JP7614323B2 - 自動調心式の電気コネクターシステム - Google Patents

Description

本発明は、データ伝達及び／またはエネルギー伝達のための自動調心式の電気コネクターシステムに関し、この自動調心式の電気コネクターシステムが、
第１のコネクター部材を有し、この第１のコネクター部材が、複数の低負荷接点要素及び／または高負荷接点要素を有しており、
前記第１のコネクター部材に対して接合可能な、第２のコネクター部材を有し、この第２のコネクター部材が、前記第１のコネクター部材の前記低負荷接点要素及び／または前記高負荷接点要素に対して相補的な低負荷接点要素及び／または高負荷接点要素を有しており、
その際、前記第１のコネクター部材が、複数の位置決めピンを有し、これら位置決めピンが、両方のコネクター部材の互いに相対的な粗位置決めを達成するために、前記第２のコネクター部材の位置決めチャンバー内へと係合するように構成されており、および、
平坦な担持体フレームを有し、この担持体フレームにおいて、前記第１のコネクター部材が、３つの回転的な、および、少なくとも２つの並進的な自由度を有して浮動的に配置されている。

そのようなコネクターシステムは、例えば、電動の自動車の車両用バッテリーのための電気的な結合の製造のために適している。その際、かなり強い横断面強度の高負荷接点要素を介して、比較的に高い電流が、同時に比較的に高い電圧において導かれる。
それに加えて、大抵の場合に、複数の電気的な結合が、データおよび制御信号のために必要とされ、これらデータおよび制御信号が、複数の著しく弱い横断面強度の低負荷接点要素を介して導かれ得る。

この目的のために、電気コネクターシステムが意図され、この電気コネクターシステムは、第１のコネクター部材と第２のコネクター部材とを有しており、これら第１のコネクター部材と第２のコネクター部材とが、複合的に構成された差込みコネクターとして、互いに結合され得る。
第１のコネクター部材と第２のコネクター部材とにおいて、それぞれに、互いに相補的な高負荷接点要素と低負荷接点要素とが配置されており、これら高負荷接点要素と低負荷接点要素とが、コネクター部材の組み立てによって互いに接触状態にされる。

特にこれらコネクター部材が、異なって寸法を設定された接点要素を有している場合、多極の、複合的に構成された差込みコネクターの組み立ては、コネクター部材の組み立ての際に著しい慎重さを必要とする。
高負荷接点要素の組み立てが、ある程度の力を必要とすることは、特に問題である。その際、両方の第１のコネクター部材の傾倒という事態となり、従って、著しく小さな且つ機械的により敏感な電気的な接点要素が損傷されることの危険が存在する。

そのような損傷を回避するために、第１のコネクター部材と第２のコネクター部材とが、これらの相補的な相手側差込みコネクターと、直線的に、意図された差込み方向において組み立てられることは必要である。このことを可能な限り良好に達成するために、いわゆる、自動調心式の電気コネクターが使用される。

冒頭に記載された様式の自動調心式の電気コネクターは、特許文献１から公知である。相手側コネクターに対する調心のために、この特許文献１内において記載されたコネクターは、構造におけるベースプレートの固定のための組み付け手段、並びに、１つの装置を有しており、この装置が、ベースプレートを組み付け手段によって結合し、且つ、相対して摺動可能に結合されている複数のフレームを備えている。このコネクターの構造は、従って、比較的に費用がかかり且つ複雑である。

欧州特許出願公開第２ ８１６ ６７４Ａ１号明細書

その自動調心のための機構が特に簡単に構成されており且つ安いコストで製造可能である、自動調心式の電気コネクターを提供することの課題は、提起される。

この課題は、本発明に従い、
前記第１のコネクター部材が、この第１のコネクター部材の下側面において、互いに向かい合っている方向において側方に突出している複数の平面要素を有し、
これら平面要素が、前記担持体フレームにおいて附設して形成されたばねアームによって、前記担持体フレームの方向に、ばね力によって負荷をかけられること、および、
前記第１のコネクター部材が、前記平面要素の間で、球形ソケットを有し、この球形ソケットが球体を支承しており、この球体が前記担持体フレームに密接していること、
によって解決される。

