JP2019033197A - 回路基板装置における放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスおよびマイナスの電源ラインからの放熱を効率よく行なって性能の向上した回路基板装置における放熱構造を提供する。【解決手段】基板１４と、基板の一面にプリントされるプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６と、基板の一面に実装される少なくとも６個のスイッチング素子１７とを有しつつ直流から３相交流に電力変換するインバータユニット１１が、ヒートシンクを兼ねる金属製のケース１３に収容、固定される回路基板装置において、基板１４が、一面１４ａをケース１３の内面に対向させて当該ケース１３に収容され、相互に間隔をあけた位置で一方向に平行に延びるようにして基板１４の一面１４ａにプリントされるプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が、電気絶縁性および高熱伝導性を有する放熱部材３６を介してケース１３に当接される。【選択図】図４

Description

本発明は、基板と、当該基板の一面にプリントされるプラスおよびマイナスの電源ラインと、前記基板の一面に実装される少なくとも６個のスイッチング素子とを有しつつ直流から３相交流に電力変換するインバータユニットが、ヒートシンクを兼ねる金属製のケースに収容、固定される回路基板装置に関し、特にその放熱構造の改良に関する。

スイッチング素子等の発熱素子が実装される基板を、ヒートシンクを兼ねる金属製のケースに収容、固定するようにした回路基板装置が、たとえば特許文献１等で既に知られている。

特開２０１３−２１３４８号公報

上記特許文献１で開示された回路基板装置では、基板に実装された発熱素子が絶縁放熱シートを介してケースに接触しており、発熱素子からの熱をケース側に放熱するようにしている。このような技術をインバータユニットを有する回路基板装置に応用すると、スイッチング素子およびケース間に放熱シートを介在させることでスイッチング素子からの熱をケース側に効果的に放熱させることが可能となるが、インバータユニットでは、プラスおよびマイナスの電源ラインには出力側の３相それぞれに流れる電流が平均化されて流れるので、プラスおよびマイナスの電源ラインからの熱を効率よく放熱することが必要である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、プラスおよびマイナスの電源ラインからの放熱を効率よく行なって性能向上を果たし得るようにした回路基板装置における放熱構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、基板と、当該基板の一面にプリントされるプラスおよびマイナスの電源ラインと、前記基板の一面に実装される少なくとも６個のスイッチング素子とを有しつつ直流から３相交流に電力変換するインバータが、ヒートシンクを兼ねる金属製のケースに収容、固定される回路基板装置において、前記基板が、前記一面を前記ケースの内面に対向させて当該ケースに収容され、相互に間隔をあけた位置で一方向に平行に延びるようにして前記基板の前記一面にプリントされる前記プラスおよびマイナスの電源ラインが、電気絶縁性および高熱伝導性を有する放熱部材を介して前記ケースに当接されることを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記スイッチング素子が、電気絶縁性を有する放熱シートを介して前記ケースに当接されることを第２の特徴とする。

さらに本発明は、第２の特徴の構成に加えて、前記プラスおよびマイナスの電源ラインが、前記プラスおよびマイナスの電源ラインが、前記一方向と直交しつつ前記一面に沿う方向での前記一面の両端部にプリントされ、前記ケースのうち前記基板の前記一面に対向する底壁が、前記放熱シートを介して前記スイッチング素子に当接する平坦部と、前記一方向と直交しつつ前記一面に沿う方向での前記平坦部の両端部から***した一対の段部とを有するように構成され、前記放熱部材である接着剤を介して前記プラスおよびマイナスの電源ラインが前記一対の段部にそれぞれ接着され、前記基板の前記一面から前記放熱シートを除いた状態での前記スイッチング素子の突出端面までの前記プラスおよびマイナスの電源ラインのパターン面からの距離よりも、前記平坦部からの前記段部の高さが小さく設定されることを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、プラスおよびマイナスの電源ラインが、電気的絶縁性および熱伝導性を有する放熱部材を介して前記ケースに当接されるので、インバータユニットにおいて出力側の３相それぞれに流れる電流が平均化されて流れるプラスおよびマイナスの電源ラインからの熱を効率よく放熱して冷却することができ、出力性能の向上を図ることが可能であり、同一出力のものと比較して回路基板装置の体格を小型化して軽量化を図ることができる。

また本発明の第２の特徴によれば、スイッチング素子が、電気絶縁性を有する放熱シートを介してケースに当接することで、スイッチング素子からのケースへの放熱も効率化し、より効率的な冷却が可能となる。

