JP2018182860A

JP2018182860A - モータ駆動装置

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Publication number: JP2018182860A
Application number: JP2017077496A
Authority: JP
Inventors: 真一水上; Shinichi Mizukami; 稲葉　樹一; Juichi Inaba; 樹一稲葉
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-11-15
Also published as: DE102018002731A1; US10250108B2; CN108696992A; CN208143591U; US20180294698A1

Abstract

【課題】１次電圧素子および２次電圧素子のレイアウトの自由度を向上させつつ、プリント基板の大型化および２次電圧素子の誤作動を抑制するモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置（１０）は、プリント基板（１２）と、プリント基板（１２）上に実装され、２次電圧のみで使用される複数の２次電圧素子（１４）と、プリント基板（１２）の複数の２次電圧素子（１４）が実装された面（１２ａ）と反対の面（１２ｂ）側に設けられ、２次電圧より高い１次電圧のみで使用される複数の１次電圧素子（１６）と、２次電圧素子（１４）からの指令信号を１次電圧素子（１６）に伝達するために、プリント基板（１２）上から１次電圧素子（１６）の制御端子（指令信号の入力部）まで延びた第１導電材（１８）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。

下記に示す特許文献１には、プリント基板を大型化することなく、大電流をプリント基板に供給することができる電源配線装置が開示されている。簡単に説明すると、この電源配線装置は、プラス側導電プレートとマイナス側導電プレートとで絶縁体を狭着し、プラス側導電プレートとマイナス側導電プレートとをプリント基板に半田付けすることで作成される。

特開２００１−２５１０２８号公報

しかしながら、大電流を流すための１次電圧で使用される１次電圧素子と、１次電圧より小さい２次電圧で使用される２次電圧素子とを混在してプリント基板の表面に実装した場合は、１次電圧素子が実装される領域と２次電圧素子が実装される領域とを、予め決められた絶縁距離だけ離さなければならない。そのため、１次電圧素子および２次電圧素子のプリント基板へのレイアウトに制約がかかるとともに、プリント基板が大型化するという問題がある。また、大電流の通電時に発生するノイズによって、２次電圧素子が誤作動を起こしてしまうという問題もある。

このような問題は、上記した特許文献１では解決することができない。

そこで、本発明は、１次電圧素子および２次電圧素子のレイアウトの自由度を向上させつつ、プリント基板の大型化および２次電圧素子の誤作動を抑制するモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、モータ駆動装置であって、プリント基板と、前記プリント基板上に実装され、２次電圧のみで使用される複数の２次電圧素子と、前記プリント基板の前記複数の２次電圧素子が実装された面と反対の面側に設けられ、前記２次電圧より高い１次電圧のみで使用される複数の１次電圧素子と、前記２次電圧素子からの指令信号を前記１次電圧素子に伝達するために、前記プリント基板上から前記１次電圧素子の指令信号の入力部まで延びた第１導電材と、を備え、前記複数の２次電圧素子が実装される前記プリント基板上の２次電圧領域と、前記第１導電材が配置される前記プリント基板上の１次電圧領域とは、予め決められた絶縁距離だけ離間している。

本発明によれば、プリント基板上での１次電圧領域を最小限に抑えることができる。その結果、複数の２次電圧素子および複数の１次電圧素子のレイアウトの自由度が向上するとともに、プリント基板が大型化することを抑制することができる。また、プリント基板上の１次電圧領域には、大電流が流れないので、２次電圧素子が誤作動してしまうことを抑制することができる。

実施の形態のモータ駆動装置の概略構成の一例を示す側面図である。図１に示すプリント基板上における２次電圧が印加される２次電圧領域と１次電圧が印加される１次電圧領域とを示す平面図である。比較例のモータ駆動装置の概略構成の一例を示す側面図である。図３に示すプリント基板上の２次電圧が印加される２次電圧領域と１次電圧が印加される１次電圧領域とを示す平面図である。

