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技術 バスバーを有するモータ駆動装置

出願人 ファナック株式会社
発明者 田内宏直陳建州
出願日 2019年12月20日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-230760
公開日 2021年7月1日 (3ヶ月経過) 公開番号 2021-100320
状態 未査定
技術分野
  • -
主要キーワード 貫通用穴 上板部分 大電流素子 鍛圧機械 格納ケース 平板状金属 配置並び 側板部分
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図面 (13)

課題

高強度、高耐振動性、及び低コストバスバーパワー素子及びプリント基板との接続構造を有するモータ駆動装置を実現する。

解決手段

モータ駆動装置1は、モータ駆動に関連する電流が流れるバスバー10と、プリント基板20と、プリント基板20に実装され、バスバー10とプリント基板20との間に介在する導電性支持台30と、を備え、導電性支持台30は、バスバー10と導電性支持台30とをねじ締めにより締結するための少なくとも1つのねじ貫通用穴31と、プリント基板20に設けられた電気配線と導電性支持台30とを電気的に接続するためのプリント基板用端子部32とを有する。

概要

背景

工作機械鍛圧機械射出成形機産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源または直流電源から供給される電力電力変換回路にてモータを駆動するための電力(モータ駆動電力)に変換している。電力変換回路としては、入力された直流電力交流電力に変換して出力するインバータ、及び、入力された交流電力を直流電力に変換して出力される整流器(「コンバータ」とも称する。)がある。例えば、交流電源から供給された交流電力を整流器にて直流電力に一旦変換したのちさらにインバータにて交流電力に変換して、この交流電力をモータ駆動電力として供給している。

ダイオード整流方式の整流器は、ダイオードのフルブリッジ回路からなる。また、PWM制御方式及び120度通電方式の整流器並びにインバータは、例えば、大電力用半導体スイッチング素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとを有するフルブリッジ回路からなる。以下、整流器及びインバータに設けられるダイオード及び大電力用半導体スイッチング素子を、単に「パワー素子」と称する。整流器及びインバータを含む電力変換回路は、パワー素子には比較的大電流が流れることから、パワー素子の電極端子への電気的接続には、例えば銅、真鍮、またはアルミなどの金属からなるバスバー(bus bar)が用いられる。また、電力変換回路には、パワー素子のフルブリッジ回路からなる主回路電力変換を制御するための制御回路、電力変換や異常検出などの各種処理に用いられる電流または電圧を検出するための検出回路、パワー素子の1つである大電力用半導体スイッチング素子のオンオフ時に発生するサージ電圧から回路を保護するためのスナバ回路など、様々な電気回路が設けられる。これら電気回路は、抵抗コンデンサインダクタ、ダイオード、FET電界効果トランジスタ)、オペアンプフォトカプラアナログディジタル変換回路ADC)、ディジタルアナログ変換回路(DAC)、あるいは各種集積回路といった様々な部品から構成される。そこで、これら部品をプリント基板上に一括して実装することで、回路配線の小型化及び簡略化を図ることが多い。モータ駆動装置においては、様々な部品が実装されたプリント基板が、パワー素子と近接して配置されて電気的かつ物理的に接続される。例えば、バスバーを介してパワー素子へ流入またはパワー素子から流出する電流を検出する検出回路及びパワー素子に接続されたバスバーの電位を検出する検出回路が、プリント基板上に設けられる。この場合、バスバーは、パワー素子の入出力端子に電気的に接続されるのみならず、プリント基板において検出回路に通じる電気配線にも電気的に接続される。

例えば、所定位置にねじ類貫通用穴およびプリント配線基板への半田付け用爪部を有しかつ折り曲げ加工が施された良導電金属平板よりなる電極端子と、該電極端子の爪部に挿入するに合致しプリント配線基板上の実装部品との配線が施された取り付け穴を有しかつ該取り付け穴に電極端子の爪部を挿入した状態において前記ねじ類貫通用穴直下の位置に抜き穴を有するプリント配線基板よりなり、前記プリント配線基板の取り付け穴に爪部を挿入し半田付けすることにより、前記プリント配線基板と電極端子を固定して成るプリント配線基板が知られている(例えば、特許文献1参照。)。

例えば、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュール(16A、16B)と、前記半導体モジュール(16A、16B)に電気的に接続され、前記半導体モジュール(16A、16B)を制御する制御回路部(25)と、前記半導体モジュール(16A、16B)に電気的に接続され、前記半導体モジュール(16A、16B)に電力を入出させるバスバー(23)と、前記バスバー(23)と外部から電力を入出させる高圧ケーブル(30)とが搭載され、前記バスバー(23)及び前記高圧ケーブル(30)が接続される端子台(24)と、前記半導体モジュール(16A、16B)と前記バスバー(23)と前記端子台(24)を収納する格納ケース(26)とを有する電力変換装置(1)であって、前記格納ケース(26)は、前記高圧ケーブル(30)を挿通可能な第1の挿通孔(29)及び第2の挿通孔(38)と、前記高圧ケーブル(30)と前記端子台(24)との結合作業を行うために前記端子台(24)に対向して形成された作業孔(35)と、前記第1の挿通孔(29)及び前記第2の挿通孔(38)のうち前記高圧ケーブル(30)が挿通されていない孔を閉塞する挿通孔蓋(39)と、前記作業孔を閉塞する作業孔蓋(36)とを備え、前記第1の挿通孔(29)と前記第2の挿通孔(38)とは、前記端子台(24)を挟んで互いに対向する位置に形成され、前記作業孔(35)は、前記第1の挿通孔(29)と前記第2の挿通孔(38)とを結ぶ方向と直交する方向に形成されていること、を特徴とする電力変換装置(1)が知られている(例えば、特許文献2参照。)。

