JP2018085640A - 分配器 - Google Patents

Abstract

【課題】 分配器を高電力化するための放熱手段を設けても電気的特性を劣化させることのない分配器とする。【解決手段】 分配器を構成するフェライトコアを備える第１トランスＴ１，第２トランスＴ２は、絶縁体からなる放熱用絶縁体１５ａ，１５ｂで挟持されて、Ｌ型金具１６の間に固着されている。Ｌ型金具１６は金属製の放熱板１８に固着されている。これにより、トランスＴ１，Ｔ２におけるフェライトコアの発熱が放熱用絶縁体１５ａ，１５ｂおよびＬ型金具１６を介して放熱板１８に熱伝導される。この放熱手段では、フェライトコアには絶縁体である放熱用絶縁体のみが直接接触されることから、電気的特性を劣化させることのない分配器とすることができる。【選択図】 図６

Description

本発明は、高電力化するための放熱手段を設けても電気的特性を劣化させることのない分配器に関する。

特許文献１に従来のフェライトコアに絶縁被覆電線が巻かれたトランスを用いた分配器の回路が示されており、この分配器の回路構成を示す回路図を図１２に示す。
図１２に示す回路構成とされた従来の分配器１００は、フェライトコアに絶縁被覆電線が巻かれたトランスＴ１，Ｔ２を備えており、トランスＴ１はインピーダンス整合トランスとして作用し、入力端子１２０からトランスＴ１に供給された信号は、トランスＴ１の中途のタップから出力されて信号分配用のトランスＴ２のセンタータップに供給される。トランスＴ２の両端からは２分配された信号がそれぞれ出力され、一方の分配信号は第１出力端子１２１から出力され、他方の分配信号は第２出力端子１２２から出力される。トランスＴ１のタップとトランスＴ２のセンタータップとを接続するラインとアース間に接続されたコンデンサＣはインピーダンス整合用として、第１出力端子１２１と第２出力端子１２２間に接続された抵抗Ｒは第１出力端子１２１と第２出力端子１２２との間のアイソレーション用として設けられている。

図１２に示す分配器１００は、簡単な回路構成で広帯域な周波数特性が得られるため、主にＣＡＴＶ用やテレビ共聴などの受信分配用として広く利用されている。ところで、地下街やトンネル内部の通信では、ＦＭ再放送や各種通信帯域の電波を重畳して分配する必要があることから、広帯域で大きな電力を分配することが求められている。また、近年の通信システムの高度化に伴い、より多周波を扱う必要が生じたことから電力も増加傾向となり、２０Ｗ程度まで分配可能な広帯域高電力分配器を実現することが求められている。しかし、図１２に示すフェライトコアを用いた分配器１００は、５Ｗ程度の電力分配には広く利用することができるが、２０Ｗ程度の高周波電力を分配器１００の入力端子１２０に印加すると、トランスＴ１，Ｔ２を構成するフェライトコアが発熱して特性劣化を生じ、最悪の場合はトランスＴ１，Ｔ２が焼損する恐れがあった。

実公昭６１−６６６１号公報

フェライトコアを用いた高電力化された従来の分配器が特許文献１に開示されている。この従来の分配器は、ベリリア磁器、アルミナ磁器等の基板上に金属膜を設けた金属薄膜抵抗器と、２個の貫通孔を有する略直方体の側面に円弧状の溝を有する形状のフェライトコアとを耐熱接着剤を用いて金属製シャーシに接着するようにしている。
しかしながら、金属製シャーシにフェライトコアが接着されることから、フェライトコアの発熱は金属製シャーシにより放熱されるものの、フェライトコアは磁性体であることから直接金属が接触すると磁界の乱れや透磁率の劣化を招き、分配器を高電力化すると電気的性能が大きく劣化すると云う問題点があった。また、金属製シャーシにフェライトコアを接着する耐熱性接着剤は、一般に熱伝導率が低いため効率の良い放熱ができないという問題点もあった。

そこで、本発明は、分配器を高電力化するための放熱手段を設けても電気的特性を劣化させることのない分配器を提供することを目的としている。

本発明の分配器は、フェライトコアを有するトランスを用いた分配器回路が組み込まれている基板と、前記フェライトコアが貫通する貫通穴が形成され、前記基板に重なるように設けられた金属製の放熱板と、該放熱板の前記貫通穴から突出した前記フェライトコアに密着して固着された放熱用絶縁体と、該放熱用絶縁体を前記放熱板に固着する金具とを備え、前記フェライトコアの発熱が前記放熱用絶縁体および前記金具を介して前記放熱板に熱伝導されることを最も主要な特徴としている。

