JP4564298B2 - Control device for motor drive - Google Patents
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Description
本発明は、電動機駆動用の制御装置、特に低圧系交流電動機を駆動するためにMOSFETなどのパワー半導体素子を複数個並列接続した制御装置に関し、特に複数のパワー半導体素子とその放熱体の構造に関するものである。 The present invention relates to a motor drive control device, and more particularly to a control device in which a plurality of power semiconductor elements such as MOSFETs are connected in parallel to drive a low-voltage AC motor, and more particularly to the structure of a plurality of power semiconductor elements and their radiators. Is.
電動フォークなどの低圧系交流電動機の駆動には、MOSFETなどパワー半導体素子を複数個並列接続したインバータ回路を主構成要素とする制御装置が用いられている。
これらの交流電動機の多くは3相交流で、制御装置のパワー部は、図2(a)のようなインバータ回路で構成される。図2(b)に示すパワー半導体素子41を複数個並列接続したブロック4を+側と−側に直列に接続して1アームを構成する。
For driving a low-voltage AC motor such as an electric fork, a control device having an inverter circuit in which a plurality of power semiconductor elements such as MOSFETs are connected in parallel as a main component is used.
Most of these AC motors are three-phase AC, and the power unit of the control device is configured by an inverter circuit as shown in FIG. A
3相ではU、V、W相の3アームで構成され、制御回路(図示せず)からの駆動信号をもとにパワー半導体素子41をON・OFF駆動して、制御装置は3相交流を出力する。
またパワー半導体素子41を高周波でON・OFF駆動するために、電源インピーダンスを下げさらに平滑用に、電源には大きな電解コンデンサ7を接続する。
The three-phase is composed of three arms of U, V, and W phases, and the
In order to drive the
電源はDC100V以下の低圧で電動フォークを駆動するためには数百Aの大電流が必要なため、数十Aのパワー半導体素子41はブロック単位4に複数個並列接続し、アルミ等製の放熱体に装着する。
Since the power supply requires a large current of several hundreds A to drive an electric fork at a low voltage of DC 100 V or less, a plurality of
3相交流電動機の制御装置のパワー部の従来構成を図8に示す。図8(b)において21は装置全体の放熱体、16は各アームの放熱体、15はパワー半導体素子41のブロック単位4の放熱体、22はパワー半導体素子41と、その駆動回路そして電解コンデンサを実装したパワー基板、7は電解コンデンサ、14は絶縁ブシュ、17は絶縁シート、20,19はねじである。パワー半導体素子41はブロック4毎に図8(a)のように複数個並列配置される。
FIG. 8 shows a conventional configuration of the power section of the control device for the three-phase AC motor. In FIG. 8B, 21 is a heat radiating body of the entire apparatus, 16 is a heat radiating body of each arm, 15 is a heat radiating body of the
従来構造では、パワー基板22に電解コンデンサ7を実装し、パワー基板22と放熱体15間に絶縁ブッシュ14を取り付ける。さらに放熱体15と放熱体16の間に絶縁シート17を挿入し、ねじ20にてパワー基板22と、放熱体15,16とを一体に組み付ける。その後、パワー半導体素子41をねじ19で放熱体15に取り付け、パワー半導体素子41をパワー基板22に半田付けする。放熱体16に装着した1アームと電解コンデンサ7のパワー回路図を図9に示す。
In the conventional structure, the
この構造では、ねじ19の取り付けやパワー半導体素子41の半田付け作業を、パワー基板22と放熱体15,16とを一体に組み付けた後に各アーム毎に別個に行う。
In this structure, the attachment of the
この方法では、ねじの数が多く、ねじ加工やねじ締め工数は多大である。この改善策として、特開2003−348702のパワー半導体素子をカシメる方法が提案されている。この方法はねじは削減できてもカシメ方向が限定されるために複数個のパワー半導体素子を放熱体に3相分ブロック毎あるいはアーム毎に一括装着することはできず、製作工数削減には繋がらない。また、パワー基板が単独に3枚必要となり、部品数削減されない。 In this method, the number of screws is large, and the number of screwing and screwing steps is great. As an improvement measure, a method of caulking a power semiconductor element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-348702 has been proposed. Although this method can reduce the number of screws, the caulking direction is limited, so a plurality of power semiconductor elements cannot be attached to the heat dissipator for each block or arm for three phases, which leads to a reduction in manufacturing man-hours. Absent. In addition, three power boards are required independently, and the number of parts is not reduced.
