CN100499327C - 马达控制装置和马达控制装置的组装方法 - Google Patents

马达控制装置和马达控制装置的组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种马达控制装置，其可以容易使装置小型化，同时可以免除功率半导体模块与基板的定位作业，提高组装效率。具体而言，在与散热器紧密贴合的功率半导体模块安装于第1基板上所构成的马达控制装置中，在散热器与基板之间夹有定位件，并在定位件内配置功率半导体模块。此外，孔的边缘部构成为隔断从功率半导体模块侧部突出的端子与散热器之间的空间。

Description

马达控制装置和马达控制装置的组装方法
技术领域
本发明涉及变频器装置、伺服放大器等马达控制装置及其组装方法，尤其涉及功率半导体模块相对于基板的定位·安装构造。
背景技术
马达控制装置，例如变频器装置由于采用了发热量大的功率半导体模块，因此通过使功率半导体模块与散热器紧密贴合用以提高冷却効果(例如参照专利文献1)。
现有的马达控制装置，例如变频器装置的结构如图5及图6所示。
在图5及图6中，11表示散热器，例如，在其四个角上安装柱状螺栓12，在前述柱状螺栓12上配置基板15，并通过螺钉16安装固定。在前述基板15的下面安装有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等功率半导体模块13和温度传感器14。另外，前述功率半导体模块13通过螺钉17安装为紧密贴合在散热器11的上表面。前述温度传感器14是检测功率半导体模块13的温度，在发生异常发热等时，用于保护马达控制装置的检测元件，通过螺钉18与散热器11紧密贴合，并且安装于前述功率半导体模块13的附近，通过电线14a与前述基板15连接。
在如此结构下，功率半导体模块13在基板15上的定位·安装如下所示。
首先，在散热器11的上表面，用螺钉17临时固定功率半导体模块13。
然后，将功率半导体模块13的端子与基板15的通孔(未图示)对正，确认基板15的螺钉通孔15a与柱状螺栓12的位置是否对正。如果没有对正，则通过挪移功率半导体模块13来进行位置修正。如果位置已经对正，或经修正功率半导体模块13的位置，基板15的安装孔与柱状螺栓12的位置已对正的情况下，则可利用螺钉16将基板15拧紧固定在柱状螺栓12上。此后，用螺丝刀等穿过设置在基板15上的螺钉拧紧用孔15b正式拧紧螺钉17，将功率半导体模块13牢靠地固定在散热器11的上表面。
前述基板15拧紧固定于柱状螺栓12之后，将功率半导体模块13的端子焊接于基板15。
[专利文献1]日本国特开平10—225138号公报(图2)
发明内容
但是，在如此结构的现有技术中，存在以下问题：
(1)由于马达控制装置利用AC200V、AC400V等的高压交流电源进行工作，因此必须充分确保散热器和基板以及散热器和功率半导体模块的绝缘距离，从而缩短这些器件之间的绝缘距离来实现马达控制装置的小型化是有限度的。
(2)由于需要将功率半导体模块临时固定在散热器上，将功率半导体模块的端子与基板的通孔对正后再拧紧螺钉、固定基板，因此功率半导体模块的端子与基板通孔的对正作业花费时间。
本发明为解决此种问题而进行，目的是提供一种能够容易使装置小型化，同时免除功率半导体模块与基板的位置对正作业，可以提高组装效率的马达控制装置。
为了解决上述问题，本发明的构成如下。