例えば、大電流プリント板に一方の側から他方の側へ貫通してかつ大電流プリント板の両側に突出して端子部を固定し、端子部の孔に一方の側から他方の側へ挿通したねじ部材により端子部の他方の側に当接した導体又は大電流素子締付け固定したことを特徴とする大電流プリント板の接続構造が知られている(例えば、特許文献3参照。)。

概要

高強度、高耐振動性、及び低コストのバスバーとパワー素子及びプリント基板との接続構造を有するモータ駆動装置を実現する。モータ駆動装置1は、モータ駆動に関連する電流が流れるバスバー10と、プリント基板20と、プリント基板20に実装され、バスバー10とプリント基板20との間に介在する導電性支持台30と、を備え、導電性支持台30は、バスバー10と導電性支持台30とをねじ締めにより締結するための少なくとも1つのねじ貫通用穴31と、プリント基板20に設けられた電気配線と導電性支持台30とを電気的に接続するためのプリント基板用端子部32とを有する。

目的

したがって、モータ駆動装置においては、高強度、高耐振動性、及び低コストのバスバーとパワー素子及びプリント基板との接続構造を実現することが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

モータ駆動に関連する電流が流れるバスバーと、プリント基板と、前記プリント基板に実装され、前記バスバーと前記プリント基板との間に介在する導電性支持台と、を備え、前記導電性支持台は、前記バスバーと前記導電性支持台とをねじ締めにより締結するための少なくとも1つのねじ貫通用穴と、前記プリント基板に設けられた電気配線と前記導電性支持台とを電気的に接続するためのプリント基板用端子部と、を有する、モータ駆動装置

請求項2

前記導電性支持台に設けられた1つの前記ねじ貫通用穴に対して、複数の前記バスバーが接続される、請求項1に記載のモータ駆動装置。

請求項3

前記導電性支持台に設けられた複数の前記ねじ貫通用穴の各々に対して、複数の前記バスバーが1つずつ接続される、請求項1に記載のモータ駆動装置。

請求項4

前記導電性支持台は、上板部分と、前記上板部分の一対の縁から前記上板部分に交差する方向へ延長され、互いに間隔を空けて配置される一対の側板部分であって、前記側板部分が、末端で前記プリント基板に取り付けられる、側板部分と、を有し、前記ねじ貫通用穴は、前記上板部分または前記側板部分に設けられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

請求項5

前記上板部分及び前記側板部分は、前記プリント基板の他の実装部品に対する防滴壁を構成する、請求項4に記載のモータ駆動装置。

請求項6

前記上板部分及び前記側板部分は、前記プリント基板の他の実装部品に対する通風路を構成する、請求項4に記載のモータ駆動装置。

請求項7

前記プリント基板に、前記導電性支持台が複数設けられる、請求項1〜6のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

請求項8

複数の前記プリント基板が、前記導電性支持台を介して互いに接続される、請求項1〜7のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

請求項9

前記バスバーは、前記バスバーの曲げ強度を確保するリブを有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

請求項10

前記導電性支持台は、前記導電性支持台の曲げ強度を確保するリブを有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

請求項11

前記バスバーは、直方体形状を有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

技術分野

0001

本発明は、バスバーを有するモータ駆動装置に関する。

背景技術

0002

工作機械鍛圧機械射出成形機産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源または直流電源から供給される電力電力変換回路にてモータを駆動するための電力(モータ駆動電力)に変換している。電力変換回路としては、入力された直流電力交流電力に変換して出力するインバータ、及び、入力された交流電力を直流電力に変換して出力される整流器(「コンバータ」とも称する。)がある。例えば、交流電源から供給された交流電力を整流器にて直流電力に一旦変換したのちさらにインバータにて交流電力に変換して、この交流電力をモータ駆動電力として供給している。

0003

ダイオード整流方式の整流器は、ダイオードのフルブリッジ回路からなる。また、PWM制御方式及び120度通電方式の整流器並びにインバータは、例えば、大電力用半導体スイッチング素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとを有するフルブリッジ回路からなる。以下、整流器及びインバータに設けられるダイオード及び大電力用半導体スイッチング素子を、単に「パワー素子」と称する。整流器及びインバータを含む電力変換回路は、パワー素子には比較的大電流が流れることから、パワー素子の電極端子への電気的接続には、例えば銅、真鍮、またはアルミなどの金属からなるバスバー(bus bar)が用いられる。また、電力変換回路には、パワー素子のフルブリッジ回路からなる主回路電力変換を制御するための制御回路、電力変換や異常検出などの各種処理に用いられる電流または電圧を検出するための検出回路、パワー素子の1つである大電力用半導体スイッチング素子のオンオフ時に発生するサージ電圧から回路を保護するためのスナバ回路など、様々な電気回路が設けられる。これら電気回路は、抵抗コンデンサインダクタ、ダイオード、FET電界効果トランジスタ)、オペアンプフォトカプラアナログディジタル変換回路ADC)、ディジタルアナログ変換回路(DAC)、あるいは各種集積回路といった様々な部品から構成される。そこで、これら部品をプリント基板上に一括して実装することで、回路配線の小型化及び簡略化を図ることが多い。モータ駆動装置においては、様々な部品が実装されたプリント基板が、パワー素子と近接して配置されて電気的かつ物理的に接続される。例えば、バスバーを介してパワー素子へ流入またはパワー素子から流出する電流を検出する検出回路及びパワー素子に接続されたバスバーの電位を検出する検出回路が、プリント基板上に設けられる。この場合、バスバーは、パワー素子の入出力端子に電気的に接続されるのみならず、プリント基板において検出回路に通じる電気配線にも電気的に接続される。