また、特開平9−246764ではパワー半導体素子をバネで装着する方式が提案されている。しかし、該提案では、パワー半導体素子を個々にバネ留めしているので、バネが取り付け部品数だけ必要で、組立性が悪く、また、部品点数も多い。
本発明は、上記上記課題を解決するためになされたものであって、このため、本願請求項1にかかる発明は、電動機駆動用の制御装置において、複数個の半導体素子の冷却用の放熱体に、半導体素子を一括装着するための板バネの一端を差し込み保持する第1の溝と、半導体素子装着時に板バネを開くための挿入冶具を挿入する第2のと溝を設け、挿入冶具を円筒棒側面を削った半円構造とし、第2の溝を半円溝にし、挿入冶具を第2の溝に挿入し溝内で回転させることにより放熱体と板バネとの間に半導体素子が入る隙間を確保し、半導体素子の装着後挿入冶具を引き抜くことにより、放熱体に半導体素子をバネ圧で密着させ装着することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. Therefore, the invention according to
また、本願請求項2にかかる発明は、上記の制御装置において、さらに電解コンデンサを備え、パワー半導体素子と電解コンデンサとをパワー基板の同一面に列状に実装し、半導体素子、電解コンデンサそして放熱体を制御装置のケース内にて同一空間に配置したことを特徴とする。
The invention according to
また、さらに、本願請求項3にかかる発明は、上記の制御装置において、前記空間に冷却用ファンを設けたことを特徴とする。
さらに、本願請求項4にかかる発明は、前記制御装置が交流電動機を駆動す
る制御装置であることを特徴とする。
Furthermore, the invention according to
Further, the invention according to
請求項1の発明によれば、電極兼用の各ブロックの放熱体に、半導体素子を一括装着するための板バネの一端を差し込み保持する第1の溝と、半導体素子装着時に板バネを開くための挿入冶具を挿入する第2の溝とを設け、挿入冶具を円筒棒側面を削った半円構造とし、第2の溝を半円溝にし、挿入冶具を第2の溝に挿入し溝内で回転させることにより放熱体と板バネとの間に半導体素子が入る隙間を確保し、半導体素子の装着後挿入冶具を引き抜くことにより、放熱体に半導体素子をバネ圧で各ブロック毎に一括密着させ装着することができるので、組立工数を低減させることができ、組立てを迅速かつ容易に行なうことができる。また、部品点数を減少させ、構造を簡略化できる。 According to the present invention, the heat radiation of each block of the electrodes combined, a first groove for Write-holding insert one end of the leaf spring for collectively mounting a semiconductor element, a leaf spring to the semiconductor element when mounted a second groove for inserting the insertion jig for opening provided, the insertion jig and a semicircular structure shaved cylinder rod side, the second groove is a semicircular groove, and inserting the insertion jig in the second groove Rotating in the groove ensures a space for the semiconductor element to enter between the radiator and the leaf spring, and pulls out the insertion jig after mounting the semiconductor element, so that the semiconductor element is attached to the radiator with the spring pressure for each block. Since they can be attached in close contact with each other, the number of assembling steps can be reduced, and assembly can be performed quickly and easily. Further, the number of parts can be reduced and the structure can be simplified.
また、請求項1の発明によれば、挿入冶具を円筒棒側面を削った簡単な半円構造とし、第2の溝を半円溝にしたので、板バネの開閉がスムーズでかつ任意の角度で止めることも容易にできる。さらに、挿入冶具の製作加工が容易である。 According to the first aspect of the present invention, since the insertion jig has a simple semicircular structure in which the side surface of the cylindrical rod is cut and the second groove is a semicircular groove, the leaf spring can be opened and closed smoothly and at any angle. Can be easily stopped. Furthermore, the manufacturing process of the insertion jig is easy.