第１のコネクター部材は、これに伴って、形状による係合状態で、担持体フレームと結合されているのではなく、むしろ、側方に突出している平面要素に作用する複数のばねアームのばね力によって、第１のコネクター部材において支持される。
これら平面要素の間で、第１のコネクター部材は球体の上で支承されており、この球体が、第１のコネクター部材における球形ソケットによって保持され、且つ、この球体が、担持体フレームにおける平坦なウェブの上で転動可能である。

球体は、その際、これらばねアームの間で中央に配置されており、従って、第１のコネクター部材の、基本的に不安定な状態が、平面要素に対して作用するばね力によってバランス保持される。

平面要素の上に載置しているばねアームは、その際、これら平面要素の側方の運動を可能にし、従って、第１のコネクター部材が、担持体フレームの平面に対して平行な運動を実施可能である。このことは、互いに垂直の２つの方向における、担持体フレームに対して相対的な、第１のコネクター部材の並進的な運動を可能にし、並びに、同様にこの第１のコネクター部材の縦軸線を中心としての回転も可能にする。
平面要素の上で弾性的に載置するばねアームは、それに加えて、個々に、垂直の方向において偏位することを可能にし、且つ、従って、ある程度の分量において、第１のコネクター部材の更に別の２つの本体軸線を中心としての傾倒を可能にする。

第１のコネクター部材は、これに伴って、２つの並進的な、および、３つの回転的な自由度を有しており、これら自由度によって、第２のコネクター部材の接合の際に、第１のコネクター部材が、この第２のコネクター部材に対して調心することは可能である。

このことは、差込み工程の容易化を可能にし、且つ、接点要素における損傷を十分に排除する。特に、しかもその上に危険が無い「目に見えない状態での」差込みコネクター部材の組み立てが可能とされ、且つ、それに加えて、ロボットによる互いの差し込みが補助される。

比較的に容易に組み立てられ且つこれに伴ってコストの安い、第１のコネクター部材を可動に担持体フレームにおいて配置されている機構は、特に有利である。

この目的のために、以下で、図に基づいての本発明の実施例を図示し、且つ、詳しく説明する。

自動調心式のコネクターシステムの図である。 第１のコネクター部材および第２のコネクター部材の図である。 第１のコネクター部材および担持体フレームの図である。 コネクターシステムの可能な運動の図である。 担持体フレームにおける、第１のコネクター部材の支承の略図である。 第１のコネクター部材および第２のコネクター部材の接し合っての固定の図である。 第１のコネクター部材および第２のコネクター部材の接し合っての固定の図である。

図１は、略図的にコネクターシステムを示しており、このコネクターシステムが、第１のコネクター部材１０と第２のコネクター部材２０とを有している。そのようなコネクターシステムは、例えば、電動の自動車の車両用バッテリーのための電気的な結合の製造のために適している。

第１のコネクター部材１０が、固定式のコネクター部材として意図されており、且つ、上述の使用状況のために、自動車内において組み付けられることは可能である。この目的のために、担持体フレーム３０が使用され、この担持体フレームが、強固に、自動車の車体と結合される。
ここでカバー５０の下方に図示されている第２のコネクター部材２０は、ここで図示されていない充電ケーブルと結合されており、この充電ケーブルが、自動車の外方に配置された充電装置との電気的な結合の状態にある。

第１のコネクター部材１０および第２のコネクター部材２０において、それぞれ１つの接点担持体１５、２５に複数の電気的な接点要素１１、１２、２１、２２が配置されており、これら電気的な接点要素は、両方のこれらコネクター部材１０、２０において、それぞれに互いに相補的にプラグおよびレセプタクルとして構成されており、且つ、これらコネクター部材１０、２０の組み立てによって、電気的と同様に機械的にも互いに結合されることは可能である。
電気的な接点要素１１、１２、２１、２２は、この図内において、簡略的に、ただそれぞれに１つだけのハウジングによって図示されている。このハウジングの内部における金属的なプラグおよびレセプタクルの図示は省略されている。

