专利名称：柔性至刚性线缆的筒式接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及压缩套筒。具体而言，本发明涉及用于拼接具有
不同扭力柔度的导体的压缩套筒。
背景技术：
压缩套筒或接头在配电网中用于连结导体。接头连接件已经 过改进，以允许拼接不同直径、不同截面和不同几何形状的电导体。 为了允许这些拼接，已使用了套筒-导体-缩小的转接器组件。其它形 式的电连接器例如母线和接线盒，已被用来形成这些电连接。
进行拼接。不允许拼接这样的导体防止;用刚性^缆替^^高度柔性的 线缆，除非使用带有母线的接线盒或将桨状接线片(paddle lug)栓接在 一起。不允许这样是因为当沿轴向向电连接器施加力(脱出力)时该连 接器失效。作为备选，不允许这样还因为当承受静态加热和/或循环电 流时电连接器无法维持^L定的调节温度。诸如Underwriter Laboratories Standard 486 (UL 486)和International Electrotechnical Commission 61238(IEC61238)的标准，确定了当承受静态加热和/或循环电流时最 小的脱出力阻力和/或最大的温升额定值。对于尺寸为30 AWG(美国 线规)至2000kcml(千圓密耳)的铜线和/或铝线，根据UL486，脱出阻 力值对于1分钟从1.5 lbs(磅)变化至2000 lbs。同样根据UL 486，对 于静态加热电流，最大温升不应超过50。C，或者对于循环电流，不应 超过125 °C。近来，风力涡轮机作为环境安全且成本较低的替代能源越来越受到关注。在这种关注程度日益增长的情况下，人们对发展可靠和
高效的风力涡轮才;U故出了相当大的努力。通常，风力涡轮机包括经由轮毂联接到转子上的多个叶片。
转子安装在壳体或机舱内，壳体或机舱定位于管状塔架或基座的顶 部。这些转子上的叶片将风能转变成驱动转子的转动转矩或转动力， 而转子可转动地联接至发电机上。转子通过轴承由塔架支承，该轴承
包括联接至转动部分上的固定部分。轴承承受多种载荷，包括转子的 重量、从轴承处悬臂布置的转子力矩载荷、非对称载荷，例如水平及 剪切的非对称载荷，偏4元未对准以及自然湍流。 在风力涡轮机行业中，需要具有显著扭力柔度的高度柔性的 线缆来适应机舱围绕塔架的转动。扭力柔度与扭转刚度相反；扭转刚 度定义成包括，当梁的另一端保持固定时，在梁的一端绕着梁的形心 轴线所施加的转矩与所形成的扭转角度之比。在不需要带有母线的接 线盒或栓接在一起的桨状接线片的情况下，不能用具有较小的扭力柔 度的刚性线缆来替代高度柔性的线缆，导致产品的材料成本增加、安 装时间延长、维护需求增加、安装的复杂性增加和/或增加风力涡轮机 系统的高度柔性线缆的长度和/或接线盒或栓接的桨状接线片的费用 和用途。
发明内容
本发明提供了连接压缩套筒的方法、压缩套筒以及制造压缩 套筒的工艺方法，该压缩套筒允许用刚性线缆替代高度柔性的线缆。
根据一个实施例， 一种连接导体的方法包括以下步骤将第 一导体插入压缩套筒的第 一端，将第二导体插入压缩套筒的第二端， 以及对压缩套筒进行压接(crimping)。在该实施例中，第 一导体比第二 导体具有更高的扭力柔度。 根据另一个实施例，压缩套筒包括靠近压缩套筒第一端构造 成用以容纳第一导体的第一导体容纳凹部(pocket)，以及靠近压缩套筒第二端构造成用以容纳第二导体的第二导体容纳凹部。在实施例中， 压缩套筒构造成可压接的。第一导体容纳凹部包括第一中心孔，第二 导体容纳凹部包括第二中心孔，以及第一导体和第二导体在扭力柔度 方面有所不同。#4居又一个实施例，制造压缩套筒的工艺方法包括以下步 骤提供带有第一端和第二端的管状体，该第一端和第二端由大体为 管状的外周部分所限定，带有靠近第一端的第一导体容纳凹部和靠近 第二端的第二导体容纳凹部；将具有第 一截面面积的第 一导体插入第 一导体容纳凹部；将具有第二截面面积的第二导体插入第二导体容纳 凹部；对压缩套筒进行压接；提供用以使第一导体、笫二导体或第一 导体和第二导体脱出的作用力；测量压缩套筒的脱出阻力；超出对于 压缩套筒的脱出阻力的失效点；识别失效的导体；以及对压缩套筒进 行构造来提高对于脱出阻力的失效点。在实施例中，第一导体容纳凹 部部分地由第一孔限定，而第二导体容纳凹部部分地由第二孔限定。 第一孔具有第一内径，而第二孔具有第二内径。对压缩套筒进行压接， 以将导体紧固在孔中。第一导体和第二导体在扭力柔度方面有所不 同。失效的导体基于第一导体或第二导体是否失效来确定。
