JP2021040034A - パワー素子に対してバスバーを介して電力が流入出するモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低熱損失、高強度、高耐振動性、及び低コストのバスバーとパワー素子及びプリント基板との接続構造を有するモータ駆動装置を実現する。【解決手段】モータ駆動装置１は、モータ駆動電力を生成する電力変換回路の一部を構成するパワー素子１０であって、入出力端子１１を有するパワー素子１０と、穴２２を有するプリント基板２０と、パワー素子１０とプリント基板２０との双方に接続されるバスバー３０と、を備え、バスバー３０は、入出力端子１１に取り付けられる平板状の第１の接続部３１と、プリント基板２０に接続される第２の接続部３２と、第１の接続部３１と第２の接続部３２との間に延長され、穴２２を貫通する延長部３３とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、パワー素子に対してバスバーを介して電力が流入出するモータ駆動装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源または直流電源から供給される電力を電力変換回路にてモータを駆動するための電力（モータ駆動電力）に変換している。電力変換回路としては、入力された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ、及び、入力された交流電力を直流電力に変換して出力される整流器（「コンバータ」とも称する。）がある。例えば、交流電源から供給された交流電力を整流器にて直流電力に一旦変換したのちさらにインバータにて交流電力に変換して、この交流電力をモータ駆動電力として供給している。

インバータ及びＰＷＭ整流器を含む電力変換回路は、例えば、パワー素子と呼ばれる大電力用半導体スイッチング素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとを有するブリッジ回路からなり、パワー素子がオンオフ駆動されることで電力変換を行う。パワー素子には比較的大電流が流れることから、パワー素子の電極端子への電気的接続にはバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）が用いられる。バスバーは、例えば銅、真鍮、アルミなどの金属からなり、例えば板金加工により製造される。また、電力変換回路には、パワー素子のブリッジ回路からなる主回路、電力変換を制御するための制御回路、電力変換や異常検出などの各種処理に用いられる電流または電圧を検出するための検出回路、パワー素子のオンオフ時に発生するサージ電圧から回路を保護するためのスナバ回路など、様々な電気回路が設けられる。これら電気回路は、抵抗、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、オペアンプ、フォトカプラ、アナログディジタル変換回路（ＡＤＣ）、ディジタルアナログ変換回路（ＤＡＣ）、あるいは各種集積回路といった様々な部品から構成される。そこで、これら部品をプリント基板上に一括して実装することで、回路配線の小型化及び簡略化を図ることが多い。モータ駆動装置においては、様々な部品が実装されたプリント基板が、パワー素子と近接して配置されて電気的かつ物理的に接続される。例えば、バスバーを介してパワー素子へ流入またはパワー素子から流出する電流を検出したりパワー素子に接続されたバスバーの電位を検出する検出回路は、プリント基板上に設けられる。この場合、バスバーは、パワー素子の入出力端子に電気的に接続されるのみならず、プリント基板において検出回路に通じる電気配線にも電気的に接続される。

