JP2004096848A

JP2004096848A - モータ制御モジュール

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Publication number: JP2004096848A
Application number: JP2002252349A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takano; 高野　真一
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP3806381B2

Abstract

【課題】基板上に実装された全ての電解コンデンサとＦＥＴに対して、温度を正確かつ安価に計測し劣化を防止できるモータ制御モジュールを提供すること。
【解決手段】インバータ回路を構成しモータを制御するモータ制御モジュール（１）において、基板（１０）上に実装された複数の電解コンデンサ（３）と、前記基板（１０）上にて前記電解コンデンサ（３）の近傍に接着され、前記電解コンデンサ（３）の温度を計測する第１の温度検出素子と、前記基板（１０）上に前記複数の電解コンデンサ（３）とそれぞれ対応して実装された複数のＦＥＴ（４）と、前記基板（１０）上にて前記ＦＥＴ（４）の近傍に接着され、前記ＦＥＴ（４）の温度を計測する第２の温度検出素子と、を備え、前記電解コンデンサ（３）の一端子と前記第１の温度検出素子とを接続し、かつ前記ＦＥＴ（４）の一端子と前記第２の温度検出素子とを接続した。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動フォークリフト等の車両に搭載されるモータ制御モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来例に係る電動フォークリフトのモータ制御装置の回路構成を示す図である。図７において、モータ制御装置１００’は、電源（バッテリー）側からの直流電力を交流電力に変換して、走行用のモータ１０１と昇降用のモータ１０２へ供給する。モータ制御装置１００’は二組の三相インバータ回路からなり、モータ１０１の制御用とモータ１０２の制御用にそれぞれ三つのモータ制御モジュール（ＭＯＳ−ＦＥＴモジュール）１’が設けられている。各モータ制御モジュール１’のプリント基板上には、スイッチ動作を行なうＦＥＴ（電界効果トランジスタ）と電流を平滑化するための大容量の電解コンデンサとのセットが、例えば３０組ずつ実装されている。
【０００３】
上述したモータ制御装置の電解コンデンサとＦＥＴには３００〜４００Ａの交流電流が流れるため、発熱量が多くなる。例えば、電解コンデンサの場合、耐熱温度１０５℃に対して使用時の温度が１００℃にもなる。よって、過熱と寿命低下を防止するために、電解コンデンサとＦＥＴの温度管理が必要になる。従来では、このようなモータ制御モジュールのプリント基板上に実装された電解コンデンサとＦＥＴの劣化を防止するために、一般的にこれらの温度を計測する手法がとられている。
【０００４】
図８は、従来例に係る平滑用電解コンデンサの温度計測構造を示す図である。図８に示すように従来では、プリント基板１０上に実装された円筒形状の電解コンデンサ３の表面望ましくは頭部に、熱電対等の温度センサ３０、あるいは温度センサを内蔵した特殊部品を取付け、温度を計測している。そして、電解コンデンサ３の頭部等の温度とその内部の温度との相関関係から、電解コンデンサ３の内部の温度を計測し、この温度が適切になるよう保護（制御）することで、電解コンデンサ３の劣化を防止している。
【０００５】
なお従来では、ＦＥＴにおいても、前述した平滑用電解コンデンサと同様の手法による温度計測を行なっているか、あるいはモータ制御モジュール内のヒートシンク（熱吸収金属部材）に温度センサを取付けて温度計測を行なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解コンデンサやＦＥＴの頭部等に温度センサを取付ける場合、作業が難しく手間がかかるとともに、各電解コンデンサ及び各ＦＥＴへの温度センサの取付け状態にばらつきが生じる。よって、各基板上での温度センサの取付けの管理が困難である。また、多くの電解コンデンサの頭部には、異常時にガスを抜く圧力弁が設けられているため、頭部に温度センサや特殊部品を設け正確な温度計測を行なうことは難しい。また、特殊部品は高価であり使用し難い。
【０００７】
