JPH06176901A - 電気抵抗器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】抵抗体とヒートパイプの熱抵抗を最小にして冷
却特性を改善した電気抵抗器を提供すること。 【構成】高熱伝導性の中空絶縁ボビンに抵抗体を付設す
ることによって抵抗器本体とし、当該抵抗器本体の中空
絶縁ボビンを放熱用ヒートパイプの蒸発部として使用す
る。或は、放熱用ヒートパイプの蒸発部として機能する
中空金属容器の内部に抵抗器本体を配設し、当該抵抗器
本体が浸漬するように電気絶縁性の作動液を充填する。 【効果】絶縁ボビン又は抵抗体自体をヒートパイプの作
動液と直接接触させることが出来るため、熱抵抗を著し
く低下させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気抵抗器、特に放熱
用ヒートパイプと一体化した電気抵抗器の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に電気抵抗器は、例えば図１に示す
ように、セラミックス等からなる絶縁体１の外壁面に抵
抗線やカーボン皮膜等からなる抵抗体２を付設し、当該
抵抗体の両端にリード線４を接続するとともに、抵抗体
２の外周に適当な絶縁層３を設けた構造となっている。
このほか、例えば図２に示すように、適当な剛性を有す
る自立抵抗体５を絶縁体１に取り付け、全体を通気性の
カバー６をもって保護した電気抵抗器も使用されてい
る。

【０００３】電気抵抗器は、本質的には発熱体として機
能するものであるから、通常は自然空冷又は強制空冷を
する必要があり、特殊な場合には液冷等を採用すること
もある。車両搭載用の高電圧負荷抵抗器（空冷式）の一
例を図３に示す。本抵抗器では、抵抗線をセラミック製
の中空絶縁体（ボビン）７の外壁面に巻回することによ
って構成した抵抗体２が使用されており、抵抗体２及び
ボビン７の周囲は、金属容器９によって保護されてい
る。金属容器９の内部空間には、電気絶縁性のコンパウ
ンド１０が充填されており、これによって水分の浸入や
ボビン７の機械的振動を防止している。リード線４は、
金属容器９の一部に設けた絶縁体１１（碍子部材）を通
して外部へ引き出されている。

【０００４】図３の電気抵抗器は、製品の軽量化やメン
テナンスフリー性を実現することが出来る点で優れてい
るが、雨水が掛かる環境でも使用することが出来るよ
う、高度の絶縁性を有する密閉構造とする必要があるた
め、熱放散の点で不利になることが多い。即ち、抵抗器
内部で発生した熱は、金属容器９を介して自然放散する
が、金属容器９の表面積が比較的小さくて放熱性能が低
いほか、絶縁コンパウンド１０の熱伝導率が小さくて熱
抵抗が大きいため、許容発熱量を大きくすることが出来
ない点で問題がある。

【０００５】この種の問題を解決する一つの方策とし
て、ヒートパイプによって放熱する方法が既に提案され
ている（例えば実開昭５６−１５５４０１号、実開昭５
７−１４８８０５号、実開昭５８−９７８０１号公報参
照）。この方法は、例えば図４に示すように、放熱フィ
ン１３を一端に備えたヒートパイプ１２の蒸発部（銅管
等の容器）に中空絶縁体７を嵌め込むことによって電気
抵抗器を構成するものであるが、抵抗体２からの発生熱
が金属管１２を介して間接的にヒートパイプ１２内に伝
達されるため、冷却特性が期待したほど良くならないと
いう欠点がある。中空絶縁体７を省略し、抵抗線を金属
管１２に直接巻き付けることによって電気抵抗器を構成
した場合も同様である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
した従来技術の欠点を解消し、抵抗体とヒートパイプと
の間の熱抵抗を最小にすることによって冷却特性を改善
した電気抵抗器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、高熱伝導性
の中空絶縁ボビンの外壁面に抵抗体を付設することによ
って構成した抵抗器本体を使用し、当該抵抗器本体の中
空絶縁ボビンを蒸発部として放熱用ヒートパイプを構成
することによって解決することが出来る。このほか、上
記課題は、抵抗器本体を放熱用ヒートパイプの蒸発部と
して機能する中空金属容器の内部に配設し、当該抵抗器
本体が浸漬するように電気絶縁性の作動液を充填するこ
とによっても解決することが可能である。