また、請求項2の発明によれば、半導体素子と電解コンデンサとをパワー基板の同一面に配置したので、半田面に部品がない構造となるため、自動半田付け、及び部品の足等の自動カットが出来るので、大きな工数低減となる。 According to the second aspect of the present invention, since the semiconductor element and the electrolytic capacitor are arranged on the same surface of the power substrate, there is no structure on the solder surface. Since it can be cut, the man-hour is greatly reduced.
さらに、請求項3の発明によれば、パワー基板に半導体素子と電解コンデンサとを同一面に列状に実装し、半導体素子、電解コンデンサそして放熱体を制御装置のケース内にて同一空間に配置し、該空間に冷却用のファンを設けたので、ケース、放熱体そしてパワー基板の囲む空間つまりトンネル空間が実現できるので、冷却用ファンによる各部品の一括冷却が可能で大きな冷却効果が期待できる。
Furthermore, according to the invention of
さらに、請求項4の発明によれば、本発明を交流電動機を駆動するインバータ制御装置に用いることにより、とくに組立てが複雑な多数のパワー半導体素子の放熱体への装着を容易に行なうことができる。
Furthermore, according to the invention of
以下、本発明を具体的な実施例をもとに説明する。
図1において、1は複数個のパワー半導体素子41を装着した各ブロックの電極兼用の放熱体、2はパワー半導体素子41を装着する板バネ、3は挿入冶具である。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
In FIG. 1,
図2(a)は制御装置のインバータ回路図で、4は図2(b)に示すようにパワー半導体素子41を複数個並列接続されたブロック単位のパワー半導体素子、7は平滑用の電解コンデンサである。
2A is an inverter circuit diagram of the control device, 4 is a power semiconductor element in a block unit in which a plurality of
図3は本発明による3相交流電動機駆動用の制御装置の実施例であり、同図(a)は裏蓋13を外した同制御装置の平面図、同図(b)は前板30を外した同制御装置の正面図である。
FIG. 3 shows an embodiment of a control device for driving a three-phase AC motor according to the present invention. FIG. 3 (a) is a plan view of the control device with the
同図において、5はパワー半導体素子41と電解コンデンサ7そしてパワー半導体素子41の駆動回路を実装したパワー基板、6はパワー基板5を放熱体1に取付るねじ、8は放熱体を兼ねたケース、9はケース8に放熱体1を取り付けるための絶縁体、10は放熱体1と8とを絶縁する為の絶縁シート、11は絶縁体9の取り付けねじである。
In the figure, 5 is a power substrate on which a
また、12はケース8内に取り付けた冷却用ファン(3個破線で図示)、13は裏蓋である。裏蓋13とパワー基板22の間にはマイコン等を実装した制御基板が存在するがここでは図示していない。
図4は、パワー基板5上に、UVW3相インバータ回路として1ブロック12個のパワー半導体素子41を6ブロックと、32個の電解コンデンサ7を実装したレイアウト図である。
FIG. 4 is a layout diagram in which 6 blocks of 12
図5は1ブロック単位の放熱体1の詳細を示す正面図(図a)と側面図(図b)で、板バネ2を差し込む第1の溝101と、挿入冶具3を挿入する第2の溝102を示す。放熱体1はアルミ押し型で作られ、パワー半導体素子41の数に合わせ、長さをカットしている。
FIG. 5 is a front view (FIG. A) and a side view (FIG. B) showing the details of the
図6は板バネ2の詳細図でスリットを入れることにより、各パワー半導体素子41の厚さがばらついても、独立したバネ圧が得られるようにしている。
図7はパワー半導体素子41挿入冶具3の正面図(図a)と端面図(図b)であって、挿入部分は半円形状を示す。
FIG. 6 is a detailed view of the
FIG. 7 is a front view (FIG. A) and an end view (FIG. B) of the
次に本発明の制御装置の各部品の組立方法を説明する。パワー半導体素子41が非絶縁型の素子で、放熱体1がUVWあるいはプラス側電極を兼用する場合を例に説明する。
Next, a method for assembling each part of the control device of the present invention will be described. An example will be described in which the
まず、図3に示すように、放熱体1は絶縁シート10を介してケース8の底板に、ねじ11で絶縁板9を挟み込むことにより固定し、6個の放熱体1を絶縁状態で取り付ける。
