JP2002343655A - 高電圧大電流用磁気結合コネクタ - Google Patents
高電圧大電流用磁気結合コネクタInfo
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Abstract
100kA以上)、パルス幅(例えば30μsec以
下)のパルス電流を、効率よく伝播でき、かつ脱着が容
易なコネクタを提供する。 【解決手段】 高電圧大電流電源1に接続される一次側
巻線12と、電磁成形コイル2に接続される二次側巻線
14と、一次側巻線により発生する磁束を二次側巻線に
導くための導電性コア16とからなる。導電性コア16
は、一次側巻線が巻かれた一次側コア16aと、二次側
巻線が巻かれた二次側コア16bとからなる。一次側コ
アと二次側コアは、互いに密着または近接して磁気的に
接続し、互いに間隔を隔てて電気的に切断される。
Description
な高電圧大電流用磁気結合コネクタに関する。
は、例えば自動車のボディやドアパネルなど、比較的複
雑な立体成形部品を高速に加工するのに、従来から用い
られている。しかし、従来のタンデムプレスやトランス
ファプレスでは難しいプレス成形があった。例えば、ド
アパネルの把手の部分など、部分的に複雑な形状をプレ
ス成形する場合には、プレスの1工程では縁がきちんと
成形できず、適確な形状にできない等の問題があった。
そのため、特に高品質を要求される場合に、2〜3工程
を必要とし、その結果、上下の金型セットが複数組必要
なばかりか、プレス工程も複数設ける必要があり、生産
性が低下しコストアップとなる問題点があった。また、
車両の軽量化のためにアルミニウム材の成形が要望され
るようになってきているが、鉄板に比較してアルミニウ
ムは、スプリングバックが大きいため、形が適確に仕上
がらない問題点があった。
出願人は、少ないプレス台数で複雑な形状でも成形で
き、かつスプリングバックなしにアルミニウムを所定の
形状に加工することができる連続プレス設備を創案し、
出願した(特願2000−65265、未公開)。
備えたタンデムプレス又はトランスファプレスであっ
て、プレス内又はプレス間に設けられた少なくとも1つ
の電磁成形装置を備えるものである。
又はトランスファプレスのプレス内又はプレス間に電磁
成形装置を備えるので、通常の機械プレス又は液圧プレ
スと併用して被加工材(パネル)を電磁成形(Elec
tromagnetic Forming:EMF)す
ることができる。またこの電磁成形は、成形の高速性な
どにより複雑な形状でも成形でき、かつスプリングバッ
クなしにアルミニウムを成形することができる等、種々
の特徴を有しており、今まで不可能だった成形が可能と
なる。
は、金型に埋設された電磁成形コイルと、このコイルに
電気的に接続された電源ユニット及びスイッチング回路
等で構成される。この場合、電源ユニット及びスイッチ
ング回路等は、大形でありプレス外の固定部に設置され
るため、電磁成形コイルと電源ユニット等を電気的に接
続する脱着可能なコネクタが不可欠となる。
kV)、大電流(例えば100kA以上)、高周波数
(例えば30kHz以上)のサイン半波波形パルス電流
を電磁成形コイルに流す必要がある。
(ブスバー等)を機械的トルクもしくは締付トルクによ
って接触させるものであり、ボルトの脱着等に時間と労
力がかかりすぎる問題点があった。また、ボルトの脱着
なしに脱着可能なコネクタでは、大電流を流すため接続
部の接触抵抗によるロスが大きく、上述した高電圧大電
流パルスを効率よく伝播できない問題点があった。
されている非接触給電技術は、周波数の適用範囲が低く
(約20kHz程度)、かつ低電圧に限定されるため、
本発明で対象としている高電圧大電流パルスでかつ30
kHz以上のサイン半波波形には適用できなかった。ま
た、磁気的結合により電気エネルギを伝播させる高電圧
大電流用パルストランスは、一次側と二次側が固定され
ているため脱着ができなかった。