例えば、所定位置にねじ類貫通用穴およびプリント配線基板への半田付け用爪部を有しかつ折り曲げ加工が施された良導電金属平板よりなる電極端子と、該電極端子の爪部に挿入するに合致しプリント配線基板上の実装部品との配線が施された取り付け穴を有しかつ該取り付け穴に電極端子の爪部を挿入した状態において前記ねじ類貫通用穴直下の位置に抜き穴を有するプリント配線基板よりなり、前記プリント配線基板の取り付け穴に爪部を挿入し半田付けすることにより、前記プリント配線基板と電極端子を固定して成るプリント配線基板が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュール（１６Ａ、１６Ｂ）と、前記半導体モジュール（１６Ａ、１６Ｂ）に電気的に接続され、前記半導体モジュール（１６Ａ、１６Ｂ）を制御する制御回路部（２５）と、前記半導体モジュール（１６Ａ、１６Ｂ）に電気的に接続され、前記半導体モジュール（１６Ａ、１６Ｂ）に電力を入出させるバスバー（２３）と、前記バスバー（２３）と外部から電力を入出させる高圧ケーブル（３０）とが搭載され、前記バスバー（２３）及び前記高圧ケーブル（３０）が接続される端子台（２４）と、前記半導体モジュール（１６Ａ、１６Ｂ）と前記バスバー（２３）と前記端子台（２４）を収納する格納ケース（２６）とを有する電力変換装置（１）であって、前記格納ケース（２６）は、前記高圧ケーブル（３０）を挿通可能な第１の挿通孔（２９）及び第２の挿通孔（３８）と、前記高圧ケーブル（３０）と前記端子台（２４）との結合作業を行うために前記端子台（２４）に対向して形成された作業孔（３５）と、前記第１の挿通孔（２９）及び前記第２の挿通孔（３８）のうち前記高圧ケーブル（３０）が挿通されていない孔を閉塞する挿通孔蓋（３９）と、前記作業孔を閉塞する作業孔蓋（３６）とを備え、前記第１の挿通孔（２９）と前記第２の挿通孔（３８）とは、前記端子台（２４）を挟んで互いに対向する位置に形成され、前記作業孔（３５）は、前記第１の挿通孔（２９）と前記第２の挿通孔（３８）とを結ぶ方向と直交する方向に形成されていること、を特徴とする電力変換装置（１）が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、大電流プリント板に一方の側から他方の側へ貫通してかつ大電流プリント板の両側に突出して端子部を固定し、端子部の孔に一方の側から他方の側へ挿通したねじ部材により端子部の他方の側に当接した導体又は大電流素子を締付け固定したことを特徴とする大電流プリント板の接続構造が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平６−３０２９３２号公報 特開２０１１−２３４４８８号公報 実開平７−２９８７４号公報

上述のように、モータ駆動装置において、バスバーが電気的かつ物理的に接続されるパワー素子と近接してプリント基板が配置される際、バスバーは、プリント基板に設けられた電気配線にも電気的に接続される。

例えば、バスバーとパワー素子の入出力端子との間にプリント基板を挟み込むようにしてバスバーとパワー素子の入出力端子とを１つのねじにて締結することで、バスバーとパワー素子及びプリント基板とを電気的かつ物理的に固定することが考えられる。この場合、バスバー上のねじ穴をバーリング加工にて成形すれば、バスバーとパワー素子とのねじ締めの強度を確保することができるが、バスバーのバーリング部分の端面がパワー素子の入出力端子が接触することになるので接触面が小さく、このため熱損失が大きくなる。また、バスバーのように幅の狭い部材にバーリンク加工を施すことは、加工難度が高く、モータ駆動装置の製造コストの増加を招く。一方、製造コストを低減するためにバスバーにバーリング加工無しのねじ穴を設けた場合は、バスバーとパワー素子の入出力端子とは、プリント基板に設けられたランドを介して電気的に接続されることになるが、耐振動性に弱く、熱損失も大きい。

また例えば、耐振動性を高めるために、バスバーとパワー素子の入出力端子とをねじ締めにより締結するとともにバスバーとプリント基板とをねじ締めにより締結することで、バスバーとパワー素子の入出力端子との間にプリント基板を挟み込み、バスバーとパワー素子及びプリント基板とを電気的かつ物理的に固定することも考えられる。この場合、バスバーに対してねじ穴が２か所設けられるので、ねじ締め時にバスバーにストレスがかかり、バスバーの強度が低下する。また、バスバーのように幅の狭い部材にバーリンク加工やねじ穴加工を２か所も施すことは、加工難度がさらに高く、モータ駆動装置の製造コストの増加を招く。

したがって、モータ駆動装置においては、低熱損失、高強度、高耐振動性、及び低コストのバスバーとパワー素子及びプリント基板との接続構造を実現することが望まれている。

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、モータ駆動電力を生成する電力変換回路の一部を構成するパワー素子であって、入出力端子を有するパワー素子と、穴を有するプリント基板と、パワー素子とプリント基板との双方に接続されるバスバーと、を備え、バスバーは、入出力端子に取り付けられる平板状の第１の接続部と、プリント基板に接続される第２の接続部と、第１の接続部と第２の接続部との間に延長され、穴を貫通する延長部と、を有する。

