JPWO2008029638A1 - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

押し出しヒートシンク（１）を使用するとともに部品点数を削減し、組立工数を削減することにより、安価で冷却性能の高いモータ制御装置を提供する。押し出しヒートシンク（１）と、押し出しヒートシンク（１）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（４）と、複数の外部電極端子が接続される基板を備えたモータ制御装置において、押し出しヒートシンク（１）の両端に、モータ制御装置取付用の台座（２ａ）と基板取付用のボス（２ｂ）が成型されたダイカストフレーム（２）を備えた構成とする。

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放熱効果を上げるためのヒートシンク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、発熱部品である複数のパワー半導体モジュールが装着され、前記複数のパワー半導体モジュールを冷却するためのヒートシンクが装着されている（例えば、特許文献１参照）。 従来のモータ制御装置、例えばインバータ装置の構成を、図７から図９に示す。
図７は、従来のダイカストヒートシンクを使用したモータ制御装置を示す分解斜視図である。
図７において、ダイカストヒートシンク１０１には、モータ制御装置を制御盤に取り付けるための台座１０１ａと、基板取付用のボス１０２ｂ、樹脂ケース取付用の爪１０１ｃが一体成型されている。ダイカストヒートシンク１０１には、高熱を発するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）素子等を備えたパワー半導体モジュール１０２が実装されている。パワー半導体モジュール１０２の熱が、ダイカストヒートシンク１０１に伝わり放熱される。基板１０３が、ダイカストヒートシンク１０１に、一体成型された基板取付用のボス１０１ｂにネジ１０４により固定されるとともに、パワー半導体モジュール１０２と電気的に接続される。また、樹脂ケース１０５が、ダイカストヒートシンク１０１の樹脂ケース固定用のネジ穴１０１ｃに、樹脂ケース１０５のネジ１１０を螺合することによって、ダイカストヒートシンク１０１に取り付けられる。モータ制御装置は、ダイカストヒートシンク１０１の台座１０１ａにより制御盤（図示せず）に取り付けられる。
ダイカストヒートシンクは製造上の制限から、フィンのピッチを小さくすることが困難である。そのため８ｍｍ以下の密なピッチのフィンを成型できない。そのため放熱面積を一定以上増やすことができず、冷却性能に限界がある。より冷却性能を高めたヒートシンクとして、アルミ押し出し材により成型されたヒートシンクや、押し出しで成型されたヒートシンクのベースに平板状のフィンをカシメにて固定した、かしめヒートシンクが用いられる。これらは４ｍｍ程度までフィンピッチを狭くすることが可能であり、放熱面積を増加させている。以下、これらのヒートシンクを押し出しヒートシンクと記す。
近年ではモータ制御装置の小型化のために、小型かつ高性能なヒートシンクが求められるため、押し出しヒートシンクを使用することが多い。
図８は押し出しヒートシンクを使用した従来のモータ制御装置、例えばインバータ装置を示す。また図９は、図８におけるヒートシンクの取り付け構成を示す詳細図である。
押し出しヒートシンクは、製造上、断面形状が一定であるため、複雑な形状を造ることが難しい。そのため、図７に示すダイカストヒートシンク１０１を使用した従来のモータ制御装置とは異なる構成になる。
図８および図９において、押し出しヒートシンク１０６が樹脂もしくは板金で構成されたヒートシンクケース１０７に、ネジ１０８により取り付けられる。ヒートシンクケース１０７は、モータ制御装置を制御盤に取り付けるための台座部分１０７ａを有している。押し出しヒートシンク１に高熱を発するパワー半導体モジュール１０２が実装されている。また、押し出しヒートシンクにはスタッド１０９が取り付けられ、スタッド１０９に基板１０３をネジ１０４により固定している。基板１０３はパワー半導体モジュール１０２と電気的に接続される。また、樹脂ケース１０５が、ヒートシンクケース１０７の樹脂ケース固定用のネジ穴１０７ｃに、樹脂ケース１０５のネジ１１０を螺合することによって、ヒートシンクケース１０７に取り付けられる。
押し出しヒートシンク１０６を使用することにより、冷却性能が向上するためヒートシンクを小型化することが可能になり、モータ制御装置全体の小型化に貢献する。
特開２００４−３４９５４８号公報

しかしながら、従来のモータ制御装置に、押し出しヒートシンクを使用した場合、次のような問題があった。
すなわち、押し出しヒートシンクは製造上、断面形状が一定であるため、複雑な形状を造ることが難しい。従って、ダイカストヒートシンクのように、モータ制御装置取付用の台座や基板固定用のボス、樹脂ケース固定用の爪を一体成型することはできない。押し出しヒートシンクを加工して、それらの形状を再現した場合、加工費が高くなり過ぎる。そのため、押し出しヒートシンクを固定するケースや基板を固定するスタッド、樹脂ケース固定ネジを取り付ける必要がある。部品点数が増えるため、部品代が増加するとともに、組立の工数も増加し、モータ制御装置全体のコストアップの原因となる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、押し出しヒートシンクを使用するとともに部品点数を削減し、組立工数を削減することにより、安価で冷却性能の高いモータ制御装置を提供することを目的とする。