0004

例えば、所定位置にねじ類貫通用穴およびプリント配線基板への半田付け用爪部を有しかつ折り曲げ加工が施された良導電金属平板よりなる電極端子と、該電極端子の爪部に挿入するに合致しプリント配線基板上の実装部品との配線が施された取り付け穴を有しかつ該取り付け穴に電極端子の爪部を挿入した状態において前記ねじ類貫通用穴直下の位置に抜き穴を有するプリント配線基板よりなり、前記プリント配線基板の取り付け穴に爪部を挿入し半田付けすることにより、前記プリント配線基板と電極端子を固定して成るプリント配線基板が知られている(例えば、特許文献1参照。)。

0005

例えば、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュール(16A、16B)と、前記半導体モジュール(16A、16B)に電気的に接続され、前記半導体モジュール(16A、16B)を制御する制御回路部(25)と、前記半導体モジュール(16A、16B)に電気的に接続され、前記半導体モジュール(16A、16B)に電力を入出させるバスバー(23)と、前記バスバー(23)と外部から電力を入出させる高圧ケーブル(30)とが搭載され、前記バスバー(23)及び前記高圧ケーブル(30)が接続される端子台(24)と、前記半導体モジュール(16A、16B)と前記バスバー(23)と前記端子台(24)を収納する格納ケース(26)とを有する電力変換装置(1)であって、前記格納ケース(26)は、前記高圧ケーブル(30)を挿通可能な第1の挿通孔(29)及び第2の挿通孔(38)と、前記高圧ケーブル(30)と前記端子台(24)との結合作業を行うために前記端子台(24)に対向して形成された作業孔(35)と、前記第1の挿通孔(29)及び前記第2の挿通孔(38)のうち前記高圧ケーブル(30)が挿通されていない孔を閉塞する挿通孔蓋(39)と、前記作業孔を閉塞する作業孔蓋(36)とを備え、前記第1の挿通孔(29)と前記第2の挿通孔(38)とは、前記端子台(24)を挟んで互いに対向する位置に形成され、前記作業孔(35)は、前記第1の挿通孔(29)と前記第2の挿通孔(38)とを結ぶ方向と直交する方向に形成されていること、を特徴とする電力変換装置(1)が知られている(例えば、特許文献2参照。)。

0006

例えば、大電流プリント板に一方の側から他方の側へ貫通してかつ大電流プリント板の両側に突出して端子部を固定し、端子部の孔に一方の側から他方の側へ挿通したねじ部材により端子部の他方の側に当接した導体又は大電流素子締付け固定したことを特徴とする大電流プリント板の接続構造が知られている(例えば、特許文献3参照。)。

先行技術

0007

特開平6−302932号公報
特開2011−234488号公報
実開平7−29874号公報

発明が解決しようとする課題

0008

バスバーの形状は、例えばモータ駆動装置における部品の配置並びにモータ駆動装置の寸法及び形状などに応じて設計される。このため、モータ駆動装置の製造にあたっては、形状の異なる複数種類のバスバーの在庫を確保しておかなければならず、製造管理が煩雑になる。また、バスバーは、例えば銅、真鍮、アルミなどの金属板板金加工することにより製造される。このため、製造するバスバーの形状が複雑になるほど、板金加工の際の原材料である金属板に、捨て材となる部分(すなわちバスバー製品にならない部分)が多く発生する。捨て材が多いほど、モータ駆動装置の製造コストは増加する。また、製造するバスバーの形状に合わせた金型を用意する必要がある。このため、バスバーの形状の種類が多いほど、より多くの金型を用意しなければならならず、モータ駆動装置の製造コストは増加する。またさらに、バスバーの形状が複雑になるほど、強度及び耐振動性は弱くなる。したがって、モータ駆動装置においては、高強度、高耐振動性、及び低コストのバスバーとパワー素子及びプリント基板との接続構造を実現することが望まれている。

課題を解決するための手段

0009

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、モータ駆動に関連する電流が流れるバスバーと、プリント基板と、プリント基板に実装され、バスバーとプリント基板との間に介在する導電性支持台と、を備え、導電性支持台は、バスバーと導電性支持台とをねじ締めにより締結するための少なくとも1つのねじ貫通用穴と、プリント基板に設けられた電気配線と導電性支持台とを電気的に接続するためのプリント基板用端子部とを有する。

