WO2008032542A1 - Dispositif de commande de moteur - Google Patents

Description

明 細 書

モータ制御装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 従来のモータ制御装置、例えばインバータ装置は、高熱を発するパワー半導体モ ジュールを用いているため、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 効果を上げてレ、る。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!/、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においては、図 4又は図 5、図 6に 示す構成がとられてきた。図 4から図 6において、ヒートシンク 1に対し、例えばヒートシ ンク 1に備えられたネジ穴 lbに、基板 4が配置され、ネジ 5で基板 4は取付けされてい る。基板 4の下面にあるヒートシンク 1の上にはインバータ部 IGBT (Insulated Gate Bi polar Transistor )素子等を備えたパワー半導体モジュール 2が実装されている。な お、パワー半導体モジュール 2はネジ 3でヒートシンク 1の上面に密着して取付けられ ている。ヒートシンク 1の地側には、ファン 6及びケーブル 6a、コネクタ 6b、ケーブル 7 、コネクタ 7aを取付けたファンケース 8が取付けされている。なお、コネクタ 7bは、コネ クタ 4bに接続される。

この構成における、図 6のヒートシンク 1は、中央にフィン lg、両側面に側板 Ifを設 け、フィン lgと側板 Ifは、天側に垂直に形成されている。地側のフィン lgは、ファン 6 を取付けたファンケース 8を取付けるため、短く形成されている。ヒートシンク 1は複雑 な形状を形成するためダイカストにて成型されている。

特許文献 1 :特開 2004— 349548号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0003] しかしながら、従来のモータ制御装置に使用するヒートシンクは、次のような問題が あった。

(1)パワー半導体モジュールの熱を放熱させるための放熱能力をもったヒートシンク を採用する必要があり、ある一定の放熱面積（大きさ）を持つヒートシンクが必要であ つた。

(2)自然空冷による放熱面積が足りない場合、強制的に空気の流れを作るため、あ る一定の風速及び風量を持つファンが必要であった。

(3)ファン両端部のヒートシンクのフィンにおいては、空気の流れが悪いため、ヒート シンクの隅々まで有効的に使用することができな力、つた。そのため、風速及び風量の 高いファンを採用する必要があった。風速及び風量の高いファンは、消費電力が大 きいため、電源回路の構成が大きくなり、モータ制御装置の基板構成が大きくなる。 また、風速及び風量の高いファンは、ファン自体の構成が大きくなり外形が大きくなる 。そのため、モータ制御装置の小型化を実現するのには限界があった。

(4)風速及び風量の高!/、ファンを採用する場合、ファン自体の部品点数及び材料費 が増え、コストアップとなる。またモータ制御装置の基板も部品点数が増えるためコス トァップとなる。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 つた。

(5)製造工程またはファン交換時にファンを取り付ける場合、ファンの風向が逆方向 になるように誤って取り付ける可能性があった。ファン風向が逆方向の場合、冷却性 能が正しい風向の場合より低くなり、モータ制御装置の品質が低下する。

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、装置の小型化が容易にで 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 ることを目白勺とする。

課題を解決するための手段

[0004] 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、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、前記ヒートシンクに取付ける接続ケーブルを備えたファンと、前 記ファンの接続ケーブルと前記基板を接続させるためのケーブルと、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を備えたモータ制御装置にお!/、て、前記ヒー トシンクのフィン部にファン載置部を形成し、前記ファンを載置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、前記ファン載置部を、前記ヒートシンクに設けた複数個 のボスで構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、前記ヒートシンクのファンを直接載置するフィン部分にベ ルマウス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、前記ヒートシンクのベルマウスと側板との間をなだらかな 円弧でガイド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、前記ヒートシンクのベルマウス側のフィンの端部を、前記 ガイドの円弧状の傾斜に合わせて短く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、前記ヒートシンクのファンを直接載置するフィン部分に、 ケーブルを保持する機構を形成したことを特徴とするものである。

請求項 7に記載の発明は、前記ヒートシンクのファンを直接載置するフィン部分に、 前記ファンの取り付け方向を 1方向に拘束する突起を形成するとともに、前記ファンの 載置面に前記突起と係合する凹部を形成したことを特徴とするものである。