さらに本発明の第３の特徴によれば、ケースの底壁が、放熱シートを介してスイッチング素子に当接する平坦部と、平坦部から***した一対の段部とを有するように構成されており、プラスおよびマイナスの電源ラインが接着剤を介して一対の段部にそれぞれ接着されるので、基板をケースに固定するためにねじ部材等を不要として部品点数を低減することができる。しかも平坦部からの段部の高さが、プラスおよびマイナスの電源ラインのパターン面と、基板の一面から放熱シートを除くスイッチング素子の突出端面との間の距離よりも小さいので、プラスおよびマイナスの電源ラインと、段部との間に接着剤を充填させる隙間を確実に形成し、ケースに振動や衝撃が加わってもプラスおよびマイナスの電源ラインとケースの段部との間で電気的な絶縁破壊が生じることを防止し、プラスおよびマイナスの電源ラインとケースとの間が電気的に導通することを防止することができる。

モータ駆動用ドライバの全体斜視図である。 モータ駆動用ドライバの分解斜視図である。 図２の３矢視図である。 図１の４−４線断面図である。 インバータユニット、電子制御ユニットおよび放熱シートを分離した状態での図４に対応した断面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付の図１〜図５を参照しながら説明すると、先ず図１〜図３において、この回路基板装置は、たとえばドローンの電動モータを駆動するモータ駆動用ドライバであり、直流から３相交流に電力変換するインバータユニット１１と、そのインバータユニット１１の作動を制御する制御ユニット１２とが、ヒートシンクを兼ねる金属製たとえばアルミニウム製のケース１３に収容、固定されて成る。

前記インバータユニット１１は、第１の基板１４と、当該第１の基板１４の一面１４ａにプリントされるプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６と、前記第１の基板１４の前記一面１４ａに実装される少なくとも６個のスイッチング素子１７たとえばＦＥＴと、前記第１の基板１４に装着される一対のコンデンサ１８とを備える。なお前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６は、図３において、分かりやすくするために誇張して描かれている。

前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６は、相互に間隔をあけた位置で一方向２０に平行に延びるものであり、前記一方向２０と直交しつつ前記一面１４ａに沿う方向で前記一面１４ａの両端部にプリントされる。また前記第１の基板１４の他面１４ｂにおいて前記一方向２０の一端部には、前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６に連なるようにしてプラスおよびマイナスの入力側導線２１，２２が接続され、前記第１の基板１４の前記他面１４ｂにおいて前記一方向２０の他端部には、３相交流を出力するための３本の出力側導線２３，２４，２５が接続される。

前記スイッチング素子１７は、前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６間に配置されるようにして前記第１の基板１４の前記一面１４ａに実装され、前記一対のコンデンサ１８は、プラスおよびマイナスの入力側導線２１，２２の第１の基板１４への接続部間に配置されるようにして前記第１の基板１４に装着される。

一方、前記制御ユニット１２は、前記第１の基板１４の前記他面１４ｂに複数の支持脚兼コネクタ２６を介して支持される第２の基板２７の前記第１の基板１４とは反対側に臨む面２７ａに、複数個のオペアンプ２８、１個のレギュレータ２９、複数個のコンデンサ３０およびマイコン３１等が実装される。また第２の基板２７の前記第１の基板１４とは反対側に臨む面２７ａの前記一方向２０に沿う一端部には信号線がハンダ付けで接続されるようにした複数の接続部３２が配置され、第２の基板２７の前記第１の基板１４とは反対側に臨む面２７ａの前記一方向２０に沿う他端部には信号線が前記マイコン３１のプログラムを書き換えるためのプログラム書き換え装置を接続するためのカプラ３３が設けられる。

図４を併せて参照して、前記第１の基板１４における前記一面１４ａの前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６は、電気絶縁性および高熱伝導性を有する放熱部材である接着剤３６を介して前記ケース１３に当接され、また前記スイッチング素子１７は、電気絶縁性を有する放熱シート３７を介して前記ケース１３に当接される。

前記ケース１３のうち前記第１の基板１４の前記一面１４ａに対向する底壁３８は、前記放熱シート３７を介して前記スイッチング素子１７に当接する平坦部３８ａと、前記一方向２０と直交しつつ前記一面１４ａに沿う方向での前記平坦部３８ａの両端部から***した一対の段部３８ｂとを有して箱形に構成される。しかも前記放熱部材である前記接着剤３６を介して前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が前記一対の段部３８ｂにそれぞれ接着される。

図５を併せて参照して、前記第１の基板１４の前記一面１４ａから前記放熱シート３７を除いた状態での前記スイッチング素子１７の突出端面１７ａまでの前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６のパターン面からの距離Ｌよりも、前記平坦部３８ａからの前記段部３８ｂの高さＨが小さく設定される。