発明の効果

0010

本開示の一態様によれば、高強度、高耐振動性、及び低コストのバスバーとパワー素子及びプリント基板との接続構造を有するモータ駆動装置を実現することができる。

図面の簡単な説明

0011

本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。
本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台を示す斜視図である。
従来の屈曲部を有するバスバーの形状を例示する斜視図である。
従来の複雑な形状を有するバスバーの形状を例示する図であって、(A)はバスバーとプリント基板との位置関係を示す上面図であり、(B)は金属板を板金加工することによりバスバーを製造した際に発生する捨て材を示す上面図である。
本開示の第1の実施形態におけるバスバーの形状を例示する図であって、(A)はバスバーとプリント基板との位置関係を示す上面図であり、(B)は金属板を板金加工することによりバスバーを製造した際に発生する捨て材を示す上面図である。
本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台を示す斜視図である。
本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。
本開示の第2の実施形態の変形例によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。
本開示の第1及び第2の実施形態の応用例によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。
本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー及び導電性支持台に曲げ強度確保のためのリブを設けた場合の斜視図である。
本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるリブが設けられた導電性支持台を示す図であって、(A)は斜視図であり、(B)はA−A’断面図である。
本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台が防滴壁及び通風路を構成する壁として機能するプリント基板を例示する正面図である。

実施例

0012

下図面を参照して、バスバーを有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。以下、「電気的に接続する(すなわち通電可能に接続する)」は、単に「「接続する」と記載されることがある。

0013

本開示の実施形態によるモータ駆動装置は、モータ駆動に関連する電流が流れるバスバーと、プリント基板と、プリント基板に実装され、バスバーと前記プリント基板との間に介在する導電性支持台と、を備える。導電性支持台は、バスバーと導電性支持台とをねじ締めにより締結するための少なくとも1つのねじ貫通用穴と、プリント基板に設けられた電気配線と導電性支持台とを電気的に接続するためのプリント基板用端子部とを有する。モータ駆動装置が駆動するモータが設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品電車自動車航空機などが含まれる。以下、本開示の実施形態を列記する。

0014

まず、本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。

0015

図1は、本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。図2は、本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台を示す斜視図である。

0016

本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置1は、バスバー10と、プリント基板20と、導電性支持台30とを備える。

0017

バスバー10は、比較的大きい電流を導電するための導体であり、例えば銅、真鍮、アルミなどの金属からなり、例えば板金加工により製造される。バスバー10は、直方体形状(直線的な板状)に成形される。バスバー10には、バスバー10と導電性支持台30とをねじ締めにより締結するためのねじ貫通用穴11が設けられる。

0018

バスバー10に直接的または間接的に接続される部材としては、例えば、モータ駆動電力を生成するための電力変換回路内のパワー素子、電源大容量コンデンサ、及び、その他モータ駆動に関連する機器などがある。例えば、バスバー10は、パワー素子の入力端子及び出力端子に接続される。電力変換回路の例としては、整流器及びインバータなどがある。整流器は、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力する。インバータは、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換し、これをモータの駆動電力として出力する。よって、バスバー10には、モータ駆動に関連する電流が流れる。バスバー10に接続されるパワー素子の例としては、ダイオード、並びに、FETなどのユニポーラトランジスタバイポーラトランジスタ、IGBTサイリスタ、及びGTOなどの大電力用半導体スイッチング素子がある。ダイオード整流方式の整流器は、ダイオードのフルブリッジ回路からなる。また、PWM制御方式及び120度通電方式の整流器並びにインバータは、例えば、大電力用半導体スイッチング素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとを有するフルブリッジ回路からなる。

0019

プリント基板20上には、パワー素子を有する電力変換回路の電力変換を制御するための制御回路、電力変換や異常検出などの各種処理に用いられる電流または電圧を検出するための検出回路、パワー素子のオンオフ時に発生するサージ電圧から回路を保護するためのスナバ回路など、様々な電気回路が設けられる。これら電気回路は、抵抗、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、FET(電界効果トランジスタ)、オペアンプ、フォトカプラ、アナログディジタル変換回路(ADC)、ディジタルアナログ変換回路(DAC)、あるいは各種集積回路といった様々な部品から構成される。これら部品はプリント基板20上に実装され、各部品の間は、当該部品を有する電気回路の機能に応じて、電気配線によって適宜接続される。プリント基板20上に設けられる様々な電気回路のうち、バスバー10を介してパワー素子へ流入またはパワー素子から流出する電流を検出したりパワー素子に接続されたバスバー10の電位を検出する検出回路、及びスナバ回路などは、バスバー10に対して電気的に接続される。以下、プリント基板20に設けられる電気配線のうちバスバー10に対して電気的に接続されるプリント基板20上の電気配線を、「電気配線21」と称する。電気配線21は、プリント基板20の内部に設けられても(すなわち埋め込まれても)よく、プリント基板20の第1の表面20A上に設けられてもよく、あるいはプリント基板20の第2の表面20Bに設けられてもよい。図示の例では、一例として、電気配線21は、プリント基板20の内部に設けられている。

0020

導電性支持台30は、プリント基板20に実装され、バスバー10とプリント基板20との間に介在する。バスバー10は、導電性支持台30を介してプリント基板20に接続されるので、耐振動性が高い。

0021

導電性支持台30は、上板部分33と、上板部分33の一対の縁から上板部分33に交差する方向へ延長され、互いに間隔を空けて配置される一対の側板部分34と、を有し、側板部分34が、末端でプリント基板20に取り付けられる。

0022

第1の実施形態では、導電性支持台30の上板部分33または側板部分34に、バスバー10と導電性支持台30とをねじ締めにより締結するためのねじ貫通用穴31が、1つ設けられる。図1及び図2に示す例では、一例として、上板部分33に1つのねじ貫通用穴31が設けられている。