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、押し出しヒートシンクと、押し出し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を備えたモータ制御装置において、前記押し出しヒートシンクの両端に、ダイカストフレームを備え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、前記ダイカストフレームが、モータ制御装置取付用の台座と基板取付用のボスを有することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記ダイカストフレームを圧入またはかしめにて、押し出しヒートシンクに取り付け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、前記ダイカストフレームと樹脂ケースに、ダイカストフレームへの樹脂フレーム取付用の係合部を設け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、前記係合部が、ダイカストフレームに設けた爪と、樹脂フレームに設けた取付穴であることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、複数機種のモータ制御装置に適用される前記ダイカストフレームを共通形状とすることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記ダイカストフレームを、高さが等しく幅の異なるモータ制御装置と共通の形状とすることを特徴とするものである。

請求項１および請求項２に記載の発明によると、押し出しヒートシンクの両側に、基板取付用のボスとモータ制御装置取付用の台座を一体成型したダイカストフレームを備えることにより、部品点数を削減し、組立工数を削減してコストダウンが可能となる。
請求項３に記載の発明によると、押し出しヒートシンクとダイカストフレームの取付にネジを使用しないため、部品点数を削減し、組立工数を削減してコストダウンが可能となる。
請求項４および請求項５に記載の発明によると、ネジ等を用いずに樹脂ケースをダイカストフレームに取り付けることができるため、部品点数を削減し、組立工数を削減してコストダウンが可能となる。
請求項６に記載の発明によると、ダイカストフレームを同形状として部品の共通化を図り、部品種類の削減とともに、部品単価を下げることが可能である。
また、請求項７に記載の発明によると、容量の異なるモータ制御装置とダイカストフレームを共用することができ、製品シリーズを通じての部品種類の削減となるとともにダイカストフレームの製造数が増加し、コストダウンが可能である。

本発明の第１実施例を示すモータ制御装置の斜視図である。 図１におけるモータ制御装置の分解斜視図である。 図２におけるヒートシンク部の分解斜視図である。 第２実施例を示すモータ制御装置の分解斜視図である。 第３実施例を示すモータ制御装置の分解斜視図である。 第５実施例を示すモータ制御装置の分解斜視図である。 ダイカストヒートシンクを使用した従来のモータ制御装置を示す分解斜視図である。 押し出しヒートシンクを使用した従来のモータ制御装置を示す分解斜視図である。 図８におけるヒートシンクの取り付け構成を示す詳細図である。

符号の説明

１、１０６ 押し出しヒートシンク
１ａ フィン
２ ダイカストフレーム
２ａ、１０１ａ、１０７ａ 台座
２ｂ、１０１ｂ ボス
２ｃ 爪
３、６、１０４、１０８、１１０ ネジ
４、１０２ パワー半導体モジュール
５、１０３ 基板
７、１０５ 樹脂ケース
７ａ、１０５ａ 取付穴
１０１ ダイカストヒートシンク
１０１ｃ、１０７ｃ ネジ穴
１０７ ヒートシンクケース
１０９ スタッド

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は本発明の第１実施例の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１におけるヒートシンクとダイカストフレームの取付構造を示す詳細図である。
図１から３において、押し出しヒートシンク１にはフィン１ａが形成されており、フィンと反対面は平面になっている。フィン１ａは押し出しにより一体成型されているか、かしめにて取り付けられている。押し出しヒートシンク１の両端にダイカストフレーム２が、ネジ３にて固定されている。ダイカストフレーム２には、モータ制御装置を制御盤に取り付けるための台座２ａと、基板取付用のボス２ｂが一体成型されている。押し出しヒートシンク１の平面部にパワー半導体モジュール４が実装されている。パワー半導体モジュール４の熱が押し出しヒートシンク１に伝わり放熱される。基板５が、ダイカストフレーム２に一体成型された基板取付用のボス２ａにネジ６により固定されるとともに、パワー半導体モジュール４と電気的に接続される。また，樹脂ケース７はネジ等で固定される。モータ制御装置はダイカストフレーム２に一体成型された台座２ｂにより、制御盤に取り付けられる。

