KR20090054979A - 모터 제어장치 - Google Patents

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KR20090054979A
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겐지 이소모토
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
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Abstract

부품 점수를 되도록 늘리지 않고, 히트 싱크를 소형화함으로써, 장치의 소형화 및 코스트 절감을 용이하게 할 수 있는 모터 제어장치를 제공한다.
히트 싱크와, 히트 싱크에 밀착하는 복수의 파워 반도체 모듈과, 복수의 파워 반도체 모듈과 전기적으로 접속된 기판(6)과, 외기의 흐름을 발생시켜, 히트 싱크에 냉각풍을 맞히는 팬(8)을 구비한 모터 제어장치에 있어서, 히트 싱크를 제1 히트 싱크(9)와 제2 히트 싱크(10)로 이루어지는 2종류의 히트 싱크를 조합하여 제작하고, 제1 히트 싱크(9)와 제2 히트 싱크(10)의 각각에 적어도 하나 이상의 파워 반도체 모듈을 밀착시킨 구성으로 한다.

Description

모터 제어장치{MOTOR CONTROL DEVICE}
본 발명은, 주로 고압 전원으로 동작하는 인버터 장치나 서보 앰프 등의 모터 제어장치에 관한 것이고, 특히 모터 제어장치에 사용되고 있는 히트 싱크의 소형화와, 장치 전체의 부품 점수 절감을 실현하기 위한 구성에 관한 것이다.
종래의 모터 제어장치, 예를 들면 인버터 장치는, 발열 부품인 복수의 파워 반도체 모듈이 장착되어 상기 복수의 파워 반도체 모듈을 냉각하기 위한 히트 싱크가 장착되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 또, 장치 전체의 부품 점수 절감을 위해서는, 상기 히트 싱크를 복잡한 형상이 제작 가능한 다이캐스트로 제작하는 것이 효과적이고, 일반적으로 사용되고 있다.
종래의 모터 제어장치, 예를 들면 인버터 장치에서는, 도 7 ~ 도 9에 나타내는 구성이 채용되고 왔다.
도 7 ~ 도 9에서, 히트 싱크(1)에는 보스(1a) 및 걸어맞춤부(1b) 및 핀(1c)이 설치되고, 상기 보스(1a) 상에 기판(6)이 배치되어 나사(7)로 상기 히트 싱크(1)에 부착되어 있다. 상기 기판(6)의 하면에 있는 상기 히트 싱크(1) 위에는 제1 파워 반도체 모듈(2) 및 제2 파워 반도체 모듈(4)이 배치되어 있다. 또한, 상기 파워 반도체 모듈(2)은, 나사(3)로 상기 히트 싱크(1)의 상면에 밀착하여 부착되어 있고, 상기 파워 반도체 모듈(4)은 나사(5)로 상기 히트 싱크(1)의 상면에 밀착하여 부착되어 있다. 또, 상기 걸어맞춤부(1b)에는 팬(8)이 부착되고 상기 핀(1c)에 냉각풍을 맞힘으로써 상기 히트 싱크(1)의 냉각 효율을 향상시키고 있다.
이 구성에서, 상기 히트 싱크(1)는 다이캐스트로 제작되어 있고, 상기 기판(6)을 부착하기 위한 상기 보스(1a)나, 상기 팬(8)을 설치하기 위한 상기 걸어맞춤부(1b)를 설치함으로써, 부품 점수의 절감을 실현하고 있다.
[특허 문헌 1：일본국 특허 공개 2004-349548호 공보]
[발명이 해결하려고 하는 과제]
그러나, 종래의 모터 제어장치의 히트 싱크에서는 다음과 같은 문제가 있었다.
즉, 다이캐스트는 열전도성이 나쁘고, 핀 피치도 그다지 작게 할 수 없다. 그 때문에, 냉각 효율이 나쁘고 히트 싱크의 소형화의 방해가 되고 있었다. 그 때문에, 히트 싱크를 소형화시켜 모터 제어장치의 소형화를 실현하는 것은 한계가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 부품 점수를 되도록 늘리지 않고, 히트 싱크를 소형화함으로써, 장치의 소형화 및 코스트 절감을 용이하게 할 수 있는 모터 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 다음과 같이 구성한 것이다.