本開示の一態様によれば、低熱損失、高強度、高耐振動性、及び低コストのバスバーとパワー素子及びプリント基板との接続構造を有するモータ駆動装置を実現することができる。

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及びパワー素子の接続構造を示す斜視図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台を示す斜視図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及びパワー素子の接続構造を示す断面図である。 バスバー（バーリング加工あり）とパワー素子との間にプリント基板を挟み込むように接続する従来技術による接続構造を示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 バスバー（バーリング加工無し）とパワー素子との間にプリント基板を挟み込むように接続する従来技術による接続構造を示す断面図である。 バスバーとパワー素子との接続及びバスバーとプリント基板との接続の両方にねじ締めによる締結を用いる従来技術による接続構造を示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー及びパワー素子に、曲げ強度確保のためのリブを設けた場合の斜視図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるリブが設けられた導電性支持台を示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台が防滴壁及び通風路を構成する壁として機能するプリント基板を例示する正面図である。

以下図面を参照して、パワー素子に対してバスバーを介して電力が流入出するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

図１は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及びパワー素子の接続構造を示す斜視図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。図２は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台を示す斜視図である。図３は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及びパワー素子の接続構造を示す断面図である。

モータ駆動装置１は、パワー素子１０と、プリント基板２０と、バスバー３０とを備える。また、モータ駆動装置１において、プリント基板２０上には、バスバー３０を支持する実装端子部材として、導電性支持台４０が設けられる。モータ駆動装置１が駆動するモータが設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。

パワー素子１０は、モータ駆動装置１におけるモータ駆動電力を生成する電力変換回路の一部を構成する半導体スイッチング素子である。電力変換回路の例としては、インバータ及びＰＷＭ整流器などがある。電力変換回路は、例えば、パワー素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとを有するブリッジ回路からなり、パワー素子がオンオフ駆動されることで電力変換を行う。パワー素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、パワー素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のパワー素子であってもよい。

パワー素子１０は、電流が流入する入力端子及び電流が流出する出力端子を有する。本実施形態において、バスバー３０が接続されるパワー素子１０の端子は、入力端子であってもよく出力端子でもよい。以下、バスバー３０が接続されるパワー素子１０の端子を、「入出力端子１１」と称する。

プリント基板２０上には、パワー素子１０を有する電力変換回路の電力変換を制御するための制御回路、電力変換や異常検出などの各種処理に用いられる電流または電圧を検出するための検出回路、パワー素子のオンオフ時に発生するサージ電圧から回路を保護するためのスナバ回路など、様々な電気回路が設けられる。これら電気回路は、抵抗、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、オペアンプ、フォトカプラ、アナログディジタル変換回路（ＡＤＣ）、ディジタルアナログ変換回路（ＤＡＣ）、あるいは各種集積回路といった様々な部品から構成される。これら部品はプリント基板２０上に実装され、各部品の間は、当該部品を有する電気回路の機能に応じて、電気配線によって適宜接続される。プリント基板２０上に設けられる様々な電気回路のうち、特に、バスバー３０を介してパワー素子１０へ流入またはパワー素子１０から流出する電流を検出したりパワー素子１０に接続されたバスバー３０の電位を検出する検出回路、及びスナバ回路などは、バスバー３０に対して電気的に接続される。以下、プリント基板２０に設けられる電気配線のうちバスバー３０に対して電気的に接続されるプリント基板２０上の電気配線を、「電気配線２１」と称する。電気配線２１は、プリント基板２０の内部に設けられてもよく（プリント基板２０の内部に埋め込まれてもよく）、表面２０Ａ上に設けられてもよく、あるいはプリント基板２０の第２の表面２０Ｂに設けられてもよい。図示の例では、一例として、電気配線２１は、プリント基板２０の内部に設けられている。

また、プリント基板２０は、穴２２を有する。穴２２の大きさについては後述する。

バスバー３０は、パワー素子１０とプリント基板２０との双方に接続される。バスバー３０は、比較的大きい電流を導電するための導体であり、例えば銅、真鍮、アルミなどの金属からなり、例えば板金加工により製造される。

