JP6071800B2 - On-vehicle equipment - Google Patents
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Description
本発明は、車上に搭載する車上機器に関し、特に鉄道システムにおける車上機器に適用して好適なものである。 The present invention relates to on-vehicle equipment mounted on a vehicle, and is particularly suitable for application to on-vehicle equipment in a railway system.
従来、車上機器と地上機器とから構成される鉄道システムにおいて、車上機器は、信号増幅装置を備え、電源を持たない地上機器に駆動電源用の電力波(駆動用電力波)を送信し、一方で地上機器から出力される情報信号(出力情報波)を受信する。 Conventionally, in a railway system composed of on-board equipment and ground equipment, the on-board equipment includes a signal amplification device and transmits a power wave for driving power (driving power wave) to a ground equipment without a power source. On the other hand, an information signal (output information wave) output from the ground device is received.
地上機器から出力される出力情報波は、駆動用電力波と比較して電力が非常に小さい。よって車上機器において駆動用電力波の送信部から発生するノイズが出力情報波の受信部に漏れ込む場合があり、このノイズの漏れ込みを最小限に抑える必要がある。 The output information wave output from the ground device has a very small power compared to the driving power wave. Therefore, noise generated from the drive power wave transmission unit in the on-board device may leak into the output information wave reception unit, and it is necessary to minimize the noise leakage.
また一般に信号増幅装置は、各種基板の交換容易性を確保するために、各種基板をラックに挿入する構成(ラック挿入型)が採用される。各種基板のうち駆動用電力波を生成する基板は、駆動用電力波が高電力となって発熱することから、発熱対策としてヒートシンクが搭載される。 In general, a signal amplifying apparatus employs a configuration (rack insertion type) in which various substrates are inserted into a rack in order to ensure the ease of replacement of the various substrates. Of the various substrates, the substrate that generates the driving power wave generates heat when the driving power wave becomes high power, and thus a heat sink is mounted as a countermeasure against heat generation.
ヒートシンクの面積は、ヒートシンクを搭載する基板の面積に対して80%以上を占める場合が多い。またラック挿入型の場合、リア側(基板挿入先)の固定部は、バックボードに挿入するためのコネクタしかない。そのためヒートシンクを搭載した基板は、ヒートシンクによって重量増となっており、特に部品面−半田面方向(基板面に対して垂直方向)に長時間振動を受け続けると大きな応力がかかり損傷するおそれがある。 The area of the heat sink often occupies 80% or more with respect to the area of the substrate on which the heat sink is mounted. In the case of the rack insertion type, the rear side (substrate insertion destination) fixing portion has only a connector for insertion into the backboard. For this reason, the board on which the heat sink is mounted is increased in weight by the heat sink. In particular, if it continues to vibrate for a long time in the component surface-solder surface direction (perpendicular to the substrate surface), there is a risk of damage due to large stress. .
従って車上機器においては、発熱対策のためにヒートシンクを搭載させると、振動により損傷するおそれがあり、一方で上述したようにノイズの漏れ込みを最小限に抑える必要があることから、発熱、振動及びノイズのいずれについて対策を講じる技術が望まれる。 Therefore, onboard equipment, if a heat sink is mounted as a countermeasure against heat generation, it may be damaged by vibration. On the other hand, it is necessary to minimize noise leakage as described above. And a technique for taking countermeasures for both noise and noise is desired.
ここで従来技術として、例えば特許文献1〜3には、制御基板をヒートシンクで冷却し、両者を締結手段により支持するとともに、制御基板から発生するノイズを抑制するためにヒートシンクの金属部分を制御基板のシグナルグラウンドに接続させる構成が開示されている。 Here, as a conventional technique, for example, in Patent Documents 1 to 3, a control board is cooled by a heat sink, and both are supported by fastening means, and a metal portion of the heat sink is used to control noise generated from the control board. A configuration for connecting to the signal ground is disclosed.
