JP2012204715A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体を冷却体として活用することにより、冷却効率を向上することができるようにする。
【解決手段】インバータ装置１は、基板２１を有する本体部２０が前側に配置されると共に、冷却風が通風される風洞部３０が後側に配置された筐体ベース１１と、筐体ベース１１の前面に設けられ、基板２１に接続されたパワーモジュール２２と、筐体ベース１１の後面におけるパワーモジュール２２に対応する位置に設けられ、ベース部６１とフィン６１とを有するヒートシンク６０とを備え、筐体ベース１１は、パワーモジュール２２とヒートシンク６０のベース部６１との間に介在する。
【選択図】図４

Description

開示の実施形態は、モータの駆動を制御するモータ制御装置に関する。

従来、ヒートシンクに複数の電子部品を配置し、ヒートシンクを強制冷却する電子機器の冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術におけるヒートシンクは、発熱部品（発熱量の大きい電子部品）を含む複数の電子部品が取り付けられるベース部（ヒートシンク基板）と、このベース部の片面に形成された放熱用のフィンとにより構成されている。このヒートシンクには、筐体（風洞カバー）が装着される。

特開２００２−２８０７７９号公報

上記従来技術において、筐体をヒートシンクへ装着する、言い換えれば、ヒートシンクを筐体のベースへ取り付ける際には、ヒートシンクのフィンを筐体のベースに設けられた開口部に一方側から他方側に向けて挿通させ、ヒートシンクのベース部を筐体のベースの一方側に固定して行う。これにより、ヒートシンクのベース部が発熱部品に密着されると共にフィンが筐体内部に突出されて、発熱部品で生じた熱が放熱される。

しかしながら、上記従来技術のような構造では筐体のベースに設けた開口部を密封するために、ヒートシンクのベース部と筐体のベースとの間にパッキン（又はシール材）を設ける必要がある。このため、パッキン（又はシール材）の介在により、発熱部品で生じた熱はヒートシンクのベース部から筐体のベースには伝熱されず（あるいは伝熱されても伝熱量が少なく）、ヒートシンクのみによる放熱となってしまうため、冷却効率が十分でなかった。

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、筐体を冷却体として活用することにより、冷却効率を向上することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、基板を有する本体部が一方側に配置されると共に、冷却風が通風される風洞部が他方側に配置された筐体ベースと、前記筐体ベースの一方側表面に設けられ、前記基板に接続された発熱部品と、前記筐体ベースの他方側表面における前記発熱部品に対応する位置に設けられ、ベース部とフィンとを有するヒートシンクと、を備え、前記筐体ベースは、前記発熱部品と前記ヒートシンクの前記ベース部との間に介在するモータ制御装置が適用される。

本発明によれば、筐体を冷却体として活用することにより、冷却効率を向上することができる。

一実施の形態のインバータ装置をケース側から見た外観図である。 ヒートシンクを筐体ベースに取り付ける前のインバータ装置を風洞部側から見た外観図である。 ヒートシンクを筐体ベースに取り付けた後のインバータ装置を風洞部側から見た外観図である。 インバータ装置を表す横断面図である。 比較例のインバータ装置を表す横断面図である。 筐体ベース、風洞壁部、及びボスをダイカストにより一体成型する変形例におけるインバータ装置を表す横断面図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１、図２、図３、及び図４に示すように、本実施形態のインバータ装置１（モータ制御装置）は、図示しないモータの駆動を制御する装置であり、筐体１０と、本体部２０と、冷却風が通風される風洞部３０と、本体部２０を覆うケース４０と、略円柱形状を備えた複数のボス５０と、略直方体形状を備えたヒートシンク６０とを有している。

筐体１０は、筐体ベース１１と、筐体ベース１１の後側（他方側。図１中右奥側、図２及び図３中左手前側、図４中下側）に立設され、風洞部３０の側壁を構成する２つの風洞壁部１２とを有している。これら筐体ベース１１と風洞壁部１２とは、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金であるＡＤＣ１２合金等）を用いたダイカストにより別々に成型され、例えばボルト等により接合されている。ダイカストとは、金型鋳造法の一つで、金型に溶融した金属を圧入することにより、高い寸法精度の鋳物を短時間に大量に生産する鋳造方式、又は、この鋳造方式による製品のことである。なお、筐体ベース１１と風洞壁部１２とをアルミニウム合金を用いたダイカストにより一体成型してもよい。また、ダイカスト用合金としてはアルミニウム合金に限られず、亜鉛合金やマグネシウム合金等でもよい。

