JP2008086101A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの大型化や内部冷却ファンの設置を行うことなく単純な構造でコストダウンと装置全体の小型化を行なうことができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置１の筐体２と、筐体２内に配置されフィン３ｂを備えたヒートシンク３と、ヒートシンク３を冷却する冷却ファン５と、ヒートシンク３の反フィン側の面に密着するパワー半導体モジュール４と、筐体２内におけるヒートシンク３のフィン側に配置されたコア７ａと、コア７ａ内に収納されコア７ａの長手方向端部からコイルエンド７ｃが突出しているコイル７ｂとを有するリアクトル７とを筐体２内に備えたモータ制御装置において、コイル７ｂの表面に、伝熱樹脂を介して接触させたリアクトル用ヒートシンク８と、コイルエンド７ｃの長手方向端部の傍らに配置したコイルカバーとを備えた構成にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に高圧電源で動作するインバータ装置やサーボアンプなどのモータ制御装置に関するものであり、特にモータ制御装置のリアクトルの放熱効果を上げるための冷却構造に関するものである。

従来より、モータ制御装置には、熱を発生するリアクトル等が内蔵され、それらの冷却を効果的に行なう必要があった（例えば、特許文献１参照）。前記リアクトルを内蔵する例えばインバータ装置などにおいては、高熱を発するパワー半導体モジュールを冷却するヒートシンクに冷却風を送る冷却ファンの冷却風の一部を、図５に示すように、直接リアクトル２０のコイル２１に当てて冷却する構造をとっていた。なお、図５において、２２は、前記リアクトル２０のコアである。
特開２００５−３２３４４３号公報