自動車に対する充電装置からのエネルギー伝達のための、単極に構成された高負荷接点要素１２、２２と並んで、コネクターシステムは、それぞれのコネクター部材１０、２０において、例示的に、それぞれに２つの多極の低負荷差込みコネクター１１、２１を有しており、これら低負荷差込みコネクターが、例えば、自動車と充電装置との間の制御信号または制御データの伝達のために適している。

特に差込み工程の際に、より小さな且つ機械的により敏感な低負荷差込みコネクター１１、２１を損傷しないために、手動の、または、ロボットにより実施される、第１のコネクター部材１０に対する第２のコネクター部材２０の接合は、ある程度の精度を必要とする。
確かに、差込み工程の際に、コネクター部材１０、２０の大きさおよび複雑な構造に基づいて、精確な調心がただ困難にだけ達成され得、従って、相互の接近の際に、一般的に、両方のコネクター部材１０、２０の、互いに相対的な軽度な位置ずれ及び／または傾倒は、もはやほとんど回避され得ない。

それにもかかわらず、軽い動きの結合を可能とするため、および、同軸でない組み立てによる、電気的な接点要素１１、１２、２１、２２における損傷を防止するために、第１のコネクター部材１０は、担持体フレーム３０において浮動的に配置されており、
従って、この第１のコネクター部材１０が、担持体フレーム３０に対して相対的に、位置ずれ及び／または傾倒し、且つ、このことによって、接合工程の際に、第２のコネクター部材２０に対して調心することは可能である。

図２は、個別部材としての両方のコネクター部材１０、２０を示している。ここで、第１のコネクター部材１０および第２のコネクター部材２０における低負荷接点要素１１、２１のための電気的な導線１７、２７と、並びに、第１のコネクター部材１０および第２のコネクター部材２０における高負荷接点要素１２、２２のための強い横断面強度の接続部１８および電気的な導線２８とが、明確に見て取れ得る。

第１のコネクター部材１０の接点担持体１５において、側方に突出した２つの平面要素１４が認識可能であり、これら平面要素は、互いに反対の方向に延在している。
第１のコネクター部材１０は、図示された平面要素に対して平行に、更に別の、更に２つの平面要素を有しており、これら平面要素が、図２内において、しかしながら、電気的な接点要素１１によって覆い隠されている。

第１のコネクター部材１０は、それに加えて、複数の位置決めピン１３を備えており、両方のコネクター部材１０、２０の互いに相対的な粗位置決めを形成するために、これら位置決めピンが、両方のコネクター部材１０、２０の組み立ての際に、第２のコネクター部材２０の位置決めチャンバー２３内へと係合するように設けられている。

位置決めピン１３は、有利には、円錐形状の端部分１９を有している。これら円錐形状の端部分は、第２のコネクター部材２０における位置決めチャンバー２３内へと装入され、これら円錐形状の端部分が、有利には、それぞれに、１つの円錐形状の中空室として形成されている。
これら円錐形の形状は、位置決めチャンバー２３内への位置決めピン１３の装入を容易化し、且つ、以下で説明される担持体フレーム３０における第１のコネクター部材１０の浮動的な支承と共に、互いの両方のコネクター部材１０、２０の容易な予調心を生じさせる。

更に第１のコネクター部材１０と第２のコネクター部材２０との組み立ての以前に、第１のコネクター部材１０は、浮動的に担持体フレーム３０と結合される。
図３から読み取れるように、担持体フレーム３０は、中央で、横方向に延びる中央のウェブ３６を有しており、このウェブに、側方で、直角に屈曲された２つの載置アーム３４が附設して形成されている。これら載置アーム３４は、第１のコネクター部材１０を弾力的に支持することの機能を満たす。担持体フレーム３０は、この担持体フレームの後方の長手側面において、附設して形成された２つの係止フック３５を有している。

担持体フレーム３０の両方の幅狭側において、それぞれに２つの弾性的なばねアーム３１が配置されており、これらばねアームが、それぞれに、２つのピン状のウェブ３８から形成されており、これらピン状のウェブの端面が、平面状の部分によって結合されており、この平面状の部分が、以下で保持突起部３２と称される。
これら比較的に薄いピン状のウェブ３８は、１つの部材から成るように、担持体フレーム３０の幅狭側と結合されている。