本发明的有利之处在于能够用刚性线缆替代高度柔性的线 缆，而无需带有母线的接线盒或将桨状接线片栓接在一起。
本发明的另 一 个有利之处在于降低产品的材料成本。
本发明的又一个有利之处在于缩短安装时间。
还一个有利之处在于降低安装的复杂性。
还一个有利之处在于对于风力涡轮机无需过多的高度柔性 线缆。还一个有利之处在于超出了预定的脱出要求。 还一个有利之处在于因移除了接线盒和桨状接线片而改善
的阻抗。还一 个有利之处在于降低了修理要求。
—个不同的有利之处在于更便于修理。 另 一个不同的有利之处在于减少了停机时间。本文公开了该方法和系统的其它方面。根据以下详细描述和
附图，本领域技术人员将懂得和理解以上所讨论的特征，以及本发明
的其它特征和有利之处。
图1显示了根据本发明的压缩套筒的示范性实施例的侧视 图。 图2显示了根据本发明的压缩套筒的示范性实施例的侧视 图，显示了串联的压缩套筒。 图3显示了根据本发明的压缩套筒的另一个示范性实施例的 侧一见图。 图4显示了根据本发明的压缩套筒的又一个示范性实施例的 侧视图。 图5显示了根据本发明的压缩套筒的又一个示范性实施例的 侧-观图。 图6显示了根据本发明的压缩套筒的附加的示范性实施例的 侧-现图。 图7显示了根据本发明的压缩套筒的另一个附加的示范性实 施例的侧视图。 在任何可能的情况下，相同的附图标记将在整个附图中用来 表示相同的零件。
具体实施例方式本发明将在以下参照附图更全面地进行描述，在附图中显示了本发明的优选实施例。然而，本发明可以许多不同的形式实施，并
且不应解释为受限于本文所阐述的实施例；而是这些实施例的提供使 得本发明更为详尽和完整，并向本领域的技术人员全面地传达了本发 明的范围。 图1显示了根据本发明的压缩套筒102的实施例(用语"压 缩套筒"包括用语"压缩接头，，和"筒式接头，，)。在该实施例中，压 缩套筒102是带有第一端106和第二端108的管状体。如图所示，第 一端106可包括渐缩形部分103，而第二端108也可包括渐缩形部分 104。压缩套筒102由大体为管状的外周部分110所限定。压缩套筒 102包括靠近第一端106的第一导体容纳凹部130，以及靠近第二端 108的第二导体容纳凹部132。第一导体容纳凹部130部分地由第一 中心孔112限定，该第一中心孔112构造成用以允许将具有第一截面 面积(未示出)的第一导体116插入第一端106;以及部分地由第一部分 120限定，该第一部分120构造成用以在第一导体116完全插入第一 导体容纳凹部130时邻接第一导体116。第二导体容纳凹部132部分 地由第二中心孔114限定，该第二中心孔114构造成用以允许将具有 第二截面面积(未示出)的第二导体118插入第二端108;以及部分地由 第二部分122限定，该第二部分122构造成用以在第二导体118完全 插入第二导体容纳凹部.132时邻接第二导体118。第一导体容纳凹部 130和第二导体容纳凹部B2在压缩套筒102的中心124处交汇。在 图l显示的实施例中，第一部分120和第二部分122在几何形状上为 圆锥形；然而，如图3至图7所示，第一部分:120和/或第二部分122 可具有任何其它几何形状，包括但不限于截头圆锥形(参见图3)、台阶 形(参见图4)、带有多个孔(参见图5)、带有一个孔(参见图6)、平坦状 (参见图7)以及任何其它几何构型。另外，第一部分120和第二部分 122的几何形状可有所不同。 在图1显示的实施例中，第一导体容纳凹部130包括第一孔 径126,而第二导体容纳凹部132包括第二孔径128。第一孔径126和第二孔径128可有所不同。导体容纳凹部130、 132具有对应于相 应导体的尺寸、几何形状和长度。