JP2007115844A - Motor controller - Google Patents

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秀治 岡山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller in which the overall device can be made compact without raising a performance of a cooling fan, with a simple heat sink structure and at a low cost. <P>SOLUTION: The motor controller comprises a fin base 1a provided in a case 5, a heat sink 1 composed of a plurality of heat radiating linear fins 1b which are disposed in parallel with each other along the longitudinal direction of the fin base 1a, a power semiconductor module 2 which is directly or indirectly adhered and fixed to the back of the fin base 1a, an electrolytic capacitor 3 disposed at one end of the linear fin 1b, and a cooling fan 4 which is disposed at another end of the linear fin 1b for inducing cooling air with respect to the heat sink 1. The linear fins 1b are disposed beneath the power semiconductor module 2; and also, inclined fins 1c which are inclined to the linear fins 1b are provided on a right and left side of the linear fin 1b, so as to compensate for an insufficient part of the cooling air from a lower face of the linear fin 1b and to concentrate the cooling air. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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し、特にモータ制御装置の放熱効果を上げるための冷却構造に関するものである。   The present invention relates to a motor control device such as an inverter device or a servo amplifier that mainly operates with a high-voltage power supply, and more particularly to a cooling structure for increasing the heat dissipation effect of the motor control device.

従来、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は、高熱を発するＩＧＢＴ素子等を含む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固定させて冷却効果を上げる構造のものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
図５は従来のモータ制御装置の全体斜視図、図６は図５のモータ制御装置を下面から見た平面図であって、何れの図も内部を透視した図である。
図５および図６において、１はヒートシンク、１ａはフィン基板、１ｂは直線フィン、２はパワー半導体モジュール、３は電解コンデンサ、４は冷却ファン、５は筐体、５ａは入気孔、５ｂは換気孔である。筐体５の内部には、平板状のフィン基板１ａ上に直線フィン１ｂを複数枚並行に配置してなるヒートシンク１が設けられており、ヒートシンク１のフィン基板１ａの背面にパワー半導体モジュール２を直接または間接的に密着固定している。また、筐体５の内部において、直線フィン１ｂの一方端には電解コンデンサ３を配置し、直線フィン１ｂの他方端にはヒートシンク１に対する冷却風を誘起するための冷却ファン４を配置している。そして、筐体５における電解コンデンサの前面側の下部に入気孔５ａが設けられ、冷却風は入気孔５ａを通って電解コンデンサ３の隙間を通過した後、ヒートシンク１に入り込む構成となっており、また、冷却風を増やすため筐体５の両側面に換気孔５ｂを設けた構成となっている。
特開２００４―２２８５１５号公報（明細書５頁 図２） Conventionally, motor control devices such as inverter devices and servo amplifiers that mainly operate with a high-voltage power supply have used power semiconductor modules including IGBT elements that generate high heat. Therefore, power semiconductor modules are closely fixed to a heat sink and cooled. The thing of the structure which raises an effect is proposed (for example, refer to patent documents 1).
FIG. 5 is an overall perspective view of a conventional motor control device, and FIG. 6 is a plan view of the motor control device of FIG. 5 as viewed from below, and each figure is a view seen through the inside.
5 and 6, 1 is a heat sink, 1 a is a fin substrate, 1 b is a straight fin, 2 is a power semiconductor module, 3 is an electrolytic capacitor, 4 is a cooling fan, 5 is a housing, 5 a is an air inlet, and 5 b is a ventilation. It is a hole. Inside the housing 5, a heat sink 1 is provided in which a plurality of straight fins 1 b are arranged in parallel on a flat fin substrate 1 a, and the power semiconductor module 2 is mounted on the back surface of the fin substrate 1 a of the heat sink 1. It is fixed directly or indirectly. Further, inside the housing 5, an electrolytic capacitor 3 is disposed at one end of the linear fin 1b, and a cooling fan 4 for inducing cooling air to the heat sink 1 is disposed at the other end of the linear fin 1b. . And the inlet 5a is provided in the lower part of the front side of the electrolytic capacitor in the housing 5, and the cooling air enters the heat sink 1 after passing through the gap of the electrolytic capacitor 3 through the inlet 5a. In addition, ventilation holes 5b are provided on both side surfaces of the housing 5 in order to increase the cooling air.
JP 2004-228515 A (page 5 of the specification, FIG. 2)