(1)本发明的特征为：其为与散热器紧密贴合的功率半导体模块安装在基板上所构成的马达控制装置，在前述散热器与前述基板之间夹有定位件，同时在前述定位件内配置前述功率半导体模块，在前述散热器侧面设置定位件安装用配合部，并在前述定位件侧面设置对应于前述散热器侧面的前述定位件安装用配合部的配合部，前述定位件侧面的前述配合部与前述散热器侧面的前述定位件安装用配合部相互配合，将前述定位件安装于前述散热器，前述定位件由隔热性树脂制成，覆盖散热器表面的同时，在与散热器表面的接触面的至少一部分上形成空气层形成用凹部。
(2)本发明的特征为：在前述散热器侧面设置的定位件安装用配合部为凹部，在前述定位件侧面设置的对应于前述散热器侧面的前述定位件安装用配合部的配合部为凸部。
(3)本发明的特征为：在前述定位件内形成用于配置前述功率半导体模块的配合部。
(4)本发明的特征为：前述功率半导体模块具有从侧面突出的端子。
(5)本发明的特征为：前述定位件的用于配置前述功率半导体模块的配合部的边缘部配置于前述功率半导体模块端子的下方。
(6)本发明的特征为：前述散热器至少在位于前述功率半导体模块端子下方的表面部分形成绝缘用凹部。
(7)本发明的特征为：将定位件内形成的用于配置功率半导体模块的配合部的边缘部向下方延伸，并插入前述绝缘用凹部。
(8)本发明的特征为：前述绝缘用凹部扩展至功率半导体模块的下方，同时将定位件内形成的用于配置功率半导体模块的配合部的边缘部延伸至功率半导体模块的下方，以隔断散热器与功率半导体模块的端子之间的空间。
(9)本发明的特征为：在前述基板设置温度传感器。
(10)本发明的特征为：前述温度传感器设置于前述基板的与功率半导体模块一侧相反的表面上，同时在前述基板的温度传感器附近的位置设置空气孔。
(11)本发明的特征为：功率半导体模块端子以焊接的方式连接在基板上，在焊接功率半导体模块端子的基板的焊接面一侧的连接位置的周围，排除安装超过规定高度的零件。
(12)本发明的特征为：功率半导体模块端子以焊接的方式连接在基板上，功率半导体模块端子的连接位置配置于基板上的周边部分。
(13)本发明的特征为：前述基板上下分为多块，并配置于设置在前述定位件的不同高度的凸台。
根据本发明，可以具有以下效果。
根据前述(1)和(2)项所述的发明，能够减少基板安装螺钉的个数，从而能够减少零件数量和装配工时，并且通过由隔热性树脂形成的定位件来覆盖散热器表面，能够减少来自散热器的热辐射，此外，通过在朝向装置内部的散热器的放热面有意识地配置热阻大的空气层，能够减小装置的内部容积，可以使装置小型化。
根据前述(3)项所述的发明，功率半导体模块相对于基板的定位能够简单进行，可以免除功率半导体模块的端子与基板的孔的对正作业。而且，由于定位用零件仅使用定位件即可，因此可以减少零件数量。
根据前述(4)～(7)项所述的发明，能够确保散热器和基板以及散热器和功率半导体模块的绝缘距离，使装置小型化。
根据前述(8)项所述的发明，由于能够切实地隔断散热器和功率半导体模块的端子之间的空间，因此能够确保散热器和基板以及散热器和功率半导体模块的绝缘距离，提高绝缘的可靠性。
根据前述(9)项所述的发明，能够去除温度传感器的安装螺钉，可以减少零件数量和装配工时。
根据前述(10)项所述的发明，温度传感器安装于基板时可以实现空间的有效利用。
根据前述(11)～(13)项所述的发明，能够进行使用通常被称为单点焊接机或多点焊接机的自动焊接装置的焊接作业，可以减少手动焊接次数，以减少装配工时。
附图说明
图1是表示本发明的马达控制装置的立体图。
图2是表示图1中的马达控制装置的分解立体图。
图3是表示图1中的定位件的图，(a)是平面图，(b)是正面图。
图4是表示图1中的马达控制装置的简略剖视图。
图5是表示现有技术中的马达控制装置的立体图。
图6是图5中马达控制装置的分解立体图。
符号说明
1 散热器