在其它实施例中，导体容纳凹部130、 132通过包括如在美国专利No.6,310，292中所公开的转接器而进行改 变，以容纳不同尺寸的导体1:16、 118,其中该美国专利No.6，310,292 于995年:1月20日提交("Osbom"),其通过引用整体结合到本文中。 在另外的实施例中，导体容纳凹部130、 132可改变成容纳不同几何 形状或长度的导体。此外，在其它的实施例中，转接器可由不同于导 体116、 118的材料或结构构成。再次参照图1，在所示实施例中，压缩套筒102通常包括可 延展的、可变形的材料，该材料不容易腐蚀、不产生应力松弛，并且 可耐受在风力涡轮机中使用的条件。例如，在图l显示的实施例中， 压缩套筒102包括带有镀锡涂层的铝材。压缩套筒102的材料并不限 于此，并且可包括任何可延展的、可变形的材料。在所示实施例中，
第一中心孔:ii2和第二中心孔114利用本领域所熟知的接合剂进行处
理。例如，PenetroxTM A13(—种合成基媒介物，锌颗粒悬浮在媒介物 中)可用于处理第一中心孔112和第二中心孔114，以防止氧化。这种 合成基媒介物特别地与铝导体一起使用。如本领域技术人员所理解的 那样，在其它实施例中，压缩套筒102可包括其它材料，并且可通过 其它方式处理。 在由图1显示的实施例中，压缩套筒102构造成用以通过允 许导体116、 118插入压缩套筒102的端部106、 108来连接导体116、 118。在插入压缩套筒102的端部106、 108时，导体116、 118通过 朝向压缩套筒102的中心124滑动而可滑动地与压缩套筒102的中心 孔112、 114接合，由此允许压缩套筒102的部分120、 122邻接导体 116、 118。在完全插入时，导体116、 118大致塞满导体容纳凹部130、 32。为了改善电性能，在另一个实施例中，导体116、 118可在
插入压缩套筒102之前进行擦刷(scratch bmshing)。擦刷是本领域:技术人员所熟知的磨光导电材料表面的工艺方法。该过程尤其适用于铝导 体。在图l显示的实施例中，在导体116、 118正确地定位到压 缩套筒102中时，压缩套筒102通过使外周部分110变形并使导体容 纳凹部塌陷收缩而进行压接，以产生对于导体的过盈配合。在一个实 施例中，压接通过使用压接工具进行。在该实施例中，压接工具可以 是无模的，或者需要一套模具。压接工具能够在任一时刻进行一次或 多次压接。与使用带有总线的接线盒或使两个单独的桨状接线片压接 并将它们栓接在一起相比，压接一个压缩套筒102可降低阻抗。另夕卜， 压接压缩套筒102应防止导体116、 118从压缩套筒102中脱出。
压缩套筒102的上述特征提供了防止导体116、 U8从压缩 套筒102中脱出的额外手段，因为导体116、 U8在扭力柔度方面有 所不同。所示压缩套筒102的实施例应当满足Underwriter Laboratories Standard 486 (保险商测试所标准UL 486)和/或International Electrotechnical Commission 61238(国际电工委员会IEC 61238))的脱 出要求。在所示实施例中，脱出要求可超出UL 486的八至九倍。如 果压缩套筒不能耐受脱出力或压接载荷，则导致飞弧(over-flash,飞弧 导致导体材料沿着压缩套筒02的轴线渗出，或者在压缩套筒102中 产生凸起或尖锐的边缘)和/或导致断股(brok:en strands)。
再次参照图1,压缩套筒102通过改变孔112、 114的直径、 通过改变压缩套筒102的轮廓和/或通过改变压接工具和/或模具组而 构造成用以防止飞弧及断股。这些改变是基于设计成用以满足UL 486 或IEC61238的测试结果而进行的。尽管较大直径的孔通常对应于具 有较小扭力柔度的导体116、 118,但需要对具体材料和/或结构的导 体进行测试以确保满足UL486或其它标准。通常，制造压缩套筒102 的工艺方法包括将第一导体116插入第一导体容纳凹部130，将第 二导体118插入第二导体容纳凹部132，对压缩套筒102进行压接， 测量压缩套筒102的脱出阻力，超出对于压缩套筒102的脱出阻力的失效点，识别失效的导体，以及产生重新设计的套筒，以提高对于脱 出阻力的失效点，其中，失效的导体基于作用到第一导体上的力或作 用到第二导体的力是否导致飞弧或断股来确定。重新设计的套筒大致
