JP2019145504A - 高電流印加用コンタクトアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストだが回路基板と導体ロッドとの間に信頼性のある接続を可能にする、高電流印加用コンタクトアセンブリの提供。【解決手段】高電流印加用コンタクトアセンブリは、電気回路基板（３）と、長手方向に突出する非可撓性導体ロッド（１）であって、回路基板（３）と電気デバイスとの間に３０アンペア超過、特に５０アンペア超過の電流を伝送する、非可撓性導体ロッド（１）と、回路基板（３）に固定される収容部材（２）と、を含み；収容部材（２）は、導体ロッド（１）を保持し、導体ロッド（１）と回路基板（３）との間で電流を伝送し、収容部材（２）は、複数の弾性変形可能な舌部（５）を含み、舌部（５）は、導体ロッド（１）の周りに円周方向に配置され、機械的支持だけでなく、導体ロッド（１）と収容部材（２）との間に電気的接触を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前提部による高電流印加用コンタクトアセンブリに関する。本発明はさらに、請求項１５に記載の燃焼機関用のチャージャー（ｃｈａｒｇｅｒ）に関する。

米国特許第６，７００，４６４Ｂ２号は、回路基板に同軸ケーブルを接続するためのコンタクトを記載している。このようなデバイスは、高電流印加に適していない。

燃焼機関用の電動ターボチャージャー（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｄｒｉｖｅｎ ｔｕｒｂｏ−ｃｈａｒｇｅｒ）の分野では、ウルトエレクトロニクス社（Ｗｕｒｔｈ Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ ＧｍｂＨ）によって提供されるタイプのコンタクトを使用することが知られている。これらのコンタクトは、中実（ｓｏｌｉｄ）の正方形ブロックを含み、複数の脚部がブロックから突出し、脚部は回路基板に圧入（ｐｒｅｓｓ−ｆｉｔ）される。電気モーターに電流を伝達するための導体ロッドは、正方形ブロックの開口部内に固定して収容されている。

本発明の目的は、低コストだが回路基板と導体ロッドとの間に信頼性のある接続を可能にする、高電流印加用コンタクトアセンブリを提供することである。

冒頭で述べたようなコンタクトアセンブリの場合、この目的は請求項１の特徴部の特徴により本発明に従って達成される。

コンタクトロッドを複数の弾性変形可能な舌部（ｅｌａｓｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｔｏｎｇｕｅ）と共に保持し電気的に接触させることによって、十分な総接触面積の明確な接触が確立される。

本発明の意味における高電流印加は、典型的な動作モードにおいて収容部材を通ってそして舌部を介して導体ロッドｃ内に流れる３０Ａ超過、好ましくは５０Ａ超過の電流を有することを意味する。特に、コンタクトアセンブリは、このような高電流が少なくとも数時間の永久動作中に流れることができるように設計される。

高電流は、好ましくは１０Ｖ超過、最も好ましくは３０Ｖ超過の電位差下で動作される。典型的な用途は、燃焼駆動、電気駆動、またはハイブリッド駆動を含む現代の車両の分野である。このような車両は、標準の１２Ｖネットよりも高い電圧に基づいた電力ネットを使用する。本発明のコンタクトアセンブリの１つの好ましい用途は、４８Ｖの車両の電力ネットと組み合わされる。

コンタクトアセンブリを介して回路基板から電気デバイスに伝送される電力は、好ましくは３００ワット（Ｗａｔｔ）超過の連続電力、より好ましくは１ｋＷ超過の連続電力、最も好ましくは３ｋＷ超過の連続電力である。

一般的に好ましくは、収容部材は、一体品として設計される。特に、収容部材は、回路基板に対する収容部材の固定と導体ロッドに対する舌部の電気接触との間に任意の中間ツーピース（ｔｗｏ−ｐｉｅｃｅ）設計または表面接触が欠けている。

導体ロッドの周りに保持力及び接触面積を均一に分布させるために、弾性変形可能な舌部の数は、好ましくは少なくとも３つ、より好ましくは少なくとも６つである。

本発明の一般的に有利な実施形態において、収容部材は、好ましくは表面実装デバイス（ＳＭＤ）の形態で半田付けによって回路基板の導電路に接続される。特に、ＳＭＤベース回路基板についての所与の標準が満たされることができる。さらなる利点として、収容部材は自動化された製造によって回路基板に適用され得る。

収容部材の特別な低コスト生産を達成するために、収容部材は板金部品として形成されることができ、好ましくは板金の厚さは１ｍｍ未満、より好ましくは０．６ｍｍ未満である。元の板金は、切断、打ち抜き、曲げ、コーティング、熱アニーリングなどのような任意の既知の手段によって収容部材にさらに加工され得る。

