JP2019161804A - モータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パワー基板の発熱によってパワー基板に設けられる部品が誤作動を起こしてしまうことを防止する。【解決手段】モータ駆動装置１０は、２次電圧の制御信号を出力する制御回路２０が実装された制御基板１２と、２次電圧より大きい１次電圧が印加されるパワー回路２２が実装されたパワー基板１４と、を備える。パワー基板１４は、１次電圧のみが印加される１次電圧部品２２ａが実装された第１基板１４ａと、１次電圧を２次電圧に、２次電圧を１次電圧に変換する変換部品２２ｂが実装された第２基板１４ｂと、を有する。【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、パワーチップのスイッチング動作等によって制御回路が誤作動することを抑制する電力用半導体装置が開示されている。具体的には、前記特許文献１には、回路基板を、制御回路の電子部品を実装した制御基板と、パワーチップを実装したパワー回路基板とに２分割することが開示されている。
特開平５−２５９３７３号公報
ここで、パワー基板に設けられる複数の部品の中には、熱に弱い部品が存在する。したがって、熱に弱い部品は、パワー基板の発熱量が高くなると、その熱の影響を受け、誤作動を起こしてしまうという問題がある。
そこで、本発明は、パワー基板の発熱によってパワー基板に設けられる部品が誤作動を起こしてしまうことを防止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、２次電圧の制御信号を出力する制御回路が実装された制御基板と、前記２次電圧より大きい１次電圧が印加されるパワー回路が実装されたパワー基板と、を備え、前記パワー基板は、前記１次電圧のみが印加される１次電圧部品が実装された第１基板と、前記１次電圧を前記２次電圧に、前記２次電圧を前記１次電圧に変換する変換部品が実装された第２基板と、を有する。
本発明によれば、パワー回路を構成する１次電圧部品の発熱によって、パワー回路を構成する変換部品が誤作動することを防止することができる。
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。
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、制御基板１２およびパワー基板１４を備える。
制御基板１２には、２次電圧（例えば、２４Ｖ）の信号を出力する制御回路２０が実装されている。制御回路２０は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）等を有する。パワー基板１４には、２次電圧より大きい１次電圧（例えば、１００Ｖ以上）が印加されるパワー回路２２が実装されている。
パワー回路２２は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流器、整流された直流電圧を平滑化するコンデンサ、コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動するインバータ等を含む電力伝達系統である。制御回路２０は、インバータのスイッチング素子を制御するとともに、所定の演算等を行う制御系統である。
制御基板１２は、パワー基板１４より上方に設けられている。本実施の形態では、制御回路２０が実装される制御基板１２の面と、パワー回路２２が実装されるパワー基板１４の面とが交差するよう、制御基板１２およびパワー基板１４が配置されている。
パワー基板１４は、第１基板１４ａと第２基板１４ｂとを有する。パワー回路２２は、第１基板１４ａに実装される１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃと、第２基板１４ｂに実装される変換部品２２ｂとを有する。
変換部品２２ｂは、１次電圧を２次電圧に、２次電圧を１次電圧に変換する。例えば、変換部品２２ｂは、フォトカプラ、光アイソレータ、トランス、Ａ/Ｄコンバータ等によって構成される。例えば、変換部品２２ｂは、制御回路２０から出力された２次電圧の制御信号を１次電圧の制御信号に変換する。また、変換部品２２ｂは、パワー回路２２から出力された１次電圧の検出信号を２次電圧の検出信号に変換する。なお、変換部品２２ｂの他に、発熱量が所定量未満の部品を第２基板１４ｂに設けてもよい。例えば、発熱量が所定量未満の部品としては、変換部品２２ｂによる変換前の信号処理を行う部品や変換後の信号処理を行う部品を含んでもよい。
