JP5041346B2

JP5041346B2 - Motor control device

Info

Publication number: JP5041346B2
Application number: JP2008520480A
Authority: JP
Inventors: 茂勝永友
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: WO2007142023A1; TW200820886A; JPWO2007142023A1

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。 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 heat sink for increasing the heat dissipation effect of the motor control device.

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て冷却効果を上げている（例えば、特許文献１）。
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７および図８に示す構成がとられてきた。
図７および図８において、モータ制御装置１Ａは、ヒートシンク２Ａと、前記ヒートシンク２に密着して取り付けられる、例えばインバータ部ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）素子等を備えたパワー半導体モジュール３と、前記パワー半導体モジュール３と接続されるとともに前記ヒートシンク２Ａに取り付けられる基板４と、前記ヒートシンク２Ａの矢印Ａで示す排気側もしくは矢印Ｂで示す吸気側に設置して前記ヒートシンク２Ａの内部に冷却風を通す冷却ファン（図示せず）を有して構成されている。
前記ヒートシンク２Ａは、ベース部２１Ａと、前記ベース２１Ａから垂直に伸びる複数枚のフィンからなるフィン部２２Ａとから構成された例えば直方体をしている。前記ベース２１Ａの反フィン側の面である上面２３は平面状に形成され、パワー半導体モジュール３を例えば中央部分に密着して取り付けるためのネジ穴２４と、前記基板４を前記ヒートシンク２Ａの上面２３と間隔をあけて配置するためのスタッド２５を四隅に取り付けている。前記スタッド２５の上面２５１には、前記基板４を取り付けるためのネジ穴２５２が形成されている。
前記パワー半導体モジュール３は、上部に伸びる複数個の外部電極端子３１を有するとともに、四隅にネジ通し穴３２を設けている。このパワー半導体モジュール３は、ネジ３３を前記ネジ通し穴３２に通して前記ネジ穴２４に螺合させて締め付けることにより、前記ヒートシンク２Ａの上面２３に密着して取り付けられる。
前記基板４は、四隅の、前記スタッド２５のネジ穴２５２に対応する位置にネジ通し穴４１を設け、ネジ４２を前記ネジ通し穴４１に通して前記ネジ穴２５２に螺合させて締め付けることにより、前記スタッド２５の上面２５１に取り付けられる。
前記パワー半導体モジュール３は、上部に伸びる複数個の外部電極端子３１を、前記基板４の外部電極端子用のスルーホール（図示せず）に通して半田付けされる。
このような構成において、パワー半導体モジュール３の基板４への位置決めと取付けは、次のようにして行う。
まずヒートシンク２Ａの上面２３に、パワー半導体モジュール３をネジ３３にて仮固定する。次にパワー半導体モジュール３の外部電極端子３１を基板４の外部電極端子用のスルーホール（図示せず）に合わせつつ、基板４のネジ通し穴４１とスタッド２５の位置が合致するかどうかを確認する。合致していなければパワー半導体モジュール３の位置をずらせて位置修正をする。合致していれば、あるいはパワー半導体モジュール３の位置修正をして基板４のネジ通し穴４１とスタッド２５の位置が合致すれば、基板４を、ネジ４２を用いてスタッド２５に締め付け固定する。その後、基板４に設けたネジ締め用の穴（図示せず）にドライバー等を通してネジ３３を本締めし、ヒートシンク２Ａの上面２３にパワー半導体モジュール３を確実に固定する。その上でパワー半導体モジュール３の各外部電極端子３１を基板４に半田付けする。
このような構成において、パワー半導体モジュール３で発生した熱は、パワー半導体モジュール３と密着するヒートシンク２Ａのベース部２１Ａに伝達される。前記ベース部２１Ａに伝達された熱は、前記ベース部２１Ａから突出するフィン部２２Ａに伝達される。フィン部２２Ａに伝達された熱は、図示しない冷却ファンで発生した冷却風を、フィン部２２Ａに通すことにより、フィン部２２Ａと熱交換をして冷却される。
特開２００４−３４９５４８号公報 Since a conventional motor control device, for example, an inverter device, uses a power semiconductor module that generates high heat, the power semiconductor module is brought into close contact with a heat sink to increase the cooling effect (for example, Patent Document 1).
Conventional motor control devices, for example, inverter devices, have been configured as shown in FIGS.
7 and 8, the motor control device 1A includes a heat sink 2A, a power semiconductor module 3 having an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element or the like attached in close contact with the heat sink 2, and the power Cooling that is connected to the semiconductor module 3 and is attached to the heat sink 2A and the exhaust side indicated by the arrow A or the intake side indicated by the arrow B of the heat sink 2A so that the cooling air is passed through the heat sink 2A. It has a fan (not shown).
The heat sink 2A has, for example, a rectangular parallelepiped shape including a base portion 21A and fin portions 22A including a plurality of fins extending vertically from the base 21A. An upper surface 23 which is the surface on the side opposite to the fin of the base 21A is formed in a flat shape, and a screw hole 24 for attaching the power semiconductor module 3 in close contact with, for example, a central portion, and the upper surface 23 of the heat sink 2A. Studs 25 are arranged at four corners to be spaced apart from each other. A screw hole 252 for attaching the substrate 4 is formed in the upper surface 251 of the stud 25.
The power semiconductor module 3 has a plurality of external electrode terminals 31 extending upward, and is provided with screw through holes 32 at four corners. The power semiconductor module 3 is attached in close contact with the upper surface 23 of the heat sink 2A by screwing a screw 33 through the screw through hole 32 and screwing it into the screw hole 24.
The substrate 4 is provided with screw through holes 41 at positions corresponding to the screw holes 252 of the studs 25 at the four corners, and screws 42 are passed through the screw through holes 41 and screwed into the screw holes 252 to be tightened. , Attached to the upper surface 251 of the stud 25.
The power semiconductor module 3 is soldered by passing a plurality of external electrode terminals 31 extending upward through through holes (not shown) for external electrode terminals of the substrate 4.
In such a configuration, the power semiconductor module 3 is positioned and attached to the substrate 4 as follows.
First, the power semiconductor module 3 is temporarily fixed to the upper surface 23 of the heat sink 2 </ b> A with screws 33. Next, the external electrode terminals 31 of the power semiconductor module 3 are aligned with the through-holes (not shown) for the external electrode terminals of the substrate 4, and it is confirmed whether the positions of the screw holes 41 of the substrate 4 and the studs 25 match. To do. If they do not match, the position of the power semiconductor module 3 is shifted to correct the position. If they match, or if the position of the power semiconductor module 3 is corrected and the screw holes 41 of the board 4 and the positions of the studs 25 match, the board 4 is fastened and fixed to the studs 25 using screws 42. Thereafter, the screw 33 is finally tightened through a screwdriver or the like in a screw tightening hole (not shown) provided in the substrate 4 to securely fix the power semiconductor module 3 to the upper surface 23 of the heat sink 2A. Then, each external electrode terminal 31 of the power semiconductor module 3 is soldered to the substrate 4.
In such a configuration, the heat generated in the power semiconductor module 3 is transmitted to the base portion 21 </ b> A of the heat sink 2 </ b> A that is in close contact with the power semiconductor module 3. The heat transferred to the base portion 21A is transferred to the fin portion 22A protruding from the base portion 21A. The heat transferred to the fin portion 22A is cooled by exchanging heat with the fin portion 22A by passing cooling air generated by a cooling fan (not shown) through the fin portion 22A.
JP 2004-349548 A