筐体ベース１１の前側（一方側。図１中左手前側、図２及び図３中右奥側、図４中上側）には、上記本体部２０が配置されている。本体部２０は、図示しない電子回路が設けられた基板２１と、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等で構成された図示しない半導体素子を内蔵すると共に、基板２１に接続された複数の外部電極端子１２１を有するパワーモジュール２２（発熱部品）とを含む、モータの駆動に係わる複数の電子部品を有している。また、筐体ベース１１の前面（一方側表面）には、公知の適宜の手法により平面出し加工された領域１１１（発熱部品の設置領域）が形成されており、上記パワーモジュール２２は、この領域１１１に密着して取り付けられている。

さらに、筐体ベース１１の前面には、基板２１を支持する上記複数のボス５０が立設されている。各ボス５０は、筐体ベース１１とは別体として構成されており、例えばスタッド等により筐体ベース１１の前面に取り付けられている。なお、筐体ベース１１と基板２１との距離、すなわち、ボス５０の長さをＤ１とする。そして、各ボス５０にボルト７０が締結することにより、基板２１が各ボス５０に取り付けられている。

一方、筐体ベース１１の後側には、上記風洞部３０が配置されている。風洞部３０の一端（すなわち、風洞壁部１２の一端）には、冷却風を発生するファン３１が設けられている。また、筐体ベース１１の後面（他方側表面）におけるパワーモジュール２２に対応する位置には、公知の適宜の手法により平面出し加工された領域１１２（ヒートシンクの設置領域）が形成されており、上記ヒートシンク６０は、この領域１１２に取り付けられている。

ヒートシンク６０は、ベース部６１と、複数のフィン６２とを有し、これらベース部６１と複数のフィン６２とを公知の適宜のカシメ方式により接合したカシメ型ヒートシンクであり、本体部２０に設けられた電子部品に含まれるパワーモジュール２２を冷却する。ベース部６１は、筐体ベース１１を構成する材料とは異なる材料、この例では筐体ベース１１を構成するアルミニウム合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金であるＡＤＣ１２合金等）よりも熱伝導性が約２倍高いアルミニウム合金（例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であるＡ６０６３合金等）で構成されている。なお、ベース部６１を構成する材料としてはアルミニウム合金に限られず、他の熱伝導性の高い材料でもよい。各フィン６２は、アルミニウム板等で構成され、ベース部６１の後面（図２及び図３中左手前側の面、図４中下面）にカシメ固定されている。なお、フィン６２の長さをＤ２とする。そして、ベース部６１にボルト８０が締結することにより、ヒートシンク６０が筐体ベース１１の後面に取り付けられている。

以上のように、筐体ベース１１の前面にパワーモジュール２２が取り付けられ、筐体ベース１１の後面にヒートシンク６０のベース部６１が取り付けられることにより、筐体ベース１１は、パワーモジュール２２とヒートシンク６０のベース部６１との間に介在する構成となっている。したがって、パワーモジュール２２で生じた熱は、まず筐体ベース１１に伝熱し、その後筐体ベース１１からヒートシンク６０や風洞壁部１２に伝熱されて放熱される（図４中破線で示す矢印を参照）。

ここで、以上説明した本実施形態の効果を説明する前に、図５を用いて本実施形態の効果を説明するための比較例を説明する。なお、図５は、上記図４に対応する図であり、対比の便宜のため、比較例における各部の符号は、本実施形態と同一の符号を用いている。

図５に示すように、この比較例のインバータ装置１′の構成は、本実施形態のインバータ装置１とほぼ同様であるが、筐体ベース１１に代えて筐体ベース１１′を設け、複数のボス５０に代えて複数のボス５０′を設け、フィン６２に代えてフィン６２′を設けた点と、パワーモジュール２２及びヒートシンク６０の設置位置とに相違がある。すなわち、この比較例においては、筐体ベース１１′に開口部１１３が設けられている。そして、ヒートシンク６０の筐体ベース１１′への取り付けは、ヒートシンク６０のフィン６２′を筐体ベース１１′の開口部１１３に前側（図５中上側）から後側（図５中下側）に向けて挿通させ、ヒートシンク６０のベース部６１を筐体ベース１１′の前側に固定して行う。このとき、ヒートシンク６０のベース部６１と筐体ベース１１′との間にパッキンＰ（又はシール材でもよい）を介在させることにより、筐体ベース１１′の開口部１１３を密封する。また、この比較例においては、パワーモジュール２２は、ヒートシンク６０のベース部６１の前面（図５中上面）に密着して取り付けられている。これにより、ヒートシンク６０のベース部６１がパワーモジュール２２に密着されると共に、フィン６２′が風洞部３０に突出されて、パワーモジュール２２で生じた熱が放熱される。なお、筐体ベース１１′と基板２１との距離、すなわち、ボス５０′の長さをＤ１′（Ｄ１′＞Ｄ１）とし、フィン６２′の長さをＤ２′（Ｄ２′＞Ｄ２）とする。他の構成については、本実施形態のインバータ装置１とほぼ同様である。

