JP4775766B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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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自動組立化と部品削減効果を上げるためのサポートに関するものである。
従来のモータ制御装置、例えばインバータ装置は、高熱を発する、インバータ部ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）素子等を備えたパワー半導体モジュールを用いているため、前記パワー半導体モジュールをヒートシンクに密着させ冷却効果を上げている（例えば、特許文献１）。更に冷却効果を上げるためにファンを用い強制空冷にて冷却効果を上げている。
また、樹脂製のサポートを、ヒートシンクと基板との間に構成させ、ヒートシンク側からの熱を基板側に伝えないように構成している。
従来のモータ制御装置、例えばインバータ装置においては、図５及び図６に示す構成がとられてきた。
図５及び図６において、ヒートシンク１１の上面１１ａに、サポート１２を載置するとともに、前記サポート１２のモジュール通し穴１２ａに、パワー半導体モジュール１３を、外部電極端子１３ａを上にして入れ込み、前記基板１５は、端子通し穴１５ａに前記パワー半導体モジュール１３の外部電極端子１３ａを通して前記サポートの上に載置し、前記パワー半導体モジュール１３は、前記ヒートシンク１１の上面１１ａに形成されたパワー半導体モジュール取付面１１ｂに載置する。
この状態で、ネジ１４を、パワー半導体モジュール１３のネジ通し穴１３ｂに通して前記パワー半導体モジュール取付面１１ｂに設けたネジ穴１１ｃに螺合締め付けすることによって、前記パワー半導体モジュール１３をパワー半導体モジュール取付面１１ｂに密着させて実装する。
また、ネジ１８を、基板１５のネジ通し穴１５ｂと前記サポート１２のネジ通し穴１２ｂに通して、前記ヒートシンクの上面１１ａに設けたネジ穴１１ｄに螺合締め付けすることによって、前記基板１５とサポート１２を前記ヒートシンク１１に締め付け固定する。このとき、前記ネジ１４の頭部は、基板１５に形成したネジ通し穴１５ｂ入り込む。
なお、前記ヒートシンク１１の地側には、冷却用のファン１６及びケーブル１６ａ、コネクタ１６ｂ、ケーブル１６ｃを取付けたファンケース１７が取付けられている。
この構成における、前記サポート１２は、複雑な形状を形成するためとヒートシンク１１からの熱を断熱するため樹脂にて成型されている。
特開２００４−３４９５４８号公報
また、樹脂製のサポートを、ヒートシンクと基板との間に構成させ、ヒートシンク側からの熱を基板側に伝えないように構成している。
従来のモータ制御装置、例えばインバータ装置においては、図５及び図６に示す構成がとられてきた。
図５及び図６において、ヒートシンク１１の上面１１ａに、サポート１２を載置するとともに、前記サポート１２のモジュール通し穴１２ａに、パワー半導体モジュール１３を、外部電極端子１３ａを上にして入れ込み、前記基板１５は、端子通し穴１５ａに前記パワー半導体モジュール１３の外部電極端子１３ａを通して前記サポートの上に載置し、前記パワー半導体モジュール１３は、前記ヒートシンク１１の上面１１ａに形成されたパワー半導体モジュール取付面１１ｂに載置する。
この状態で、ネジ１４を、パワー半導体モジュール１３のネジ通し穴１３ｂに通して前記パワー半導体モジュール取付面１１ｂに設けたネジ穴１１ｃに螺合締め付けすることによって、前記パワー半導体モジュール１３をパワー半導体モジュール取付面１１ｂに密着させて実装する。
また、ネジ１８を、基板１５のネジ通し穴１５ｂと前記サポート１２のネジ通し穴１２ｂに通して、前記ヒートシンクの上面１１ａに設けたネジ穴１１ｄに螺合締め付けすることによって、前記基板１５とサポート１２を前記ヒートシンク１１に締め付け固定する。このとき、前記ネジ１４の頭部は、基板１５に形成したネジ通し穴１５ｂ入り込む。
なお、前記ヒートシンク１１の地側には、冷却用のファン１６及びケーブル１６ａ、コネクタ１６ｂ、ケーブル１６ｃを取付けたファンケース１７が取付けられている。
この構成における、前記サポート１２は、複雑な形状を形成するためとヒートシンク１１からの熱を断熱するため樹脂にて成型されている。
しかしながら、従来のモータ制御装置の構成には次のような問題があった。
パワー半導体モジュール１３の外部電極端子１３ａの数が多いため、外部電極端子１３ａの位置決めが難しく、ヒートシンク１１にサポート１２とパワー半導体モジュール１３を取付け、その上に基板１５を載せるのが困難であった。そのため、特殊な治具を使い、基板１５にパワー半導体モジュール１３とサポート１２、ヒートシンク１１を取付けていた。特殊な治具を使用するため、治具へのセッティングに時間が必要であり、作業時間の短縮に限界があった。また治具へのセッティングは、手作業でしか行えないため、ロボットによる組立ては不可能であった。また、組立に治具が必要なため、機種毎に治具が必要であり、治具の管理が必要であった。
