JP2019212886A - インダクタンス素子の接続構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】線材の長さを大幅に短縮して材料コストを削減し、電磁干渉を低減することができるインダクタンス素子の接続構造を提供する。【解決手段】インダクタンス素子の接続構造は、スルーホールを有する回路基板と、少なくとも一つの線材を有するインダクタンス素子と、基体に固定される支持部材と、支持部材に形成され、収容空間を提供する収容部材と、収容空間に収容され、位置決め部を有する位置決め部材と、第１接続部及び第２接続部を有する接続部材と、回路基板にロックされるように第２接続部に嵌合するロック部を有するロック部材と、を含む。線材は、インダクタンス素子に接続されていない一端に固定端子を有し、固定端子を挟持するように第１接続部と位置決め部とが嵌合する。【選択図】図４

Description

本発明は、接続構造に関し、特にインダクタンス素子の接続構造に関するものである。
図１は、関連技術のインバータを用いた系統連系システムの回路ブロック図である。図１に示すインバータを用いた系統連系システムは、例えば、太陽光エネルギーや風力エネルギー等の再生可能エネルギーによって生成された直流電源Ｖｄｃを、交流電源Ｖａｃに変換して交流電力グリッドに給電するために用いられる。前段のＤＣ−ＤＣコンバータ１１Ａは、直流電源Ｖｄｃを交流電源Ｖａｃに変換する際、直流電源Ｖｄｃの電圧の大きさを調整するために用いられ、例えば、昇圧コンバータを用いて直流電源Ｖｄｃを昇圧するために用いられる。次段のＤＣ−ＡＣコンバータ１２Ａは、昇圧された直流電源を交流電源に変換するために用いられる。最後に、後段のフィルタ１３Ａにより変換された交流電源をフィルタリングし、交流グリッドに併入して使用可能な交流電源Ｖａｃを得る。
上記のＤＣ−ＤＣコンバータ１１Ａは、一般的に昇圧インダクタと併用する必要があり、フィルタ１３Ａは、通常フィルタインダクタと併用する必要がある。しかし、昇圧インダクタ又はフィルタインダクタは、昇圧及びフィルタ機能を提供するが、システム内の不要な干渉源にもなる。
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ関連技術のインダクタと回路板の組立断面図及び平面図である。図２Ａ及び図２Ｂには、インダクタ２０Ａが回路板１０Ａに接続される、つまりインダクタ２０Ａが線材２１Ａを介して回路板１０Ａに電気的に接続される形態が示されている。この場合、線材２１Ａを回路板１０Ａを通して回路板１０Ａと電気的に接続するために、回路板１０Ａに孔を開ける必要がある。しかし、回路板１０Ａの孔に線材２１Ａを通す必要があるため、工程の手間が増えるばかりでなく、線材２１Ａが破損する可能性もある。
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ関連技術のインダクタと回路板のその他の組立断面図及び平面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示す組立方法は、図２Ａ及び図２Ｂに示す組立方法と異なり、回路板１０Ａに孔を開けることを回避するために、インダクタ２０Ａが線材２１Ａを介して回路板１０Ａに電気的に接続されるように線材２１Ａを迂回して設ける必要がある。しかし、このような組立方法は、線材２１Ａの長さの増加によるコストの増加をもたらすとともに、線材２１Ａの長さが長すぎると、電力損失が増加する。
また、図２Ａ（図２Ｂ）又は図３Ａ（図３Ｂ）に示すインダクタ２０Ａと回路板１０Ａの接続方法では、線材２１Ａが回路板１０Ａ上に直接延在しているので、このような長距離配線方法は、線材２１Ａに流れる高周波電流に起因する電磁結合効果によって回路板１０Ａに設けられた回路素子に対して生じた電磁干渉により、電力コンバータの電磁干渉が強くなり全体効率が低下する。
本発明の目的は、線材の長さを短縮して材料コストを削減し、電磁干渉を低減することができるインダクタンス素子の接続構造を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のインダクタンス素子の接続構造は、スルーホールを有する回路基板と、少なくとも一つの線材を有するインダクタンス素子と、基体に固定される支持部材と、支持部材に形成され、収容空間を提供する収容部材と、収容空間に収容され、位置決め部を有する位置決め部材と、第１接続部及び第２接続部を有する接続部材と、回路基板にロックされるように第２接続部に嵌合するロック部を有するロック部材と、を含む。線材は、インダクタンス素子に接続されていない一端に固定端子を有し、固定端子を挟持するように第１接続部と位置決め部とが嵌合する。