それぞれのばねアーム３１の両方のピン状のウェブ３８の間において、それぞれに、担持体フレーム３０に制限支柱３３が附設して形成されており、これら制限支柱が、これら制限支柱のより中実の構成に基づいて、比較的に強固に、担持体フレーム３０と結合されている。

図４が示しているように、第１のコネクター部材１０において、平面要素１４の間に、附設形成部が配置されており、この附設形成部は、下側へと開放する球形ソケット１６として形成されている。

担持体フレーム３０との第１のコネクター部材１０の接合のために、この球形ソケット１６内に球体４０が装入され、且つ、それに加えて、担持体フレーム３０のウェブ３６（図３）の上に載置される。その後、係止フック３５が第１のコネクター部材１０における図示されていない係止収容部に緩く係止するまで、この第１のコネクター部材１０の平面要素１４は、それぞれに、制限支柱３３の下側、および、弾性的な保持突起部３２の下側へと摺動される。
係止フック３５は、その際、単に、第１のコネクター部材１０を、担持体フレーム３０の横方向に沿っての落下に対して保護することの機能を有しているにすぎず、且つ、更に、この第１のコネクター部材１０と担持体フレーム３０との間の、側方の相対的な運動を制限しない。

担持体フレーム３０における第１のコネクター部材１０の浮動的な支承は、いまや、第１のコネクター部材１０の下側において附設して形成された平面要素１４が、担持体フレーム３０において附設して形成されたばねアーム３１によって、この担持体フレーム３０の方向に、ばね力によって負荷をかけられること、および、
この第１のコネクター部材１０が、それに加えて、球体４０の上で支承されて担持体フレーム３０において支持されること、
によって達成される。

平面要素１４は、従って、弾性的な保持突起部３２の下方に配置されており、これら保持突起部が、これら保持突起部のばね力によって、平面要素１４を、基礎面３９の方向に押圧し、且つ、球体４０の上での支承に基づいてバランス保持する。
このことは、図５の略図的な図によって明瞭に示されている。

中央に配置された球体４０は、例示的に、車両において配置された第１のコネクター部材１０を、担持体フレーム３０における第２のコネクター部材２０の接合方向において支持し、且つ、この担持体フレーム３０における球体４０の載置点を中心として、この第１のコネクター部材１０の傾倒運動および位置ずれ運動を可能にする。
第１のコネクター部材１０において、球体４０の周囲に配置された平面要素１４は、担持体フレーム３０において附設して形成されたばねアーム３１によって担持体フレーム表面の方向に押圧される。ばねアーム３１は、従って、第１のコネクター部材１０を、浮動的に担持体フレーム３０において固定し、その際、しかしながら、回転運動および位置ずれ運動を可能にする。

図４は、記入された矢印によって、ただ、担持体フレーム３０に対して相対的な第１のコネクター部材１０の位置ずれおよび傾倒の若干の可能性だけを示唆している。
運動可能性のより精確な説明のために、図５内において、座標軸ｘ、ｙ、および、ｚを有する、直角の座標系が記入されている。この座標系の原点は、恣意的に、球体４０の中心点に配置されている。
座標軸ｘは、図示平面内における、担持体フレーム３０の基礎面３９に対して平行に延び、ｚ軸線が、縦軸線として、同様に図示平面内において位置しており、これに対して、座標軸ｙ（図内においてただ不完全に図示されている）が、図示平面に対して垂直に整向されている。

球体４０と担持体フレームのばねアーム３１とにおける第１のコネクター部材１０の支承は、ｘ方向およびｙ方向におけるこの第１のコネクター部材１０の並進運動、並びに、ｘ軸およびｙ軸を中心としての傾倒運動、並びに、同様にｚ軸を中心としての回転運動も可能にする。
傾倒運動の幅は、ストッパーとして作用する制限支柱３３によって制限される。ｚ軸を中心としての回転運動の幅の制限のために、担持体フレーム３０のウェブ３６において、垂直に突出しているストッパー要素３７が附設して形成されている（図３）。