治具が必要であるため、治具の購入費が必要であり、また作業費及び管理費が必要なためコストアップとなる。そのため、モータ制御装置のコストダウン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、装置の組立てを容易にできるとともに、部品費を削減し、コストダウンする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ものである。
パワー半導体モジュール１３の外部電極端子１３ａの数が多いため、外部電極端子１３ａの位置決めが難しく、ヒートシンク１１にサポート１２とパワー半導体モジュール１３を取付け、その上に基板１５を載せるのが困難であった。そのため、特殊な治具を使い、基板１５にパワー半導体モジュール１３とサポート１２、ヒートシンク１１を取付けていた。特殊な治具を使用するため、治具へのセッティングに時間が必要であり、作業時間の短縮に限界があった。また治具へのセッティングは、手作業でしか行えないため、ロボットによる組立ては不可能であった。また、組立に治具が必要なため、機種毎に治具が必要であり、治具の管理が必要であった。
治具が必要であるため、治具の購入費が必要であり、また作業費及び管理費が必要なためコストアップとなる。そのため、モータ制御装置のコストダウン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、装置の組立てを容易にできるとともに、部品費を削減し、コストダウンする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ものである。
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、フィンを備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクに密着する樹脂で形成されたサポートと、前記ヒートシンクに密着する複数の外部電極端子を備えたパワー半導体モジュールと、前記複数の外部電極端子が接続される基板と、接続ケーブルとコネクタを備え、前記ヒートシンクに取付けられるファンと、前記ファンと前記ヒートシンクを固定させるファンケースと、前記サポートに形成したヒートシンク位置決め用ボスとを備え、前記サポートに、前記パワー半導体モジュールを仮止めする仮止めバネを形成し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、前記サポートに、基板位置決め用のサポートボスを形成したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記サポートに、前記パワー半導体モジュールの複数の外部電極端子を通す端子通し穴を形成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記サポートボスの裏側に凹部を形成したことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記サポートに、前記基板を固定させる爪を形成したことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記サポートに、前記ファンのコネクタを固定するコネクタ固定部を形成したことを特徴とするものである。
請求項１に記載の発明は、フィンを備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクに密着する樹脂で形成されたサポートと、前記ヒートシンクに密着する複数の外部電極端子を備えたパワー半導体モジュールと、前記複数の外部電極端子が接続される基板と、接続ケーブルとコネクタを備え、前記ヒートシンクに取付けられるファンと、前記ファンと前記ヒートシンクを固定させるファンケースと、前記サポートに形成したヒートシンク位置決め用ボスとを備え、前記サポートに、前記パワー半導体モジュールを仮止めする仮止めバネを形成し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、前記サポートに、基板位置決め用のサポートボスを形成したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記サポートに、前記パワー半導体モジュールの複数の外部電極端子を通す端子通し穴を形成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記サポートボスの裏側に凹部を形成したことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記サポートに、前記基板を固定させる爪を形成したことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記サポートに、前記ファンのコネクタを固定するコネクタ固定部を形成した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に記載の発明によると、サポートにヒートシンクの位置決め用のヒートシンク位置決めボスを形成するため、ヒートシンクにサポートの誘い込みを行うことができ、組立てが容易に行なえるようになる。組立てが容易に行なえるようになることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上させることができる。