１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃは、１次電圧のみが印加され、発熱量が所定量よりも大きい発熱部品である。パワー素子２２ｃは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または、パワートランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）等の電力用半導体素子である。ＩＧＢＴおよびパワーＭＯＳＦＥＴ等は、制御回路２０から出力された制御信号によって駆動するスイッチング素子である。
１次電圧部品２２ａは、パワー素子２２ｃ以外の１次電圧のみが印加される部品である。１次電圧部品２２ａは、例えば、変換部品２２ｂで変換された１次電圧の制御信号をパワー素子２２ｃに伝達する第１導体２３ａ、１次電圧の検出信号を変換部品２２ｂに伝達する第２導体２３ｂ、および、モータを駆動するためにモータに供給する所定値以上の大電流が流れる第３導体２３ｃ等を有する。１次電圧の検出信号とは、整流器やインバータに印加される電圧または電流を示す信号である。１次電圧の検出信号は、例えば、電流センサ、電流検出抵抗または電圧検出抵抗を用いて検出された信号である。この電流センサ、電流検出抵抗および電圧検出抵抗も１次電圧部品２２ａに含まれる。
第１基板１４ａと第２基板１４ｂとは、部品が実装される面が互いに平行するように配置され、第２基板１４ｂは、第１基板１４ａの上方に設けられている。１次電圧部品２２ａは、第１基板１４ａの上面（一方の面）ＰＡ１側に実装されている。変換部品２２ｂは、第２基板１４ｂの上面（一方の面）ＰＢ１側に実装されている。したがって、１次電圧部品２２ａは、第１基板１４ａの上面ＰＡ１と第２基板１４ｂの下面（他方の面）ＰＢ２との間に設けられている。パワー素子２２ｃは、第１基板１４ａの下面（他方の面）ＰＡ２側に設けられている。
このように、パワー回路２２のうち、発熱量が多い１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃと、１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃで発生した熱の影響によって誤作動を起こす変換部品２２ｂとを、別々の基板に実装することで、変換部品２２ｂの誤作動を防止することができる。
なお、制御基板１２は、第２基板１４ｂの上側に設けられ、第２基板１４ｂの部品が実装される上面ＰＢ１と制御基板１２の制御回路２０が実装される面とが交差するように、配置されている。
ヒートシンク２４は、発熱量が多い１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃ（特に、パワー素子２２ｃ）を冷却するための放熱部品であり、パワー素子２２ｃの下方に設けられている。
ファン２６は、発熱量が多い１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃに風を送風することで、１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃを冷却する。ファン２６は、１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃに風を送風し、且つ、制御回路２０および変換部品２２ｂに風を送風しないように配置されている。例えば、ファン２６は、第２基板１４ｂの上面ＰＢ１以下に配置され、上下方向と交差する方向から１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃに風を送風することができるように配置されてもよい。
ここで、モータ駆動装置１０が設けられる工作機械等の周囲の空気中には、切削液等の液体が漂っている。制御回路２０および変換部品２２ｂは、切削液等の液体が付着すると誤作動を起こしてしまう可能性がある。そのため、実施の形態では、制御回路２０および変換部品２２ｂに風が送風されないようにファン２６を配置している。これにより、１次電圧部品２２ａを冷却することができるとともに、送風した風に含まれる液体（例えば、切削液）によって、制御回路２０および変換部品２２ｂが誤作動を起こしてしまうことを防止することができる。