バスバー３０は、パワー素子１０の入出力端子１１に取り付けられる平板状の第１の接続部３１と、プリント基板２０に接続される第２の接続部３３と、第１の接続部３１と第２の接続部３３との間に延長され、プリント基板２０の穴２２を貫通する延長部３２とを有する。第１の接続部３１は、プリント基板２０の第１の表面２０Ａの側に配置され、第２の接続部３３は、プリント基板２０の第２の表面２０Ｂの側に配置される。つまり、第１の接続部３１と第２の接続部３３とは、プリント基板２０とを挟むようにして配置される。なお、第２の接続部３３の、延長部３２が位置する側とは反対側に延長する方向には、第３の接続部３４が設けられ、第３の接続部３４のさらに先には電源や他の電力変換回路が電気的に接続され得る。

延長部３２は、第１の接続部３１と第２の接続部３３との双方に交差する方向へ延長され、プリント基板２０の第２の表面２０Ｂの側から第１の表面２０Ａの側に向けて穴２２を貫通する。図示の例では、一例として、延長部３２は、プリント基板２０の第２の表面２０Ｂの法線の方向（すなわちプリント基板２０の第２の表面２０Ｂに垂直な方向）に沿って、穴２２を貫通している。この代替例として、延長部３２が穴２２を貫通する方向とプリント基板２０の第２の表面２０Ｂの法線の方向とが所定の傾斜角をなして、延長部３２が穴２２を貫通するように配置されてもよい。

第１の接続部３１と延長部３２とは屈曲部を介して連なって設けられ、延長部３２と第２の接続部３３とは屈曲部を介して連なって設けられることで、バスバー３０は折曲構造を有する。図示の例では、一例として、第１の接続部３１と延長部３２とが略垂直に交差し、延長部３２と第２の接続部３３とが略垂直に交差することで、バスバー３０は、折曲構造の態様の１つである階段状構造を有する。このようにバスバー３０は階段状構造を有するので、バスバー３０をプリント基板２０及びパワー素子１０に取り付ける際の公差を吸収することができるので、モータ駆動装置１の製造が容易となる。バスバー３０自体も、導電性金属平板を階段状に折り曲げ加工されることで形成されるので、製造が容易である。また、階段状構造が有する弾性（バネ性）により、バスバー３０の強度（折損耐性）及び耐振動性が増す。なお、図示の例では、第２の接続部３３と第３の接続部３４とについても屈曲部を介して連なって設けられるが、この代替例として、第２の接続部３３と第３の接続部３４とは屈曲部を介さずに連設されてもよい。

バスバー３０の第１の接続部３１において、パワー素子１０の入出力端子１１に、ねじ５０を介したねじ締めによる締結にて、電気的かつ物理的に接続される。ねじ５０は導電性部材からなることが好ましい。第１の接続部３１は平板状であり、この平板状の部分がバスバー３０の入出力端子１１に接するので、電気的接続面積が大きく、したがって、熱損失を低減させることができる。よって、バスバー３０からパワー素子１０へ向けてあるいはパワー素子１０からバスバー３０へ向けて、大電流を流すことができる。

バスバー３０をパワー素子１０に取り付ける際には、バスバー３０の第１の接続部３１及び延長部３２をプリント基板２０の第２の表面２０Ｂの側から、パワー素子１０の入出力端子１１が配置されたプリント基板２０の第１の表面２０Ａの側に向けて挿入する。そして、ねじ５０を、プリント基板２０の第２の表面２０Ｂの側から、パワー素子１０の入出力端子１１が配置されたプリント基板２０の第１の表面２０Ａの側に向けて挿入する。そして、第１の接続部３１とパワー素子１０の入出力端子１１とをねじ５０にてねじ締めにより固定する。

