JP6199383B2 - 負荷母線アセンブリおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、参照によって本明細書に援用される、２０１２年７月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／６７０，７４１号の利益を主張する。

開示される概念は、概して、負荷モジュールに関し、特に、このような負荷モジュール用の負荷母線アセンブリ（ｌｏａｄ ｂｕｓｓ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に関する。開示される概念は、さらに、負荷母線アセンブリを製造する方法に関する。

米国特許第８，０９４，４３６号明細書は、ハウジングと、ハウジングに連結された電気的な母線構造と、電気的な母線構造（ｂｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に連結された、いくつかの第１のプラグイン部材とを含むプラグイン回路ブレーカーパネルを開示する。いくつかの回路ブレーカーは、第１の面と、第１の面の反対側に配置された第２のプラグイン部材とを含む。いくつかの回路ブレーカーの各々の第２のプラグイン部材は、いくつかの第１のプラグイン部材の対応する１つに嵌合される。プレート部材は、ハウジングに対して着脱可能に連結される。プレート部材は、第１の表面と、反対側の第２の表面とを含む。いくつかの回路ブレーカーの第１の表面は、いくつかの回路ブレーカーの各々をいくつかの第１のプラグイン部材の対応する１つに嵌合するのを維持するために、プレート部材の反対側の第２の表面に係合する。

プラグイン回路ブレーカーパネルの後部は、三相交流（ＡＣ）システムのための第１のフィーダおよび第２のフィーダを含む。典型的には、フィーダの各々に対して、単一の三極ＡＣ回路ブレーカーがあり、三相の各々に対して複数の単極ＡＣ回路ブレーカーがある場合がある。例えば、フィーダの各々は、対応するフィーダの三相に対して３つの電力端子を有する三端子の端子ブロックである。電気的な母線構造の第１の表面は、いくつかの第１のプラグイン部材に隣接しており、そのフィーダおよび電力端子は、いくつかの負荷コネクタと一緒に反対側の第２の表面に連結される。負荷コネクタは、それぞれのフィーダに関連づけられた対応する回路ブレーカーからの負荷出力（例えば負荷）を含む。同様の方式で、対応する回路ブレーカーへの電源入力（例えばライン）は、それぞれのフィーダに関連づけられる。電気的な母線構造（例えば、いくつかのその内部電源層）は、様々な回路ブレーカーからの負荷出力と、様々な回路ブレーカーへの電源入力とを適切にルーティングする。

フィーダが、対応する端子ブロックおよびその電力端子における電気的な母線構造に直接連結される一方で、回路ブレーカーからの負荷出力は、いくつかのディスクリート導体またはリボンケーブルによって、電気的な母線構造と対応する負荷コネクタとの間に電気的に接続される。結果として、電気的な母線構造と対応する負荷コネクタとの間に負荷出力を電気的に接続するために、手動操作が必要である。また、負荷コネクタと、ディスクリート導体またはリボンケーブルとは、プラグイン回路ブレーカーパネルのサイズを著しく増加させる。

それ故、回路ブレーカーパネルには改善の余地がある。回路ブレーカーパネルの負荷母線アセンブリにも、また、改善の余地がある。

回路ブレーカーパネルの負荷母線アセンブリを製造する方法にも、さらなる改善の余地がある。

米国特許第８，０９４，４３６号明細書

上記のニーズなどは、熱伝導性基板内に複数の負荷導体を配置し、熱伝導性基板内に負荷コネクタの一部を配置し、熱伝導性基板内の負荷コネクタの一部に負荷導体を電気的に接続する、開示される概念の態様によって満たされる。

開示される概念の１つの態様によれば、負荷母線アレイアセンブリは、熱伝導性基板と、熱伝導性基板内に配置された複数の負荷導体と、熱伝導性基板内に配置された負荷コネクタの一部とを備え、負荷導体は、熱伝導性基板内の負荷コネクタの一部に電気的に接続される。

開示される概念の別の態様によれば、負荷母線アレイアセンブリを製造する方法は、熱伝導性基板内に複数の負荷導体を配置するステップと、熱伝導性基板内に負荷コネクタの一部を配置するステップと、熱伝導性基板内の負荷コネクタの一部に負荷導体を電気的に接続するステップとを備える。