本発明の分配器は、フェライトコアの発熱が放熱用絶縁体および金具を介して放熱板に熱伝導される放熱手段を備えている。この放熱手段では、フェライトコアには絶縁体である放熱用絶縁体が直接接触されるが、導電体は直接接触しないことから、分配器を高電力化するための放熱手段を設けても電気的特性を劣化させることのない分配器とすることができる。また、接着剤を必要としない放熱手段とされていることから、放熱効率を向上することができる。

本発明の実施例の分配器の外観の構成を示す平面図である。 本発明の実施例の分配器の外観の構成を示す正面図である。 本発明の実施例の分配器の外観の構成を示す下面図である。 本発明の実施例の分配器の構成を、上板部を切り欠いて示す平面図である。 本発明の実施例の分配器の構成を、下板部を切り欠いて示す下面図である。 本発明の実施例の分配器における放熱部の構成を示す斜視図である。 本発明の実施例の分配器における放熱部の放熱板の構成を示す斜視図である。 本発明の実施例の分配器におけるフェライトコアと放熱用絶縁体の構成を示す斜視図である。 本発明の実施例の分配器において放熱部を省略した場合の時間に対する温度特性を示す図である。 本発明の実施例の分配器における時間に対する温度特性を示す図である。 本発明の実施例の分配器における他のフェライトコアと他の放熱用絶縁体の構成を示す斜視図である。 従来の分配器の回路構成を示す回路図である。

本発明の実施例の分配器１の構成を図１ないし図５に示す。図１は本発明の実施例の分配器の外観の構成を示す平面図であり、図２は本発明の実施例の分配器の外観の構成を示す正面図であり、図３は本発明の実施例の分配器の外観の構成を示す下面図であり、図４は本発明の実施例の分配器の外観の構成を上板部を切り欠いて示す平面図であり、図５は本発明の実施例の分配器の外観の構成を下板部を切り欠いて示す下面図である。
これらの図に示す分配器１の分配器回路は、図１２に示す回路構成と同様の回路構成とされており、この分配器回路が図４，５に示すプリント基板とされる基板１２上に組み込まれている。基板１２が内部に収納されている金属製のケース１０は、横長の矩形状とされた上板部１０ａ、両側に折曲部が形成されている矩形状の下板部１０ｂ、横長の矩形状の同形状とされた前側板部１０ｃおよび後側板部１０ｄ、横長の矩形状の同形状とされた第１側板部１０ｅおよび第２側板部１０ｆとから構成されている。具体的には、下板部１０ｂにおける前縁と後縁および両側の折曲された部位の縁部から起立するように、前側板部１０ｃと後側板部１０ｄおよび第１側板部１０ｅと第２側板部１０ｆが下板部１０ｂの上面に固着されている。この場合、前側板部１０ｃ、後側板部１０ｄ、第１側板部１０ｅ、第２側板部１０ｆのそれぞれの下端には図５に折曲部１１ｃ，１１ｄとして示すような折曲部が形成されており、この折曲部の下面が下板部１０ｂの上面に当接されて、下板部１０ｂに形成されているネジ穴に下面から挿通されたビスがそれぞれの折曲部に螺着されて、前側板部１０ｃ、後側板部１０ｄ、第１側板部１０ｅ、第２側板部１０ｆが下板部１０ｂの上面に固着されている。さらに、前側板部１０ｃ、後側板部１０ｄ、第１側板部１０ｅ、第２側板部１０ｆの上端にも図５に折曲部１１ｃ，１１ｄとして示すような折曲部が形成されており、この折曲部の上面に上板部１０ａの下面が当接されて、上板部１０ａに形成されているネジ穴に上面から挿通されたビスがそれぞれの折曲部に螺着されて、前側板部１０ｃ、後側板部１０ｄ、第１側板部１０ｅ、第２側板部１０ｆの上面に上板部１０ａが固着されている。

後側板部１０ｄに同軸端子とされる入力端子２０が設けられ、入力端子２０から入力された信号は、基板１２に組まれている分配器回路に供給される。分配器回路で２分配された分配出力は、前側板部１０ｃに設けられている同軸端子とされる第１出力端子２１および第２出力端子２２から出力される。上記したように構成されたケース１０は金属製とされていることからシールド構造とされ、内部に収納されている基板１２に組まれている分配器回路は、外部からの不要輻射の影響を受けないと共に、外部へ不要輻射をしないようになる。ケース１０内の収納空間を縦に区切る金属製の放熱板１８がケース１０内に設けられており、この放熱板１８上に基板１２が固着されている。基板１２の表面には図４に示すように、分配器回路を構成する入力端子２０と第１トランスＴ１とを接続するプリント配線、第１出力端子２１および第２出力端子２２と第２トランスＴ２とを接続するプリント配線が形成されている。また、第１トランスＴ１のタップとアースのプリント配線との間にコンデンサＣが接続され、第１出力端子２１と第２出力端子２２とのプリント配線の間に抵抗Ｒが接続されている。そして、基板１２の裏面には第１トランスＴ１と第２トランスＴ２とが配置され、第１トランスＴ１と第２トランスＴ２とは放熱板１８に形成された貫通穴を貫通して放熱板１８から突出している。そして、第１トランスＴ１と第２トランスＴ２の発熱を放熱板１８に熱伝導する放熱部１３が設けられている。

