TWI661656B - 馬達驅動裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供馬達驅動裝置，係設於控制盤且驅動複數個馬達的馬達驅動裝置(1)，具備：板狀的散熱片底座(2c)，係具有第一板面(2a)與第二板面(2b)；板狀的散熱器(3)，係以與板面垂直的第一法線和與第一板面(2a)垂直的第二法線交叉的方式來設置，並且熱性地連接於第一板面(2a)。馬達驅動裝置(1)係具備：半導體元件(7A)，係熱性地連接於散熱器(3)且驅動第一馬達；半導體元件，係熱性地連接於第一板面(2a)且驅動第二馬達；以及散熱片(2d)，係熱性地連接於與散熱片底座(2c)之第一板面(2a)側相反側的第二板面(2b)，且設於形成在控制盤的風路。

Description

馬達驅動裝置

本發明係有關設於控制盤而驅動複數個馬達的馬達驅動裝置。

習知於控制切削機、數值控制車床、雷射加工機、放電加工機等工作機械的控制盤設有數值控制裝置、機械側控制電路、馬達驅動裝置等。馬達驅動裝置係具備將電力供給至設於工作機械之馬達的半導體元件，半導體元件藉由切換(switching)動作而對馬達供給電力以使馬達運轉。由於半導體元件會於切換動作時發生切換損失及導通損失，所以會因此等損失而使半導體元件的溫度上升。當半導體元件的溫度超過容許溫度時，會有半導體元件的使用壽命變短的可能性，或是會有半導體元件破損的可能性。因此，為了將半導體元件的溫度收歛在容許溫度以內，馬達驅動裝置要具備散熱器、散熱用散熱片等冷卻機構。

使用馬達驅動裝置來驅動複數個馬達時，必須將驅動複數個馬達之各個馬達的半導體元件設於馬達驅動裝置。亦即，於一個馬達驅動裝置設置複數個半導體 元件。此情形下，由於複數個半導體元件成為熱源，所以必須有對於各個半導體元件的冷卻對策。如此的方式驅動複數個馬達的馬達驅動裝置係具備複數個半導體元件並且具備複數個冷卻機構，惟因冷卻機構的數量會增加，故與僅驅動一台馬達之構造的馬達驅動裝置相比較，包含冷卻機構的馬達驅動裝置整體的尺寸會變大。

專利文獻1揭示了使用一個散熱器來冷卻複數個半導體元件的技術。專利文獻1的馬達驅動裝置係具備：具有第一導熱面及與第一導熱面鄰接之第二導熱面的散熱器；搭載有設於第一導熱面之半導體元件的基板；以及搭載有設於第二導熱面之半導體元件的基板。由於半導體元件接觸於設於散熱器之第一導熱面及第二導熱面之各者，所以，專利文獻1的馬達驅動裝置能夠使用一個散熱器來冷卻複數個半導體元件。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2014-138442號公報

於控制盤的內部設有區隔板，藉由此區隔板，控制盤的內部形成換氣空間與防塵空間。換氣空間係含有油霧、粉塵等微粒子的冷卻空氣通過的空間。防塵空間係可防止來自於換氣空間之微粒子侵入的空間。於如此 方式構成之控制盤設置專利文獻1的馬達驅動裝置時，由於專利文獻1的馬達驅動裝置係半導體元件設置於散熱器的兩個導熱面，所以於換氣空間不僅須要設置散熱器而且必須設置半導體元件及基板。

如此地將半導體元件及基板設置於換氣空間時，由於微粒子會附著於半導體元件、設於基板上的電路等，所以會產生絕緣不良、腐蝕等而使馬達驅動裝置可能故障。因此，專利文獻1的馬達驅動裝置在防止微粒子對於半導體元件及基板的附著的措施上，必須有對半導體元件及基板施予特殊的覆膜或於散熱器與基板之間的間隙追加防止微粒子侵入之防塵用構件的對策。其結果，存在有馬達驅動裝置的構造變得複雜、或半導體元件及基板之維護性降低等課題。

本發明即是鑒於上述習知課題而完成者，目的在於在驅動複數個馬達之構成中獲得能夠謀求小型化且使構造簡單化的馬達驅動裝置。

為解決上述課題而達成目的，本發明之馬達驅動裝置係設於控制盤且驅動複數個馬達的馬達驅動裝置，具備：板狀的第一散熱部，係具有第一板面與成為第一板面之背面的第二板面。馬達驅動裝置係具備：板狀的第二散熱部，係具有第三板面且以與第三板面垂直的第一法線和與第一板面垂直的第二法線交叉的方式來設置，並且熱性地連接於第一板面；以及第一發熱元件，係熱性地 連接於第二散熱部且驅動第一馬達。馬達驅動裝置係具備第一基板，係具有供第一發熱元件設置的第一基板面且以與第一基板面垂直的第三法線和第二法線交叉的方式來設置；以及第二發熱元件，係熱性地連接於第一板面且驅動第二馬達。馬達驅動裝置係具備：第二基板，係具有設置第二發熱元件的第二基板面且以與第二基板面垂直的第四法線和第三法線交叉的方式來設置；以及第三散熱部，係熱性地連接於第二板面。

