汇流条连接器组件的制作方法

文档序号:11142676
汇流条连接器组件的制造方法与工艺

1.本公开的领域

本公开的实施方式大体上涉及用于为敏感和/或关键负载提供不间断电力的方法和装置。更具体地,本公开的实施方案涉及用于容纳不间断电源的部件的机架以及涉及用于连接机架内的电力装备的连接器。

2.相关技术的讨论

用于计算机、通讯和其它的电子装备的集中化数据中心已经使用了许多年,并且最近随着因特网越来越多的使用,为因特网服务供应商(ISP)、应用服务供应商(ASP)和因特网内容供应商提供主机服务的大规模数据中心变得越来越流行。经常需要每周七天,每天24小时操作数据中心内的装备,服务几乎没有或没有中断。为防止服务的任何中断,在数据中心中的习惯做法是使用不间断电源(UPS),以确保数据中心内的装备在整个的任何停电或灯火管制期间接收到持续的电力。通常,数据中心在用于设施的主配电板处配备有相对大的UPS。经常地,UPS被选择以具有足够的容量来满足设施内所有装备的电力需求。

图1A示出了公知的连接器,一般用10指示,用于将诸如电力模块的电力装备12连接至汇流条14。现有的连接器的输送大电流的能力是有限的,例如对于图1A中所示的连接器10为330安培(A)。这种连接器不能输送更高的电流水平,比如适应100kA的短路。如所示的,现有的连接器10包括薄的本体,由于由薄的本体所造成的与汇流条的非常短的接触线,这限制了连接器输送电流的能力。此短的接触线进一步导致在连接器10和汇流条14之间的接触区域处的非常高的温度,其在图1B中示出。在接触线以上,这些高温非常快地腐蚀连接器,其中腐蚀区域对增加的温度更敏感。

现有连接器的另一个缺点是,当固定到汇流条时,连接器需要提供合适的压力,以确保牢固的连接。连接器包括定位在接触点处的弹簧钢夹。就弹簧钢夹而言,确定压力是否足够是困难的。现有的连接器还遭受难以从接触区域散热的困难。

本公开的概述

本公开的一个方面涉及一种汇流条连接器组件,包括:动压头,其被构造成固定至汇流条和电子装置中的一个;静压头,其被构造成固定至汇流条和电子装置中的另一个;和连接器,其被构造成柔性地固定动压头和静压头,使得动压头能够相对于静压头移动。

汇流条连接器组件的实施方案可包括将动压头构造成具有锥形的环状部分和两个间隔开的条,该两个间隔开的条固定至环状部分和被构造成固定至汇流条。环状部分可具有形成在其中的用于通风的切口。两个间隔开的条可以在垂直于锥形环状部分的纵向方向的方向上延伸。间隔开的条可具有形成在其中的开口,以将间隔开的条固定至汇流条。静压头可包括锥形环状部分和连接器部分,该连接器部分被构造成固定至电子装置。静压头的连接器部分可以沿垂直于锥形环状部分的轴线的平面延伸。连接器部分可具有形成在其中的开口,以将连接器部分固定至电子装置。该连接器可以包括被构造成接收在动压头和静压头的锥形环状部分内的适应性连接器。适应性连接器可具有被构造成接收在动压头的锥形环状部分内的第一端部和被构造成接收在静压头的锥形环状部分内的第二端部。适应性连接器可具有形成在其中的用于通风的切口。该连接器还包括固定至动压头和适应性连接器的弹簧支架,以及布置在弹簧支架内的弹簧。弹簧支架可具有被构造成固定至动压头的第一部分和被构造成固定至适应性连接器的第二部分。弹簧可布置在适应性连接器的中心部分内,并且围绕弹簧支架的第二部分。连接器还可以包括被构造成固定在适应性连接器的中心部分内的两个较小的支架。一个较小的支架可接合弹簧的一个端部,且另一个较小的支架接合弹簧的相对的端部。

本公开的另一个方面涉及一种将电子装置固定到汇流条的方法。在一个实施方案中,该方法包括:将汇流条连接器组件固定至电子装置,该汇流条连接器组件包括动压头、构造成固定至电子装置的静压头和被构造为柔性地固定动压头和静压头的连接器;以及将动压头固定至汇流条,该动压头能够相对静压头移动。