その後、図1(a)のように板バネ2を放熱体1の第1の溝101に合わせ挿入し、挿入冶具3を放熱体の第2の溝102に沿って挿入する。次に図1(b)のように挿入冶具3を90度廻すと板バネ2が開き放熱体1と板バネ2との間にパワー半導体素子41が入る隙間が確保される。6つのブロックとも同様の作業を行い、それぞれの放熱体1と板バネ2との間に隙間を確保する。その上で、パワー半導体素子41とその駆動回路及びコンデンサ7を予め半田付けしたパワー基板5の、部品取付け面を放熱体1側にして該パワー基板5を図3(b)のようにはめ込み、ねじ6でパワー基板5を放熱体1に取り付けた後、挿入冶具3を放熱体1と板バネとの間から引き抜くと図1(c)及び図3(b)のように、パワー半導体素子41はバネ圧で放熱体1に押し付けられて保持される。ケース8の前板(図示せず)はその後取り付けられる。
First, as shown in FIG. 3, the
Thereafter, as shown in FIG. 1A, the
放熱体1は、各電極の導電体としても使用することにより、パワー基板5に流れる電流を軽減でき、大電流化に対応できる。
パワー基板5には図3に示すように冷却が必要なパワー半導体素子41と電解コンデンサ7とを同一面に実装してある。
By using the
As shown in FIG. 3, a
このように、パワー基板に各取付け部品を同一面に実装し、取り付け面とは反対側の半田面には部品がない構造としたため、自動半田や、取り付け部品の足の自動カット等が出来るので、大きな工数低減が期待できる。 In this way, each mounting component is mounted on the same surface on the power board, and there is no component on the solder surface opposite to the mounting surface, so automatic soldering, automatic cutting of the mounting component feet, etc. can be done A great reduction in man-hours can be expected.
この構造に、さらに図3の破線で示すように、パワー半導体素子41及びコンデンサ7が設けられる空間に冷却ファン12を設けることにより、強制冷却による大きな冷却効果が期待できる。
In this structure, as shown by a broken line in FIG. 3, by providing the cooling
なお、上記の説明では絶縁シート10を用いて非絶縁型のパワー半導体素子41について説明したが、本発明は、絶縁型のパワー半導体素子41を用いた場合にも同様に適用できる。
また、DC−DCコンバータ等多数のパワー半導体素子41を用いる制御装置にも適用できる。
In the above description, the non-insulated
Further, the present invention can also be applied to a control device using a large number of
1 放熱体
2 板バネ
3 ジグ
4 パワー半導体素子のブロック
41 1つのパワー半導体素子
5 パワー基板
6 ねじ
7 電解コンデンサ
8 ケース
9 絶縁ブッシュ
10 絶縁シート
11 ねじ
12 ファン
13 カバー
14 絶縁ブッシュ
15、16 放熱体
17 絶縁シート
19、20 ねじ
21 放熱体
30 前板
1
41 One
Claims (4)
とする制御装置。 The control device according to claim 2 , wherein a cooling fan is provided in the space.
御装置であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかによる制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the control device is a control device having an inverter circuit that drives an AC motor as a main component.
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JP2004216392A JP4564298B2 (en) | 2004-07-23 | 2004-07-23 | Control device for motor drive |
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JPS6389256U (en) * | 1986-11-28 | 1988-06-10 | ||
JPH0674062U (en) * | 1993-03-17 | 1994-10-18 | 国産電機株式会社 | Rotating electric machine |
JP2000032729A (en) * | 1998-07-09 | 2000-01-28 | Calsonic Corp | Brushless motor |
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- 2004-07-23 JP JP2004216392A patent/JP4564298B2/en not_active Expired - Fee Related
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