開示される概念の十分な理解は、添付の図面と共に読まれれば、好適な実施形態の以下の記述から得ることができる。

図１Ａは、開示される概念の実施形態による負荷母線アレイアセンブリのための複数の小型導電性トレースの等角図である。 図１Ｂは、開示される概念の別の実施形態による負荷母線アレイアセンブリのための図１Ａの小型導電性トレース、熱伝導性基板、および負荷コネクタの組立分解等角図である。 図１Ｃは、図１Ｂの小型導電性トレースおよび負荷コネクタの等角図である。 図２Ａは、開示される概念の別の実施形態による負荷モジュールアセンブリの負荷母線アレイアセンブリの負荷導電性トレースを示す等角図である。 図２Ｂは、開示される概念の別の実施形態による負荷モジュールアセンブリの負荷母線アレイアセンブリの負荷導電性トレースを示す側面垂直立面図である。 図３Ａは、図２Ａの埋込み型フィーダ層を有する負荷モジュールアセンブリおよび負荷母線アレイアセンブリを含む回路ブレーカーパネルの等角図である。 図３Ｂは、図２Ａの埋込み型フィーダ層を有する負荷モジュールアセンブリおよび負荷母線アレイアセンブリを含む回路ブレーカーパネルの側面垂直立面図である。 図４は、負荷コネクタを示すためにカバーが取り外された図３Ａの回路ブレーカーパネルの平面図である。 図５Ａは、図２Ａの埋込み型フィーダ層および負荷母線アレイアセンブリを含むバックプレーンモジュールの等角図である。 図５Ｂは、図２Ａの埋込み型フィーダ層および負荷母線アレイアセンブリを含むバックプレーンモジュールの側面垂直立面図である。 図６は、負荷母線アレイアセンブリが取り外された図５Ａのバックプレーンモジュールの埋込み型フィーダ層の平面図である。

本明細書において用いられるように、用語「いくつかの（ｎｕｍｂｅｒ）」は、１または１を超える整数（すなわち複数）を意味する。

本明細書において用いられるように、２以上のパーツがともに「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」若しくは「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という表現法は、パーツが相互に直接接合されるか、若しくはパーツが１以上の中間パーツを通じて接合されることを意味するものとする。さらに、本明細書において用いられるように、２以上のパーツが「取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ）」という表現法は、部分が一緒に直接接合されることを意味するものとする。

開示される概念は、複数の負荷母線アレイの小型導電性トレースに対する負荷コネクタの構造および自動化された電気的接続の方法の一部として、熱伝導性基板内に埋め込まれた小型導電性トレースを用いる。この方法は、負荷モジュールの構造を簡素化し、配線相互接続をパッケージングする既知の方法に比べて、サイズ、奥行き、および重量のかなりの有益性を提供する。

開示される概念は、好ましくは、（１）１００％の熱伝導性のバックプレーンおよび（２）１００％の埋込み型負荷導体の解決手段を提供する。

小型導電性トレースの材料は、例えば銅またはアルミニウムになり得る。

熱伝導性基板の材料は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のような、比較的高耐熱性の樹脂になり得る。

開示される概念は、広範囲の異なる用途のための広範囲の異なる回路ブレーカーに対して適用可能であるが、開示される概念は、超小型の回路ブレーカーまたは航空機の回路ブレーカーに関連して記載される。このような回路ブレーカーは、例えば約４００Ｈｚの特有の周波数を有する航空機の交流（ＡＣ）システム（但しこれに限定されない）において用いられ得るが、直流（ＤＣ）システムにおいても用いられ得る。開示される概念が、他の周波数で動作する交流システムにおいて用いられるものを含む他のタイプの回路ブレーカーパネルに対して、小型住宅用の回路ブレーカーまたは商用の回路ブレーカーなどのさらに大型の回路ブレーカーに対して、および、例えば、住宅用、商用、工業用、航空宇宙用、および自動車用などの広範囲の回路ブレーカー用途に対して、適用可能であることもまた明らかになる。さらなる非限定的な例として、広範囲の周波数（例えば、５０、６０、１２０、４００Ｈｚ、およびさらに高い周波数若しくはさらに低い周波数（但しこれらに限定されない））でのＡＣ動作（例えば、１２０、２２０、４８０〜６００ＶＡＣ（但しこれらに限定されない））、およびＤＣ動作（例えば、４２ＶＤＣ（但しこれに限定されない））の両方が可能である。さらに、さらなる非限定的な例として、単一のフェーズおよび複数のフェーズ（例えば三相（但しこれに限定されない））の動作が可能である。