0023

また、側板部分34の末端には、プリント基板20の電気配線21と導電性支持台30とを半田付けにて電気的に接続するためのプリント基板用端子部32が設けられる。プリント基板用端子部32は、例えばばね性(弾性)を有する爪形状を有する。プリント基板用端子部32が、プリント基板20に設けられた穴に勘合することで導電性支持台30をプリント基板20の第1の表面20Aまたは第2の表面20B上に強固に固定するとともに、プリント基板20の内部に設けられた電気配線21と導電性支持台30と電気的に接続する。図1に示す例では、一例として、導電性支持台30は、プリント基板用端子部32を介してプリント基板20の第1の表面20Aに実装されている。プリント基板用端子部32の形状は、図示された爪形状以外の形状であってもよい。また例えば、プリント基板用端子部32とプリント基板20の内部に設けられた電気配線21との電気的接続は、プリント基板20に設けられたランドを介してもよい。

0024

第1の実施形態では、導電性支持台30に設けられた1つのねじ貫通用穴31に対して複数のバスバー10(図1に示す例ではバスバー10A及び10B)が接続される。プリント基板20に、導電性支持台30を複数設け、導電性支持台30に設けられた1つのねじ貫通用穴31に複数のバスバー10を接続して複数のバスバー10を連ねることで、様々な形状及び長さの電流経路を形成することができる。ここで、第1の実施形態によるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造について、従来例と比較しながらより詳細に説明する。

0025

図3は、従来の屈曲部を有するバスバーの形状を例示する斜視図である。従来は、モータ駆動装置における部品の配置並びにモータ駆動装置の寸法及び形状などに応じて電流経路に直線とはならない部分が発生する場合、屈曲部を有するバスバー210を用いていた。バスバー210の屈曲部は、特に強度及び耐振動性が弱いという問題があった。

0026

これに対し、第1の実施形態では、モータ駆動装置における部品の配置並びにモータ駆動装置の寸法及び形状などに応じて電流経路に直線とはならない部分である屈曲部が発生する場合、当該屈曲部の直下のプリント基板20上(図1に示す例では第1の表面20A上)に、導電性支持台30を配置する。そして、直方体形状(直線的な板状)に成形されたバスバー10A及び10Bのねじ貫通用穴11と導電性支持台30のねじ貫通用穴31とに対してねじ40を挿入し、ねじ40を介したねじ締めによる締結にて、バスバー10Aとバスバー10Bと導電性支持台30とを電気的かつ物理的に接続する。バスバー10Aとバスバー10Bとは、略同一平面上において所定の角度を成して屈曲部を形成する。このように、第1の実施形態によれば、電流経路の屈曲部となる部分において、バスバー10が導電性支持台30のプリント基板用端子部32を介してプリント基板20と物理的に固定されるので、強度及び耐振動性が高い。

0027

また、バスバー10(図1に示す例ではバスバー10A及び10B)は、導電性支持台30のプリント基板用端子部32を介してプリント基板20の電気配線21に電気的に接続される。導電性支持台30のインピーダンスを、バスバー10A及び10Bに接続される部材(例えばパワー素子、電源、大容量コンデンサ、及び、その他モータ駆動に関連する機器)のインピーダンスよりも大きくすることで、バスバー10Aからバスバー10Bに流れる電流(図1実線矢印)よりも小さい電流(図1破線矢印)を、バスバー10Aからプリント基板20の電気配線21へ流すようにすることができる。つまり、導電性支持台30のインピーダンスを適宜調整することで、バスバー10Aに流れる電流を、バスバー10Bへ流れる大電流と、プリント基板20の電気配線21に流れ込む小電流とに分流することができる。電気配線21の接続先の例としては、パワー素子を有する電力変換回路の電力変換を制御するための制御回路、電力変換や異常検出などの各種処理に用いられる電流または電圧を検出するための検出回路、パワー素子のオンオフ時に発生するサージ電圧から回路を保護するためのスナバ回路などがある。

0028

なお、図1では、一例として、導電性支持台30に設けられた1つのねじ貫通用穴31に2つのバスバー10A及び10Bとを接続することで、屈曲部を有する電流経路を形成した。第1の実施形態によれば、導電性支持台30に設けられた1つのねじ貫通用穴31に接続されるバスバー10の個数を3個以上にすれば、分岐部を有する電流経路を形成することもできる。例えば、導電性支持台30に設けられた1つのねじ貫通用穴31に接続されるバスバー10の個数を3個とすれば、Y字状の分岐を有する電流経路を形成することができる。例えば、導電性支持台30に設けられた1つのねじ貫通用穴31に接続されるバスバー10の個数を4個とすれば、X字状の分岐を有する電流経路を形成することができる。

0029

続いて、第1の実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバーの強度及びバスバーの製造方法について、従来例と比較しながら説明する。

0030

図4は、従来の複雑な形状を有するバスバーの形状を例示する図であって、(A)はバスバーとプリント基板との位置関係を示す上面図であり、(B)は金属板を板金加工することによりバスバーを製造した際に発生する捨て材を示す上面図である。

0031

従来は、図4(A)に示すように複雑な形状を有するバスバー210であっても、プリント基板220上にはバスバー210を支持するための支持台が設けられず、バスバー210に接続されたパワー素子などの部材の支持に頼っていた。したがって、バスバー210に振動が発生し易く、また強度も弱かった。また、バスバー210の形状には、モータ駆動装置における部品の配置並びにモータ駆動装置の寸法及び形状などに応じて種々のものがあるので、モータ駆動装置の製造に際しては、形状の異なる複数種類のバスバーの在庫を確保しておかなければならず、製造管理が煩雑になる問題があった。また、バスバー210の複雑な形状を造りだす金型を用意しなければならず、モータ駆動装置の製造コストが増加する問題があった。また、図4(B)に示すように、原材料となる金属板200に対して、バスバー210の複雑な形状を造りだす金型にて板金加工を行うことで、捨て材201の面積が大きくなるので、モータ駆動装置の製造コストが増加する問題があった。