しかし、特許文献1〜3の技術だけでは、車上機器において発熱、振動及びノイズについて対策を講じることはできない。具体的には発熱及びノイズを抑制し得る特許文献1〜3の技術を単に車上機器に用いても、振動については依然として抑制することができない。 However, only the techniques of Patent Documents 1 to 3 cannot take measures against heat generation, vibration and noise in on-board equipment. Specifically, even if the techniques of Patent Documents 1 to 3 capable of suppressing heat generation and noise are simply used for on-board equipment, vibration cannot be suppressed.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、発熱、ノイズ及び振動を抑制し得る車上機器を提案するものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and proposes an on-vehicle device capable of suppressing heat generation, noise, and vibration.
かかる課題を解決するために、本発明における車上機器は、地上機器に駆動用電力波を送信する車上機器において、車上機器はラックを備え、ラックには、ヒートシンク、基板、接続体及び振動対策部品が設置され、ヒートシンクは、基板の半田面側に接続されて、電気的にはシグナルグラウンドに接続され、基板は、半田面側がヒートシンクに接続されるとともに、部品面側は接続体に接続されて、電気的にはシグナルグラウンドに接続され、接続体は、絶縁体であって、一端が基板の部品面側に接続され、他端は振動対策部品に接続されて、基板と振動対策部品との間を物理的に接続し、振動対策部品は、接続体に接続されるとともに、ラックに接続されて、電気的にはフレームグラウンドに接続されることを特徴とする。 In order to solve such a problem, an on-board device in the present invention is an on-board device that transmits a driving power wave to a ground device, the on-board device includes a rack, and the rack includes a heat sink, a substrate, a connection body, and Anti-vibration components are installed, the heat sink is connected to the solder side of the board and electrically connected to the signal ground, and the board is connected to the heat sink and the component side is connected to the connection body. Connected, electrically connected to signal ground, the connection body is an insulator, one end is connected to the component side of the board, the other end is connected to the vibration countermeasure component, and the board and vibration countermeasure The components are physically connected to each other, and the vibration countermeasure component is connected to a connecting body, connected to a rack, and electrically connected to a frame ground.
本発明によれば、発熱、ノイズ及び振動を抑制することができる。 According to the present invention, heat generation, noise, and vibration can be suppressed.
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態における鉄道システム1の全体構成を示す。鉄道システム1は、移動体M1内に配置される車上機器10と、線路R1内に配置される地上機器20とから構成される。車上機器10は、信号増幅装置100を備えて構成され、この信号増幅装置100により、地上機器20を駆動させるための駆動用電力波P1を増幅する。そして車上機器10は、信号増幅装置100により増幅した駆動用電力波P1を地上機器20に送信する。 FIG. 1 shows an overall configuration of a railway system 1 in the present embodiment. The railway system 1 includes an on-board device 10 disposed in the moving body M1 and a ground device 20 disposed in the track R1. The on-board device 10 is configured to include a signal amplifying device 100, and the signal amplifying device 100 amplifies a driving power wave P <b> 1 for driving the ground device 20. The on-board device 10 transmits the driving power wave P <b> 1 amplified by the signal amplification device 100 to the ground device 20.
地上機器20は、車上機器10から駆動用電力波P1を受信すると、出力情報波P2を生成し、生成した出力情報波P2を車上機器10に送信する。出力情報波P2には、例えば移動体M1が停止信号に接近していることを示す情報又は移動体M1が制限速度を超過していることを示す情報が含まれる。 When the ground device 20 receives the driving power wave P <b> 1 from the on-board device 10, the ground device 20 generates an output information wave P <b> 2 and transmits the generated output information wave P <b> 2 to the on-board device 10. The output information wave P2 includes, for example, information indicating that the moving body M1 is approaching the stop signal or information indicating that the moving body M1 exceeds the speed limit.
車上機器10は、地上機器20から出力情報波P2を受信すると、受信した出力情報波P2に基づいて、例えば移動体M1を停止させる制御又は制限速度以下で移動させる制御を実行する。 When the on-board device 10 receives the output information wave P2 from the ground device 20, the on-board device 10 executes, for example, a control for stopping the moving body M1 or a control for moving the mobile body M1 below the speed limit based on the received output information wave P2.
