JP7136650B2 - connector - Google Patents
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Description
本発明は、コネクタ、特に車両用に有用なコネクタに関し、大電流の直流電流を通電すること目的とした大電流用のコネクタに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a connector, particularly to a connector useful for vehicles, and to a high-current connector intended to pass a high-current direct current.
電気自動車などに搭載されているバッテリーには、車に取り付けられている充電用コネクタを介して外部電源から充電されるのが一般的である。バッテリーに充電する場合には、直流電源が使用され、車自体には交直変換装置を搭載しないで、車体の軽量化を図っている。電気自動車のバッテリーの充電時間は高速充電器でも約30分必要である。電気自動車への充電は、人間が充電用設備にも取り付けてある電源プラグを人力でコネクタに差し込んでセットしたのちに充電開始となる。充電時間を更に短くするには大電流を流さなければならないが、コネクタ部での電極接触部に発生する接触抵抗部で大きな発熱が生じる。このため、コネクタのサイズを大きくして流せる電流を大きくする必要があるが、コネクタのサイズが大きくなると、充電ケーブル、電源プラグもアップし、人力での取り回しが困難となる。このため、コネクタ部で発生する接触抵抗を低減し、大電流を流してもコンクタ部で発生する熱を抑えるのが大きな課題であった。 A battery mounted on an electric vehicle or the like is generally charged from an external power supply through a charging connector attached to the vehicle. When charging the battery, a DC power supply is used, and the vehicle itself is not equipped with an AC/DC converter, thereby reducing the weight of the vehicle body. It takes about 30 minutes to charge the battery of an electric vehicle even with a high-speed charger. Charging of an electric vehicle starts after a person manually inserts the power plug attached to the charging facility into the connector and sets it. In order to further shorten the charging time, a large current must be applied, but a large amount of heat is generated at the contact resistance generated at the electrode contact portion of the connector. For this reason, it is necessary to increase the size of the connector to increase the amount of current that can flow. However, as the size of the connector increases, the size of the charging cable and power plug also increase, making it difficult to handle manually. For this reason, it has been a major problem to reduce the contact resistance generated in the connector portion and to suppress the heat generated in the contact portion even when a large current is applied.
従来から、コネクタに関する技術は、多々提案されている。例えば、特許文献1(特開平11-168826号公報)には、軸方向に対して分割されたコネクタについて記載されており、スプリングバネ構造を応用した接触子に関して記載されている。しかしながら、この特許文献には、一般に多く用いられる棒状のプラグ電極に関しては、詳細が開示されていない。 Conventionally, many technologies related to connectors have been proposed. For example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-168826) describes a connector divided in the axial direction, and describes a contact applying a spring structure. However, this patent document does not disclose details of rod-shaped plug electrodes that are commonly used.
本発明は、上記問題点に鑑み、ソケット側電極部に円筒形の溝を設け、前記円筒形の溝の底部に好ましくは硬質銀メッキをする共に溝部に多数の接触点を有する好ましくは銀メッキを施したスプリング型の接触子を取り付けることで、接触点1か所当たりに流れる電流を少なくすることにより、コネクタ全体での接触抵抗による発熱を低減することにより、問題点の解決を図るものである。 In view of the above problems, the present invention provides a cylindrical groove in the socket-side electrode portion, preferably hard silver plating on the bottom of the cylindrical groove, and a plurality of contact points in the groove, preferably silver plating. By installing a spring-type contactor with a special coating, the current flowing through each contact point is reduced, thereby reducing heat generation due to contact resistance in the entire connector, thereby solving the problem. be.
本発明は、以下の請求項1~4により構成される。
<請求項1>
円筒形状をなした棒状プラグ型コネクタにおいて、ソケット側電極に円筒状の溝部を設け、前記溝部にスプリング力を有し、且つ、挿入される棒状プラグ側電極と10か所以上の接点を有する接触子を取り付けたことを特徴とするコネクタ。
<請求項2>
接触子表面には、硬度Hv150以上の硬質銀メッキが被覆された、請求項1記載のコネクタ。
<請求項3>
ソケット側電極の溝部底部に硬度Hv150以上の硬質銀メッキを20μm以上の厚さに被覆した、請求項1または2記載のコネクタ。
<請求項4>
接触子表面のスライド抵抗値が1.4~3Nである、請求項1~3いずれかに記載のコネクタ。The present invention consists of
<
In a rod-shaped plug-type connector having a cylindrical shape, a socket-side electrode is provided with a cylindrical groove, the groove has a spring force, and the rod-shaped plug-side electrode to be inserted has 10 or more points of contact. A connector characterized by having a child attached.
