JPH05344728A - 無接点接触器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体スイッチング素子の熱が制御回路を構
成する他の電子部品に伝達されることを極力抑える。 【構成】 サイリスタを、冷却フィンに熱的に接続され
たケース主部２２の底板部上に取付ける。サイリスタの
ゲートをオン，オフするトリガ回路を第１の基板２５に
実装し、ケース２１内にサイリスタの上方に空隙部を存
した状態に設ける。さらに、ケース２１内に、前記トリ
ガ回路を制御する入力回路等を実装した第２の基板２
６、及び、サージ吸収回路等を実装した第３の基板２７
を積重ねるように設ける。ケース２１の側壁部に、前記
空隙部を外部に連通させる通気孔３３を設ける。サイリ
スタの発熱により高温となった空隙部の空気は、通気孔
３３からケース２１の外部に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばサイリスタ等の
半導体スイッチング素子により負荷の通断電制御を行う
無接点接触器に関する。

【０００２】

【従来の技術】無接点接触器は、機械的なスイッチに比
較して、機械的損耗部がなく、高頻度の開閉に耐え得る
ため、三相誘導電動機などの各種の負荷の通断電制御に
用いられている。

【０００３】図４はこの種の無接点接触器の回路構成の
一例を示したものであり、ここで、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相に
夫々対応する電源側及び負荷側の端子１及び２間には、
夫々サージ吸収回路３を介して一対のサイリスタ４，５
が逆並列接続されている。前記各サイリスタ４，５のゲ
ートには、接続端子６を介してトリガ回路７が接続され
ている。トリガ回路７は、３組のフォトカプラ８及びゼ
ロクロス回路９並びに点弧回路１０から構成されてい
る。

【０００４】一方、指令信号が与えられる３個の入力端
子１１には、整流回路１２を有する電圧検出回路１３を
介して入力回路１４が接続され、この入力回路１４によ
り、直列に接続された発光ダイオード１５及び前記３個
のフォトカプラ８の発光ダイオード８ａが通断電される
ようになっている。これにより、トリガ回路７は、３個
のフォトカプラ８のフォトトランジスタ８ｂのオン，オ
フに基づき、前記各サイリスタ４，５をオン，オフ制御
するようになっている。

【０００５】図６は、以上のような回路構成を有する無
接点接触器の分解斜視図であり、ここで、ケース１６
は、ケース主部１６ａとカバー部１６ｂとから構成され
ている。前記３組のサイリスタ４，５は、このうちケー
ス主部１６ａの底部に設けられている。一方、前記トリ
ガ回路７は第１の基板１７に実装され、前記整流回路１
２，電圧検出回路１３及び入力回路１４は第２の基板１
８に実装され、前記サージ吸収回路３及び端子１，２等
は第３の基板１９に実装されている。

【０００６】そして、前記第１，第２及び第３の基板１
７，１８及び１９は、前記ケース主部１６ａ内に積重ね
られるように収容され、この状態で、カバー部１６ｂが
ケース主部１６ａにねじ止めにより一体化されることに
より、サイリスタ４，５及び各回路は、ケース１６内に
ほぼ密閉された状態に収容されるのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な無接点接触器にあっては、半導体スイッチング素子で
あるサイリスタ４，５の発熱の問題がある。このため、
従来では、サイリスタ４，５を取付けているケース１６
の底板を熱伝導性の良い材質から構成し、サイリスタ
４，５の熱をその底板を介して図示しない冷却フィンか
ら放熱させる構成としている。

【０００８】しかしながら、このような冷却フィンから
放熱させるだけの構成では、サイリスタ４，５の冷却が
十分でない不具合があった。ちなみに、サイリスタ４，
５の近傍部位は１００℃程度まで温度上昇し、これに伴
い、この熱が空気を介して上部に伝達され、第１の基板
１７の温度が８０℃を越え、さらに第２の基板１８の温
度が６０℃を越えるといったことが見られた。

【０００９】このとき、第１の基板１７に実装されるフ
ォトカプラ８は、図５に示すような温度特性を呈するこ
とが知られている。この温度特性は、変換効率ＣＴＲと
呼ばれるもので、発光ダイオード８ａの光をフォトトラ
ンジスタ８ｂにどれだけ伝達することができるかを示す
ものである。図５から明らかなように、今、例えば発光
ダイオード８ａに５ｍＡの電流が流れている場合、周囲
温度が６０℃から８０℃に上昇すると、変換効率は１
２．５％も低下するようになる。

【００１０】このように、第１の基板１７等の周囲温度
が高くなると、フォトカプラ８の動作不良が起る虞があ
り、また、フォトカプラ８に限らずコンデンサ等の他の
電子部品をもその劣化を早めてしまい信頼性が低下する
いった不具合があり、この種の無接点接触器にあって
は、半導体スイッチング素子の熱の他の電子部品への伝
達を極力阻止することが、極めて重要な課題となるので
ある。