また、ファン２６から送風される風が、制御回路２０および変換部品２２ｂに流れないように、ファン２６から送風される風を遮る遮蔽部材２８を設けてもよい。この遮蔽部材２８を設けることで、１次電圧部品２２ａおよびパワー素子２２ｃを効率よく冷却することができ、制御回路２０および変換部品２２ｂの誤作動を確実に防止することができる。
なお、ファン２６から送風される風が制御回路２０および変換部品２２ｂに流れないようにする遮蔽部材２８を別部材として設けたが、モータ駆動装置１０に設けられた部材、部品を遮蔽部材２８として用いてもよい。例えば、第２基板１４ｂを遮蔽部材２８として用いてもよいし、モータ駆動装置１０の筐体等を遮蔽部材２８として用いてもよい。例えば、第２基板１４ｂをファン２６まで延ばすことで、第２基板１４ｂを遮蔽部材２８として用いることができる。また、ファン２６と第２基板１４ｂとを近接配置することで、第２基板１４ｂを遮蔽部材２８として用いることができる。
次に、モータ駆動装置１０における信号の流れを簡単に説明する。制御回路２０から出力された２次電圧の制御信号は、変換部品２２ｂによって１次電圧の制御信号に変換される。この１次電圧の制御信号は、第１導体２３ａを介してパワー素子２２ｃに入力される。これにより、スイッチング素子としてのパワー素子２２ｃがオンオフすることで、第３導体２３ｃに電流が流れてモータが駆動する。また、モータに供給される電流、モータに印加される電圧を示す１次電圧の検出信号は、第２導体２３ｂを介して変換部品２２ｂに入力される。変換部品２２ｂは、１次電圧の検出信号を２次電圧の検出信号に変換して制御回路２０に出力する。これにより、制御回路２０は、モータに流れる電流、電圧を認識することができ、これを用いてモータをフィードバック制御することができる。
なお、図１では、第１基板１４ａに実装された１次電圧部品２２ａと、第２基板１４ｂの下面ＰＢ２とが接するように図示したが、１次電圧部品２２ａと第２基板１４ｂの下面ＰＢ２とが離間するように、第１基板１４ａと第２基板１４ｂとを配置してもよい。
また、図１では、パワー素子２２ｃを第１基板１４ａの下面ＰＡ２側に配置したが、第１基板１４ａの上面ＰＡ１側に配置してもよい。また、１次電圧部品２２ａの一部を第１基板１４ａの下面ＰＡ２側に配置してもよい。
〔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、２次電圧の制御信号を出力する制御回路（２０）が実装された制御基板（１２）と、２次電圧より大きい１次電圧が印加されるパワー回路（２２）が実装されたパワー基板（１４）と、を備える。パワー基板（１４）は、１次電圧のみが印加される１次電圧部品（２２ａ）が実装された第１基板（１４ａ）と、１次電圧を２次電圧に、２次電圧を１次電圧に変換する変換部品（２２ｂ）が実装された第２基板（１４ｂ）と、を有する。
これにより、パワー回路（２２）を構成する変換部品（２２ｂ）が実装される基板と、パワー回路（２２）を構成する１次電圧部品（２２ａ）が実装される基板とを分けたので、１次電圧部品（２２ａ）の発熱によって変換部品（２２ｂ）が誤作動することを防止することができる。
第１基板（１４ａ）には、制御信号によって駆動するパワー素子（２２ｃ）が実装され、変換部品（２２ｂ）は、２次電圧の制御信号を１次電圧の制御信号に変換してもよい。１次電圧部品（２２ａ）は、１次電圧の制御信号をパワー素子（２２ｃ）に伝達する第１導体（２３ａ）を有してもよい。これにより、第１基板（１４ａ）にパワー素子（２２ｃ）を設けたので、変換部品（２２ｂ）が、パワー素子（２２ｃ）の発熱によって誤作動することを防止することができ、パワー素子（２２ｃ）を正常に駆動させることができる。
１次電圧部品（２２ａ）は、１次電圧の検出信号を変換部品（２２ｂ）に伝達する第２導体（２３ｂ）を有し、変換部品（２２ｂ）は、１次電圧の検出信号を２次電圧の検出信号に変換して、制御回路（２０）に出力してもよい。これにより、変換部品（２２ｂ）が、１次電圧部品（２２ａ）の発熱によって誤作動することを防止することができ、正常な検出信号を制御回路（２０）に出力することができる。