<
2. The connector according to
<
3. The connector according to
<
The connector according to any one of
請求項1記載のコネクタの構造によれば、下記(1)~(5)に代表される様々な効果が得られる。
(1)好ましくは硬質銀メッキを被覆した接触子により接触抵抗が少なく、且つ、好ましくは銀メッキ表面の損耗を最小限に抑えることができる。
(2)多数の接触点を有することにより1接点当りに流れる電流が接点数に応じて少なくなり、接触抵抗による発熱量を低減できる。
(3)1接点方式のコネクタに比べて発熱量が小さくなるため、温度上昇が規定されているコネクタではより多くの電流を流すことができる。
(4)接触子のスプリング力が小さく、請求項4のように、接触子表面のスライド抵抗力は、1.4~3N程度と小さいので、手動でコネクタの挿入、取り外しが容易にできる。
(5)電気自動車などのスペースが限られた充電用コネクタで従来型コネクタよりも大電流を流すことが可能となり、充電時間の短縮ができる。
また、請求項2記載のコネクタでは、プラグ側電極の表面に硬質銀メッキを被覆することにより、接触子での接触抵抗の更なる低減が可能となるため、更に多くの電流を流すことができる。
さらに、請求項3記載のコネクタによれば、ソケット側電極の溝部底部に硬度Hv150以上の硬質銀メッキを20μm以上の厚さに被覆しているので、ソケット側電極2の1回あたりに発生する硬質銀メッキの摩耗量0.005μmから推定される前記記載のプラグ側電極1の挿入、取り外し回数が4,000回まで可能である。
さらにまた、請求項4に記載のコネクタによれば、接触子表面のスライド抵抗値が1.4~3Nであるので、手動でコネクタの挿入、取り外しが容易にできる。According to the connector structure of
(1) Contact resistance is preferably low due to contacts coated with hard silver plating, and wear of silver-plated surfaces can be minimized.
(2) By having a large number of contact points, the amount of current flowing through each contact is reduced according to the number of contacts, and the amount of heat generated by contact resistance can be reduced.
(3) Since the amount of heat generated is smaller than that of a one-contact type connector, a larger amount of current can be passed through a connector for which temperature rise is specified.
(4) The spring force of the contact is small, and as in
(5) It is possible to pass a larger current than a conventional connector in a charging connector such as an electric vehicle where the space is limited, so that the charging time can be shortened.
Further, in the connector according to
Furthermore, according to the connector of
Furthermore, according to the connector of
以下、本発明の実施の形態について図面を参照にして説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の第一実施例を示す。
図1において、棒状の形状を成したプラグ側電極1が孔状の開口部を有するソケット側電極2に差し込まれた状態を示す。プラグ側電極1とソケット側電極2は、接触子3を介して電気的に接続されている。
図1では、接触子3は1か所のみであるが、必要に応じてソケット側電極2の孔状の開部に複数段も受けても良い。FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.