しかしながら、このような従来技術においては、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った。
（２）また、素材の熱伝導率によりパワー半導体モジュールの熱をヒートシンクの隅々、特にフィン部の先端部まで均等に伝えることができないため、ヒートシンクを有効的に使用することができなかった。そのため、ヒートシンクを小形化してモータ制御装置の小形化を実現するのには限界があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ヒートシンクの有効的な使用を実現することにより小形化が可能で、装置全体を小形化することができ、さらに素材費の削減によるコストダウンを実現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ものである。However, such conventional techniques have the following problems.
(1) It is necessary to employ a heat sink having a heat dissipation capability for dissipating heat from the power semiconductor module, and a heat sink having a certain heat dissipation area (size) is required.
(2) Further, since the heat of the power semiconductor module cannot be evenly transmitted to the corners of the heat sink, particularly to the tip of the fin portion, due to the thermal conductivity of the material, the heat sink cannot be used effectively. Therefore, there is a limit to downsizing the motor control device by downsizing the heat sink.
The present invention has been made to solve such problems, and can be miniaturized by realizing effective use of a heat sink, the entire apparatus can be miniaturized, and material costs can be reduced. It is an object of the present invention to provide a motor control device that can realize cost reduction due to the above.

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、複数の外部電極端子を備えたパワー半導体モジュールを上面に密着固定するベース部と、前記ベース部から突出するように形成され、冷却風が流れるフィン部とを有するヒートシンクと、前記パワー半導体モジュールの複数の外部電極端子が接続される基板と、を備えたモータ制御装置において、前記ヒートシンクが、略平行に配置された直線状の吸熱部および放熱部とこれらを結ぶ連結部とを備えたコ字状あるいはＵ字状のヒートパイプを有し、前記吸熱部は、全周において前記ヒートシンクのベース部から熱伝達を行うように当該ベース部内に密着配置され、
前記放熱部は、前記ヒートシンクのフィン部に配置され、前記連結部は、前記放熱部の前記冷却風の流れ方向における位置が、前記吸熱部の前記冷却風の流れ方向における位置よりも、下流側となるように、前記冷却風の流れ方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記ヒートパイプの連結部が、前記ヒートシンクの側部から外部に突出し、ヒートシンクの内部には、前記吸熱部および放熱部のみが配置されていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記パワー半導体モジュールを、前記ヒートシンクのベース部の上面の略中央部に配置するとともに、前記ヒートパイプの吸熱部を、前記ベース部の側面の略中央部に配置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、前記ヒートパイプを、前記ヒートシンクに２本以上配置す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、複数の外部電極端子を備えたパワー半導体モジュールを上面に密着固定するベース部と、前記ベース部から突出するように形成されたフィン部とを有するヒートシンクと、前記パワー半導体モジュールの複数の外部電極端子が接続される基板と、を備えたモータ制御装置において、前記ヒートシンクがヒートパイプを有し、前記ヒートパイプの吸熱部が、前記ヒートシンクのベース部に配置され、前記ヒートパイプの放熱部が、前記ヒートシンクのフィン部に配置され、かつ、前記ヒートパイプの放熱部に、フィン部を流れる冷却風がヒートシンクのベース部側に向きを変えて流れるようにガイドする板状の導風板を取り付け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、前記導風板を、前記パワー半導体モジュールより排気側に配置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ベース部と前記導風板との間に、通風用の空間を設け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、前記ヒートパイプの吸熱部を、放熱部に対して、前記ヒートシンクの冷却風の入り口側に配置して前記ヒートパイプの連結部を傾斜させるとともに、前記導風板と前記ヒートパイプの吸熱部とを離して配置したことを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記導風板を、アルミ、銅、又はプレート型ヒートパイプで構成することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 includes a base portion that tightly fixes a power semiconductor module having a plurality of external electrode terminals to the upper surface, and a fin portion that protrudes from the base portion and through which cooling air flows. In a motor control device including a heat sink and a substrate to which a plurality of external electrode terminals of the power semiconductor module are connected, the heat sink connects the linear heat absorbing portion and the heat radiating portion arranged substantially in parallel with each other. has a U-shaped or U-shaped heat pipe with a connecting portion, front Ki吸 thermal unit is arranged close to the base portion so as to perform heat transfer from the base portion of the heat sink in the entire circumference,
Before Kiho thermal unit, disposed in the fin portion of the heat sink, the connecting portion is located in the flow direction of the cooling air of the heat radiation member, than the position in the cooling air flow direction of the heat absorbing portion, It is arranged to be inclined with respect to the flow direction of the cooling air so as to be on the downstream side .
The invention according to claim 2 is characterized in that the connecting portion of the heat pipe protrudes outward from the side portion of the heat sink, and only the heat absorbing portion and the heat radiating portion are disposed inside the heat sink. Is.
According to a third aspect of the present invention, the power semiconductor module is disposed at a substantially central portion of the upper surface of the base portion of the heat sink, and a heat absorbing portion of the heat pipe is disposed at a substantially central portion of the side surface of the base portion. It is characterized by that.
The invention according to claim 4 is characterized in that two or more heat pipes are arranged on the heat sink.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a heat sink having a base portion for tightly fixing a power semiconductor module having a plurality of external electrode terminals to an upper surface, and a fin portion formed so as to protrude from the base portion, In a motor control device comprising a substrate to which a plurality of external electrode terminals of a power semiconductor module are connected, the heat sink has a heat pipe, and the heat absorption part of the heat pipe is arranged at a base part of the heat sink, A plate that guides the heat radiation of the heat pipe to be disposed in the fin portion of the heat sink, and the cooling air flowing through the fin portion to the heat radiation of the heat pipe changes its direction toward the base portion of the heat sink. It is characterized by attaching a plate-shaped air guide plate.
The invention described in claim 6 is characterized in that the air guide plate is arranged on the exhaust side from the power semiconductor module.
The invention described in claim 7 is characterized in that a space for ventilation is provided between the base portion of the heat sink and the air guide plate.
According to an eighth aspect of the present invention, the heat absorbing portion of the heat pipe is disposed on the cooling air inlet side of the heat sink with respect to the heat radiating portion to incline the connecting portion of the heat pipe, and the air guide plate And the heat absorption part of the heat pipe are arranged apart from each other.
The invention according to claim 9 is characterized in that the air guide plate is made of aluminum, copper, or a plate heat pipe.