しかしながら、従来のモータ制御装置に使用するリアクトルの冷却方法には次のような問題があった。
すなわち、モータ制御装置の発熱部を盤外部に露出させる場合、盤外部の環境が悪くオイルミスト・鉄粉などがコイル２１に吹き付けられる。このためコイル２１が損傷・侵食・ショートする場合がある。
このため、制御盤外部に発熱部を露出させる場合においても、リアクトルをモータ制御装置本体内部に配置させなければならずリアクトルの大型化や内部攪拌ファンなどの設置が必要となり、モータ制御装置の小型化を実現するのには限界があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、リアクトルの大型化や内部冷却ファンの設置を行うことなく単純な構造でコストダウンと装置全体の小型化を行なうことができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、モータ制御装置の筐体と、前記筐体内に配置されフィンを備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクを冷却する冷却ファンと、前記ヒートシンクの反フィン側の面に密着するパワー半導体モジュールと、前記筐体内における前記ヒートシンクのフィン側に配置されたコアと、前記コア内に収納されコアの長手方向端部からコイルエンドが突出しているコイルとを有するリアクトルと、を制御装置の筐体内に備えたモータ制御装置において、前記コイルの表面に、伝熱樹脂を介して接触させたリアクトル用ヒートシンクと、前記コイルエンドの長手方向端部の傍らに配置したコイルカバーとを備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記リアクトル用ヒートシンクが、前記コイルの長手方向側部の表面に、伝熱樹脂を介して接触していることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記リアクトル用ヒートシンクが、前記コア内部を貫通し、長手方向両端部から突出して大気に触れていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記リアクトル用ヒートシンクが、前記コア内部を貫通し前記コイルの幅方向両側にそれぞれ接触する直線状に構成され、前記コイルカバーが、前記リアクトル用ヒートシンクに支持されていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記コイルカバーが、前記筐体に取り付けられるカバー取付部と、前記カバー取付部から立ち上がるコイルエンドカバー部とを備えて構成されていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記コイルエンドカバー部が、前記カバー取付部から略垂直に立ち上がるコイルエンドカバー部とを備えた断面Ｌ字状に構成されていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記筐体は、前記リアクトルのコアの長手方向を上下方向として設置され、前記コイルエンドカバー部は、前記コアの長手方向に対して傾斜を有することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記コイルカバーがヒートシンクで構成され、前記コイルエンドの長手方向端部の表面に、伝熱樹脂を介して接触させていることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記コイルカバーのコイルエンド側の面をコイルエンドの円弧に合わせた円弧状に形成していることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、前記コイルカバーが、フィンを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１、２に記載の発明によると、リアクトルのコア内に収納されたコイルの長手方向側部の表面に、伝熱樹脂を介してリアクトル用ヒートシンクを接触させているので、前記コイルで発生した熱をヒートシンクに伝達させることができ、コイルを効果的に冷却することができる。
また、コアの長手方向端部から突出するコイルエンドの表面に、伝熱樹脂を介してコイルカバーを接触させているので、オイルミストや鉄粉などがコイルに吹き付けられることがない。したがって、コイルが損傷を受けたり、侵食されたり、ショートしたりすることがなく、保護が可能となる。また、コイルの熱が伝熱樹脂を介してコイルカバーに伝達されるので、コイルを冷却することができる。
請求項３に記載の発明によると、前記リアクトル用ヒートシンクが、前記コア内部を貫通し、長手方向両端部から突出して大気に触れているので、前記コイルからヒートシンクに伝達された熱が直接大気中に放熱されることになり、コイルをさらに効果的に冷却することができる。
請求項４に記載の発明によると、前記リアクトル用ヒートシンクが、前記コア内部を貫通し前記コイルの幅方向両側にそれぞれ接触する直線状に構成され、前記コイルカバーが、リアクトル用ヒートシンクに支持されているので、前記コイルのコイルエンドの円弧状の周囲を効果的にカバーすることができ、コイル７ｂが損傷・侵食・ショートなどから保護される。
請求項５、６に記載の発明によると、前記コイルカバーが、前記筐体に取り付けられるカバー取付部と、前記カバー取付部から略垂直に立ち上がるコイルエンドカバー部とを備えた断面Ｌ字状に構成されているので、前記コイルカバーを、簡単かつ確実に、コイルエンドに近づけた状態で筐体に取付けることができる。
請求項７に記載の発明によると、前記筐体が、前記リアクトルのコアの長手方向を上下方向として設置され、その際、前記コイルカバーのコイルエンドカバー部を、前記コアの長手方向に対して傾斜させているので、前記コイルエンドカバー部にオイルミストや鉄粉が付着した際にも、傾斜する付着面によって、オイルミストや鉄粉が重力により自然に落下除去される。
請求項８に記載の発明によると、前記コイルカバーがヒートシンクで構成され、前記コイルエンドの長手方向端部の表面に、伝熱樹脂を介して接触させているので、コイルの冷却がさらに良好に行なわれる。
請求項９に記載の発明によると、前記コイルカバーのコイルエンド側の面をコイルエンドの円弧に合わせた円弧状に形成しているので、ヒートシンクからなるコイルカバーとコイルエンドの接触面積が増大し、コイルの冷却がきわめて良好に行なわれる。
請求項１０に記載の発明によると、前記ヒートシンクからなるコイルカバーが、フィンを有するので、コイルカバーからの放熱がさらに良好に行なわれることになり、コイルの冷却がきわめて良好に行なわれる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例におけるモータ制御装置を示す斜面図である。内部構造をわかりやすく示すため筐体は一点鎖線で表している。図２は、図1におけるモータ制御装置を、冷却ファンを天側（上側）にして設置した状態を示す側断面図である。図３は、図１におけるリアクトルを示す図で、（ａ）は全体の斜視図で、（ｂ）はコイルカバーの斜視図である。
図１から図３において、１は例えばインバータなどのモータ制御装置、２はモータ制御装置１の筐体で、長手方向の端部に吸気口２ａと排気口２ｂを備え、側部に換気穴２ｃを備えている。前記モータ制御装置１は、前記筐体２の吸気口２ａを下側に、排気口２ｂを上側（天側）にして、例えば制御盤等の内部に設置される。３はヒートシンク本体３ａとフィン３ｂとから構成されたヒートシンクで、前記ヒートシンク本体３ａの反フィン側の面に、ＩＧＢＴ素子等を含むパワー半導体モジュール４を密着させている。５は冷却ファンで、前記筐体２の上部に配置し、冷却風を下側から上側に向けて流している。６は電解コンデンサで、風上である前記吸気口２ｂとヒートシンク３との間に配置している。７はリアクトルで、前記筐体２内における前記ヒートシンク３のフィン３ｂ側に配置された直方体のコア７ａと、前記コア７ａ内に収納されコアの長手方向端部からコイルエンド７ｃが突出しているコイル７ｂとを有している。８はアルミ製のリアクトル用ヒートシンクで、前記リアクトル７のコア７ａ内部におけるコア７ａとコイル７ｂ間を貫通し、前記コア７ａの長手方向両端部から突出させて大気に触れさせている。前記リアクトル用ヒートシンク８は、前記コイル７ｂの幅方向両側に伝熱樹脂（ポッティング樹脂）９を介してそれぞれ接触する直線状に構成されている。また、少なくとも前記コア７ａの長手方向両端部から突出させた部分の外側の表面にフィン８ａを形成している。１０はコイルカバーで、前記コイルエンド７ｃの長手方向端部の表面の傍らに配置されている。前記コイルカバー１０は、前記筐体２に、例えばねじ１１で取り付けられるカバー取付部１０ａと、前記カバー取付部１０ａから略垂直に立ち上がるコイルエンドカバー部１０ｂとを備えた断面Ｌ字状に構成されており、また、前記コイルエンドカバー部１０ｂの左右両側に、前記リアクトル用ヒートシンク８の反フィン側の面に取り付けられるカバー支持部１０ｃを設けている。