与压缩套筒102相同，但是具有基于导体失效而进行的改变。
当对压缩套筒102进行测试时，如果导体116由于飞弧和/ 或断股而失效，则在一个实施例中，重新设计的套筒(未示出)的孔径 126将更大，但孔径128将保持不变。当压缩套筒102进行测试时， 如果导体118由于飞弧和/或断股而失效，则在一个实施例中，重新设 计的套筒(未示出)的孔径128将更大，但孔径126将保持不变。然后， 对重新设计的套筒进行测试，以确定满足UL 486或其它预定的力和/ 或热学要求。重复该过程，直到重新设计的套筒超出UL 486标准或 其它预定的力和/或热学要求。当确定了对于重新设计的套筒满足UL 486和/或IEC 61238的适当的设计时，则采用该设计来制造另外的压 缩套筒102。 当对压缩套筒102进行测试时，如果导体116由于飞弧和/ 或断股而失效，则在另一个实施例中，重新设计的套筒(未示出)的外 周部分110在包围导体118的部分上将会更大，但在包围导体116的 部分上将保持相同。当压缩套筒102进行测试时，如果导体118由于 飞弧和/或断股而失效，则在另一个实施例中，重新设计的套筒(未示 出)的外周部分110在包围导体116的部分上将会更大，但在包围导体 118的部分上将保持相同。然后，对重新设计的套筒进行测试，以确 定满足UL 486或其它预定的力和/或热学要求。重复该过程，直到重 新设计的套筒超出UL 486标准或其它预定的力和/或要求。当确定了 对于重新设计的套筒满足UL 486和/或IEC61238的适当的设计时， 则采用该设计来制造另外的压缩套筒102。 当对压缩套筒102进行测试时，如果导体116由于飞弧和/ 或断股而失效，则在另一个实施例中，改变与压缩套筒102对应的压 接工具(或压接工具内相应的模具组)，以^_使力重新分布和/或增加/降低作用到包围第二导体118的压缩套筒:102部分上的力的大小。当
对压缩套筒102进行测试时，如果导体118由于飞弧和/或断股而失效， 则在一个实施例中，改变与压缩套筒102对应的压接工具(或压接工具 内相应的模具组)，以便使力重新分布和/或增加/降低作用到限制第二 导体118的压缩套筒102部分上的力的大小。然后，对新的压缩套筒 102进行测试，以确定满足UL 486或其它预定的力和/或热学要求。 重复该过程，直到压缩套筒102超出UL 486标准或其它预定的力和/ 或热学要求。当确定对于压缩套筒102满足UL 486和/或IEC 61238 的适当的设计时，则采用该设计来制造另外的压缩套筒102。
再次参照图1,压缩套筒102的导体116、 118在扭力柔度等 级上有所不同。在所示实施例中，第一导体116具有比第二导体118 更高的扭力柔度。对于用作导体116、 118的多细丝结构，用语"扭 力柔度"还包括结构的细丝之间的相对运动。导体116、 118的扭力 柔度基于使用不同的材料或使用不同的导体116、 118结构致密性(下 面解释)而有所不同。 关于不同的材料，第 一导体116的材料和第二导体118的材 料为导电材料。任何不同材料之间的扭力柔度的等级也应当不同，至 少稍微不同。导体材料必须具有足够的强度，以抵抗与UL 486和/或 IEC 61238相关联的脱出测试，必须高效地导电，以及必须满足具体 应用场合的扭力柔度的需求。用于第一导体116的导电材料包括但不 限于铜、铜合金(包括黄铜或青铜)、铝、铜覆层的铝、铝合金、锰、 钼、镍、银、钛、铁、钢、导电聚合物及任何其它的导电材料。用于 第二导体.18的材料可以是与用于第一导体11.6的导电材料不相同的 导电材料，但选自用于第一导体ri6的相同的导电材料组。在一个实 施例中，第一导体16的材料为铜，由此要求第二导体118由铜之外 的导电材料(例如铝)构成。对于第一导体116和第二导体118,使用不 同的材料导致对于导体116、 118的不同特性。 一种这样的不同特性 为扭力柔度。在所显示的实施例中，第一导体116(由铜构成)和第二导体U8(由铝构成)将以不同的程度进行弯曲、挠曲、扭曲、变形及恢复