该方法的实施方案可包括,当将动压头固定至汇流条时,朝向汇流条滑动电子装置和汇流条连接器组件。动压头可包括锥形环状部分和两个间隔开的条,该两个间隔开的条固定至环状部分且被构造成固定至汇流条。静压头可包括锥形环状部分和连接器部分,该连接器部分被构造成固定至电子装置。该连接器可以包括:适应性连接器,其被构造成接收在动压头和静压头的锥形环状部分内;弹簧支架,其固定至动压头和适应性连接器;以及弹簧,其布置在弹簧支架内。

附图简述

附图不旨在按比例绘制。在附图中,用相似的数字来指示在各图中示出的每个相同的或几乎相同的部件。为了清楚起见,并不是每一个部件可以被标记在每个附图中。在附图中:

图1A是现有技术连接器的透视图;

图1B在使用过程中的图1A中示出的现有技术连接器的热图像;

图2是根据本公开的实施方案的汇流条连接器组件的透视图;

图3是汇流条连接器组件的分解透视图;

图4是汇流条连接器组件的放大的横截面视图;

图5A-图5C是汇流条连接器组件的动压头的透视图;

图6A和图6B是汇流条连接器组件的静压头的透视图;

图7A-图7C是汇流条连接器组件的适应性连接器子组件的透视图;

图8A和图8B是汇流条连接器组件的弹簧支架的透视图;

图9是汇流条连接器组件的弹簧的透视图;

图10是汇流条连接器组件的较小的支架的透视图;

图11是本公开的另一实施方案的汇流条连接器组件的透视图;

图12是本公开的又一实施方案的汇流条连接器组件的透视图;

图13-图18是在图2-图10中所示的汇流条连接器组件的热图像;

图19和图20是示出图2-图10中所示的汇流条连接器组件的变形的电动力模拟;

图21和图22是示出经受短路的汇流条连接器组件的变形的电动力模拟;和

图23和图24是示出经受另一应用的短路的汇流条连接器组件的变形的电动力模拟。

详细描述

本公开在其应用中不限于在下面的描述中阐述或在附图中所示的部件的构造和布置的细节。本公开中所阐述的原理能够在其它实施方案中被提供,并能够以各种方式被实践或被执行。另外,本文所用的措辞和术语是出于描述的目的,并且不应视为具有限制性。本文使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”和其变体意在涵盖其后所列项和其等价物以及附加项。

不间断电源被用于为设置在数据中心内的装备提供调整过的且持续的电力,尤其在整个的任何停电或灯火管制期间。如以上所提到的,数据中心在设施的主配电板处配备有相对大的UPS。在某些实施方案中,不间断电源形式的可构造的机架包括框架组件,该框架组件具有界定可构造的机架的前部的前框架、界定可构造的机架的后部的后框架和将前框架连接到后框架的侧框架构件。框架组件是箱形结构,除了前部和后部外,其具有两侧、顶部和底部。前框架和后框架各自被构造为以堆叠的关系沿框架的高度接收电子模块。在某些实施方案中,模块可以被安装在机架上,或安装在框架组件内部内的轨道或滑道上。可构造的机架可包括形成不间断电源的电力模块和电池以及操作不间断电源所需的其它装备。这些模块以公知的方式安装在机架上。

汇流条可以用于为定位在可构造机架内的模块提供电力。汇流条还被用于许多电力分配装置中,如电力模块、开关设备、分配设备以及电池。在某些实施方案中,汇流条可以被构造为诸如铜、铝或黄铜的传导材料的带或条。汇流条的主要目的是导电。可以选择汇流条的横截面尺寸以确定可被安全输送的电流的最大的量。汇流条可以被构造为小的或大的横截面面积。汇流条通常可以是平的带或者中空的管,因为这些形状由于它们高的表面面积与横截面积的比率而允许热量更有效地散发。可以参考公开号为2012/0170175 A1的美国专利申请,其公开了一种可构造机架,该可构造机架具有汇流条底板以便为定位在可构造机架内的模块提供电力。

参照附图,且尤其是参考图2,本公开的一个实施方案的汇流条连接器组件一般用20指示。如所示的,汇流条连接器组件20包括:动压头,一般用22指示,该动压头被构造成固定至汇流条14;和静压头,一般用24指示,该静压头被构造为固定至电子装置12。在所示的实施方案中,动压头22被固定至汇流条14,且静压头24被固定至电力装置12,如电力模块。虽然动力头22被示出和描述为连接至汇流条14且静压头24被示出和描述为连接至电子装置12,但是汇流条连接器组件的组成部分可以被构造成使得动压头被连接至电子装置且静压头被连接至汇流条。在一个实施方案中,动压头22和静压头24由诸如铜的导电材料制成,使得电和热通过各个头传导。可替代地,也可采用其它合适的传导材料。汇流条连接器组件20被设计为当把电子装置附接至汇流条时提供柔性,以及减少设置在汇流条连接器组件和汇流条的接触区域处的温度热点。

