(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒートシンクの冷却性能を向上させて、装置全体を小形化することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】ベース部１１とベース部１１に設けたフィン１２とを備えたヒートシンク１と、ヒートシンク１のフィン１２と対向し、ヒートシンク１を冷却するためのファン３と、ヒートシンク１に密着する半導体モジュールとを備えたモータ制御装置において、フィン１２の、ファン３と対向する部分に、フィン間隔の広い幅広ピッチ部１２３を設ける。【選択図】図２
2008177314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部と前記ベース部に設けたフィンとを備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクのフィンと対向し前記ヒートシンクを冷却するためのファンと、ヒートシンクに密着する半導体モジュールとを備えたモータ制御装置において、
前記フィンの、前記ファンと対向する部分に、フィン間隔の広い幅広ピッチ部を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記幅広ピッチ部を、長いフィン間に短いフィンを配置し、長いフィンのみの部分で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。
【請求項３】
前記長いフィンと短いフィンの長さの差を、前記ファンの厚みの０．５倍から２倍程度にしたことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記ヒートシンクのフィンの幅広ピッチ部を、前記ファンと対向する部分の全面に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。
【請求項５】
前記ヒートシンクのフィンの幅広ピッチ部を、前記フィンの、前記ファンからの冷却風が略直交する個所に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。
【請求項６】
ベース部と前記ベース部に設けたフィンとを備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクのフィンと対向し前記ヒートシンクを冷却するためのファンと、ヒートシンクに密着する半導体モジュールとを備えたモータ制御装置において、
前記フィンの、前記ファンと対向する部分に切欠き部を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
前記切欠き部の長手方向の長さを、前記ファンの厚みの０．５倍から２倍程度にしたことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記切欠き部を、前記フィンの、前記ファンからの冷却風が略直交する個所に設けたことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記切欠き部を、ベース部側と反ベース部側のいずれか一方、あるいは両方に設けたことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記切欠き部の幅方向の両側部を、切欠きのないフィンで覆ったことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記ファンを、前記ヒートシンクのフィンと細隙を介して対向させたことを特徴とする請求項１または請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記ファンを、前記ヒートシンクのフィンに密着させたことを特徴とする請求項１または請求項６に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【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の構造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いる。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９に示す。
図９において、ヒートシンク１Ａは、ベース部１１Ａと、このベース部１１Ａに設けられたフィン１２Ａとで構成されている。前記フィン１２Ａは、ダイカストによる成型や、押し出し、かしめ、ロウ付け等により前記ベース部１１Ａに固定されている。また、前記ヒートシンク１Ａには、前記ベース部１１Ａの反フィン側の面に、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２が密着して実装されている。前記パワー半導体モジュール２の熱は、前記ヒートシンク１Ａのベース部１１Ａに伝わり、フィン１２Ａから放熱される。また、前記ヒートシンク１Ａと大きな空隙Ｇｂを介して対向配置されたファン３が、前記ヒートシンク１Ａのフィン１２Ａ間に冷却風を送り込み、放熱を促進させる。これらの部品が、風洞の機能を有するケース４の中に収納されている。