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によると、ヒートシンクのベース部からの熱の伝達がよくないフィン部の先端部に対して、ベース部からの熱をヒートパイプで良好に熱伝達することができるので、フィン部を有効活用することができる。したがって、ヒートシンクの冷却能力を向上させることができ、ヒートシンクを小形化することができる。また、これに伴ってモータ制御装置全体を小形化することができる。さらに、ヒートシンクを小形化することにより、ヒートシンクの材料費を抑えることができ、コストダウンすることができる。
また、前記ヒートパイプの吸熱部が放熱部に対して前記冷却風の上流側（吸気側）となるように、前記連結部を傾斜させているので、放熱部を通して放された熱が再び吸熱部に伝達されることがない。さらに、放熱部が冷却風の下流側、吸熱部が冷却風の上流側に位置することで、それら放熱部と吸熱部との温度差が大きくなり、ひいては放熱部とヒートシンクのベース部との間の温度差を大きくすることができる。これらにより、ヒートパイプでの熱移動を活発にし、放熱能力を上げることができる。
請求項２に記載の発明によると、ヒートパイプの吸熱部が、ヒートシンクのベース部と幅方向いっぱいに接するので、また、ヒートパイプの放熱部が、ヒートシンクのフィン部と幅方向いっぱいに接するので、ヒートパイプによる熱伝達量を増大させることができ、さらにヒートシンクの冷却能力を向上させることができる。また、連結部が冷却風の流れを妨げることがないので、十分な冷却風量を確保することができる。
請求項３に記載の発明によると、パワー半導体モジュールが配置された位置に対応してヒートパイプの吸熱部を配置しているので、パワー半導体モジュールからの熱をヒートシンクのベース部を介して効率よくヒートパイプの吸熱部に伝達することができ、パワー半導体モジュールの冷却効率を高めることができる。
請求項４に記載の発明によると、前記ヒートパイプを、前記ヒートシンクに２本以上配置するので、請求項１に記載の発明の効果をさらに高めることができる。
また、パワー半導体モジュールが配置された位置に対応して、２本のヒートパイプの吸熱部を配置する場合には、パワー半導体モジュールからの熱をヒートシンクのベース部を介してさらに効率よくヒートパイプの吸熱部に伝達することができ、パワー半導体モジュールの冷却効率を大きく高めることができる。
請求項５に記載の発明によると、導風板を用いて、フィン部間を流れる冷却風をベース部側に向きを変えて流れるようにガイドするので、パワー半導体モジュールからの熱が良好に伝達されているヒートシンクのベース部とフィン部の根元部に多くの冷却風を流すことができ、冷却効率を向上させることができる。
また、通風板はヒートパイプの放熱部に取り付けられており、前記放熱部からの熱を伝達されているため通風板自身からも放熱が良好に行われ、さらに冷却効率が向上する。
なお、通風板はヒートパイプの放熱部に取り付けられるが、ヒートシンクのフィン部にも支持させることができるので、取り付けが安定する。
請求項６に記載の発明によると、前記導風板を、前記パワー半導体モジュールより排気側に配置しているので、パワー半導体モジュールの位置するヒートシンクのベース部の部分に、フィン部から伝熱されて温度が上がった冷却風が集中してあたることがなく、パワー半導体モジュールの冷却を妨げることがない。
請求項７に記載の発明によると、前記導風板を、熱伝導率が高いアルミや銅などで構成し、あるいはプレート型のヒートパイプで構成するので、通風板からの放熱がさらに良好になる。
請求項８に記載の発明によると、前記ヒートパイプの吸熱部を、放熱部に対して、前記ヒートシンクの冷却風の吸気側に配置して前記ヒートパイプの連結部を傾斜させるとともに、前記導風板と前記ヒートパイプの吸熱部とを離して配置しているので、導風板を通して放された熱が再びヒートパイプの吸熱部に伝達されることがない。
請求項９に記載の発明によると、前記導風板を、ヒートシンクのベース部とフィン先端部間の略中央に配置しているので、冷却風の多くを、パワー半導体モジュールの熱が効率よく伝達されているヒートシンクのベース部と、フィン部の根元部に集めることができ冷却効率が向上する。 The present invention has the following effects.
According to the invention of claim 1 , heat from the base portion can be favorably transferred by the heat pipe to the tip portion of the fin portion where heat transfer from the base portion of the heat sink is not good. The fin portion can be used effectively. Therefore, the cooling capacity of the heat sink can be improved, and the heat sink can be miniaturized. Accordingly, the entire motor control device can be reduced in size. Furthermore, by downsizing the heat sink, the material cost of the heat sink can be suppressed, and the cost can be reduced.
In addition, since the connecting portion is inclined so that the heat absorbing portion of the heat pipe is on the upstream side (intake side) of the cooling air with respect to the heat radiating portion, the heat released through the heat radiating portion is again the heat absorbing portion. Will not be transmitted to. Furthermore, since the heat dissipating part is located downstream of the cooling air and the heat absorbing part is located upstream of the cooling air, the temperature difference between the heat dissipating part and the heat absorbing part is increased, and consequently, between the heat dissipating part and the base part of the heat sink. The temperature difference can be increased. By these, the heat transfer in a heat pipe can be activated and heat dissipation capability can be raised.
According to the invention of claim 2 , since the heat absorption part of the heat pipe is in contact with the base part of the heat sink in the full width direction, and the heat dissipation part of the heat pipe is in contact with the fin part of the heat sink in the full width direction, The amount of heat transfer by the heat pipe can be increased, and the cooling capacity of the heat sink can be further improved. Further, since the connecting portion does not hinder the flow of cooling air, a sufficient amount of cooling air can be ensured.