本発明が従来技術と異なる部分は、押し出しヒートシンク１の両側にダイカストフレーム２を備えた部分である。押し出しヒートシンクを使用したモータ制御装置に必要な、基板取付用の部材とモータ制御装置の取り付け台座部品をダイカストフレーム２に集約することにより、部品点数を削減し、組立工数を削減することができる。それによりコストダウンが可能となる。また、ダイカストフレーム２は押し出しヒートシンク１から熱を受け取り放熱に寄与するので、放熱能力向上の効果が得られる。

図４は第２実施例のモータ制御装置を示す分解斜視図である。
図４において、押し出しヒートシンク１にはフィン１ａが形成されており、フィン１ａと反対面は平面になっている。フィン１ａは押し出しにより一体成型されているか、かしめにて取り付けられている。押し出しヒートシンク１の両端にダイカストフレーム２が、圧入またはかしめにより固定されている。ダイカストフレーム２には、モータ制御装置を制御盤に取り付けるための台座２ａと、基板取付用のボス２ｂが一体成型されている。押し出しヒートシンク１の平面部にパワー半導体モジュール４が実装されている。パワー半導体モジュール４の熱が押し出しヒートシンク１に伝わり放熱される。基板５が、ダイカストフレーム２に一体成型された基板取付用のボス２ａにネジ６により固定されるとともに、パワー半導体モジュール４と電気的に接続される。また，樹脂ケース７はネジ等で固定される。モータ制御装置はダイカストフレーム２に一体成型された台座２ｂにより、制御盤に取り付けられる。

実施例１と異なる部分は、押し出しヒートシンク１とダイカストフレーム２の取付にネジを使用しないことである。それにより、部品点数を削減し、組立工数を削減してコストダウンが可能となる。

図５は第３実施例のモータ制御装置を示す分解斜視図である。
図５において、押し出しヒートシンク１にはフィン１ａが形成されており、フィンと反対面は平面になっている。フィン１ａは押し出しにより一体成型されているか、かしめにて取り付けられている。押し出しヒートシンク１の両端にダイカストフレーム２が、圧入またはかしめにより固定されている。ダイカストフレーム２には、モータ制御装置を制御盤に取り付けるための台座２ａと、基板取付用のボス２ｂ、樹脂ケース取付用の爪２ｃが一体成型されている。押し出しヒートシンク１の平面部にパワー半導体モジュール４が実装されている。パワー半導体モジュール４の熱が押し出しヒートシンク１に伝わり放熱される。基板５が、ダイカストフレーム２に一体成型された基板取付用のボス２ａにネジ６により固定されるとともに、パワー半導体モジュール４と電気的に接続される。また，樹脂ケース７がダイカストフレーム２に取り付けられる。この際ダイカストフレーム２に一体成型された爪２ｃと、樹脂ケース７の取付穴７ａが、樹脂の弾性を利用してはめ込まれる。モータ制御装置はダイカストフレーム２に一体成型された台座２ｂにより、制御盤に取り付けられる。

実施例１および実施例２と異なる部分は、ダイカストフレーム２の爪２ｃに樹脂ケース７を直接取り付けることにより、樹脂ケース７を固定のネジ類を使用しないことである。それにより、部品点数を削減し、組立工数を削減してコストダウンが可能となる。

図５において、ダイカストフレームが２個使用されている。この２個を同形状にする構成にすることにより、部品の共通化が可能である。それにより、部品種類が削減され、ダイカストフレーム２の製造数が増加するために部品のコストダウンが可能である。
また、部品種類が削減されることで、組立性が向上する効果も得られる。

図６は第５実施例の構成を示すモータ制御装置の分解斜視図である。
モータ制御装置の容量違いにより、幅寸法ａが異なり、高さ寸法ｂが共通のモータ制御装置において、ダイカストフレーム２を共通形状とする。それにより、製品シリーズを通じての部品種類の削減が可能になり、また、ダイカストフレーム２の製造数の増加による部品のコストダウンが可能になる。

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放熱効果を上げるためのヒートシンクに関するもので、押し出しヒートシンクを使用するとともに部品点数を削減し、組立工数を削減することにより、安価で冷却性能の高いモータ制御装置を製造、提供する分野に利用することができる。

Claims (7)

1. 押し出しヒートシンクと、前記押し出し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を備えたモータ制御装置において、
   前記押し出しヒートシンクの両端に、ダイカストフレームを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記ダイカストフレームが、モータ制御装置取付用の台座と基板取付用のボスを有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ダイカストフレームを、圧入またはかしめにて、押し出しヒートシンクに取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記ダイカストフレームと樹脂ケースに、ダイカストフレームへの樹脂フレーム取付用の係合部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
5. 前記係合部が、ダイカストフレームに設けた爪と、樹脂フレームに設けた取付穴であることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 複数機種のモータ制御装置に適用される前記ダイカストフレームを、共通形状とすることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 前記ダイカストフレームを、高さが等しく幅の異なるモータ制御装置と共通の形状とする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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