このため、バスバー３０の第１の接続部３１には、第１の接続部３１とパワー素子１０の入出力端子１１とをねじ締めにより締結するためのねじ貫通用穴３５が設けられる。また、プリント基板２０の穴２２は、少なくとも、バスバー３０を挿入することができなおかつねじ５０の頭部頂面に設けられた溝を工具で回すことができる程度の寸法及び形状を有する。より好ましくは、プリント基板２０の穴２２は、バスバー３０の延長部３２を穴２２に挿入してねじ５０を介して第１の接続部３１に取り付けたときに、ねじ５０の頭部頂面が穴２２を介してプリント基板２０の第２の接続部３３の側から視認できる程度の寸法及び形状を有する。さらに好ましくは、プリント基板２０の穴２２は、延長部３２の厚み（プリント基板２０の第２の表面２０Ｂに平行な端面）と、平板状の第１の接続部３１の表面（プリント基板２０の第２の表面２０Ｂに平行な表面）とを併せたよりも大きい寸法及び形状を有する。例えば、プリント基板２０の穴２２が、平板状の第１の接続部３１が視認できる程度の寸法及び形状を有していれば、作業者は、バスバー３０の延長部３２を２３２に挿入してねじ５０を介して第１の接続部３１に取り付ける作業がストレスなく行うことができ、製造後のメンテナンス作業も容易となる。なお、プリント基板２０の穴２２の大きさが大きいほど、バスバー３０とパワー素子１０との取り付けが容易にはなるが、プリント基板２０上に部品を実装することができる面積は小さくなるので、取り付け容易性と部品実装面積とのバランスを考慮して、プリント基板２０の穴２２の寸法及び形状を設計するのが好ましい。

バスバー３０の第２の接続部３３において、導電性支持台４０を介して、プリント基板２０に電気的かつ物理的に接続される。第２の接続部３３と導電性支持台４０とはねじ５１にてねじ締めにより固定される。このため、バスバー３０の第２の接続部３３には、第２の接続部３３と導電性支持台４０とをねじ締めにより締結するためのねじ貫通用穴３６が設けられる。

導電性支持台４０は、プリント基板２０に実装され、バスバー３０の第２の接続部３３とプリント基板２０との間に介在する。階段状構造を有するバスバー３０は、導電性支持台４０を介してプリント基板２０に接続されるので、耐振動性が高い。

導電性支持台４０は、バスバー３０の第２の接続部３３に取り付けられる上板部分４３と、上板部分４３の一対の縁から上板部分４３に交差する方向へ延長され、互いに間隔を空けて配置される一対の側板部分４３と、を有し、上板部分４４に取り付けた導電性支持台４０の第２の接続部３３をプリント基板から離隔した位置に支持する。より詳しくは、上板部分４４には、バスバー３０の第２の接続部３３と導電性支持台４０とをねじ締めにより締結するためのねじ貫通用穴４１が設けられる。また、側板部分４３の末端には、プリント基板２０の電気配線２１と導電性支持台４０とを半田付けにて電気的に接続するためのプリント基板用端子部４２が設けられる。プリント基板用端子部４２は、例えばばね性（弾性）を有する爪形状を有しており、プリント基板２０に設けられた穴に勘合することで導電性支持台４０をプリント基板２０の第２の表面２０Ｂ上に強固に固定するとともに、プリント基板２０の内部に設けられた電気配線２１と導電性支持台４０と電気的に接続する。プリント基板用端子部４２の形状は、図示された爪形状以外の形状であってもよい。また例えば、プリント基板用端子部４２とプリント基板２０の内部に設けられた電気配線２１との電気的接続は、プリント基板２０に設けられたランドを介してもよい。

このように、バスバー３０は、第１の接続部３１においてねじ５０によるねじ締めによりパワー素子１０の入出力端子１１と電気的かつ物理的に固定され、第２の接続部においてねじ５１によるねじ締めにより導電性支持台４０と電気的かつ物理的に固定される。導電性支持台４０は、プリント基板用端子部４２を介してプリント基板２０と電気的かつ物理的に固定される。バスバー３０は、第１の接続部３１においてパワー素子１０の入出力端子１１に電気的に接続され、第２の接続部３３において導電性支持台４０を介してプリント基板２０の電気配線２１に電気的に接続される。

本開示の実施形態を、電流がバスバー３０からパワー素子１０へ流入する場合の接続構造に用いる場合は、導電性支持台４０のインピーダンスを、パワー素子１０の入力インピーダンスよりも大きくすることで、バスバー３０からパワー素子１０に流入する電流（図１の実線矢印）よりも小さい電流（図１の破線矢印）を、バスバー３０からプリント基板２０の電気配線２１へ流れるようにすることができる。よって、導電性支持台４０のインピーダンスを適宜調整することで、バスバー３０に流れる電流を、パワー素子１０へ流れ込む大電流と、プリント基板２０の電気配線２１に流れ込む小電流とに分流することができる。