According to the invention described in claim 3 , since the heat absorbing portion of the heat pipe is arranged corresponding to the position where the power semiconductor module is arranged, the heat from the power semiconductor module is efficiently passed through the base portion of the heat sink. It can be transmitted to the heat absorption part of the heat pipe, and the cooling efficiency of the power semiconductor module can be increased.
According to the invention described in claim 4 , two or more heat pipes are arranged on the heat sink, so that the effect of the invention described in claim 1 can be further enhanced.
In addition, when the heat absorption parts of the two heat pipes are arranged corresponding to the positions where the power semiconductor modules are arranged, the heat from the power semiconductor modules is more efficiently transferred to the heat pipe through the base part of the heat sink. Therefore, the cooling efficiency of the power semiconductor module can be greatly increased.
According to the fifth aspect of the present invention, since the cooling air flowing between the fin portions is guided to flow in the direction of the base portion using the air guide plate, heat from the power semiconductor module is transmitted well. A large amount of cooling air can flow through the base portion of the heat sink and the root portion of the fin portion, and the cooling efficiency can be improved.
Moreover, since the ventilation plate is attached to the heat radiating part of the heat pipe and the heat from the heat radiating part is transmitted, heat is radiated well from the ventilation plate itself, and the cooling efficiency is further improved.
In addition, although a ventilation plate is attached to the thermal radiation part of a heat pipe, since it can be made to support also to the fin part of a heat sink, attachment is stabilized.
According to the invention described in claim 6 , since the air guide plate is disposed on the exhaust side from the power semiconductor module, heat is transferred from the fin portion to the base portion of the heat sink where the power semiconductor module is located. As a result, the cooling air whose temperature has risen does not concentrate and the cooling of the power semiconductor module is not hindered.
According to the invention described in claim 7 , since the air guide plate is made of aluminum, copper, or the like having high thermal conductivity, or is made of a plate-type heat pipe, heat dissipation from the air vent plate is further improved. .
According to the invention described in claim 8 , the heat absorption part of the heat pipe is disposed on the cooling air intake side of the heat sink with respect to the heat dissipation part to incline the connection part of the heat pipe, and the wind guide Since the plate and the heat absorption part of the heat pipe are arranged apart from each other, the heat released through the air guide plate is not transmitted to the heat absorption part of the heat pipe again.
According to the ninth aspect of the present invention, since the air guide plate is disposed at the approximate center between the base portion of the heat sink and the tip of the fin, the heat of the power semiconductor module is efficiently transferred to most of the cooling air. The heat sink can be collected at the base portion of the heat sink and the root portion of the fin portion, thereby improving the cooling efficiency.