0032

図5は、本開示の第1の実施形態におけるバスバーの形状を例示する図であって、(A)はバスバーとプリント基板との位置関係を示す上面図であり、(B)は金属板を板金加工することによりバスバーを製造した際に発生する捨て材を示す上面図である。図5に示す電流経路の形状は一例であって、その他の形状でもよい。

0033

図5(A)に示すような複雑な形状を有する電流経路を形成する場合、この電流経路の屈曲部のプリント基板20上に、導電性支持台30を配置する。そして、直方体形状(直線的な板状)に成形されたバスバー10(図5に示す例ではバスバー10A、10B、10C及び10D)のねじ貫通用穴11と導電性支持台30のねじ貫通用穴31とに対してねじ40(図5に示す例ではねじ40A、40B、及び40C)を挿入する。ねじ40Aを介したねじ締めによる締結にてバスバー10Aとバスバー10Bと導電性支持台30とを電気的かつ物理的に接続する。ねじ40Bを介したねじ締めによる締結にてバスバー10Bとバスバー10Cと導電性支持台30とを電気的かつ物理的に接続する。ねじ40Cを介したねじ締めによる締結にてバスバー10Cとバスバー10Dと導電性支持台30とを電気的かつ物理的に接続する。プリント基板20に、導電性支持台30を複数設け、各導電性支持台30にバスバー10を接続して複数のバスバー10を連ねることで、様々な形状及び長さの電流経路を形成することができる。このように、第1の実施形態によれば、電流経路の屈曲部となる部分において、バスバー10A、10B、10C及び10Dが導電性支持台30のプリント基板用端子部32を介してプリント基板20と物理的に固定されるので、強度及び耐振動性が高い。

0034

また、バスバー10は直方体形状(直線的な板状)を有するので、バスバー10を造りだす金型は単純な形状であるので低コストであり、モータ駆動装置を低コストで製造することができる。電流経路の形状がどのようなものであっても、寸法の異なる複数の直方体形状のバスバー10の組み合わせで対応することができるので、モータ駆動装置の製造管理を簡素化できる。また、図5(B)に示すように、原材料となる金属板100に対して、単純な直方体形状を造りだす金型にて板金加工を行うので、金属板100を有効利用することができ、捨て材101の面積を小さくすることができ、その結果、モータ駆動装置を低コストで製造することができる。

0035

また、図5ではプリント基板20に設けられた電気配線21については図示していないが、バスバー10(すなわちバスバー10A、10B、10Cまたは10D)を、導電性支持台導電性支持台30のプリント基板用端子部32を介してプリント基板20に設けられた電気配線21電気的に接続することもできる。

0036

続いて、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。

0037

図6は、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台を示す斜視図である。図7は、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。

0038

本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置1は、第1の実施形態同様、バスバー10と、プリント基板20と、導電性支持台30とを備える。ただし、第2の実施形態は、導電性支持台30が複数のねじ貫通用穴31を備え、これら複数のねじ貫通用穴31の各々に対して複数のバスバー10が1つずつ接続される点で、第1の実施形態とは異なる。第2の実施形態におけるバスバー10及びプリント基板20については、第1の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

0039

第2の実施形態における導電性支持台30は、第1の実施形態と同様、プリント基板20に実装され、バスバー10とプリント基板20との間に介在する。導電性支持台30は、上板部分33と、上板部分33の一対の縁から上板部分33に交差する方向へ延長され、互いに間隔を空けて配置される一対の側板部分34と、を有し、側板部分34が、末端でプリント基板20に取り付けられる。また、側板部分34の末端には、プリント基板20の電気配線21と導電性支持台30とを半田付けにて電気的に接続するためのプリント基板用端子部32が設けられる。プリント基板用端子部32は、例えばばね性(弾性)を有する爪形状を有する。プリント基板用端子部32が、プリント基板20に設けられた穴に勘合することで導電性支持台30をプリント基板20の第1の表面20Aまたは第2の表面20B上に強固に固定するとともに、プリント基板20の内部に設けられた電気配線21と導電性支持台30と電気的に接続する。図7に示す例では、一例として、導電性支持台30は、プリント基板用端子部32を介してプリント基板20の第1の表面20Aに実装されている。プリント基板用端子部32の形状は、図示された爪形状以外の形状であってもよい。また例えば、プリント基板用端子部32とプリント基板20の内部に設けられた電気配線21との電気的接続は、プリント基板20に設けられたランドを介してもよい。

0040

第2の実施形態では、導電性支持台30の上板部分33または側板部分34に、バスバー10と導電性支持台30とをねじ締めにより締結するためのねじ貫通用穴31が、複数設けられる。プリント基板20に、導電性支持台30を複数設け、導電性支持台30に設けられた複数のねじ貫通用穴31の各々にバスバー10を少なくとも1つ接続して複数のバスバー10を連ねることで、様々な形状及び長さの電流経路を形成することができる。