另外参照图3和图4,汇流条连接器组件20还包括适应性连接器子组件,一般用26指示,该适应性连接器子组件被构造为柔性地固定动压头22和静压头24,使得动压头能够相对于静压头移动或弯曲。适应性连接器子组件26使能够在电子装置12和汇流条14之间进行相对的上下移动,当将电子装置连接至汇流条时这可能是有益的。另外,适应性连接器子组件26以及动压头12和静压头14在接触区域处提供热量从汇流条14到电子装置12的更均匀的热传递,并且反之亦然。适应性连接器子组件26的描述将在进行汇流条连接器组件10的描述时被更详细地描述。

参考图5A-图5C,动压头22包括具有锥形环状部分28和两个间隔开的条30、32的本体,该两个间隔开的条固定至环状部分且被构造成固定至汇流条14。动压头22的环状部分28包括漏斗状表面34,该漏斗状表面被设计成以在下面更详细描述的方式来接收适应性连接器子组件26的一部分。动压头22的环形部分28包括在其中形成的四个小的开口,每个开口用36指示,该四个小的开口被利用以便如果必要则将适应性连接器子组件26的该部分固定至动压头的环状部分。如所示的,在动压头22的环状部分28中在两个间隔开的条30、32附近形成有用于通风的两个切口,每个切口用38指示。这些切口38形成在动压头22的环状部分28的相对侧上。

在一个实施方案中,两个间隔开的条30、32在垂直于锥形环状部分28的纵向方向的方向上延伸。如下面将参考图11和图12所示的,条30、32可以被另一连接器部分替换,以将动压头22附接到除汇流条之外的装置。每个条30、32具有在其中形成的开口,以将间隔开的条固定至汇流条14,每个开口用42指示。在所示的实施方案中,在每个条30、32中形成有四个开口42;然而,可以在一个或两个条中形成任意数量的开口。返回参考图2,汇流条14被接收在间隔开的条30、32内,并且汇流条可以通过紧固件(例如紧固件44)固定至条。

参考图6A和图6B,静压头24包括具有锥形环状部分46和连接器板48的本体,该连接器板被构造成固定至电子装置12。静压头24的环状部分46包括漏斗状表面50,该漏斗状表面被设计成以在下面更详细描述的方式来接收适应性连接器子组件26的另一部分。静压头24的连接器板48的后表面包括形成在其中的四个小的开口,每个开口用52指示,该四个小的开口被利用以便如果必要将适应性连接器子组件26的该另一部分固定至静压头的环状部分28。如所示的,在静压头的环状部分中在连接器板48附近形成有用于通风的四个切口,每个切口用54指示。这些切口54沿着静压头24的环状部分46的外周彼此等距离地形成。

在一个实施方案中,静压头24的连接器板48沿着垂直于静压头的锥形环状部分46的轴线的平面延伸。如下面参考图11和图12将示出的,连接器板48可以被另一连接器部分替换,以将静压头24附接至除了电子装置以外的装置。连接器板48具有形成于其中的开口,以将连接器板固定至电子装置12,每个开口用56指示。在所示的实施方案中,在连接器板48中形成有四个开口56;然而,根据特定的应用可以在连接器板中形成任意数量的开口。连接器板48可以通过紧固件(如在图1中所示的紧固件44)固定至电子装置。

如图3和图4中所示,适应性连接器子组件26包括具有两个连接器半部的分离(split)的本体,每个连接器半部用60指示,该两个连接器半部被构造成分别接合动压头22和静压头的环状部分28、46。另外参照图7A-图7C,分离的本体的每个连接器半部60具有具有弧形表面的62一端部和具有弧形表面64的相对的端部。上部连接器半部的弧形表面62具有在其中形成的通风切口,以使来自汇流条连接器组件10的热通风,每个通风切口用66指示。如在图4中最佳示出的,上部连接器半部和下部连接器半部60的右边的弧形表面64被接收在动压头22的环状部分28的漏斗状表面34内。同样地,上部连接器半部和下部连接器半部60的左边的弧形表面62被接收在静压头22的环状部分46的漏斗状表面50内。在一个实施方案中,适应性连接器子组件26的分离的本体的上部连接器半部和下部连接器半部60可以由铜或合适的铜合金制成。可替代地,可采用其它合适的传导材料。

