WO2021005650A1 - Servo amp - Google Patents
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- WO2021005650A1 WO2021005650A1 PCT/JP2019/026837 JP2019026837W WO2021005650A1 WO 2021005650 A1 WO2021005650 A1 WO 2021005650A1 JP 2019026837 W JP2019026837 W JP 2019026837W WO 2021005650 A1 WO2021005650 A1 WO 2021005650A1
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Definitions
- the present invention relates to a servo amplifier that controls a servomotor.
- Patent Document 1 describes a servo amplifier.
- This servo amplifier has a heat sink provided with heat dissipation fins, a case cover assembled to the heat sink, and a main circuit board housed in the case cover.
- a power semiconductor device superimposed on a heat sink is mounted on the rear part of the main circuit board.
- An electrolytic capacitor is mounted on the front part of the main circuit board.
- the electrolytic capacitor is housed in a substrate storage space formed in front of the installation space of the power semiconductor device and the heat sink.
- the space for installing the power semiconductor device and heat sink and the space for storing the substrate are separated by a heat shield plate. As a result, the heat released from the power semiconductor device and the heat sink is blocked by the heat shield plate, so that the temperature rise in the substrate storage space is suppressed.
- the servo amplifier is equipped with a servo lock function that keeps the servo motor stopped even when an external force is applied.
- a larger current flows through the servo amplifier for several seconds than during continuous operation. That is, when the servo lock state is reached after continuous operation, the servo amplifier performs instantaneous high heat generation operation in which the amount of heat generated temporarily increases. Therefore, the radiator provided in the servo amplifier needs to be designed so that the temperature of the semiconductor element satisfies the allowable temperature in consideration of the temperature rise in the instantaneous high heat generation operation in addition to the temperature rise in the continuous operation. ..
- the conventional servo amplifier has a problem that the radiator becomes large.
- the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a servo amplifier capable of suppressing an increase in size of a radiator.
- the servo amplifier according to the present invention is arranged on a circuit board, at least one semiconductor element mounted on one surface of the circuit board, and the other surface of the circuit board, and is arranged in a first direction parallel to the circuit board.
- the radiator comprises a radiator that radiates heat to the fluid flowing along the circuit board, and the radiator includes a base plate arranged in parallel with the circuit board and the radiator along a second direction intersecting the circuit board from the base plate. Formed into a plurality of fins extending in a direction away from the circuit board and parallel to the circuit board at intervals in a third direction parallel to the circuit board and orthogonal to the first direction, and at least one of the plurality of fins.
- the first protrusion formed in the first projection body extending along the second direction and at least one of the plurality of fins, extending along the second direction, and the first in the flow of the fluid. It has a second protrusion arranged on the downstream side of the protrusion, and the widths of the first protrusion and the second protrusion in the third direction are the widths of the first protrusion and the second protrusion in the third direction. It is wider than the width of each of the plurality of fins, and the length of the second protrusion in the second direction is longer than the length of the first protrusion in the second direction.
- Embodiment 1 The servo amplifier according to the first embodiment of the present invention will be described.
- Servo amplifiers are configured to control servomotors used, for example, in factory production lines.
- the servo amplifier is provided with a servo lock function that holds the servo motor in a stopped state even when an external force is applied, in addition to a continuous operation function in which a current is continuously passed through the servo motor.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the servo amplifier 100 according to the present embodiment.
- the flow direction of air which is a cooling medium, that is, the wind direction is indicated by a thick arrow.
- the servo amplifier 100 includes a command unit 10 that outputs a command for operating the movement of a servo motor (not shown), and a control device unit that sends a current to the servo motor based on a command from the command unit 10. It has 20 and.
- the control device unit 20 includes a circuit board 21, a plurality of semiconductor elements 31, 32, 33 mounted on one surface of the circuit board 21, and a heat sink 40 arranged on the other surface of the circuit board 21. doing.
- the heat sink 40 is a radiator configured to cool a plurality of semiconductor elements 31, 32, 33 by radiating heat to the air.
- the heat sink 40 has a flat plate-shaped base plate 41 arranged along the other surface of the circuit board 21, and a plurality of fins 42 extending from the base plate 41 in a direction away from the circuit board 21. There is.
- Each of the plurality of fins 42 has a rectangular flat plate shape.
- Each of the plurality of fins 42 may have a pin-like shape.
- the heat generated by the plurality of semiconductor elements 31, 32, 33 is transferred to the heat sink 40.
- the heat transferred to the heat sink 40 is dissipated to the air passing through the air passage formed between the two fins 42 adjacent to each other.
- As the material of the heat sink 40 for example, aluminum having high thermal conductivity and good workability is used.
- Each of the plurality of semiconductor elements 31, 32, 33 is an element that generates heat by the current sent from the command unit 10. In each of the plurality of semiconductor elements 31, 32, 33, in addition to generating heat during continuous operation in a steady state, instantaneous high heat generation occurs in a servo-locked state after continuous operation.
- Each of the plurality of semiconductor elements 31, 32, 33 is a power module such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a diode.
- the semiconductor element 31 is arranged on the windward side of the plurality of semiconductor elements 31, 32, 33.
- the semiconductor element 32 is arranged on the leeward side of the plurality of semiconductor elements 31, 32, 33.
- the semiconductor element 33 is arranged on the leeward side of the semiconductor element 31 and on the leeward side of the semiconductor element 32. That is, the semiconductor element 31, the semiconductor element 33, and the semiconductor element 32 are arranged in this order on the circuit board 21 from the windward side to the leeward side.
- the x-axis is taken along the wind direction in a plane parallel to the base plate 41, and the direction from the windward side to the leeward side is the + x direction.
- the y-axis is taken along the direction orthogonal to the x-axis in a plane parallel to the base plate 41.
- the xy plane parallel to both the x-axis and the y-axis is parallel to the base plate 41.
- the z-axis is taken along the direction intersecting the xy plane.
- the z-axis is orthogonal to, for example, the xy plane.
- Each of the plurality of fins 42 is arranged along the z-axis.
- the direction from the tip 43 side of each of the plurality of fins 42 toward the base plate 41 is the + z direction.
- the xz plane parallel to both the x-axis and the z-axis is parallel to each of the plurality of fins 42.
- the plurality of fins 42 of the present embodiment are 10 fins 42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g arranged side by side at intervals in the y-axis direction. , 42h, 42i, 42j.
- the intervals of the plurality of fins 42 in the y-axis direction are equal intervals, but they may be unequal intervals.
- Each of the fins 42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g, 42h, 42i, 42j extends along the z direction.
- the lengths of the fins 42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g, 42h, 42i, and 42j in the z-axis direction are the same.
- the heat sink 40 of the present embodiment is a natural air cooling system using natural convection of air. In the natural air cooling method, the wind direction is vertically upward. Therefore, the heat sink 40 and the control device unit 20 including the heat sink 40 are installed in such a posture that the ⁇ x direction is vertically downward.
- FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the control device unit 20 of the servo amplifier 100 according to the present embodiment.
- FIG. 2 shows the configuration of the control device unit 20 cut in a plane parallel to the xz plane.
- FIG. 3 is a front view showing a configuration in which the control device unit 20 of the servo amplifier 100 according to the present embodiment is viewed in the + x direction.
- FIG. 4 is a plan view showing a configuration in which the control device unit 20 of the servo amplifier 100 according to the present embodiment is viewed in the + z direction.
- each of the plurality of semiconductor elements 31, 33, 32 is arranged so as to overlap at least one of the plurality of fins 42 when viewed along the z-axis direction.