本発明の第１実施例におけるモータ制御装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the motor control apparatus in 1st Example of this invention. 図１におけるモータ制御装置の分解斜面図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the motor control device in FIG. 1. 図１におけるヒートシンクを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。It is a figure which shows the heat sink in FIG. 1, (a) is a top view, (b) is a front view, (c) is a right view. 本発明の第２実施例におけるモータ制御装置を示す斜面図である。It is a perspective view which shows the motor control apparatus in 2nd Example of this invention. 図４におけるモータ制御装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the motor control apparatus in FIG. 図４におけるヒートシンクを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。It is a figure which shows the heat sink in FIG. 4, (a) is a top view, (b) is a front view, (c) is a right view. 従来技術におけるモータ制御装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the motor control apparatus in a prior art. 図７におけるモータ制御装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the motor control apparatus in FIG.

Explanation of symbols

１，１Ａモータ制御装置
２，２Ａヒートシンク
２１，２１Ａベース部
２２，２２Ａフィン部
２３ベース部の上面
２４パワー半導体モジュール用のネジ穴
２５スタッド
２５１スタッドの上面
２５２スタッド上面のネジ穴
２６スタッド用のネジ穴
３パワー半導体モジュール
３１外部電極端子
３２ネジ通し穴
３３ネジ
４基板
４１ネジ通し穴
４２ネジ
５ヒートパイプ
５１吸熱部
５２放熱部
５３直結部
６導風板
Ａ排気側
Ｂ吸気側DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Motor control apparatus 2,2A Heat sink 21,21A Base part 22,22A Fin part 23 Upper surface of base part 24 Screw hole 25 for power semiconductor modules Stud 251 Upper surface of stud 252 Screw hole 26 of stud upper surface 26 Screw for stud Hole 3 Power semiconductor module 31 External electrode terminal 32 Screw through hole 33 Screw 4 Board 41 Screw through hole 42 Screw 5 Heat pipe 51 Heat absorbing portion 52 Heat releasing portion 53 Direct connection portion 6 Air guide plate A Exhaust side B Intake side