このような構成において、モータ制御装置１におけるリアクトル７の冷却およびコイルの保護は、次のようにして行なわれる。
図２に示すように、モータ制御装置１は、冷却ファン５が上部になるように図示しない制御盤内に設置される。モータ制御装置１を駆動すると、パワー半導体モジュール４や電解コンデンサ６とともにリアクトル７のコイル７ｂが発熱する。前記リアクトル７で発生した熱は、前記コイル７ｂの上・下面と接触するコア７ａと、両側面に伝熱樹脂９を介して接触するリアクトル用ヒートシンク８に伝達される。特に、リアクトル用ヒートシンク８においては、コイル７ｂの熱はきわめて良好に伝達される。
モータ制御装置１の駆動とともに、あるいは適宜の時期に、モータ制御装置１の冷却のために前記冷却ファン５が駆動され、前記筐体２内に冷却風が下部側から上部側に向けて流される。前記リアクトル７に向かう冷却風は、リアクトル７のコイルエンド７ｃをカバーするコイルカバー１０とリアクトル用ヒートシンク８に接触するとともに、コイル７ｂの直線部分を覆うコア７ａに接触する。その際、従来冷却風が直接吹き付けられていたコイルエンド７ｃの下側（反天側）の長手方向端面は、コイルカバー１０によってカバーされているので、冷却風とともにオイルミストや鉄粉などが吹き付けられることがない。このためコイル７ｂが損傷・侵食・ショートなどから保護される。前記コイルエンド７ｃの上側（天側）の長手方向端面も、コイルカバー１０によってカバーされているので、冷却ファン５によって吹き上げられたオイルミストや鉄粉が落下する際にコイルエンド７ｃに付着することがない。したがって、コイル７ｂが損傷・侵食・ショートなどから保護される。
また、冷却風が、前記コイル７ｂの前面と背面に接触するコア７ａと、両側面に伝熱樹脂９を介して接触するリアクトル用ヒートシンク８に接触することにより、これらとの間で熱交換が行なわれ、リアクトル７は効果的に冷却される。