請求項 8に記載の発明は、前記凹部が、前記ファンの側部に形成した切欠きである ことを特 ί毁とするものである。

発明の効果

本発明によれば、次のような効果がある。

請求項 1及び請求項 2に記載の発明によると、ヒートシンクにファンを直接載置する ため、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り、顧 客での取替えが簡単に行なうことができ、メンテナンス牲の向上を行なうことができる 請求項 3及び請求項 4に記載の発明によると、ヒートシンクのフィン形状に沿って空 気が進み、十分な流速を発生させるため、ヒートシンクのフィンの放熱能力を上げるこ とができ、ヒートシンクの小型化ができる。また、ファンを必ず通過して空気を排気する ため、空気の流れが均等化され、ファンが効率良く使用される。そのため、最低限必 要な風速及ぶ風量のファンを採用することができ、モータ制御装置基板の小型化及 びファンの小型ができる。ヒートシンクの小型化及びモータ制御装置基板の小型化、 ファンの小型によりモータ制御装置を小型化することができる。また、ヒートシンクの小 型化及びモータ制御装置基板の小型化、ファンの小型により、ヒートシンクの材料費 及びモータ制御装置基板の部品費、ファンの部品費を抑えることができ、モータ制御 装置のコストダウンができる。

請求項 4に記載の発明によると、ヒートシンクのフィン形状に沿って風が進むため、 風溜りが無くなり騒音が減少し、モータ制御装置の品質を向上させることができる。 請求項 5記載の発明によると、ファンの風量及び風速を最適にするファンとフィン間 の距離を確保することができ、最低限必要な風速及ぶ風量のファンを採用することが できる。

また、最低限必要な風速及ぶ風量のファンを採用することができるため、モータ制 御装置基板の小型化及びファンの小型ができ、モータ制御装置を小型化することが できる。また、モータ制御装置基板の部品費及びファンの部品費を抑えることができ 、モータ制御装置のコストダウンができる。

請求項 6に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り、顧客での取替えが簡単に行なうことができ、メンテナンス牲 の向上を行なうことができる。

請求項 7および請求項 8に記載の発明によると、組立作業においてファンの取り付 け方向を間違えることが無くなり、作業の効率化を図ることができるとともに、品質低 下を防止することができる。

図面の簡単な説明

園 1]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。

園 2]図 1におけるモータ制御装置の分解斜視図である。

園 3]図 1におけるモータ制御装置のヒートシンクを示す図で、（a)は天側から見た斜 視図、（b)は反天側（底面側）からみた底面図、（c)は右側面図、（b)は基板が載置さ れる側とは反対の側から見た背面図である。 [図 4]従来技術におけるモータ制御装置を示す斜視図である。

[図 5]図 4におけるモータ制御装置の分解斜視図である。

[図 6]図 5におけるモータ制御装置のヒートシンクを示す図で、（a)は右側面図、（b) は背面図、（c)は平面図である。

符号の説明

1 ヒートシンク

la ネジ穴

lb ネジ穴

lc ベルマウス

Id ボス

le ササェ

If 側板

lg フィン

lh ガイド

li 突起

2 パワー半導体モジュール

3 パワー半導体モジュール固定用のネジ

4 基板

4a ネジ通し穴

4b コネクタ

5 基板固定用のネジ

6 ファン

6a ケープノレ

6b コネクタ

6c 穴

6d 切欠き

7 ケープノレ

7a コネクタ 7b コネクタ

8 ファンケース

A 天側

発明を実施するための最良の形態

[0008] 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。

実施例

[0009] 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 1におけるモータ制御装 置のヒートシンクを示す図で、（_a)は天側（上方側）から見た斜視図、（b)は反天側（ 底面側）からみた底面図、（c)は右側面図、（b)は基板が載置される側とは反対の側 力も見た背面図である。

図 1から図 3において、 1はヒートシンク、 2はインバータ部 IGBT素子等を含むパヮ 一半導体モジュールであり、複数本の外部電極端子を持つ構造になっている。 4は ノ^ー半導体モジュール 2の外部電極端子が接続される第 1の基板である。 6はケー ブル及びコネクタを備えたファンである。 7はファン 6と基板 4を接続するケーブルであ る。 8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。

[0010] 前記ヒートシンク 1は、例えば直方体をしており、正面（基板が載置される側の面）は 平面状に形成され、パワー半導体モジュール 2をヒートシンク 1に取付けるためのネジ 穴 laが複数個形成されている。

また、外部電極端子が接続される基板 4をヒートシンク 1に取付けるためのネジ穴 lb が複数個形成されている。

背面側の上部にはベルマウス lcとファン 6及びケーブル 6a、コネクタ 6b、ケーブル 7、コネクタ 7aを取付けるための、ボス Idとササェ leが複数個形成されている。前記 ヒートシンク 1のボス Idで、前記ファン 6の載置部を構成し、前記ボス Idをファン 6の 載置面に設けた穴 6cに嵌合させる。

また、前記ヒートシンク 1のファン 6を直接載置するフィン lgの部分には、前記ファン 6の取り付け方向を 1方向に拘束する突起 liを形成するとともに、前記ファン 6の載置 面に前記突起 liと係合する凹部、例えば切欠き 6dを形成している。前記ファン 6をヒ ートシンク 1に載置する場合は、ヒートシンク 1のボス Idにファンの穴 6cを嵌合するとと もに、ヒートシンク 1の突起 liにファン 6の切欠き 6dを係合させて正しい取り付けがな されるようにする。

