быть отделена область меньшего внутреннего диаметра от области большего внутреннего диаметра. Область меньшего внутреннего диаметра обычно содержит поверхность взаимодействия и выполнена так, что при приложении силы посредством заклинивающей части к скошенной поверхности область меньшего внутреннего диаметра фрикционно взаимодействует с поверхностью взаимодействия штыря, и обычно она расположена не на конце внутренней поверхности.

Штырь может иметь наружную поверхность с по существу одинаковым размером по диаметру.

Как вариант, наружная поверхность штыря может содержать конусный участок. Конусный участок может отделять область большего наружного диаметра от области меньшего наружного диаметра. В этом случае область большего наружного диаметра обычно содержит поверхность взаимодействия, и она выполнена так, что при приложении силы к скошенной поверхности посредством заклинивающей части область с большим наружным диаметром фрикционно взаимодействует с поверхностью взаимодействия гнезда, и обычно она расположена не на конце наружной поверхности.

В конкретном варианте исполнения настоящего изобретения гнездо содержит внутреннюю поверхность, имеющую конусный участок и область с меньшим внутренним диаметром. В этом варианте исполнения штырь имеет наружную поверхность с по существу одинаковым размером по диаметру. В этом случае область с меньшим внутренним диаметром обычно располагают так, что при прижиме концевой части гнезда посредством заклинивающей части к штырю площадь контакта между штырем и гнездом увеличивается до заданного размера. В известных ранее электрических соединительных устройствах (см. Фиг.1) гнездо может контактировать со штырем кончиками пальцев гнезда, и площадь электрического контакта может быть относительно малой. В описанном выше конкретном варианте исполнения с помощью конусной формы внутренней поверхности гнезда или наружной поверхности штыря, соответственно, можно преодолеть этот недостаток и можно, совместно с использованием заклинивающей функции заклинивающей части, достигать относительно большей площади контакта между штырем и гнездом.

Зазор обычно является одним из множества продольных зазоров, которыми делят гнездо на три или большее число пальцев, обычно являющихся по существу одинаковыми.

В другом варианте исполнения устройство содержит по меньшей мере две заклинивающие части, и как первая так и вторая части содержат скошенные поверхности; причем заклинивающие части предназначены для приложения силы к соответствующим скошенным поверхностям для прижима соответствующих противоположных поверхностей взаимодействия друг к другу.

Второй отличительной особенностью настоящего изобретения является создание способа соединения штыря и гнезда электрического соединительного устройства, предназначенного для присоединения к кабелю машины, при котором:

- перемещают штырь и гнездо друг относительно друга по направлению к положению, в котором штырь и гнездо взаимодействуют; причем штырь и гнездо содержат поверхности взаимодействия, и по меньшей мере один из штыря или гнезда содержит дополнительную скошенную поверхность; причем штырь и гнездо выполняют так, что при взаимодействии поверхность взаимодействия штыря располагают против поверхности взаимодействия гнезда;

- заклинивают заклинивающую часть для приложения силы к скошенной поверхности;

при этом штырь и гнездо выполняют так, чтобы сила прижимала одну из противостоящих поверхностей взаимодействия к другой поверхности взаимодействия для создания электрического контакта.

Третьей отличительной особенностью настоящего изобретения является создание электрического соединительного устройства, предназначенного для присоединения к кабелю машины, содержащего

- штырь и гнездо, причем штырь и гнездо можно перемещать друг относительно друга, переводя их из разомкнутого положения в положение взаимодействия; причем по меньшей мере один из штыря или гнезда содержит краевой участок, являющийся сжимаемым или расширяемым по меньшей мере в одном направлении; и

- заклинивающую часть, выполненную так, что при перемещении штыря и гнезда друг относительно друга в положение взаимодействия под воздействием заклинивающей части краевой участок расширяется или сжимается, в результате чего штырь и гнездо взаимодействуют.

Конкретный вариант воплощения изобретения описан ниже, только в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 изображен схематически продольный разрез электрического соединительного устройства;

на Фиг.2 изображен схематически продольный разрез электрического соединительного устройства согласно конкретному воплощению исполнения изобретения;

на Фиг.3 изображен схематически продольный разрез другого электрического соединительного устройства;

на Фиг.4 изображен схематический вид части электрического соединительного устройства: (а) - вид с торца; (b) - поперечный разрез;

на Фиг.5 изображен схематический вид гнезда, составляющего часть электрического соединительного устройства: (а) - вид сбоку; (b) - вид с торца.

