JP2010110103A - 防水型サージ抑制ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】従来のサージ抑制ユニットの課題としては、屋外にモーターを設置する場合、防水ケース等に格納しなければならず、設置に大きなスペースを必要とし、設置費用が高価になってしまうという課題があった。
【解決手段】本発明の防水型サージ抑制ユニットは、屋外に設置が可能になるように、中央に配置した熱伝導率の大きな材料の周りに、前記サージ抑制線を巻き込み、その上にコンパクト化と放熱機能を高めるために、表面放射率が良く、かつ、できるだけ熱伝導率が大きな耐熱性を有する樹脂を使用してモールド部を形成すると共に、外部と電気的に絶縁し、防水性を持たせた構造である。次に、前記防水型サージ抑制ユニットとヒートシンクを組み合わせたもので、更に、放熱効果を高め、コンパクト化をはかった防水型サージ抑制ユニットである。
【選択図】図１

Description

本発明は、インピーダンスミスマッチにより生じるサージ(不整合反射による不要高電圧波形)を抑制し、伝送品質劣化の改善は勿論のこと、ケーブル、接続機器等の絶縁劣化による寿命低下およびサージによるノイズの発生を低減化し、経済性、操作性、生産性および実用性に優れているだけでなく、小型で、安価で、屋外にも設置が可能なように防水性を高めて改良した防水型サージ抑制ユニットに関する。

従来、ケーブルの特性インピーダンスを出力系および負荷のインピーダンスに整合させることによりサージ発生を抑制出来ることになるが、使用機器、システムにより負荷のインピーダンスは千差万別であること、更に、同一インピーダンスで整合させたつもりでも整合部品或いはケーブルのインピーダンス偏差、周波数依存性からサージやリンギング（スイッチング回路において、動作または復旧時に漂遊容量と残留インダクタンスまたは反射等によって発生する振動現象）が発生し、信号品質を著しく劣化させる原因となっている。このような状況は伝送系だけでなく、駆動系でも高速化に伴い同様な問題が発生している。特に、負荷がモーターの場合は、通常の伝送系からみると掛け離れた大きなインピーダンス（５００Ω以上）になることから、整合させたケーブル作製は困難を極めている。これを解決する方法として、図３に示すように、先に出願した従来のサージ抑制ユニット品１´により、従来の課題の多くを解決することができたが、先に出願した従来のサージ抑制ユニット品１´は、特性上の面からインピーダンスの変化点に接続しなければならないので、インバータによるモータ駆動システムにおいては、インバータからの出力ケーブルが、モータに接続される点（一般にはモータ端子）に取り付けられる。

特許第３９３８３７３号公報

しかしながら、モータは、屋外に設置される場合もあり、先に出願した従来のサージ従来の抑制ユニット品１´を屋外に設置する場合には、前記サージ抑制ユニット品１´を防水ケース等に格納しなければならないので、設置に大きなスペースを必要とするだけでなく、設置費用が高価になってしまうという新たな課題が生じた。（例えば、特許文献１参照。）。

本発明の防水型サージ抑制ユニットは、屋外に設置が可能になるように、中央に配置した熱伝導率の大きな材料の周りに、前記サージ抑制線を巻き込み、その上にコンパクト化と放熱機能を高めるために、表面放射率が良く、かつ、できるだけ熱伝導率が大きな耐熱性を有する樹脂を使用してモールド部を形成すると共に、外部と電気的に絶縁し、防水性を持たせた構造である。次に、前記防水型サージ抑制ユニットとヒートシンクを組み合わせたもので、更に、放熱効果を高め、コンパクト化をはかった防水型サージ抑制ユニットである。