- the plurality of semiconductor elements 31, 33, 32 are all arranged so as to overlap the fins 42e when viewed along the z-axis direction.
- a plurality of protrusions 51, 53, 52 are formed on the fin 42e.
- the number of protrusions 51, 53, 52 formed on the fins 42e is the same as the number of semiconductor elements 31, 33, 32 that overlap with the fins 42e when viewed along the z-axis direction.
- the protrusions 51, 53, and 52 are arranged so as to overlap the semiconductor elements 31, 33, and 32 when viewed along the z-axis direction. That is, the protrusions 51, 53, and 52 are arranged in this order from the leeward side to the leeward side.
- the width W1 of the protrusion 51 in the y-axis direction is larger than the width W0 of the fins 42e in the y-axis direction (W1> W0).
- the width of the protrusion 53 in the y-axis direction and the width of the protrusion 52 in the y-axis direction are also larger than the width W0 of the fins 42e in the y-axis direction.
- Each of the width of the protrusion 53 in the y-axis direction and the width of the protrusion 52 in the y-axis direction is equal to, for example, the width W1 of the protrusion 51 in the y-axis direction.
- Each of the protrusions 51, 53, and 52 is made of the same material as the fin 42e and is integrally formed with the fin 42e.
- Each of the protrusions 51, 53, and 52 is, for example, a medium entity having no internal cavity.
- Each of the protrusions 51, 53, and 52 extends in the ⁇ z direction from the contact portion between the base plate 41 and the fin 42e.
- the length L1 of the protrusion 51 in the z-axis direction, the length L3 of the protrusion 53 in the z-axis direction, and the length L2 of the protrusion 52 in the z-axis direction are all the length L0 of the fin 42e in the z-axis direction. Shorter than (L1 ⁇ L0, L3 ⁇ L0, L2 ⁇ L0).
- the end portion in the + z direction is connected to the base plate 41, and the end portion in the ⁇ z direction is located on the + z side of the tip portion 43 of each fin. ..
- Each of the protrusions 51, 53, and 52 has an elliptical shape in a cross section parallel to the xy plane. In the same cross section, the major axis direction of each of the protrusions 51, 53, 52 is parallel to the x-axis, and the minor axis direction of each of the protrusions 51, 53, 52 is parallel to the y-axis.
- the protrusions 51, 53, and 52 have, for example, the same cross-sectional shape.
- the protrusion 51 has a protrusion 51a protruding from the fin 42e in the ⁇ y direction and a protrusion 51b protruding from the fin 42e in the + y direction.
- Each of the protrusions 51a and 51b has a semi-elliptical shape in a cross section parallel to the xy plane.
- the protrusion 51 may be formed only by the protrusion 51a or the protrusion 51b.
- the protrusion 53 has a protrusion 53a protruding from the fin 42e in the ⁇ y direction and a protrusion 53b protruding from the fin 42e in the + y direction.
- Each of the protrusions 53a and 53b has a semi-elliptical shape in a cross section parallel to the xy plane.
- the protrusion 53 may be formed only by the protrusion 53a or the protrusion 53b.
- the protrusion 52 has a protrusion 52a protruding from the fin 42e in the ⁇ y direction and a protrusion 52b protruding from the fin 42e in the + y direction.
- Each of the protrusions 52a and 52b has a semi-elliptical shape in a cross section parallel to the xy plane.
- the protrusion 52 may be formed only by the protrusion 52a or the protrusion 52b.
- the length L1 of the protrusion 51 located on the leeward side of the protrusions 51, 53, 52 in the z-axis direction is the z-axis direction of the protrusion 52 located on the leeward side of the protrusions 51, 53, 52. Is shorter than the length L2 in (L1 ⁇ L2).
- the length L3 of the protrusion 53 in the z-axis direction is equal to or greater than the length L1 of the protrusion 51 in the z-axis direction (L3 ⁇ L1) and equal to or less than the length L2 of the protrusion 52 in the z-axis direction (L3 ⁇ L2). ) Is preferable.
- the lengths L1, L3 and L2 satisfy the relationship L1 ⁇ L3 ⁇ L2.
- each of the protrusions 51, 53, and 52 is provided on one fin 42e.
- each of the protrusions 51, 53, and 52 may be provided so as to straddle a plurality of fins.
- the protrusion 51 may be provided straddling the plurality of fins. ..
- the heat generated by the semiconductor elements 31, 33, 32 is first transferred to the base plate 41.
- the heat transferred to the base plate 41 spreads to some extent in the xy plane, and a part of the heat is dissipated from the base plate 41 to the air.
- Other heat is transferred to the plurality of fins 42 and the plurality of protrusions 51, 53, 52 by heat conduction, and is dissipated to the air from the plurality of fins 42 and the plurality of protrusions 51, 53, 52.
- Air convection occurs near the surfaces of the base plate 41, the plurality of fins 42, and the plurality of protrusions 51, 53, 52.
- air convection is caused by the generation of buoyancy due to the difference in air density. Since the density of air decreases as the temperature rises, the air whose temperature has risen due to heat dissipation rises vertically upward, that is, in the + x direction. As a result, a flow of air is generated in the + x direction, and the heat continuously generated by the semiconductor elements 31, 33, and 32 continues to be dissipated to the air.
- the temperatures of the semiconductor elements 31, 33, and 32 during continuous operation rise to a certain temperature and become saturated.
- the semiconductor elements 31, 33, 32 during the instantaneous high heat generation operation a larger amount of heat is generated for several seconds than during the continuous operation.
- the heat generated by the semiconductor elements 31, 33, 32 during the instantaneous high heat generation operation is transferred to the plurality of fins 42 and the plurality of protrusions 51, 53, 52 via the base plate 41.
- the heat sink 40 of the present embodiment has a larger heat capacity by the amount of the protrusions 51, 53, and 52.
- the protrusions 51, 53, and 52 have a larger mass per surface area than the base plate 41 and the plurality of fins 42. Therefore, among the heat sinks 40, the protrusions 51, 53, and 52 in particular function as a heat storage unit that stores the transferred heat.
- the protrusion 51 mainly stores heat generated by the semiconductor element 31
- the protrusion 53 mainly stores heat generated by the semiconductor element 33
- the protrusion 52 mainly stores heat generated by the semiconductor element 32.
- the heat storage unit serves as a buffer that fills the difference between the amount of heat generated per hour and the amount of heat released. The heat stored in the heat storage unit is gradually dissipated to the air.
- the heat generated during instantaneous high heat generation operation is temporary, it is unlikely that heat is dissipated by air convection, unlike continuous heat generation during continuous operation. That is, the instantaneous high heat generation operation is completed until the heat generated by the semiconductor elements 31, 33, 32 during the instantaneous high heat generation operation reaches the air and becomes saturated. Therefore, in order to suppress the temperature rise of the semiconductor elements 31, 33, 32 during the instantaneous high heat generation operation, the heat sink 40 having a heat storage effect and a large heat capacity is effective.
- the heat capacity is represented by the product of specific heat and mass. Therefore, the heat capacity of the heat sink 40 can be increased by increasing the specific heat and one or both values of the heat sink 40. By increasing the heat capacity of the heat sink 40, it is possible to suppress the temperature rise of the semiconductor elements 31, 33, 32 during the instantaneous high heat generation operation.
- Specific heat is the amount of heat required to raise the temperature of a substance with a mass of 1 kg by 1 K.