請求項２記載の発明によると、サポートに、基板の位置決め用のサポートボスを形成するため、基板の誘い込みを行うことができ、組立てが容易に行なえるようになる。組立てが容易に行なえるようになることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上させることができる。
請求項１から請求項３に記載の発明によると、サポートに、パワー半導体モジュールの複数の外部電極端子を通す端子通し穴と、パワー半導体モジュールを仮止めすることができる仮止めバネを形成するため、端子がサポートに対して常に同じ位置に来ることができるようになる。端子がサポートに対して常に同じ位置に来ることができるようになることにより、ヒートシンク及びサポート、パワー半導体モジュールの取付け誤差が無くなり、組立てが容易に行なえるようになる。組立てが容易に行なえるようになることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上させることができる。
また、特殊な治具を必要としないため、治具の購入費及び作業費、管理費が不要となる。さらに、治具の購入費及び作業費、管理費が不要になることにより、モータ制御装置をコストダウンすることができる。
請求項４記載の発明によると、サポートのサポートボスの裏側にサポートボス凹部を形成するため、サポート同士を段積みすることができるようになり、常に同じ位置に多量のサポートを置くことができるようになる。常に同じ位置に多量のサポートを置くことができることにより、配膳供給装置が小型化でき、またロボットによる部品の位置検索が容易に行えるようになる。ロボットによる部品の位置検索が容易に行えることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上することができる。
請求項５記載の発明よると、サポートに基板を固定させる爪を形成するため、基板の固定ネジが不要となる。基板の固定ネジが不要になることにより、部品及びネジ締め作業時間が削減され、部品費及び作業費が不要となる。部品費及び作業費が不要となることにより、モータ制御装置をコストダウンすることができる。
請求項６記載の発明によると、ケーブル配線の引き回しが簡素化され、交換が容易に行なえるようになる。したがって、顧客での取替えが簡単に行なうことができ、メンテナンス性が向上する。
請求項１に記載の発明によると、サポートにヒートシンクの位置決め用のヒートシンク位置決めボスを形成するため、ヒートシンクにサポートの誘い込みを行うことができ、組立てが容易に行なえるようになる。組立てが容易に行なえるようになることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上させることができる。
請求項２記載の発明によると、サポートに、基板の位置決め用のサポートボスを形成するため、基板の誘い込みを行うことができ、組立てが容易に行なえるようになる。組立てが容易に行なえるようになることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上させることができる。
請求項１から請求項３に記載の発明によると、サポートに、パワー半導体モジュールの複数の外部電極端子を通す端子通し穴と、パワー半導体モジュールを仮止めすることができる仮止めバネを形成するため、端子がサポートに対して常に同じ位置に来ることができるようになる。端子がサポートに対して常に同じ位置に来ることができるようになることにより、ヒートシンク及びサポート、パワー半導体モジュールの取付け誤差が無くなり、組立てが容易に行なえるようになる。組立てが容易に行なえるようになることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上させることができる。
また、特殊な治具を必要としないため、治具の購入費及び作業費、管理費が不要となる。さらに、治具の購入費及び作業費、管理費が不要になることにより、モータ制御装置をコストダウンすることができる。
請求項４記載の発明によると、サポートのサポートボスの裏側にサポートボス凹部を形成するため、サポート同士を段積みすることができるようになり、常に同じ位置に多量のサポートを置くことができるようになる。常に同じ位置に多量のサポートを置くことができることにより、配膳供給装置が小型化でき、またロボットによる部品の位置検索が容易に行えるようになる。ロボットによる部品の位置検索が容易に行えることにより、ロボットでの自動組立てを簡単に行なうことができ、作業性を向上することができる。
請求項５記載の発明よると、サポートに基板を固定させる爪を形成するため、基板の固定ネジが不要となる。基板の固定ネジが不要になることにより、部品及びネジ締め作業時間が削減され、部品費及び作業費が不要となる。部品費及び作業費が不要となることにより、モータ制御装置をコストダウンすることができる。
請求項６記載の発明によると、ケーブル配線の引き回しが簡素化され、交換が容易に行なえるようになる。したがって、顧客での取替えが簡単に行なうことができ、メンテナンス性が向上する。