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
高電圧(例えば10kV)、大電流(例えば100kA
以上)、パルス幅(例えば30μsec以下)のパルス
電流を、効率よく伝播でき、かつ脱着が容易なコネクタ
を提供することにある。
大電流電源(1)に接続される一次側巻線(12)と、
電磁成形コイル(2)に接続される二次側巻線(14)
と、一次側巻線により発生する磁束を二次側巻線に導く
ための導電性コア(16)とからなり、導電性コア(1
6)は、一次側巻線が巻かれた一次側コア(16a)
と、二次側巻線が巻かれた二次側コア(16b)とから
なり、該一次側コアと二次側コアは、互いに密着または
近接して磁気的に接続し、互いに間隔を隔てて電気的に
切断される、ことを特徴とする高電圧大電流用磁気結合
コネクタが提供される。
a)と二次側コア(16b)を、互いに密着または近接
することにより磁気的に接続し、高電圧大電流電源
(1)により一次側巻線で発生する磁束を二次側巻線に
導き、二次側巻線(14)でこの磁束により高電圧大電
流パルスを誘起し、電磁成形コイル(2)に印可して、
電磁成形することができる。また、磁気的に接続するた
め高電圧(例えば10kV)、大電流(例えば100k
A以上)、パルス幅(例えば30μsec以下)のサイ
ン半波波形パルス電流を、効率よく伝播できる。すなわ
ち、一般的には、接続が大掛かりとなる特別高圧で大電
流パルスによる電気エネルギ伝播に対し、従来の直接接
続ではなく、磁気的結合を使用することにより、高耐電
圧、接続抵抗が生じない、容易に脱着可能なコネクタが
構成され、頻繁に脱着を必要とする電源と負荷に使用す
ることが可能となる。これにより、タイムタクトが問題
となる生産ラインに特別高圧で大電流パルスを使用する
装置を容易に組み込むことが可能となる。
導電性コア(16)は、閉じた矩形形状であり、前記一
次側コア(16a)と二次側コア(16b)は、該矩形
形状を面で切断したコの字形状である。この構成によ
り、脱着可能な導電性コア(16)を容易に構成でき、
かつ接続時の漏えい磁束を小さくすることができる。
または近接し、切断時に互いに間隔を隔てるように構成
される。この構成により、切断面の密着(または近接)
と離脱のみで、非接触で高電圧大電流を容易に脱着でき
る。
次側巻線(14)が同心に重なるように、各コアに巻か
れている、ことがこのましい。この構成により、一次側
巻線で発生した磁束を二次側巻線に確実に導くことがで
き、接続時の漏えい磁束を低減し結合効率を向上させる
ことができる。
ェライト材、またはアモルファス材からなる、のがよ
い。通常の珪素鋼板だけではなく、フェライト材やアモ
ルファス材を使用することにより、より結合効率を高め
ることができる。
4)は、それぞれプラスチックレジンによりモールドさ
れている。この構成により、巻線の耐電圧を確保しなが
ら、大電流による巻線の振動を抑えることができる。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し,重複した説明を省略す
る。
は円筒状成形の場合、(B)はシート成形の場合を示し
ている。電磁成形は、磁場のもつエネルギを利用する金
属加工法であり、十分な加工力を得るために強力な磁場
を必要とする。そのため、大容量・高電圧のコンデンサ
3(キャパシタバンク)からの放電電流を磁成形コイル
2に流すことによって生じる瞬間強磁場が用いられる。
すなわち、図1(A)(B)に示すように、例えば10
KV程度の高電圧で大容量のコンデンサ3にエネルギを
蓄え、放電スイッチ4を閉じることにより、瞬時に大電
流(例えば、150kA、30μs)が磁成形コイル2
に流れ、強い磁場が発生し、被成形材5がその磁場では
じき飛ばされ、金型に沿って高速成形がなされる。かか
る電磁成形は、爆発成形や放電成形のように加工力を伝
達する水等を必要とせず、大気中でも真空中でもでき、
かつ加工速度が速く、ほとんどの加工は1ms以内で終