- the unit of specific heat is [J / (kg ⁇ K)].
- the specific heat represents the difficulty of warming a substance. That is, the larger the specific heat, the less likely it is that the temperature will rise in a short time.
- the specific heat value depends on the substance. For example, a heat storage material having a specific heat larger than that of the heat sink 40 is provided around the heat sink 40 or around the semiconductor elements 31, 33, and 32. As a result, the heat capacity is increased by the amount of the heat storage material, so that the temperature rise of the semiconductor elements 31, 33, and 32 during the instantaneous high heat generation operation can be suppressed.
- the heat capacity of the heat sink 40 can also be increased by increasing the mass of the heat sink 40.
- the mass of the heat sink 40 For example, like the protrusions 51, 53, and 52 of the present embodiment, only the shape is changed without changing the material of the heat sink 40, and the mass of the heat sink 40 is partially increased. As a result, the heat capacity of the heat sink 40 can be increased while suppressing an increase in manufacturing cost.
- any of the above methods for increasing the heat capacity may cause a decrease in the heat dissipation area of the heat sink 40 or a decrease in the cross-sectional area of the flow path through which air passes. Therefore, as compared with a heat sink in which only heat dissipation during continuous operation is taken into consideration, the heat sink 40 having an increased heat capacity may have a lower heat dissipation performance during continuous operation.
- the servo amplifier 100 in which the instantaneous high heat generation operation is performed after the continuous operation not only the temperature rise during the continuous operation can be suppressed, but also the temperature rise range during the continuous operation and the temperature rise range during the subsequent instantaneous high heat generation operation. A design that can reduce the total of, is required.
- the heat sink 40 of the present embodiment is configured to suppress not only the temperature rise during continuous operation but also the temperature rise during instantaneous high heat generation operation. Therefore, in the heat sink 40 of the present embodiment, it is possible to reduce the sum of the temperature rise width during continuous operation and the temperature rise width during the subsequent instantaneous high heat generation operation. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress the increase in size of the heat sink 40. Further, in the present embodiment, it is not always necessary to limit the amount of input current.
- each of the protrusions 51, 53, and 52 extends in the ⁇ z direction from the contact portion between the base plate 41 and the fin 42e.
- the length L1 of the protrusion 51, the length L3 of the protrusion 53, and the length L2 of the protrusion 52 are all shorter than the length L0 of the fin 42e.
- the semiconductor element 32 is located on the downstream side of the semiconductor element 31 and the semiconductor element 33 due to the flow of air. Therefore, the semiconductor element 32 is cooled by the air whose temperature has already risen due to the removal of heat from the semiconductor element 31 and the semiconductor element 33. Therefore, during continuous operation, the temperature of the semiconductor element 32 becomes higher than the temperature of the semiconductor element 31 and the temperature of the semiconductor element 33. As described above, during continuous operation, the temperature of the semiconductor element located on the downstream side becomes higher.
- the protrusion located on the downstream side in the air flow has a longer length in the z-axis direction. As a result, it is possible to suppress the obstruction of ventilation by the protrusions on the upstream side of the air flow.
- the heat capacity is larger as the protrusion is located on the downstream side, the temperature rise during the instantaneous high heat generation operation can be suppressed as the semiconductor element is located on the downstream side. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the sum of the temperature rise width during continuous operation and the temperature rise width during the subsequent instantaneous high heat generation operation.
- FIG. 5 is a graph illustrating the effect of the servo amplifier 100 according to the present embodiment.
- the vertical axis of the graph represents temperature.
- (1), (2) and (3) in the graph represent the temperatures of the three semiconductor elements in the servo amplifier 100 of the present embodiment.
- (1) represents the temperature of the semiconductor element 31 on the most upstream side
- (2) represents the temperature of the semiconductor element 33 on the downstream side thereof
- (3) represents the temperature of the semiconductor element 32 on the most downstream side.
- (4), (5) and (6) in the graph represent the temperatures of the three semiconductor elements in the servo amplifier of the comparative example.
- the servo amplifier of the comparative example has the same configuration as that of the present embodiment except that the protrusions 51, 53, and 52 are not provided.
- (4) represents the temperature of the most upstream semiconductor element
- (5) represents the temperature of the downstream semiconductor element
- (6) represents the temperature of the most downstream semiconductor element.
- the part with a dot on the lower side represents the temperature rise width during continuous operation
- the white part on the upper side represents the temperature rise width during instantaneous high heat generation operation.
- the temperature represented by the upper end of the dotd portion is the temperature in the temperature saturated state during continuous operation. This temperature corresponds to the temperature at the time when the instantaneous high heat generation operation is started.
- the temperature during continuous operation is higher for the semiconductor element on the downstream side. This is because, as already described, the semiconductor element on the downstream side is cooled by the air whose temperature has risen by taking heat from the semiconductor element on the upstream side.
- the temperature of the present embodiment is higher. That is, the temperature during continuous operation of (1) is higher than the temperature during continuous operation of (4), the temperature during continuous operation of (2) is higher than the temperature during continuous operation of (5), and (3). ) Is higher than the temperature during the continuous operation of (6). It is considered that this is due to at least one of a decrease in the heat dissipation area of the heat sink 40 due to the protrusions 51, 53 and 52 and an increase in ventilation resistance due to a decrease in the cross-sectional area of the air flow path. Therefore, when comparing only the temperatures of the semiconductor elements during continuous operation, the comparative example gives more preferable results than the present embodiment.
- the temperature rise width during the instantaneous high heat generation operation of (2) is smaller than the temperature rise width during the instantaneous high heat generation operation of (1), and the temperature rise width during the instantaneous high heat generation operation of (3) is (2). It is even smaller than the temperature rise during the instantaneous high heat generation operation. This is because, in the configuration of the present embodiment, the amount of heat storage is larger toward the protrusions on the downstream side.
- the present embodiment Comparing the sum of the temperature rise width during continuous operation and the temperature rise width during instantaneous high heat generation operation of the semiconductor element at each position between the present embodiment and the comparative example, the present embodiment is smaller in both cases. It has become. That is, the sum of the temperature rises of (1) is smaller than the sum of the temperature rises of (4), the sum of the temperature rises of (2) is smaller than the sum of the temperature rises of (5), and (3). ) Is smaller than the sum of the temperature rises in (6). Further, even when the maximum values of the total sum of the temperature rises are compared between the present embodiment and the comparative example, the present embodiment is smaller. That is, the sum of the temperature rises in (6) is smaller than the sum of the temperature rises in (2). Further, in the present embodiment, the variation in the total temperature rise width depending on the position of the semiconductor element is small.
- the present embodiment can suppress the temperature rise of the semiconductor elements as compared with the comparative example. Since the temperature of the semiconductor element during the instantaneous high heat generation operation is higher than that during the continuous operation, the maximum temperature reached by the semiconductor element can be lowered in the present embodiment as compared with the comparative example.
- the heat sink 40 of the present embodiment is provided with the protrusions 51, 53, 52, the cross-sectional area of the air flow path is reduced as compared with the comparative example in which the protrusions are not provided. Therefore, as shown in FIG. 5, in the present embodiment, the temperature of the semiconductor element during continuous operation rises as compared with the comparative example.
- Each of the protrusions 51, 53, and 52 of the present embodiment has an elliptical shape in a cross section parallel to the xy plane. Further, in the same cross section, the major axis directions of the protrusions 51, 53, and 52 are parallel to the x-axis.