【０００８】

【作用】中空絶縁ボビンを蒸発部としてヒートパイプを
構成した場合は、絶縁ボビンの内壁がヒートパイプの作
動液と直接接触するため、熱抵抗を著しく低下させるこ
とが出来る。絶縁ボビンは、絶縁性能及び熱伝導性能が
共に良好であることが望ましく、例えばアルミナ、ベリ
リア、窒化硼素、窒化アルミ、炭化珪素等のセラミック
スを使用することが望ましい。なお、絶縁ボビンとヒー
トパイプ材料（銅管等）との接続は、例えば、絶縁ボビ
ンをメタライズ処理した後、両者を硬鑞付けすることに
よって行なう。

【０００９】ヒートパイプの蒸発部として機能する中空
金属容器内に抵抗器本体を配設した場合は、抵抗体自体
が作動液と直接接触するため、熱抵抗を最小に抑制する
ことが出来る。但し、この場合のヒートパイプ作動液
は、電気絶縁性を有する例えばフロン等を使用する必要
がある。

【００１０】

【実施例】

〈実施例１〉本発明に係る電気抵抗器の第１の実施例を
図５に示す。本実施例では、一端が閉じた状態の中空絶
縁ボビン１６（例えば高熱伝導性セラミックス製ボビ
ン）をヒートパイプの蒸発部として使用し、当該絶縁ボ
ビンの外壁面に抵抗線又はカーボン皮膜よりなる抵抗体
２を付設した。絶縁ボビン１６の他端は、公知の方法に
よってメタライズ処理を施した後、コバール等の熱膨張
率差緩和用部材１５を介してヒートパイプ本体容器１２
（銅管等）に硬鑞付けした。

【００１１】このようにして構成した電気抵抗器の組立
体を保護用金属容器９の内部に収納した後、当該ケース
内の空間部分に絶縁コンパウンド１０を充填した。リー
ド線４は、絶縁体１１を通して外部に引き出した。ヒー
トパイプ本体容器１２の他端は、通常の方法で作動液を
注入した後、フィルチューブを用いて封止した。ヒート
パイプ本体容器１２の蒸発部外周には、通常のヒートパ
イプの場合と同様、空冷用放熱フィン１３を取り付け
た。詳細図示せざるも、金属容器９の外周部にも別の放
熱フィンを取り付けることも可能であり、その場合は、
放熱量をより一層増大させることが可能である。但し、
ヒートパイプの軸線を水平とするか、蒸発部が凝縮部よ
りも下側に来るボトムヒートモードで使用する必要があ
る。

【００１２】絶縁ボビン１６の内壁面には、図６に示す
ように、ヒートパイプ作動液と適合する材質の金属メッ
シュを複数層重ねて構成したウィック１７を付設すると
ともに、当該ウィックの変形防止及び密着度確保のた
め、同種材質のワイヤスプリング１８を絶縁ボビン１６
内に装填した。ウィック１７としては、金属メッシュの
ほか、ワイヤバンドルや発泡金属等を使用することも出
来る。もっとも、使用目的や製造原価等との見合いか
ら、必要に応じてウィック１７そのものの装填を省略す
ることも可能である。

【００１３】なお、セラミックス製の絶縁ボビン１６を
使用し、その外壁面に抵抗線を巻き付けて抵抗体２とし
た場合は、発熱によって抵抗線が伸びる結果、熱膨張率
が極めて小さい絶縁ボビン１６と抵抗線との間に隙間が
生じて熱抵抗が増大する可能性がある。このため、本実
施例では、図６のＡ部拡大図に示す如く、抵抗線８の外
径よりも僅かに大きな幅の螺旋状の溝を中空ボビン１５
の外壁面に予め加工しておき、当該溝に沿って抵抗線８
を巻き付けることによって熱抵抗の増大を抑制した。