FIG. 1 shows a state in which a rod-shaped plug-
In FIG. 1, the
接触子3の取付け状態を図2に示す。
図2において、接触子3がソケット側電極2に設けられた溝部に取り付けられ、プラグ側電極1と接触している状態の断面を示す。接触子3は、接触部が硬質銀メッキされている。硬質銀メッキは、メッキ表面の硬度がHv150以上になるようにメッキされている。
硬度Hvは、好ましくはHv200以下、さらに好ましくはHv130~Hv200である。
ここで、メッキ表面の硬度Hvは、銀メッキを施工する際の電流値の制御、または銀メッキを施工した後にピーニングやローラ押し付け加工等による表面効果加工などにより、調整することができる。ピーニングやローラ押し付け加工では、メッキの表面の微細なクラックなどを塑性変形してクラックをふさいだりする効果も期待できる。硬質銀メッキの硬度をメッキ時の電流制御などでHv200以上に施工することは可能であるが、Hv200以上にするメッキ内の残留応力により硬質銀メッキ表面に微細なクラックが発生し、被覆の欠落や腐食の原因となる。このため、本発明で使用する硬質銀メッキの硬度は、Hv130~Hv200が望ましい。なお、ソケット側電極の溝部底部における硬度の調整も同様である。
ここで、硬度Hvは、マイクロビッカース硬度計にて被覆されているメッキ層の硬度を測定する方法により、定義される値である。FIG. 2 shows how the
FIG. 2 shows a cross section of the
The hardness Hv is preferably Hv200 or less, more preferably Hv130 to Hv200.
Here, the hardness Hv of the plated surface can be adjusted by controlling the current value when applying the silver plating, or by performing surface effect processing such as peening or roller pressing after applying the silver plating. Peening and roller pressing can also be expected to have the effect of plastically deforming fine cracks on the surface of the plating to close the cracks. It is possible to increase the hardness of the hard silver plating to Hv200 or more by controlling the current during plating, but the residual stress in the plating that makes it Hv200 or more causes fine cracks on the surface of the hard silver plating, resulting in lack of coating. and corrosion. Therefore, the hardness of the hard silver plating used in the present invention is desirably Hv130 to Hv200. The same applies to adjusting the hardness of the groove bottom of the socket-side electrode.
Here, the hardness Hv is a value defined by a method of measuring the hardness of the coating layer with a micro Vickers hardness tester.
銀メッキの表面硬度が高いほど、プラグ側電極の抜き差し動作による摩耗に対して耐久性が得られる。前記接触子3の接触抵抗は、接触点1箇所当り300μΩ~800μΩとなっている。ソケット側電極2に設けられた溝部には底部に斜線で示した硬度Hvが150以上の硬質銀メッキ被覆部4を有している。前記硬質銀メッキの被覆厚さは20μm以上の厚さを有し、被膜厚さは40~50μmが最適値である。接触子3はプラグ型電極1の表面にスプリング力で押し付けられており、図2のプラグ電極側接触面A部を通じて電流が流れる。接触子3には溝部内から外に出さないように姿勢を保持するための板状の姿勢保持用スプリング3cと一体となって設けられている。
また、接触子3には、ソケット側電極と接触するソケット側電極接触面Bが設けられており、硬質銀メッキ被覆部4に接触している。溝部入り口側には硬質銀メッキのめっき処理の際に角部に電流が集中して銀の異常析出を防止するための面取り部3aが設けられている。面取り部は、円弧状が望ましいが直線状の面取り形状でも良い。
接触子3は、プラグ側電極1を抜き差しするたびに表面の薄い酸化被膜が削り取られることにより、常に初期の状態の接触面を保つことにより酸化被膜の積層による接触抵抗の増加を防いでいる。
姿勢保持用スプリング3bは、接触子3が紙面に対して上下に移動するのを防ぎ、溝部の中で安定した位置に保持する役目を持っている。姿勢保持用スプリング3bがスプリング力が小さいと接触子3は上下に移動するため、プラグ電極側接触面Aとソケット側電極接触面Bの硬質銀メッキの被覆が摩耗し、コネクタの挿入、取り外しの回数の低下につながる。
図中のtは、ソケット側電極の溝部にメッキされた硬質銀メッキの被膜厚さを示す。硬質銀メッキ被覆厚さtは、接触子3との接触面であり、摩耗が進行しても接触子3との接触面のすり合わせ状態が大きく変化しないようにするために他のメッキ箇所よりも被覆を厚くしている。前記接触面のすり合わせ状態が変化することは、ミクロの観察状態では接触点数が変化することであり、すなわち、接触時の電気抵抗が変化することに他ならない。
プラグ側電極1をソケット側電極2に挿入した時に生じる接触時の接触子高さhnは、プラグ側電極の挿入、引き抜きの際に生じる機械的な接触抵抗の値と密接な関係にある。接触時の接触子高さhnを適切に管理することにより、前記記載の機械的な接触抵抗を所定の範囲に収めることが可能となる。The higher the surface hardness of the silver plating, the more durable it will be against abrasion caused by inserting and removing the plug-side electrode. The contact resistance of the
Further, the
A thin oxide film on the surface of the
The attitude holding spring 3b prevents the
t in the figure indicates the thickness of the hard silver plating applied to the groove of the socket-side electrode. The hard silver plating coating thickness t is the contact surface with the
The contact height hn at the time of contact generated when the plug-
図3に、本発明の第二の実施例を示す。
図3において、プラグ側電極1の表面の斜線部は硬質銀メッキで被覆された状態を示す。
本実施例は、短時間に大電流を流す際に接触子3とプラグ側電極の接触面Aの接触抵抗を最小にするための方法である。プラグ側電極1の硬質銀メッキは、プラグ電極を抜き差しするごとに硬質銀メッキ表面に生じた酸化被膜を少しずつ削りとり接触抵抗の少ないメッキ表面を保持する。FIG. 3 shows a second embodiment of the invention.