- the cross-sectional shape and cross-sectional area of each yz cross section of the protrusions 51, 53, and 52 change smoothly with respect to the air flow direction.
- the protrusions 51, 53, and 52 are arranged so as to overlap the semiconductor elements 31, 33, and 32 when viewed along the z-axis direction.
- the protrusions 51, 53, and 52 do not necessarily have to overlap with the semiconductor elements 31, 33, and 32, respectively, when viewed along the z-axis direction.
- the same number of protrusions 51, 53, 52 as the number of semiconductor elements 31, 33, 32 are provided, but the number of semiconductor elements and the number of protrusions may be different. ..
- the servo amplifier 100 includes a circuit board 21, at least one semiconductor element 31 and 32, and a heat sink 40.
- the semiconductor elements 31 and 32 are mounted on one surface of the circuit board 21.
- the heat sink 40 is arranged on the other surface of the circuit board 21 and is configured to dissipate heat to the air flowing along the x-axis direction parallel to the circuit board 21.
- the heat sink 40 has a base plate 41, a plurality of fins 42, a protrusion 51, and a protrusion 52.
- the base plate 41 is arranged in parallel with the circuit board 21.
- Each of the plurality of fins 42 extends from the base plate 41 in a direction away from the circuit board 21 along the z-axis direction intersecting the circuit board 21, and is parallel to the circuit board 21 and orthogonal to the x-axis direction in the y-axis direction. They are arranged in parallel at intervals.
- the protrusion 51 is formed on at least one fin 42e of the plurality of fins 42 and extends along the z-axis direction.
- the protrusion 52 is formed on at least one fin 42e of the plurality of fins 42, extends along the z-axis direction, and is arranged downstream of the protrusion 51 in the air flow.
- the width W1 of each of the protrusion 51 and the protrusion 52 in the y-axis direction is wider than the width W0 of each of the plurality of fins 42 in the y-axis direction.
- the length L2 of the protrusion 52 in the z-axis direction is longer than the length L1 of the protrusion 51 in the z-axis direction.
- the x-axis direction is an example of the first direction.
- the z-axis direction is an example of the second direction.
- Air is an example of a fluid.
- the heat sink 40 is an example of a radiator.
- the protrusion 51 is an example of the first protrusion.
- the protrusion 52 is an example of the second protrusion.
- the y-axis direction is an example of the third direction.
- the temperature rise range during continuous operation mainly depends on the heat dissipation performance of the heat sink 40. Normally, the heat dissipation performance of the heat sink 40 becomes lower toward the downstream side due to the air flow. Therefore, the temperature rise width of the semiconductor elements 31 and 32 and the circuit board 21 during continuous operation tends to be larger on the downstream side.
- the ventilation resistance by the protrusion 51 arranged on the upstream side of the protrusion 52 can be suppressed from increasing. As a result, it is possible to suppress a decrease in heat dissipation performance in the downstream portion of the heat sink 40.
- the temperature rise range during the instantaneous high heat generation operation depends not only on the heat dissipation performance of the heat sink 40 but also on the heat storage performance of the heat sink 40.
- the heat capacity of the downstream portion of the heat sink 40 is relatively larger than that of the upstream portion. growing. Therefore, the heat storage performance of the downstream portion of the heat sink 40 is relatively higher than that of the upstream portion.
- the temperature rise width of the semiconductor elements 31, 32 and the circuit board 21 during the instantaneous high heat generation operation can be reduced particularly on the downstream side.
- the temperature rise width during continuous operation and the subsequent instantaneous high heat generation operation It is possible to reduce the sum of the temperature rise and the time. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise of the semiconductor elements 31 and 32 and the circuit board 21 while suppressing the expansion of the heat dissipation area of the heat sink 40. Therefore, according to the above configuration, it is possible to suppress the increase in size of the heat sink 40.
- each of the protrusion 51 and the protrusion 52 has an elliptical shape in a cross section parallel to both the x-axis direction and the y-axis direction. According to this configuration, it is possible to suppress an increase in ventilation resistance due to the provision of the protrusion 51 and the protrusion 52. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise of the semiconductor elements 31 and 32 particularly during continuous operation.
- the semiconductor element 31 and the semiconductor element 32 are mounted on the circuit board 21.
- the semiconductor element 31 and the semiconductor element 32 are arranged so as to overlap the protrusion 51 and the protrusion 52, respectively.
- the semiconductor element 31 is an example of the first semiconductor element.
- the semiconductor element 32 is an example of the second semiconductor element. According to this configuration, the heat generated by the semiconductor element 31 is mainly stored in the protrusion 51 during the instantaneous high heat generation operation, and the heat generated by the semiconductor element 32 is mainly a protrusion having a heat capacity larger than that of the protrusion 51. Heat is stored in the body 52.
- the temperature rise width of the semiconductor element 32 can be made smaller than the temperature rise width of the semiconductor element 31 during the instantaneous high heat generation operation. Therefore, even in the semiconductor element 32 in which the temperature rise width during continuous operation tends to be large, the sum of the temperature rise width during continuous operation and the temperature rise width during the subsequent instantaneous high heat generation operation can be reduced.
- FIG. 6 is a plan view showing a configuration in which the control device unit 20 of the servo amplifier 100 according to the present embodiment is viewed in the + z direction.
- the servo amplifier 100 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the protrusions 51, 53, and 52 are provided on different fins.
- the protrusion 52 is provided on the fin 42e located substantially at the center of the heat sink 40 in the y-axis direction.
- the protrusion 51 is provided on the fin 42 g.
- the fins 42g are located on the + y side of the fins 42e with the fins 42f interposed therebetween.
- the protrusion 53 is provided on the fin 42c.
- the fin 42c is located on the ⁇ y side of the fin 42e with the fin 42d interposed therebetween.
- the semiconductor elements 31, 33, and 32 are arranged so as to overlap the protrusions 51, 53, and 52, respectively, when viewed along the z-axis direction.
- the semiconductor element 31 and the protrusion 51 are mainly cooled by the air flowing through the air passage between the fins 42f and the fins 42g and the air flowing through the air passage between the fins 42g and the fins 42h.
- the semiconductor element 33 and the protrusion 53 are mainly cooled by the air flowing through the air passage between the fins 42b and 42c and the air flowing through the air passage between the fins 42c and 42d.
- the semiconductor element 32 and the protrusion 52 are mainly cooled by the air flowing through the air passage between the fins 42d and 42e and the air flowing through the air passage between the fins 42e and 42f.
- the semiconductor elements 31, 33, and 32 all have a first end portion 21a located at the upstream end of the circuit board 21 in the air flow and a second end portion 21b located at the downstream end of the circuit board 21 in the air flow. It is placed between.
- the semiconductor element 32 is arranged between the semiconductor element 31 and the second end portion 21b when viewed along the y-axis direction.
- the semiconductor element 33 is arranged between the semiconductor element 31 and the semiconductor element 32 when viewed along the y-axis direction.
- the semiconductor element 32 is arranged between the semiconductor element 31 and the semiconductor element 33.
- the protrusion 51 and the protrusion 52 are formed on different fins among the plurality of fins 42.
- the semiconductor element 31 and the semiconductor element 32 are arranged so as to overlap the protrusion 51 and the protrusion 52, respectively, when viewed along the z-axis direction. According to this configuration, the amount of heat received per one of the plurality of fins 42 is reduced, so that the cooling performance of the heat sink 40 can be improved both during continuous operation and during instantaneous high heat generation operation.