청구항 1에 기재된 발명은, 히트 싱크와, 상기 히트 싱크에 밀착하는 복수의 파워 반도체 모듈과, 상기 복수의 파워 반도체 모듈과 전기적으로 접속된 기판과, 외기의 흐름을 발생시켜 상기 히트 싱크에 냉각풍을 맞히는 팬을 구비한 모터 제어장치에 있어서, 상기 히트 싱크를, 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크로 이루어지는 2종류의 히트 싱크를 조합하여 제작하고, 상기 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크의 각각에, 적어도 1개 이상의 상기 파워 반도체 모듈을 밀착시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 제1 히트 싱크를, 다이캐스트 히트 싱크로 하고, 제2 히트 싱크를 압출하고, 혹은 코킹 방식 등의 열전도성이 좋은 재료를 이용한 히트 싱크로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크 중, 적어도 어느 하나의 히트 싱크에 핀이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크에 핀을 구비하고, 상기 제2 히트 싱크의 핀을, 제1 히트 싱크의 핀보다 바람이 불어 가는 쪽으로 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 제2 히트 싱크의 핀 피치가, 상기 제1 히트 싱크의 핀 피치보다 작은 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 6에 기재된 발명은, 상기 2종류의 히트 싱크 사이에 단열재를 삽입한 것을 특징으로 하는 것이다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
청구항 1, 2, 3에 기재된 발명에 의하면, 히트 싱크를, 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크로 이루어지는 2종류의 히트 싱크를 조합하여 제작하고, 제1 히트 싱크를, 복잡한 형상이 가능한 다이캐스트 히트 싱크로 함으로써, 기판을 설치하기 위한 보스나 팬을 부착하기 위한 걸어맞춤부가 용이하게 설치되고, 장치의 부품 점수가 절감된다. 또, 제2 히트 싱크를, 열전도성이 좋은 압출, 혹은 코킹 등의 히트 싱크로 함으로써, 냉각 효율을 향상시켜, 히트 싱크를 소형화함과 더불어, 모터 제어장치를 소형화할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 열전도성이 좋고 파워 반도체 모듈의 열이 양호하게 전달되고 고온이 되기 쉬운 상기 제2 히트 싱크의 핀을, 제1 히트 싱크의 핀보다도 바람이 불어 가는 쪽으로 배치함으로써, 제1 히트 싱크가, 고온의 제2 히트 싱크의 영향을 받지 않는다.
청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 열전도성이 좋은 코킹 등의 히트 싱크의 핀 피치를, 다이캐스트로 제작한 경우의 제작 가능한 핀 피치보다 작게 함으로써, 방열 면적이 커지고 냉각 효율이 향상하므로, 히트 싱크를 소형화할 수 있고 모터 제어장치를 소형화할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 2개의 히트 싱크 사이의 열 이동을 차단할 수 있기 때문에, 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크의 각각에 장착되어 있는 파워 반도체 모듈끼리의 영향을 무시할 수 있고 히트 싱크의 소형화를 효율적으로 실시할 수 있어 모터 제어장치를 소형화할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에서의 모터 제어장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1에서의 모터 제어장치의 조립 사시도이다.
도 3은, 도 2에서의 모터 제어장치를 나타내는 도면이고, (a)는 우측면도, (b)는 배면도이다.
도 4는, 본 발명의 제2 실시예에서의 모터 제어장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는, 도 4에서의 모터 제어장치의 조립 사시도이다.
도 6은, 도 5에서의 모터 제어장치를 나타내는 도면이고, (a)는 우측면도, (b)는 배면도이다.
도 7은, 종래 기술에서의 모터 제어장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은, 도 7에서의 모터 제어장치의 조립 사시도이다.
도 9는, 도 9에서의 모터 제어장치를 나타내는 도면이고, (a)는 우측면도, (b)는 배면도이다.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1 히트 싱크 1a 보스
1b 걸어맞춤부 1c 핀
2 제1 파워 반도체 모듈 3 제1 파워 반도체 모듈 고정용의 나사
4 제2 파워 반도체 모듈 5 제2 파워 반도체 모듈 고정용의 나사
6 기판 7 기판 고정용의 나사
8 팬 9 제1 히트 싱크
9a 보스 9b 걸어맞춤부
9c 중공 구멍 10 제2 히트 싱크
10a 핀 11 제2 히트 싱크 고정용의 나사
12 단열재
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
<실시예 1>
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에서의 모터 제어장치를 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는, 도 1에서의 모터 제어장치의 조립 사시도이다. 도 3은 도 2에서의 모터 제어장치를 나타내는 도면이고, (a)는 우측면도, (b)는 배면도이다.