本発明に係るモータ駆動装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

図１は、実施の形態のモータ駆動装置１０の概略構成の一例を示す側面図である。以下の説明では、図１に示す矢印の方向にしたがって、上下、左右の方向を説明する。モータを駆動するモータ駆動装置１０は、プリント基板１２、複数の２次電圧素子１４、複数の１次電圧素子１６、第１導電材１８、および、第２導電材２０を備える。

複数の２次電圧素子１４は、プリント基板１２の表面（面、上面、プリント面）１２ａに実装されている。２次電圧素子１４は、２次電圧（例えば、２４Ｖ以下の電圧）のみで使用される素子である。複数の２次電圧素子１４の少なくとも１つは、スイッチング素子である１次電圧素子１６に指令信号を出力して、モータに供給する駆動電流を制御する。２次電圧素子１４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）である。２次電圧素子１４は、複数の端子の間隔が所定距離（例えば、２ｍｍ）以下のＩＣであってもよい。２次電圧素子１４からの指令信号は、第１導電材１８を介してスイッチング素子である１次電圧素子１６に送られる。

複数の１次電圧素子１６は、プリント基板１２の複数の２次電圧素子１４が実装された面（表面）１２ａと反対の面（裏面、下面、半田面）１２ｂ側に設けられている。１次電圧素子１６は、２次電圧より高い１次電圧（例えば、１００Ｖ以上の電圧）のみで使用される素子である。この１次電圧素子１６には、大電流（所定値以上の電流）が流れる。そのため、１次電圧素子１６は、所定量以上の熱を発生する。この１次電圧素子１６は、例えば、モータに大電流の駆動電流を供給するために設けられた素子であり、パワー素子等によって構成される。

パワー素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、整流ダイオード、または、パワートランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）の電力用半導体素子である。複数の１次電圧素子１６は、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）を含んでもよい。ＩＧＢＴおよびパワーＭＯＳＦＥＴ等は、２次電圧素子１４から出力された指令信号によって動作するスイッチング素子である。

第１導電材１８は、１次電圧素子１６の制御端子（指令信号の入力部）からプリント基板１２上まで延びている。第１導電材１８の先端部分は、プリント基板１２の表面１２ａに設けられていてもよいし、プリント基板１２の表面１２ａから若干浮いた状態で設けられていてもよい。

この第１導電材１８には、１次電圧が印加されるため、第１導電材１８は、２次電圧素子１４とは直接接続されないが、フォトカプラ、トランス等の絶縁素子２２（図２参照）を介して、２次電圧素子１４と接続されている。絶縁素子２２は、電気的に絶縁しながら信号を伝達するものである。絶縁素子２２は、例えば、光結合の絶縁素子（フォトカプラ）、磁気結合の絶縁素子（トランス）であってもよく、コンデンサを用いた容量結合の絶縁素子であってもよい。本実施の形態で設けられる絶縁素子２２は、２次電圧を１次電圧に変換することで、信号だけを伝達する。

したがって、２次電圧素子１４から出力された２次電圧の指令信号は、絶縁素子２２によって１次電圧の指令信号に変換されて、スイッチング素子である１次電圧素子１６に出力される。この第１導電材１８は、信号線として機能するので、第１導電材１８には大電流が流れない。

第２導電材２０は、１次電圧素子１６同士を電気的に接続するためのもの（例えば、バスバー）である。したがって、第２導電材２０には、大電流の電流が流れる。そのため、第２導電材２０は、所定量以上の熱を発生する。第２導電材２０は、プリント基板１２の複数の２次電圧素子１４が実装された面（表面）１２ａと反対の面（裏面）１２ｂ側に設けられている。

なお、図１では、上下方向に関して、プリント基板１２の下側に第２導電材２０が設けられ、さらにその下に複数の１次電圧素子１６が設けられたように図示しているが、第２導電材２０と複数の１次電圧素子１６とは、上下方向に関して混在して設けられてもよい。

複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０は、プリント基板１２に対して予め決められた所定の距離以上離間して配置されている。複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０は、接続部２４を介してプリント基板１２に設けられている。この接続部２４は、プリント基板１２と複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０とを離間させるために、プリント基板１２と複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０との間に介装されるインサート部材である。なお、接続部２４の内部に第１導電材１８を通してもよい。