In FIG. 3, the hatched portion of the surface of the plug-
This embodiment is a method for minimizing the contact resistance between the
図4aは、本発明の第一実施形態としての接触子3の平面構成を示す平面図である。
図4aにおいて、プラグ側電極接触面Aとソケット側電極接触面Bがスプリング板状の部材に連続して長手方向に設けられている。通電に必要な接点数を有するスプリング板を切断し、円筒形に丸めて所要の溝部に取り付ける。円筒形に保持された接触子3は、片端が開いた状態で取り付けられるが、電気的には各接点が所要の接触圧力でプラグ側電極1とソケット側電極2に接触していれば良い。FIG. 4a is a plan view showing the planar configuration of the
In FIG. 4a, a plug-side electrode contact surface A and a socket-side electrode contact surface B are provided continuously in the longitudinal direction of a spring plate-like member. A spring plate having the number of contacts required for energization is cut, rolled into a cylindrical shape, and attached to a required groove. The
図4bは、本発明の第一実施形態としての接触子の取付け状態の構造を示す断面図である。図4bにおいて、接触子3は、プラグ側電極1とソケット側電極2との間に挟まっている状態の断面を示す。プラグ側接触面Aが1か所プラグ側電極1の表面に接触しており、ソケット側電極接触面Bが2か所ソケット側電極2に接触している。プラグ側接触面Aと、ソケット側接触面Bは必要に応じて更に接触箇所を増減してもよい。 FIG. 4b is a cross-sectional view showing the structure of the attached state of the contact according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4b, the
図4Cは、本発明の第一実施形態としての接触子の側面構成示す側面図である。
図4Cにおいて、ルーバー3Cのピッチが2mm、ルーバー3Cの長さが3mmの例の側面図を示す。紙面ではルーバー3Cは溝部に取り付けられる前の状態を示している。溝部に取り付けられて紙面の上下方向からはさみこまれることにより、ルーバー3Cの両端がプラグ側電極1とソケット側電極2に接触する。この時、ルーバー3Cは、図4Cの状態より更に水平方向に傾いた状態となり、スプリング力でそれぞれの接触部に所定の接触圧力を加え、接触抵抗の低下を防ぐ。スプリングの接触圧は4~8Nとし、過大な接触圧による銀メッキ被膜の損耗を最小にする。このときの接触子表面のスライド抵抗力は、1.4~3N程度の低い引き抜き力となる。なお、スライド抵抗力の調整は、接触時の接触子高さhnの寸法調整と、硬質銀メッキの硬度調整及び接触子3のスプリング力の調整により行うことができる。FIG. 4C is a side view showing the side configuration of the contactor as the first embodiment of the present invention.