近年では、ヒートシンク１Ａの放熱能力を高めるため、前記フィン１２Ａの枚数を多くして放熱面積を増加させることが多い。
そのため、前記フィン１２Ａのフィンピッチが４ｍｍ程度にまで狭く設定されている。
【特許文献１】特開２００４−３４９５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のモータ制御装置においては、フィンピッチの狭いヒートシンクを使用した場合、次のような問題があった。従来のモータ制御装置における、ヒートシンク１Ａとファン３の位置関係を図１０（ａ），（ｂ）に示す。
モータ制御装置を小型化するためには、前記ヒートシンク１Ａとファン３は接近させて取り付け、ヒートシンク１Ａとファン３間の空隙（距離）を小さくすることが望ましい。しかしヒートシンク１Ａとファン３間の空隙を小さくし過ぎると、ファン３からの冷却風５がヒートシンク１Ａのフィン間に流れ込まない問題があった。ファン３からの冷却風５は、回転の接線方向に流れ出す。冷却風５の方向とフィン１２Ａの方向が合っているフィン間には冷却風５が流入しやすいが、冷却風５の方向とフィン１２Ａの方向が合わないフィン間６には、冷却風５が流入しづらい。図１０（ａ）に示すフィン間６においては、冷却風５の方向とフィン１２Ａの方向が直交するため、特に冷却風５が流入しづらい。
この問題を避けるために、ヒートシンク１Ａとファン３間にファン３の厚さ程度の大きな空隙Ｇｂを設けて、冷却風５の風向が変わるスペースを確保することにより、冷却５がフィン間に流入しやすくしていた。しかしその結果、ヒートシンク１とファン３の間にデッドスペースが出来ることになり、モータ制御装置の小型化を妨げていた。
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、ヒートシンクの冷却性能を向上させ、装置全体を小形化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。
【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、ベース部と前記ベース部に設けたフィンとを備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクのフィンと対向し前記ヒートシンクを冷却するためのファンと、ヒートシンクに密着する半導体モジュールとを備えたモータ制御装置において、
前記フィンの、前記ファンと対向する部分に、フィン間隔の広い幅広ピッチ部を設け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、前記幅広ピッチ部を、長いフィン間に短いフィンを配置し、長いフィンのみの部分で形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、前記長いフィンと短いフィンの長さの差を、前記ファンの厚みの０．５倍から２倍程度にしたことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
請求項４に記載の発明は、前記ヒートシンクのフィンの幅広ピッチ部を、前記ファンと対向する部分の全面に設け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フィンの幅広ピッチ部を、前記フィンの、前記ファンからの冷却風が略直交する個所に設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、ベース部と前記ベース部に設けたフィンとを備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクのフィンと対向し前記ヒートシンクを冷却するためのファンと、ヒートシンクに密着する半導体モジュールとを備えたモータ制御装置において、