放熱部１３の構成を示す斜視図を図６に示し、放熱板１８の構成を示す斜視図を図７に示す。
これらの図に示すように、放熱板１８は上板部１０ａを若干縮小した相似形とされており、ほぼ中央に縦方向に２つ並んで円形の貫通穴１８ａが形成され、貫通穴１８ａの両側に一対のネジ穴１８ｂが３列ずつ形成されている。２つの貫通穴１８ａには第１トランスＴ１の第１フェライトコア１４−１と第２トランスＴ２の第２フェライトコア１４−２とが貫通されて放熱板１８上に第１フェライトコア１４−１および第２フェライトコア１４−２が突出している。この場合、貫通穴１８ａの径は、第１フェライトコア１４−１および第２フェライトコア１４−２が直接接触しない大きさの径とされている。第１トランスＴ１は第１フェライトコア１４−１に形成されたコイル穴に絶縁被覆電線が巻かれて構成され、第２トランスＴ２は第２フェライトコア１４−２に形成されたコイル穴に絶縁被覆電線が巻かれて構成されている。フェライトコア１４−１，１４−２は同じ形状とされていることからフェライトコア１４として、その形状を図８（ａ）の斜視図に示す。図８（ａ）に示すように、フェライトコア１４は円柱の形状とされ、上面から下面に貫通している２つの略円形のコイル穴１４ａが形成されている。この２つのコイル穴１４ａに絶縁被覆電線を巻くと共に巻き線の中途からタップを出すことにより、第１トランスＴ１と第２トランスＴ２とが構成されている。フェライトコア１４は、ニッケル亜鉛（Ｎｉ−Ｚｎ）系フェライトコアでもマンガン亜鉛（Ｍｎ−Ｚｎ）系フェライトコアでもよい。

放熱板１８上に突出している第１トランスＴ１は２つの同形状の放熱用絶縁体１５ａにより挟持され、第２トランスＴ２は２つの同形状の放熱用絶縁体１５ｂにより挟持されている。放熱用絶縁体１５ａと放熱用絶縁体１５ｂとは同じ構成とされていることから放熱用絶縁体１５として、その構成を図８（ｂ）の斜視図に示す。図８（ｂ）に示すように、放熱用絶縁体１５は、細長い四角柱状の形状とされた本体部１９からなり、本体部１９の一側面にフェライトコア１４の外形形状を半截した形状である半円状の凹部１９ａが形成され、凹部１９ａが形成された側面の両側に本体部１９を貫通するネジ穴１９ｂがそれぞれ形成されている。放熱用絶縁体１５ａは、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウムなどの約２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を呈する絶縁体材料が好適とされている。なお、放熱用絶縁体１５ａは絶縁体とされることから電気抵抗率は、電気抵抗率１ＭΩ・ｍ 以上が求められ、上記絶縁体材料はこの電気抵抗率を満足する。なお、酸化アルミニウムは約２３〜３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率が得られ、酸化ベリリウムは約２６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率が得られ、窒化アルミニウムは約１８０〜２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率が得られる。