- the semiconductor element 32 can be cooled by low-temperature air having a small amount of heat radiated from the semiconductor element 31, the semiconductor element 32 located on the downstream side of the semiconductor element 31 can be efficiently cooled. .. Therefore, the cooling performance of the heat sink 40 can be improved in both the continuous operation and the instantaneous high heat generation operation.
- the semiconductor element 31, the semiconductor element 32, and the semiconductor element 33 are mounted on the circuit board 21.
- the air flow direction is from the first end 21a of the circuit board 21 toward the second end 21b.
- the semiconductor element 32 is arranged between the semiconductor element 31 and the second end portion 21b.
- the semiconductor element 33 is arranged between the semiconductor element 31 and the semiconductor element 32.
- the semiconductor element 32 is arranged between the semiconductor element 31 and the semiconductor element 33.
- the semiconductor element 31 is an example of the first semiconductor element.
- the semiconductor element 32 is an example of the second semiconductor element.
- the semiconductor element 33 is an example of a third semiconductor element. According to this configuration, the semiconductor element 32, which tends to have the highest temperature, can be arranged near the center of the heat sink 40 in the y-axis direction. As a result, the average heat transfer distance of the heat generated in the semiconductor element 32 in the heat sink 40 can be reduced, so that the thermal resistance in the heat sink 40 can be reduced. Therefore, the cooling performance of the heat sink 40 can be improved in both the continuous operation and the instantaneous high heat generation operation.
- the present invention is not limited to the above embodiment and can be modified in various ways.
- the natural air-cooled heat sink 40 is taken as an example, but the heat sink 40 may be a forced air-cooled heat sink provided with a fan.
- air is taken as an example of the fluid as the cooling medium, but other fluids such as water and brine can also be used as the fluid as the cooling medium.
- the length, shape, and thickness of the plurality of fins 42 do not necessarily have to be the same.
- the length of the fin 42 forming the protrusions 51, 52, 53 in the z-axis direction is the same length as the length of the protrusions 51, 52, 53, and the length and the protrusions 51, 52, 53 are set to the same length.
- the length of any of the fins that are not provided may be different.
- 10 Command unit 20 Control equipment unit, 21 Circuit board, 21a 1st end, 21b 2nd end, 31, 32, 33 Semiconductor element, 40 Heat sink, 41 Base plate, 42, 42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g, 42h, 42i, 42j fin, 43 tip, 51, 52, 53 protrusion, 51a, 51b, 52a, 52b, 53a, 53b protrusion, 100 servo amplifier.
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Abstract
Description
本発明は、サーボモータを制御するサーボアンプに関するものである。 The present invention relates to a servo amplifier that controls a servomotor.
特許文献1には、サーボアンプが記載されている。このサーボアンプは、放熱フィンを備えたヒートシンクと、ヒートシンクに組み付けられたケースカバーと、ケースカバー内に収納された主回路基板と、を有している。主回路基板の後部には、ヒートシンクに重ね合わされるパワー半導体デバイスが搭載されている。主回路基板の前部には、電解コンデンサが搭載されている。電解コンデンサは、パワー半導体デバイス及びヒートシンクの設置空間の前方に形成された基板収納空間に収納されている。パワー半導体デバイス及びヒートシンクの設置空間と基板収納空間との間は、熱遮蔽板により仕切られている。これにより、パワー半導体デバイス及びヒートシンクから放出された熱が熱遮蔽板によって遮られるため、基板収納空間の温度上昇が抑制される。
サーボアンプには、外力が加えられてもサーボモータの停止状態を保持するサーボロック機能が備えられている。サーボモータの連続運転後にサーボロック状態になると、サーボアンプには、連続運転中よりも大きい電流が数秒間流れる。すなわち、連続運転後にサーボロック状態になると、サーボアンプでは、一時的に発熱量が大きくなる瞬時高発熱運転が行われる。したがって、サーボアンプが備える放熱器は、連続運転中の温度上昇に加えて瞬時高発熱運転での温度上昇をも考慮して、半導体素子の温度が許容温度を満たすように設計される必要がある。 The servo amplifier is equipped with a servo lock function that keeps the servo motor stopped even when an external force is applied. When the servo lock state is reached after continuous operation of the servo motor, a larger current flows through the servo amplifier for several seconds than during continuous operation. That is, when the servo lock state is reached after continuous operation, the servo amplifier performs instantaneous high heat generation operation in which the amount of heat generated temporarily increases. Therefore, the radiator provided in the servo amplifier needs to be designed so that the temperature of the semiconductor element satisfies the allowable temperature in consideration of the temperature rise in the instantaneous high heat generation operation in addition to the temperature rise in the continuous operation. ..
しかしながら、サーボアンプに備えられた放熱器からの放熱によって、連続運転中の温度上昇だけでなく瞬時高発熱運転での温度上昇をも抑制するためには、放熱器の放熱面積をより大きくする必要がある。したがって、従来のサーボアンプには、放熱器が大型化してしまうという課題があった。 However, in order to suppress not only the temperature rise during continuous operation but also the temperature rise during instantaneous high heat generation operation due to the heat radiation from the radiator provided in the servo amplifier, it is necessary to increase the heat dissipation area of the radiator. There is. Therefore, the conventional servo amplifier has a problem that the radiator becomes large.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、放熱器の大型化を抑えることができるサーボアンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a servo amplifier capable of suppressing an increase in size of a radiator.
本発明に係るサーボアンプは、回路基板と、前記回路基板の一方の面に搭載された少なくとも1つの半導体素子と、前記回路基板の他方の面に配置され、前記回路基板と平行な第1方向に沿って流れる流体に放熱する放熱器と、を備え、前記放熱器は、前記回路基板と平行に配置されたベース板と、前記ベース板から前記回路基板と交差する第2方向に沿って前記回路基板と離れる方向に延び、前記回路基板と平行でかつ前記第1方向と直交する第3方向に間隔を空けて並列する複数のフィンと、前記複数のフィンのうちの少なくとも1つのフィンに形成され、前記第2方向に沿って延伸した第1突起体と、前記複数のフィンのうちの少なくとも1つのフィンに形成され、前記第2方向に沿って延伸し、前記流体の流れにおいて前記第1突起体よりも下流側に配置された第2突起体と、を有しており、前記第3方向における前記第1突起体及び前記第2突起体のそれぞれの幅は、前記第3方向における前記複数のフィンのそれぞれの幅よりも広くなっており、前記第2方向における前記第2突起体の長さは、前記第2方向における前記第1突起体の長さよりも長い。 The servo amplifier according to the present invention is arranged on a circuit board, at least one semiconductor element mounted on one surface of the circuit board, and the other surface of the circuit board, and is arranged in a first direction parallel to the circuit board. The radiator comprises a radiator that radiates heat to the fluid flowing along the circuit board, and the radiator includes a base plate arranged in parallel with the circuit board and the radiator along a second direction intersecting the circuit board from the base plate. Formed into a plurality of fins extending in a direction away from the circuit board and parallel to the circuit board at intervals in a third direction parallel to the circuit board and orthogonal to the first direction, and at least one of the plurality of fins. The first protrusion formed in the first projection body extending along the second direction and at least one of the plurality of fins, extending along the second direction, and the first in the flow of the fluid. It has a second protrusion arranged on the downstream side of the protrusion, and the widths of the first protrusion and the second protrusion in the third direction are the widths of the first protrusion and the second protrusion in the third direction. It is wider than the width of each of the plurality of fins, and the length of the second protrusion in the second direction is longer than the length of the first protrusion in the second direction.