本発明の防水型サージ抑制ユニットによれば、サージ抑制線を表面放射率が良く、かつ、できるだけ熱伝導率が大きな耐熱性を有する樹脂のモールド材で封止することにより、防水機能を有し、これを用いた本発明の防水型サージ抑制ユニットは、屋外設置が可能となったため、サージ抑制ユニットの適用範囲が広がった。また、サージ抑制線を巻き付ける熱伝導率の大きな材料の端部をモールドの外部に出し、その端部には冷却フィンを有するヒートシンクを取り付けてモールド内部のサージ抑制線から発生する熱を外部へ効率良く排出できることにより、安価で小型の防水機能を有する防水型サージ抑制ユニットを提供することが可能になるという優れた効果を有する。

以下、本発明の防水型サージ抑制ユニット１の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

始めに、本発明の第１実施例の防水型サージ抑制ユニット１を、図１（Ａ）、（Ｂ）と図２に示す。図２に示すように、駆動用伝送路のインピーダンスと高インピーダンス負荷のインピーダンスミスマッチによりサージが発生する駆動用伝送路において、主ラインから枝分かれさせて従属ラインを設けた構成にする。この構成にすることによって、高インピーダンス負荷ユニット側に、並列にサージ抑制線が接続されて効果を発する。終端を高インピーダンスにしたサージ抑制ユニットを形成する際、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中央に配置した熱伝導率の大きな材料２Ａの周りに、前記サージ抑制線３を巻き込み、放熱機能を高めるために、表面放射率が良く、かつ、できるだけ熱伝導率が大きな耐熱性を有する樹脂により、モールド部４を形成すると共に、外部と電気的に絶縁し、防水性を持たせた防水型サージ抑制ユニットである。ここで、本発明の第１実施例の具体例としては、サージ抑制線３の単相を巻き込み、その上に樹脂によるモールド部４を形成し、片側に熱伝導率の大きな材料２Ａを引き出した場合の図１（Ａ）とサージ抑制線の複相を巻き込み、その上に樹脂によるモールド部４を形成し、両側に熱伝導率の大きな材料２Ａを引き出した場合の図１（Ｂ）が考えられる。このように、片側もしくは両側に引き出した構造の方が設計上、放熱フィンを組み立て易い。変形例として、片側もしくは両側に引き出さない構造にしても例えば、ねじ止め等で、放熱フィンに組み立てることは可能である。また、熱伝導率の大きな材料としては、金属の場合、代表例として、アルミニウム、銀、銅等が挙げられるが、セラミックスの代表例としては、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、室化ケイ素等が挙げられ、使用可能であった。本発明において、熱伝導率の大きな材料としては、１０Ｗ/（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するものをいい、金属やセラミックス以外の例として、導電性ポリマー等も含まれる。本発明の熱伝導率の大きな材料して、金属の方が好ましい結果を示したが、セラミックスや導電性ポリマーでも使用可能である。本発明においては、熱導電率が、２３６Ｗ/（ｍ・Ｋ）である金属のアルミニウムを使用した。また、モールド部４を形成するために、表面放射率が良く、かつ、できるだけ熱伝導率が大きな耐熱性を有する樹脂を使用する理由としては、熱伝導率の大きな材料の周りにサージ抑制線を集めて使用すると、サージ電圧の損失熱が集中し、高温になってしまう。従って、熱伝導率が大きな樹脂を使用することによって、発生する熱を外部へ効率良く排出することが必要になるだけでなく、耐熱性を持った材質が要求される。本発明において、熱伝導率の大きな樹脂としては、１Ｗ/（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するもので、代表的な例としては、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂が挙げられるが、本発明では、エポキシ系樹脂を使用した。次に、本発明のサージ抑制ユニット１の接続構成を図２に示すように、並列にサージ抑制ユニットを接続し、終端を高インピーダンスにしたサージ抑制ユニットである。ここで、高インピーダンスにする方法の一つとして、例えば、開放系にすることによって可能になる。本発明のサージ抑制ユニットは、説明図に示すように、モータ駆動電流が殆ど流れないので、低電力構造で十分である。