しかしながら、従来のモータ制御装置は次のような問題があった。
冷却風が筐体の電解コンデンサ側から入気されると、フィン列を通過する前の段階で、冷却風は電解コンデンサによって温められるので、温められた冷却風がヒートシンクのフィン列を通過するとフィンによる冷却効率が下がる。ヒートシンクの冷却効率を向上させるには、ヒートシンク自体を単に大型化したり、もしくはフィンやフィン基板の厚みを設計変更したり、あるいは冷却ファンの能力を上げるため大型のファンが必要となる。このため装置全体が大型で高価なものになったり、また、電解コンデンサの数が増えた場合は冷却通風路が充分確保できなくなり、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。
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、冷却ファンの性能を上げることなく、単純なヒートシンク構造で安価で、装置全体の小型化を行なう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。 However, the conventional motor control device has the following problems.
When the cooling air is introduced from the electrolytic capacitor side of the housing, the cooling air is heated by the electrolytic capacitor in a stage before passing through the fin row, so that when the heated cooling air passes through the fin row of the heat sink, the fins are heated. Cooling efficiency is reduced. In order to improve the cooling efficiency of the heat sink, it is necessary to simply increase the size of the heat sink itself, change the thickness of the fins or the fin substrate, or increase the capacity of the cooling fan. For this reason, if the entire device becomes large and expensive, or if the number of electrolytic capacitors increases, it becomes impossible to secure a sufficient cooling air passage, and there is a limit to realizing a smaller motor control device. .
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a motor control device that can be reduced in size with a simple heat sink structure and reduced in size without increasing the performance of a cooling fan. For the purpose.

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、筐体と、前記筐体の内部に設けたフィン基板と、該フィン基板の長手方向に沿って複数枚並行に配置された放熱用の直線フィンからなるヒートシンクと、該フィン基板の背面に直接または間接的に密着固定されたパワー半導体モジュールと、前記直線フィンの一方端に配置された電解コンデンサと、前記直線フィンの他方端に配置された前記ヒートシンクに対する冷却風を誘起するための冷却ファンと、を備えたモータ制御装置において、前記直線フィンを前記パワー半導体モジュールの直下に配置すると共に、該フィンの下面からの冷却風の不足を補い、かつ、冷却風を集中するように、該直線フィンの左右に該直線フィンに対して傾斜した傾斜フィンを設けたことを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記直線フィンは、前記電解コンデンサとの間に冷却風路を確保するためのスペースを設けたことを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記筐体の傾斜フィンの左右に対する側面には、該傾斜フィンへの入気を行う入気孔を設けたことを特徴としている。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記電解コンデンサ側に設けた前記傾斜フィンと前記筐体との間に、前記傾斜フィンへの導風を行うと共に、前記電解コンデンサからの放熱を遮断するための導風板を設けたことを特徴としている。
請求項５に記載の発明は、前記冷却ファンと前記ヒートシンクの間に、冷却風を前記パワー半導体モジュール直下に集中させるように導風板を配置したことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a housing, a fin substrate provided inside the housing, and a heat sink comprising a plurality of linear fins for heat dissipation arranged in parallel along the longitudinal direction of the fin substrate. A power semiconductor module fixed directly or indirectly to the back surface of the fin substrate; an electrolytic capacitor disposed at one end of the linear fin; and cooling air for the heat sink disposed at the other end of the linear fin. And a cooling fan for inducing a cooling fan, wherein the linear fins are arranged directly under the power semiconductor module, the shortage of cooling air from the lower surface of the fins is compensated, and the cooling air is In order to concentrate, inclined fins inclined with respect to the linear fins are provided on the left and right sides of the linear fins.
According to a second aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, the straight fin is provided with a space for securing a cooling air passage between the linear fin and the electrolytic capacitor.
According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect of the present invention, air inlets for introducing air into the inclined fins are provided on the side surfaces of the inclined fins of the housing with respect to the left and right sides. It is said.
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect of the present invention, air is guided to the inclined fin between the inclined fin provided on the electrolytic capacitor side and the housing. An air guide plate for blocking heat radiation from the electrolytic capacitor is provided.
The invention according to claim 5 is characterized in that an air guide plate is arranged between the cooling fan and the heat sink so as to concentrate cooling air directly under the power semiconductor module.