도 1 ~ 도 3에 있어서, 2는 제1 파워 반도체 모듈, 4는 제2 파워 반도체 모듈, 6은 기판, 8은 팬, 9는 제1 히트 싱크, 10은 제2 히트 싱크이다.
상기 제1 히트 싱크(9)에는, 보스(9a) 및 걸어맞춤부(9b) 및 중공 구멍(9c)이 설치되어 있고, 상기 보스(9a) 상에 상기 기판(6)이 배치되고, 나사(7)로 상기 제1 히트 싱크(9)에 부착되어 있다. 상기 기판(6)의 하면에 있는 상기 제1 히트 싱크(9) 위에는 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)이 배치되어 있고, 나사(3)로 상기 제1 히트 싱크(9)의 상면에 밀착하여 부착되어 있다. 상기 제2 히트 싱크(10) 위에는 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 배치되어 있고, 나사(5)로 상기 제2 히트 싱 크(10)의 상면에 밀착하여 부착되어 있다. 상기 제2 히트 싱크(10)는, 상기 제1 히트 싱크(9)의 상기 중공 구멍(9c)의 위치에 배치되어 있고, 나사(11)로 상기 제1 히트 싱크(9)에 부착되어 있다. 또, 상기 제2 히트 싱크(10)에는 핀(10a)이 설치되어 있고, 상기 제1 히트 싱크(9)의 상기 걸어맞춤부(9b)에 팬(8)이 설치되고, 상기 핀(10c)에 냉각풍을 맞힘으로써 상기 제2 히트 싱크(10)의 냉각 효율을 향상시킨다.
여기에서, 상기 제1 히트 싱크(9)에 핀을 설치하는 공간이 있는 경우는, 상기 제1 히트 싱크(9)에 핀을 설치하고, 상기 팬(8)에 냉각풍을 맞힘으로써, 상기 제1 히트 싱크(9)의 냉각 효율을 향상시키는 것도 가능하다.
이 구성에서, 상기 제1 히트 싱크(9)는, 다이캐스트로 제작되어 있고, 상기 기판(6)을 부착하기 위한 상기 보스(9a)나 상기 팬(8)을 부착하기 위한 상기 걸어맞춤부(9b)를 설치함으로써 장치 전체 부품 점수의 절감이 가능하다. 또, 상기 제2 히트 싱크(10)는, 열전도성이 좋은 코킹 등의 히트 싱크를 사용하고, 상기 핀(10a)의 핀 피치가, 다이캐스트로 제작했을 경우의 제작 가능한 핀 피치보다 작게 설치되어 있다. 이에 의해, 상기 제2 히트 싱크(10)의 방열 면적이 커지고 냉각 효율이 향상하기 때문에, 상기 제2 히트 싱크(10)의 소형화가 가능하다.
또, 상술한 바와 같이, 상기 제1 히트 싱크(9)를, 다이캐스트 히트 싱크로 하고, 제2 히트 싱크(10)을 압출, 혹은 코킹 방식 등의 열전도성이 좋은 재료를 이용한 히트 싱크로 했을 경우, 열전도성이 좋고 파워 반도체 모듈의 열이 양호하게 전달되고 고온이 되기 쉬운 상기 제2 히트 싱크(10)의 핀(10a)은, 제1 히트 싱 크(9)의 핀(도시하지 않음)보다 바람이 불어 가는 쪽으로 배치됨으로써, 제1 히트 싱크(9)가 고온의 바람의 영향을 받아 냉각성이 나빠지지 않는다.
여기에서, 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)과 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)은, 통상의 사용 형태에서는 대부분의 경우에서, 발열량이 다르다. 그 때문에, 필연적으로 발열량이 큰 쪽의 파워 반도체 모듈을 냉각 효율이 높은 상기 히트 싱크(10)에 설치하게 된다. 즉, 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)보다 발열량이 많고, 그 때문에, 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)은, 냉각 효율이 좋은 제2 히트 싱크에(10)에 부착된다.
