Компоновка шин нагрузки и способ ее производства

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении монтажа. Способ производства матричной компоновки (4) шин нагрузки включает в себя размещение множества проводников (2) нагрузки в теплопроводной подложке (6), размещение фрагмента соединителя (14) нагрузки в теплопроводной подложке и электрическое соединение проводников нагрузки с фрагментом соединителя нагрузки в теплопроводной подложке. 4 н.п. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Эта заявка заявляет преимущество предварительной патентной заявки США порядковый № 61/670,741, зарегистрированной 12 июля 2012 года, которая включена по ссылке в данный документ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Раскрытая концепция относится, в целом, к модулям нагрузки, а более конкретно, к компоновкам шин нагрузки для таких модулей нагрузки. Раскрытая концепция дополнительно относится к способам производства компоновок шин нагрузки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Патент США № 8,094,436 раскрывает панель прерывателей цепи сменного исполнения, включающую в себя кожух, структуру электрической шины, соединенную с кожухом, и множество первых сменных элементов, соединенных со структурой электрической шины. Множество прерывателей цепи включает в себя первую поверхность и второй сменный элемент, расположенный напротив первой поверхности. Второй сменный (штепсельный) элемент каждого из множества прерывателей цепи состыкован с соответствующим одним из множества первых сменных элементов. Пластинчатый элемент съемным образом присоединяется к кожуху. Пластинчатый элемент включает в себя первую поверхность и противоположную вторую поверхность. Первая поверхность множества прерывателей цепи зацепляет противоположную вторую поверхность пластинчатого элемента для того, чтобы поддерживать сопряжение каждого из множества прерывателей цепи с соответствующим одним из множества первых сменных элементов.

Задняя сторона панели прерывателей цепи сменного исполнения включает в себя первый и второй фидеры для системы трехфазного переменного тока (AC). Типично, для каждого из фидеров может присутствовать один трехполюсный AC-прерыватель цепи и множество однополюсных AC-прерывателей цепи для каждой из трех фаз. Например, каждый из фидеров является трехконтактным клеммным блоком, имеющим три силовые клеммы для трех фаз соответствующего фидера. Первая поверхность структуры электрической шины находится близко к множеству первых сменных элементов, и фидеры и их силовые клеммы соединяются с противоположной второй поверхностью вместе с множеством соединителей нагрузки. Соединители нагрузки включают в себя выводы нагрузки (например, нагрузки) от соответствующих прерывателей цепи, ассоциированных с соответствующими фидерами. Аналогичным образом, силовые входы (например, линии) к соответствующим прерывателям цепи ассоциируются с соответствующими фидерами. Структура электрической шины (например, множество ее внутренних силовых слоев) подходящим образом маршрутизирует выводы нагрузки от различных прерывателей цепи и силовые входы к ним.

В то время как фидеры непосредственно соединяются со структурой электрической шины в соответствующих клеммных блоках и на их силовых клеммах, выводы нагрузки от прерывателей цепи электрически соединяются между структурой электрической шины и соответствующими соединителями нагрузки посредством множества раздельных проводников или ленточного кабеля. В результате, необходима ручная операция, чтобы электрически соединять выводы нагрузки между структурой электрической шины и соответствующими соединителями нагрузки. Также соединители нагрузки и раздельные проводники или ленточный кабель значительно увеличивают размер панели прерывателей цепи сменного исполнения.

Следовательно, существует пространство для улучшения в панелях прерывателей цепи.

Также существует пространство для улучшения в компоновках шин нагрузки панелей прерывателей цепи.

Существует дополнительное пространство для улучшения в способах производства компоновок шин нагрузки панелей прерывателей цепи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эти и другие проблемы разрешаются посредством аспектов раскрытой концепции, которые помещают множество проводников нагрузки в теплопроводной подложке; помещают фрагмент соединителя нагрузки в теплопроводной подложке; и электрически соединяют проводники нагрузки с фрагментом соединителя нагрузки в теплопроводной подложке.

В соответствии с одним аспектом раскрытой концепции матричной компоновка шин нагрузки содержит: теплопроводную подложку; множество проводников нагрузки, расположенных в теплопроводной подложке; и фрагмент соединителя нагрузки, расположенного в теплопроводной подложке, при этом проводники нагрузки электрически соединяются с фрагментом соединителя нагрузки в теплопроводной подложке.