本発明の好ましい実施形態の場合、収容部材は、導体ロッドの長手方向の周りに円周方向に曲げられたベースリングと、ベースリングの一側面から突出する複数の舌部と、好ましくはベースリングの反対側面から突出する複数の接触タブと、を含み、接触タブは回路基板に固定式に接続される。このような設計は、例えば、金属のシートから収容部材を製造する際の簡単な解決策を提供する。接触タブがベースリングに対して舌部とは反対方向を向いている場合、より多数の舌部及びコンタクトパッドが提供され得る。

高電流の効率的な伝達を提供するために、好ましくは、導体ロッドは基本的に一定の断面を有し、断面は８ｍｍ^２超過、特に１８ｍｍ^２超過の導電性サイズを有する。最も好ましくは、断面は円形である。典型的に好ましい導体ロッドは、高電流に対する要求に従った直径を有する中実のシリンダーであろう。１８ｍｍ^２の導電性断面の場合、円筒形導体ロッドは、約４．８ｍｍの直径（または８ｍｍ^２の断面の場合、３．２ｍｍ直径）を有するであろう。より大きな直径はさらに、より多数の舌部及び／または舌部当たりのより大きいコンタクト面積のため、収容部材によるより良好な接触を可能にする。

一般的な目的として、収容部材によって引き起こされる回路基板と導体ロッドとの間の抵抗は、０．００１オーム（Ｏｈｍ）未満、より好ましくは０．０００５オーム未満である。

組立時及び動作中に、例えば熱膨張の間に公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を許容するために、好ましくは、導体ロッドは、弾性的にロードされた舌部によって保持されかつ接触されながら、公差の間隔の周りに長手方向に沿って連続的に移動することができる。この目的のために、コンタクトロッドは、好ましくは、舌部の接触領域において角柱形状（または一定の断面形状）を有する。他の実施形態において、導体ロッドはさらに、接触面積を増やすために、舌部に対する支持溝のような特殊な形態を有することができる。

十分な機械的支持だけでなく、確実な電気的接触を確認するために、弾性的にロードされた舌部の各々は、導体ロッドから距離を置いて位置される第１の端部、及び導体ロッドに当接する第２の端部を含むことができる。一般的に好ましくは、舌部は、各舌部につき１ニュトーン（Ｎｅｗｔｏｎ）超過の力で、導体ロッドの周面に対してロードされ及び／または弾性的に押し付けられるばねである。

代替の実施形態において、舌部の第２の端部はまた、第２のベースリングによって接続され得る。このような実施形態において、舌部は、湾曲された方式で曲げられ、舌部の中間部分が導体ロッドとばねロード接触し、収容部材の最小内径が２つのベースリングの間のほぼ中間に配置される。

本発明の特に好ましい実施形態の場合、回路基板は開口部を含み、収容部材は開口部に配置され、導体ロッドは開口部を通って突出する。さらにより好ましくは、舌部は、回路基板の第１の側面上に導体ロッドを保持し、収容部材は反対側面上に回路基板に固定される。全体的に、これらの特徴は、アセンブリの高さを低くすることができる。

酸化の影響を受けにくい最適化された電気接触を提供するために、少なくとも舌部、または導体ロッド、最も好ましくは舌部及び導体ロッドの両方が、少なくとも銀からなる表面を有する。銀は、当該技術分野において既知の任意の適切な方式で導体ロッド及び／または収容部材上にコーティングされ得る。

電力損失及び／または局所加熱を最小限に抑えるために、少なくとも収容部材のコアは、好ましくは銅系の合金、より好ましくはＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）の少なくとも７０％の導電率を有する銅系の合金から製造される。

長時間の作動時間後でも、長寿命と安全な機械的及び電気的接触に関して、合金は熱応力緩和に最適化されており、８０％超過、特に８５％超過の残留応力が９．０のラーソンミラーパラメータ（Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ）で達成される。ラーソンミラーパラメータは、Ｐ＝（２０＋ｌｏｇ（ｔ））^＊Ｔ＋２７３）^＊０．００１として定義され；ｔは時（ｈｏｕｒ）単位の時間であり、Ｔは℃単位の温度である。例えば、Ｐ＝９は、１１８℃で１０００ｈの緩和時間（動作時間）に相当する。

一般的に好ましくは、電気デバイスは、特に燃焼機関用チャージャーを駆動するための電気モーターである。このような用途は、熱及び振動安全性に対する高い要求を有する。

本発明の目的はさらに、電気モーターによって駆動される圧縮デバイスを含む燃焼機関用チャージャーによって達成され、ここで、電気モーターは、本発明によるコンタクトアセンブリによって電源に接続される。チャージャーは特に、ターボチャージャーであり得る。近年、特に自動車及び他の車両の燃焼機関用電気駆動ターボチャージャーの適用がますます重要になっている。本発明のコンタクトアセンブリは、動力伝達だけでなく、熱及び機械的暴露の観点からこの適用のために特に最適化されている。