0041

図6及び図7に示す例では、一例として、上板部分33に2つのねじ貫通用穴31A及び31Bが設けられている。モータ駆動装置における部品の配置並びにモータ駆動装置の寸法及び形状などに応じて電流経路に直線とはならない部分である屈曲部が発生する場合、当該屈曲部の直下のプリント基板20上(図7に示す例では第1の表面20A上)に、導電性支持台30を配置する。そして、直方体形状(直線的な板状)に成形されたバスバー10A及び10Bのねじ貫通用穴11と導電性支持台30のねじ貫通用穴31とに対してねじ40を挿入し、ねじ40を介したねじ締めによる締結にて、バスバー10Aとバスバー10Bと導電性支持台30とを電気的かつ物理的に接続する。このように、第2の実施形態によれば、電流経路の屈曲部となる部分において、バスバー10が導電性支持台30のプリント基板用端子部32を介してプリント基板20と物理的に固定されるので、強度及び耐振動性が高い。また、第2の実施形態によれば、1つのねじ貫通用穴31に複数のバスバー10が接続される第1の実施形態に比べ、バスバー10に電流が流れることにより発生する発熱量が少ない。

0042

第2の実施形態によれば、ねじ貫通用穴31A及び31Bが設けられる位置を、上板部分33及び2つの側板部分34の中から適宜選択し、当該ねじ貫通用穴31A及び31Bに、直方体形状(直線的な板状)に成形されたバスバー10A及び10Bをそれぞれ接続することで、様々な方向に屈曲する電流経路を形成することができる。

0043

また、第2の実施形態によれば、導電性支持台30に設けられるねじ貫通用穴31の個数を3個以上にすれば、分岐部を有する電流経路を形成することもできる。例えば、導電性支持台30に設けられた3つのねじ貫通用穴31の各々に、3個のバスバー10をそれぞれ接続すれば、Y字状の分岐を有する電流経路を形成することができる。例えば、導電性支持台30に設けられた4つのねじ貫通用穴31の各々に、4個のバスバー10をそれぞれ接続すれば、X字状の分岐を有する電流経路を形成することができる。

0044

また、第2の実施形態においても、導電性支持台30のインピーダンスを、バスバー10A及び10Bに接続される部材(例えばパワー素子、電源、大容量コンデンサ、及び、その他モータ駆動に関連する機器)のインピーダンスよりも大きくすることで、バスバー10Aからバスバー10Bに流れる電流(図7の実線矢印)よりも小さい電流(図7の破線矢印)を、バスバー10Aからプリント基板20の電気配線21へ流すようにすることができる。

0045

なお、上述のバスバー10は、直方体形状を有していたが、この変形例として、屈曲部を有するバスバー10を導電性支持台30に接続してもよい。図8は、本開示の第2の実施形態の変形例によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。本変形例では、一例として、屈曲部を有するバスバー10E及び10Fを、第2の実施形態における導電性支持台30に接続する場合について説明するが、第1の実施形態における導電性支持台30に接続する場合についても同様の説明が成り立つ。導電性支持台30に接続されるバスバー10E及び10Fに屈曲部を持たせることで、モータ駆動装置1内の電流経路の配線の自由度が増す。ただし、屈曲部を有するバスバー10E及び10Fは、直方体形状を有するバスバーのような単純な板金加工では製造できないので、製造コストは増加する。

0046

上述した第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。すなわち、導電性支持台30に設けられる複数のねじ貫通用穴31のうち、1つのねじ貫通用穴31に2個以上のバスバーを接続することによって、ねじ貫通用穴31の個数よりも多い数の電流経路の分岐を形成することもできる。

0047

続いて、第1の実施形態及び第2の実施形態の応用例について説明する。本応用例は、上述した導電性支持台30及びバスバー10を介して複数のプリント基板20を互いに接続することで、複数のプリント基板20間を強固に固定するものである。

0048

図9は、本開示の第1及び第2の実施形態の応用例によるモータ駆動装置におけるバスバー、プリント基板及び導電性支持台の接続構造を示す斜視図である。図9では、一例として、2枚のプリント基板20−1及び20−2を、第2の実施形態における導電性支持台30−2を介して固定する場合について説明する。

0049

第1の実施形態における導電性支持台30−1のプリント基板用端子部32が、Y軸方向に法線を有するプリント基板20−1に取り付けられることで、導電性支持台30−1がプリント基板20−1上に実装される。ねじ40Aを介したねじ締めによる締結にて、バスバー10Aの一端と導電性支持台30−1の上板部分33とが、電気的かつ物理的に接続される。また、プリント基板20−1には例えば集積回路61が実装されており、例えば、導電性支持台30−1のプリント基板用端子部32に接続される電気配線21(図9では図示せず)を介して、バスバー10Aと集積回路61とが電気的に接続される。

0050

第2の実施形態における導電性支持台30−2のプリント基板用端子部32が、Z軸方向に法線を有するプリント基板20−2に取り付けられることで、導電性支持台30−2がプリント基板20−2上に実装される。ねじ40Bを介したねじ締めによる締結にて、バスバー10Aの一端と導電性支持台30−2の側板部分34とが、電気的かつ物理的に接続される。このように、導電性支持台30−2のプリント基板用端子部32がプリント基板20−2に固定されるとともに、導電性支持台30−2の側板部分34がバスバー10A及び導電性支持台30−1を介してプリント基板20−1に固定されることで、Y軸方向に法線を有するプリント基板20−1とZ軸方向に法線を有するプリント基板20−2とが、約90度の角度を成して強固に固定される。