1a 散热片
1b 绝缘用凹部
1c 螺钉孔
1d 配合凹部
2 定位件
2a 配合凸部
2b 第1凸台
2c 第2凸台
2d 第1支撑部
2e 第2支撑部
2f 第1卡止部
2g 第2卡止部
2h 配合部
2j 下表面凸部
2k 下表面凹部
2m 空气层
3 功率半导体模块
4 第1基板
4a 螺钉通孔
4b 缺口
4c 温度传感器
4d 空气孔
4e 端子通孔
4f 螺钉拧紧用孔
5 第2基板
5a 螺钉通孔
6 第1基板固定用螺钉
7 第2基板固定用螺钉
8 功率半导体模块固定用螺钉
11 散热器
12 柱状螺栓
13 功率半导体模块
14 温度传感器
14a 电线
15 基板
15a 螺钉通孔
15b 螺钉拧紧用孔
16 基板固定用螺钉
17 功率半导体模块固定用螺钉
18 温度传感器固定用螺钉
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施例1
图1是表示本发明的马达控制装置的立体图。图2是表示图1中的马达控制装置的分解立体图。图3是表示图1中的定位件的图，(a)是平面图，(b)是正面图。图4是表示图1中的马达控制装置的简略剖视图。
在图1～图4中，1表示散热器，2表示由如热传导率差的隔热性树脂构成的一体化定位件，3表示IGBT、二极管等功率半导体模块，多个端子例如从其侧面横向突出，且在中途向上弯曲延伸。4表示第1基板，5表示第2基板。
前述散热器1例如为长方体，上表面形成为平面状，下表面形成有散热片1a。在其上表面形成有多个用于将定位件2插入功率半导体模块3之下的绝缘用凹部1b，以及用于将定位件2和功率半导体模块3安装在散热器1上的螺钉孔1c。在其侧面形成有用于安装定位件2的配合凹部1d。
前述定位件2是配置在前述散热器1上表面的零件，由与前述散热器1同样大小或较小的如长方体所构成(在本实施例中构成为比散热器1小)。前述定位件2在对应于前述散热器1的配合凹部1d的位置上设有配合凸部2a。此外，
在其上表面的配合凸部2a相反侧的两点上，形成具有相同高度的平面的第1凸台2b，同时在第1凸台2b的附近或相反侧(本实施例为附近)的两点上，形成具有高于第1凸台2b上表面高度的平面的第2凸台2c。前述第1凸台2b用于通过螺钉6拧紧固定第1基板4，第2凸台2c用于通过螺钉7拧紧固定第2基板5。此外，在前述第1凸台2b的相反侧形成具有与第1凸台2b高度相同的平面的第1支撑部2d，在前述第2凸台2c的相反侧形成具有与第2凸台2c高度相同的平面的第2支撑部2e，且第1支撑部2d的附近形成有第1卡止部2f，第2支撑部2e的附近形成有第2卡止部2g。第1支撑部2d和第1卡止部2f用于卡住第1基板4，第2支撑部2e和第2卡止部2g用于卡住第2基板5。
另外，在前述定位件2内设有用于定位各功率半导体模块3的配合部2h。前述配合部2h例如由形成在定位件2上的孔或缺口所构成(实施例中为孔)。
此外，其下表面在对应于前述散热器1的绝缘用凹部1b的位置上形成有凸部2j，通过由隔热性树脂形成的定位件覆盖散热器表面，可以减少来自散热器的热辐射。此外，全面地(至少一部分地)形成空气层形成用凹部2k，在前述散热器1和定位件2之间有目的地形成热阻大的空气层2m，使散热器1更难以向装置内部传递热量。由此，能够减小装置的内部容积，使装置小型化。
前述功率半导体模块3插入由孔构成的前述定位件2的配合部2h中来进行配置，而前述配合部2h的边缘部插入从前述功率半导体模块3的侧部突出的端子的下方。由此，前述配合部2h的边缘部隔断功率半导体模块3的端子和散热器1之间的大部分空间，从而提高功率半导体模块3的端子与散热器1的绝缘性。
