母線電源コネクタ

【課題】誘導損失を最小限にする。
【解決手段】二極母線電源コネクタ１０は、それらの間に二極翼を受け入れるように構成されたスロット３８を形成するように構成された対向要素１４，１６を含む。スロットは、母線１８，２０から対向要素の先端部５０まで延在する。対向要素は各々が、対向要素からスロット内に延在する第１接点２６，２８と、対向要素からスロット内に延在し、第１接点よりもスロット母線端部から遠くに配置される第２接点３４，３６とを含む。二極翼がスロットに挿入されると、第１接点２６，２８は、スロット先端部５０よりもスロット母線端部により近接したスロット内の位置で各翼素と接触する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源コネクタに関する。特に、本発明は、二極並列電源母線への電源接続を可能にする二極電源コネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路による電力の伝送はエネルギー損失をもたらす。電圧が一定のままでない回路において、そのような損失は、伝導損失のみならず、誘導損失及び容量損失等、変化する電圧に関連する損失を含む多くの要因の結果である。伝導損失は、導体及び導体間の電気コネクタの抵抗によって生じる熱損失を含む。誘導損失は、電圧変化の周波数と回路のインダクタンス、及び／又は電圧変化の速度と回路のインダクタンスに比例する。回路のインダクタンスは、回路自体の形状、又は電気コネクタ自体の形状の影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／２３８５２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気回路によって伝送された電力の性質は、絶え間なく変化している。例えば、交換回路において、電圧が変化する速度は、新規のより高度な高スイッチング速度半導体の出現によって常に増加している。これは、新規の半導体技術及び電子回路において高出力密度を得る必要性がもたらした結果である。その結果、誘導損失が電圧変化の速度に比例し、回路の形状に関連するので、誘導損失を最小限にするために電気コネクタの形状により一層の注意を払わなければならない。従って、当該技術には改良の余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態は、それらの間に二極翼を受け入れるように構成されたスロットを形成するように構成された対向要素を含む二極母線電源コネクタを対象としている。スロットは、母線から対向要素の先端部まで延在する。対向要素は各々が、対向要素からスロット内に延在する第１接点と、対向要素からスロット内に延在し、第１接点よりもスロット母線端部から遠くに配置される第２接点とを含む。二極翼がスロットに完全に挿入されると、第１接点は、スロット先端部よりもスロット母線端部により近接したスロット内の位置で各翼素と嵌合する。
【０００６】
別の実施形態は、二極電気コネクタを対象としており、二極電気コネクタは、二重並列母線電力変換装置の各母線のための少なくとも１つの導電素子であって、第１接点を含み、二極翼が二極電気コネクタに挿入されると、第１接点が第１要素の第１接点経路を介して各母線を各翼素に電気的に接続する少なくとも１つの導電素子を含む。各極の第１要素の第１接点経路は、断面を有する領域をそれらの間に含むループを形成し、二極電気コネクタのインダクタンスは、断面の寸法の影響を受け、断面は、二極電気コネクタのインダクタンスを７ナノヘンリー未満に保つために第１接点経路によって構成される。
【０００７】
本発明は、図面を考慮して以下の記載において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電気コネクタの側面図の断面を示す。
【図２】図１の電気コネクタで一般に使用される翼の斜視図を示す。
【図３】図２の翼が挿入された図１の電気コネクタの側面図の断面を示す。
【図４】図３の一部の拡大図である。