ここで一般に、信号増幅装置100において駆動用電力波P1を増幅して送信する基板(送信基板)は、駆動用電力波P1が高電力であることから温度が上昇して発熱する。よって送信基板には比較的大型なヒートシンクが搭載されることになる。このとき、ヒートシンクにより重量増となった送信基板が振動を受け続けると、大きな応力がかかり、送信基板が破損するおそれがある。 Here, in general, a substrate (transmission substrate) that amplifies and transmits the driving power wave P1 in the signal amplifying device 100 generates heat due to a rise in temperature because the driving power wave P1 is high power. Therefore, a relatively large heat sink is mounted on the transmission board. At this time, if the transmission board whose weight is increased by the heat sink continues to be vibrated, a large stress is applied and the transmission board may be damaged.
本実施の形態は、この送信基板の振動を抑制する振動対策部品を車上機器10(信号増幅装置100)に設置することで、ヒートシンクによる発熱対策を実現しつつも、振動対策を実現しようとするものである。 In the present embodiment, the vibration countermeasure component that suppresses the vibration of the transmission board is installed in the on-board device 10 (signal amplification device 100), thereby realizing the countermeasure against vibration while realizing the countermeasure against heat generation by the heat sink. To do.
また本実施の形態は、振動対策部品の設置に関し、物理的にはヒートシンク及びヒートシンクを搭載した送信基板と接続するが、電気的にはフレームグラウンドに接続するように設置する。すなわち物理的な接続と、電気的な接続とが異なるように設置することで、シグナルグラウンドとフレームグラウンドとが接続されないようにして、フレームグラウンドからのノイズがシグナルグラウンドに回り込むことを防止しようとするものである。 In addition, this embodiment relates to the installation of vibration countermeasure components, which are physically connected to the heat sink and the transmission board on which the heat sink is mounted, but are electrically connected to the frame ground. In other words, by installing the physical connection and the electrical connection differently, the signal ground and the frame ground are not connected to try to prevent noise from the frame ground from entering the signal ground. Is.
図2は、信号増幅装置100の上面構成を示す。信号増幅装置100は、送信基板101及び車上機器10としての機能を実現するための各種基板109が金属製のラック107に挿入されて構成される。
FIG. 2 shows an upper surface configuration of the signal amplifying apparatus 100. The signal amplifying apparatus 100 is configured by inserting a
信号増幅装置100において送信基板101は、駆動用電力波P1(図1)を増幅させるための多層プリント基板である。送信基板101には、この送信基板101に実装される発熱部品の温度上昇を抑制するため、金属製のヒートシンク102が接続される。
In the signal amplifying apparatus 100, the
送信基板101とヒートシンク102とは、絶縁接続体103により接続される。絶縁接続体103は、内部は絶縁体で構成され、振動対策部品104との接続部分は導電体で構成される部材である。
The
送信基板101とヒートシンク102とを絶縁接続体103により接続する目的は、送信基板101の部品面(ヒートシンク102が接続する面とは反対の面)に部品を実装することを可能とするためである。この絶縁接続体103の構造の詳細については後述する(図3)。
The purpose of connecting the
絶縁接続体103の一端は上述したように送信基板101及びヒートシンク102に接続されるが、他端は導電性の振動対策部品104に接続される。振動対策部品104を実装する目的は振動対策である。
As described above, one end of the
送信基板101及びこの送信基板101に実装する部品は、150Hz以下の共振周波数を有し、主に150Hz以下の振動が加振される信号増幅装置100においては長時間振動を受け続けると、送信基板101が破損するおそれがある。そこで振動対策部品104を実装することにより、送信基板101の共振周波数を150Hz以上にして、信号増幅装置100において加振されることが想定される周波数の長期間の振動に耐えることを可能とする。
The
振動対策部品104は、絶縁接続体103の他端に接続される一方で、導電性の接続部品108を介して導電性のフロントパネル105に接続される。振動対策部品104は、フロントパネル105側では幅が広く、リア側に向かって幅が狭くなる形状を有する。この形状を有する目的は、フロントパネル105側では接続部品108により強固に固定するためであり、リア側では固定点がないため幅広にする必要がなく、また軽量化を図るためである。