前記フィンの、前記ファンと対向する部分に切欠き部を設け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、前記切欠き部の長手方向の長さを、前記ファンの厚みの０．５倍から２倍程度に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、前記切欠き部を、前記フィンの、前記ファンからの冷却風が略直交する個所に設け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、前記切欠き部を、ベース部側と反ベース部側のいずれか一方、あるいは両方に設けたことを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、前記切欠き部の幅方向の両側部を、切欠きのないフィンで覆ったことを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明は、前記ファンを、前記ヒートシンクのフィンと細隙を介して対向させたことを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、前記ファンを、前記ヒートシンクのフィンに密着させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１から請求項５に記載の発明によると、ヒートシンクのフィンのピッチを、ファンと対向する部分で広くすることにより、ファンからの冷却風をスムーズにフィン間に流入させることができる。これにより、フィン間に流れる冷却風の風量を増して、ヒートシンクの冷却性能を向上させることができる。
請求項６から請求項９に記載の発明によると、ファンからの冷却風がフィンと直交する部分について、前記フィンの、前記ファンと対向する部分に切欠き部を設けることにより、ファンとフィン間を適度に離して、ファンからの冷却風をスムーズにフィン間に流入させることができる。これにより、フィン間に流れる冷却風の風量を増して、ヒートシンクの冷却性能を向上させることができる。
請求項１０に記載の発明によると、切欠き部を通る冷却風が、フィン間にスムーズに入りきれなかった場合でも、冷却風が切欠き部の側部から逃げるのを防ぎ、冷却風量を維持することができる。これは、ケースとヒートシンクのフィン間が広い構成のモータ制御装置の場合に特に効果がある。
請求項１１および請求項１２に記載の発明によると、請求項１または請求項６の発明によりファンからの冷却風をスムーズにフィン間に流入させることができるので、ヒートシンクとファンとの距離を小さくしてモータ制御装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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１】
【０００７】
図１は、本発明の第１実施例を示すモータ制御装置の冷却部の斜視図である。なお、ファンの羽根部分は図示を省略している。図２は、図１におけるヒートシンクとファンの関係を示す図で、（ａ）は、フィン構造をわかりやすくするために、ヒートシンクを、ベース部を下側にして見た状態での斜視図であり、（ｂ）は、フィン側から見た平面図である。
図１および図２（ａ），（ｂ）において、ヒートシンク１は、ベース部１１と、このベース部１１に設けられたフィン１２とで構成されている。前記フィン１２は、ダイカストによる成型や、押し出し、かしめ、ロウ付け等により前記ベース部１１に固定されている。また、前記ヒートシンク１には、前記ベース部１１の反フィン側の面に、高熱を発するＩＧＢＴ素子等を備えたパワー半導体モジュール２が密着して実装されている。
前記パワー半導体モジュール２の熱は、前記ヒートシンク１のベース部１１に伝わり、フィン１２から放熱される。また、前記ヒートシンク１と小さな空隙（細隙）Ｇａを介して対向配置されたファン３が、前記ヒートシンク１のフィン１２間に冷却風を送り込み、放熱を促進させる。これらの部品が、風洞の機能を有するケース４の中に収納されている。
前記フィン１２は、長さの異なる平板型をしており、長いフィン１２１と短いフィン１２２を有している。
【０００８】
本発明が従来技術と異なる点は、フィン１２のファン３と対向する側の長さが異なるフィン１２１，１２２を交互に配列し、つまり、短いフィン１２２を、例えば1枚おきにファン３から遠ざけるように配置することにより、ファン３と対向する部分全面のフィン１２のピッチを広くして幅広ピッチ部１２３を形成していることである。これにより、ファン３をヒートシンク１に接近して配置しても、フィンピッチが広いためファン３からの冷却風５は効率良くフィン１２間に流入することができる。したがって、ヒートシンク１とファン３を小さな空隙Ｇａで対向させ、ファン３とヒートシンク１との間のデッドスペースを小さくして、モータ制御装置を小型化することができる。
なお、上記フィン１２において、長いフィン１２１と短いフィン１２２の長さの差は、ファン３の厚みの０．５〜２倍程度としている。
このような構成において、前記ファン３で発生した冷却風５は、まず、ファン３と対向する長いフィン１２１間に流入する。長いフィン１２１間は、フィンピッチが広いので、前記ファン３を、前記ヒートシンク１のフィン１２と小さな空隙Ｇａを介して対向させた場合でも、冷却風５は効率よくフィン間に流入していく。
長いフィン１２１間に流入した冷却風５は、途中で短いフィン１２２と衝突する。この衝突により、冷却風５が乱流化し、さらに、長いフィン１２１と短いフィン１２２で形成される狭いフィンピッチの通路に流入していく。冷却風５の乱流化により、冷却風５と長いフィン１２１および短いフィン１２２の表面との熱伝達率が増して放熱能力が向上する。放熱能力が向上することにより、ヒートシンク１を小型化することができ、更に、前記ヒートシンク１を収納するモータ制御装置を小型化することができる。