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１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面図である。図３は、図１におけるヒートシンクを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。
本発明におけるモータ制御装置１の基本的な構成は、従来のモータ制御装置１Ａと略同じである。したがって、同一部分および略同一部分についての説明は省略し、異なる部分について、以下説明をする。
本発明が、従来技術と異なるところは、ヒートシンク２にヒートパイプ５を設けた点である。
本発明のモータ制御装置１は、ヒートシンク２と、前記ヒートシンク２に密着して取り付けられる、例えばインバータ部ＩＧＢＴ素子等を備えたパワー半導体モジュール３と、前記パワー半導体モジュール３と接続されるとともに前記ヒートシンク２に取り付けられる基板４と、前記ヒートシンク２に取り付けられるヒートパイプ５とを有して構成されている。前記ヒートパイプ５は、２本平行に並べられて配置されている。
前記ヒートシンク２は、従来のヒートシンク２Ａと同様に、ベース部２１と、前記ベース部２１から垂直に伸びる複数枚のフィンからなるフィン部２２とから構成されているが、前記ヒートシンク２のフィン部２２の先端部分と、前記パワー半導体モジュール３を密着配置させるヒートシンク２のベース部２１にヒートパイプ５を備えている。
前記ヒートパイプ５は、例えば略平行に配置された直線状の吸熱部５１および放熱部５２と、これらを結ぶ連結部５３からなるコ字状あるいはＵ字状に形成されている。
前記パワー半導体モジュール３は、前記ヒートシンク２のベース部２１の上面２３の略中央部に配置されており、前記ヒートパイプ５は、前記吸熱部５１を、前記パワー半導体モジュール３の位置に対応させるようにして、前記ベース部２１の側面の略中央部に配置している。
前記連結部５３は、前記ヒートシンク２の側部から外部に突出し、前記吸熱部５１および放熱部５２のみがヒートシンク２の内部に配置されている。前記吸熱部５１は、前記ヒートシンク２のベース部２１を貫通して（貫通しなくてもよい）配置され、前記放熱部５２は、前記ヒートシンク２のフィン部２２を貫通して（全てのフィンを貫通する必要はない）配置されている。なお、前記ヒートパイプ５の吸熱部５１は、ヒートシンク２のベース部２１と密着し、前記ヒートパイプ５の放熱部５２は、ヒートシンク２のフィン部２２と密着している。
このような構成にすることにより、前記パワー半導体モジュール３で発生した熱が伝達されたヒートシンク２のベース部２１の熱は、前記パワー半導体モジュール３と対応する位置に配置されたヒートパイプ５の吸熱部５１で効率よく吸熱され、ヒートパイプ５の放熱部５２から直接ヒートシンク２のフィン部２２の先端部に効果的に伝達される。これにより、ヒートシンク２のベース部２１からフィン部２２への熱移動が活発に行われ、フィン間を流れる冷却風とフィンとの間で熱交換が効率よく行われる。したがって、ヒートシンク２のフィン部２２の放熱能力を上げることができ、ヒートシンク２を小形化することができる。
また、前記パワー半導体モジュール３は、ヒートパイプ５の吸熱部５１が配置されている個所のヒートシンク２のベース部２１に取付けられ、しかも、ヒートシンク２によって、従来ベース部２１からの熱伝達が悪かったフィン部２２の先端部に効率よく熱伝達されるので、冷却効率が極めてよく、大きく温度を下げることができる。パワー半導体モジュール３の温度を下げることにより、パワー半導体モジュール３の許容温度に余裕ができ、発生ロスが多く熱抵抗が大きい一枠下の容量のパワー半導体モジュール３を採用することができる。したがって、パワー半導体モジュール３のコストダウンが可能となる。
なお、図３において、２６はスタッド取り付け用のネジ穴である。FIG. 1 is a perspective view showing a motor control device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the motor control device in FIG. 3A and 3B are diagrams showing the heat sink in FIG. 1, where FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is a right side view.
The basic configuration of the motor control device 1 in the present invention is substantially the same as the conventional motor control device 1A. Therefore, the description about the same part and the substantially the same part is abbreviate | omitted, and it demonstrates below about a different part.
The present invention differs from the prior art in that a heat pipe 5 is provided on the heat sink 2.
The motor control device 1 of the present invention includes a heat sink 2, a power semiconductor module 3 that is attached in close contact with the heat sink 2, for example, an inverter IGBT element, and the like, and is connected to the power semiconductor module 3 and the heat sink 2 and a heat pipe 5 attached to the heat sink 2. The two heat pipes 5 are arranged in parallel.
The heat sink 2 includes a base portion 21 and a fin portion 22 composed of a plurality of fins extending vertically from the base portion 21 as in the conventional heat sink 2A. The heat pipe 5 is provided on the base portion 21 of the heat sink 2 in which the power semiconductor module 3 is disposed in close contact with the front end portion.
The heat pipe 5 is formed in, for example, a U-shape or a U-shape including a linear heat-absorbing portion 51 and a heat-dissipating portion 52 arranged substantially in parallel and a connecting portion 53 connecting these.
The power semiconductor module 3 is disposed at a substantially central portion of the upper surface 23 of the base portion 21 of the heat sink 2, and the heat pipe 5 causes the heat absorbing portion 51 to correspond to the position of the power semiconductor module 3. In this manner, the base portion 21 is disposed at a substantially central portion on the side surface.
The connecting portion 53 protrudes outside from the side portion of the heat sink 2, and only the heat absorbing portion 51 and the heat radiating portion 52 are disposed inside the heat sink 2. The heat absorbing portion 51 is disposed through the base portion 21 of the heat sink 2 (not necessarily through), and the heat radiating portion 52 penetrates through the fin portion 22 of the heat sink 2 (all fins are inserted). It is not necessary to penetrate. The heat absorption part 51 of the heat pipe 5 is in close contact with the base part 21 of the heat sink 2, and the heat dissipation part 52 of the heat pipe 5 is in close contact with the fin part 22 of the heat sink 2.
With this configuration, the heat of the base portion 21 of the heat sink 2 to which the heat generated in the power semiconductor module 3 is transmitted is absorbed by the heat pipe 5 arranged at a position corresponding to the power semiconductor module 3. The heat is efficiently absorbed by the portion 51, and is effectively transmitted directly from the heat radiating portion 52 of the heat pipe 5 to the tip portion of the fin portion 22 of the heat sink 2. Thereby, heat transfer from the base part 21 of the heat sink 2 to the fin part 22 is actively performed, and heat exchange is efficiently performed between the cooling air flowing between the fins and the fin. Therefore, the heat dissipation capability of the fin portion 22 of the heat sink 2 can be increased, and the heat sink 2 can be reduced in size.
The power semiconductor module 3 is attached to the base portion 21 of the heat sink 2 where the heat absorbing portion 51 of the heat pipe 5 is disposed, and the heat transfer from the conventional base portion 21 is poor by the heat sink 2. Since heat is efficiently transferred to the tip of the fin portion 22, the cooling efficiency is very good and the temperature can be greatly reduced. By reducing the temperature of the power semiconductor module 3, the power semiconductor module 3 having a capacity that is one frame lower than the allowable temperature of the power semiconductor module 3, generating loss, and having a large thermal resistance can be employed. Therefore, the cost of the power semiconductor module 3 can be reduced.
In FIG. 3, reference numeral 26 denotes a screw hole for attaching a stud.