또, 고장 한계 온도에 대해서도, 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)과 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 다른 경우가 있다. 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)보다 고장 한계 온도가 높은 경우에 대해 생각했을 경우, 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 부착되어 있는 상기 제2 히트 싱크(10)가 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)이 부착되어 있는 상기 제1 히트 싱크(9)보다 온도를 높게 하는 것이 가능하고, 상기 제2 히트 싱크(10)를 한계까지 소형화했을 경우, 상기 제2 히트 싱크(10)의 온도는 상기 제1 히트 싱크(9)의 온도보다 높아진다. 여기에서, 상기 제1 히트 싱크(9)와 상기 제2 히트 싱크(1O)는, 나사로 체결되어 있다고 해도 별도의 부품이기 때문에, 서로의 부품에 대해 어느 정도의 단열 효과가 있고, 온도가 낮은 상기 제1 히트 싱크(9)에의 온도가 높은 상기 제2 히트 싱크(10)로부터의 열 이동을 어느 정도 막을 수 있다. 이 때문에 상기 제1 히트 싱크(9)의 소형화에서는, 상기 제2 히트 싱크(10)의 영향을 어느 정도 배제할 수 있다. 또한, 상 기 제1 파워 반도체 모듈(2)이 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)보다 고장 한계 온도가 높을 경우에 대해서도 동일한 방식으로 생각된다.
<실시예 2>
도 4는, 실시예2의 구성을 나타내는 본 발명의 모터 제어장치의 분해 사시도이다. 도 5는, 도 4에서의 모터 제어장치의 사시도이다. 도 6(a)은 도 5에서의 모터 제어장치의 우측면도, 도 6(b)은 도 5에서의 모터 제어장치의 배면도이다.
도 4 ~ 도 6에 있어서, 2는 제1 파워 반도체 모듈, 4는 제2 파워 반도체 모듈, 6은 기판, 8은 팬, 9는 제1 히트 싱크, 10은 제2 히트 싱크, 12는 단열재이다.
상기 제1 히트 싱크(9)에는 보스(9a) 및 걸어맞춤부(9b) 및 중공 구멍(9c)이 설치되어 있고, 상기 보스(9a) 상에 상기 기판(6)이 배치되고, 나사(7)로 상기 제1 히트 싱크(9)에 부착되어 있다. 상기 기판(6)의 하면에 있는 상기 제1 히트 싱크(9) 위에는 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)이 배치되고, 나사(3)로 상기 제1 히트 싱크(9)의 상면에 밀착하여 부착되어 있다. 상기 제2 히트 싱크(10) 위에는 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 배치되어 있고, 나사(5)로 상기 제2 히트 싱크(10)의 상면에 밀착하여 부착되어 있다. 상기 제2 히트 싱크(10)는 상기 제1 히트 싱크(9)의 상기 중공 구멍(9c)의 위치에 상기 단열재(12)를 통해 배치되어 있고, 나사(11)로 상기 제1 히트 싱크(9)에 부착되어 있다. 또, 상기 제2 히트 싱크(10)에는 핀(10a)이 설치되어 있고, 상기 제1 히트 싱크(9)의 상기 걸어맞춤부(9b)에 팬(8)이 부착되고 상기 핀(10c)에 냉각풍을 맞힘으로써 상기 제2 히트 싱크(10)의 냉각 효율을 향상시킨다.
여기에서, 상기 제1 히트 싱크(9)에 핀을 설치하는 공간이 있을 경우는, 상술한 실시예 1과 같이, 상기 제1 히트 싱크(9)에 핀을 실치하고, 상기 팬(8)에서 냉각풍을 맞힘으로써, 상기 제1 히트 싱크(9)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 열전도성이 좋고 파워 반도체 모듈의 열이 양호하게 전달되어 고온이 되기 쉬운 상기 제2 히트 싱크의 핀은, 제1 히트 싱크의 핀보다 바람이 불어 가는 쪽으로 배치되게 되어, 제1 히트 싱크가 고온의 바람의 영향을 받아 냉각성이 나빠지는 일은 없다.