本發明之馬達驅動裝置係達到於驅動複數個馬達之構成中能夠謀求小型化且使構造簡單化的效果。

1‧‧‧馬達驅動裝置

2、3‧‧‧散熱器

2B‧‧‧區域

2a‧‧‧第一面板

2b‧‧‧第二面板

2c‧‧‧散熱片底座

2d‧‧‧散熱片

3a、21a‧‧‧板面

4、5‧‧‧基板

6、6A、6B、7、7A、7B、7C‧‧‧半導體元件

8‧‧‧連接構件

9‧‧‧風扇

10‧‧‧機殼

10a‧‧‧天花板

10b‧‧‧底板

10c‧‧‧正面板

10d、10e‧‧‧側面板

20‧‧‧控制盤

20A‧‧‧前面板

20B‧‧‧後面板

20C‧‧‧區隔板

20C1、21b‧‧‧開口部

21‧‧‧安裝構件

60A、60B、70A、70B、70C‧‧‧電力損失源

201‧‧‧換氣空間

202‧‧‧防塵空間

n2至n5‧‧‧法線

P6A、P6B、P7A、P7B、P7C‧‧‧電力損失

R1、R2、R11、R12、R13、R20、R30‧‧‧熱阻

Ta‧‧‧周圍溫度

T6A、T6B、T7A、T7B、T7C、TH2、TH3‧‧‧溫度

第1圖係顯示本發明之實施形態之馬達驅動裝置的第一立體圖。

第2圖係顯示本發明之實施形態之馬達驅動裝置的第二立體圖。

第3圖係第1圖所示之馬達驅動裝置的分解立體圖。

第4圖係從機殼及散熱器的下側觀看到第1圖所示之機殼及散熱器的圖。

第5圖係顯示第1圖所示之馬達驅動裝置之熱傳導模式的圖。

第6圖係從內部觀看到安裝有第1圖所示之馬達驅動裝置的控制盤的圖。

第7圖係透過第6圖所示之安裝構件而設置於區隔板之馬達驅動裝置的外觀立體圖。

以下，依據圖式來詳細說明本發明之實施形態之馬達驅動裝置。此外，並非以此實施形態來限定本發明。

實施形態

第1圖係顯示本發明之實施形態之馬達驅動裝置的第一立體圖。第二圖係顯示本發明之實施形態之馬達驅動裝置的第二立體圖。第3圖係第1圖所示之馬達驅動裝置的分解立體圖。第4圖係從機殼及散熱器的下側觀看到第1圖所示之機殼及散熱器的圖。馬達驅動裝置1係用以驅動設於控制切削機、數值控制車床、雷射加工機、放電加工機等工作機械之複數個馬達的裝置。此外，本實施形態係針對驅動四個馬達之馬達驅動裝置1的構成例進行說明，惟馬達的數量只要是在兩個以上即可，並非限定於四個者。

馬達驅動裝置1係具備：機殼10；設於機殼10內且設有電路的基板5；以及設於基板5且構成用以將電力供給至第一馬達之電路的複數個半導體元件7A、7B、7C。以下有將複數個半導體元件7A、7B、7C僅稱為「半導體元件7」的情形。複數個半導體元件7A、7B、7C係相當於例如用以驅動要驅動設於數值控制裝置之三軸進給軸的三個伺服馬達的半導體元件群。此外，第一馬達係 例如相當於此等伺服馬達之中的一個馬達。

此外，馬達驅動裝置1係具備：設於機殼10內且以機械性及熱性的方式連接複數個半導體元件7A、7B、7C的散熱器3；以及設於機殼10內且設有將電力供給至第二馬達之電路的基板4。此外，馬達驅動裝置1具備：設於基板4且構成用以將電力供給至第二馬達之電路的複數個半導體元件6A、6B。第二馬達係例如相當於驅動設於數值控制裝置之主軸的馬達。此外，半導體元件6A係相當於用以驅動要驅動該主軸之馬達的半導體元件。半導體元件6B係例如相當於將直流電力供給至複數個半導體元件7A、7B、7C及半導體元件6A之整流器用的半導體元件。以下有將複數個半導體元件6A、6B僅稱為「半導體元件6」的情形。

再者，馬達驅動裝置1係具備：以機械性及熱性的方式連接散熱器3及半導體元件6的散熱器2；用以將散熱器2強制風冷的風扇9；以及將基板5上的電路與基板4上的電路電性連接的連接構件8。

在第1圖，於左手系的XYZ座標中，將基板5、散熱器3及基板4的排列方向設為Z軸方向，將與Z軸方向正交的方向之中，散熱器2及基板4的排列方向設為Y軸方向，將與Z軸方向及Y軸方向雙方正交的方向設為X軸方向。X軸方向係相等於馬達驅動裝置1的垂直寬度方向或相等於鉛直方向。Y軸方向係相等於馬達驅動裝置1的縱深方向或相等於水平方向。Z軸方向係相等於 馬達驅動裝置1的水平寬度方向或相等於水平方向。上述各軸方向於第2圖以後的各圖中也同樣地設定。

機殼10係以直角地相交的五片板構成。機殼10係五片板全部直角地相交之有底箱形的五面體。五片板之中，X軸方向之一方的板為天花板10a，X軸方向之另一片板為底板10b，Y軸方向的板為正面板10c，Z軸方向之一方的板為側面板10d，Z軸方向之另一片板為側面板10e。