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、本発明の実施例におけるモータ制御装置を示す斜視図である。図２は、図1におけるモータ制御装置の分解斜視図である。図３は、図２におけるサポートの図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は背面図である。図４は、複数のパワー半導体モジュールを取付ける場合のサポートを示した図であり、（ａ）はサポートの正面図、（ｂ）はサポートの右側面図、（ｃ）は平面図である。
図１から図４において、１は冷却用のヒートシンク、２は樹脂製のサポート、３はインバータ部ＩＧＢＴ素子等を含むパワー半導体モジュールであり、複数本の外部電極端子３ａを持つ構造になっている。３ｂはネジ通し穴、４は前記パワー半導体モジュール３をヒートシンク１に取り付けるためのネジ、５は前記パワー半導体モジュール３の外部電極端子３ａが接続される基板である。５ａは前記パワー半導体モジュール３の外部電極端子３ａを通すための端子通し穴、５ｂは前記基板５に設けたサポートボス通し穴、５ｃはネジ４の頭部を入れ込むためのネジ通し穴である。６はケーブル６ａ及びコネクタ６ｂを備えたファンである。７はファン６をヒートシンク１に固定するファンケースである。
図１から図４において、１は冷却用のヒートシンク、２は樹脂製のサポート、３はインバータ部ＩＧＢＴ素子等を含むパワー半導体モジュールであり、複数本の外部電極端子３ａを持つ構造になっている。３ｂはネジ通し穴、４は前記パワー半導体モジュール３をヒートシンク１に取り付けるためのネジ、５は前記パワー半導体モジュール３の外部電極端子３ａが接続される基板である。５ａは前記パワー半導体モジュール３の外部電極端子３ａを通すための端子通し穴、５ｂは前記基板５に設けたサポートボス通し穴、５ｃはネジ４の頭部を入れ込むためのネジ通し穴である。６はケーブル６ａ及びコネクタ６ｂを備えたファンである。７はファン６をヒートシンク１に固定するファンケースである。
前記ヒートシンク１は、例えば直方体をしており、上面１ａは平面状に形成され、サポート２を取付けるためのサポートボス位置決め穴１ｂとサポート取付けボス１ｃが複数個形成されている。またパワー半導体モジュール３をヒートシンク１の上面１ａに形成されたパワー半導体モジュール取付面１ｄに取付けるためのネジ穴１ｅが複数個形成されている。
前記サポート２は、上面のほぼ中央部にモジュール通し穴２ａを設け、また、前記モジュール通し穴２ａを挟んでサポートボス２ｂを例えば２箇所設けている。さらに、側面には、例えば４箇所に、ヒートシンク１を取り付けるためのヒートシンク取付穴２ｃを設けている。さらに、上面の外周部の複数箇所に、基板５を固定するための基板固定爪２ｄを設けている。また、裏面には、ヒートシンク１を取り付けるときの位置決めのためのヒートシンク位置決めボス２ｅと、コネクタ６ｂを固定するためのコネクタ固定部２ｆと、前記サポート２同士を段積みするために、サポートボス２ｂの裏面に凹部を形成して設けたサポートボス凹部２ｇを設けている。
また、図２に示すサポート２は、１個のパワー半導体モジュール３を実装する場合の構成を示しているが、複数個、例えば２個のパワー半導体モジュールを実装する場合のサポート２は図４に示すような構成となる。このサポート２には、パワー半導体モジュール３を仮止めするための複数の仮止めバネ２ｈと、パワー半導体モジュール３の外部電極端子３ａを通すための端子通し穴２ｉを設けている。
また、図２に示すサポート２は、１個のパワー半導体モジュール３を実装する場合の構成を示しているが、複数個、例えば２個のパワー半導体モジュールを実装する場合のサポート２は図４に示すような構成となる。このサポート２には、パワー半導体モジュール３を仮止めするための複数の仮止めバネ２ｈと、パワー半導体モジュール３の外部電極端子３ａを通すための端子通し穴２ｉを設けている。
前記パワー半導体モジュール３は、前記ヒートシンク１の上面に形成されたパワー半導体モジュール取付面１ａの上に配置され、ネジ４をパワー半導体モジュール３のネジ通し穴３ｂに通して、前記パワー半導体モジュール取付面１ａに形成されたネジ穴１ｅに螺合締め付けさせることにより仮固定する。
前記基板５は、前記サポート２の上に配置し、サポートボス２ｂと基板固定爪２ｄで固定させる。前記パワー半導体モジュール３も締付固定させる。この状態で前記パワー半導体モジュール３の端子を基板５に半田付けする。
前記ファン６は、前記ヒートシンク１に配置し、ファンケース７で前記ヒートシンク１に固定させる。なお、ケーブル６ａ及びコネクタ６ｂ、ケーブル６ｃを前記サポート２のファンコネクタ固定部２ｆに固定させる。
本発明のモータ制御装置は、サポート２にヒートシンクの位置決めボス２ｅ及びサポートボス２ｂ、ヒートシンク取付け穴２ｃ、パワー半導体モジュール端子通し穴２ｉ、パワー半導体モジュール仮止めバネ２ｈを形成しているので、部品の取付け誤差がなくなり、組立てが容易に行なえるようになる。組立てが容易に行なえるようになることにより、ロボットでの自動組立てが簡単に行なうことができ、作業性が向上する。