【図５】図１のコネクタを通る電流路を概略的に示す。
【図６】図５の電流ループと、電流路に囲まれた領域の断面を概略的に示す。
【図７】別の電流ループと、電流ループに囲まれた領域の断面を概略的に示す。
【図８】電気コネクタの別の実施形態の側面図と電流路の断面を示す。
【図９】図８の電流路と、電流路に囲まれた領域の断面を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
新規の半導体技術は、従来技術で見られたよりもより高速のスイッチングを提供することができる。特に、電圧が第１電圧から第２電圧に変化する場合、変化が瞬間的であれば理想的である。この信号プロファイルを、ｙ軸が電圧、ｘ軸が時間のグラフで表した場合、電圧を表す線は、電圧が変化する時に垂直になるのが理想的である。しかしながら、この線、即ち信号エッジは垂直ではなく、歴史的にこれがスイッチング技術の結果であった。しかし、シリコンカーバイドを用いたスイッチング技術の出現によって、例えば、スイッチング装置は非常に高速な遷移が可能になり、即ち、信号エッジ傾斜が著しく急勾配になる。しかし、新規のスイッチング技術を、電気コネクタを含む従来の回路ハードウェアで使用した場合、比較的「高速なエッジ」の予想される効率の増加は、その潜在性を実現していなかった。初期の研究により、高速なエッジによって実現された効率向上は、同じ高速なエッジを伴う従来の回路ハードウェアにおける損失の増加によって相殺されていたことがわかった。更なる研究によって、タイコ・エルコン（Ｔｙｃｏ／Ｅｌｃｏｎ）社の「クラウンクリップ（ＣｒｏｗｎＣｌｉｐ）」コネクタのみならず、アンダーソンパワープロダクツ（ＡｎｄｅｒｓｏｎＰｏｗｅｒＰｒｏｄｕｃｔｓ）社の「パワークリップ（ＰｏｗｅｒＣｌｉｐ）」コネクタ等の、特定の普及している従来コネクタが特定の形状を備えていることがわかった。特定の理論に束縛されることなく、この形状は、電気コネクタの全インダクタンスへの寄与の観点から「ループ」が最良だと考えられるが、高速なエッジスイッチングの変化を妨げるため回路内の電気損失を起こす。形状のインダクタンスは、比較的遅いエッジスイッチングであっても存在するが、遷移が低速のため損失はごくわずかであった。しかし、エッジ速度が増加するにつれて、損失はもはやわずかではなくなる。確認されている形状は、巻き針金を想像すればよい従来の意味でのループ状であるため、形状を誘導するインダクタンスの同定が本質的に重要なステップであった。
【００１０】
加えて、「高速なエッジ」の出現によって、スイッチング周波数自体も同様に増加させることができる。例えば、比較的低速なエッジ技術では１０ｋＨｚの周波数が可能であった。しかしながら、スイッチング装置は、その技術が第１及び第２電圧の間の遷移時間（エッジ）が比較的長かったので、制限要因であった。しかし、新規のスイッチング技術の出現によって、スイッチング装置がもはや制限要因ではなくなったが、上記の通り、ハードウェアが制限要因となった。しかし、高スイッチング速度に対する要求が残っているため、従来の形状と革新的な新規の設計の認識によって、スイッチング速度を５００ｋＨｚ超まで増加させることができ、得られた形状を、見かけは単純だが技術の進歩に重要なものにするであろう。
【００１１】
電気回路、即ち信号経路内のループから得られるインダクタンスは、様々な既知の方程式によってモデル化することができるが、一般に、ループを削減又は排除したい場合、ループ（即ち、断面）を形成する導体に囲まれる領域の断面を減少させることができる。その結果、発明者は、以前の設計のコネクタに存在した電流流路形状を大幅に変更し、領域を最小化することによって、導体に囲まれる領域の断面がループを形成する電源コネクタを考案した。彼らは、母線の近くの位置に電気的接点を追加することによってこれを行なった。接点の意味は、その位置が、ループを生じる、新規に同定されたインダクタンスに囲まれる領域の断面を減少させるために特に選択されることだと考えられている。
【００１２】