到其原有形状。在所显示的实施例中，用于第一导体116和第二导体 118的材料的结构相同。 用语"致密性"是指导体中导电材料的结构。具有不同结构 的任何导电材料之间的扭力柔度的等级应当不同，至少稍微不同。导 体116、 118的结构包括导体116、 118的物理特性。结构可以是通常 的多细丝的、可以是致密绞合的、可以是压缩绞合的、可以是实心的、 可以是均一的和/或基于其它物理特性而不同。通常，多细丝的结构包 括格栅、线束或纤维部分。致密绞合结构包括大致倒圆的外边缘，但 进行紧密地压缩以使得基本上不存在空气间隙。压缩绞合结构包括外 边缘，该外边缘不像致密绞合的结构中的外边缘那样圆，并且可具有 小的隆起。实心结构定义成包括例如管、杆及实心电线等结构。在图 1显示的实施例中，第一导体116为具有柔性绳绞(rope-lay)绞合特性 的多细丝结构，而第二导体118为致密的绞合结构。在所显示的实施 例中，不同的结构导致不同等级的致密性，由此导致第一导体116和 第二导体118之间不同等级的扭力柔度。在另一个实施例中，第一导 体116和第二导体118的材料不同，并且第一导体116和第二导体118 的结构不同，由此导致不同等级的扭力柔度。 参照图2，在所显示的实施例中，压缩套筒102用于用一种 材料或结构的第一导体116替代另一种材料或结构的第二导体U8。 除了其它优势之外，这种替代允许在扭力柔度不是必需特性的情况下 使用较低成本的导体。如在图2中所示，第一导体1:16连接至桨状接 线片202,该桨状接线片202可附接至涡轮机、发电机或其它装置上， 该装置构造成用以在第 一导体1 ] 6的一端与导体电气连通，而第 一导 体116的另一端在压缩套筒102内部定位在靠近压缩套筒102的第一 端106的第一导体容纳凹部130(显示在图1中)中。如图所示，第二导 体1:18定位在靠近压缩套筒102的第二端108的第二导体容納凹部 132(显示在图1中)内。在所显示的实施例中，第二导体118定位在附 加的压缩套筒204的第二导体容纳凹部:132(显示在图1中)内。附加的第一导体206(与第一导体116的材料和/或结构相同的导体)在附加的 压缩套筒204内定位在靠近附加的压缩套筒204的第一端106的第一 导体容纳凹部130(显示在图1中)中。在另一个实施例中，附加的第一 导体206包括不同于第二导体118并且可能不同于第一导体116的材 料和/或结构。 当导体116、 206的扭力柔度需要用于特殊的应用场合时， 有必要使用附加的压缩套筒204与压缩套筒102串联，以允许替代导 体。在风力涡轮机行业中在以下情况下存在着这种需求，即第一导体 116附接至靠近机艙的桨状接线片202,并要求扭力柔度以耐受叶片 围绕塔架的转动以及耐受相应的偏航。在这种构型中，第一导体116 还附接至风力涡轮机的底部和/或外部，并要求挠度以正确地装配在现 有的电源拒内和/或连接至其它电力设备如变压器。在另一个实施例 中，在只有构型的一部分要求扭力柔度的情况下，仅使用一个压缩套 筒102，并且具有较小扭力柔度的导体取代其余的部分。在又一个实 施例中，多个附加的压缩套筒204用于容纳以下构型，该构型在多于 两个部分的位置处要求扭力柔度。在另外的实施例中，压缩套筒102 和附加的压缩套筒204用于允许使用其它导体材料的应用场合，该导
在这些另外的实施例中，具有更高耐腐蚀性的导体可用于暴露在湿气 中的构型部分。在又一个实施例中，构型可插入管内。
尽管本发明参照优选的实施例进行了描述，但本领域的^支术 人员可以理解，可进行多种变化，并且可用等同物来替换其中的元件， 而并不背离本发明的范围。另外，可进行许多变更，以使具体的场合 或材料适应本发明的教导内容，而并不背离其基本范围。因此，本发 明旨在并不受限于作为用于实施本发明而构思出的最优方式所公开 的具体的实施例，而是本发明将包括所有处于所附权利要求范围内的