Подробное описание конкретного варианта воплощения изобретения

Ниже описано электрическое соединительное устройство 20 (см. Фиг.2-5). Электрическое соединительное устройство 20 (см. Фиг.2) содержит гнездо 22, соединенное со штырем 24. В данном варианте воплощения штырь 24 и гнездо 22 предназначены для присоединения к кабельному наконечнику (не показан), а кабельные наконечники предназначены для соединения их с кабелем. Гнездо 22, штырь 24 и кабельные наконечники располагают в корпусе 28. Гнездо 22, штырь 24 и кабельные наконечники выполнены из металла. Устройство 20 содержит заклинивающую часть 25, имеющую кольцеобразную форму и состоящую из упругого материала, например полимерного материала. В данном варианте воплощения в качестве упругого материала используют электропроводящий полимерный материал. На Фиг.4 изображена заклинивающая часть 25 /(а) - вид сверху, (b) - поперечный разрез/.

Гнездо 22 содержит внутреннюю поверхность 30, выполненную таким образом, чтобы в гнездо можно было вводить штырь 24. Внутренняя поверхность 30 гнезда 22 содержит конусную область, выполненную так, чтобы был участок 31 с наименьшим внутренним диаметром.

На Фиг.5 изображено гнездо 22 /(а) - вид сбоку, (b) - вид с торца/. Гнездо имеет концевую сжимаемую часть 29, содержащую четыре пальца 32. Пальцы 32 отделены друг от друга зазорами 34, и каждый палец 32 содержит скошенную поверхность 36.

В данном варианте воплощения заклинивающая часть 25 выполнена в виде вставки для штыря 24. В альтернативном варианте исполнения заклинивающая часть 25 может быть также прикреплена к скошенной поверхности 36. Заклинивающая часть 25 может быть, например, приклеена к скошенной поверхности 36 или прикреплена каким-либо другим способом. Заклинивающая сила при использовании устройства прикладывается к скошенной поверхности 36, так как заклинивающая часть 25 охвачена скошенной поверхностью 36, заплечиком штыря 24 и корпусом 28. В результате этого под воздействием заклинивающей части пальцы 32 гнезда 22 прижимаются к штырю 24.

Штырь 24 и гнездо 22 можно перемещать друг относительно друга путем перемещения гнезда относительно штыря 24 и корпуса 28. Штырь 24 фиксируют в корпусе 28. После введения гнезда в корпус 28 и посадки поверх штыря 24, как показано на Фиг.2 и 3, скошенный участок 36 вступает в контакт с кольцеобразной заклинивающей частью 25. Под воздействием заклинивающей части 25 скошенные поверхности 36 пальцев 32 отгибаются внутрь так, что образуется надежный электрический контакт между внутренней поверхностью 30 гнезда 22 и штырем 24. На Фиг.3 схематически стрелками показаны механические силы, действующие в процессе заклинивания. Так как гнездо 22 содержит конусную внутреннюю поверхность, а пальцы 32 гнезда 22 гибкие, то пальцы 32 слегка отгибаются внутрь под действием заклинивающей силы и, следовательно, площадь контакта между штырем 24 и гнездом 22 увеличивается. В варианте воплощения, показанном на Фиг.2, гнездо 22 содержит участок меньшего наружного диаметра, которым окружен участок с самым малым внутренним диаметром 31, что увеличивает упругость пальцев 32 гнезда 22.