FIG. 4C shows a side view of an example in which the pitch of the louvers 3C is 2 mm and the length of the louvers 3C is 3 mm. The paper shows the state before the louver 3C is attached to the groove. Both ends of the louver 3C are brought into contact with the plug-
図5は、図1のCC断面を示す。図5において、プラグ電極1は、接触子3を介してソケット側電極2に電気的に導通している。図5は、プラグ側電極1の直径がΦ15の場合の例である。接触子3は、スプリグ力でプラグ側電極1とソケット側電極2の溝部に20か所接触している状態である。この状態で直流500Aを流した場合、接点1か所あたりの電流値は500A/20か所=25Aとなる。接点の数が多いほど一か所当りの接点に流れる電流は小さくなり、下記の(1)式であらわされる。
接点一か所当りに流れる電流=コネクタ通電電流/接点数・・・・・(1)
実際にはルーバーのピッチサイズによって溝部に取り付けられるサイズと接点数が決まる。従って、ルーバーのピッチを少なくし、且つスプリング力を維持するための形状と各接点の硬質銀メッキの厚さが接触抵抗を安定に保つために重要である。FIG. 5 shows the CC section of FIG. In FIG. 5 , the
Current flowing through one contact = connector current/number of contacts (1)
Actually, the pitch size of the louver determines the size and the number of contacts to be attached to the groove. Therefore, it is important to reduce the pitch of the louver and to maintain the spring force and the thickness of the hard silver plating of each contact in order to keep the contact resistance stable.
図6は、本発明の第一実施形態としての核接触子抵抗を等価回路に置き換えた回路図を示す。図6において、接触子1か所当りの抵抗5は、接触点の数だけルーバー3Cを介して電気的に並列接続されている。このため、接触子1か所当りの抵抗5は、電極部に流れる電流が接触点の数の分だけ低減されることになる。また、電極間にかかる電圧Vは、各接点に同じ電圧が印加される。 FIG. 6 shows a circuit diagram in which the nuclear contact resistance is replaced with an equivalent circuit as the first embodiment of the present invention. In FIG. 6,
次に、本発明のコネクタと従来の単一接点の場合の発熱量を比較する。コネクタ全体に流れる電流を100Aと仮定する。
単一接点型のコネクタの発熱量は、(2)式で表される。ここで、Iは電流値(A)、Rは接点の抵抗値、Tは経過時間を示す。
Q=I2×R×T ・・・・・ (2)
今、コネクタに流れる電流値が100A、本発明のコネクタの接点数が20か所とし、接点部での接触抵抗値が一般の単一接触コネクタと同じとする。
一般の単一接触点の発熱量は(3)式で表される。
Q100=1002×R×T ・・・・・ (3)
=10,000×R×T
ここで、Q100は、コネクタの発熱量、Rは接触抵抗値、Tは経過時間を示す。
本発明のコネクタの1接点当りの抵抗値は、(1)式から下記の(4)式で表される。
i 100/20=5(A) ・・・・・ (4)Next, the amount of heat generated by the connector of the present invention and the conventional single contact will be compared. Assume that the current through the connector is 100A.
The amount of heat generated by a single-contact type connector is expressed by equation (2). Here, I is the current value (A), R is the resistance value of the contact, and T is the elapsed time.
Q=I 2 ×R×T (2)
Assume that the current value flowing through the connector is 100 A, the connector of the present invention has 20 contacts, and the contact resistance value at the contact portion is the same as that of a general single contact connector.
The amount of heat generated at a single point of contact in general is expressed by Equation (3).
Q100=100 2 ×R×T (3)
= 10,000 x R x T
Here, Q100 is the amount of heat generated by the connector, R is the contact resistance value, and T is the elapsed time.
The resistance value per contact of the connector of the present invention is represented by the following formula (4) from formula (1).
i 100/20=5(A) (4)
本発明のコネクタの発熱量は(2)式から下記の(5)式で表される。
Q‘100=20×i2×R×T ・・・・・ (5)
=20×52×R×T
=500×R×TThe amount of heat generated by the connector of the present invention is represented by the following equation (5) from equation (2).