また、本開示の実施形態を、電流がパワー素子１０からバスバー３０へ流出する場合の接続構造に用いる場合は、導電性支持台４０のインピーダンスを、バスバー３０のインピーダンスよりも大きくすることで、パワー素子１０からバスバー３０へ流出する電流（図１では図示せず）よりも小さい電流（図１では図示せず）を、バスバー３０及び導電性支持台４０を介してプリント基板２０の電気配線２１へ流れるようにすることができる。よって、導電性支持台４０のインピーダンスを適宜調整することで、パワー素子１０から流出する電流を、バスバー３０の第３の接続部３４へ向けて流れる大電流と、導電性支持台４０を介してプリント基板２０の電気配線２１に流れ込む小電流とに分流することができる。

図４は、バスバー（バーリング加工あり）とパワー素子との間にプリント基板を挟み込むように接続する従来技術による接続構造を示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。なお、図４においては、プリント基板１２０に設けられバスバー１３０と電気的に接続される電気配線については、図示を省略している。

図４に示すように、従来より、ねじ穴がバーリング加工で形成されたバスバー１３０とパワー素子１１０の入出力端子１１１との間にプリント基板１２０を挟み込むようにしてバスバー１３０とパワー素子１１０の入出力端子１１１とを１つのねじ１５０にて締結することで、バスバー１３０とパワー素子１１０及びプリント基板１２０とを電気的かつ物理的に固定する接続構造が用いられている。バスバー１３０上のねじ１５０が貫通するねじ穴をバーリング加工にて成形すれば、バスバー１３０とパワー素子１１０とのねじ締めの強度が確保されるが、バスバー１３０はバーリング部分１３１の端面でパワー素子１１０の入出力端子１１１が接触することになるので接触面が小さく、このため熱損失が大きい。また、バスバー１３０のように幅の狭い部材にバーリンク加工を施すことは、加工難度が高く、モータ駆動装置の製造コストの増加を招く。

図５は、バスバー（バーリング加工無し）とパワー素子との間にプリント基板を挟み込むように接続する従来技術による接続構造を示す断面図である。なお、図５においては、プリント基板１２０に設けられバスバー１３０と電気的に接続される電気配線については、図示を省略している。

図５に示すように、従来は、バーリング加工無しのバスバー１３０とパワー素子１１０の入出力端子１１１との間にプリント基板１２０を挟み込むようにしてバスバー１３０とパワー素子１１０とを電気的かつ物理的に接続する場合、バスバー１３０とパワー素子１１０の入出力端子１１１とは、ランド１７０を介して電気的に接続されていた。このため、バスバー１３０とパワー素子１１０の入出力端子１１１とを直接的に接続する場合に比べて熱損失が大きい。また、バスバー１３０のように幅の狭い部材にバーリンク加工を施すことは、加工難度が高く、モータ駆動装置の製造コストの増加を招く。

図６は、バスバーとパワー素子との接続及びバスバーとプリント基板との接続の両方にねじ締めによる締結を用いる従来技術による接続構造を示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。なお、図６においては、プリント基板１２０に設けられバスバー１３０と電気的に接続される電気配線については、図示を省略している。

図６に示すように、耐振動性を高めるために、従来より、バスバー１３０とパワー素子１１０の入出力端子１１１とをねじ１６０を介してねじ締めにより締結するとともに、バスバー１３０とプリント基板１２０とをねじ１５０を介してねじ締めにより締結することで、バスバー１３０とパワー素子１１０の入出力端子１１１との間にプリント基板１２０を挟み込み、バスバー１３０とパワー素子１１０及びプリント基板１２０とを電気的かつ物理的に固定する接続構造が用いられている。この接続構造の場合、バスバー１３０に対してねじ穴が２か所設けられるので、ねじ締め時にバスバー１３０にストレスがかかり、バスバー１３０の強度が低下する。また、バスバー１３０のように幅の狭い部材にバーリンク加工やねじ穴加工を２か所も施すことは、加工難度がさらに高く、モータ駆動装置の製造コストの増加を招く。