以上のように従来のモータ制御モジュールにおいては、プリント基板上に実装された電解コンデンサとＦＥＴの温度管理を、正確かつ安価に行なうことが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、基板上に実装された全ての電解コンデンサとＦＥＴに対して、温度を正確かつ安価に計測し劣化を防止できるモータ制御モジュールを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のモータ制御モジュールは以下の如く構成されている。
【００１０】
（１）本発明のモータ制御モジュールは、インバータ回路を構成しモータを制御するモータ制御モジュールにおいて、基板上に実装された複数の電解コンデンサと、前記基板上にて前記電解コンデンサの近傍に接着され、前記電解コンデンサの温度を計測する第１の温度検出素子と、前記基板上に前記複数の電解コンデンサとそれぞれ対応して実装された複数のＦＥＴと、前記基板上にて前記ＦＥＴの近傍に接着され、前記ＦＥＴの温度を計測する第２の温度検出素子と、を備え、前記電解コンデンサの一端子と前記第１の温度検出素子とを接続し、かつ前記ＦＥＴの一端子と前記第２の温度検出素子とを接続した。
【００１１】
（２）本発明のモータ制御モジュールは上記（１）に記載の方法であり、かつ前記第１及び第２の温度検出素子はサーミスタである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１，図２は、本発明の実施の形態に係るモータ制御モジュール（ＭＯＳ−ＦＥＴモジュール）が設けられるモータ制御装置１００の内部構造を示す図であり、図１は平面図、図２は側面図である。このモータ制御装置１００は電動フォークリフトに搭載され、図７に示したモータ制御装置１００’と同じ回路構成をなす。
【００１３】
図１，図２に示すように、モータ制御装置１００内では、六つのモータ制御モジュール１が並設されており、これらモータ制御モジュール１は制御ユニット２に接続されている。なお、モータ制御装置１００は全体が密閉された構造をなしている。
【００１４】
図３，図４は、モータ制御モジュール１の構成を示す図であり、図３は下面図、図４は正面図である。各モータ制御モジュール１は、スイッチ動作を行なう複数のＦＥＴと電流を平滑化するための複数の大容量の電解コンデンサとを備えている。各モータ制御モジュール１は、図７に示したようにモータ制御装置１００内で接続されており、三つのモータ制御モジュール１により、一つのモータへ流す電流を制御する。
【００１５】
すなわち、制御ユニット２の制御により、各モータ制御モジュール１のＦＥＴがＯＮ／ＯＦＦ動作することにより、各モータ（走行用のモータ１０１、昇降用のモータ１０２）への電流が制御される。各平滑用電解コンデンサは、ＰＷＭによる電流波形を平滑化する。
【００１６】
図３，図４に示すように、プリント基板１０上には、支柱１１の各側面に沿って、電解コンデンサ３が１５個ずつ直線状に整列されている。すなわち、プリント基板１上には、３０個の電解コンデンサ３が下向きに設けられている。またプリント基板１０上には、３０個の各電解コンデンサ３の近傍に、ＦＥＴ４が一つずつ配置されている。これらＦＥＴ４は、支柱１１に固定されている。すなわち、プリント基板１０上には、３０個のＦＥＴ４が設けられている。なお、電解コンデンサ３とＦＥＴ４の配置は必ずしも１対１でなくても良い。
【００１７】
図５は、モータ制御モジュール１における電解コンデンサ３の温度計測構造を示す図であり、図６はその構造の平面模式図である。図５，図６において図８と同一な部分には同符号を付してある。
【００１８】
図５，図６に示すように、プリント基板１０の表面上には、平滑用電解コンデンサ３が実装され、電解コンデンサ３の極めて近傍に安価なチップ形のサーミスタ５（温度検出素子）が配置されている。なお、サーミスタ５は、電解コンデンサ３との間に１ｍｍ程度の間隔をもって配置されている。また図６に示すように、プリント基板１０の表面には、銅箔パターン２１，２２，２３が設けられている。電解コンデンサ２の各端子（足）３１，３２は、プリント基板１０の表面から裏面へ挿通されている。
【００１９】
プリント基板１０上で、電解コンデンサ３の−端子３１とサーミスタ５の−端子４１はパターン２１を介して熱的に接続されている。さらに、サーミスタ５の−端子４１は、パターン２１を介してプリント基板１０の−端子（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。電解コンデンサ３の＋端子３２はパターン２２に接続されている。サーミスタ５の＋端子４２は、パターン２３を介して、プリント基板１０上に実装された図示しない温度計測回路に接続されている。なお、パターン２１の面積は、サーミスタ５の面積の１０倍程度である。