В соответствии с другим аспектом раскрытой концепции способ производства матричной компоновки шин нагрузки содержит: размещение множества проводников нагрузки в теплопроводной подложке; размещение фрагмента соединителя нагрузки в теплопроводной подложке; и электрическое соединение проводников нагрузки с фрагментом соединителя нагрузки в теплопроводной подложке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Полное понимание раскрытия сущности может быть получено из нижеприведенного описания предпочтительных вариантов осуществления при прочтении в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1A - это изометрический вид множества миниатюрных токопроводящих дорожек для матричной компоновки шин нагрузки в соответствии с вариантами осуществления раскрытой концепции.

Фиг. 1B - это покомпонентный изометрический вид миниатюрных токопроводящих дорожек на фиг. 1A, теплопроводной подложки и соединителя нагрузки для матричной компоновки шин нагрузки в соответствии с другим вариантом осуществления раскрытой концепции.

Фиг. 1C - это изометрический вид миниатюрных токопроводящих дорожек и соединителя нагрузки на фиг. 1B.

Фиг. 2A и 2B - это изометрический вид и боковой вид в вертикальной проекции, соответственно, показывающие токопроводящие дорожки нагрузки матричной компоновки шин нагрузки модуля нагрузки в сборе в соответствии с другим вариантом осуществления раскрытой концепции.

Фиг. 3A и 3B - это изометрический вид и боковой вид в вертикальной проекции, соответственно, панели прерывателей цепи, включающей в себя модуль нагрузки в сборе с внедренными фидерными слоями и матричной компоновкой шин нагрузки на фиг. 2A.

Фиг. 4 - это вид сверху панели прерывателей цепи на фиг. 3A с крышкой, снятой, чтобы показывать соединитель нагрузки.

Фиг. 5A и 5B - это изометрический вид и боковой вид в вертикальной проекции, соответственно, модуля задней панели, включающей в себя внедренные фидерные слои и матричную компоновку шин нагрузки с фиг. 2A.

Фиг. 6 - это вид сверху внедренных фидерных слоев модуля задней панели с фиг. 5 с удаленной матричной компоновкой шин нагрузки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Когда применяется в данном документе, выражение "число" должно означать один или целое число, большее, чем один (т.е. множество).

При использовании в данном документе, такое выражение, что две или более частей "соединены (connected)" или "сцеплены (coupled)" между собой, должно означать, что части либо объединяются непосредственно, либо объединяются через одну или более промежуточных частей. Дополнительно, при использовании в данном документе, такое выражение, что две части "присоединены (attached)", должно означать, что части соединяются непосредственно.

Раскрытая концепция применяет миниатюрные токопроводящие дорожки, внедренные в теплопроводящую подложку как часть способа конструирования и автоматического электрического соединения соединителя нагрузки с множеством миниатюрных токопроводящих дорожек матрицы шин нагрузки. Этот способ упрощает конструкцию модуля нагрузки и обеспечивает достаточные преимущества в размере, глубине и весе по сравнению с известными способами компоновки проводного межкомпонентного соединения.

Раскрытая концепция предпочтительно предоставляет: (1) 100% теплопроводную заднюю панель; и (2) 100% встроенное решение проводников нагрузки.

Материалы миниатюрных токопроводящих дорожек могут быть, например, медью или алюминием.

Материалы теплопроводящей подложки могут быть относительно высокотермостойкими полимерами типа жидкокристаллического полимера (LCP) или полиэфирэфиркетона (PEEK).

Раскрытие сущности описывается в связи со сверхминиатюрными автоматическими прерывателями цепей воздушного судна, хотя раскрытие сущности является применимым к широкому диапазону различных автоматических прерывателей для широкого диапазона различных вариантов применения. Такие автоматические прерыватели могут использоваться, например, и без ограничения, в системах переменного тока воздушного судна, имеющих типичную частоту приблизительно в 400 Гц, но также могут быть использованы в системах постоянного тока. Также должно быть очевидным, что раскрытие сущности является применимым к другим типам панелей автоматических прерывателей, включающих в себя панели автоматических прерывателей, используемые в системах переменного тока, работающих на других частотах; к большим автоматическим прерывателям, таким как миниатюрные коммунально-бытовые или промышленные автоматические прерыватели; и к широкому диапазону вариантов применения автоматических прерывателей, таких как, например, коммунально-бытовые, коммерческие, промышленные, аэрокосмические и автомобильные варианты применения. В качестве дополнительных неограничивающих примеров, возможна как работа на переменном токе (например, без ограничения, 120, 220, 480-600 В переменного тока) в широком диапазоне частот (например, без ограничения, 50, 60, 120, 400 Гц и более высокие или низкие частоты), так и работа на постоянном токе (например, без ограничения, 42 В постоянного тока). В качестве еще дополнительных неограничивающих примеров возможны однофазная и многофазная (например, без ограничения трехфазная) работа.