機殼10的材料可例示有銅合金、鑄鐵、鋼、鐵合金、鋁合金、沃斯田鐵(austenite)系不鏽鋼合金等金屬。此外，機殼10的材料不限定於金屬，也可為聚對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene terephthalate)、聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide)或液晶聚合物等絕緣性的樹脂。

機殼10的外輪廓形狀不限定於垂直寬度尺寸比水平寬度尺寸還長的長方體形狀，例如也可為垂直寬度尺寸比水平寬度尺寸還短的長方體形狀，也可為垂直寬度尺寸與水平寬度尺寸相等的長方體形狀。

機殼10係固定於散熱器2的散熱片底座2c。散熱片底座2c係第一散熱部。機殼10係可使用用以鎖入散熱片底座2c的螺絲而固定於散熱片底座2c，也可對於要固定於散熱片底座2c之機殼10的接觸部施予熔接而固定於散熱片底座2c。散熱器2之構成的詳細於後述。

於機殼10的內部，從側面板10d朝向側面板10e以基板5、半導體元件7及散熱器3的順序排列。 此外，於機殼10的內部，從散熱片底座2c朝向正面板10c以半導體元件6及基板4的順序排列。

基板5係供用以驅動第一馬達之必要的電路設置的印刷電路基板。朝X軸方向觀看YZ平面時，與基板5之基板面垂直的法線n5係以與散熱片底座2c之第一板面2a垂直的法線n2正交的方式設置。此外，法線n5與法線n2不限定為正交，只要是交叉即可。

再者，基板5的側面板10d側的基板面以與側面板10d平行的方式靠近側面板10d設置。基板5的側面板10d側的基板面與側面板10d之間形成間隙。此外，所謂「平行」係包含考慮了構成馬達驅動裝置1之各構件的製造上的公差、該各構件之組裝上的不均勻等範圍者。

於與基板5的側面板10d側相反側的基板面設置半導體元件7。基板5形成有作為配線圖案的銅箔，半導體元件7係與銅箔電性連接。

複數個半導體元件7A、7B、7C之各者係例如以半導體構成的電力模組(power module)。電力模組係藉由以複數個電力元件及包覆複數個電力元件之外部的絕緣樹脂形成的封裝(package)所構成。電力元件係電晶體及二極體。電力模組的種類為反向器(inverter；亦有稱為「逆變器」的情形)模組、轉換器(converter)模組等。

馬達驅動裝置7具有的控制接腳(pin)藉由焊料而連接至基板5上的配線圖案，或該控制接腳經由連接器而連接至基板5上的配線圖案。在控制接腳與配線圖 案之間傳送例如使切換元件進行切換動作的信號，以及從切換元件供給至馬達的電力。

複數個半導體元件7A、7B、7C係於X軸方向分離排列。半導體元件7之與基板5側相反側的端面係接觸於散熱器3之基板5側的板面3a。藉此，半導體元件7與散熱器3熱性地連接，此外，板面3a係承受在半導體元件7產生之熱的受熱面。

半導體元件7係例如利用貫穿基板5與半導體元件7而鎖入於散熱器3之螺絲而被固定於散熱器3。

此外，將半導體元件7固定於散熱器3的固定方法只要是能夠將半導體元件7熱性地連接至散熱器3即可，而不限定於此等方法。再者，半導體元件7的數量為一個以上即可，而不限定於三個。例如在複數個半導體元件7A、7B、7C之中僅使用半導體元件7A時，半導體元件7A即為第一發熱元件。

散熱器3係四個內角各自的大小等於直角之正方形或長方形之板狀的第二散熱部。散熱器3的材料可例示有鋁、沃斯田鐵系不鏽鋼合金、銅合金、鑄鐵、鋼、鐵合金等金屬。散熱器3例如也可利用鎖入散熱片底座2c及散熱器3的螺絲來固定於散熱片底座2c，也可藉由對要固定至散熱片底座2c之散熱器3的接觸部施予熔接而固定於散熱片底座2c。

從X軸方向觀看到YZ平面時，散熱器3係以垂直於散熱器3之與基板5側為相反側之第三板面的 法線n3與垂直於散熱片底座2c之第一板面2a的法線n2正交的方式設置。法線n3係第一法線。法線n2係第二法線。此外，法線n3與法線n2不限定為正交，只要是交叉即可。

藉由散熱器3固定於散熱片底座2c，散熱器3與散熱片底座2c機械性及熱性地連接。此外，藉由散熱器3固定於散熱片底座2c，基板5及半導體元件7透過散熱器3固定於散熱片底座2c，並且半導體元件7與散熱片底座2c熱性地連接。

此外，散熱器3不限定於板狀構件，例如也可為屬於長方形的板狀構件的散熱片底座與設於該散熱片底座之複數個散熱片所組合而成者。此外，散熱器3也可藉由壓鑄法而將該散熱片底座及散熱片以一體成形所製造者，也可為藉由刨刮方式來形成者。

基板4係供用以驅動第二馬達所需的電路設置的印刷電路基板。基板4係在朝X軸方向觀看到YZ平面時，與基板4之基板面垂直的法線n4係以與基板5之基板面垂直的法線n5正交的方式設置。此外，法線n4與法線n5不限定為正交，只要是交叉即可。