【実施例２】
【０００９】
図３は、本発明の第２実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す図で、(a)は図２(ｂ)相当図であり、(b)はファン側から見た正面図で、ファンの羽根の部分を透かして見た図である。
前述の第１実施例は、フィン１２の前記ファン３と対向する部分全面に幅広ピッチ部１２３を設けているが、この第２実施例は、前記ヒートシンクのフィンの幅広ピッチ部１２３を、前記フィン１２の、前記ファン３からの冷却風が略直交する個所、つまり、図３（ｂ）に示すファン３からの冷却風５の方向とフィン１２の方向が合わないフィン間にのみ、設けるようにしている。
これにより、ファン３からの冷却風が流入しにくいフィン部分においては、冷却風をスムーズにフィン間に流入させることができ、もともと冷却風が流入しやすいフィン間においては、フィンピッチを狭くして冷却風５とフィン１２との接触面積の増大を図ることができる。したがって、フィン１２間に流れる冷却風５の風量が増し、さらに冷却風５とフィン１２との接触面積が増すので、ヒートシンク１の冷却性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００１０】
図４は、本発明の第３実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す図で、（ａ）は図２(ａ)相当図であり、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は正面図である。
前述の第１実施例および第２実施例は、フィン１２の前記ファンと対向する部分に幅広ピッチ部１２３を設けているが、この第３実施例は、フィンピッチが狭いフィン１２において、前記フィン１２の前記ファン３と対向する部分に切欠き部１２４を設けるようにしている。
前記切欠き部１２４は、前記フィン１２の、ファン３からの冷却風５の方向とフィン１２の方向が合わないフィン間、例えば図４（ｃ）に示す冷却風５と接する部分に設けるようにしている。本実施例では、切欠き部１２４を、フィン１２のファン３と対向する部分の反ベース部１１側に設けている。
これにより、前記フィン１２の方向に対して前記ファン３からの冷却風５が略直交して、前記ファン３からの冷却風５が流入しにくいフィン部分において、ファン３とフィン１２との間に空間が形成される。前記空間が形成されることにより、前記ファンとフィン間の距離が長くなり、冷却風５は、この空間内を流れる間に、フィン１２の長手方向に風向きを変えることができる。これにより、冷却風５はフィン間にスムーズに流入することができ、フィン間に流れる冷却風の風量が増す。フィン間に流れる冷却風の風量が増すことにより、冷却風とフィンとの熱交換量が増し、ヒートシンクの冷却性能を向上させることができる。
なお、上記フィン１２において、フィン１２の長手方向の切欠き寸法Ｌは、ファン３の厚みの０．５〜２倍程度としている。
【実施例４】
【００１１】
前述の第３実施例は、前記切欠き部１２４を反ベース部側にのみ設けて切欠きフィン１２４を形成しているが、図５に示すように、前記切欠き部１２４をベース部側にも設けるようにしてもよい。
これにより、冷却風５は、ベース部側においてもフィン間にスムーズに流入することができ、フィン間に流れる冷却風の風量がさらに増す。フィン間に流れる冷却風の風量がさらに増すことにより、冷却風とフィンとの熱交換量が増大し、ヒートシンクの冷却性能をさらに向上させることができる。
【実施例５】
【００１２】
また、前述の第３実施例は、前記切欠き部１２４を反ベース部側にのみ設けて切欠きフィン１２４を形成しているが、図６（ａ），（ｂ）に示すように、前記切欠き部１２４を除く、前記ファンと対向する部分に、幅広ピッチ部を形成するようにしてもよい。
前記幅広ピッチ部の形成方法は、前述の第１実施例で述べたとおりであり、省略する。
これにより、冷却風５は、反ベース部以外の部分においてもフィン間にスムーズに流入することができ、フィン間に流れる冷却風の風量がさらに増す。フィン間に流れる冷却風の風量がさらに増すことにより、冷却風とフィンとの熱交換量が増大し、ヒートシンクの冷却性能をさらに向上させることができる。
【実施例６】
【００１３】
また、前述の第３実施例ないし第５実施例は、前記フィン１２に切欠き部１２４を形成しているが、前記切欠き部１２４は、フィン１２の厚み方向にフリーになっており、ケース４がヒートシンク１に密着していない場合は、ケース４とヒートシンク１との間にスペースができ、切欠き部１２４で幾分わだかまっている冷却風５の一部が前記スペースに流れ込んでフィン１２との間で十分な熱交換をすることなくヒートシンク１外に排気されるおそれがある。