本発明のさらなる利点及び特徴は、以下に記載する本発明の実施形態だけでなく、従属請求項に記載されている。

本発明の好ましい実施形態が以下に記載され、添付の図面によってさらに説明される。

従来技術のコンタクトアセンブリの平面図を示す。 本発明によるコンタクトアセンブリの断面図を示す。 図２のアセンブリの収容部材の空間図を示す。 図２の収容部材を断面図で示す。

図１のような従来技術のデバイスは、中実の正方形ブロック２′の開口部内に固定式で収容される導体ロッド１′を示し、複数の脚部２ａ′がブロックから突出している。脚部２ａ′は、回路基板（図示せず）に圧入されるように設計され、圧入によって機械的及び電気的接触を提供する。

図２は、導体ロッド１と、収容部材２と、回路基板３とを含む本発明によるコンタクトアセンブリを示している。

導体ロッド１は、角柱形状、本場合には中実のシリンダー形状の少なくとも端部を有する。導体ロッド、または少なくともその端部は、長手方向Ｌに突出する。したがって、導体ロッド１の断面は、中実の丸である。一例において、導体ロッドの直径は６ｍｍであり、したがって導電性断面のサイズは約２８ｍｍ^２である。

収容部材２は、導体ロッド１の外径よりも大きい内径を有するベースリング４を含むチューリップ（ｔｕｌｉｐ）またはバスケット（図３及び図４参照）の形態を有する。

複数の全部で８つの舌部５がベースリング４に沿って等間隔に配置される。舌部５は、ベースリングの直径のために、ベースリング４から第１の端部６を起点とし、第１の端部６は、導体ロッド１まで半径方向の距離を置いて位置される。舌部５のクランク状の第２の端部７が導体ロッド１の側壁に当接するように、舌部５は、収容部材２の中心軸に対して傾斜して曲げられる。中心軸Ｌに対する傾斜した曲げにより、舌部５は、導体ロッド１に当接しながら機械的にプリロードされる。各々の舌部５は、少なくとも１ニュトーン、例えば約２ニュトーンの弾性力で導体ロッド１を押圧する。

舌部５によって保持されている間、導体ロッド１は、少なくともほぼ公差間隔でその長手方向Ｌに依然として移動され得る。

ベースリング４の他の反対側面上には、複数の接触タブ８が突出して９０゜の角度で曲げられ、接触タブ８の半田付け面が回路基板の導電路に当接する。接触タブ８は、収容部材２を表面実装デバイスＳＭＤとして回路基板に接続する表面実装方式で導電路に半田付けされる。

収容部材２の組立工程を向上させるために、補助タブ９がベースリングから突出し、回路基板３内の対応する凹部と相互作用し、半田付けのステップが完了する前に予め組み立てられた収容部材２の規定された位置及び配向を提供する。

収容部材２は、一体品アイテムとして形成される。例えば、それは単一の板金部品として形成されることができ、ここで板金の材料は、０．４ｍｍの厚さを有し、０．５％Ｃｒ、０．２％Ａｇ、０．０６％Ｔｉ及び０．０３％Ｓｉの小さな添加量を有する銅系合金であることが選択される。この合金は、ＩＡＣＳの７９％の導電率を有する。その熱緩和は、最適化され、９．０のラーソンミラーパラメータの場合に、約９０％の残留応力を示す。収容部材２が中心軸Ｌの周りに板金部品から曲げられるとき、ベースリング４は閉じられず、ギャップ４ａが残る（図３参照）。

電気的接触を向上させ、酸化に対してより良い保護を得るために、収容部材２及び導体ロッド１は、銀で表面コーティングされ得る。

収容部材２は、回路基板３の開口部１０に配置されるように、回路基板３に取り付けられる。ベースリング４は、舌部５が回路基板の一側面上に突出し、接触タブ８が回路基板の反対側面に半田付けされる開口部１０内にほとんど位置される。この配置によって、コンタクトアセンブリの全高が減少される。導体ロッド１は、回路基板３の開口部１０を通って突出し、回路基板３の側面上の導体ロッド１の端部は、舌部５の第２の端部７に近接する。

導体ロッドの反対側の端部は、導体ロッド１によって給電される電気デバイス（図示せず）に接続される。導体ロッド１の長手方向Ｌは、回路基板３の平面に少なくとも略垂直に配置される。