此外，如图4所示，通过在前述散热器1的位于前述功率半导体模块3的端子的下方的表面部分形成绝缘用凹部1b，可以增大前述功率半导体模块3的端子与散热器1的绝缘距离，提高绝缘性。此时，如果前述定位件2的配合部2h的边缘部向下方延伸，插入前述绝缘用凹部1b，则可以更好地隔断前述功率半导体模块3的端子与散热器1之间的空间。
此外，如使前述绝缘用凹部1b扩展至功率半导体模块3的下方的同时，使前述定位件2的配合部2h的边缘部延伸至功率半导体模块3的下方，则可以完全隔断散热器1与功率半导体模块3的端子之间的空间，大大提高表面绝缘性。
前述第1基板4在对应于前述第1凸台2b的位置上形成有螺钉通孔4a，前述第1基板4配置在前述第1支撑部2d与前述第1凸台2b之上，由前述第1卡止部2f卡住，通过螺钉6拧紧固定在前述第1凸台2b上。前述第1基板4的高度方向的定位通过前述第1凸台2b来实现。
在前述第1基板4的上方，隔着间隔配置有第2基板5，由于用于配置第2基板5的第2凸台2c与第2支撑部2e形成在前述定位件2上，因此，为了避免妨碍前述第2凸台2c与第2支撑部2e，第1基板4上设有缺口4b。
此外，在第1基板4的上表面或下表面(本实施例中为上表面)安装有温度传感器4c。前述温度传感器4c是用于监测前述功率半导体模块3的温度的元件，优选尽量接近前述功率半导体模块3，通过在前述散热器1和前述第1基板4之间夹有前述定位件2，能够确保前述散热器1和前述第1基板4的绝缘性，由于能够缩小前述散热器1和前述第1基板4之间的距离，因此能够使前述温度传感器4c接近前述功率半导体模块3。此外，以有效利用空余空间为目的，将前述温度传感器4c安装于前述第1基板的与功率半导体模块相反侧的上表面时(本实施例的情况)，通过在前述第1基板4的前述温度传感器附近设置空气孔4d，能够将前述功率半导体模块3发出的热量有效地传送给前述温度传感器4c。
前述功率半导体模块3的端子不安装于前述第1基板4，而是焊接于第2基板时，在前述第1基板4对应于前述功率半导体模块3的端子的位置上预先设置端子通孔4e。前述端子通孔4e用于定位配置前述功率半导体模块3。此外，预先设置用于将前述功率半导体模块3螺合于前述散热器1的螺钉8的螺钉拧紧用孔4f。
前述第2基板5在对应于前述第2凸台2c的位置上形成螺钉通孔5a的同时，配置在前述第2支撑部2e和前述第2凸台2c之上，由前述第2卡止部2g卡住，通过螺钉7拧紧固定在前述第2凸台2c上。前述第2基板5的高度方向的定位通过前述第2凸台2c来实现。
在如此构成下，功率半导体模块3在第1基板4及第2基板5上的定位·安装可以如下进行。
首先，翻转第1基板4，用适当的夹具固定。
其次，翻转功率半导体模块3，使其端子穿过翻转的第1基板4的通孔或端子通孔4e，临时配置在翻转的第1基板4的上表面上。接下来，翻转定位件2，使第1凸台2b配合翻转的第1基板4的螺钉通孔4a，同时由第1卡止部2f卡住，并配置在翻转的第1基板4的上表面上。
接下来，翻转散热器1，使螺钉孔1c配合翻转的定位件2的第1凸台2b，同时使配合凹部1d卡合于翻转的定位件2的配合凸部2a，并配置在翻转的定位件2的上表面。保持此状态，翻转第1基板4、功率半导体模块3、定位件2和散热器1回到原来的状态后，使螺钉6穿过第1基板4的螺钉通孔4a和定位件2的第1凸台2b的螺钉通孔，同时螺合于散热器1的螺钉孔1c，将第1基板4通过定位件2拧紧固定在散热器1上。
接下来，使螺钉8穿过功率半导体模块3的螺钉通孔，同时螺合于散热器1的螺钉孔1c，螺丝刀等穿过设置于第1基板4的螺钉拧紧用孔4f将功率半导体模块3拧紧固定于散热器1。在此状态下，将需焊接于第1基板4的功率半导体模块3(图4表示的右侧的功率半导体模块3)的端子焊接于第1基板4。