이 구성에서, 상기 제1 히트 싱크(9)는 다이캐스트로 제작되어 있고, 상기 기판(6)을 부착하기 위한 상기 보스(9a)나 상기 팬(8)을 부착하기 위한 상기 걸어맞춤부(9b)를 설치함으로써 장치 전체 부품 점수의 절감이 가능하다. 또, 상기 제2 히트 싱크(10)는 열전도성이 좋은 코킹 등의 히트 싱크를 사용하고, 상기 핀(10a)의 핀 피치가, 다이캐스트로 제작했을 경우의 제작 가능한 핀 피치보다 작게 설치되어 있다. 이에 의해, 상기 제2 히트 싱크(10)의 방열 면적이 커지게 되고 냉각 효율이 향상하기 때문에, 상기 제2 히트 싱크(10)의 소형화가 가능하다.
여기에서, 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)과 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)은, 통상의 사용 형태에서는 대부분의 경우에서, 발열량이 다르다. 그 때문에, 필연적으로 발열량이 큰 쪽의 파워 반도체 모듈을 냉각 효율이 높은 상기 히트 싱크(10)에 부착하게 된다. 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)보다 발열량이 많아, 그 때문에, 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)은, 냉각 효율이 좋은 제2 히트 싱크(10)에 부착된다.
또, 고장 한계 온도에 대해서도, 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)과 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)은 다른 경우가 있다. 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)보다 고장 한계 온도가 높은 경우에 대해 생각했을 경우, 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)이 부착되어 있는 상기 제2 히트 싱크(10)가 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)이 부착되어 있는 상기 제1 히트 싱크(9)보다 온도를 높게 하는 것이 가능하고, 상기 제2 히트 싱크(10)를 한계까지 소형화했을 경우, 상기 제2 히트 싱크(10)의 온도는 상기 제1 히트 싱크(9)의 온도보다 높아진다. 여기에서, 상기 제1 히트 싱크(9)와 상기 제2 히트 싱크(10)는, 나사로 체결된다고 해도 별도의 부품이기 때문에, 서로의 부품에 대해 어느 정도의 단열 효과가 있다. 또한, 상기 제1 히트 싱크(9)와 상기 제2 히트 싱크(10)는 상기 단열재(12)에 의해 단열되어 있고, 온도가 낮은 상기 제1 히트 싱크(9)로의 온도가 높은 상기 제2 히트 싱크(10)로부터의 열 이동을 거의 막을 수 있다. 이 때문에 상기 제1 히트 싱크(9)의 소형화에 있어서는, 상기 제2 히트 싱크(10)의 영향을 거의 배제할 수 있다. 또한, 상기 제1 파워 반도체 모듈(2)이 상기 제2 파워 반도체 모듈(4)보다 고장 한계 온도가 높은 경우에 대해서도 동일한 방식으로 생각된다.
주로 고압 전원으로 동작하는 인버터 장치나 서보 앰프 등의 모터 제어장치에 관한 것으로서, 특히 모터 제어장치에 사용되어 있는 히트 싱크의 소형화와, 장치 전체의 부품 점수 절감을 실현하기 위한 구성에 관한 것이고, 부품 점수를 되도록 늘리지 않고, 히트 싱크를 소형화함으로써, 장치의 소형화 및 코스트 절감을 용 이하게 할 수 있는 모터 제어장치를 제조, 제공하는 분야에 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 히트 싱크와, 상기 히트 싱크에 밀착하는 복수의 파워 반도체 모듈과, 상기 복수의 파워 반도체 모듈과 전기적으로 접속된 기판과, 외기의 흐름을 발생시켜 상기 히트 싱크에 냉각풍을 맞히는 팬을 구비한 모터 제어장치에 있어서,
    상기 히트 싱크를, 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크로 이루어지는 2종류의 히트 싱크를 조합하여 제작하고, 상기 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크의 각각에 적어도 1개 이상의 상기 파워 반도체 모듈을 밀착시킨 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 히트 싱크를, 다이캐스트 히트 싱크로 하고, 제2 히트 싱크를 압출, 혹은 코킹 방식 등의 열전도성이 좋은 재료를 이용한 히트 싱크로 하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크 중, 적어도 어느 하나의 히트 싱크에 핀이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크에 핀을 구비하여 상기 제1 히트 싱크의 핀을, 제2 히트 싱크의 핀보다 바람이 불어 오는 쪽으로 배치한 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 히트 싱크의 핀 피치가, 상기 제1 히트 싱크의 핀 피치보다 작은 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 히트 싱크와 제2 히트 싱크 사이에 단열재를 삽입한 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
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