１次電圧部品（２２ａ）は、所定値以上の大電流が流れる第３導体（２３ｃ）を有してもよい。これにより、大電流が流れる第３導体（２３ｃ）も第１基板（１４ａ）に設けられるので、変換部品（２２ｂ）が誤作動することを防止することができる。
１次電圧部品（２２ａ）は、第１基板（１４ａ）の一方の面（ＰＡ１）側に実装され、第２基板（１４ｂ）は、１次電圧部品（２２ａ）の第１基板（１４ａ）側とは反対側に設けられてもよい。変換部品（２２ｂ）は、第２基板（１４ｂ）の１次電圧部品（２２ａ）側とは反対の面（ＰＢ１）側に設けられていてもよい。
モータ駆動装置（１０）は、１次電圧部品（２２ａ）に風が送風され、且つ、制御回路（２０）および変換部品（２２ｂ）に風が送風されないように、配置されたファン（２６）を備えてもよい。これにより、１次電圧部品（２２ａ）を冷却することができるとともに、送風した風に含まれる液体（例えば、切削液）によって、制御回路（２０）および変換部品（２２ｂ）が誤作動を起こしてしまうことを防止することができる。
モータ駆動装置（１０）は、ファン（２６）から送風された風が、制御回路（２０）および変換部品（２２ｂ）に流れないように遮蔽する遮蔽部材（２８）を備えてもよい。これにより、１次電圧部品（２２ａ）およびパワー素子（２２ｃ）を効率よく冷却することができ、制御回路（２０）および変換部品（２２ｂ）の誤作動を確実に防止することができる。
１０…モータ駆動装置 １２…制御基板
１４…パワー基板 １４ａ…第１基板
１４ｂ…第２基板 ２０…制御回路
２２…パワー回路 ２２ａ…１次電圧部品
２２ｂ…変換部品 ２２ｃ…パワー素子
２３ａ…第１導体 ２３ｂ…第２導体
２３ｃ…第３導体 ２４…ヒートシンク
２６…ファン ２８…遮蔽部材

Claims (7)

  1. ２次電圧の制御信号を出力する制御回路が実装された制御基板と、
    前記２次電圧より大きい１次電圧が印加されるパワー回路が実装されたパワー基板と、
    を備え、
    前記パワー基板は、
    前記１次電圧のみが印加される１次電圧部品が実装された第１基板と、
    前記１次電圧を前記２次電圧に、前記２次電圧を前記１次電圧に変換する変換部品が実装された第２基板と、
    を有する、モータ駆動装置。
  2. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
    前記第１基板には、前記制御信号によって駆動するパワー素子が実装され、
    前記変換部品は、前記２次電圧の前記制御信号を前記１次電圧の制御信号に変換し、
    前記１次電圧部品は、前記１次電圧の制御信号を前記パワー素子に伝達する第１導体を有する、モータ駆動装置。
  3. 請求項１または２に記載のモータ駆動装置であって、
    前記１次電圧部品は、前記１次電圧の検出信号を前記変換部品に伝達する第２導体を有し、
    前記変換部品は、前記１次電圧の前記検出信号を前記２次電圧の前記検出信号に変換して、前記制御回路に出力する、モータ駆動装置。
  4. 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１次電圧部品は、所定値以上の大電流が流れる第３導体を有する、モータ駆動装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、
    前記１次電圧部品は、前記第１基板の一方の面側に実装され、
    前記第２基板は、前記１次電圧部品の前記第１基板側とは反対側に設けられ、
    前記変換部品は、前記第２基板の前記１次電圧部品側とは反対の面側に設けられている、モータ駆動装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、
    前記１次電圧部品に風が送風され、且つ、前記制御回路および前記変換部品に風が送風されないように、配置されたファンを備える、モータ駆動装置。
  7. 請求項６に記載のモータ駆動装置であって、
    前記ファンから送風された風が、前記制御回路および前記変換部品に流れないように遮蔽する遮蔽部材を備える、モータ駆動装置。
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