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１〜３に記載の発明によると、単純な形状の直線フィンを有するヒートシンクに傾斜フィンを設けてフィンを有効的に使用することにより、ヒートシンクのフィンの放熱能力の向上と、ヒートシンクの小型化を実現することができ、その結果、モータ制御装置全体を小型化することができる。
また、ヒートシンクを小型化することにより、ヒートシンクの材料費を抑えることができ、ヒートシンクのコストダウンができる。
請求項４および５に記載の発明によると、ファンの能力を上げることなくパワー半導体モジュールおよび電解コンデンサのそれぞれを効率的に冷却することができる。
また、パワー半導体モジュールおよび電解コンデンサのお互いの熱影響を小さくすることができるため、モータ制御装置全体の大幅な小型化が可能となる。 The present invention has the following effects.
According to the first to third aspects of the present invention, it is possible to improve the heat dissipation capability of the fins of the heat sink and to reduce the size of the heat sink by effectively using the fins by providing inclined fins on the heat sink having a straight fin having a simple shape. As a result, the entire motor control device can be reduced in size.
In addition, by reducing the size of the heat sink, the material cost of the heat sink can be suppressed, and the cost of the heat sink can be reduced.
According to the invention described in claims 4 and 5, each of the power semiconductor module and the electrolytic capacitor can be efficiently cooled without increasing the capacity of the fan.
In addition, since the heat effects of the power semiconductor module and the electrolytic capacitor can be reduced, the overall motor control device can be greatly reduced in size.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図１は本発明の実施例を示すモータ制御装置の全体斜視図、図２は図１のモータ制御装置を下面から見た平面図あって、何れの図も内部を透視した図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ点についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１および図２において、１ｃは傾斜フィン、５ｃは入気孔である。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、モータ制御装置は、直線フィン１ｂをパワー半導体モジュール２の直下に配置すると共に、該直線フィン１ｂの下面からの冷却風の不足を補い、かつ、冷却風を集中するように、該直線フィン１ｂの左右に該直線フィンに対して傾斜した傾斜フィン１ｃを設けた点である。
また、直線フィン１ｃは、電解コンデンサ３との間に冷却風路を確保するためのスペースＳを設けている。
また、筐体５の傾斜フィン１ｃの左右に対する側面には、該傾斜フィン１ｃに対する入気を行う入気孔５ｃを設けている。 FIG. 1 is an overall perspective view of a motor control device showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the motor control device of FIG. Note that the description of the same constituent elements of the present invention as those of the prior art will be omitted, and only different points will be described.
1 and 2, 1c is an inclined fin, and 5c is an inlet hole.
The present invention is different from the prior art as follows.
That is, the motor control device arranges the linear fins 1b directly below the power semiconductor module 2, compensates for the lack of cooling air from the lower surface of the linear fins 1b, and concentrates the cooling air. It is the point which provided the inclined fin 1c inclined with respect to this linear fin on the right and left of 1b.
The straight fin 1 c is provided with a space S for securing a cooling air passage between the linear fin 1 c and the electrolytic capacitor 3.
In addition, on the side surfaces of the inclined fins 1c on the left and right sides of the casing 5, air inlet holes 5c for introducing air into the inclined fins 1c are provided.

次に動作について説明する。
モータ制御装置の運転状態において、パワー半導体モジュール２が発熱を生じると、発生熱はヒートシンク１のフィン基板１ａを介して直線フィン１ｂおよび傾斜フィン１ｃに伝達する。この際、冷却ファン４が駆動されるが、冷却ファン４により筐体５における電解コンデンサの前面側の下部に設けた入気孔５ａに冷却風が吸い込まれ、入気孔５ａを通った冷却風は電解コンデンサ３の隙間を通過した後、ヒートシンク１におけるパワー半導体モジュール３の直下部分に位置する直線フィン１ｂに入り込む。また、他方、冷却風を増やすために設けた筐体５の両側面の入気孔５ｃに冷却風が吸い込まれ、入気孔５ｃを通った冷却風は傾斜フィン１ｃを通過し、パワー半導体モジュール３の直下部分で直線フィン１ａに到達した冷却風と合流した後、冷却ファン４によって筐体５の外部へ排出される。 Next, the operation will be described.
When the power semiconductor module 2 generates heat in the operation state of the motor control device, the generated heat is transmitted to the straight fins 1b and the inclined fins 1c through the fin substrate 1a of the heat sink 1. At this time, the cooling fan 4 is driven, and the cooling fan 4 sucks cooling air into the inlet hole 5a provided in the lower part of the front side of the electrolytic capacitor in the casing 5, and the cooling air passing through the inlet hole 5a is electrolyzed. After passing through the gap of the capacitor 3, the heat sink 1 enters the straight fin 1 b located immediately below the power semiconductor module 3. On the other hand, the cooling air is sucked into the air inlet holes 5c on both side surfaces of the housing 5 provided to increase the cooling air, and the cooling air passing through the air inlet holes 5c passes through the inclined fins 1c, and the power semiconductor module 3 After merging with the cooling air that has reached the straight fins 1 a at the portion immediately below, it is discharged to the outside of the housing 5 by the cooling fan 4.