Миниатюрные токопроводящие дорожки 2 матричной компоновки 4 шин нагрузки (фиг. 1B и 1C) подходящим образом внедряются в теплопроводную подложку 6 (фиг. 1B). Например, и без ограничения, теплопроводная подложка 6 подходящим образом формуется или подвергается механической обработке, чтобы иметь канавки 8 и отверстия 10 для приема миниатюрных токопроводящих дорожек 2, как показано на фиг. 1B. Соответствующий модуль 12 нагрузки (фиг. 2A и 2B) заменяет известный модуль нагрузки предшествующего уровня (не показан), имеющий раздельную проводку, сформированную посредством накладного формования в уретане и прикрепленную к встроенной секции питания через колодки. См., например, патент США № 8,094,436, который содержится по ссылке в данном документе.

Раскрытый способ упрощает конструкцию матричной компоновки 4 шин нагрузки и, таким образом, модуля 12 нагрузки. Это предоставляет возможность, например, внедрения миниатюрных токопроводящих дорожек 2, которые функционируют в качестве проводников нагрузки, в отформованную теплопроводную подложку 6 (например, без ограничения, жидкокристаллический полимер (LCP), такой как теплопроводный пластик CoolPoly® E-серии, продаваемый на рынке компанией Cool Polymers, Inc. из Северного Кингстона, Род-Айленд; подходящая теплопроводная и электроизоляционная эпоксидная смола), которая уплотняет и изолирует проводники нагрузки.

Альтернативно, если теплопроводная подложка 6 подвергается механической обработке, тогда проводники нагрузки могут быть герметизированы и изолированы (например, проводник помещается в канал и герметизируется и изолируется от других проводников и от внешнего окружения) посредством применения подходящего герметизирующего материала (не показан), такого как, например, и без ограничения, лента, клей или эпоксидная смола. Например, материал является электроизоляционным с клеем на обеих сторонах и является относительно очень тонким (например, без ограничения, 0,005 дюйма) и соответствует подложке 6 и дорожкам 2.

Миниатюрные токопроводящие дорожки 2 могут быть автоматически соединены с соединителем 14 нагрузки и его штырьками 15 нагрузки (фиг. 1B и 1C) посредством крепления и посредством применения традиционного процесса пайки волной припоя. Например, проводники нагрузки помещаются в теплопроводной подложке 6 во время формования, и соединитель 14 нагрузки крепится, чтобы иметь точное местоположение и подгонку. Затем, матричная компоновка 4 шин нагрузки подается через соответствующую станцию пайки волной припоя (не показана), чтобы электрически соединять штырьки 15 соединителя нагрузки и соединитель 14 нагрузки с дорожками 2 проводника нагрузки. Альтернативно, это может быть ручной операцией, но она будет невыгодной по стоимости. Это устраняет двухточечные соединения проводки (например, без ограничения, обжатия; ручную пайку). Раскрытая концепция добавляет примерно другие 0,25 дюйма глубины слоев 16 теплопроводной подложки нагрузки, которые непосредственно соединяются с фидерными слоями 18 модуля 12 нагрузки (фиг. 2A, 2B, 3A и 3B). Кроме того, значительное общее уменьшение глубины приблизительно до 1-2 дюймов с приблизительно 4-5 дюймов исходной глубины обеспечивается для соответствующей панели 20 прерывателя цепи (фиг. 3A, 3B и 4).

Фиг. 4 показывает панель 20 прерывателя цепи с ее крышкой 22 (показана на фиг. 3A и 3B), снятой, чтобы показывать соединитель 14 нагрузки.

Фиг. 5A и 5B показывают модуль 24 задней панели для панели 20 прерывателей цепи.