さらに、サポートボス凹部２ｇにより、サポート同士を段積みすることができるようになり、常に同じ位置に多量のサポートを置くことができるようになる。常に同じ位置に多量のサポートを置くことができることにより、配膳供給装置が小型化でき、またロボットによる部品の位置検索が容易に行えるようになる。ロボットによる部品の位置検索が容易に行えることにより、ロボットでの自動組立てが簡単に行なうことができ、作業性の向上を行なうことができる。また、特殊な治具を必要としないため、治具の購入費及び作業費、管理費が不要となる。治具の購入費及び作業費、管理費が不要になることにより、モータ制御装置のコストダウンができる。
また、基板固定爪２ｄが形成されているので、基板の固定ネジが不要となる。基板の固定ネジが不要になることにより、部品及びネジ締め作業時間が削減され、部品費及び作業費が不要となる。部品費及び作業費が不要となることにより、モータ制御装置のコストダウンができる。
また、ファンコネクタ固定部２ｆを形成しているので、ケーブル配線の引き回しが簡素化され、交換が容易に行なえるようになる。これにより、顧客での取替えが簡単に行なえ、メンテナンス性が向上する。
さらに、サポートボス凹部２ｇにより、サポート同士を段積みすることができるようになり、常に同じ位置に多量のサポートを置くことができるようになる。常に同じ位置に多量のサポートを置くことができることにより、配膳供給装置が小型化でき、またロボットによる部品の位置検索が容易に行えるようになる。ロボットによる部品の位置検索が容易に行えることにより、ロボットでの自動組立てが簡単に行なうことができ、作業性の向上を行なうことができる。また、特殊な治具を必要としないため、治具の購入費及び作業費、管理費が不要となる。治具の購入費及び作業費、管理費が不要になることにより、モータ制御装置のコストダウンができる。
また、基板固定爪２ｄが形成されているので、基板の固定ネジが不要となる。基板の固定ネジが不要になることにより、部品及びネジ締め作業時間が削減され、部品費及び作業費が不要となる。部品費及び作業費が不要となることにより、モータ制御装置のコストダウンができる。
また、ファンコネクタ固定部２ｆを形成しているので、ケーブル配線の引き回しが簡素化され、交換が容易に行なえるようになる。これにより、顧客での取替えが簡単に行なえ、メンテナンス性が向上する。
１ ヒートシンク
１ａ 上面
１ｂ サポートボス位置決め穴
１ｃ サポート取付けボス
１ｄ パワー半導体モジュール取付面
１ｅ ネジ穴
２ サポート
２ａ モジュール通し穴
２ｂ サポートボス
２ｃ ヒートシンク取付け穴
２ｄ 基板固定爪
２ｅ ヒートシンク位置決めボス
２ｆ コネクタ固定部
２ｇ サポートボス凹部
２ｈ 仮止めバネ
２ｉ 端子通し穴
３ パワー半導体モジュール
３ａ 外部電極端子
３ｂ ネジ通し穴
４ パワー半導体モジュール固定用のネジ
５ 基板
５ａ 端子通し穴
５ｂ サポートボス通し穴
５ｃ ネジ通し穴
６ ファン
６ａ ケーブル
６ｂ コネクタ
６ｃ ケーブル
７ ファンケース
８ 基板固定用のネジ
１ａ 上面
１ｂ サポートボス位置決め穴
１ｃ サポート取付けボス
１ｄ パワー半導体モジュール取付面
１ｅ ネジ穴
２ サポート
２ａ モジュール通し穴
２ｂ サポートボス
２ｃ ヒートシンク取付け穴
２ｄ 基板固定爪
２ｅ ヒートシンク位置決めボス
２ｆ コネクタ固定部
２ｇ サポートボス凹部
２ｈ 仮止めバネ
２ｉ 端子通し穴
３ パワー半導体モジュール
３ａ 外部電極端子
３ｂ ネジ通し穴
４ パワー半導体モジュール固定用のネジ
５ 基板
５ａ 端子通し穴
５ｂ サポートボス通し穴
５ｃ ネジ通し穴
６ ファン
６ａ ケーブル
６ｂ コネクタ
６ｃ ケーブル
７ ファンケース
８ 基板固定用のネジ
Claims (6)
- フィンを備えたヒートシンクと、
前記ヒートシンクに密着する樹脂で形成されたサポートと、
前記ヒートシンクに密着する複数の外部電極端子を備えたパワー半導体モジュールと、
前記複数の外部電極端子が接続される基板と、
接続ケーブルとコネクタを備え、前記ヒートシンクに取付けられるファンと、
前記ファンと前記ヒートシンクを固定させるファンケースと、
前記サポートに形成したヒートシンク位置決め用ボスと、
を備え、
前記サポートに、前記パワー半導体モジュールを仮止めする仮止めバネを形成したことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記サポートに、基板位置決め用のサポートボスを形成したことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
- 前記サポートに、前記パワー半導体モジュールの複数の外部電極端子を通す端子通し穴を形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
- 前記サポートボスの裏側に凹部を形成したことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
- 前記サポートに、前記基板を固定させる爪を形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
- 前記サポートに、前記ファンのコネクタを固定するコネクタ固定部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
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