このように第１実施例については、直線フィン１ｂをパワー半導体モジュール２の直下に配置すると共に、該直線フィン１ｂの左右に該直線フィンに対して傾斜した傾斜フィン１ｃを設けたので、傾斜フィン１ｂは電解コンデンサ３の発熱により温められた冷却風の影響を直接受けることのない位置に配置することになり、冷却効率を低下することなく向上することができる。
また、直線フィン１ｃと電解コンデンサ３との間に冷却風路を確保するためのスペースを設けたので、傾斜フィンと併用することで、同様に冷却効率を低下することなく向上することができる。
また、筐体５の傾斜フィン１ｃの左右に対する側面には、該傾斜フィン１ｃに対する入気を行う入気孔５ｃを設けたため、従来の直線フィンのみで構成するヒートシンクに比べて、流入する冷却風量の不足を補うことができることから、筐体５の側面からの冷却風によりパワー半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
この結果、装置のコストダウンと小型化を実現することができる。 As described above, in the first embodiment, the linear fin 1b is disposed immediately below the power semiconductor module 2, and the inclined fins 1c inclined with respect to the linear fin are provided on the left and right sides of the linear fin 1b. 1b is disposed at a position where it is not directly affected by the cooling air heated by the heat generated by the electrolytic capacitor 3, and can be improved without lowering the cooling efficiency.
Moreover, since the space for ensuring a cooling air path was provided between the linear fin 1c and the electrolytic capacitor 3, it can improve without reducing cooling efficiency similarly by using together with an inclination fin.
In addition, since the air holes 5c for introducing air into the inclined fins 1c are provided on the left and right side surfaces of the inclined fins 1c of the housing 5, the amount of cooling air flowing in is larger than that of a heat sink configured only with conventional linear fins. Since the shortage can be compensated, the cooling efficiency of the power semiconductor module 2 can be improved by the cooling air from the side surface of the housing 5.
As a result, it is possible to reduce the cost and size of the apparatus.

図３は本発明の第２実施例を示すモータ制御装置の全体斜視図、図４は図３のモータ制御装置を下面から見た平面図あって、何れの図も内部を透視した図である。
図３および図４において、６、７は導風板である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、電解コンデンサ３側に設けた傾斜フィン１ｃと筐体５との間に、傾斜フィンへの導風を行うと共に、電解コンデンサ３からの放熱を遮断するための導風板７を設けた点、また、冷却ファン４とヒートシンク１の間に、冷却風をパワー半導体モジュール２の直下に集中させるように導風板６を配置した点である。
なお、動作については、基本的に第１実施例と同じなので説明を省略する。 FIG. 3 is an overall perspective view of a motor control device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan view of the motor control device of FIG. .
3 and 4, reference numerals 6 and 7 denote air guide plates.
The second embodiment is different from the first embodiment as follows.
That is, a wind guide plate 7 is provided between the inclined fin 1 c provided on the electrolytic capacitor 3 side and the housing 5 to guide air to the inclined fin and block heat radiation from the electrolytic capacitor 3. In addition, the air guide plate 6 is disposed between the cooling fan 4 and the heat sink 1 so that the cooling air is concentrated directly under the power semiconductor module 2.
Since the operation is basically the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

このように第２実施例については、導風板７は入気孔５ａから電解コンデンサ３部分へ通過する冷却風をヒートシンク１へ効率良く、無駄なく誘導し、また導風板６はヒートシンク１のフィン１ｂ、１ｃから冷却ファン４へ通過する冷却風を冷却ファン４へ効率的に無駄なく誘導するため、第１実施例1に比べてさらに冷却効率を上げることができ、ヒートシンクの小型化によりモータ制御装置全体の小型化ができる。
その結果、冷却効率のアップにより、装置全体のコストダウンが可能となる。 As described above, in the second embodiment, the air guide plate 7 efficiently guides the cooling air passing through the inlet hole 5 a to the electrolytic capacitor 3 portion to the heat sink 1 without waste. The air guide plate 6 is a fin of the heat sink 1. Since the cooling air passing from 1b and 1c to the cooling fan 4 is efficiently guided to the cooling fan 4 without waste, the cooling efficiency can be further increased compared to the first embodiment 1, and the motor control is achieved by downsizing the heat sink. The entire device can be downsized.
As a result, the cost of the entire apparatus can be reduced by increasing the cooling efficiency.