了する。また、この電磁成形は、成形の高速性などによ
り複雑な形状でも成形でき、かつスプリングバックなし
にアルミニウムを所定の形状に成形することができる等
の種々の特徴を有している。
コネクタを用いた電磁成形の原理図である。この図に示
すように、本発明の高電圧大電流用磁気結合コネクタ1
0は、高電圧大電流電源1に接続される一次側巻線12
と、電磁成形コイル2に接続される二次側巻線14と、
一次側巻線12により発生する磁束を二次側巻線に導く
ための導電性コア16とからなる。高電圧大電流電源1
は、この例では、高電圧直流電源1a、コンデンサ1
b、及び充電スイッチ1cからなる。この構成により、
例えば10KV程度の高電圧直流電源1aで充電スイッ
チ1cを介して大容量のコンデンサ3にエネルギを蓄
え、放電スイッチ4を閉じることにより、一次側巻線1
2に例えば、150kA、30μsの大電流をパルス状
に流すことができる。
流用磁気結合コネクタの原理図である。この図に示すよ
うに、導電性コア16は、一次側巻線12が巻かれた一
次側コア16aと、二次側巻線14が巻かれた二次側コ
ア16bとからなる。この例で、導電コア16性は、閉
じたロの字状の矩形形状である。また、一次側コア16
aと二次側コア16bは、コア16の矩形形状を切断面
17a,bで切断したコの字形状である。なお、コアの
断面形状はこの例では正方形であるが、本発明はこれに
限定されず、長方形、円形、楕円、その他の任意の断面
形状でもよい。また、一次側コア16aと二次側コア1
6bの切断面17a,bは、コネクタの接続時に漏えい
磁束を小さくするように、互いに密着または近接する。
この切断面17a,bは、コネクタの切断時には一次側
コア16aで発生した磁束が二次側コア16bに流れな
い間隔に隔てられる。
2と二次側巻線14は、コネクタの接続時に一次側巻線
12と二次側巻線14が同心に重なるように、各コアに
巻かれ、一次側巻線で発生した磁束を二次側巻線に確実
に導き、接続時の漏えい磁束を低減して結合効率を向上
させるようになっている。
コネクタで伝播する高電圧大電流の模式図である。この
例において、本発明の高電圧大電流用磁気結合コネクタ
10が対象とする高電圧大電流は、パルス幅約30μs
ecのsin半波であり、そのピーク電圧は約10k
V、そのピーク電流は約150kAである。上述した本
発明の構成により、一次側巻線12と二次側巻線14の
巻線比を1:1にすることにより、約90%以上の高い
電力伝達効率で、一次側巻線12に流した、例えば、1
50kA、30μsの大電流パルスをそのまま二次側巻
線14に流すことができる。
気結合コネクタ10の具体的な実施形態図である。この
うち、図5は斜視図、図6は断面構造図、図7は図6の
A-A線における断面図である。なお、図6、図7にお
いて、(A)はコネクタの切断状態、(B)は接続状態
を示している。
気結合コネクタ10は、電磁ノイズをシールドするため
に、一次側部分と二次側部分を別々の筐体18a,bに
収めている。筐体18a,bは、ぞれぞれ図示しない接
地ラインで接地されている。また、図6に示すように、
筐体18a,bの相互の結合部分は開放され、機械的、
磁気的に結合(接続)されたときに開放部分が互いに重
なって全閉となる。図5において、電磁ノイズをシール
ドするために、入出力ケーブルには同軸ケーブルが用い
られている。また、一次側部分の押し込み、引き抜きを
容易にするために、一次側筐体18aにはハンドルが取
り付けられている。さらに、一次側と二次側が完全に結
合されたことが電気信号としてわかるように、近接スイ
ッチ等のセンサを備えている。
ア16は縦向き位置であり、一次側と二次側の着脱は水
平方向に行うようになっている。導電性コア16は、珪
素鋼板、フェライト材、またはアモルファス材からな
る。また、一次側巻線12と二次側巻線14は、それぞ
れ支持体19a,b(例えばプラスチックレジン)によ
りモールドされている。