实施例。
权利要求
1.一种压缩套筒(102)，包括靠近所述压缩套筒(102)第一端(106)的第一导体容纳凹部(130)，其构造成用以容纳第一导体(116)；以及靠近所述压缩套筒(102)第二端(108)的第二导体容纳凹部(132)，其构造成用以容纳第二导体(118)；其中，所述压缩套筒(102)构造成待被压接的；其中，所述第一导体容纳凹部(130)包括第一中心孔(112)；其中，所述第二导体容纳凹部(132)包括第二中心孔(114)；以及其中，所述第一导体(116)和所述第二导体(118)在扭力柔度方面有所不同。
2. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102),其特征在于，所述压 缩套筒(102)还包括圆锥形部分(122),其中，所述圓锥形部分(122)部 分地限定所述第一导体容纳凹部(130)。
3. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102)，其特征在于，所述压 缩套筒(102)还包括第一孔径(126)和第二孔径(128)，其中，所述第一 孔径(126)和所述第二孔径(128)不同。
4. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102)，其特征在于，所述压 缩套筒(102)还包括转接器。
5. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102),其特征在于，所述压 缩套筒(102)构造成用以防止利用低于IEC 61238所要求的力而使得所 述第一导体(l 16)和所述第二导体(l 18)脱出。
6. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102),其特征在于，所述压 缩套筒(102)构造成用以防止利用低于UL 486所要求的力而使得所述 第一导体(116)和所述第二导体(118)脱出。
7. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102),其特征在于，所述压 缩套筒(102)构造成用以大致防止飞弧或断股。
8. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102),其特征在于，所述压 缩套筒(102)还包括所述第一导体(116)和所述第二导体(118);其中， 所述第一导体(116)或所述第二导体(118)连接到风力涡轮机上。
9. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102)，其特征在于，所述压 缩套筒(102)还包括所述第一导体(116)和所述第二导体(118);其中， 所述第 一导体(l 16)或所述第二导体(118)连接到附加的压缩套筒(102) 上。
10. 根据权利要求1所述的压缩套筒(102)，其特征在于，所述第 一导体(l 16)由不同于所述第二导体(l 18)的导电材料构成。
全文摘要
本发明涉及柔性至刚性线缆的筒式接头。具体而言，本发明公开了一种压缩套筒(102)，其包括靠近压缩套筒(102)第一端(106)的第一导体容纳凹部(130)以及靠近压缩套筒(102)第二端(108)的第二导体容纳凹部(132)，该第一导体容纳凹部(130)构造成用以容纳第一导体(116)，该第二导体容纳凹部(132)构造成用以容纳第二导体(118)，其中压缩套筒(102)构造成待进行压接，并且第一导体容纳凹部(130)包括第一中心孔(112)，而第二导体容纳凹部(132)包括第二中心孔(114)，以及第一导体(116)和第二导体(118)在扭力柔度方面有所不同。
文档编号H01R4/10GK101621159SQ20091015943
公开日2010年1月6日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者K·斯蒂芬斯 申请人:通用电气公司