将功率半导体模块3拧紧固定于散热器1以后，使第2基板5的螺钉通孔5a配合于定位件2的第2凸台2c，同时由定位件2的第2卡止部2g将其卡住，配置在定位件2的第2凸台2c的上表面上。其后，使螺钉7穿过第2基板5的螺钉通孔5a和第2凸台2c的螺钉通孔，同时螺合于散热器1的螺钉孔1c，第2基板5通过定位件2拧紧固定于散热器1。此时，由于螺钉7被树脂制的第2凸台2c覆盖，因此能够确保与第1基板4的绝缘距离。在此状态下，将需焊接于第2基板5的功率半导体模块3的端子焊接于第2基板5。此处，由于焊接于第2基板5的功率半导体模块3通过预先将功率半导体模块3的端子穿过第1基板4的端子通孔4e已然实现定位，因此不再需要用于功率半导体模块3的位置对正的作业。
此外，前述的功率半导体模块3在第1基板4及第2基板5上的定位·安装为翻转散热器1的方法，但是也可以不翻转散热器1，用第1基板4和定位件2夹住功率半导体模块3，以夹住的状态翻转回原来的状态，直接配置在散热器1上。在散热器1是较大的机种或女性作业人员进行操作等的情况下，适宜使用这种作业方法。
功率半导体模块3的端子焊接于第1基板4，由于有时端子数很多，焊接作业非常繁琐，因此作业人员自身进行焊接作业时效率非常差。这里，焊接作业使用自动焊接装置，以减少装配工时。
以下对自动焊接装置进行简单说明。
自动焊接装置通常被称为单点焊接机或多点焊接机，其结构如下。
从装置的底部伸出多个焊接喷嘴，将处在安装于基板状态的器件翻转固定以使元件管脚位置与焊接喷嘴位置重合。
在此状态下使自动焊接装置工作时，以一定时间、一定温度向焊接喷嘴注入焊锡，并向元件管脚供给焊锡。由此，手工焊接时，只能进行逐点焊接，自动焊接装置则能够集中进行多点焊接。因此，不仅可以缩短时间(减少工时)，通过废止人工作业还可以使工时减少·质量稳定。
但是，自动焊接装置可能会引起以下问题。
(1)在焊接喷嘴和基板的配合部分无法将零件安装于基板。
由于焊接喷嘴变热，因此零件(电容膜等)接触焊接喷嘴时会熔化。因此，由于一定不能使零件接触焊接喷嘴，因此在配合部周围的一定范围内无法安装零件。
(2)在基板安装零件中有高度高的零件(尤其多数产生问题的是电解电容)时，焊接喷嘴的高度变高，温度控制变难，合格率变低。
本发明为了解决上述问题如下构成。
对于前述(1)的问题，使用多块(实施例中为2块)基板，以确保充分的基板安装面积。与此同时，在焊接功率半导体模块端子的基板上将功率半导体模块端子的连接位置配置于四周零件很少的基板的周边部分。
对于前述(2)的问题，可以将高度高的零件置换成几个高度低的零件，在焊接功率半导体模块端子的基板的焊接面侧的连接位置周围排除超过规定高度的零件安装。
由于本发明的马达控制装置在散热板和基板之间夹有定位件，因此具有以下作用效果。
(1)能够简单地进行相对于基板的功率半导体模块的定位，可以免除功率半导体模块端子和基板的孔的对正作业。此外，由于定位用零件仅使用定位件即可，因此可以减少零件数量。
(2)由于定位件由绝缘材料构成，因此即使第1基板和功率半导体模块的间隔不大，也能够通过定位件切实地确保绝缘距离。由此，能够使装置小型化。此外，由于第1基板和第2基板的安装用零件仅使用定位件即可，因此可以减少零件数量。
(3)由于定位件是采用热传导率差的树脂制造的，因此可通过散热器与基板之间夹有定位件，防止来自散热器的热辐射。因此可以缩短基板与散热器的距离，使装置小型化，同时通过简单的结构将多块基板配置在散热器上。
此外，通过最初将功率半导体模块临时配置在基板上来进行组装，由于可以免除原来非常繁琐的功率半导体模块端子与基板的孔的对正作业，因此可以减少装配工时。