線14が重なるように、巻線が施されている。なお、一
次側と二次側が機械的にスムースに接続できるように、
コアと巻線の間、一次側筐体と二次側筐体の間、一次側
巻線と二次側巻線の間には、1〜2mm程度のクリアラ
ンスが設けられている。
ア16aと二次側コア16bを、互いに密着または近接
することにより磁気的に接続し、高電圧大電流電源1に
より一次側巻線で発生する磁束を二次側巻線に導き、二
次側巻線14でこの磁束により高電圧大電流パルスを誘
起し、電磁成形コイル2に印可して、電磁成形すること
ができる。また、磁気的に接続するため高電圧(例えば
10kV)、大電流(例えば100kA以上)、パルス
幅(例えば30μsec以下)のサイン半波波形パルス
電流を、効率よく伝播できる。
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。例えば、本発明の高電圧大電流用
磁気結合コネクタは、電磁成形以外の用途に用いること
もできる。
掛かりとなる特別高圧で大電流パルスによる電気エネル
ギ伝播に対し、従来の直接接続ではなく、磁気的結合を
使用することにより、高耐電圧、接続抵抗が生じない、
容易に脱着可能なコネクタが構成できる。そのため、頻
繁に脱着を必要とする電源と負荷に使用することが可能
となる。これにより、タイムタクトが問題となる生産ラ
イン上に組み込むことが困難とされてきた、特別高圧で
大電流パルスを使用する装置を容易に組み込むことが可
能となる。
コネクタは、高電圧、大電流、高周波数のパルス電流
を、効率よく伝播でき、かつ脱着が容易である、等の優
れた効果を有する。
いた電磁成形の原理図である。
理図である。
播する高電圧大電流の模式図である。
視図である。
面構造図である。
デンサ、4 スイッチ、5 被成形材、10 高電圧大
電流用磁気結合コネクタ、12 一次側巻線、14 二
次側巻線、16 導電性コア、16a 一次側コア、1
6b 二次側コア、17a,17b 切断面、18a,
18b 筐体、19a,19b 支持体
Claims (6)
- 【請求項1】 高電圧大電流電源(1)に接続される一
次側巻線(12)と、電磁成形コイル(2)に接続され
る二次側巻線(14)と、一次側巻線により発生する磁
束を二次側巻線に導くための導電性コア(16)とから
なり、 導電性コア(16)は、一次側巻線が巻かれた一次側コ
ア(16a)と、二次側巻線が巻かれた二次側コア(1
6b)とからなり、該一次側コアと二次側コアは、互い
に密着または近接して磁気的に接続し、互いに間隔を隔
てて電気的に切断される、ことを特徴とする高電圧大電
流用磁気結合コネクタ。 - 【請求項2】 前記導電性コア(16)は、閉じた矩形
形状であり、前記一次側コア(16a)と二次側コア
(16b)は、該矩形形状を面で切断したコの字形状で
ある、ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧大電流
用磁気結合コネクタ。 - 【請求項3】 前記切断面が、接続時に互いに密着また
は近接し、切断時に互いに間隔を隔てるように構成され
る、ことを特徴とする請求項2に記載の高電圧大電流用
磁気結合コネクタ。 - 【請求項4】 接続時に一次側巻線(12)と二次側巻
線(14)が同心に重なるように、各コアに巻かれてい
る、ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧大電流用
磁気結合コネクタ。 - 【請求項5】 前記導電性コア(16)は、珪素鋼板、
フェライト材、またはアモルファス材からなる、ことを
特徴とする請求項1に記載の高電圧大電流用磁気結合コ
ネクタ。 - 【請求項6】 前記一次側巻線(12)と二次側巻線
(14)は、それぞれプラスチックレジンによりモール
ドされている、ことを特徴とする請求項1に記載の高電
圧大電流用磁気結合コネクタ。
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