Хотя изобретение описано со ссылками на конкретные примеры, специалистам в данной области должно быть понятно, что изобретение может быть осуществлено множеством других способов. Например, в альтернативном варианте воплощения, показанном на Фиг.3, штырь 24 может содержать выпуклую поверхность, а гнездо 22 может содержать прямолинейный канал, выполненный так, чтобы в него можно было вводить штырь. В этом случае заклинивающая часть 25 вызывала бы изгиб пальцев 32 гнезда 22 внутрь относительно вершины кривизны штыря 22. Кроме того, следует иметь в виду, что в альтернативном варианте воплощения гнездо 22 может быть закреплено в корпусе 28, а штырь 24 может быть выполнен так, чтобы его можно было перемещать относительно корпуса 28 и гнезда 22. В этом случае заклинивающая часть 25 может быть, например, выполнена в форме вставки в корпусе 28, которую располагают у скошенной поверхности 36 гнезда 22. Кроме того, в альтернативном варианте воплощения внутренняя поверхность гнезда может быть прямолинейной, а штырь может иметь наружную поверхность, также имеющую прямолинейную форму. Кроме того, штырь может содержать расширяющуюся концевую часть, которая может быть выполнена так, чтобы она расширялась при посадке гнезда на штырь. В этом случае концевая часть штыря может содержать пальцы, а заклинивающая часть может быть расположена по центру у нижней части внутренней поверхности гнезда и выполнена так, чтобы отгибать пальцы штыря наружу и прижимать их к внутренней поверхности гнезда. Устройство может также содержать две или более заклинивающих частей, и как гнездо, так и штырь могут содержать скошенные поверхности. Заклинивающие части могут быть предназначены для прикладывания силы к соответствующим скошенным поверхностям, чтобы прижимать соответствующие противоположные поверхности взаимодействия штыря и гнезда друг к другу.