本発明の第１実施例を示すモータ制御装置の全体斜視図1 is an overall perspective view of a motor control device showing a first embodiment of the present invention. 図１のモータ制御装置を下面から見た平面図1 is a plan view of the motor control device of FIG. 本発明の第２実施例を示すモータ制御装置の全体斜視図Overall perspective view of a motor control device showing a second embodiment of the present invention 図３のモータ制御装置を下面から見た平面図The top view which looked at the motor control device of FIG. 3 from the lower surface 従来のモータ制御装置の全体斜視図Overall perspective view of a conventional motor control device 図５のモータ制御装置を下面から見た平面図The top view which looked at the motor control apparatus of FIG. 5 from the lower surface

符号の説明Explanation of symbols

１ ヒートシンク
１ａ フィン基板
１ｂ 直線フィン
１ｃ 傾斜フィン
２ パワー半導体モジュール
３ 電解コンデンサ
４ 冷却ファン
５ 筐体
５ａ 入気孔
５ｂ 換気孔
５ｃ 入気孔
６、７ 導風板
Ｓ スペース DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat sink 1a Fin board 1b Straight fin 1c Inclined fin 2 Power semiconductor module 3 Electrolytic capacitor 4 Cooling fan 5 Case 5a Inlet hole 5b Ventilation hole 5c Inlet hole 6, 7 Air guide plate S Space

Claims (5)

筐体と、
前記筐体の内部に設けたフィン基板と、該フィン基板の長手方向に沿って複数枚並行に配置された放熱用の直線フィンからなるヒートシンクと、
該フィン基板の背面に直接または間接的に密着固定されたパワー半導体モジュールと、
前記直線フィンの一方端に配置された電解コンデンサと、
前記直線フィンの他方端に配置された前記ヒートシンクに対する冷却風を誘起するための冷却ファンと、
を備えたモータ制御装置において、
前記直線フィンを前記パワー半導体モジュールの直下に配置すると共に、該フィンの下面からの冷却風の不足を補い、かつ、冷却風を集中するように、該直線フィンの左右に該直線フィンに対して傾斜した傾斜フィンを設けたことを特徴とするモータ制御装置。 A housing,
A heat sink composed of a fin substrate provided inside the housing, and a plurality of heat dissipating linear fins arranged in parallel along the longitudinal direction of the fin substrate;
A power semiconductor module directly or indirectly fixed to the back surface of the fin substrate; and
An electrolytic capacitor disposed at one end of the straight fin;
A cooling fan for inducing cooling air to the heat sink disposed at the other end of the linear fin;
In a motor control device comprising:
The straight fins are disposed immediately below the power semiconductor module, and the shortage of cooling air from the lower surface of the fins is compensated and the cooling air is concentrated with respect to the straight fins on the left and right sides of the straight fins. A motor control device provided with an inclined fin. 前記直線フィンは、前記電解コンデンサとの間に冷却風路を確保するためのスペース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。   The motor control device according to claim 1, wherein a space for securing a cooling air passage is provided between the linear fin and the electrolytic capacitor. 前記筐体の傾斜フィンの左右に対する側面には、該傾斜フィンへの入気を行う入気孔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。   The motor control device according to claim 1, wherein an air inlet hole for introducing air into the inclined fin is provided on a side surface of the housing with respect to the left and right sides of the inclined fin. 前記電解コンデンサ側に設けた前記傾斜フィンと前記筐体との間に、前記傾斜フィンへの導風を行うと共に、前記電解コンデンサからの放熱を遮断するための導風板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。   A wind guide plate is provided between the inclined fin provided on the electrolytic capacitor side and the housing to guide air to the inclined fin and to block heat dissipation from the electrolytic capacitor. The motor control device according to claim 1. 前記冷却ファンと前記ヒートシンクの間に、冷却風を前記パワー半導体モジュール直下に集中させるように導風板を配置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。   The motor control device according to claim 1, wherein an air guide plate is disposed between the cooling fan and the heat sink so as to concentrate cooling air directly below the power semiconductor module.
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