Q′100=20×i 2 ×R×T (5)
= 20 x 5 2 x R x T
= 500 x R x T
一般の単一接触コネクタの発熱量と本発明のコネクタの発熱量の比は、下記の(6)式で表される。
Q100/Q‘100=10,000×R×T/500×R×T
=1/20 ・・・・・ (6)
本発明のコネクタでは、20接点の場合単一接点型に比べて1/20の発熱量となる。
本発明のコネクタの発熱量が(3)式のQ100と同じにするには、下記の(7)式で表される。
I’2=10,000×R×T/(20×R×T) ・・・・・ (7)
I’=√500=22.3(A)
ここで、I’は、Q100と同じ発熱量になる場合の1接点当りの電流値を示す。
(4)式の電流値と比は、次の(8)式で表される。
i/I’=22.3/5=4.7 ・・・・・ (8)
(8)式より1接点当りの電流値を4.7倍したときに単一接点型のコネクタと同じ発熱量になることが分かる。すなわち、コネクタの許容温度が規定値で決められている場合には、同じ規定温度に対して4.7倍の電流を流せることとなる。The ratio of the amount of heat generated by the general single-contact connector and the amount of heat generated by the connector of the present invention is expressed by the following equation (6).
Q100/Q'100 = 10,000 x R x T/500 x R x T
= 1/20 (6)
In the connector of the present invention with 20 contacts, the amount of heat generated is 1/20 of that of a single contact type.
To make the amount of heat generated by the connector of the present invention the same as Q100 in the equation (3), it is expressed by the following equation (7).
I′ 2 =10,000×R×T/(20×R×T) (7)
I'=√500=22.3(A)
Here, I' indicates the current value per contact when the amount of heat generated is the same as that of Q100.
The current value and ratio in the equation (4) are represented by the following equation (8).
i/I'=22.3/5=4.7 (8)
It can be seen from equation (8) that when the current value per contact is multiplied by 4.7, the amount of heat generated is the same as that of a single contact type connector. In other words, when the allowable temperature of the connector is determined by a specified value, 4.7 times as much current can flow for the same specified temperature.
本発明のコネクタは、接触点1か所あたりに流れる電流を少なくすることによりコネクタ全体での接触抵抗による発熱を低減させ、大容量の電流を流すことができるので、車に取り付けられる充電用コネクタのほか、電車などのモータの電源コネクタや発電機などの電源接続部用のコネクタとして有用である。 The connector of the present invention reduces heat generation due to contact resistance in the entire connector by reducing the amount of current flowing through each contact point, and allows a large amount of current to flow. In addition, it is useful as a power supply connector for a motor of a train or the like, or a connector for a power supply connection part of a generator or the like.
1 プラグ側電極
1b 硬質銀メッキ被覆部
2 ソケット側電極
3 接触子
A プラグ電極側接触面
B ソケット側電極接触面
3a 面取り部
3b 姿勢保持用スプリング
3c ルーバー
4 電極間の隙間
5 接触子1個当たりの抵抗
V 電極間にかかる電圧
t 硬質銀メッキ被覆厚さ
hn 接続時の接触子高さREFERENCE SIGNS
Claims (1)
前記接触子の表面には、銀メッキを施工した後のピーニングによりメッキ表面を硬度Hv150以上に調整した硬質銀メッキが被覆され、
前記ソケット側電極の溝部底部には、銀メッキを施工した後のピーニングによりメッキ表面を硬度Hv150以上に調整した硬質銀メッキが20μm以上の厚さで被覆され、
前記接触子の表面のスライド抵抗値を1.4~3Nとしたことを特徴とするコネクタ。 In a rod-shaped plug-type connector having a cylindrical shape, a socket-side electrode is provided with a cylindrical groove, the groove has a spring force, and has 10 or more points of contact with the inserted rod-shaped plug-side electrode. attach the contactor ,
The surface of the contactor is coated with hard silver plating adjusted to a hardness of Hv 150 or more by peening after applying silver plating,
The bottom of the groove of the socket-side electrode is coated with a hard silver plating having a thickness of 20 μm or more, the plating surface of which is adjusted to a hardness of Hv 150 or more by peening after applying the silver plating,
A connector according to claim 1, characterized in that the slide resistance value of the surface of said contact is 1.4 to 3N .
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