また、背面側の略中央部から下部にかけては、両側面に側板 Π、フィン lg、ベルマ ウス lcと側板 Ifとの間をなだらかな円弧で形成するガイド lhが形成されている。

[0011] 前記パワー半導体モジュール 2は、前記ヒートシンク 1のネジ穴 laの上に配置し、ネ ジ 3を使用し仮固定する。

[0012] 前記基板 4は、前記ヒートシンク 1のネジ穴 lbの上に配置し、ネジ 5を基板 4のネジ 通し穴 4aを通して、ネジ穴 lbに締付固定させる。前記パワー半導体モジュール 2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 2の端子を基板 4に半田 付けする。

[0013] 前記ファン 6は、ファン載置部を構成する前記ヒートシンク 1のボス Idの上に載置す る。その際、ファン 6の切欠き 6dがヒートシンク 1の突起 liに嵌合するように載置する。 ケーブル 6a、コネクタ 6b及び前記ケーブル 7、コネクタ 7aを前記ヒートシンク 1のササ ェ l eに配置し、前記ファンケース 8で前記ヒートシンク 1に固定させる。なお、コネクタ 7bは前記基板 4のコネクタ 4bに取付ける。

[0014] 本発明のモータ制御装置は、ヒートシンク 1のフィン部分ベルマウス lc及びガイド 1 hを形成しているので、ファン 6の吸引によりベルマウス lc及びガイド lhのフィン形状 に沿って空気が進み、十分な流速を発生させるため、ヒートシンク 1のフィンの放熱能 力を上げることができ、ヒートシンク 1を小型化している。さらに、ヒートシンク 1のフィン 形状により、空気の流れが均等化され、ファン 6が効率良く使用される。そのため、最 低限必要な風速及び風量のファン 6を採用することができ、モータ制御装置基板の 小型化及びファン 6の小型ができる。ヒートシンク 1の小型化及びモータ制御装置基 板の小型化、ファン 6の小型により、モータ制御装置の小型化を図る。

また、最適なファン 6の採用により、モータ制御装置基板の部品費を及びファン 6の 部品費を抑えることができ、モータ制御装置のコストダウンができる。

さらに、ヒートシンク 1のフィン形状に沿って風が進むため、風溜りが無くなり騒音が 減少し、モータ制御装置の品質を向上させることができる。また、ボス Idとササェ le は、ヒートシンク 1にファン 6を直接載置するため、ケーブル 6の配線引き回しを簡素 化すること力 Sでき、交換が容易に行なえるようになる。交換が容易に行なえることがで きるため、顧客での取替えが簡単に行なうことができ、メンテナンス牲の向上を行なう こと力 Sでさる。

また、ファン 6の切欠き 6dとヒートシンク 1の突起 liを嵌合させることにより、ファン 6を 常に正しい方向に載置することができる。ファン 6を反対方向に載置しょうした場合、 突起 liによりファン 6が浮き上がるために載置することができない。そのためファンの 取付けミスが無くなり、モータ制御装置の品質を向上させることができる。

産業上の利用可能性

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、装置の小型化が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製造、提供する分野に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] フィンを備えたヒートシンクと、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、前記ヒ ートシンクに取付ける接続ケーブルを備えたファンと、前記ファンの接続ケーブルと前 記基板を接続させるためのケーブルと、前記ファンと前記ヒートシンクを固定させるフ アンケースを備えたモータ制御装置にお!/、て、

前記ヒートシンクのフィン部にファン載置部を形成し、前記ファンを載置したことを特 徴とするモータ制御装置。

[2] 前記ファン載置部を、前記ヒートシンクに設けたボスで構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。

[3] 前記ファンを載置するフィン部にベルマウス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。

[4] 前記ベルマウスと側板との間をなだらかな円弧でガイドを形成したことを特徴とする 請求項 1又は 2に記載のモータ制御装置。

[5] 前記ヒートシンクのベルマウス側のフィンの端部を、前記ガイドの円弧状の傾斜に合 わせて短くしたことを特徴とする請求項 1から 3のいずれかの項に記載のモータ制御 装置。

[6] 前記ヒートシンクのファンを直接載置するフィン部分に、ケーブル保持部を形成した ことを特徴とする請求項 1に記載のモータ制御装置。

[7] 前記ヒートシンクのファンを直接載置するフィン部分に、前記ファンの取り付け方向 を 1方向に拘束する突起を形成するとともに、前記ファンの載置面に前記突起と係合 する凹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。

[8] 前記凹部が、前記ファンの側部に形成した切欠きであることを特徴とする請求項 7 に記載のモータ制御装置。