負荷母線アレイアセンブリ４の小型導電性トレース２（図１Ｂおよび図１Ｃ）は、熱伝導性基板６（図１Ｂ）内に適切に埋め込まれる。例えば、熱伝導性基板６は、図１Ｂに示すように、小型導電性トレース２を受け入れる溝８および孔１０を有するために適切にモールドまたは機械加工されるが、但しこれに限定されない。対応する負荷モジュール１２（図２Ａおよび図２Ｂ）は、ウレタン内にオーバーモールドされるとともに、ソケットを介して埋込み型フィード部に対取り付けられたディスクリート配線を有する既知の従来の負荷モジュール（図示せず）に取って代わる。例えば、参照によって本明細書に援用される米国特許第８，０９４，４３６号明細書を参照されたい。

開示される方法は、負荷母線アレイアセンブリ４の構造、したがって負荷モジュール１２を簡素化する。これは、例えば、負荷導体として機能する小型導電性トレース２がモールドされた熱伝導性基板６に埋め込まれることを可能とする。熱伝導性基板６は、例えば、限定はしないが、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、例えばクールポリ（ＣｏｏｌＰｏｌｙ（Ｒ））Ｅシリーズ熱伝導性プラスチック（ロードアイランド州ノース キングスタウンのクールポリマーズ社が販売）、適切な熱伝導的・電気的に絶縁性のエポキシであって、負荷導体を封止して絶縁する。

あるいは、熱伝導性基板６が機械加工されると、負荷導体は、例えば、テープ、接着剤、またはエポキシなどの（但しこれらに限定されない）適切なシーラント（図示せず）を用いることによって、封止されて、絶縁されることができる（例えば、導体は、チャネル内に配置されて、封止され、他の導体および外部環境から断熱される）。例えば、材料は、両側上の接着材により電気的に絶縁であり、相対的に非常に薄く（例えば０．００５インチ（但しこれに限定されない））、基板６およびトレース２に適合する。

小型導電性トレース２は、取り付けによって、および従来のウェーブはんだ付け処理を用いることによって、負荷コネクタ１４およびその負荷ピン１５（図１Ｂおよび図１Ｃ）に自動的に連結されることができる。例えば、負荷導体は、モールド成形の間に熱伝導性基板６内に配置され、負荷コネクタ１４は、高精度の位置合わせがされるように取り付けられる。そして、負荷母線アレイアセンブリ４は、コネクタ負荷ピン１５および負荷コネクタ１４を負荷導体トレース２に電気的に連結するために、適切なウェーブはんだ付けステーション（図示せず）により供給される。あるいは、これは、手動操作でも可能であるが、好ましいコストにはならない。これは、２点間を結ぶ配線の取り付け（例えば、圧着、手はんだ付け（但しこれらに限定されない））を省く。開示される概念は、負荷モジュール１２のフィーダ層１８（図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂ）に直接連結される負荷熱伝導性基板層１６に対してさらに別の約０．２５”の奥行きを追加する。また、ベースラインの奥行きの約４”〜約５”から約１”〜約２”までの全体の奥行きの大幅な低減が、対応する回路ブレーカーパネル２０（図３Ａ、図３Ｂ、および図４）に対してもたらされる。