放熱板１８上には、３つのＬ型金具１６がそれぞれ４本のビス１７で固着されており、３つのＬ型金具１６は互いに平行に３列に配列されている。Ｌ型金具１６は、中央部を除く中央部の両側がＬ字状に折曲されており、折曲された両側の部位に形成された挿通孔に挿通された２本のビス１７が放熱板１８に形成されているネジ穴１８ｂにそれぞれ螺着されることにより、３つのＬ型金具１６が固着されている。３列に配列されたＬ型金具１６における立設された細長い板状の部位間の間隔は、放熱用絶縁体１５の二つ分が嵌挿できる間隔とされている。そこで、１列目と２列目の２つのＬ型金具１６の間に２つの放熱用絶縁体１５ａを配置すると共に、２列目と３列目の２つのＬ型金具１６の間に２つの放熱用絶縁体１５ｂを配置する。この際に、凹部１９ａが形成されている側面同士を向かい合わせて２つの放熱用絶縁体１５ａおよび２つの放熱用絶縁体１５ｂを配置し、２つの放熱用絶縁体１５ａの２つの凹部１９ａにより形成された略円形の凹部内に、第１トランスＴ１の第１フェライトコア１４−１の外周面が密着されるよう挟持すると共に、２つの放熱用絶縁体１５ｂの２つの凹部１９ａにより形成された略円形の凹部内に第２トランスＴ２の第２フェライトコア１４−２の外周面が密着されるよう挟持する。そして、１列目のＬ型金具１６の立設された部位に形成されている挿通孔に挿通したビスを、第１フェライトコア１４−１を挟持している２つの放熱用絶縁体１５ａに形成されているネジ穴１９ｂにそれぞれ挿通し、さらに、２列目のＬ型金具１６の立設された部位に形成されている挿通孔に挿通し、次いで、第２フェライトコア１４−２を挟持している２つの放熱用絶縁体１５ｂに形成されているネジ穴１９ｂにそれぞれ挿通して、３列目のＬ型金具１６の立設された部位に形成されているネジ穴に螺着する。

上記したように、第１フェライトコア１４−１の外周面に密着して固着された２つの放熱用絶縁体１５ａが１列目と２列目の２つのＬ型金具１６の間に固着され、第２フェライトコア１４−２の外周面に密着して固着された２つの放熱用絶縁体１５ｂが２列目と３列目の２つのＬ型金具１６の間に固着される。放熱用絶縁体１５ａおよび放熱用絶縁体１５ｂの熱伝導率は高くされていることから、第１フェライトコア１４−１および第２フェライトコア１４−２が発熱しても放熱用絶縁体１５ａおよび放熱用絶縁体１５ｂとＬ型金具１６を介して放熱板１８に熱伝導され、効率的に放熱されるようになる。また、第１フェライトコア１４−１に密着されて固着された放熱用絶縁体１５ａと、第２フェライトコア１４−２に密着されて固着された放熱用絶縁体１５ｂとは、上記したように酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウムなどの絶縁体とされていることから、密着されて固着されても磁界の乱れや透磁率の劣化が生じることはなく、本発明にかかる分配器１において、放熱部１３により高電力供給時のフェライトコア１４−１，１４−２の高温化を防止しても電気的特性が劣化することを防止することができる。

本発明にかかる分配器１の放熱効果についてさらに説明する。周囲温度＋２０℃における２０Ｗの電力を入力端子２０に印加したときの第１フェライトコア１４−１と第２フェライトコア１４−２の表面の温度変化を動作時間に対して示す温度特性を図１０に示し、本発明にかかる分配器１において放熱部１３を省略した場合の温度特性を図９に示す。図９，図１０では第１フェライトコア１４−１の表面の温度変化を「Ｔ１」で、第２フェライトコア１４−２の表面の温度変化を「Ｔ２」で示しており、図９，図１０を参照すると動作時間が約７分程度までは急激に温度が上昇するよう変化しているが、動作時間が約１０分を超えるようになるとほぼ温度上昇しない平衡状態となることが分かる。温度変化が平衡状態になった温度で本発明にかかる分配器１と放熱部１３を省略した場合とを比較すると、「Ｔ１」で示す第１フェライトコア１４−１の表面温度は、本発明にかかる分配器１では図１０に示すように約３２℃ないし約３３℃であるのに対して、放熱部１３を省略した場合（図９）は約９２℃ないし約９５℃まで上昇することになる。このように、本発明にかかる分配器１では約６０℃以上の温度低減効果があることが分かる。

また、「Ｔ２」で示す第２フェライトコア１４−２の表面温度は、本発明にかかる分配器１では図１０に示すように約３１℃ないし約３２℃であるのに対して、放熱部１３を省略した場合（図９）は約４３℃ないし約４７℃まで上昇することになる。このように第２フェライトコア１４−２の場合は、本発明にかかる分配器１では約１２℃以上の温度低減効果があることが分かる。
ここで、周囲温度が＋２０℃から＋５０℃へ３０℃上昇した場合を想定すると、放熱部１３を備える本発明にかかる分配器１では、第１フェライトコア１４−１の表面温度は＋４０℃から＋７０℃に上昇すると考えられるが、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトコアの最も低いキュリー温度である＋１２０℃よりもまだ充分に低く、約２０Ｗの高電力を分配器１に入力しても実用に耐えることが分かる。