図４は、本発明の第２実施例におけるモータ制御装置を示す斜視図である。図５は、図４におけるモータ制御装置の分解斜視図である。図６は、図４におけるヒートシンクを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。
図４から図６において、ヒートシンク２は、例えば直方体をしており、ベース部２１の上面２３は平面状に形成され、下面にはフィン部２１が形成されている。前記上面２３には、パワー半導体モジュール３をヒートシンク２に取付けるためのネジ穴２４が複数個形成されている。側面にはパワー半導体モジュール３を配置するヒートシンク２のベース２１に直接風が当たるように導風板６を配置し、ベース部２１の温度を下げる。ベース部２１の温度を下げることにより、パワー半導体モジュール３の温度を下げることができ、パワー半導体モジュール３の許容温度に余裕ができる。パワー半導体モジュール３の許容温度に余裕ができることにより、発生ロスが多く熱抵抗が大きい一枠下の容量のパワー半導体モジュール３を採用でき、パワー半導体モジュール３のコストダウンができる。さらにパワー半導体モジュール３の熱を導風板６に伝えるため、ヒートシンク２にヒートパイプ５が取付けられている。前記ヒートパイプ５は、パワー半導体モジュール３の熱を、放熱部５２に取り付けられた導風板６を経由してフィン部２２に伝え、フィン部２２を有効的に使用している。これにより、ヒートシンク２のフィン部２２の放熱能力を上げることができ、ヒートシンク２を小形化している。
また、前記導風板６は、パワー半導体モジュール３より排気側に配置し、ヒートパイプ５の吸熱部５１を、パワー半導体モジュール３を配置するヒートシンク２のベース２１に取付け、放熱部５２を導風板６に取付けている。
ヒートパイプ５を、パワー半導体モジュール３より排気側に配置した導風板６に取付けることにより、ヒートパイプ５の熱移動を活発にし、ヒートシンク２のフィン部２２の放熱能力を上げることができ、ヒートシンク２を小形化することができる。また導風板６に直接風が当たることにより、導風板６の温度を下げることができ、パワー半導体モジュール３を配置させるヒートシンク２のベース２１と導風板６の間に温度差を作ることができる。パワー半導体モジュール３を配置させるヒートシンク２のベース部２１と導風板６の間に温度差を作ることにより、ヒートパイプ５での熱移動を活発にすることができ、ヒートシンク２のフィン部２２に多量の熱を伝えることができる。ヒートシンク２のフィン部２２に多量の熱を伝えることにより、ヒートシンク２のフィン部２３を有効的に使用することができ、ヒートシンク２のフィン部２２の放熱能力を上げることができる。ヒートシンク２のフィン部２２の放熱能力を上げることにより、ヒートシンク２を小形化している。FIG. 4 is a perspective view showing a motor control device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is an exploded perspective view of the motor control device in FIG. 6A and 6B are diagrams showing the heat sink in FIG. 4, where FIG. 6A is a plan view, FIG. 6B is a front view, and FIG. 6C is a right side view.
4 to 6, the heat sink 2 has, for example, a rectangular parallelepiped shape, and the upper surface 23 of the base portion 21 is formed in a planar shape, and the fin portion 21 is formed on the lower surface. A plurality of screw holes 24 for attaching the power semiconductor module 3 to the heat sink 2 are formed in the upper surface 23. On the side surface, the air guide plate 6 is arranged so that the wind directly hits the base 21 of the heat sink 2 on which the power semiconductor module 3 is arranged, and the temperature of the base portion 21 is lowered. By reducing the temperature of the base portion 21, the temperature of the power semiconductor module 3 can be lowered, and an allowable temperature of the power semiconductor module 3 can be afforded. Since the allowable temperature of the power semiconductor module 3 can be afforded, the power semiconductor module 3 having a capacity under one frame with a large generation loss and a large thermal resistance can be adopted, and the cost of the power semiconductor module 3 can be reduced. Further, a heat pipe 5 is attached to the heat sink 2 in order to transmit the heat of the power semiconductor module 3 to the air guide plate 6. The heat pipe 5 transmits heat of the power semiconductor module 3 to the fin portion 22 via the air guide plate 6 attached to the heat radiating portion 52, and effectively uses the fin portion 22. Thereby, the heat dissipation capability of the fin part 22 of the heat sink 2 can be raised, and the heat sink 2 is miniaturized.
The air guide plate 6 is disposed on the exhaust side of the power semiconductor module 3, the heat absorbing portion 51 of the heat pipe 5 is attached to the base 21 of the heat sink 2 where the power semiconductor module 3 is disposed, and the heat radiating portion 52 is guided to the wind. It is attached to the plate 6.
By attaching the heat pipe 5 to the air guide plate 6 disposed on the exhaust side of the power semiconductor module 3, the heat transfer of the heat pipe 5 can be activated and the heat dissipation capability of the fin portion 22 of the heat sink 2 can be increased. 2 can be miniaturized. Moreover, the temperature of the air guide plate 6 can be lowered by direct air hitting the air guide plate 6, and a temperature difference is created between the base 21 of the heat sink 2 on which the power semiconductor module 3 is disposed and the air guide plate 6. Can do. By creating a temperature difference between the base portion 21 of the heat sink 2 where the power semiconductor module 3 is disposed and the air guide plate 6, heat transfer in the heat pipe 5 can be activated, and the fin portion 22 of the heat sink 2 Can transfer a lot of heat. By transferring a large amount of heat to the fin portion 22 of the heat sink 2, the fin portion 23 of the heat sink 2 can be used effectively, and the heat dissipation capability of the fin portion 22 of the heat sink 2 can be increased. The heat sink 2 is reduced in size by increasing the heat dissipation capability of the fin portion 22 of the heat sink 2.