【００２０】
またプリント基板１０の表面上には、上述した電解コンデンサ３と同様の構造でＦＥＴ４が実装され、ＦＥＴ４の極めて近傍に安価なチップ形のサーミスタ５’（不図示）が配置されている。すなわち、ＦＥＴ４の温度計測構造は、図５，図６において平滑用電解コンデンサ３の代わりにＦＥＴ４を設け、サーミスタ５の代わりにサーミスタ５’を設けた状態となる。
【００２１】
以上の構造では、電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の極めて近傍にチップ形のサーミスタ５（または５’）を配置し、電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の−端子３１とサーミスタ５（または５’）の−端子４１を広いパターン２１で接続することにより、電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の−端子３１とサーミスタ５（または５’）とは、ほぼ同じ温度になる。電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の中心温度と電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の端子温度には相関関係があるため、電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の中心温度とサーミスタ５（または５’）の温度にも相関関係が生じる。
【００２２】
よって、図示しない温度計測回路にて、サーミスタ５（または５’）の抵抗値を検出し電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の中心温度を計測することができる。なお、サーミスタ５（または５’）の一方の端子はＧＮＤに電気的に接続されているため、抵抗値の検出は容易に行なえる。そして、電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の中心温度が適切になるよう制御することで、電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の劣化を防止する。
【００２３】
特に電解コンデンサは、プリント基板に実装される電子部品の中でも耐熱性が弱く、熱により劣化が進みやすい。このため、電解コンデンサとＦＥＴに対して上述した中心温度の計測を行ない、所定温度を超えた場合に、制御ユニット２は該当するモータの最大出力を下げるよう全体の電流を下げる等の制御を行なう。その後、前記中心温度が前記所定温度以下になると、制御ユニット２は該当するモータの出力を最大まで上げられるよう復帰制御を行なう。このように電解コンデンサとＦＥＴを適切に保護することにより、それらの劣化を防止することができる。
【００２４】
また、一つのモータ制御モジュール１内のプリント基板１には、上述したように複数（例えば３０個）の電解コンデンサ３と複数（例えば３０個）のＦＥＴ４が実装されている。この場合、複数の電解コンデンサ３の中心温度の変化は全て一様である。同様に、複数のＦＥＴ４の中心温度の変化は全て一様である。
【００２５】
よって、いずれか一つの電解コンデンサ３の極めて近傍にサーミスタ５を配置し、上述した中心温度の計測を行なうことで、プリント基板１０上の全ての電解コンデンサ３の温度管理を行なうことができる。同様に、いずれか一つのＦＥＴ４の極めて近傍にサーミスタ５’を配置し、上述した中心温度の計測を行なうことで、プリント基板１０上の全てのＦＥＴ４の温度管理を行なうことができる。
【００２６】
なお、上記では一つのモータ制御モジュール１内のプリント基板１０上の全ての電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）を１グループとして温度管理を行なったが、例えば一つのモータに対応する三つのモータ制御モジュール１内のいずれか一つの電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の極めて近傍にサーミスタ５を配置して、三つのモータ制御モジュール１内の全ての電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）の温度管理を行なうこともできる。このように、電解コンデンサ３（またはＦＥＴ４）を任意にグループ化して温度管理を行なうことができる。