本発明のインダクタンス素子の接続構造によれば、線材の長さを大幅に短縮して材料コストを削減するとともに、電磁干渉を低減することができる。
関連技術のインバータを用いた系統連系システムの回路ブロック図である。 関連技術のインダクタと回路板の組立断面図である。 関連技術のインダクタと回路板の組立平面図である。 関連技術のインダクタと回路板のその他の組立断面図である。 関連技術のインダクタと回路板のその他の組立平面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第１実施形態の分解斜視図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第１実施形態の組立断面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第１実施形態が基体に固定された状態を示す組立断面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第２実施形態の部分分解断面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第３実施形態の部分分解断面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第４実施形態の部分分解断面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第５実施形態の組立断面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第６実施形態の組立断面図である。 本発明のインダクタンス素子の接続構造の第７実施形態の組立断面図である。
本発明の詳細な説明及び技術内容について、図面を参照して以下に説明するが、図面は、ただ参考及び説明に用いるのみであり、本発明に制限を加えるものではない。
図４及び図５は、それぞれ本発明のインダクタンス素子の接続構造の第１実施形態の分解斜視図及び組立断面図である。同図を参照すると、インダクタンス素子の接続構造は、回路基板１０と、インダクタンス素子２０と、支持部材３０と、収容部材４０と、位置決め部材５０と、接続部材６０と、ロック部材７０とを含む。回路基板１０は、印刷回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ，ＰＣＢ）、又は回路素子を搭載可能な他の板体であってもよい。回路基板１０には、スルーホール１１が設けられている。インダクタンス素子２０は、例えば、コアとコアに巻かれたコイルとを有するインダクタであってもよい。ここで、コアは、Ｕ字形コアやブロック（Ｂｌｏｃｋ）コア等であってもよい。
インダクタンス素子２０は、少なくとも一つの線材２１を有し、線材２１は、ケーブル（ｃａｂｌｅ）であってもよい。具体的に、少なくとも一つの線材２１は、ピン（図示せず）を介してコア上のコイルに接続されることで、インダクタンス素子２０の出力電気パラメータ、例えば出力電圧や出力電流を導出することができる。少なくとも一つの線材２１は、一端がコア上のコイルに接続され、他端（即ち、インダクタンス素子２０に接続されていない一端）が固定端子２２を有する。一実施形態において、固定端子２２は、リング状の圧着端子であってもよいが、これに限定されず、Ｃ字形、Ｕ字形又はＶ字形等の端子であってもよい。
図６は、本発明のインダクタンス素子の接続構造の第１実施形態が基体に固定された状態を示す組立断面図である。図６と図５との最大の相違点は、図６に基体９０が示されていることである。基体９０は、ハウジングの内側ベースであってもよい。ここで、内側ベースは、非導電性又は導電性材料で形成されてもよい。基体９０は、ダイカスト成形によって形成されてもよいが、これに限定されない。ハウジングは、インダクタンス素子２０、回路基板１０、及び上記要素を設置するために用いられる。支持部材３０は、基体９０上に配置される。上述したように、支持部材３０は、ハウジングの内側ベースの表面上に配置されてもよい。また、インダクタンス素子２０は、ハウジングの空間に接着剤を充填（注入）することによって固定され、放熱することができる。
図４及び図５を再び参照すると、収容部材４０は、支持部材３０上に収容空間４１を提供するように形成される。異なる実施形態において、支持部材３０は、収容部材４０と一体成形されるか、又は着脱可能に接合するように形成される。例えば、支持部材３０及び収容部材４０は、収容部材４０が収容空間４１を有し、収容部材４０が支持部材３０に形成されるように、射出又はダイカストによって一体形成されてもよい。或いは、支持部材３０及び収容部材４０は、接合後に収容部材４０が支持部材３０に形成されるように、別個（取り外し可能）に形成された２ピース構造であってもよい。