後述するコネクタは、各々が信号回路の一部である並列母線と、後述のコネクタ内のスロットに挿入される翼との間の電気的接続を行なうのに適している。従って、本明細書において使用されるように、二極コネクタは、信号回路の少なくとも２つの母線と、その回路から外れることになっている部品との間の電気通信を確立するために使用されるコネクタであり、回路は、第１母線、該部品、及び第２母線からなる。図面を参照すると、図１は、二極母線電源コネクタ（「コネクタ」）１０の側面図を示す。コネクタは、２つの対向要素、第１要素１４及び第２要素１６を保持するためのハウジング１２を有する。一実施形態において、これらは、第１要素フランジ端部２２及び第２要素フランジ端部２４を介して、回路の１つの極としての機能を果たす第１母線１８と、回路の第２の極としての機能を果たす第２母線２０とにそれぞれ電気的に接続される。しかし、この電気接続は、当業者には既知の任意の方法で行なってもよい。第１要素１４は第１要素第１接点２６を含み、第２要素１６は第２要素第１接点２８を含む。一実施形態において、第１要素第１接点２６は、第１要素第１接触板３０を介して第１母線１８と電気通信し、第２極の第１接点は、第２要素第１接触板３２を介して第２母線２０と電気通信している。しかし、ここでも、第１接点と母線の間の電気通信は、当業者には既知の任意の方法で行なってもよい。一実施形態において、第１要素第１接点２６及び第２要素第１接点２８は弾力性があり、互いに対向している。第１要素１４は第１要素第２接点３４を含み、第２要素１６は第２要素第２接点３６を含む。これらの第２接点は弾力性があり、互いに対向している。実施形態における任意の接点は更に複数の接点、或いは接触線又は面を含んでもよく、それらが接触する予定の任意の表面の幅全体に延在してもよい。第１要素１４と第２要素１６の間に、スロット３８が形成されていることがわかる。一実施形態において、第１接点２６，２８での第１要素１４と第２要素１６の間の距離４０は、第２接点３４，３６での第１要素１４と第２要素１６の間の距離４２よりも大きいこともわかる。スロット３８は、第１母線表面４６及び第２母線表面４８から第１要素１４及び第２要素１６の先端部５０までの距離であるスロット長４４を有する。
【００１３】
図２に示す二極翼５２は、スロット３８に挿入される。二極翼５２は、絶縁体５８によって隔てられた第１翼素５４及び第２翼素５６を含む。第１翼素５４は第１翼素チップ６０を含み、第２翼素５６は第２翼素チップ６２を含み、これは二極翼の一部であり、まずスロット３８に挿入され、完全に挿入されると、第１母線１８及び第２母線２０に最も接近して静止する。
【００１４】
図３は、コネクタ１０に挿入された二極翼５２を示す。一実施形態において、第１要素第１接点２６は第１翼素チップ６０で第１翼素５４と接触し、第２要素第１接点２８は第２翼素チップ６２で第２翼素５６と接触することがわかる。第１要素第２接点３４は母線から離れた位置で第１翼素５４と接触し、同様に第２要素第２接点３６は母線から離れた位置で第２翼素５６と接触する。第１要素第１接点２６及び第２要素第１接点２８の拡大図である図４でわかるように、第１要素の第１接点経路６６及び第２要素の第１接点経路６８によって部分的に囲まれた領域の断面６４がある。更に、そこで第１母線１８と接触する第１要素第１接点２８から、第１要素第１接点２６を通って、第１要素第１接点２６が第１翼素５４と接触する場所までの経路である第１要素の第１接点経路６６が見られる。同様に、第２要素の第１接点経路６８は、そこで第２母線２０と接触する第２要素第１接点２８から、第２要素第１接点２８を通って、第２要素第１接点２８が第２翼素５６と接触する場所までの経路である。
【００１５】
従って、図５でわかるように、確認されている形状のループ７０は、第１母線１８から、第１要素第１接点２６を通って、第１翼素５４を上り、第２翼素５６を下へと戻り、第２要素第１接点２８を通って、第２母線２０まで電流路をたどる。
【００１６】