次にこの実施の形態の作用について説明すると、インバータユニット１１における第１の基板１４が、その一面１４ａをケース１３の内面に対向させて当該ケース１３に収容され、相互に間隔をあけた位置で一方向２０に平行に延びるようにして前記第１の基板１４の前記一面１４ａにプリントされる前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が、電気絶縁性および高熱伝導性を有する放熱部材である接着剤３６を介して前記ケース１３に当接されるので、インバータユニット１１において出力側の３相の出力側導線２３〜２５それぞれに流れる電流が平均化されて流れるプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６からの熱を効率よく放熱して冷却することができ、出力性能の向上を図ることが可能であり、同一出力のものと比較してモータ駆動用ドライバの体格を小型化して軽量化を図ることができる。

またスイッチング素子１７が、電気絶縁性を有する放熱シート３７を介して前記ケース１３に当接されるので、スイッチング素子１７からのケース１３への放熱も効率化し、より効率的な冷却が可能となる。

また前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が、前記一方向２０と直交しつつ前記第１の基板１４の前記一面１４ａに沿う方向で前記一面１４ａの両端部にプリントされ、前記ケース１３のうち前記第１の基板１４の前記一面１４ａに対向する底壁３８が、前記放熱シート３７を介して前記スイッチング素子１７に当接する平坦部３８ａと、前記一方向２０と直交しつつ前記一面１４ａに沿う方向での前記平坦部３８ａの両端部から***した一対の段部３８ｂとを有するように構成され、接着剤３６を介して前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が前記一対の段部３８ｂにそれぞれ接着されるので、第１の基板１４をケース１３に固定するためにねじ部材等を不要として部品点数を低減することができる。

さらに前記第１の基板１４の前記一面１４ａから前記放熱シート３７を除いた状態での前記スイッチング素子１７の突出端面１７ａまでの前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６のパターン面からの距離Ｌよりも、前記平坦部３８ａからの前記段部３８ｂの高さＨが小さく設定されるので、プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６と、前記段部３８ｂとの間に接着剤３６を充填させる隙間を確実に形成し、ケース１３に振動や衝撃が加わってもプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６と前記ケース１３の前記段部３８ｂとの間で電気的な絶縁破壊が生じることを防止し、プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６とケース１３との間が電気的に導通することを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

１１・・・インバータユニット
１３・・・ケース
１４・・・基板
１４ａ・・・基板の一面
１５・・・プラスの電源ライン
１６・・・マイナスの電源ライン
１７・・・スイッチング素子
２０・・・一方向
３６・・・放熱部材である接着剤
３７・・・放熱シート
３８・・・底壁
３８ａ・・・平坦部
３８ｂ・・・段部
Ｈ・・・高さ
Ｌ・・・距離

Claims (3)

1. 基板（１４）と、当該基板（１４）の一面にプリントされるプラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）と、前記基板（１４）の一面（１４ａ）に実装される少なくとも６個のスイッチング素子（１７）とを有しつつ直流から３相交流に電力変換するインバータユニット（１１）が、ヒートシンクを兼ねる金属製のケース（１３）に収容、固定される回路基板装置において、前記基板（１４）が、前記一面（１４ａ）を前記ケース（１３）の内面に対向させて当該ケース（１３）に収容され、相互に間隔をあけた位置で一方向（２０）に平行に延びるようにして前記基板（１４）の前記一面（１４ａ）にプリントされる前記プラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）が、電気絶縁性および高熱伝導性を有する放熱部材（３６）を介して前記ケース（１３）に当接されることを特徴とする回路基板装置における放熱構造。
2. 前記スイッチング素子（１７）が、電気絶縁性を有する放熱シート（３７）を介して前記ケース（１３）に当接されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置における放熱構造。
3. 前記プラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）が、前記一方向（２０）と直交しつつ前記一面（１４ａ）に沿う方向での前記一面（１４ａ）の両端部にプリントされ、前記ケース（１３）のうち前記基板（１４）の前記一面（１４ａ）に対向する底壁（３８）が、前記放熱シート（３７）を介して前記スイッチング素子（１７）に当接する平坦部（３８ａ）と、前記一方向（２０）と直交しつつ前記一面（１４ａ）に沿う方向での前記平坦部（３８ａ）の両端部から***した一対の段部（３８ｂ）とを有するように構成され、前記放熱部材である接着剤（３６）を介して前記プラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）が前記一対の段部（３８ｂ）にそれぞれ接着され、前記基板（１４）の前記一面（１４ａ）から前記放熱シート（３７）を除いた状態での前記スイッチング素子（１７）の突出端面（１７ａ）までの前記プラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）のパターン面からの距離（Ｌ）よりも、前記平坦部（３８ａ）からの前記段部（３８ｂ）の高さ（Ｈ）が小さく設定されることを特徴とする請求項２に記載の回路基板装置における放熱構造。

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