此外，基板4係以與基板4之基板面垂直的法線n4和與散熱片底座2c之第一板面2a垂直的法線n2平行的方式，靠近散熱片底座2c設置。基板4的散熱片底座2c側的基板面與散熱片底座2c之間形成間隙。

於基板4的散熱片底座2c側的基板面設置 半導體元件6。基板4形成有作為配線圖案的銅箔，半導體元件6係與銅箔電性地連接。

基板4也可使用設於基板4與散熱片底座2c之間的柱狀構件，及鎖入此柱狀構件的螺絲來固定於散熱片底座2c，也可使用貫穿基板4與半導體元件6而鎖入於散熱片底座2c的螺絲來固定於散熱片底座2c。

複數個半導體元件6A、6B之各者係於驅動第二馬達時會發熱的零件，例如以半導體構成的電力模組、升壓變壓器、反應器、電阻等。此外，半導體元件6只要是須要藉由散熱器2來冷卻的零件即可，並不限定於此等零件。

半導體元件6具有的控制接腳(pin)藉由焊料而連接至基板4上的配線圖案，或該控制接腳透過連接器而連接至基板4上的配線圖案。在控制接腳與配線圖案之間傳送例如使切換元件進行切換動作的信號以及從切換元件供給至馬達的電力。

複數個半導體元件6A、7B係於X軸方向分離排列。半導體元件6之與基板4側相反側的端面係接觸於散熱片底座2c。藉此，半導體元件6與散熱器2熱性地連接。

此外，將半導體元件6固定於散熱片底座2c的固定方法只要是能夠將半導體元件6熱性地連接至散熱片底座2c即可，而不限定於此等方法。再者，半導體元件6的數量為一個以上即可，而不限定於兩個。例如在複 數個半導體元件6A、6B之中僅使用半導體元件6A時，半導體元件6A即為第二發熱元件。

接著，說明散熱器2的構造。散熱器2係具備：屬於長方形的板狀構件的散熱片底座2c；以及設於散熱片底座2c之屬於第三散熱部的散熱片2d。此外，散熱器2也可藉由壓鑄法而將該散熱片底座2c及散熱片2d以一體成形所製造者，也可為藉由刨刮方式來形成者。

散熱器2的材料可例示有鋁、沃斯田鐵系不鏽鋼合金、銅合金、鑄鐵、鋼、鐵合金等金屬。

散熱片底座2c的形狀不限定為長方形狀，也可為正方形狀。此外，散熱片底座2c只要是能夠將形成於機殼10之開口部予以閉塞之大小的板狀構件即可，其形狀也可為四角形以外的多角形狀。

散熱片底座2c具有散熱片底座2c之機殼10側的第一面板2a，以及散熱片底座2c的第二面板2b。第二面板2b係第一面板2a的背面。

散熱片底座2c的第一面板2a係承受從半導體元件6發生的熱，並且承受從半導體元件7發生之熱的受熱面。散熱器3與半導體元件6機械性及熱性地連接於散熱片底座2c。於第3圖中，於第一板面2a以虛線表示的區域2B係Y軸方向之散熱器3之散熱片底座2c側的端部接觸的部分。

此外，於散熱片底座2c發生機械性的翹曲時，於散熱片底座2c的第一板面2a存在有凹凸時，或散 熱器3之散熱片底座2c側的端部存在有凹凸時，會於散熱器3與散熱片底座2c之間產生空氣層。亦即，在半導體元件7發生之熱的傳導路徑中會產生空氣層。因此，此空氣層會導致增加接觸熱電阻，半導體元件7的冷卻效果會降低。

為了抑制如此的接觸熱電阻的增加，也可於散熱器3與散熱片底座2c之間塗佈散熱膏，也可於散熱器3與散熱片底座2c之間設置導熱構件。該導熱構件係例如具有絕緣性及高熱傳導性的板(sheet)。具體而言，導熱構件係使熱傳導性較高的粒子或熱傳導率比散熱片底座2c還高的粉體混合於絕緣性的板所製造出的構件。可例示矽氧橡膠、聚異丁烯橡膠或丙烯酸橡膠作為絕緣性之板的材料。可例示氧化鋁、氮化鋁、氧化鋅、氧化矽或雲母作為熱傳導性較高的粒子或熱傳導性較高之粉體的材料。

藉由於散熱器3與散熱片底座2c之間塗佈散熱膏或設置導熱構件，會抑制接觸熱阻的增加，提升以散熱器2所發揮之半導體元件7的冷卻效果。

再者，散熱器3也可利用熔接來連接於散熱器2的散熱片底座2c。藉由進行熔接來連接，與未進行熔接來連接的情形相比較，散熱器3與散熱器2之間的接觸熱阻變小，提升半導體元件7的冷卻效果。

此外，基板5及散熱器3係相對於散熱片底座2c的第一板面2a直角地設置，惟只要將散熱片底座2c設於朝向基板4投影所形成的區域內即可，也可以相對 於散熱片底座2c之第一板面2a僅與直角相差些許的角度來設置。例如，散熱片底座2c之第一板面2a與基板5的基板面所形成的角度可為90度以外的角度，例如80度至100度為止之範圍的角度。同樣地，散熱片底座2c之第一板面2a與散熱器3的板面所形成的角度也可為90度以外的角度，例如80度至100度為止之範圍的角度。