上記比較例のインバータ装置１′においては、次のような課題が生じる場合がある。すなわち、上記比較例の構造では、筐体ベース１１′に設けられた開口部１１３を密封するために、ヒートシンク６０のベース部６１と筐体ベース１１′との間にパッキンＰ（又はシール材）設ける必要がある。このため、パッキンＰ（又はシール材）の介在により、パワーモジュール２２で生じた熱は、ヒートシンク６０のベース部６１から筐体ベース１１′には伝熱されず（あるいは伝熱されても伝熱量が少なく）、ヒートシンク６０のみによる放熱となってしまう（図５中破線で示す矢印を参照）ため、冷却効率が十分でなかった。また、上記比較例の構造では、パッキンＰ（又はシール材）が劣化した場合には、筐体ベース１１′に設けられた開口部１１３の密封性が低下するおそれがあり、風洞部３０の空気が本体部２０内に流れ込むおそれがある。また、上記比較例の構造では、基板２１の下方にパワーモジュール２２とヒートシンク６０のベース部６１との設置スペースが必要となるため、筐体ベース１１′と基板２１との距離（すなわちボス５０′の長さ）が大きくなり、本体部２０が大型化する。さらに、基板２１の下方にパワーモジュール２２よりも面積の大きなヒートシンク６０のベース部６１が配置されるため、基板２１を支持するボス５０′の配置位置がその制約を受けることになる。

これに対し、本実施形態のインバータ装置１においては、筐体ベース１１の前面にパワーモジュール２２が設けられ、筐体ベース１１の後面におけるパワーモジュール２２に対応する位置にヒートシンク６０が設けられ、筐体ベース１１がパワーモジュール２２とヒートシンク６０のベース部６１との間に介在する構成となっている。これにより、パワーモジュール２２で生じた熱は、まず筐体ベース１１に伝熱し、その後筐体ベース１１からヒートシンク６０に伝熱されて放熱される。その結果、ヒートシンク６０のみでなく、筐体ベース１１を含む筐体１０についても冷却体として活用することが可能となるので、冷却効率を向上することができる。これにより、パワーモジュール２２で生じた熱を十分に冷却することができる。また、冷却効率を向上できる結果、同じ冷却効率であればヒートシンク６０を小型化（フィン６２を短縮化）することができる。すなわち、本実施形態と上記比較例との冷却効率が同じであれば、Ｄ２＜Ｄ２′とすることができる。

また、本実施形態によれば、上記比較例のようなパッキンＰ（又はシール材）を設ける構造に対して次のような優位性を有する。すなわち、本実施形態では筐体ベース１１にヒートシンク６０用の開口部を設ける必要がないため、筐体ベース１１が本体部２０と風洞部３０との隔壁となり、風洞部３０の空気が本体部２０内に流れ込むことがない。また、パッキンＰ（又はシール材）を用いないため部品の削減が可能である。さらに、本実施形態ではヒートシンク６０を筐体ベース１１の後面に設けるため、ヒートシンク６０のフィン６２の風洞部３０への突出高さは常に一定となり、冷却効率が安定する。また、インバータ装置１の筐体１０をダイカストにより一体成型する場合には、成型上の観点からも筐体ベース１１に開口部を設けない方が成型性が良い。

また、本実施形態によれば、ヒートシンク６０のベース部６１を筐体ベース１１の後面に設けるため、基板２１の下方にベース部６１の設置スペースが不要となり、筐体ベース１１と基板２１との距離（すなわちボス５０の長さＤ１）を小さくでき、本体部２０を小型化できる。したがって、インバータ装置１を小型化できる。さらに、本実施形態によれば、基板２１の下方にヒートシンク６０のベース部６１を設置しないため、ボス５０の設置位置の自由度を向上できる。