図４は、本発明の第２実施例におけるリアクトルを示す図で、（ａ）は全体の斜視図で、（ｂ）はコイルカバーの斜視図である。
本実施例においては、前記コイルカバー１０は、ヒートシンクで構成され、前記コイルエンド７ｃの長手方向端部の表面に、伝熱樹脂９を介して接触させている。これにより、コイルエンド７ｃからコイルカバー１０へ熱の伝達が行なわれることになり、コイルの冷却がさらに良好に行なわれる。
また、前記コイルカバー１０は、外側の表面にフィン１０ｄを形成して、コイルカバー１０からの放熱を良好にするとともに、前記コア７ａの長手方向に対して傾斜させて、前記コイルカバーにオイルミストや鉄粉が付着した際にも、傾斜する付着面によって、オイルミストや鉄粉が重力により自然に落下除去されるようにしている。
また、前記コイルカバー１０をヒートシンクで構成するにあたっては、前記コイルカバー１０のコイルエンド側の面を、コイルエンド７ｃの円弧に合わせた円弧状に形成するようにすれば、ヒートシンクからなるコイルカバー１０とコイルエンド７ｃの接触面積が増大し、コイルエンド７ｃからコイルカバー１０への熱の伝達がさらに良好に行なわれる。
なお、本発明は、前記コイルカバー１０をヒートシンクで構成しない場合においても、前記コア７ａの長手方向に対して傾斜させるようにしてもよい。この場合も、前記コイルカバー１０にオイルミストや鉄粉が付着した際に、傾斜する付着面によって、オイルミストや鉄粉が重力により自然に落下除去される。

本発明の第１実施例におけるモータ制御装置を示す斜面図である。内部構造をわかりやすく示すため筐体は一点鎖線で表している。 図1におけるモータ制御装置を、冷却ファンを天側（上側）にして設置した状態を示す側断面図である。 図１におけるリアクトルを示す図で、（ａ）は全体の斜視図で、（ｂ）はコイルカバーの斜視図である。 本発明の第２実施例におけるリアクトルを示す図で、（ａ）は全体の斜視図で、（ｂ）はコイルカバーの斜視図である。 従来技術におけるモータ制御装置のリアクトルを示す斜視図である。

符号の説明

１ モータ制御装置
２ 筐体
２ａ 吸気口
２ｂ 排気口
２ｃ 換気穴
３ ヒートシンク
３ａ ヒートシンク本体
３ｂ フィン
４ パワー半導体モジュール
５ 冷却ファン
６ 電解コンデンサ
７ リアクトル
７ａ コア
７ｂ コイル
７ｃ コイルエンド
８ リアクトル用ヒートシンク
８ａ フィン
９ 伝熱樹脂
１０ コイルカバー
１０ａ カバー取付部
１０ｂ コイルエンドカバー部
１０ｃ カバー支持部
１０ｄ フィン
１１ ねじ

Claims (10)

1. モータ制御装置の筐体と、
   前記筐体内に配置されフィンを備えたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを冷却する冷却ファンと、
   前記ヒートシンクの反フィン側の面に密着するパワー半導体モジュールと、
   前記筐体内における前記ヒートシンクのフィン側に配置されたコアと、前記コア内に収納されコアの長手方向端部からコイルエンドが突出しているコイルとを有するリアクトルと、
   を制御装置の筐体内に備えたモータ制御装置において、
   前記コイルの表面に、伝熱樹脂を介して接触させたリアクトル用ヒートシンクと、
   前記コイルエンドの長手方向端部の傍らに配置したコイルカバーと、
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記リアクトル用ヒートシンクは、前記コイルの長手方向側部の表面に、伝熱樹脂を介して接触していることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記リアクトル用ヒートシンクが、前記コア内部を貫通し、長手方向両端部から突出して大気に触れていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記リアクトル用ヒートシンクが、前記コア内部を貫通し前記コイルの幅方向両側にそれぞれ接触する直線状に構成され、前記コイルカバーが、前記リアクトル用ヒートシンクに支持されていることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記コイルカバーが、前記筐体に取り付けられるカバー取付部と、前記カバー取付部から立ち上がるコイルエンドカバー部とを備えて構成されていることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記コイルエンドカバー部が、前記カバー取付部から略垂直に立ち上がるコイルエンドカバー部とを備えた断面Ｌ字状に構成されていることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記筐体は、前記リアクトルのコアの長手方向を上下方向として設置され、前記コイルエンドカバー部は、前記コアの長手方向に対して傾斜を有することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
8. 前記コイルカバーがヒートシンクで構成され、前記コイルエンドの長手方向端部の表面に、伝熱樹脂を介して接触させていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
9. 前記コイルカバーのコイルエンド側の面をコイルエンドの円弧に合わせた円弧状に形成していることを特徴とする請求項７に記載のモータの制御装置。
10. 前記コイルカバーが、フィンを有することを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。

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