The
フロントパネル105は、振動対策部品104に接続される一方で、絶縁体である板材106を介してヒートシンク102に接続される。
The
フロントパネル105とヒートシンク102とを絶縁体である板材106を介して接続する目的は、ヒートシンク102と板材106とを物理的には接続しつつ、電気的には絶縁するためである。
The purpose of connecting the
フロントパネル105は、送信基板101をラック107に挿入することで、ラック107のフレームに電気的に接続される。ラック107のフレームは、フレームグラウンドとして最終的に移動体M1に接続される。
The
移動体M1には信号増幅装置100以外にも他の様々な装置が接続されることが想定され、他の様々な装置から発生したノイズがフレームグラウンドに回り込む可能性がある。本実施の形態においてヒートシンク102と板材106とは電気的に接続されていないため、シグナルグラウンドに接続されている送信基板101がフレームグラウンドから回り込んだノイズにより誤動作することを防ぐことが可能となる。
It is assumed that various other devices besides the signal amplification device 100 are connected to the moving body M1, and noise generated from other various devices may circulate to the frame ground. In the present embodiment, since the
図3は、振動対策部品104、送信基板101及びヒートシンク102の接続関係の詳細を示す。ねじ止め部201は、金属で構成されたスルーホール状のねじ止め部であり、送信基板101内の内層のシグナルグランド203と電気的に接続される。
FIG. 3 shows details of the connection relationship between the
ヒートシンク102の上面は、金属面露出部204が露出して構成されている。絶縁接続体103を使用して、送信基板101とヒートシンク102とを接続することにより、送信基板101のシグナルグランドと、ヒートシンク102とが電気的に接続される。
The upper surface of the
ヒートシンク102をシグナルグランドに接続することにより、送信基板101のシグナルグランド部の発熱を効率的にヒートシンク102に伝えて放熱することが可能となる。またヒートシンク102が電磁シールド効果を有し、信号増幅装置100から出力されるノイズを低減することを可能にする。
By connecting the
振動対策部品104は、フロントパネル105及び接続部品108と接続しているため、振動対策部品104とフロントパネル105とは電気的に接続されている。フロントパネル105は、フレームグランドと接続しているため、振動対策部品104及びフロントパネル105の電位レベルはフレームグランドに等しくなる。
Since the
ここで、振動対策部品104の電位はフレームグランドに等しく、ヒートシンク102の電位はシグナルグランドに等しい。よって仮にヒートシンク102と、振動対策部品104とを電気的に接続すると、上述したようにフレームグラウンドに接続した他の装置からノイズが信号増幅装置100内に回りこみ、信号増幅装置100を誤動作させる可能性がある。
Here, the potential of the
このノイズの回り込みを防ぐため、絶縁接続体103のボディは絶縁体により構成され、絶縁接続体103と振動対策部品104とを高い剛性の接続体202により接続するようにしても、ヒートシンク102と絶縁接続体103とが電気的に接続されることはない。また絶縁接続体103及び板材106を使用することにより、フレームグラウンドとシグナルグラウンドとが電気的に接続されることを防いでいる。
In order to prevent the noise from wrapping around, the body of the insulating connecting
図4は、ヒートシンク102の上面構成を示す。また合わせてA1−A2間の断面構成を示す。本実施の形態における信号増幅装置100は、100mm×160mmの面積である送信基板101により実現することを想定している。信号増幅装置100の機能実現のために、送信基板101の部品面の実装面積が小さいため、送信基板101の半田面にも部品を実装する必要がある。よって本実施の形態におけるヒートシンク102は、他よりも高さが高い金属面露出部204以外に送信基板101との接続部を持たないように構成される。
FIG. 4 shows the upper surface configuration of the
半田面部品実装箇所301は、送信基板101の部品面に穴を開け、発熱部品の放熱部を半田面部品実装箇所301に接することが可能となるように、他の部分よりも送信基板101との間隔を狭めている部分である。半田面側に実装された発熱部品1011を、絶縁体により構成されたサーマルインタフェースSIを介して接続することが可能となる高さになっている。
The solder surface
半田面部品実装箇所301を設けることにより、100mm×160mmと限られた面積である送信基板101において、発熱部品1011を送信基板101の半田面にも実装することを可能とし、発熱部品1011の実装位置を分散させることが可能となる。よってヒートシンク102により効果的に送信基板101に実装された発熱部品1011の発熱を放熱し、信号増幅装置100の温度上昇を抑制することが可能となる。
By providing the solder surface
以上のように本実施の形態では、発熱による温度上昇を抑制するため、部品の熱を拡散させる効果のある金属製のヒートシンク102を設置する。ヒートシンク102を設置すると、発熱を抑制することはできるものの、送信基板101の重量が増加して、車上機器10が振動を受けやすい低周波の振動によって特に固定されていないリア側が影響を受けやすくなるという問題が生じる。
As described above, in this embodiment, in order to suppress the temperature rise due to heat generation, the
そこで本実施の形態では、リア側の固定点を増やすと同時に、送信基板101全体の剛性を向上させるため、フロントパネル105と接続部品108によりネジどめされ、かつ、送信基板101及びヒートシンク102と多点でネジどめされる金属製の振動対策部品104を設置する。なお使用するネジは、送信基板101の部品面に部品が搭載できる高さを持つものとする。