散熱片底座2c之第二板面2b係將散熱片底座2c的熱傳導至散熱片2d的導熱面。散熱片2d機械性及熱性地連接於散熱片底座2c之第二板面2b。此外，散熱片2d只要是形成能夠增廣散熱器2之散熱面積的形狀者即可，例如可以於Z軸方向相互分離而排列之複數個板狀構件所構成者，也可於外周面施加有凹凸形狀之加工的四角形的構件。

散熱片2d的上側設置風扇9。風扇9係用以對散熱片底座2c強制風冷的送風機構，在僅使用散熱片2d就能夠抑制半導體元件7及半導體元件6之溫度的上升的情形下就不需要。

散熱片2d及風扇9係設於將散熱片底座2c朝向散熱片2d及風扇9投影而形成的區域內。藉此，能夠將散熱片底座2c固定於控制盤的區隔板。將散熱片底座2c固定到控制盤的區隔板的固定方法之詳細於後述。

連接構件8係連接器、線束、端子座等，將基板5的配線圖案電性地連接於基板4的配線圖案。於連接構件8傳送在基板4上的電路與基板5上的電路之間 發送接收的信號。

如此方式構成的馬達驅動裝置1中，基板4、基板5、半導體元件6及半導體元件7設置於藉由機殼10與散熱片底座2c所包圍的空間內。散熱片2d設置於該空間的外部。以下，將該空間的內部稱為機殼內部，將該空間的外部稱為機殼外部。此外，在第1圖至第4圖中，兩個基板4、5係使用於馬達驅動裝置1，而只要是包含兩個基板4、5，則基板的數量也可為三個以上。

接著說明在馬達驅動裝置1產生的熱傳導的路徑。藉由在半導體元件6及半導體元件7產生的熱以及各自設置在基板5及基板4之電路產生的熱，機殼內部的溫度會變得比機殼外部的溫度還高。由於熱係由溫度較高的部位往溫度較低的部位移動，所以為了使達到高溫的半導體元件等的溫度降低，必須使機殼內部的熱輻射至機殼外部。

在接觸於散熱器2之散熱片底座2c的半導體元件6產生的熱會透過散熱片底座2c而傳導至散熱片2d，並從散熱片2d放射至機殼外部。在接觸於散熱器3之半導體元件7產生的熱會透過散熱器3及散熱片底座2c而傳導至散熱片2d，並從散熱片2d放射至機殼外部。

由於在半導體元件6產生的熱會傳導至散熱器2，所以在半導體元件6產生之熱的一部分會透過散熱器2而傳導至散熱器3。因此，相較於僅傳導來自於半導體元件7之熱的情形，散熱器3的溫度會變得較高。如 此方式達到高溫之散熱器3的熱會傳導至半導體元件7，所以與在半導體元件6未產生熱的情形相比較，半導體元件7的溫度會變得較高。為了抑制如此的半導體元件7之溫度的上升，可考慮藉由增大散熱器2的熱容量來提高從散熱器3對散熱器2的熱傳達量。

此外，半導體元件6及半導體元件7為包含複數個電力元件的電力模組時，熱的傳導路徑成為電力元件、電力模組之封裝表面、散熱器、機殼外部的順序，而於本實施形態中，係將從電力元件傳導至電力模組之封裝表面的熱作為在半導體元件6及半導體元件7產生的熱來處理。因此，本實施形態中，係以半導體元件6及半導體元件7為包含複數個電力元件的電力模組時之熱的傳導路徑為半導體元件6、散熱器、機殼外部的順序，以及半導體元件7、散熱器、機殼外部的順序之情形進行說明。

將在半導體元件6及半導體元件7產生的電力損失置換成電流，將熱阻置換成電阻，將溫度差置換成電位差時，半導體元件之熱的流動係能夠利用電路之歐姆定律來說明。熱阻係表示溫度的傳導困難度的值，乃指相對於每單位時間之發熱量的溫度上升量。熱阻愈小則散熱性愈好，熱阻的單位為「℃/W」。

第5圖係顯示第1圖所示之馬達驅動裝置之熱傳導模式的圖。第5圖所示之熱傳導模式中，作為熱之產生源的各半導體元件視為電力損失源。具體而言，在第5圖中，半導體元件6A視為電力損失源60A，半導體 元件6B視為電力損失源60B，半導體元件7A視為電力損失源70A，半導體元件7B視為電力損失源70B，半導體元件7C視為電力損失源70C。

熱阻R1係表示散熱器2與半導體元件6A之間的熱阻。熱阻R2係表示散熱器2與半導體元件6B之間的熱阻。熱阻R11係表示散熱器3與半導體元件7A之間的熱阻。熱阻R12係表示散熱器3與半導體元件7B之間的熱阻。熱阻R13係表示散熱器3與半導體元件7C之間的熱阻。熱阻R20係表示散熱器2與散熱器3之間的熱阻。熱阻R30係表示散熱器2與散熱器2之周圍的空氣之間的熱阻。