ヒートシンク２６は、発熱量が多い複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０を冷却するためのものである。

図２は、プリント基板１２上における２次電圧が印加される２次電圧領域Ｆ２と１次電圧が印加される１次電圧領域Ｆ１とを示す平面図である。２次電圧領域Ｆ２は、複数の２次電圧素子１４が実装されるプリント基板１２上の領域である。１次電圧領域Ｆ１は、第１導電材１８が設けられたプリント基板１２上の領域である。図２に示すように、２次電圧領域Ｆ２と１次電圧領域Ｆ１とは、予め決められた絶縁距離だけ離間している。この２次電圧領域Ｆ２と１次電圧領域Ｆ１との間には、上述した絶縁素子２２が設けられている。

なお、１次電圧−２次電圧間より、１次電圧−１次電圧間の方が、絶縁距離を短くすることができるので、１次電圧領域Ｆ１が複数ある場合は、近接して配置することも可能である。

ここで、比較例として、プリント基板１２上に複数の２次電圧素子１４および複数の１次電圧素子１６を混在して配置した場合について説明する。図３は、比較例のモータ駆動装置の概略構成の一例を示す側面図である。なお、図１と同様の構成については、同一の符号を付す。

複数の２次電圧素子１４は、プリント基板１２上に実装されている。また、複数の１次電圧素子１６は、プリント基板１２の表面１２ａ側とプリント基板１２の裏面１２ｂ側とに設けられている。１次電圧素子１６同士を接続する第２導電材２０は、プリント基板１２の表面１２ａ側および裏面１２ｂ側に設けられている。

したがって、図４に示すように、複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０が配置されるプリント基板１２上の１次電圧領域Ｆ１が大きくなる。また、複数の２次電圧素子１４が配置されるプリント基板１２上の２次電圧領域Ｆ２と、プリント基板１２上の１次電圧領域Ｆ１とは、予め決められた絶縁距離だけ離間させる必要がある。そのため、プリント基板１２上における複数の２次電圧素子１４および複数の１次電圧素子１６のレイアウトの自由度が制限されるとともに、プリント基板１２が大型化してしまう。

また、プリント基板１２上の１次電圧領域Ｆ１には大電流が流れるので、２次電圧素子１４が誤作動を起こしてしまうという問題もある。さらに、プリント基板１２の裏面１２ｂ側に設けられた複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０は、プリント基板１２と隣接して配置されているため、プリント基板１２の裏面１２ｂ側で流れる大電流によって、２次電圧素子１４が誤作動を起こしてしまう可能性もある。

これに対して、本実施の形態では、複数の２次電圧素子１４をプリント基板１２の表面（上面、プリント面）１２ａに実装し、複数の１次電圧素子１６をプリント基板１２の裏面（下面、半田面）１２ｂ側に設けた。これにより、プリント基板１２上での１次電圧領域Ｆ１を最小限に抑えることができる。その結果、複数の２次電圧素子１４および複数の１次電圧素子１６のレイアウトの自由度が向上するとともに、プリント基板１２が大型化することを抑制することができる。また、プリント基板１２上の１次電圧領域Ｆ１（第１導電材１８が設けられている領域）には、大電流が流れないので、２次電圧素子１４が誤作動してしまうことを抑制することができる。

また、プリント基板１２の裏面１２ｂ側に大電流が流れる第２導電材２０を設けたので、２次電圧素子１４が誤作動してしまうことをさらに抑制することができる。なお、好ましくはないが、第２導電材２０の一部をプリント基板１２の表面１２ａ側に設けてもよい。

さらに、大電流が流れる複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０をプリント基板１２から所定の距離以上離して配置するので、２次電圧素子１４が誤作動してしまうことをさらに抑制することができる。なお、好ましくはないが、複数の１次電圧素子１６および第２導電材２０の一部をプリント基板１２の裏面１２ｂと隣接配置してもよい。

〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記各実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