次に、第１トランスＴ１および第２トランスＴ２のフェライトコアの形状は、図８（ａ）に示す円柱の形状に限らず、図１１（ａ）に示すように直方体の形状とすることができる。すなわち、図１１（ａ）に示すフェライトコア４４は直方体の形状とされ、上面から下面に貫通している２つの略円形のコイル穴４４ａが形成されている。この２つのコイル穴４４ａに絶縁被覆電線を巻くと共に巻き線の中途からタップを出すことにより、第１トランスＴ１と第２トランスＴ２とを構成することができる。フェライトコア４４は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトコアでもＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアでもよい。図１１（ａ）に示す形状のフェライトコア４４とした場合は、放熱用絶縁体はフェライトコア４４を密着して挟持できる図１１（ｂ）に示す構成とする。すなわち、図１１（ｂ）に示す放熱用絶縁体４５は、細長い四角柱状の形状とされた本体部４９からなり、本体部４９の一側面にフェライトコア４４の外形形状を半截した形状である横長の矩形状の凹部４９ａが形成され、凹部４９ａが形成された側面の両側に本体部４９を貫通するネジ穴４９ｂがそれぞれ形成されている。放熱用絶縁体４５を構成する絶縁体材料は、放熱用絶縁体１５と同様とされているので省略するが、放熱用絶縁体４５は約２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率とされている。

以上説明した本発明にかかる分配器において、ケース１０、放熱板１８、Ｌ型金具１６は銅、アルミニウム、真鍮等の熱伝導性に優れた金属板を加工して作成されている。
一般に、熱伝導性接着剤の熱伝導率は数Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下で放熱効率が悪いのに対し、以上説明した本発明にかかる分配器は、熱伝導性接着剤を必要とすることなく放熱用絶縁体でフェライトコアを挟み込んで直接接触させた上で、ビスによりねじ締めのトルク圧を加えているので、放熱用絶縁体が有する２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い放熱効率を実現できる。そして、放熱用絶縁体の素材に、酸化ベリリウムあるいは窒化アルミニウムを用いた場合は、更に高効率の２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の熱伝導率を得ることができる。

１ 分配器、１０ ケース、１０ａ 上板部、１０ｂ 下板部、１０ｃ 前側板部、１０ｄ 後側板部、１０ｅ 側板部、１０ｆ 側板部、１１ｃ，１１ｄ 折曲部、１２ 基板、１３ 放熱部、１４ フェライトコア、１４ａ コイル穴、１５ 放熱用絶縁体、１５ａ，１５ｂ 放熱用絶縁体、１６ Ｌ型金具、１７ ビス、１８ 放熱板、１８ａ 貫通穴、１８ｂ ネジ穴、１９ 本体部、１９ａ 凹部、１９ｂ ネジ穴、２０ 入力端子、２１ 第１出力端子、２２ 第２出力端子、４４ フェライトコア、４４ａ コイル穴、４５ 放熱用絶縁体、４９ 本体部、４９ａ 凹部、４９ｂ ネジ穴、１００ 分配器、１２０ 入力端子、１２１ 第１出力端子、１２２ 第２出力端子、Ｔ１，Ｔ２ トランス

Claims (5)

1. フェライトコアを有するトランスを用いた分配器回路が組み込まれている基板と、
   前記フェライトコアが貫通する貫通穴が形成され、前記基板に重なるように設けられた金属製の放熱板と、
   該放熱板の前記貫通穴から突出した前記フェライトコアに密着して固着された放熱用絶縁体と、
   該放熱用絶縁体を前記放熱板に固着する金具と、
   を備え、前記フェライトコアの発熱が前記放熱用絶縁体および前記金具を介して前記放熱板に熱伝導されることを特徴とする分配器。
2. 前記フェライトコアの外形形状を半截した形状の凹部が前記放熱用絶縁体に形成されており、２つの前記放熱用絶縁体の前記凹部を向かい合わせて配置して、前記凹部の間に前記フェライトコアの外周面を密着させて挟持することにより、前記フェライトコアが前記放熱用絶縁体に固着されることを特徴とする請求項１に記載の分配器。
3. 前記金具は底板と立設板とからなるＬ型金具とされており、該Ｌ型金具の前記底板が螺着手段で前記放熱板に固着され、前記フェライトコアの外周面に密着して固着された２つの前記放熱用絶縁体が、２つの前記Ｌ型金具の２つの前記立設板の間に螺着手段で固着されていることを特徴とする請求項２に記載の分配器。
4. 前記放熱用絶縁体は、熱伝導率２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の絶縁体からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分配器。
5. 前記放熱用絶縁体は、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウムのいずれかの絶縁体材料からなることを特徴とする請求項４に記載の分配器。

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