0051

図9に示した例はあくまでも一例である。導電性支持台30の種類(第1の実施形態及び/または第2の実施形態)、設けられるねじ貫通用穴31の個数、ねじ貫通用穴31が設けられる位置(上板部分33及び/または側板部分34)、並びに、バスバー10と導電性支持台30との固定の仕方(第1の実施形態及び/または第2の実施形態)については、固定したいプリント基板20の個数やプリント基板20間の固定角度に応じて、適宜選択すればよい。本応用例によれば、導電性支持台30及びバスバー10を介して、複数のプリント基板20間を様々な角度で強固に固定することができ、耐振動性が向上する。

0052

続いて、バスバー10及び導電性支持台30の変形例について説明する。本変形例は、バスバー10及び導電性支持台30にリブを設けることで、これらの曲げ強度を高めたものである。

0053

図10は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるバスバー及び導電性支持台に曲げ強度確保のためのリブを設けた場合の斜視図である。また、図11は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるリブが設けられた導電性支持台を示す図であって、(A)は斜視図であり、(B)はA−A’断面図である。バスバー10に設けられるリブ51及び導電性支持台30に設けられるリブ52は、平板状金属部材に対するプレス加工により得られる凸部及び凹部を有する。例えば、図11に示すように、導電性支持台30において、リブ52は、凸部52A及び凹部52Bを有する。リブ51及び52は、バスバー10及び導電性支持台30において曲げ強度を確保したい任意の箇所に設ければよい。図11に示す例では、一例として、第1の実施形態による導電性支持台30の側板部分34にリブ52が設けられる場合について示したが、上板部分33にリブ52を設けてもよく、あるいは、第2の実施形態における導電性支持台30の上板部分33及び/または側板部分34にリブ52を設けてもよい。このように、バスバー10及び導電性支持台30にリブを設けることで、強度(折損耐性)及び耐振動性が増す。

0054

続いて、上述のような接続構造を有するモータ駆動装置1のさらなる応用例について、図12を参照して説明する。導電性支持台30が有する一対の側板部分34は、比較的大きな寸法を有するので、本応用例では、プリント基板20上に実装される導電性支持台30の側板部分34を、プリント基板20の他の実装部品に対する防滴壁として機能させ、あるいは、プリント基板20の他の実装部品に対する通風路を構成するための壁として機能させる。

0055

図12は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における導電性支持台が防滴壁及び通風路を構成する壁として機能するプリント基板を例示する正面図である。ここでは一例として、モータ駆動装置1内においてプリント基板20を垂直に立てた状態で設置する例について説明する。図示の例では、プリント基板20の第1の表面20A上に、バスバー10A及び10Bを支持するための導電性支持台30、チップ抵抗などの部品71〜75、及び、電解コンデンサ76が実装される。また、プリント基板20の上方には、プリント基板20上の実装部品を冷却するための冷却ファン80が設置される。図12に示した部材の種類、個数、及び位置関係は、あくまでも一例である。

0056

例えばモータ駆動装置1が工作機械内のモータを駆動するための駆動源として用いられる場合、プリント基板20の上方から切削液垂れてくることがある。切削液91が付着を避けたい部品71〜75が導電性支持台30の下方に位置する場合は、図12に示すように、切削液の流出源と部品71〜75とが、導電性支持台30の側板部分34を挟んで互いに反対側に位置することになるように、導電性支持台30をプリント基板20上に実装する。これにより、上方から垂れてくる切削液は、導電性支持台30の側板部分34に当たることで側板部分34に沿った向きに流れが変わり、部品71〜75に切削液が付着しなくなる。このように、導電性支持台30の側板部分34を、プリント基板20の他の実装部品に対する防滴壁として機能させることができる。

0057

また、電解コンデンサ76などのような発熱する部品に対しては、冷却ファン80によって流れが引き起こされる空気によって、冷却される。図示の例では、冷却ファン80は、プリント基板20の下方から上方に向かう向き(矢印92の向き)に空気の流れを引き起こすが、導電性支持台30の側板部分34の長手方向が矢印94の向きになるように導電性支持台30をプリント基板20上に実装すると、冷却ファン80によって吸い上げられた空気は電解コンデンサ76に当たる。これにより電解コンデンサ76を冷却することができる。このように、導電性支持台30の側板部分34を、プリント基板20の他の実装部品に対する通風路を構成する壁として機能させることができる。なお、バスバー10A及び10Bは、導電性支持台30によって、プリント基板20から離間した位置に支持されるので、上記通風路に大きな影響を及ぼすことはない。

0058

導電性支持台30はバスバー10A及び10Bを支持さえできれば導電性支持台30の側板部分34の向きは比較的自由であるので、切削液の流出減と切削液の付着を避けたい実装部品との位置関係や冷却ファン80と冷却させたい実装部品との位置関係に応じて、導電性支持台30の側板部分34に沿う方向94とバスバー10Aの延伸方向93及びバスバー10Bの延伸方向95とがなす角を適宜設計すればよい。

0059

1モータ駆動装置
10、10A、10B、10C、10D、10E、10Fバスバー
11 ねじ貫通用穴
20、20−1、20−2プリント基板
20A プリント基板の第1の表面
20B プリント基板の第2の表面
21電気配線
30、30−1、30−2導電性支持台
31、31A、31B ねじ貫通用穴
32プリント基板用端子部
33上板部分
34側板部分
40、40A、40B、40C ねじ
51リブ
52A 凸部
52B 凹部
61集積回路
71〜75部品
76電解コンデンサ
80冷却ファン
91切削液
92気流の方向
100金属板
101 捨て材

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