本発明の第２実施例の防水型サージ抑制ユニット１は、第１実施例の防水型サージ抑制ユニットに、外部との接触面積を大きくしたヒートシンクのフィン部を装着して放熱効果を高めた防水型サージ抑制ユニットである。具体例を挙げると、中央に配置した熱伝導率の大きな材料２Ａを、樹脂によるモールド部４より、更に、外部に引き出させ、その外部に引き出した端部に、外部との接触面積を大きくしたヒートシンク５を装着して放熱効果を高めた構造である。図１（Ｃ）において、図１（Ｂ）の両側に熱伝導率の大きな材料２Ａを引き出したものを中央に設置し、その両側にヒートシンクのフィン部５Ａを装着した構造である。次に、モールド部４を有する熱伝導率の大きな材料２Ａを内蔵させてヒートシンクのフィン部５Ａを装着した第２実施例の概観斜視図を、図１（Ｄ）に示す。

本発明の第３実施例の防水型サージ抑制ユニット１は、ヒートシンクのフィン部５Ａとベース部５Ｂで構成されている成形済みのヒートシンク５Ｃの前記ベース部５Ｂに直接サージ抑制線３を巻き込み、その上に実施例１のモールド部を形成した防水型サージ抑制ユニットである。このように、予め、成形済みで、市販品のヒートシンク５Ｃの前記ベース５Ｂに直接サージ抑制線３を巻き付けても構わない。ここで、市販品のヒートシンクのベース５Ｂは、アルミニウムで作られているのが一般的である。

本発明の第４実施例の防水型サージ抑制ユニット１は、図には示さないが、ヒートシンクのフィン部５Ａとベース部５Ｂで構成されている成形済みのヒートシンク５Ｃにおいて、第１実施例の防水型サージ抑制ユニットを、前記成形済みのヒートシンクのフィン部５Ａに接続した防水型サージ抑制ユニットである。ここで、本発明の第４実施例と第２実施例の違いは、ヒートシンクを先付けにしたものか、後付けにするかの違いであり、結果的には同じ構成になる。

本発明の第５実施例のサージ抑制線３の代表的な実施例を挙げると、図１（Ｆ）に示すように、導体７Ｂの上に高誘電率絶縁体およびまたは高誘電体損失絶縁体８Ｂを施した１条の絶縁心線の上に更に、シールド９Ｂを施した絶縁心線である。また、高誘電率と高誘電体損失の絶縁材料を併せもったものの代表例としては弗化ビニリデン等が挙げられる。また、このようなケーブル構造以外の変形例として、ＦＰＣやラミネートテープ電線のストリップライン等でも同様な効果を出すことは可能である。また、低電圧用に使用する場合には、シールドの上に、更に、導電性樹脂で被覆したケーブル構造にしても差し支えない。

図１（Ｇ）は、本発明の変形例で、熱伝導率の大きな材料２Ｂの形状が第１実施例の板状ではなく円筒状の場合の斜視図である。このように、熱伝導率の形状は、板状ではなく、円筒状にしても構わない。

本発明の実施例では、ヒートシンクのベース部５Ｂの形状を板状のもので図に示したが、円筒状にしても構わない。このように、色々な変形例があり、これに限るものではない。また、高誘電率と高誘電体損失を併せ持った絶縁材料として代表的な弗化ビニリデンを挙げたが、これに限るものではない。本発明のサージ抑制体を数種類作成してつなぎ合わせたり、部品と組み合わせたりする等各種の変形を含むものであることはいうまでもない。