この場合、電気デバイスは、燃焼機関の電動ターボチャージャーのモーターである。回路基板３から収容部材２を介して、そして導体ロッド１を通って電気モーターに伝達される電流は、典型的な永久動作モードにおける４８Ｖで約１００Ａである。したがって、前述のコンタクトアセンブリによってほぼ５ｋＷの電力が伝達される。

１′ 導体ロッド（従来技術）
２′ 正方形ブロック（従来技術）
２ａ′ 正方形ブロックの脚部（従来技術）
１ 導体ロッド
２ 収容部材
３ 回路基板
４ ベースリング
４ ａベースリング４のギャップ
５ 舌部
６ 舌部の第１の端部
７ 舌部の第２の端部
８ 接触タブ
９ 補助タブ
１０ 回路基板内の開口部
Ｌ 導体ロッドの長手方向、収容部材の中心軸

Claims (15)

1. 高電流印加用コンタクトアセンブリであって、
   電気回路基板（３）と、
   長手方向に突出する非可撓性導体ロッド（１）であって、前記回路基板（３）と電気デバイスとの間に３０アンペア（Ａｍｐｅｒｅ）超過、特に５０アンペア超過の電流を伝送する、前記非可撓性導体ロッド（１）と、
   前記回路基板（３）に固定される収容部材（２）と、を含み、
   前記収容部材（２）は、前記導体ロッド（１）を保持し、前記導体ロッド（１）と前記回路基板（３）との間で前記電流を伝送し、
   前記収容部材（２）は、複数の弾性変形可能な舌部（５）を含み、前記舌部（５）は、前記導体ロッド（１）の周りに円周方向に配置され、機械的支持だけでなく、前記導体ロッド（１）と前記収容部材（２）との間に電気的接触を提供することを特徴とする、コンタクトアセンブリ。
2. 前記収容部材（２）は、一体品として設計されることを特徴とする、請求項１に記載のコンタクトアセンブリ。
3. 前記収容部材（２）は、特に表面実装デバイス（ＳＭＤ）の形態で、半田付けによって前記回路基板（３）の導電路に接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載のコンタクトアセンブリ。
4. 前記収容部材（２）は、板金部品として形成され、特に前記板金の厚さは１ｍｍ未満、より特に０．６ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
5. 前記収容部材（２）は、前記導体ロッド（１）の長手方向（Ｌ）の周りに円周方向に曲げられたベースリング（４）と、前記ベースリング（４）の一側面から突出する複数の舌部（ｔｏｎｇｕｅ）（５）と、特に前記ベースリング（４）の反対側面から突出する複数の接触タブ（８）と、を含み、前記接触タブ（８）は、前記回路基板（３）に固定式に接続されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
6. 前記導体ロッド（１）は、特に円形の基本的に一定の断面を有し、前記断面は、８ｍｍ^２超過、特に１８ｍｍ^２超過の導電性サイズを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
7. 前記導体ロッド（１）は、弾性的にロードされた舌部（５）によって保持されかつ接触されながら、公差の間隔の周りに長手方向（Ｌ）に沿って連続的に移動することができることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
8. 前記弾性的にロードされた舌部（５）の各々は、前記導体ロッド（１）から距離を置いて位置される第１の端部（６）、及び前記導体ロッド（１）と当接する第２の端部（７）を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
9. 前記回路基板（３）は、開口部（１０）を含み、前記収容部材（２）は、前記開口部（１０）に配置され、前記導体ロッド（１）は、前記開口部（１０）を通って突出することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
10. 前記舌部（５）は、前記回路基板（３）の第１の側面上で前記導体ロッド（１）を保持し、前記収容部材（２）は、反対側面上で前記回路（３）に固定されることを特徴とする、請求項９に記載のコンタクトアセンブリ。
11. 少なくとも前記舌部（５）、または前記導体ロッド（１）、特に前記舌部（５）及び前記導体ロッド（１）の両方は、少なくとも銀からなる表面を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
12. 少なくとも前記収容部材（２）のコアは、銅系合金、特にＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）の少なくとも７０％の導電率を有する銅系合金から製造されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
13. 前記合金は、熱応力緩和のために最適化され、８０％超過、特に８５％超過の残留応力が９．０のラーソンミラーパラメータ（Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ）で達成されることを特徴とする、請求項１２に記載のコンタクトアセンブリ。
14. 前記電気デバイスは、特に燃焼機関用チャージャーを駆動するための電気モーターであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリ。
15. 燃焼機関用チャージャーであって、電気モーターによって駆動される圧縮デバイスを含み、前記電気モーターは、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のコンタクトアセンブリによって電源に接続されることを特徴とする、燃焼機関用チャージャー。

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