Therefore, in this embodiment, in order to increase the fixing point on the rear side and simultaneously improve the rigidity of the
一方ノイズ出力低減のためには、金属物に電磁シールド効果を持たせる必要がある。従って振動対策部品104及びヒートシンク102には、導電体である金属を使用する。そして振動対策部品104はフロントパネル105及びラック107を経由してフレームグランドに接地し、ヒートシンク102は送信基板101のシグナルグランドに接地する。
On the other hand, in order to reduce noise output, it is necessary to give an electromagnetic shielding effect to a metal object. Therefore, the
フレームグランドは移動体M1のグラウンドに接続されることになるが、移動体M1のグラウンドには他に様々な装置が接地されることが想定され、他の様々な装置からグラウンドにノイズが出力される可能性がある。フロントパネル105とヒートシンク102とを接続すると、ノイズが信号増幅装置100の回路に伝達され、回路が誤動作する可能性がある。
The frame ground is connected to the ground of the moving body M1, but it is assumed that various other devices are grounded to the ground of the moving body M1, and noise is output from the various other devices to the ground. There is a possibility. When the
そこで本実施の形態では、フロントパネル105及び振動対策部品104と、送信基板101のシグナルグランド及びヒートシンク102との間は、絶縁接続体103を介して接続するようにした。
Therefore, in the present embodiment, the
以上のような構成を採用することにより、車上機器10において発熱、ノイズ及び振動を抑制することができる。 By employing the configuration as described above, heat generation, noise, and vibration can be suppressed in the on-board device 10.
101 多層プリント基板
102 金属製のヒートシンク
103 ボディが絶縁体により構成され、接続部は導電体で構成された絶縁接続体
104 導電性の振動対策構部品
105 導電性のフロントパネル
106 絶縁体により構成された板材
107 フレームグラウンドに接続された金属製のラック
108 振動対策部品とフロントパネルとを接続する導電性の接続部品
109 車上通信装置としての各種機能を実現するための基板
201 金属製のスルーホール状のネジどめ部
202 絶縁接続体と振動対策部品とを接続するための金属の接続体
203 送信基板内の内層のシグナルグラウンド
204 ヒートシンク上面の金属面露出部
301 半田面部品実装箇所
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記車上機器はラックを備え、
前記ラックには、ヒートシンク、基板、接続体及び振動対策部品が設置され、
前記ヒートシンクは、前記基板の半田面側に接続されて、電気的にはシグナルグラウンドに接続され、
前記基板は、前記半田面側が前記ヒートシンクに接続されるとともに、部品面側は前記接続体に接続されて、電気的にはシグナルグラウンドに接続され、
前記接続体は、絶縁体であって、両端には導電性の接続部品が設けられ、一端が前記基板の部品面側に接続され、他端は前記振動対策部品に接続されて、前記基板と前記振動対策部品との間を物理的に接続し、
前記振動対策部品は、前記接続体の前記他端に接続されるとともに、前記ラックに接続されて、電気的にはフレームグラウンドに接続される
ことを特徴とする車上機器。 In on-board equipment that transmits driving power waves to ground equipment,
The on-board equipment includes a rack,
In the rack, a heat sink, a substrate, a connection body and vibration countermeasure parts are installed,
The heat sink is connected to the solder side of the substrate and electrically connected to a signal ground,
The board has the solder side connected to the heat sink, the component side connected to the connection body, and electrically connected to a signal ground,
The connection body is an insulator, and conductive connection parts are provided at both ends, one end is connected to the component surface side of the substrate, the other end is connected to the vibration countermeasure component, Physically connecting between the vibration countermeasure parts,
The on-vehicle device, wherein the vibration countermeasure component is connected to the other end of the connection body, and is connected to the rack and electrically connected to a frame ground.