本発明によれば、放熱器の大型化を抑えることができるサーボアンプを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a servo amplifier that can suppress the increase in size of the radiator.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係るサーボアンプについて説明する。サーボアンプは、例えば工場の生産ラインで用いられるサーボモータを制御するように構成されている。サーボアンプには、サーボモータに電流を連続して流す連続運転機能に加えて、外力が加えられてもサーボモータの停止状態を保持するサーボロック機能が備えられている。
The servo amplifier according to the first embodiment of the present invention will be described. Servo amplifiers are configured to control servomotors used, for example, in factory production lines. The servo amplifier is provided with a servo lock function that holds the servo motor in a stopped state even when an external force is applied, in addition to a continuous operation function in which a current is continuously passed through the servo motor.
図1は、本実施の形態に係るサーボアンプ100の構成を示す斜視図である。図1では、冷却媒体である空気の流れ方向、すなわち風向を太矢印で表している。図1に示すように、サーボアンプ100は、サーボモータ(図示せず)の動きを操作する指令を出力する指令部10と、指令部10からの指令に基づきサーボモータに電流を流す制御機器部20と、を有している。制御機器部20は、回路基板21と、回路基板21の一方の面に搭載された複数の半導体素子31、32、33と、回路基板21の他方の面に配置されたヒートシンク40と、を有している。サーボロック機能が実行されてサーボロック状態になると、指令部10からの指令により、連続運転中よりも大きい電流が複数の半導体素子31、32、33のそれぞれに送られる。これにより、連続運転後にサーボロック状態になると、複数の半導体素子31、32、33のそれぞれでの発熱量が数秒間、連続運転中よりも多くなる。すなわち、連続運転後にサーボロック状態になると、制御機器部20では、一時的に発熱量が大きくなる瞬時高発熱運転が行われる。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the
ヒートシンク40は、空気への放熱によって複数の半導体素子31、32、33を冷却するように構成された放熱器である。ヒートシンク40は、回路基板21の他方の面に沿って配置される平板状のベース板41と、回路基板21から離れる方向に向かってベース板41から延びた複数のフィン42と、を有している。複数のフィン42のそれぞれは、長方形平板状の形状を有している。複数のフィン42のそれぞれは、ピン状の形状を有していてもよい。複数の半導体素子31、32、33で発生した熱は、ヒートシンク40に伝達される。ヒートシンク40に伝達された熱は、互いに隣り合う2枚のフィン42の間に形成された風路を通過する空気に放熱される。ヒートシンク40の材質としては、例えば、熱伝導率が高く加工性の良好なアルミニウムが用いられる。
The
複数の半導体素子31、32、33のそれぞれは、指令部10から送られる電流により発熱する素子である。複数の半導体素子31、32、33のそれぞれでは、定常状態である連続運転中に発熱が生じることに加えて、連続運転後のサーボロック状態において瞬時高発熱が生じる。複数の半導体素子31、32、33のそれぞれは、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオード等のパワーモジュールである。半導体素子31は、複数の半導体素子31、32、33のうち最も風上側に配置されている。半導体素子32は、複数の半導体素子31、32、33のうち最も風下側に配置されている。半導体素子33は、半導体素子31よりも風下側であって半導体素子32よりも風上側に配置されている。すなわち、回路基板21上には、風上側から風下側に向かって、半導体素子31、半導体素子33及び半導体素子32がこの順に配置されている。
Each of the plurality of
ここで、本実施の形態では、以下のような座標系をとっている。ベース板41と平行な平面内で風向に沿ってx軸をとり、風上側から風下側に向かう方向を+x方向とする。ベース板41と平行な平面内でx軸と直交する方向に沿ってy軸をとる。x軸及びy軸の双方と平行なxy平面は、ベース板41と平行になっている。xy平面と交差する方向に沿ってz軸をとる。z軸は、例えばxy平面と直交している。複数のフィン42のそれぞれは、z軸に沿って配置されている。複数のフィン42のそれぞれの先端部43側からベース板41に向かう方向を+z方向とする。x軸及びz軸の双方と平行なxz平面は、複数のフィン42のそれぞれと平行になっている。
Here, in this embodiment, the following coordinate system is adopted. The x-axis is taken along the wind direction in a plane parallel to the
本実施の形態の複数のフィン42は、後述する図2~図4に示すように、y軸方向に間隔を空けて並列した10枚のフィン42a、42b、42c、42d、42e、42f、42g、42h、42i、42jによって構成されている。図では複数のフィン42のy軸方向の間隔を等間隔としたが、不等間隔としてもよい。フィン42a、42b、42c、42d、42e、42f、42g、42h、42i、42jのそれぞれは、z方向に沿って延びている。フィン42a、42b、42c、42d、42e、42f、42g、42h、42i、42jのそれぞれのz軸方向の長さは同一である。本実施の形態のヒートシンク40は、空気の自然対流を用いた自然空冷方式である。自然空冷方式では、風向が鉛直上向きとなる。このため、ヒートシンク40及びそれを含む制御機器部20は、-x方向が鉛直下向きとなるような姿勢で設置される。
As shown in FIGS. 2 to 4 described later, the plurality of
図2は、本実施の形態に係るサーボアンプ100の制御機器部20の構成を示す斜視図である。図2では、xz平面と平行な平面で切断された制御機器部20の構成を示している。図3は、本実施の形態に係るサーボアンプ100の制御機器部20を+x方向に見た構成を示す正面図である。図4は、本実施の形態に係るサーボアンプ100の制御機器部20を+z方向に見た構成を示す平面図である。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the
図2~図4に示すように、複数の半導体素子31、33、32のそれぞれは、z軸方向に沿って見たとき、複数のフィン42のうちの少なくとも1枚と重なるように配置されている。本実施の形態では、複数の半導体素子31、33、32はいずれも、z軸方向に沿って見たときにフィン42eと重なるように配置されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, each of the plurality of
フィン42eには、複数の突起体51、53、52が形成されている。フィン42eに形成される突起体51、53、52の個数は、z軸方向に沿って見たときに当該フィン42eと重なる半導体素子31、33、32の個数と同数である。突起体51、53、52は、z軸方向に沿って見たとき、半導体素子31、33、32とそれぞれ重なるように配置されている。すなわち、突起体51、53、52は、風上側から風下側に向かってこの順に配置されている。y軸方向における突起体51の幅W1は、y軸方向におけるフィン42eの幅W0よりも大きくなっている(W1>W0)。y軸方向における突起体53の幅、及びy軸方向における突起体52の幅のそれぞれも、y軸方向におけるフィン42eの幅W0よりも大きくなっている。y軸方向における突起体53の幅、及びy軸方向における突起体52の幅のそれぞれは、例えば、y軸方向における突起体51の幅W1と等しい。突起体51、53、52のそれぞれは、フィン42eと同一の材料でフィン42eと一体に形成されている。突起体51、53、52のそれぞれは、例えば、内部に空洞を備えない中実体である。
A plurality of
突起体51、53、52のそれぞれは、ベース板41とフィン42eとの接触部から-z方向に延伸している。z軸方向における突起体51の長さL1、z軸方向における突起体53の長さL3、及びz軸方向における突起体52の長さL2は、いずれもz軸方向におけるフィン42eの長さL0よりも短い(L1<L0、L3<L0、L2<L0)。すなわち、突起体51、53、52のそれぞれにおいて、+z方向の端部はベース板41に接続されており、-z方向の端部は各フィンの先端部43よりも+z側に位置している。
Each of the
突起体51、53、52のそれぞれは、xy平面と平行な断面において、楕円状の形状を有している。同断面において、突起体51、53、52のそれぞれの長径方向はx軸と平行になっており、突起体51、53、52のそれぞれの短径方向はy軸と平行になっている。突起体51、53、52は、例えば同一の断面形状を有している。
Each of the