これに対し、本開示の実施形態によれば、バスバー３０の第１の接続部３１は平板状であり、この平板状の部分でバスバー３０の入出力端子１１と接蝕するので、電気的接続面積が大きく、したがって、熱損失を低減させることができ、バスバー３０からパワー素子１０へあるいはパワー素子１０からバスバー３０へ大電流を流すことができる。また、バスバー３０は階段状構造を有するので、バスバー３０をプリント基板２０及びパワー素子１０に取り付ける際の公差を吸収することができるので、モータ駆動装置１の製造が容易となる。バスバー３０自体も、導電性金属平板を階段状に折り曲げ加工されることで形成されるので、製造が容易である。また、階段状構造が有する弾性（バネ性）により、バスバー３０の強度（折損耐性）及び耐振動性が増す。また、よって、導電性支持台４０のインピーダンスを適宜調整することで、バスバー３０に流れる電流のうち、所望の大きさの小電流が、プリント基板２０の電気配線２１に流れ込むようにすることができる。

続いて、バスバー３０及び導電性支持台４０の変形例について、図７及び図８を参照して説明する。バスバー３０及び導電性支持台４０については、曲げ強度をさらに確保するためにリブを設けてもよい。

図７は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー及びパワー素子に、曲げ強度確保のためのリブを設けた場合の斜視図である。また、図８は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるリブが設けられた導電性支持台を示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。バスバー３０に設けられるリブ３７及び３８並びに導電性支持台４０に設けられるリブ４５は、平板状金属部材に対するプレス加工により得られる凸部及び凹部を有する。例えば、図８に示すように、導電性支持台４０において、リブ４５は、凸部４５Ａ及び凹部４５Ｂを有する。リブ３７、３８及び４５は、バスバー３０及び導電性支持台４０において曲げ強度を確保したい任意の箇所に設ければよい。図示の例では、一例として、バスバー３０については延長部３２にリブ３７が設けられ、第３の接続部３４にリブ３８が設けられている。また、導電性支持台４０については側板部分４３にリブ４５が設けられる。このように、バスバー３０及び導電性支持台４０にリブを設けることで、強度（折損耐性）及び耐振動性が増す。

続いて、上述のような接続構造を有するモータ駆動装置１のさらなる適用例について、図９を参照して説明する。導電性支持台４０が有する一対の側板部分４３は、比較的大きな寸法を有するので、プリント基板２０上に実装される導電性支持台４０の側板部分４３を、プリント基板２０の他の実装部品に対する防滴壁として機能させてもよく、あるいは、プリント基板２０の他の実装部品に対する通風路を構成するための壁として機能させてもよい。

図９は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台が防滴壁及び通風路を構成する壁として機能するプリント基板を例示する正面図である。ここでは一例として、モータ駆動装置１内においてプリント基板２０を垂直に立てた状態で設置する例について説明する。図示の例では、プリント基板２０の第２の表面２０Ｂ上に、バスバー３０を支持するための導電性支持台４０、チップ抵抗などの部品７１〜７５、及び、電解コンデンサ６０が実装される。また、プリント基板２０の上方には、プリント基板２０上の実装部品を冷却するための冷却ファン８０が設置される。導電性支持台４０は、バスバー３０の第２の接続部３３から横方向へ突出する寸法及び形状を有するよう形成しておく。

例えばモータ駆動装置１が工作機械内のモータを駆動するための駆動源として用いられる場合、プリント基板２０の上方から切削液が垂れてくることがある。切削液９１が付着を避けたい部品７１〜７５が導電性支持台４０の下方に位置する場合は、図９に示すように、切削液の流出源と部品７１〜７５とが、導電性支持台４０の側板部分４３を挟んで互いに反対側に位置することになるように、導電性支持台４０をプリント基板２０上に実装する。これにより、上方から垂れてくる切削液は、導電性支持台４０の側板部分４３に当たることで側板部分４３に沿った向きに流れが変わり、部品７１〜７５に切削液が付着しなくなる。このように、導電性支持台４０の側板部分４３を、プリント基板２０の他の実装部品に対する防滴壁として機能させることができる。