図６は、図４の第１接点ループ７０の形状の概略図であり、断面６４及び第２断面７２を示す。第２断面７２は、非常に小さいが、第１翼素５４と第２翼素５６の間に領域が存在するので、概念を例証するために示されている。しかし、第２断面７２は、断面６４と比較して小さく、コネクタのインダクタンスへの寄与は比較的ごくわずかである。更に、第１翼素５４及び第２翼素５６の電気絶縁を保つための電力需要のために、この領域を排除することは比較的困難である。その結果、注目を受けている断面６４は、第１要素の第１接点経路６６及び第２要素の第１接点経路６８に囲まれる領域の断面として説明することができる。
【００１７】
図６に示す実施形態において、断面６４は、第１要素の第１接点経路６６及び第２要素の第１接点経路６８ができるだけ短く、更に近づいているので、できるだけ小さくなるように既に構成されている。これらの要因のどちらかを使用して断面を十分に減少させることができ、本実施形態では最大の利益のために両方が使用されている。比較的高速なエッジ信号が最小の制限インダクタンスでコネクタ内を伝播することができるようにするのは、最も極小化した断面６４を有するこの構成である。
【００１８】
図６との比較のために、図７では、第１要素第１接点２６及び第２要素第１接点２８が存在しない場合に電流がそれに沿って移動することになる第２接点ループ７４が示されている。その場合、第１翼素５４及び第２翼素５６との電気通信は、それぞれ第１要素第２接点３４及び第２要素第２接点３６を介することで、第２接点ループ７４が生じることになる。図６と比較して図７に示すように、この第２接点ループ７４、即ちこの形状に囲まれる断面７６は非常に大きく、従って、図５の形状と比較して非常に大きなインダクタンスを有することになる。
【００１９】
発明者は、図７と同様の接点経路を有するコネクタは７ナノヘンリー以上のインダクタンスを有することを発見した。彼らは、図５と同様の形状を有するコネクタは７ナノヘンリー未満のインダクタンスを有することも発見した。例えば図５に示すような特定の実施形態において、これらのコネクタは１〜１．５ナノヘンリーのインダクタンスを有する。電流路に囲まれる領域の断面をその他の構成のものよりも減少させることは、インダクタンスの削減に相当するため、断面の減少は改良点である。従って、図１に開示した形状は、従来技術で使用されたその他の形状を上回る重要な改良点であることがわかった。
【００２０】
図８に示す別の実施形態において、コネクタ１０は、第１要素７８及び第２要素８０を有する。各々は、同じく、第１要素第１接点８２及び第２要素第１接点８４をそれぞれ有する。本実施形態において電流がたどるループ８６は、その他のループと同様となる。図９に示すように、その形状に囲まれる断面８８は、図５の実施形態に示すものよりも若干大きいが、図７に示すものよりも依然として小さいため、その他の構成を凌ぐ利点がやはり実現される。様々なその他の構成も、それらの構成がその他の構成のものよりも電流路に囲まれる領域の断面を減少させる限り、本開示の技術的範囲内に含まれると考えられる。更に、一部の電流がコネクタの第２接点を流れるため、全ての電流が改良した形状に従うわけではないが、十分な量の電流が上記の改良が実現された改良型電流路をたどることになることに注意されたい。その他にも、例えば、電流容量を最大にするために、翼を安定させたり、接触面積を増加させたりするなど、第２接点の存在を考慮する必要があり、従って、それらは必ずしも全ての実施形態から排除されるわけではない。反対に、それらが必要でない実施形態においては存在しなくてもよい。
【００２１】
本発明の様々な実施形態を本明細書において図示及び説明してきたが、このような実施形態がほんの一例として提供されていることは明らかであろう。本明細書において本発明から逸脱することなく多くの変形、変更及び置換をなすことができる。従って、本発明は添付の特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００２２】
１０コネクタ
１２ハウジング
１４第１要素
１６第２要素
１８第１母線
２０第２母線
２２第１要素フランジ端部
２４第２要素フランジ端部