【００２７】
以上のように一つのサーミスタ５を用いて、グループ化された複数の電解コンデンサ３の温度管理を行なうことができるとともに、一つのサーミスタ５’を用いて、グループ化された複数のＦＥＴ４の温度管理を行なうことができる。
【００２８】
また、プリント基板１０上の銅箔パターン２１，２３とサーミスタ５（または５’）の端子４１，４２とは、それぞれハンダ付けされている。このような金属的な接着方法以外に、銅箔パターン２１，２３とサーミスタ５の端子４１，４２とを密着させた状態で、樹脂等により固定する接着方法も適用できる。これらの接着方法を用いることにより、電動フォークリフトの稼動に伴う振動によりサーミスタ５，５’がプリント基板１０上から外れることを防止できる。
【００２９】
また、当該モータ制御モジュールを製造する際に、サーミスタ５，５’は基板の製造工程で他の部品と共にプリント基板１０上に容易に自動実装されるため、各サーミスタ５，５’の取付け状態はばらつきがなく安定している。これにより、モータ制御モジュール全体、さらには電動フォークリフトの信頼性が向上する。また、チップ形のサーミスタは安価であるため、当該モータ制御モジュールの製造コストが削減される。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のモータ制御モジュールによれば、基板上に実装された全ての電解コンデンサとＦＥＴの温度を正確かつ安価に計測することができ、該電解コンデンサとＦＥＴの温度を適切に制御し、それらの劣化を防止することが可能になる。例えば本発明のモータ制御モジュールを、スペースの制約があり、低電圧かつ高出力で発熱量が多い電動フォークリフトに用いた場合でも、小型化に対応でき、電解コンデンサとＦＥＴ４の温度管理を適切に行なうことができる。
【００３２】
また、本発明のモータ制御モジュールによれば、安価なサーミスタを用いることで、製造コストが削減される。
【００３３】
すなわち本発明によれば、基板上に実装された全ての電解コンデンサとＦＥＴに対して、温度を正確かつ安価に計測し劣化を防止できるモータ制御モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ制御モジュールが設けられるモータ制御装置の内部構造を示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るモータ制御モジュールが設けられるモータ制御装置の内部構造を示す側面図。
【図３】本発明の実施の形態に係るモータ制御モジュールの構成を示す下面図。
【図４】本発明の実施の形態に係るモータ制御モジュールの構成を示す正面図。
【図５】本発明の実施の形態に係るモータ制御モジュールにおける電解コンデンサの温度計測構造を示す図。
【図６】本発明の実施の形態に係るモータ制御モジュールにおける電解コンデンサの温度計測構造を示す平面模式図。
【図７】本発明の実施の形態及び従来例に係る電動フォークリフトのモータ制御装置の回路構成を示す図。
【図８】従来例に係る平滑用電解コンデンサの温度計測構造を示す図。
【符号の説明】
１００…モータ制御装置
１…モータ制御モジュール
２…制御ユニット
３…電解コンデンサ
４…ＦＥＴ
５…サーミスタ
１０…プリント基板
１１…支柱
２１，２２，２３…パターン
３０…温度センサ
３１…−端子
３２…＋端子
４１…−端子
４２…＋端子
１０１…走行用モータ
１０２…昇降用モータ

Claims

インバータ回路を構成しモータを制御するモータ制御モジュールにおいて、
基板上に実装された複数の電解コンデンサと、
前記基板上にて前記電解コンデンサの近傍に接着され、前記電解コンデンサの温度を計測する第１の温度検出素子と、
前記基板上に前記複数の電解コンデンサとそれぞれ対応して実装された複数のＦＥＴと、
前記基板上にて前記ＦＥＴの近傍に接着され、前記ＦＥＴの温度を計測する第２の温度検出素子と、を備え、
前記電解コンデンサの一端子と前記第１の温度検出素子とを接続し、かつ前記ＦＥＴの一端子と前記第２の温度検出素子とを接続したことを特徴とするモータ制御モジュール。
前記第１及び第２の温度検出素子はサーミスタであることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御モジュール。