Изобретение предназначено для присоединения к кабелю машины. Устройство (20) содержит штырь (22) и гнездо (24), каждый из которых содержит поверхность взаимодействия. Один из штыря или гнезда дополнительно содержит поверхность, которая образует скошенную поверхность устройства. Штырь (22) и гнездо (24) можно перемещать друг относительно друга для образования электрического контакта. Устройство дополнительно содержит заклинивающую часть (25), предназначенную для приложения силы к скошенной поверхности путем контакта со скошенной поверхностью при перемещении в положение взаимодействия. Штырь и гнездо выполнены так, чтобы поверхности взаимодействия располагались в противостоящем положении при перемещении в положение взаимодействия и чтобы посредством силы, прикладываемой к скошенной поверхности, одна из противостоящих поверхностей взаимодействия прижималась к другой поверхности взаимодействия. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электрическое соединительное устройство, предназначенное для присоединения к кабелю машины, содержащее штырь и гнездо; каждый из которых содержит поверхность взаимодействия, и один из штыря или гнезда дополнительно содержит поверхность, которая образует скошенную поверхность устройства; причем штырь и гнездо выполнены смещаемыми относительно друг друга из разомкнутого положения в положение взаимодействия, в котором поверхности взаимодействия вводят во взаимодействие для образования электрического контакта; и заклинивающую часть, предназначенную для приложения силы к скошенной поверхности при перемещении в положение взаимодействия и выполненную из упругого материала, в котором штырь и гнездо выполнены так, чтобы поверхности взаимодействия перемещались в положение противостояния при перемещении в положение взаимодействия и чтобы под действием силы, прикладываемой к скошенной поверхности, одна из противостоящих взаимодействующих поверхностей прижималась к другой поверхности взаимодействия.2. Электрическое соединительное устройство по п.1, выполненное с возможностью передачи электрического тока мощностью в несколько сот киловатт.3. Электрическое соединительное устройство по п.1, выполненное с возможностью передачи электрического тока напряжением в один или более киловольт.4. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором одна из взаимодействующих поверхностей выполнена выпукло изогнутой.5. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором заклинивающая часть является частью, отделяемой от штыря или гнезда.6. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором заклинивающая часть приклеена к части штыря или гнезда.7. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из штыря или гнезда содержит краевой участок, содержащий заклинивающую поверхность и имеющий по меньшей мере один зазор, который может расширяться или сужаться при приложении силы к скошенной поверхности посредством заклинивающей части, так, что внешний периметр краевой части расширяется или сжимается соответственно.8. Электрическое соединительное устройство по п.7, в котором гнездо содержит краевой участок.9. Электрическое соединительное устройство по п.7, в котором заклинивающая часть выполнена так, что при перемещении штыря и гнезда относительно друг друга в сопряженное состояние посредством заклинивающей части краевой участок прижимается к штырю, в результате чего штырь и гнездо взаимодействуют с образованием электрического соединения.10. Электрическое соединительное устройство по п.8, в котором гнездо имеет продолговатую форму, а краевой участок является концевой частью.11. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором упругий материал является полимерным материалом.12. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором заклинивающая часть состоит из электропроводящего материала.13. Электрическое соединительное устройство по п.12, в котором упругий материал является резиной.14. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором штырь и гнездо имеют поперечное сечение, по существу, круглой формы.15. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором заклинивающая часть выполнена в виде кольцеобразной части так, что при перемещении штыря и гнезда относительно друг друга в положение взаимодействия посредством заклинивающей части концевая часть гнезда прижимается к штырю.16. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором штырь и гнездо в положение взаимодействия охвачены втулкой.17. Электрическое соединительное устройство по п.16, в котором штырь закреплен во втулке.18. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором гнездо имеет внутреннюю поверхность, имеющую, по существу, одинаковую величину внутреннего диаметра.19. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором гнездо имеет внутреннюю поверхность, содержащую конусообразный участок.20. Электрическое соединительное устройство по п.19, в котором конусообразный участок отделяет область меньшего внутреннего диаметра от области большего внутреннего диаметра.21. Электрическое соединительное устройство по п.19, в котором область меньшего внутреннего диаметра расположена не на конце внутренней поверхности.22. Электрическое соединительное устройство по п.21, в котором область меньшего внутреннего диаметра содержит поверхность взаимодействия и выполнена так, что при приложении силы посредством заклинивающей части к скошенной поверхности область меньшего внутреннего диаметра фрикционно взаимодействует с поверхностью взаимодействия штыря.23. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором штырь имеет наружную поверхность с, по существу, одинаковым размером по наружному диаметру.24. Электрическое соединительное устройство по п.1, в котором штырь имеет наружную поверхность, содержащую конусообразный участок.25. Электрическое соединительное устройство по п.24, в котором конусообразный участок отделяет область меньшего наружного диаметра от области большего наружного диаметра.26. Электрическое соединительное устройство по п.25, в котором область большего наружного диаметра содержит поверхность взаимодействия и выполнена так, что при приложении силы посредством заклинивающей части к скошенной поверхности область большего наружного диаметра фрикционно взаимодействует с поверхностью взаимодействия гнезда.27. Электрическое соединительное устройство по п.26, в котором область большего наружного диаметра расположена не на конце наружной поверхности.28. Электрическое соединительное устройство по п.8, в котором зазор является одним из множества продольных зазоров, которые делят гнездо на три или большее пальцев.29. Электрическое соединительное устройство по п.28, в котором пальцы выполнены, по существу, одинаковыми.30. Электрическое соединительное устройство по п.1, содержащее по меньшей мере две заклинивающие части, причем и первая и вторая части содержат скошенные поверхности; причем заклинивающие части выполнены так, чтобы прилагать силу к соответствующим скошенным поверхностям для прижима соответствующих противостоящих поверхностей взаимодействия друг к другу.31. Способ соединения штыря и гнезда электрического соединительного устройства, предназначенного для присоединения к кабелю машины, при котором перемещают штырь и гнездо относительно друг друга в положение, при котором штырь и гнездо взаимодействуют; причем штырь и гнездо содержат поверхности взаимодействия, и по меньшей мере один из штыря или гнезда содержит дополнительную скошенную поверхность; при этом штырь и гнездо выполнены так, что при взаимодействии поверхность взаимодействия штыря противостоит поверхности взаимодействия гнезда; и заклинивают упругую заклинивающую часть для приложения силы к скошенной поверхности; при этом штырь и гнездо выполняют так, чтобы посредством силы создать прижимание одной из противостоящих поверхностей взаимодействия к другой поверхности взаимодействия для образования электрического контакта.32. Электрическое соединительное устройство, предназначенное для соединения с кабелем машины и содержащее штырь и гнездо, причем штырь и гнездо можно перемещать относительно друг друга, переводя их из разомкнутого положения в положение взаимодействия; причем по меньшей мере один из штыря или гнезда содержит краевой участок, являющийся сжимаемым или расширяемым по меньшей мере в одном направлении; и заклинивающую часть, выполненную из упругого материала так, что при перемещении штыря и гнезда относительно друг друга в положение взаимодействия под воздействием заклинивающей части краевой участок расширяется или сжимается, в результате чего штырь и гнездо взаимодействуют.