前記ラックとの接続において一端が前記ラックのフロントパネル側に接続され、他端は前記ラックのリア側に接続され、前記フロントパネル側との接続部分において複数の接続部品により前記一端が前記フロントパネルに固定され、前記一端と前記フロントパネル側との接続面積の方が、前記他端と前記リア側との接続面積よりも広い
ことを特徴とする請求項1に記載の車上機器。 The vibration countermeasure component is:
In connection with the rack, one end is connected to the front panel side of the rack, the other end is connected to the rear side of the rack, and the one end is connected to the front panel by a plurality of connecting parts in the connection portion with the front panel side. The on-vehicle device according to claim 1, wherein a connection area between the one end and the front panel is larger than a connection area between the other end and the rear side.
前記板材は、絶縁体であって、一方が前記ラックに接続され、他方が前記ヒートシンクに接続されることにより、前記ラックと前記ヒートシンクとの間を電気的には接続せずに物理的に接続し、
前記ヒートシンクは、前記ラック内において前記板材により支持される
ことを特徴とする請求項1に記載の車上機器。 The rack is provided with a plate material,
The plate member is an insulator, and one is connected to the rack and the other is connected to the heat sink, so that the rack and the heat sink are physically connected without being electrically connected. And
The on-vehicle device according to claim 1, wherein the heat sink is supported by the plate member in the rack.
前記基板と対向する面において、金属面が露出した金属面露出部が設けられ、前記金属面露出部が前記基板の半田面方向に突出して形成されていることにより、前記半田面側に接続され、
前記基板は、
多層プリント基板であって、前記多層プリント基板にはシグナルグラウンドに接続される内層パターン及びスルーホール状のねじ止め部が設けられ、前記ねじ止め部は、前記シグナルグラウンドの内層パターンと電気的に接続されることにより、シグナルグラウンドに接続され、前記ねじ止め部が前記金属面露出部に接続されることにより、前記半田面側が前記ヒートシンクに接続され、
前記接続体は、
前記一端に設けられた導電性の接続部品が前記スルーホール状のねじ止め部及び前記金属面露出部と接触して接続されることにより、前記一端が前記基板の部品面側に接続され、前記他端に設けられた導電性の接続部品は前記振動対策部品に接続されることにより、シグナルグラウンドに接続される前記ヒートシンク及び前記基板と、フレームグラウンドに接続される前記振動対策部品とを電気的に接続せずに物理的に接続する
ことを特徴とする請求項1に記載の車上機器。 The heat sink is
On the surface facing the substrate, there is provided a metal surface exposed portion where the metal surface is exposed, and the metal surface exposed portion is formed so as to protrude in the solder surface direction of the substrate, thereby being connected to the solder surface side. ,
The substrate is
A multilayer printed circuit board, wherein the multilayer printed circuit board is provided with an inner layer pattern connected to a signal ground and a through-hole-shaped screwing portion, and the screwing portion is electrically connected to the inner layer pattern of the signal ground. By being connected to the signal ground, the screwing portion is connected to the exposed metal surface portion, the solder surface side is connected to the heat sink,
The connection body is
The conductive connection component provided at the one end is connected in contact with the through-hole-shaped screwing portion and the metal surface exposed portion, whereby the one end is connected to the component surface side of the substrate, A conductive connection component provided at the other end is electrically connected to the vibration countermeasure component, thereby electrically connecting the heat sink and the substrate connected to a signal ground and the vibration countermeasure component connected to a frame ground. The on-vehicle device according to claim 1, wherein the on-vehicle device is physically connected without being connected to the vehicle.
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