本第３の実施例は、冷却風の一部が十分な熱交換をすることなくヒートシンク外に排気されるのを防ぐために、図７に示すように、前記切欠き部の幅方向の両側部を、切欠きのないフィンで覆うようにしている。
これにより、前記切欠き部１２４でわだかまっている冷却風５の一部が前記スペース内に流れ込むことはなく、冷却風を有効活用してモータ制御装置の冷却能力を向上することができる。
【実施例７】
【００１４】
第１実施例から第６実施例においては、前記ファン３を、細隙を介して前記フィン１２と対向させているが、図８に示すように、前記ファン３を、前記ヒートシンク１のベース部１１とフィン１２に密着させるようにしてもよい。あるいは、前記ファンを、ヒートシンク１のベース部またはフィン１２のいずれかに密着させるようにしてもよい。
これにより、従来必要であったヒートシンクとファン間の大きな空隙Ｇｂを小さくできるため、ファン３とヒートシンク１との間のデッドスペースを小さくして、モータ制御装置を小型化することができる。
これらの場合は、ヒートシンク１にファン取付け座を設け、直接ヒートシンク１にファン３を取り付け、冷却装置として一体的に管理や組立てをすることができる。
なお、前記ファンを直接ヒートシンクに取り付ける場合は、前記ヒートシンクにファン取付け座を設け、前記ファン取付け座に、前記ファンの取付け面を当接させて取り付けるようにする。この場合、前記ヒートシンクの前記ファン取付け座、あるいはファンの取付け面のいずれか一方に、係合突部あるいは係合凹部を形成し、他方に、前記係合突部あるいは係合凹部に係合する、係合凹部あるいは係合突部を設けるようにすれば、前記ファンの取付け面を間違えて前記ファン取付座に取り付けることがなくなり、作業ミスを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例を示すモータ制御装置の冷却部の斜視図である。なお、ファンの羽根部分は図示を省略している。
【図２】図１におけるヒートシンクとファンの関係を示す図で、（ａ）は、フィン構造をわかりやすくするために、ヒートシンクを、ベース部を下側にして見た状態での斜視図であり、（ｂ）は、フィン側から見た平面図である。
【図３】本発明の第２実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す図で、(a)は図２(ｂ)相当図であり、(b)はファン側から見た正面図で、ファンの羽根の部分を透かして見た図である。
【図４】本発明の第３実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す図で、（ａ）は図２(ａ)相当図であり、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は側面図である。
【図５】本発明の第４実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す斜視図で、図４(ａ)相当図である。
【図６】本発明の第５実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す図で、(a)は図２(ａ)相当図であり、(b)は図２（ｂ）相当図である。
【図７】本発明の第６実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す斜視図で、図５相当図である。
【図８】本発明の第７実施例におけるモータ制御装置の冷却部を示す斜視図で、図２（ｂ）相当図である。
【図９】従来技術におけるモータ制御装置の冷却部を示す図１相当図である。なお、ファンの羽根部分は図示を省略している。
【図１０】図９におけるヒートシンクとファンの関係を示す図で、（ａ）は、図３（ａ）相当図で、（ｂ）は、図３（ｂ）相当図である。
【符号の説明】
【００１６】
１，１Ａ        ヒートシンク
１１，１１Ａ    ベース部
１２，１２Ａ    フィン
１２１    長いフィン
１２２    短いフィン
１２３    幅広ピッチ部
１２４  切欠き部
２      パワー半導体モジュール
３      ファン
４      ケース
５      冷却風
６      冷却風５の方向とフィン１２Ａの方向が合わないフィン間
Ｇａ    小さな空隙
Ｇｂ    大きな空隙
【図１】
2008177314.tif 000003
【図２】
2008177314.tif 000004
【図３】
2008177314.tif 000005
【図４】
2008177314.tif 000006
【図５】
2008177314.tif 000007
【図６】
2008177314.tif 000008
【図７】
2008177314.tif 000009
【図８】
2008177314.tif 000010
【図９】
2008177314.tif 000011
【図１０】
2008177314.tif 000012