(57)【要約】  ヒートシンクのフィン部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。  複数の外部電極端子（３１）を備えたパワー半導体モジュール（３）を密着固定するベース部（２１）と、ベース部（２１）から突出するように形成されたフィン部（２２）とを有するヒートシンク（２）と、パワー半導体モジュール（３）の複数の外部電極端子（３１）が接続される基板（４）とを備えたモータ制御装置（１）において、ヒートシンク（２）がヒートパイプ（５）を有し、ヒートパイプ（５）の吸熱部（５１）が、ヒートシンク（２）のベース部（２１）に配置され、ヒートパイプ（５）の放熱部（５２）が、ヒートシンク（２）のフィン部（２２）に配置された構成とする。
2007142023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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た
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、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からなるコ字状あるいはＵ字状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
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請求項２に記載のモータの制御装置。
【請求項４】
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請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
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請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
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請求項１に記載のモータの制御装置。
【請求項７】
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請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記導風板は、アルミ、銅又はプレート型ヒートパイプで構成される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たことを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【請求項１０】
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たことを特徴とする請求項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、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。
【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、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、前記ヒートパイプが、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からなるコ字状あるいはＵ字状に形成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４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５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６に記載の発明は、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７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８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９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１０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。
【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１，２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。
請求項３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４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５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６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７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８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９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１０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。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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】図１におけるモータ制御装置の分解斜面図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】図４におけるモータ制御装置の分解斜視図である。
【図６】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７】従来技術におけるモータ制御装置を示す斜視図である。
【図８】図７におけるモータ制御装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【０００７】
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
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
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。
【実施例２】
【００１０】
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。【００１１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
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。
【図１】
2007142023.tif 000003
【図２】
2007142023.tif 000004
【図３】
2007142023.tif 000005
【図４】
2007142023.tif 000006
【図５】
2007142023.tif 000007
【図６】
2007142023.tif 000008
【図７】
2007142023.tif 000009
【図８】
2007142023.tif 000010
【国際調査報告】
2007142023.tif 000011
2007142023.tif 000012
2007142023.tif 000013
2007142023.tif 000014