図４は、負荷コネクタ１４を示すためにカバー２２（図３Ａおよび図３Ｂに示される）が取り外された回路ブレーカーパネル２０を示す。

図５Ａおよび図５Ｂは、回路ブレーカーパネル２０のバックプレーンモジュール２４を示す。

熱伝導性基板６内に負荷導体を配置する様々な可能的な方法は、（１）熱伝導性基板６内に小型導電性トレース２のオーバーモールドと、（２）熱伝導性基板６内に小型導電性トレース２の手動配置と、（３）小型導電性トレース６が適切な断面（例えば、平坦、円形、四角形など（但しこれらに限定されない））を有するのであれば自動ボビン巻き配置とを含む。例えば、後者の方法に関しては、コーティングされない負荷導体（図示せず）は、配置される電線導体（例えば図２Ａの２）が、手動での接触労力を使用せずに、切断されて配置されるように、ＣＮＣ（ｘ，ｙ，ｚ）制御の巻取り機（図示せず）によって配置される。自動巻き配置は、まさにワイヤ送給装置のような大量生産に適する。これは、熱伝導性基板６（図１Ｂ）の溝８（図１Ｂ）内に導体（例えば図１Ａの２）を配置するようにＣＮＣコントロールされる、ノズル（図示せず）に対するワイヤの切断長（図示せず）を正確に供給する。

開示される概念の特定の実施形態が詳細に記載されたが、本開示の全体の教示を考慮して、それらの詳細な記述に対して様々な改良や代替手段を展開し得ることは、当業者によって認識されることになる。したがって、開示された特定の配置は、例示的に過ぎず、添付された特許請求の範囲の最大限の範囲およびその全ての均等物によって与えられるべきである、開示された概念の範囲に限定されないことを意味する。

Claims (15)

1. 熱伝導性基板（６）と、
   熱伝導性基板内に配置された複数の負荷導体（２）と、
   熱伝導性基板内に配置され、回路ブレーカーからの負荷出力を含む負荷コネクタ（１４）の一部と
   を備え、
   負荷導体は、熱伝導性基板内の前記負荷コネクタの一部に電気的に接続される、負荷母線アレイアセンブリ（４）。
2. 前記負荷導体は、複数の小型導電性トレース（２）である請求項１に記載の負荷母線アレイアセンブリ（４）。
3. 前記小型導電性トレースは、熱伝導性基板内にオーバーモールドされる請求項２に記載の負荷母線アレイアセンブリ（４）。
4. 前記小型導電性トレースは、平たい断面を有する請求項２に記載の負荷母線アレイアセンブリ（４）。
5. 前記小型導電性トレースは、円形の断面を有する請求項２に記載の負荷母線アレイアセンブリ（４）。
6. 前記小型導電性トレースが四角形の断面を有する請求項２に記載の負荷母線アレイアセンブリ（４）。
7. 請求項１に記載の負荷母線アレイアセンブリ（４）を備える負荷モジュール（１２）。
8. カバー（２２）と、
   請求項１に記載の負荷母線アレイアセンブリを備えるバックプレーンモジュール（２４）と
   を備える回路ブレーカーパネル（２０）。
9. 熱伝導性基板（６）内に複数の負荷導体（２）を配置するステップと、
   熱伝導性基板内に、回路ブレーカーからの負荷出力を含む負荷コネクタ（１４）の一部を、配置するステップと、
   熱伝導性基板内の負荷コネクタの一部に負荷導体を電気的に接続するステップと
   を備える負荷母線アレイアセンブリ（４）を製造する方法。
10. 前記複数の負荷導体として複数の小型導電性トレース（２）を用いるステップ
    をさらに備える請求項９に記載の方法。
11. 熱伝導性基板内に小型導電性トレースをオーバーモールドするステップ
    をさらに備える請求項１０に記載の方法。
12. 熱伝導性基板に小型導電性トレースを手動的に配置するステップ
    をさらに備える請求項１０に記載の方法。
13. 熱伝導性基板に小型導電性トレースを自動的に配置するステップ
    をさらに備える請求項１０の方法。
14. 平たい断面、円形の断面、または四角形の断面を有する小型導電性トレースを用いるステップと、
    前記自動的に配置するステップとして、自動ボビン巻き配置を用いるステップと
    をさらに備える請求項１３に記載の方法。
15. 取り付けることによって、およびウェーブはんだ付けによって、負荷コネクタの一部に小型導電性トレースを自動的に連結するステップ
    をさらに備える請求項１０に記載の方法。

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