另外参照图8A和图8B,适应性连接器子组件26还包括弹簧支架68,该弹簧支架固定至动压头22。具体地,弹簧支架68具有第一部分70,该第一部分70被构造成固定至动压头22的连接器板48。合适的紧固件可被用于通过小的开口52将弹簧支架68的第一部分70固定至连接器板48,该开口可以在被攻螺纹。弹簧支架还具有第二部分72,该第二部分被构造成固定至分离的本体的上部连接半部和下部连接半部60,或被分离的本体的上部连接半部和下部连接半部60捕获。在一个实施方案中,弹簧支架68可以由钢或钢合金制成。

另外参照图9,适应性连接器子组件26还包括布置在弹簧支架68内的弹簧74。弹簧74被布置在上部连接半部和下部连接半部60的两个端部之间界定的中央部分内,并围绕弹簧支架68的第二部分72布置。在一个实施方案中,弹簧74可由合适的弹簧钢制成。

另外参照图10,适应性连接器子组件26还包括两个较小的支架,每个支架用76指示,该支架被构造成固定在适应性连接器子组件26的上部连接半部和下部连接半部60的中央部分内。如所示的,一个较小的支架76接合弹簧74的一个端部,且另一个较小的支架接合弹簧的相对的端部。较小的支架76用作当通过朝向彼此移动上部连接半部和下部连接半部来压缩弹簧时被施加至弹簧74的端部的接合表面。在一个实施方案中,小的支架76可以由钢或钢合金制成。

该布置使得此时汇流条连接器组件20通过用紧固件44固定静压头24的连接器板48而固定至电子装置12。接着,电子装置12和汇流条连接器组件20滑入到合适的位置,其中动压头22的间隔开的条30、32被定位成在其中接收汇流条12。一旦就位,动压头22通过紧固件44被固定至汇流条14。汇流条连接器组件20的适应性连接器子组件26使电子装置12能够相对汇流条14动态移动。此外,汇流条连接器组件20的部件提高组件内热量的散发。在一个实施方案中,汇流条连接器组件20的静压头24被装配在电子装置12的后侧处,并且动压头24通过适应性连接器子组件26连接到静压头。为了更换电子装置,操作者可抓住或松开将电子装置固定至静压头的连接器板的紧固件。以这种方式,操作者将避免与汇流条接触,这使模块的更换容易并且安全地改善模块的更换。

图11图示了另一个实施方案的汇流条连接器组件,一般用80指示。如所示的,汇流条连接器组件80的静压头24由另一动压头22代替。采用本实施方案,汇流条连接器组件80被构造成固定至两条汇流条14,其中弹簧支架68被固定至右边的动压头22。

图12图示了又一个实施方案的汇流条连接器组件,一般用90指示。如所示的,汇流条连接器组件90的动压头22由另一静压头24代替。采用本实施方案,汇流条连接器组件90被构造成固定至两电子装置12,其中弹簧支架68被固定至右边的静压头22。动压头22和静压头24是可互换的,其中弹簧支架68能够被固定至动压头和静压头两者。

在一个实施方案中,具有弧形(半球)形状和漏斗形状的传导部分被构造为相互匹配,以输送电流。以这种方式,弧形部分是对称的。具有漏斗形特征的部分具有竖直安装和水平安装的可行性。具有弧形特征和漏斗形特征的部分具有用于通风的切口。

回到图1B,因为软件的原因,所以使用每体积的能量而不是直接的温度示出了传统的夹子连接器的接触线的温度或热图像。仿真条件包括:使用Ansys/Maxwell软件;使用简化的模型来表示实际的3D模型,以便减少元件的量和运行时间;使用1500安培(A);使用非常小的区域,而不是“接触线”,以避免仿真过程中的无限量;以及每体积的更高的能量的表示,其表示被氧化和腐蚀的较高的可能性和更快的速度。基于测试,传统的夹子连接器的每体积的最大能量是587焦耳(J)/米(m)3。传统的夹子连接器的每体积的最大能量是97.5J/m3。传统的夹子连接器及相关的汇流条之间的接触点有较大的体积,其能量超过100(≈97.5)J/m3。本公开的汇流条连接器组件即使其具有较高的电流(1500安培),在接触点上仍具有较低的温度,从而具有寿命。

参照图13-图18,本公开的汇流条连接器组件的接触线的热图像被示出。仿真条件包括:利用Ansys/Icepak软件;使用简化的模型以表示实际的3D模型,以便减少元件的量和运行时间;使用非常小的区域而不是“接触线”,以避免仿真过程中的无限量;使用Maxwell中模拟的功率损失,并在新的连接器的每一个部分中均匀地分配功率损失;以及使该汇流条连接器组件经受的环境温度是22摄氏度(℃)。