（Ａ）は、中央に配置した熱伝導率の大きな材料２Ａの周りに、サージ抑制線３の単相を巻き込み、その上に樹脂によるモールド部４を形成し、片側に熱伝導率の大きな材料２Ａを引き出した場合の本発明の第１実施例の説明図である。図１（Ｂ）は、中央に配置した熱伝道率の大きな材料２Ａの周りに、サージ抑制線３の複相を巻き込み、その上に樹脂によるモールド部４を形成し、両側に熱伝導率の大きな材料２Ａを引き出した場合の本発明の第１実施例の説明図である。図１（Ｃ）は、本発明のモールド部４を有する熱伝導率の大きな材料２Ａの端部にヒートシンクのフィン部５Ａを装着した第２実施例の概観斜視図である。図１（Ｄ）は、本発明のモールド部４を有する熱伝導率の大きな材料２Ａを内蔵させてヒートシンクのフィン部５Ａを内蔵させてヒートシンクのフィン部５Ａを装着した第２実施例の概観斜視図である。図１（Ｅ）は、ヒートシンクのフィン部５Ａとベース部５Ｂで構成されている成形済みのヒートシンク５Ｃのベース部５Ｂに直接サージ抑制線３を巻き込み、その上に表面放射率が良く、かつ、できるだけ熱伝導率の大きな耐熱性を有する樹脂によりモールド部４を形成した本発明の第３実施例の防水型サージ抑制ユニットである。図１（Ｆ）は、本発明の第５実施例で、サージ抑制線３の断面図である。図１（Ｇ）は、本発明の変形例で、熱伝導率の大きな材料２Ｂの形状が第１実施例の板状ではなく、円筒状の場合の斜視図である。 本発明のサージ抑制ユニット１の接続構成の説明図である。 従来のサージ抑制ユニット品１´の概観説明図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 本発明の防水型サージ抑制ユニット
２Ａ、２Ｂ 熱伝導率の大きな材料
３ サージ抑制線
４ モールド部
５ ヒートシンク
５Ａ ヒートシンクのフィン部
５Ｂ ベース部
５Ｃ ヒートシンクのフィン部５Ａとベース部５Ｂ
で構成されている成形済みのヒートシンク
７Ｂ 導体
８Ｂ 高誘電率絶縁体およびまたは高誘電体損失絶縁体
９Ｂ シールド
１１ 駆動用伝送路
１２ 駆動回路
１３ 高インピーダンス負荷ユニット（適用例モータ）
１′ 従来のサージ抑制ユニット品

Claims (5)

1. 駆動用伝送路のインピーダンスと高インピーダンス負荷のインピーダンスミスマッチによりサージが発生する駆動用伝送路において、主ラインから枝分かれさせて従属ラインを設けた構成にするために、高インピーダンス負荷ユニット側に、並列にサージ抑制線を接続して、終端を高インピーダンスにしたサージ抑制ユニットを形成する際、中央に配置した熱伝導率の大きな材料の周りに、前記サージ抑制線を巻き込み、その上にコンパクト化と放熱機能を高めるために、表面放射率が良く、かつ、できるだけ熱伝導率が大きな耐熱性を有する樹脂により、モールド部を形成すると共に、外部から電気的に絶縁して防水性を持たせたことを特徴とする防水型サージ抑制ユニット。
2. 請求項１の防水型サージ抑制ユニットに、外部との接触面積を大きくしたヒートシンクのフィン部を装着して放熱効果を高めた請求項１に記載の防水型サージ抑制ユニット。
3. ヒートシンクのフィン部とベース部で構成されている成形済みのヒートシンクの前記ベース部に直接サージ抑制線を巻き込み、その上に請求項１のモールド部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の防水型サージ抑制ユニット。
4. ヒートシンクのフィン部とベース部で構成されている成形済みのヒートシンクにおいて、請求項１の防水型サージ抑制ユニットを、前記成形済みのヒートシンクのフィン部に接続したことを特徴とする請求項１に記載の防水型サージ抑制ユニット。
5. サージ抑制線は、導体の上に高誘電率絶縁体およびまたは高誘電体損失絶縁体を被覆した１条の絶縁心線の上に更に、シールドを施した構造であることを特徴とする請求項１から４の内いずれかに記載の防水型サージ抑制ユニット。