電力損失源60A係連接於熱阻R1的一端。溫度T6A係此連接點的溫度，相等於在半導體元件6A產生的熱的溫度。電力損失源60B係連接於熱阻R2的一端。溫度T6B係此連接點的溫度，相等於在半導體元件6B產生的熱的溫度。電力損失源70A係連接於熱阻R11的一端。溫度T7A係此連接點的溫度，相等於在半導體元件7A產生的熱的溫度。電力損失源70B係連接於熱阻R12的一端。溫度T7B係此連接點的溫度，相等於在半導體元件7B產生的熱的溫度。電力損失源70C係連接於熱阻R13的一端。溫度T7C係此連接點的溫度，相等於在半導體元件7C產生的熱的溫度。

熱阻R11的另一端、熱阻R12的另一端及熱阻R13的另一端係連接於熱阻R20的一端。溫度TH3 係此連接點的溫度。

熱阻R1的另一端、熱阻R2的另一端及熱阻R20的另一端係連接於熱阻R30的一端。溫度TH2係此連接點的溫度，相等於散熱器2的溫度。

熱阻R30之另一端的溫度表示為周圍溫度Ta。周圍溫度Ta相等於存在於散熱器2之周圍之空氣的溫度。

以下使用第5圖的熱傳導模式來說明算出散熱器2、散熱器3、半導體元件6A、半導體元件6B、半導體元件7A、半導體元件7B及半導體元件7C之各自的溫度的例子。此外，以下說明中，P6A表示在半導體元件6A發生的電力損失、P6B表示在半導體元件6B發生的電力損失、P7A表示在半導體元件7A發生的電力損失、P7B表示在半導體元件7A發生的電力損失、P7C表示在半導體元件7C發生的電力損失。

散熱器2的溫度TH2係能夠以下記(1)式來算出。此外，下記(1)式中，以周圍溫度Ta為基準可算出散熱器2的溫度TH2。

TH2=(P6A+P6B+P7A+P7B+P7C)×R30+Ta…(1)

散熱器3的溫度TH3係能夠以下記(2)式來算出。

TH3=(P7A+P7B+P7C)×R20+TH2…(2)

半導體元件6A的溫度T6A係能夠以下記(3)式來算出。

T6A=P6A×R1+TH2…(3)

半導體元件6B的溫度T6B係能夠以下記(4)式來算出。

T6B=P6B×R2+TH2…(4)

半導體元件7A的溫度T7A係能夠以下記(5)式來算出。

T7A=P7A×R11+TH3…(5)

半導體元件7B的溫度T7B係能夠以下記(6)式來算出。

T7B=P7B×R12+TH3…(6)

半導體元件7C的溫度T7C係能夠以下記(7)式來算出。

T7C=P7C×R13+TH3…(7)

從第5圖與上述(1)式至(7)式可得知，各部溫度成為周圍溫度Ta<散熱器2的溫度TH2<散熱器3的溫度TH3，此外，半導體元件6的溫度受散熱器2的溫度TH2影響，半導體元件7的溫度受散熱器2的溫度TH2與散熱器3的溫度TH3影響。因此，為了降低半導體元件6的溫度，必須降低散熱器2的溫度TH2，為了降低半導體元件7的溫度，必須降低散熱器2的溫度TH2並且降低散熱器3的溫度TH3。

例如，在欲一邊使半導體元件6的溫度成為半導體元件6之容許溫度以內的方式來進行而一邊使半導體元件7的溫度降低時，可考量使從上記(5)式至(7)式為 止所示之熱阻降低的方式。例如，由於將散熱器3的體積增大而會使散熱器3的熱容量增大，藉此能夠相對地降低熱阻。然而，由於馬達驅動裝置1的散熱器3設於機殼10的內部，所以從有效地活用機殼10的內部的機器設置空間的觀點，增大散熱器3之體積的方式並不理想。

藉由將散熱器2的體積，特別是將散熱片2d的體積相對於散熱器3的體積增大，會增大散熱器2的熱容量，因此，散熱器2的溫度TH2會比將散熱器2的體積增大之前的散熱器2的溫度TH2還低。此外，散熱器2的溫度TH2與散熱器3的溫度TH3的差與將散熱器2的體積增大之前相比較會變小。因此，會抑制散熱器3的溫度TH3的上升，散熱器3的溫度TH3會比將散熱器2的體積增大之前的散熱器3的溫度TH3還低。因此，與將散熱器2的體積增大之前相比較，從散熱器3往半導體元件7之熱的傳導量變小，會抑制半導體元件7的溫度上升。

如此一來，藉由將散熱器2的體積相對地比散熱器3的體積還增大，不需增大散熱器3的體積就能夠抑制半導體元件7的溫度上升。此外，由於機殼10之內部的機器設置空間不會變窄，所以也可獲得設置於機殼10之內部的裝置配置之自由度會增大之功效。再者，藉由散熱器2的體積的增大，與將散熱器2的體積相對地比散熱器3的體積還增大之前相比較，從半導體元件6往散熱器2之熱的傳導量增加，會抑制半導體元件6的溫度上升。此外，由於會抑制半導體元件6及半導體元件7的溫度上 升，所以半導體元件6及半導體元件7為電力模組時，會抑制電力模組內的電力元件之接面(junction)溫度的上升，因抑制溫度上升而能夠高速地驅動電力元件，達到馬達驅動裝置1的高輸出化。