图13图示了在水平位置处在自然对流环境中经受(最高34℃的)温度并在温度上有12℃的升高的汇流条连接器组件。图14图示了在水平位置处在自然对流环境中经受(最大0.17米/秒(s)的)空气速度的汇流条连接器组件。图15图示了在竖直位置处在自然对流环境中经受(最高34.4℃的)温度并在温度上有12.4℃的升高的汇流条连接器组件。图16图示了在竖直位置处在自然对流环境中经受(最大0.19m/s的)空气速度的汇流条连接器组件。图17图示了在垂直位置处经受在强制对流环境中的(最大为24.6的)温度且经受(例如,4m/s的)入口空气速度且在温度上有2.6℃的升高的汇流条连接器组件。图18图示了在垂直位置处经受强制对流环境中(最大为6.2m/s的)的空气速度且经受(例如,4m/s的)入口空气速度的汇流条连接器组件。不论汇流条连接器组件处于自然对流环境内的水平位置或垂直位置,温度上的升高是非常接近的。当汇流条连接器组件处于强制对流环境中时,升高的温度是非常有限的,因为汇流条连接器组件具有大的表面积,以散发热量)。如所示的,汇流条连接器组件被构造成散发由该汇流条产生的热量,该热量被转移到电子装置。

参照图19和图20,示出了汇流条连接器组件的变形的电动力模拟被示出。仿真条件包括:利用Ansys/机械软件;使用简化的模型来表示实际的3D模型,以便减少元件的量和运行时间;使用非常小的区域而不是“接触线”,以避免仿真过程中的无限量;以及分别在三个阶段中提供213,300安培、150,000安培和63,600安培的短路电流。

图19图示了施加到汇流条连接器组件的142兆帕斯卡(MPa)的最大拉伸应力的应用,该最大拉伸应力小于250MPa的正常的铜的屈服强度。图20图示了汇流条连接器组件的0.14mm的最大变形。但是,应当理解,本公开的实施方案的汇流条连接器组件能够经历100,000AIc短路的冲击继续使用。这样的短路电流在传导部分之间产生巨大的力,如果传导部分系统的设计不恰当,该巨大的力可能导致传导部分严重变形(这种力有时被称为“电动”力)。

参照图21和图22,在短路事件过程中的特别应用中,重力/电动力/弹簧力的组合可能导致适应性接触器子组件的上部连接器半部或下部连接器半部使动压头和静压头中的一个或两个脱开,即使时间非常简短。这意味着,连接器半部(或多个连接器半部)不输送电流。仿真条件包括:利用Ansys/机械软件;使用简化的模型来表示实际的3D模型,以便减少元件的量和运行时间;使用非常小的区域而不是“接触线”,以避免仿真过程中的无限量;以及分别在三个阶段中提供213,300安培、150,000安培和63,600安培的短路电流。

图21图示了施加到汇流条连接器组件的251MPa的最大拉伸应力的应用,该最大拉伸应力略大于250MPa的屈服强度。图22图示了在动压头的拐角处应用最大拉伸应力,它产生小的影响。

参照图23和图24,在短路事件过程中的另一个特别应用中,重力/电动力/弹簧力的组合可能导致适应性接触器子组件的上部连接器半部或下部连接器半部使动压头和静压头都脱开,即使时间非常简短。这意味着,连接器半部(或多个连接器半部)不输送电流。仿真条件包括:利用Ansys/机械软件;使用简化的模型来表示实际的3D模型,以便减少元件的量和运行时间;使用非常小的区域而不是“接触线”,以避免仿真过程中的无限量;分别在三个阶段中提供213,300安培、150,000安培和63,600安培的短路电流;以及模拟中间情况。

图23图示了施加到汇流条连接器的126.5MPa的最大拉伸应力的应用,该最大拉伸应力小于250MPa的正常的铜的屈服强度。图24示出了0.6mm的最大量。因此,汇流条连接器组件被构造成在特定时刻经历100kAIc短路的冲击继续使用。

至此已经描述了本公开的至少一个实施方案的若干方面,但应理解,对本领域的技术人员而言,各种改变、修改和改进将容易想到。这种改变、修改和改进旨在是本公开的一部分,且旨在位于本公开的精神和范围内。因此,先前的描述和附图只是通过举例的方式进行的。

再多了解一些
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