ｘ方向およびｙ方向におけるこの第１のコネクター部材１０の並進運動の幅は、担持体フレーム３０の形状によって、必要な分量に対して制限される。

第１のコネクター部材１０と第２のコネクター部材２０との間の広範囲の運動可能性、および、位置決めチャンバー２３に係合する位置決めピン１３による調心によって、両方のコネクター部材１０、２０の間の初期の不正位置は迅速に補償され、且つ、従って、コネクター部材１０、２０の接点要素１１、１２、２１、２２の容易な組み立てが保障される。
接合工程の終了の後、両方のコネクター部材１０、２０の結合は、簡単な方法で、中央に装入される唯一のねじ６０によって固定され得る（図６および７）。

１０ 第１のコネクター部材
１１ 低負荷接点要素
１２ 高負荷接点要素
１３ 位置決めピン
１４ 平面要素
１５ 接点担持体
１６ 球形ソケット
１７ 導線
１８ 接続部
１９ 円錐形状の端部分
２０ 第２のコネクター部材
２１ 低負荷接点要素
２２ 高負荷接点要素
２３ 位置決めチャンバー
２５ 接点担持体
２７ 導線
２８ 導線
３０ 担持体フレーム
３１ ばねアーム
３２ 保持突起部
３３ 制限支柱
３４ 載置アーム
３５ 係止フック
３６ ウェブ
３７ ストッパー要素
３８ ピン状のウェブ
３９ 基礎面
４０ 球体
５０ カバー
６０ ねじ
ｘ、ｙ、ｚ 座標軸

Claims (5)

1. データ伝達及び／またはエネルギー伝達のための自動調心式の電気コネクターシステムであって、この自動調心式の電気コネクターシステムが、
   第１のコネクター部材（１０）を有し、この第１のコネクター部材が、複数の低負荷接点要素（１１）及び／または高負荷接点要素（１２）を有しており、
   前記第１のコネクター部材（１０）に対して接合可能な、第２のコネクター部材（２０）を有し、この第２のコネクター部材が、前記第１のコネクター部材（１０）の前記低負荷接点要素（１１）及び／または前記高負荷接点要素（１２）に対して相補的な低負荷接点要素（２１）及び／または高負荷接点要素（２２）を有しており、
   その際、前記第１のコネクター部材（１０）が、複数の位置決めピン（１３）を有し、これら位置決めピンが、両方のコネクター部材（１０、２０）の互いに相対的な粗位置決めを達成するために、前記第２のコネクター部材（２０）の位置決めチャンバー（２３）内へと係合するように構成されており、および、
   平坦な担持体フレーム（３０）を有し、この担持体フレームにおいて、前記第１のコネクター部材（１０）が、３つの回転的な、および、少なくとも２つの並進的な自由度を有して浮動的に配置されている、
   上記自動調心式の電気コネクターシステムにおいて、
   前記第１のコネクター部材（１０）が、この第１のコネクター部材の下側面において、互いに向かい合っている方向において側方に突出している複数の平面要素（１４）を有し、
   これら平面要素（１４）が、前記担持体フレーム（３０）において附設して形成されたばねアーム（３１）によって、前記担持体フレーム（３０）の方向に、ばね力によって負荷をかけられること、および、
   前記第１のコネクター部材（１０）が、前記平面要素（１４）の間で、球形ソケット（１６）を有し、この球形ソケットが球体（４０）を支承しており、この球体が前記担持体フレーム（３０）に密接していること、
   を特徴とする自動調心式の電気コネクターシステム。
2. 前記位置決めピン（１３）は、円錐形状の端部分（１９）を有していることを特徴とする請求項１に記載の自動調心式のコネクター。
3. 前記位置決めチャンバー（２３）は、円錐形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動調心式のコネクター。
4. 前記担持体フレーム（３０）において、制限支柱（３３）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自動調心式のコネクター。
5. 前記第２のコネクター部材（２０）における前記第１のコネクター部材（１０）の固定は、ねじ（６０）によって行われることを特徴とする請求項１に記載の自動調心式のコネクター。

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