また、本実施形態では特に、ヒートシンク６０として、ベース部６１と複数のフィン６２とをカシメ方式により接合したカシメ型ヒートシンクを用いる。これにより、各フィン６２の間隔を狭くし、ベース部６１上に多数のフィン６２を積層することができるため、ヒートシンク６０による放熱性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、次のような効果を奏する。すなわち、筐体ベース１１の後面にヒートシンク６０を設ける場合、ダイカストにより筐体ベース１１とヒートシンク６０とを一体成型する構成と、筐体ベース１１とヒートシンク６０とを別体とした構成とが考えられる。一体成型の場合、ヒートシンク６０は筐体ベース１１と同じ材料で構成されることになる。一方、本実施形態のようにカシメ型ヒートシンクを用いる場合には、別体として構成する必要がある。なぜなら、筐体ベース１１とヒートシンク６０のベース部６１とをダイカスト等により一体成型した場合、ベース部６１は筐体ベース１１と同じ材料となり、材料の物性及びフィン成形時の制約により、放熱性を高めることができないからである。すなわち、本実施形態によれば、カシメ型ヒートシンクを用いることにより、筐体ベース１１とヒートシンク６０とを別体として構成することになるため、筐体ベース１１の材料とは異なった熱伝導率の高い材料でヒートシンク６０を構成することが可能となる。その結果、ヒートシンク６０による放熱性を高めることができる。なお、材料の物性値比較によれば、ベース部６１をＡ６０６３合金で構成したカシメ型ヒートシンクは、ＡＤＣ１２合金を用いたダイカストにより筐体ベース１１と一体成型したヒートシンクに比べて、熱伝導性が約２倍高い。

また、本実施形態では特に、筐体ベース１１と、ヒートシンク６０のベース部６１とは、異なる材料で構成されている。これにより、ヒートシンク６０を筐体ベース１１の材料とは異なった熱伝導率の高い材料で構成することができるので、ヒートシンク６０による放熱性を高めることができる。

また、本実施形態では特に、次のような効果を奏する。すなわち、筐体ベース１１は、アルミニウム合金を用いたダイカストにより成型されるが、熱膨張や収縮によってその表面には微小な凹凸が形成される。本実施形態においては、筐体ベース１１の後面における領域１１２、及び、筐体ベース１１の前面における領域１１１を平面出し加工することにより、上記凹凸を除去し、筐体ベース１１とヒートシンク６０との伝熱性、パワーモジュール２２と筐体ベース１１との伝熱性を高めることができる。その結果、冷却効率をより向上することができる。

なお、実施の形態は、上記内容に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。

（１）筐体ベース、風洞壁部、及びボスをダイカストにより一体成型する場合
上記実施形態においては、筐体ベース１１、２つの風洞壁部１２、及び複数のボス５０を別体として構成していたが、これに限られず、筐体ベース、２つの風洞壁部、及び複数のボスをダイカストにより一体成型してもよい。

図６に示すように、本変形例のインバータ装置１の構成は、上記実施形態のインバータ装置１とほぼ同様であるが、筐体ベース１１及び２つの風洞壁部１２に代えて筐体ベース１１Ａ及び２つの風洞壁部１２Ａを設け、複数のボス５０に代えて複数のボス５０Ａを設けた点に相違がある。他の構成については、上記実施形態と同様である。すなわち、本変形例においては、筐体ベース１１Ａと、２つの風洞壁部１２Ａと、複数のボス５０Ａとは、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金であるＡＤＣ１２合金等）を用いたダイカストにより一体成型されている。これにより、これら部品を別々に構成する場合に比べ、部品点数を少なくできると共に、組立工数を削減できる。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や（１）の変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ インバータ装置（モータ制御装置）
１１，１１Ａ 筐体ベース
１２，１２Ａ 風洞壁部
２０ 本体部
２１ 基板
２２ パワーモジュール（発熱部品）
３０ 風洞部
５０，５０Ａ ボス
６０ ヒートシンク
６１ ベース部
６２ フィン
１１１ 領域（発熱部品の設置領域）
１１２ 領域（ヒートシンクの設置領域）

Claims (7)

1. モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   基板を有する本体部が一方側に配置されると共に、冷却風が通風される風洞部が他方側に配置された筐体ベースと、
   前記筐体ベースの一方側表面に設けられ、前記基板に接続された発熱部品と、
   前記筐体ベースの他方側表面における前記発熱部品に対応する位置に設けられ、ベース部とフィンとを有するヒートシンクと、を備え、
   前記筐体ベースは、
   前記発熱部品と前記ヒートシンクの前記ベース部との間に介在する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記ヒートシンクは、
   前記ベース部と前記フィンとをカシメ方式により接合したカシメ型ヒートシンクである
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記筐体ベースと、前記ヒートシンクの前記ベース部とは、異なる材料で構成されている
   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。
4. 前記筐体ベースの前記他方側表面における前記ヒートシンクの設置領域は、
   平面出し加工されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記筐体ベースの前記一方側表面における前記発熱部品の設置領域は、
   平面出し加工されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記筐体ベースの前記一方側表面に立設され、前記基板を支持するボスと、
   前記筐体ベースの前記他方側表面に立設され、前記風洞部の側壁を構成する風洞壁部と、をさらに備え、
   前記筐体ベースと、前記ボスと、前記風洞壁部とは、ダイカストにより一体成型されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記発熱部品は、
   半導体素子を内蔵したパワーモジュールである
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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