また、電解コンデンサ６０などのような発熱する部品に対しては、冷却ファン８０によって流れが引き起こされる空気によって、冷却される。図示の例では、冷却ファン８０は、プリント基板２０の下方から上方に向かう向き（矢印９２の向き）に空気の流れを引き起こすが、導電性支持台４０の側板部分４３の長手方向が矢印９３の向きになるように導電性支持台４０をプリント基板２０上に実装すると、冷却ファン８０によって吸い上げられた空気は電解コンデンサ６０に当たる。これにより電解コンデンサ６０を冷却することができる。このように、導電性支持台４０の側板部分４３を、プリント基板２０の他の実装部品に対する通風路を構成する壁として機能させることができる。

導電性支持台４０はバスバー３０を第２の接続部３３において支持できる限り、導電性支持台４０の側板部分の向きは比較的自由であるので、切削液の流出減と切削液の付着を避けたい実装部品との位置関係や冷却ファン８０と冷却させたい実装部品との位置関係に応じて、導電性支持台４０の側板部分４３に沿う方向９３とバスバーの延伸方向９４とがなす角を適宜設計すればよい。

１ モータ駆動装置
１０ パワー素子
１１ 入出力端子
２０ プリント基板
２０Ａ プリント基板の第１の表面
２０Ｂ プリント基板の第２の表面
２１ 電気配線
２２ 穴
３０ バスバー
３１ 第１の接続部
３２ 延長部
３３ 第２の接続部
３４ 第３の接続部
３５、３６ ねじ貫通用穴
３７、３８ リブ
４０ 導電性支持台
４１ ねじ貫通用穴
４２ プリント基板用端子部
４３ 側板部分
４４ 上板部分
４５ リブ
４５Ａ 凸部
４５Ｂ 凹部
５０、５１ ねじ
６０ 電解コンデンサ
７１〜７５ 部品
８０ 冷却ファン
９１ 切削液
９２ 気流の方向

Claims (10)

1. モータ駆動電力を生成する電力変換回路の一部を構成するパワー素子であって、入出力端子を有するパワー素子と、
   穴を有するプリント基板と、
   前記パワー素子と前記プリント基板との双方に接続されるバスバーと、
   を備え、
   前記バスバーは、
   前記入出力端子に取り付けられる平板状の第１の接続部と、
   前記プリント基板に接続される第２の接続部と、
   前記第１の接続部と前記第２の接続部との間に延長され、前記穴を貫通する延長部と、
   を有する、モータ駆動装置。
2. 前記延長部は、前記第１の接続部と前記第２の接続部との双方に交差する方向へ延長される、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記バスバーは、前記第１の接続部と前記延長部と前記第２の接続部とからなる階段状構造を有する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記プリント基板に実装され、前記第２の接続部と前記プリント基板との間に介在する導電性支持台をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記導電性支持台は、
   前記バスバーの前記第２の接続部と前記導電性支持台とをねじ締めにより締結するためのねじ貫通用穴と、
   前記プリント基板に設けられた電気配線と前記導電性支持台とを電気的に接続するためのプリント基板用端子部と、
   を有する、請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記導電性支持台は、
   前記第２の接続部に取り付けられる上板部分と、
   前記上板部分の一対の縁から前記上板部分に交差する方向へ延長され、互いに間隔を空けて配置される一対の側板部分と、
   を有し、
   前記一対の側板部分が、末端で前記プリント基板に取り付けられて、前記上板部分に取り付けた前記第２の接続部を前記プリント基板から離隔した位置に支持する、請求項４または５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記導電性支持台は、前記第２の接続部から横方向へ突出する寸法及び形状を有して、前記プリント基板の他の実装部品に対する防滴壁を構成する、請求項４〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記導電性支持台は、前記第２の接続部から横方向へ突出する寸法及び形状を有して、前記プリント基板の他の実装部品に対する通風路を構成する、請求項４〜７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
9. 前記導電性支持台は、前記導電性支持台の曲げ強度を確保するリブを有する、請求項４〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
10. 前記バスバーは、前記バスバーの曲げ強度を確保するリブを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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