本发明可以应用于马达控制装置的制造、供给领域，其涉及变频器装置、伺服放大器等马达控制装置及其组装方法，尤其适用于功率半导体模块相对于基板的定位·安装构造，可以容易使装置小型化，同时可以免除功率半导体模块与基板的位置对正作业，提高组装效率。

Claims (13)

1.一种马达控制装置，其为与散热器紧密贴合的功率半导体模块安装在基板上所构成的马达控制装置，其特征为：
在前述散热器与前述基板之间夹有定位件，同时在前述定位件内配置前述功率半导体模块，
在前述散热器侧面设置定位件安装用配合部，并在前述定位件侧面设置对应于前述散热器侧面的前述定位件安装用配合部的配合部，
前述定位件侧面的前述配合部与前述散热器侧面的前述定位件安装用配合部相互配合，将前述定位件安装于前述散热器，
前述定位件由隔热性树脂制成，覆盖散热器表面的同时，在与散热器表面的接触面的至少一部分上形成空气层形成用凹部。
2.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征为：在前述散热器侧面设置的定位件安装用配合部为凹部，在前述定位件侧面设置的对应于前述散热器侧面的前述定位件安装用配合部的配合部为凸部。
3.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征为：在前述定位件内形成用于配置前述功率半导体模块的配合部。
4.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征为：前述功率半导体模块具有从侧面突出的端子。
5.如权利要求3所述的马达控制装置，其特征为：前述定位件的用于配置前述功率半导体模块的配合部的边缘部配置于前述功率半导体模块端子的下方。
6.如权利要求4所述的马达控制装置，其特征为：前述散热器至少在位于前述功率半导体模块端子下方的表面部分形成绝缘用凹部。
7.如权利要求6所述的马达控制装置，其特征为：将定位件内形成的用于配置功率半导体模块的配合部的边缘部向下方延伸，并插入前述绝缘用凹部。
8.如权利要求7所述的马达控制装置，其特征为；前述绝缘用凹部扩展至功率半导体模块的下方，同时将定位件内形成的用于配置功率半导体模块的配合部的边缘部延伸至功率半导体模块的下方，以隔断散热器与功率半导体模块的端子之间的空间。
9.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征为：在前述基板设置温度传感器。
10.如权利要求9所述的马达控制装置，其特征为：前述温度传感器设置于前述基板的与功率半导体模块一侧相反的表面上，同时在前述基板的温度传感器附近的位置设置空气孔。
11.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征为：功率半导体模块端子以焊接的方式连接在基板上，在焊接功率半导体模块端子的基板的焊接面一侧的连接位置的周围，排除安装超过规定高度的零件。
12.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征为：功率半导体模块端子以焊接的方式连接在基板上，功率半导体模块端子的连接位置配置于基板上的周边部分。
13.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征为：前述基板上下分为多块，并配置于设置在前述定位件的不同高度的凸台。
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