位置決め部材５０は、収容部材４０の収容空間４１に収容され、位置決め部５１を有する。図４に示す実施形態では、収容部材４０の平面視断面形状が六角形の断面形状であり、それに対応して、位置決め部材５０の平面視断面形状も六角形の断面形状である。これにより、位置決め部材５０は、収容部材４０の収容空間４１に収容されることが可能である。一実施形態では、位置決め部材５０は、六角ナットであってもよく、プラスチックナット又は金属ナットに限定されない。他の実施形態では、位置決め部材５０の平面視断面形状は、他の多角形断面形状であってもよく、位置決め部材５０は、他の材料のナットであってもよい。収容部材４０もまた、位置決め部材５０の構造設計に対応して形成される。
接続部材６０は、第１接続部６１と第２接続部６２とを有する。接続部材６０の第１接続部６１は、位置決め部材５０の位置決め部５１に嵌合され、固定端子２２を挟持するように固定端子２２を貫通している。この実施形態では、固定端子２２はリング状の圧着端子である。図４及び図５に示す実施形態では、接続部材６０は、平面視断面形状が六角形の断面形状であり、第１接続部６１は、接続部材６０の一端から外方に突出して雄ネジを有する。位置決め部材５０の位置決め部５１は凹構造である。上述したように、位置決め部５１は、位置決め部材５０が六角ナットである場合、六角ナットの雌ネジである。このため、接続部材６０の一端から外方に突出して雄ネジを有する第１接続部６１は、固定端子２２を貫通して六角ナットの雌ネジ（即ち、位置決め部５１）に螺合される。第１接続部６１を位置決め部５１にネジ止めすることにより、固定端子２２を両者（第１接続部６１と位置決め部５１）の間に挟持することができる。
ロック部材７０は、ロック部７１を有する。ロック部材７０のロック部７１は、接続部材６０の第２接続部６２と嵌合し、回路基板１０のスルーホール１１を貫通して回路基板１０にロックされる。図４及び図５に示す実施形態では、接続部材６０の第２接続部６２が凹構造である。第２接続部６２は、接続部材６０が六角柱体である場合、接続部材６０（即ち、六角柱体）の他端の雌ネジである。ロック部材７０のロック部７１は、ロック部材７０の一端から外方に突出して雄ネジを有する。この実施形態では、ロック部材７０は、ネジであってもよい。このため、ロック部材７０の一端から外方に突出して雄ネジを有するロック部７１は、回路基板１０のスルーホール１１を貫通して六角柱体の雌ネジ（即ち、第２接続部６２）に螺合される。ロック部７１を第２接続部６２にネジ止めすることにより、回路基板１０を両者（ロック部７１と第２接続部６２）のロックアタッチメント間に挟持することができる。このとき、ロック部材７０は、回路基板１０にロックされる。
図７、図８及び図９は、それぞれ本発明のインダクタンス素子の接続構造の第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態の部分分解斜視図である。これらの実施形態と図４（又は図５）に示す第１実施形態との最大の相違点は、位置決め部材５０の位置決め部５１、接続部材６０の第１接続部６１と第２接続部６２、及びロック部材７０のロック部７１は、互いに対応する構造が異なることである。
具体的には、図７に示す第２実施形態の位置決め部材５０の位置決め部５１が凹構造であるため、それに対応する接続部材６０の第１接続部６１が凸構造である。また、接続部材６０の第２接続部６２が凸構造であるため、それに対応するロック部材７０のロック部７１が凹構造である。
具体的には、図８に示す第３実施形態の位置決め部材５０の位置決め部５１が凸構造であるため、それに対応する接続部材６０の第１接続部６１が凹構造である。また、接続部材６０の第２接続部６２が凹構造であるため、それに対応するロック部材７０のロック部７１が凸構造である。
具体的には、図９に示す第４実施形態の位置決め部材５０の位置決め部５１が凸構造であるため、それに対応する接続部材６０の第１接続部６１が凹構造である。また、接続部材６０の第２接続部６２が凸構造であるため、それに対応するロック部材７０のロック部７１が凹構造である。
要するに、上述した位置決め部５１、第１接続部６１、第２接続部６２、及びロック部７１の互いに接続される４つの異なる接続形態において記載された凹構造は、雌ネジを有するナットに限定されず、嵌合・係止機能を有する凹構造である部材であれば、凹構造を有する位置決め部５１、第１接続部６１、第２接続部６２、及びロック部７１として用いることができる。同様に、上述した凸構造は、雄ネジを有するネジに限定されず、嵌合・係止機能を有する凸構造である部材であれば、凸構造を有する位置決め部５１、第１接続部６１、第２接続部６２、及びロック部７１として用いることができる。言い換えると、位置決め部５１、第１接続部６１、第２接続部６２、及びロック部７１の互いに対応する凹構造及び／又は凸構造を実現できるものであれば、位置決め部５１、第１接続部６１、及び第２接続部６２、及びロック部７１として用いることができる。