【００１１】従って、本発明の目的は、半導体スイッチ
ング素子の熱が制御回路を構成する他の電子部品に伝達
されることを極力抑えることができる無接点接触器を提
供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の無接点接触器
は、ケース内に、負荷を通断電制御するための半導体ス
イッチング素子を設けると共に、この半導体スイッチン
グ素子をオン，オフ制御する制御回路を実装する基板
を、前記半導体スイッチング素子との間に空隙部を存し
て設けるようにしたものであって、前記ケースに、前記
空隙部をケースの外部に連通させる通気孔を設けたとこ
ろに特徴を有する。

【００１３】

【作用】上記手段によれば、半導体スイッチング素子と
制御回路を実装する基板との間に存する空隙部は、通気
孔を介してケースの外部に連通している。従って、半導
体スイッチング素子の発熱に伴って空隙部の空気が高温
となっても、その高温の空気が通気孔からケース外部に
排出されるようになり、もって基板への熱伝達が抑えら
れるようになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図１乃至
図５を参照して説明する。尚、図４に示した無接点接触
器の回路構成は、従来例と共通するため、新たな図示を
省略し、符号も共通させることとする。

【００１５】まず、図４を参照して本実施例に係る無接
点接触器の回路構成を簡単に説明する。即ち、Ｒ相，Ｓ
相，Ｔ相に夫々対応する電源側及び負荷側の端子１及び
２間には、夫々サージ吸収回路３を介して半導体スイッ
チング素子たる一対のサイリスタ４，５が逆並列接続さ
れている。前記各サイリスタ４，５のゲートには、接続
端子６を介してトリガ回路７が接続されている。トリガ
回路７は、３組のフォトカプラ８及びゼロクロス回路９
並びに点弧回路１０から構成されている。

【００１６】一方、指令信号が与えられる３個の入力端
子１１には、整流回路１２を有する電圧検出回路１３を
介して入力回路１４が接続され、この入力回路１４によ
り、直列に接続された発光ダイオード１５及び前記３個
のフォトカプラ８の発光ダイオード８ａが通断電される
ようになっている。これにより、トリガ回路７は、３個
のフォトカプラ８のフォトトランジスタ８ｂのオン，オ
フに基づき、前記各サイリスタ４，５をオン，オフ制御
するようになっている。

【００１７】従って、上記トリガ回路７，整流回路１
２，電圧検出回路１３及び入力回路１４から、本発明に
いうところの、各サイリスタ４，５をオン，オフ制御す
る制御回路が構成されている。

【００１８】さて、上記無接点接触器の回路を構成する
各電子部品等は、図１及び図２に示すように、絶縁材製
のケース２１内に配設されるようになっている。このケ
ース２１は、図で上面が開口したほぼ矩形箱状をなすケ
ース主部２２と、このケース主部２２にその開口部を塞
ぐように取付けられるカバー部２３とから構成されてい
る。

【００１９】前記３組のサイリスタ４，５は、図２に示
すように、前記ケース主部２２の底板部２２ａ上に取付
けられている。この底板部２２ａは、熱伝導性の良い材
料例えばアルミニウム板から構成され、図示しない冷却
フィンに熱的に接続されている。また、底板部２２ａ上
には、前記各サイリスタ４，５を覆うようにして、防湿
絶縁用樹脂層２４が所定厚みで形成されている。

【００２０】そして、前記ケース２１内には、第１，第
２及び第３の基板２５，２６及び２７が３段に積重なる
ように設けられている。このうち、第１の基板２５上に
は、前記制御回路のうちトリガ回路７が実装されてお
り、この第１の基板２５は、ケース２１（ケース主部２
２）の内側面に形成された第１の段部２８上に取付けら
れている。

【００２１】このとき、図２に示すように、前記各サイ
リスタ４，５（防湿絶縁用樹脂層２４）と第１の基板２
５との間には、空隙部２９が形成されている。また、各
サイリスタ４，５のゲートとトリガ回路７とはピン状の
接続端子６により接続されている。尚、前記第１の基板
２５の上面部にも、トリガ回路７を構成する電子部品を
覆うように防湿絶縁用樹脂層３０が形成されている。

【００２２】また、前記第２の基板２６には、前記整流
回路１２，電圧検出回路１３及び入力回路１４が実装さ
れており、この第２の基板２６は、前記第１の基板２５
の上方に位置してケース２１の内側面に形成された第２
の段部３１上に取付けられている。また、この第２の基
板２６の上面部にも、電子部品を覆うようにして防湿絶
縁用樹脂層３２が形成されている。