突起体51は、フィン42eから-y方向に突出した突起51aと、フィン42eから+y方向に突出した突起51bと、を有している。突起51a及び突起51bのそれぞれは、xy平面と平行な断面において半楕円状の形状を有している。突起体51は、突起51a又は突起51bのみによって形成されていてもよい。同様に、突起体53は、フィン42eから-y方向に突出した突起53aと、フィン42eから+y方向に突出した突起53bと、を有している。突起53a及び突起53bのそれぞれは、xy平面と平行な断面において半楕円状の形状を有している。突起体53は、突起53a又は突起53bのみによって形成されていてもよい。突起体52は、フィン42eから-y方向に突出した突起52aと、フィン42eから+y方向に突出した突起52bと、を有している。突起52a及び突起52bのそれぞれは、xy平面と平行な断面において半楕円状の形状を有している。突起体52は、突起52a又は突起52bのみによって形成されていてもよい。
The
突起体51、53、52のうち最も風上側に位置する突起体51のz軸方向における長さL1は、突起体51、53、52のうち最も風下側に位置する突起体52のz軸方向における長さL2よりも短い(L1<L2)。z軸方向における突起体53の長さL3は、z軸方向における突起体51の長さL1以上(L3≧L1)であり、かつz軸方向における突起体52の長さL2以下(L3≦L2)であることが好ましい。例えば、長さL1、L3及びL2は、L1<L3<L2の関係を満たしている。
The length L1 of the
本実施の形態では、突起体51、53、52のそれぞれが1枚のフィン42eに設けられている。しかしながら、突起体51、53、52のそれぞれは、複数枚のフィンに跨がって設けられていてもよい。例えば、z軸方向に沿って見たときに半導体素子31が複数枚のフィンに跨がっている場合には、突起体51は当該複数枚のフィンに跨がって設けられていてもよい。
In the present embodiment, each of the
次に、制御機器部20からの放熱経路について説明する。連続運転中の半導体素子31、33、32では、ほぼ一定量の熱が連続的に発生し続ける。半導体素子31、33、32で発生した熱は、まずベース板41に伝達される。ベース板41に伝達された熱は、xy平面内である程度広がり、一部の熱がベース板41から空気に放熱される。その他の熱は、熱伝導により複数のフィン42及び複数の突起体51、53、52に伝熱し、複数のフィン42及び複数の突起体51、53、52から空気に放熱される。ベース板41、複数のフィン42及び複数の突起体51、53、52のそれぞれの表面付近では、空気の対流が生じる。自然空冷の場合、空気の対流は、空気の密度差によって浮力が発生することにより生じる。空気は高温になるほど密度が小さくなるため、放熱によって温度が上昇した空気は、鉛直上向きすなわち+x方向に上昇する。これにより、+x方向に向かう空気の流れが生じ、半導体素子31、33、32で連続的に発生する熱は、空気に放熱され続ける。連続運転中の半導体素子31、33、32のそれぞれの温度は、ある温度まで上昇して飽和する。
Next, the heat dissipation path from the
一方、瞬時高発熱運転時の半導体素子31、33、32では、連続運転中よりも大きい熱量が数秒間、発生する。瞬時高発熱運転時の半導体素子31、33、32で発生した熱は、ベース板41を介して、複数のフィン42及び複数の突起体51、53、52に伝達される。本実施の形態のヒートシンク40は、突起体51、53、52の分だけ熱容量が大きくなっている。また、突起体51、53、52は、ベース板41及び複数のフィン42と比較すると、表面積当たりの質量が大きくなっている。したがって、ヒートシンク40のうち特に突起体51、53、52は、伝達された熱を蓄熱する蓄熱部として機能する。例えば、突起体51は主に半導体素子31で発生した熱を蓄熱し、突起体53は主に半導体素子33で発生した熱を蓄熱し、突起体52は主に半導体素子32で発生した熱を蓄熱する。蓄熱部は、時間当たりの発熱量と放熱量との差を埋めるバッファとなる。蓄熱部に蓄熱された熱は、徐々に空気に放熱される。
On the other hand, in the
瞬時高発熱運転時の発熱は一時的なものであるため、連続運転中の連続的な発熱とは異なり、空気の対流による放熱が生じにくい。つまり、瞬時高発熱運転時の半導体素子31、33、32で発生した熱が空気に到達して飽和状態となるまでの間に、瞬時高発熱運転は終了する。このため、瞬時高発熱運転時の半導体素子31、33、32の温度上昇を抑制するためには、蓄熱効果を有する、熱容量の大きいヒートシンク40が有効である。熱容量は比熱と質量との積で表される。このため、ヒートシンク40の比熱及び質量の一方又は両方の値を大きくすることにより、ヒートシンク40の熱容量を大きくすることができる。ヒートシンク40の熱容量を大きくすることによって、瞬時高発熱運転時の半導体素子31、33、32の温度上昇を抑えることができる。
Since the heat generated during instantaneous high heat generation operation is temporary, it is unlikely that heat is dissipated by air convection, unlike continuous heat generation during continuous operation. That is, the instantaneous high heat generation operation is completed until the heat generated by the
比熱とは、質量1kgの物質の温度を1K上昇させるために必要な熱量のことである。比熱の単位は[J/(kg・K)]である。比熱は、物質の温まりにくさを表すものである。つまり、比熱が大きいほど、短時間での温度上昇が生じにくい。比熱の値は、物質によって異なる。例えば、ヒートシンク40の材質よりも大きい比熱を有する蓄熱材が、ヒートシンク40の周囲又は半導体素子31、33、32の周囲に設けられる。これにより、蓄熱材の分だけ熱容量が増加するため、瞬時高発熱運転時の半導体素子31、33、32の温度上昇を抑えることができる。
Specific heat is the amount of heat required to raise the temperature of a substance with a mass of 1 kg by 1 K. The unit of specific heat is [J / (kg · K)]. The specific heat represents the difficulty of warming a substance. That is, the larger the specific heat, the less likely it is that the temperature will rise in a short time. The specific heat value depends on the substance. For example, a heat storage material having a specific heat larger than that of the
ヒートシンク40の質量を増加させることによっても、ヒートシンク40の熱容量を大きくすることができる。例えば、本実施の形態の突起体51、53、52のように、ヒートシンク40の材質を変えずに形状のみを変更し、ヒートシンク40の質量を部分的に増加させる。これにより、製造コストの増加を抑えつつ、ヒートシンク40の熱容量を大きくすることができる。
The heat capacity of the
熱容量を増加させる上記のいずれの手法によっても、ヒートシンク40の放熱面積の減少、又は、空気が通過する流路断面積の減少が生じ得る。このため、連続運転中の放熱のみを考慮したヒートシンクと比較すると、熱容量を増加させたヒートシンク40では、連続運転中の放熱性能が低下する場合がある。しかしながら、連続運転後に瞬時高発熱運転が行われるサーボアンプ100では、連続運転中の温度上昇を抑制できるだけでなく、連続運転中の温度上昇幅と、その後の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅と、の総和を低減できる設計が求められる。
Any of the above methods for increasing the heat capacity may cause a decrease in the heat dissipation area of the
従来のサーボアンプが備えるヒートシンクでは、放熱性能を高めるために放熱面積が大きく確保されている。しかしながら、ヒートシンクからの放熱によって、連続運転中の温度上昇だけでなく瞬時高発熱運転での温度上昇をも抑制するためには、ヒートシンクの放熱面積をより大きくする必要がある。したがって、半導体素子の温度が許容温度を満たすようにするためには、ヒートシンクをより大型化するか、あるいは、入力電流量を制限する必要があるという課題があった。 In the heat sink of the conventional servo amplifier, a large heat dissipation area is secured in order to improve the heat dissipation performance. However, in order to suppress not only the temperature rise during continuous operation but also the temperature rise during instantaneous high heat generation operation due to heat dissipation from the heat sink, it is necessary to increase the heat dissipation area of the heat sink. Therefore, in order for the temperature of the semiconductor element to satisfy the allowable temperature, there is a problem that the heat sink needs to be made larger or the input current amount needs to be limited.