Различные возможные способы помещения проводников нагрузки в теплопроводной подложке 6 включают в себя: (1) накладное формование миниатюрных токопроводящих дорожек 2 в теплопроводной подложке 6; (2) ручное размещение миниатюрных токопроводящих дорожек 2 в теплопроводную подложку 6; и (3) размещение с автоматизированной катушечной намоткой, если миниатюрные токопроводящие дорожки 6 имеют подходящее поперечное сечение (например, без ограничения, плоское; круглое; квадратное). Например, для последнего способа, непокрытый проводник нагрузки (не показан) помещается с помощью управляемого посредством CNC (x, y, z) намоточного механизма (не показан), так что размещенная жила провода (например, 2 на фиг. 2A) отрезается и размещается без использования ручного труда производственных рабочих. Автоматизированное размещение с намоткой подходит для крупносерийного производства, подобно механизму подачи проволоки. При этом точно подается отрезок провода (не показан) в сопло (не показано), которое является CNC-управляемым, чтобы размещать проводник (например, 2 на фиг. 1A) в канавке 8 (фиг. 1B) в теплопроводной подложке 6 (фиг. 1B).

Хотя подробно описаны конкретные варианты осуществления раскрытия сущности, специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что различные модификации и альтернативы для этих подробностей могут быть разработаны в свете общих идей раскрытия сущности. Соответственно, конкретные раскрытые компоновки должны быть только иллюстративными, а не ограничивающими касательно объема раскрытия сущности, для которого должен предоставляться полный охват прилагаемой формулы изобретения и всех без исключения ее эквивалентов.

1. Матричная компоновка (4) шин нагрузки, содержащая:

теплопроводную подложку (6);

множество проводников (2) нагрузки, размещенных в теплопроводной подложке; и

фрагмент соединителя (14) нагрузки, размещенный в теплопроводной подложке, причем соединитель нагрузки включает в себя вывод нагрузки от прерывателя цепи;

при этом проводники нагрузки электрически соединяются с фрагментом упомянутого соединителя нагрузки в теплопроводной подложке.

2. Матричная компоновка (4) шин нагрузки по п. 1, при этом упомянутые проводники нагрузки являются множеством миниатюрных токопроводящих дорожек (2).

3. Матричная компоновка (4) шин нагрузки по п. 2, при этом упомянутые миниатюрные токопроводящие дорожки формируются посредством накладного формования в теплопроводной подложке.

4. Матричная компоновка (4) шин нагрузки по п. 2, при этом упомянутые миниатюрные токопроводящие дорожки имеют плоское поперечное сечение.

5. Матричная компоновка (4) шин нагрузки по п. 2, при этом упомянутые миниатюрные токопроводящие дорожки имеют круглое поперечное сечение.

6. Матричная компоновка (4) шин нагрузки по п. 2, при этом упомянутые миниатюрные токопроводящие дорожки имеют квадратное поперечное сечение.

7. Модуль (12) нагрузки, содержащий матричную компоновку (4) шин нагрузки по п. 1.

8. Панель (20) прерывателей цепи, содержащая:

крышку (22); и

модуль (24) задней панели, содержащий матричную компоновку шин нагрузки по п. 1.

9. Способ производства матричной компоновки (4) шин нагрузки, содержащий этапы, на которых:

помещают множество проводников (2) нагрузки в теплопроводной подложке (6);

помещают фрагмент соединителя (14) нагрузки в теплопроводной подложке, причем соединитель нагрузки включает в себя вывод нагрузки от прерывателя цепи; и

электрически соединяют проводники нагрузки с фрагментом соединителя нагрузки в теплопроводной подложке.

10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий этап, на котором применяют множество миниатюрных токопроводящих дорожек (2) в качестве упомянутого множества проводников нагрузки.

11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором формируют посредством накладного формования миниатюрные токопроводящие дорожки в теплопроводной подложке.

12. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором вручную помещают миниатюрные токопроводящие дорожки в теплопроводной подложке.

13. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором автоматически помещают миниатюрные токопроводящие дорожки в теплопроводную подложку.

14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этапы, на которых:

применяют миниатюрные токопроводящие дорожки, имеющие плоское, круглое или квадратное поперечное сечение;

применяют размещение с помощью автоматизированной катушечной намотки в качестве упомянутого автоматического размещения.

15. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором автоматически соединяют миниатюрные токопроводящие дорожки с фрагментом соединителя нагрузки посредством зажимного приспособления и посредством пайки волной припоя.