【００１４】〈実施例２〉本発明に係る電気抵抗器の第
２の実施例を図７に示す。本実施例では、高熱伝導性セ
ラミックスからなるフランジ付き絶縁ボビン１６の外壁
面に抵抗体２を付設することによって抵抗器本体を構成
した後、当該抵抗器本体をヒートパイプの蒸発部として
機能する銅製の中空容器９内に収納した。金属容器９と
絶縁ボビン１６のフランジ部２２とは、コバール等の熱
膨張率差緩和部材１４を介して硬鑞付けした。中空容器
９の他端には、放熱フィン１３を有するヒートパイプ本
体容器１２（凝縮部）を硬鑞付けし、更に、その端末部
と金属容器９との間を作動液戻し管２０によって連結し
た。電気絶縁性の作動液２１は、ヒートパイプ本体容器
１２の先端に設けたフィルチューブを通して中空容器９
の内部に封入し、抵抗体２が常に作動液２０中にあるよ
うに抵抗器本体を浸漬した。このような構造を採用する
と、ヒートパイプの軸線が水平より若干マイナス側（即
ちトップヒートモード動作となる状態）になっても充分
な冷却効果を得ることが出来る。

【００１５】〈実施例３〉図５の変形例を図８に示す。
本実施例は、ヒートパイプ１２の凝縮部を水平より角度
θだけ上方に折曲げることにより、凝縮した作動液２１
を重力により確実に蒸発部（絶縁ボビン１６）に戻すよ
うにしたものであり、電気抵抗器の取り付け姿勢に対す
る制限を緩和することが出来る。

【００１６】

【発明の効果】本発明の効果を列挙すれば、下記の通り
である。

【００１７】 発熱体である抵抗体と熱輸送媒体であ
るヒートパイプ作動液との間の熱抵抗を最小限に抑える
ことが可能となり、許容負荷容量の増大又は製品の小型
化を達成することが出来る。

【００１８】 使用部材の減少により、製造原価の低
減を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電気抵抗器の第１例を示す断面図。

【図２】従来の電気抵抗器の第２例を示す断面図。

【図３】従来の電気抵抗器の第３例を示す断面図。

【図４】従来の電気抵抗器の第４例を示す断面図。

【図５】本発明に係る電気抵抗器の第１の実施例を示す
断面図。

【図６】図５の部分拡大断面図。

【図７】本発明に係る電気抵抗器の第２の実施例を示す
断面図。

【図８】本発明の係る電気抵抗器の第３の実施例を示す
断面図。

【符号の説明】

１…絶縁体、 ２…抵抗体、３…絶縁
層、 ４…リード線、５…自立抵抗体、
６…通気性保護カバー、７…中空絶縁体、
８…抵抗線、９…金属容器、
１０…絶縁コンパウンド、１１…リード線用絶縁体、
１２…ヒートパイプ本体容器、１３…放熱フィン、
１４…蒸発部 １５…熱膨張率差緩和部材、 １６…中空絶縁ボビン、
１７…ウィック、 １８…ワイヤスプリン
グ、１９…ハーメチックシール、 ２０…作動液戻し
管、２１…作動液、 ２２…フランジ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井坂 功一 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内 (72)発明者 徳永 吉克 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高熱伝導性の中空絶縁ボビンの外壁面に抵
   抗体を付設することによって構成した抵抗器本体を使用
   し、当該抵抗器本体の中空絶縁ボビンを蒸発部として放
   熱用ヒートパイプを構成したことを特徴とする電気抵抗
   器。
2. 【請求項２】放熱用ヒートパイプの蒸発部として機能す
   る中空金属容器の内部に抵抗器本体を配設し、当該抵抗
   器本体が浸漬するように電気絶縁性の作動液を充填した
   ことを特徴とする電気抵抗器。