２６第１要素第１接点
２８第２要素第１接点
３０第１要素第１接触板
３２第２要素第１接触板
３４第１要素第２接点
３６第２要素第２接点
３８スロット
４０第１接点２６，２８での第１要素１４と第２要素１６の間の距離
４２第２接点３４，３６での第１要素１４と第２要素１６の間の距離
４４スロット長
４６第１母線表面
４８第２母線表面
５０先端部
５２二極翼
５４第１翼素
５６第２翼素
５８絶縁体
６０第１翼素チップ
６２第２翼素チップ
６４断面
６６第１要素の第１接点経路
６８第２要素の第１接点経路
７０第１接点ループ
７２第２断面
７４第２接点ループ
７６断面
７８第１要素
８０第２要素
８２第１要素第１接点
８４第２要素第１接点
８６ループ
８８断面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
二極母線電源コネクタ（１０）であって、
それらの間に二極翼を受け入れるように構成されたスロット（３８）を形成するように構成された対向要素であって、前記スロット（３８）が母線から対向要素の先端部（５０）まで延在する前記対向要素を含み、前記対向要素は各々が、
前記対向要素から前記スロット（３８）内に延在する第１接点と、
前記対向要素から前記スロット（３８）内に延在し、前記第１接点よりもスロット（３８）母線端部から遠くに配置される第２接点とを含み、
前記二極翼が前記スロット（３８）に完全に挿入されると、前記第１接点は、スロット（３８）先端部よりも前記スロット（３８）母線端部により近接した前記スロット（３８）内の位置で各翼素と嵌合する、二極母線電源コネクタ（１０）。
【請求項２】
前記第１接点は、前記二極翼が挿入されると、前記第１接点が各翼素チップで各翼素と接触するように構成される、請求項１に記載の二極母線電源コネクタ（１０）。
【請求項３】
前記第１接点は弾力性がある、請求項１に記載の二極母線電源コネクタ（１０）。
【請求項４】
前記第１接点は複数の接点を含む、請求項１に記載の二極母線電源コネクタ（１０）。
【請求項５】
前記対向要素は、
前記第１接点及び第１接点部品母線部からなる第１接点部品と、
前記第２接点からなる第２対向要素部品とを含み、
前記第１接点部品母線部は、各母線と第２対向要素部品フランジ端部の間に配置される、請求項１に記載の二極母線電源コネクタ（１０）。
【請求項６】
二極電気コネクタ（１０）であって、
二重並列母線電源の各母線のための少なくとも１つの導電素子であって、第１接点を含み、二極翼が二極電気コネクタ（１０）に完全に挿入されると、前記第１接点が第１要素の第１接点経路（６６）を介して各母線を各翼素に電気的に接続する、前記少なくとも１つの導電素子を含み、
各極の前記第１要素の第１接点（２６）経路は、断面（６４）を有する領域をそれらの間に含むループ（７０）を形成し、二極電気コネクタ（１０）のインダクタンスは、前記断面（６４）の寸法によって影響され、
前記断面（６４）は、二極電気コネクタ（１０）のインダクタンスを７ナノヘンリー未満に保つために前記第１接点経路によって構成される、二極電気コネクタ（１０）。
【請求項７】
前記断面（６４）は、第１要素の第１接点（２６）経路の間の距離（４０）を十分に削減することによって構成される、請求項６に記載の二極電気コネクタ（１０）。
【請求項８】
前記導電素子は第２接点を含み、前記二極翼が二極電気コネクタ（１０）に挿入されると、前記第２接点が、前記第１要素の第１接点経路（６６）よりも前記母線からより遠くの第２翼極接触点で第２要素の第１接点経路（６８）を介して各母線を各翼素に電気的に接続する、請求項６に記載の二極電気コネクタ（１０）。
【請求項９】
前記二極翼が挿入されると、前記第１接点（２６）は各翼素チップと接触する、請求項６に記載の二極電気コネクタ（１０）。
【請求項１０】
前記導電素子は、
前記第１接点からなる第１導電素子部品と、
第２導線素子部品とを含み、
前記第１導線素子部品は、各母線と、第２導電素子部品フランジ端部の間に配置される、請求項６に記載の二極電気コネクタ（１０）。

【図１】