【００２３】前記第３の基板２７には、サージ吸収回路
３や、ケース２１の外部に配置される端子１，２等が実
装されており、この第３の基板２７は、前記カバー部２
３の下面側に取付けられている。これにより、前記ケー
ス主部２２に、各サイリスタ４，５を取付けた底板部２
２ａ，第１の基板２５及び第２の基板２６を取付け、こ
の後、第３の基板２７を取付けたカバー部２３を、前記
ケース主部２２に取付けることにより、ケース２１内に
サイリスタ４，５及び制御回路等を配設してなる無接点
接触器が構成されるのである。

【００２４】そして、図１及び図２に示すように、前記
ケース２１（ケース主部２２）の側壁部のうち、前記第
１の段部２０のすぐ下部、言い換えれば、前記各サイリ
スタ４，５と第１の基板２５との間に形成された空隙部
２９に対応する部位には、通気孔３３が形成されてい
る。これにて、空隙部２９がケース２１の外部に連通さ
れている。

【００２５】上記構成において、無接点接触器は例えば
三相誘導電動機の通断電制御に用いられるが、その使用
時には、半導体スイッチング素子であるサイリスタ４，
５が発熱するようになり、その発熱に伴い周囲温度が上
昇して他の電子部品に悪影響を与える問題がある。特
に、第１の基板２５に実装されたフォトカプラ８は、図
５に示すように、高温となるに従って変換効率ＣＴＲが
低下するような温度特性を呈することが知られている。

【００２６】ここで、サイリスタ４，５の熱はケース２
１の底板部２２を介して図示しない冷却フィンから放熱
される構成とされているが、これだけでは、サイリスタ
４，５の冷却が十分でなく、サイリスタ４，５の上部の
空隙部２９の空気が加熱されて高温となり、その熱が空
隙部２９のすぐ上に位置する第１の基板２５に伝達され
てフォトカプラ８等の電子部品が高温となる問題が生ず
ることになる。

【００２７】ところが、本実施例では、空隙部２９は、
ケース２１の側壁部に形成された通気孔３３を介してケ
ース２１の外部に連通している。従って、サイリスタ
４，５の発熱に伴って空隙部２９の空気が高温となって
も、その高温の空気が通気孔３３からケース２１の外部
に排出されるようになり、もって第１の基板２５への熱
伝達が小さく抑えられるようになるのである。また、こ
れに伴い、第２及び第３の基板２６及び２７への熱伝達
も抑えられることも勿論である。

【００２８】ちなみに、図３は、本発明者が測定したサ
イリスタ４，５への通電電流とフォトカプラ８の温度上
昇度合との関係を示すもので、直線Ａが従来例で説明し
た従来構造のもの、直線Ｂが本実施例の構造のものであ
る。この測定結果からも明らかなように、本実施例にお
いては、フォトカプラ８の温度上昇を従来に比べて４℃
程度低下させることができた。

【００２９】このように本実施例によれば、従来のもの
と異なり、サイリスタ４，５の熱が、フォトカプラ８等
の制御回路を構成する他の電子部品に伝達されることを
極力抑えることができ、ひいては、フォトカプラ８の動
作不良の虞がなくなると共に、コンデンサ等の他の電子
部品の劣化も長期にわたり防止することができ、信頼性
の向上を図ることができるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
の無接点接触器によれば、半導体スイッチング素子と制
御回路を実装する基板との間に存する空隙部をケースの
外部に連通させる通気孔を設けるようにしたので、半導
体スイッチング素子の熱が制御回路を構成する他の電子
部品に伝達されることを極力抑えることができるという
実用的効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、無接点接触器
の全体の分解斜視図

【図２】全体の縦断側面図

【図３】サイリスタへの通電電流とフォトカプラの温度
上昇度合との関係を示す図

【図４】全体の電気的構成を示す図

【図５】フォトカプラの変換効率を示す特性図

【図６】従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

１は電源側端子、２は負荷側端子、３はサージ吸収回
路、４，５はサイリスタ（半導体スイッチング素子）、
７はトリガ回路、８はフォトカプラ、９はゼロクロス回
路、１０は点弧回路、１１は入力端子、１２は整流回
路、１３は電圧検出回路、１４は入力回路、２１はケー
ス、２２はケース主部、２２ａは底板部、２３はカバー
部、２４，３０，３２は防湿絶縁用樹脂層、２５は第１
の基板、２６は第２の基板、２７は第３の基板、２９は
空隙部、３３は通気孔である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース内に、負荷を通断電制御するため
   の半導体スイッチング素子を設けると共に、この半導体
   スイッチング素子をオン，オフ制御する制御回路を実装
   する基板を、前記半導体スイッチング素子との間に空隙
   部を存して設けるようにしたものにおいて、 前記ケースに、前記空隙部をケースの外部に連通させる
   通気孔を設けたことを特徴とする無接点接触器。