図１０は、本発明のインダクタンス素子の接続構造の第５実施形態の組立断面図である。図１０に示す第５実施形態と図５に示す第１実施形態との最大の相違点は、線材２１のインダクタンス素子２０から延在する位置が異なることである。後者（図５）に示す線材２１は、インダクタンス素子２０の位置決め部材５０（又は接続部材６０、ロック部材７０）に遠い側に接続されることである。つまり、図５の方向に見ると、線材２１は、インダクタンス素子２０の左側に接続されている（即ち、線材２１は、インダクタンス素子２０の左側から位置決め部材５０まで延びている）。線材２１のコア上のコイルに接続されたピンが太くて曲がりにくい場合、図５に示す構成は、インダクタンス素子２０と接続部材６０及びロック部材７０との間の距離を短くすることを容易にし、空間を節約することができる。これに対して、線材２１のコア上のコイルに接続されたピンが曲がりやすい場合、前者（図１０）に示す線材２１は、インダクタンス素子２０の位置決め部材５０（又は接続部材６０、ロック部材７０）に近い側に接続されている。つまり、図１０の方向に見ると、線材２１は、インダクタンス素子２０の右側に接続される（即ち、線材２１は、インダクタンス素子２０の右側から位置決め部材５０まで延びている）。このようにして、線材２１がインダクタンス素子２０の位置決め部材５０に近い側から延びることで、線材２１の長さを短くすることができ、線材２１のコストを低減することができる。
図１１は、本発明のインダクタンス素子の接続構造の第６実施形態の組立断面図である。図１１に示す第６実施形態と図６に示す第１実施形態との最大の相違点は、支持部材３０が異なる位置に配置されることである。後者（図６）に示す支持部材３０は、コアとコアに巻回されたコイルとの間に配置されている。即ち、インダクタンス素子２０と支持部材３０とが接合されている組立形態である。これに対して、前者（図１１）に示す支持部材３０は、コアとコアに巻回されたコイルとの間に配置されていない。つまり、インダクタンス素子２０と支持部材３０とが接合されないように配置されており、即ち、インダクタンス素子２０と支持部材３０とが分離されるように配置されている。要するに、支持部材３０は、インダクタンス素子２０に接合して組み立てるものに限定されず、例えば、インダクタンス素子２０のコア形態や利用可能空間の大きさ等の実際の使用状況に応じて、支持部材３０とインダクタンス素子２０の組立形態を変更してもよい。インダクタンス素子２０としては、例えば、Ｕ字形コアやブロック（Ｂｌｏｃｋ）コアを用いてもよい。これにより、回路基板１０、インダクタンス素子２０、支持部材３０、収容部材４０、位置決め部材５０、接続部材６０、及びロック部材７０の互いに対応する接続関係も達成することができる。
図１２は、本発明のインダクタンス素子の接続構造の第７実施形態の組立断面図である。この実施形態では、インダクタンス素子の接続構造は、金属板８０をさらに含む。金属板８０は、回路基板１０と線材２１との間に配置され、放射線遮蔽（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）を提供する。その結果、線材２１に流れる高周波電流による電磁結合効果により回路基板１０に設けられた回路素子への電磁干渉を大幅に低減することができる。
以上により、本発明の利点は次の通りである。
１．インダクタンス素子の接続構造によれば、線材の長さを短くして材料コストを低減でき、電力損失を低減することができる。
２．インダクタンス素子の接続構造によれば、電力コンバータの強い電磁干渉を低減し、全体効率を高めることができる。
３．位置決め部、第１接続部、第２接続部、及びロック部は、凹構造及び／又は凸構造であるので、互いに対応して使用する設計の利便性及び多様性を高めることができる。
４．インダクタンス素子を収容するハウジングの空間に接着剤を充填（注入）することにより、インダクタンス素子に固定及び放熱効果を与える。
ただし、上記は、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明及び図面に過ぎず、本発明の特徴はこれに限定されるものではないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想及びその類似の変形例に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化又は付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