本発明のモータ制御装置は、ヒートシンク２のベース部２１と、フィン部２２の先端部又はフィン部２２の先端部分に配置された導風板６にヒートパイプ５を取付ける構成をしているので、パワー半導体モジュール３の熱を、フィン部２２に有効的に伝えることができ、フィン部２２を有効的に使用することができるので、ヒートシンク２を小形化することができる。ヒートシンク２を小形化することにより、ヒートシンク２の材料費を抑えることができ、ヒートシンク２のコストダウンができる。
また、導風板６を使い、冷却風をパワー半導体モジュール３を配置するヒートシンク２のベース部２１に集めることができるため、ベース部２１の温度を下げることができるとともに、パワー半導体モジュール３の温度をさげることができる。さらに、パワー半導体モジュール３の許容温度に余裕ができることにより、発生ロスが多く熱抵抗が大きい一枠下の容量のパワー半導体モジュールを採用でき、パワー半導体モジュール３のコストダウンができる。さらにヒートシンクの小形化により、モータ制御装置の小形化を図ることができる。Since the motor control device of the present invention is configured to attach the heat pipe 5 to the base portion 21 of the heat sink 2 and the wind guide plate 6 disposed at the tip portion of the fin portion 22 or the tip portion of the fin portion 22, Since the heat of the power semiconductor module 3 can be effectively transferred to the fin portion 22 and the fin portion 22 can be used effectively, the heat sink 2 can be downsized. By downsizing the heat sink 2, the material cost of the heat sink 2 can be suppressed, and the cost of the heat sink 2 can be reduced.
Further, since the cooling air can be collected on the base portion 21 of the heat sink 2 in which the power semiconductor module 3 is arranged using the air guide plate 6, the temperature of the base portion 21 can be lowered and the temperature of the power semiconductor module 3 can be reduced. Can be reduced. Further, since the allowable temperature of the power semiconductor module 3 can be afforded, a power semiconductor module having a capacity below one frame with a large generation loss and a large thermal resistance can be adopted, and the cost of the power semiconductor module 3 can be reduced. Furthermore, the motor control device can be downsized by downsizing the heat sink.

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適用して、ヒートシンクの有効的な使用を実現することにより小形化が可能で、装置全体を小形化することができ、さらに素材費の削減によるコストダウンを実現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。 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. In particular, the present invention is applied to a heat sink for increasing the heat dissipation effect of the motor control device, and effectively uses the heat sink. By realizing this, it is possible to reduce the size of the apparatus, to reduce the size of the entire apparatus, and to use in the field of manufacturing and providing a motor control apparatus that can realize cost reduction by reducing material costs.

Claims

A heat sink having a base part for tightly fixing a power semiconductor module having a plurality of external electrode terminals to the upper surface, and a fin part formed so as to protrude from the base part and through which cooling air flows ;
A substrate to which a plurality of external electrode terminals of the power semiconductor module are connected;
In a motor control device comprising:
The heat sink has a U-shaped or U-shaped heat pipe provided with a linear heat absorbing part and a heat radiating part arranged substantially in parallel and a connecting part connecting them ,
Before Ki吸 thermal unit is arranged close to the base portion so as to perform heat transfer from the base portion of the heat sink in the entire circumference,
Before Kiho thermal unit is disposed in a fin portion of the heat sink,
The connecting portion is
The heat dissipating part is inclined with respect to the flow direction of the cooling air so that the position in the flow direction of the cooling air is on the downstream side of the heat absorption part in the flow direction of the cooling air. and has <br/> that the motor control device according to claim.

Connecting portions of the heat pipe, protrudes to the outside from the side of the heat sink, the interior of the heat sink, motor system according to claim 1, characterized in that only the heat absorbing portion and a heat radiating portion is arranged Control device.

With arranging the power semiconductor module at a substantially central portion of the upper surface of the base portion of the heat sink, the heat absorbing portion of the heat pipe, according to claim 1, characterized in that arranged at a substantially central portion of the side surface of the base portion or The motor control device according to claim 2 .

The motor control device according to any one of claims 1 to 3 , wherein two or more heat pipes are arranged on the heat sink.

A heat sink having a base portion for tightly fixing a power semiconductor module having a plurality of external electrode terminals to the upper surface, and a fin portion formed so as to protrude from the base portion;
A substrate to which a plurality of external electrode terminals of the power semiconductor module are connected;
In a motor control device comprising:
The heat sink has a heat pipe;
The heat absorption part of the heat pipe is disposed on the base part of the heat sink,
The heat radiating part of the heat pipe is disposed on the fin part of the heat sink,
And,
The heat radiating portion of the heat pipe, wherein the to makes the chromophore at the distal end over data control that cooling air flowing through the fin portion is fitted with a plate-shaped air guide plate to guide the flow changes its direction to the base portion of the heat sink apparatus.

The motor control device according to claim 5 , wherein the air guide plate is disposed on an exhaust side of the power semiconductor module.

The motor control device according to claim 5 , wherein the air guide plate is made of aluminum, copper, or a plate heat pipe.

The heat absorption part of the heat pipe is disposed on the cooling air intake side of the heat sink with respect to the heat dissipation part to incline the connection part of the heat pipe, and the air guide plate and the heat absorption part of the heat pipe The motor control device according to any one of claims 5 to 7 , wherein the motor control device is arranged apart from each other.

The motor control device according to any one of claims 5 to 8 , wherein the air guide plate is disposed at a substantially center between a base portion of the heat sink and a tip portion of the fin.