モータ駆動装置（１０）は、プリント基板（１２）と、プリント基板（１２）上に実装され、２次電圧のみで使用される複数の２次電圧素子（１４）と、プリント基板（１２）の複数の２次電圧素子（１４）が実装された面（１２ａ）と反対の面（１２ｂ）側に設けられ、２次電圧より高い１次電圧のみで使用される複数の１次電圧素子（１６）と、２次電圧素子（１４）からの指令信号を１次電圧素子（１６）に伝達するために、プリント基板（１２）上から１次電圧素子（１６）の制御端子（指令信号の入力部）まで延びた第１導電材（１８）と、を備える。複数の２次電圧素子（１４）が実装されるプリント基板（１２）上の２次電圧領域（Ｆ２）と、第１導電材（１８）が配置されるプリント基板（１２）上の１次電圧領域（Ｆ１）とは、予め決められた絶縁距離だけ離間している。

これにより、プリント基板（１２）上での１次電圧領域（Ｆ１）を最小限に抑えることができる。その結果、複数の２次電圧素子（１４）および複数の１次電圧素子（１６）のレイアウトの自由度が向上するとともに、プリント基板（１２）が大型化することを抑制することができる。また、プリント基板（１２）上の１次電圧領域（Ｆ１）には、大電流が流れないので、２次電圧素子（１４）が誤作動してしまうことを抑制することができる。

モータ駆動装置（１０）は、１次電圧素子（１６）同士を接続する第２導電材（２０）を備えてもよい。第２導電材（２０）は、プリント基板（１２）の複数の２次電圧素子（１４）が実装された面（１２ａ）と反対の面（１２ｂ）側に設けられていてもよい。これにより、２次電圧素子（１４）が誤作動してしまうことをさらに抑制することができる。

複数の１次電圧素子（１６）および第２導電材（２０）は、プリント基板（１２）から所定の距離以上離間して配置されていてもよい。これにより、２次電圧素子（１４）が誤作動してしまうことをさらに抑制することができる。

２次電圧領域（Ｆ２）と１次電圧領域（Ｆ１）との間には、絶縁素子（２２）が設けられていてもよい。これにより、絶縁しつつ２次電圧素子（１４）からの指令信号を１次電圧素子（１６）に伝達することができる。なお、絶縁素子（２２）は、フォトカプラまたはトランスであってもよい。

１０…モータ駆動装置１２…プリント基板
１２ａ…表面（面）１２ｂ…裏面（面）
１４…２次電圧素子１６…１次電圧素子
１８…第１導電材２０…第２導電材
２２…絶縁素子２４…接続部
２６…ヒートシンクＦ１…１次電圧領域
Ｆ２…２次電圧領域

Claims

プリント基板と、
前記プリント基板上に実装され、２次電圧のみで使用される複数の２次電圧素子と、
前記プリント基板の前記複数の２次電圧素子が実装された面と反対の面側に設けられ、前記２次電圧より高い１次電圧のみで使用される複数の１次電圧素子と、
前記２次電圧素子からの指令信号を前記１次電圧素子に伝達するために、前記プリント基板上から前記１次電圧素子の指令信号の入力部まで延びた第１導電材と、
を備え、
前記複数の２次電圧素子が実装される前記プリント基板上の２次電圧領域と、前記第１導電材が配置される前記プリント基板上の１次電圧領域とは、予め決められた絶縁距離だけ離間している、モータ駆動装置。
請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
前記１次電圧素子同士を接続する第２導電材を備え、
前記第２導電材は、前記プリント基板の前記複数の２次電圧素子が実装された面と反対の面側に設けられている、モータ駆動装置。
請求項２に記載のモータ駆動装置であって、
前記複数の１次電圧素子および前記第２導電材は、前記プリント基板から所定の距離以上離間して配置されている、モータ駆動装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、
前記２次電圧領域と前記１次電圧領域との間には、絶縁素子が設けられている、モータ駆動装置。
請求項４に記載のモータ駆動装置であって、
前記絶縁素子は、フォトカプラまたはトランスである、モータ駆動装置。