接著，針對將本實施形態之馬達驅動裝置1作為驅動工作機械所搭載之馬達的裝置來利用的情形進行說明。

具有以伺服馬達驅動的三軸進給軸及主軸的數值控制裝置，必須有伺服馬達驅動用的三個半導體元件、主軸馬達驅動用的一個半導體元件以及將工廠電源之交流電力轉換成直流電力而將直流電力供給至四個半導體元件之一個整流器用的半導體元件。如此一來，具有三軸進給軸及主軸的數值控制裝置就必須有合計五個半導體元件。

進給軸係利用於定位動作、輪廓加工時的切削進給動作等。安裝工具於主軸，主軸係直接利用於工件的加工。因此，較大的負荷會加諸於主軸。此外，伴隨著伺服馬達之馬達輸出的增加與主軸馬達之馬達輸出的增加，從馬達驅動裝置1往馬達供給的電力會增加，因此，當此等馬達輸出變大時，流動於整流器用的半導體元件的電流就變大。

如前述的情形，主軸係直接利用於工件的加工，流動於整流器用的半導體元件的電流會伴隨著馬達輸出的增加而增加。因此，馬達驅動裝置1使用於數值控 制裝置時，流動於馬達驅動裝置1內的半導體元件的電流係比伺服馬達驅動用的半導體元件的電流還大。因此，一般係於主軸馬達驅動用的半導體元件、整流器用的半導體元件等使用電流容量較大的半導體元件。

例如，在半導體元件6A作為主軸馬達驅動用的半導體元件來利用，半導體元件6B作為整流器用的半導體元件來利用，複數個半導體元件7A、7B、7C作為伺服馬達驅動用的半導體元件來利用時，在主軸馬達驅動用及整流器用的半導體元件群所產生的熱係藉由散熱器2而輻射至機殼外部。此外，在伺服馬達驅動用的半導體元件所產生的熱係透過散熱器3而傳導至散熱器2，藉由散熱器2而輻射至機殼外部。

如前述的情形，從有效地活用機殼10之內部之裝置設置空間的觀點，較佳為散熱器3的體積儘可能減小。與主軸馬達驅動用及整流器用的半導體元件群相比較，在伺服馬達驅動用的半導體元件所產生的電力損失較小，因此，即使減小散熱器3的體積，半導體元件7之溫度上升也較小。相對於此，主軸馬達驅動用及整流器用的半導體元件群發生的電力損失較大，因此，在馬達驅動裝置1中，為了對付此電力損失，乃以增大散熱器2的體積來抑制散熱器2之溫度TH2的上升。藉此，抑制主軸馬達驅動用及整流器用的半導體元件群的溫度上升，也更抑制散熱器3之溫度TH3的上升。其結果，也抑制伺服馬達驅動用的半導體元件的溫度上升。

以下說明將馬達驅動裝置1安裝於控制盤的狀態。第6圖係從內部觀看到安裝有第1圖所示之馬達驅動裝置的控制盤的圖。第6圖中顯示從Z軸方向在內部觀看到控制盤20時之控制盤20之區隔板20C、安裝於區隔板20C之馬達驅動裝置1的外觀、控製盤20的前面板20A以及控制盤20的後面板20B。

區隔板20C係用以將控制盤20的內部空間區隔成含有油霧、粉塵等微粒子之冷卻空氣會通過之屬於風路的換氣空間201，以及用以防止來自於換氣空間201之微粒子侵入的防塵空間202的板狀構件。區隔板20C係從控制盤20的天花板延伸至底板，X軸方向的一端固定於天花板，X軸方向的另一端固定於底板。

第7圖係透過第6圖所示之安裝構件而設置於區隔板之馬達驅動裝置的外觀立體圖。於區隔板20C固定有用以固定馬達驅動裝置1的安裝構件21。

安裝構件21係四個內角各自的大小等於直角之正方形或長方形之板狀的散熱構件。安裝構件21只要是能夠將馬達驅動裝置1固定於區隔板20C的板狀構件即可，其形狀不限定於正方形或長方形。作為安裝構件21的材料者可例示有鋁、沃斯田鐵系不鏽鋼合金、銅合金、鑄鐵、鋼、鐵合金等金屬。

安裝構件21之XZ平面的面積係比形成於區隔板20C之開口部20C1的面積還廣。此外，開口部20C1係設於將安裝構件21朝向區隔板20C投影而形成的區域 內。

安裝構件21之區隔板20C側的板面21a係以與第6圖所示之前面板20A及後面板20B平行的方式安裝到區隔板20C。安裝構件21也可使用可鎖入區隔板20C的螺絲而固定於區隔板20C，也可藉由於要安裝於區隔板20C之安裝構件21的接觸部施予熔接來固定於區隔板20C。

如第7圖所示，於安裝構件21形成有開口部21b。開口部21b的面積係比散熱器2之散熱片底座2c之XZ平面的面積還窄，而且比散熱器2的散熱片2d的XZ平面的面積還廣。此外，開口部21b設於將散熱片底座2c朝向安裝構件21投影而形成的區域內。

馬達驅動裝置1安裝至控制盤20的程序如以下所述。首先，安裝構件21以閉塞區隔板20C之開口部21C1的方式固定於區隔板20C。接著，馬達驅動裝置1的散熱片2d插入安裝構件21的開口部21b，馬達驅動裝置1朝Y軸方向按入直至散熱片底座2c的第二板面2b接觸到安裝構件21。最後，以散熱片底座2c的第二板面2b接觸到安裝構件21的狀態，將散熱片底座2c固定於安裝構件21。

