JP4936021B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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、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３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ケース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４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、樹脂ケース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５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６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２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３および請求項４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５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６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。
ができる。

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 (6)

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、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。
3. 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ケース取付用の係合部を設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. 前記係合部が、ダイカストフレームに設けた爪と、樹脂ケース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。
5. 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。
6. 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。

Images