１０ 回路基板
１１ スルーホール
２０ インダクタンス素子
２１ 線材
２２ 固定端子
３０ 支持部材
４０ 収容部材
４１ 収容空間
５０ 位置決め部材
５１ 位置決め部
６０ 接続部材
６１ 第１接続部
６２ 第２接続部
７０ ロック部材
７１ ロック部
８０ 金属板
９０ 基体
Ｖｄｃ 直流電源
Ｖａｃ 交流電源
１１Ａ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２Ａ ＤＣ−ＡＣコンバータ
１３Ａ フィルタ
１０Ａ 回路板
２０Ａ インダクタ
２１Ａ 線材

Claims (15)

  1. スルーホールを有する回路基板と、
    少なくとも一つの線材を有するインダクタンス素子と、
    基体に固定される支持部材と、
    前記支持部材に形成され、収容空間を提供する収容部材と、
    前記収容空間に収容され、位置決め部を有する位置決め部材と、
    第１接続部及び第２接続部を有する接続部材と、
    前記回路基板にロックされるように前記第２接続部に嵌合するロック部を有するロック部材と、を含み、
    前記線材は、前記インダクタンス素子に接続されていない一端に固定端子を有し、
    前記固定端子を挟持するように前記第１接続部と前記位置決め部とが嵌合することを特徴とするインダクタンス素子の接続構造。
  2. 前記位置決め部が凹構造であり、前記第１接続部が凸構造であり、前記第２接続部が凹構造であり、前記ロック部が凸構造であることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  3. 前記位置決め部が凹構造であり、前記第１接続部が凸構造であり、前記第２接続部が凸構造であり、前記ロック部が凹構造であることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  4. 前記位置決め部が凸構造であり、前記第１接続部が凹構造であり、前記第２接続部が凹構造であり、前記ロック部が凸構造であることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  5. 前記位置決め部が凸構造であり、前記第１接続部が凹構造であり、前記第２接続部が凸構造であり、前記ロック部が凹構造であることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  6. 前記支持部材は、前記インダクタンス素子に接合配置されることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  7. 前記支持部材は、前記インダクタンス素子から分離配置されることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  8. 前記線材は、前記インダクタンス素子の前記位置決め部材、前記接続部材又は前記ロック部材に遠い側に接続するように設けられることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  9. 前記線材は、前記インダクタンス素子の前記位置決め部材、前記接続部材又は前記ロック部材に近い側に接続するように設けられることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  10. 前記回路基板と前記線材との間に配置される金属板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  11. 前記固定端子は、リング状、Ｃ字形、Ｕ字形及びＶ字形のいずれかの端子であることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  12. 前記支持部材と前記収容部材とは、一体成形されるか、又は着脱可能に接合するように形成されることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  13. 前記基体は、ハウジングの内側ベースであり、
    前記ハウジングの空間内に接着剤を注入することで前記インダクタンス素子を固定することを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  14. 前記位置決め部材はナットであることを特徴とする請求項２に記載のインダクタンス素子の接続構造。
  15. 前記ロック部材はネジであることを特徴とする請求項２に記載のインダクタンス素子の接続構造。
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