藉此，馬達驅動裝置1的機殼10係設於防塵空間202，馬達驅動裝置1的散熱器2係設於換氣空間201。此外，安裝構件21的開口部21b藉由散熱片底座2c而被閉塞，能夠防止流動於換氣空間201的冷卻空氣侵入 防塵空間202。

此外，本實施形態中係使用安裝構件21來安裝於馬達驅動裝置1的區隔板20C，惟也可不使用安裝構件21，而例如將散熱片底座2c之XZ平面的面積增廣，或將區隔板20C之開口部20C1的面積減窄，藉此將散熱片底座2c直接固定於區隔板20C。

如此的方式安裝於控制盤20的馬達驅動裝置1，由於設有風扇9，所以於風扇9運轉時，會於換氣空間產生風的流動，而會有於換氣空間發生含有油霧、粉塵等微粒子之冷卻空氣的對流的情形。

本實施形態之使用有馬達驅動裝置1的控制盤20中，藉由用以閉塞區隔板20C之開口部20C1而設置的散熱片底座2c，防塵空間202與換氣空間201分離，進而於散熱片底座2c的防塵空間202側設置半導體元件、基板等，於散熱片底座2c的換氣空間201設置散熱用的散熱片2d。

因此，不須施予用以防止微粒子附著於基板等之特殊的鍍覆等對策，能夠將馬達驅動裝置1的構造簡單化。此外，本實施形態中係於馬達驅動裝置1設置有機殼10，惟機殼10係例如以人不會接觸到安裝於控制盤20之馬達驅動裝置1內的半導體元件、基板等的方式來設置者。因此，即使無機殼10也能夠防止油霧、粉塵等微粒子附著於半導體元件、基板等。

此外，由於半導體元件、基板等設置於區隔 板20C之防塵空間202側，因此只要將機殼10拆下就能夠進行基板等的檢查，與將馬達驅動裝置1整體從控制盤20拆出來進行檢查的情形相比較，能夠縮短馬達驅動裝置1的維護時間。

此外，本實施形態中，說明了具有屬於發熱元件之半導體元件之馬達驅動裝置1的構成例，惟馬達驅動裝置1具有的發熱元件不限定於半導體元件，只要是驅動馬達時會發熱的零件，例如可為升壓變壓器、反應器、電阻等零件。此情形下，馬達驅動裝置1具備用以驅動第一馬達的第一發熱元件及用以驅動第二馬達的第二發熱元件，第一發熱元件與屬於第二散熱部的散熱器3熱性地連接，第二發熱元件與屬於第一散熱部的散熱片底座2c熱性地連接。

此外，本實施形態中，說明了於構成控制盤20之外廓之機殼的內部設有馬達驅動裝置1，惟馬達驅動裝置1的位置只要是能夠冷卻屬於第三散熱部的散熱片2d，就不限定於此構成。例如，控制盤20會有在構成控制盤20之外廓的機殼之內而在後面板20B被拆下的狀態設置於地板的情形。如此方式構成的控制盤20中，第6圖所示之區隔板20C就成為構成控制盤20之外廓之機殼的一部分，當馬達驅動裝置1設置於區隔板20C時，就構成散熱片2d設於控制盤20之外部的形態。亦即，散熱片2d露出於控制盤20的外部。即使是如此的構成，從發熱元件傳導至散熱片2d之熱會散熱至控制盤20的外部，並且能 夠抑制塵埃侵入防塵空間202。

以上的實施形態所表示的構成係表示本發明之內容之一例者，也可與其他眾所周知的技術組合，在不脫離本發明之主旨的範圍內，也可省略、變更構成的一部分。

Claims (6)

1. 一種馬達驅動裝置，係設於控制盤且驅動複數個馬達的馬達驅動裝置，具備：板狀的第一散熱部，係具有第一板面與成為前述第一板面之背面的第二板面；板狀的第二散熱部，係具有第三板面且以與前述第三板面垂直的第一法線和與前述第一板面垂直的第二法線交叉的方式來設置，並且熱性地連接於前述第一板面；第一發熱元件，係熱性地連接於前述第二散熱部且驅動第一馬達；第一基板，係具有供前述第一發熱元件設置的第一基板面且以與前述第一基板面垂直的第三法線和前述第二法線交叉的方式來設置；第二發熱元件，係熱性地連接於前述第一板面且驅動第二馬達；第二基板，係具有設置前述第二發熱元件的第二基板面且以與前述第二基板面垂直的第四法線和前述第三法線交叉的方式來設置；以及第三散熱部，係熱性地連接於前述第二板面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，具備散熱膏，該散熱膏係設於前述第一散熱部與前述第二散熱部之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動裝置，其中，前述第一散熱部係以熔接而連接至前述第二散熱部。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之馬達驅動裝置，具備風扇，該風扇係對前述第三散熱部送風。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之馬達驅動裝置，其中，前述第三散熱部的體積係比前述第二散熱部的體積還大。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之馬達驅動裝置，其中，前述第三散熱部係露出於前述控制盤的外部。