これに対し、本実施の形態のヒートシンク40は、連続運転中の温度上昇だけでなく瞬時高発熱運転での温度上昇をも抑制できるように構成されている。このため、本実施の形態のヒートシンク40では、連続運転中の温度上昇幅と、その後の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅と、の総和を低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、ヒートシンク40の大型化を抑制することができる。また、本実施の形態では、入力電流量の制限を必ずしも必要としない。
On the other hand, the
本実施の形態のヒートシンク40では、突起体51、53、52のそれぞれがベース板41とフィン42eとの接触部から-z方向に延伸している。突起体51の長さL1、突起体53の長さL3及び突起体52の長さL2は、いずれもフィン42eの長さL0よりも短くなっている。この構成により、連続運転中には、半導体素子31、33、32で発生した熱がフィン42eの先端部43側まで伝達されやすくなることに加え、フィン42eの先端部43側ではフィン42d及びフィン42fのそれぞれとの間隔が広く確保される。このため、半導体素子31、33、32を効率良く冷却することができる。一方、瞬時高発熱運転時には、突起体51、53、52の分だけヒートシンク40の熱容量が増大するため、半導体素子31、33、32の温度上昇を抑制することができる。
In the
半導体素子32は、空気の流れで半導体素子31及び半導体素子33よりも下流側に位置している。このため、半導体素子32は、半導体素子31及び半導体素子33から熱を奪ったことによって既に温度が上昇した空気によって冷却される。したがって、連続運転中には、半導体素子32の温度は、半導体素子31の温度及び半導体素子33の温度よりも高くなる。このように、連続運転中には、下流側に位置する半導体素子ほど温度が高くなる。これに対し、本実施の形態では、空気の流れにおいて下流側に位置する突起体ほど、z軸方向の長さが長くなっている。これにより、空気の流れにおいて上流側では、突起体により通風が阻害されるのを抑えることができる。また、下流側に位置する突起体ほど熱容量が大きくなっていることから、下流側に位置する半導体素子ほど、瞬時高発熱運転時の温度上昇を抑えることができる。したがって、本実施の形態によれば、連続運転中の温度上昇幅と、その後の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅と、の総和を低減することができる。
The
図5は、本実施の形態に係るサーボアンプ100の効果を説明するグラフである。グラフの縦軸は温度を表している。グラフ中の(1)、(2)及び(3)は、本実施の形態のサーボアンプ100における3つの半導体素子のそれぞれの温度を表している。(1)は最も上流側の半導体素子31の温度を表しており、(2)はそれより下流側の半導体素子33の温度を表しており、(3)は最も下流側の半導体素子32の温度を表している。グラフ中の(4)、(5)及び(6)は、比較例のサーボアンプにおける3つの半導体素子のそれぞれの温度を表している。比較例のサーボアンプは、突起体51、53、52が設けられていないことを除き、本実施の形態と同様の構成を有している。(4)は最も上流側の半導体素子の温度を表しており、(5)はそれより下流側の半導体素子の温度を表しており、(6)は最も下流側の半導体素子の温度を表している。また、グラフ中の各棒において、下側のドットを付した部分は、連続運転中の温度上昇幅を表しており、上側の白抜きの部分は、瞬時高発熱運転時の温度上昇幅を表している。ドットを付した部分の上端で表される温度は、連続運転中の温度飽和状態での温度である。この温度は、瞬時高発熱運転が開始される時点での温度に相当する。
FIG. 5 is a graph illustrating the effect of the
図5に示すように、本実施の形態及び比較例のいずれにおいても、連続運転中の温度は、下流側の半導体素子ほど高くなっている。これは、既に述べたように、下流側の半導体素子は、上流側の半導体素子から熱を奪って温度が上昇した空気によって冷却されるためである。 As shown in FIG. 5, in both the present embodiment and the comparative example, the temperature during continuous operation is higher for the semiconductor element on the downstream side. This is because, as already described, the semiconductor element on the downstream side is cooled by the air whose temperature has risen by taking heat from the semiconductor element on the upstream side.
連続運転中における各位置の半導体素子の温度を本実施の形態と比較例とで比較すると、いずれも本実施の形態の方が高くなっている。つまり、(1)の連続運転中の温度は(4)の連続運転中の温度よりも高く、(2)の連続運転中の温度は(5)の連続運転中の温度よりも高く、(3)の連続運転中の温度は(6)の連続運転中の温度よりも高い。これは、突起体51、53、52によるヒートシンク40の放熱面積の減少と、空気の流路断面積の減少による通風抵抗の上昇と、の少なくとも一方に起因するものと考えられる。したがって、連続運転中の半導体素子の温度のみを比較した場合、比較例の方が本実施の形態よりも好ましい結果となっている。
Comparing the temperature of the semiconductor element at each position during continuous operation between the present embodiment and the comparative example, the temperature of the present embodiment is higher. That is, the temperature during continuous operation of (1) is higher than the temperature during continuous operation of (4), the temperature during continuous operation of (2) is higher than the temperature during continuous operation of (5), and (3). ) Is higher than the temperature during the continuous operation of (6). It is considered that this is due to at least one of a decrease in the heat dissipation area of the
比較例の各半導体素子における瞬時高発熱運転時の温度上昇幅を比較すると、各半導体素子の温度上昇幅は、配置位置に関わらずほぼ等しいことが分かる。つまり、(4)、(5)及び(6)の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅はほぼ等しい。これは、比較例の構成では、各半導体素子の周囲の熱容量が等しいためである。一方、本実施の形態の各半導体素子における瞬時高発熱運転時の温度上昇幅を比較すると、下流側に配置された半導体素子ほど温度上昇幅が小さいことが分かる。つまり、(2)の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅は(1)の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅よりも小さく、(3)の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅は(2)の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅よりもさらに小さい。これは、本実施の形態の構成では、下流側の突起体ほど蓄熱量が大きくなっているためである。 Comparing the temperature rise width of each semiconductor element in the comparative example during the instantaneous high heat generation operation, it can be seen that the temperature rise width of each semiconductor element is almost the same regardless of the arrangement position. That is, the temperature rise widths of (4), (5) and (6) during the instantaneous high heat generation operation are almost the same. This is because, in the configuration of the comparative example, the heat capacities around each semiconductor element are equal. On the other hand, when the temperature rise width during the instantaneous high heat generation operation of each semiconductor element of the present embodiment is compared, it can be seen that the temperature rise width is smaller as the semiconductor element is arranged on the downstream side. That is, the temperature rise width during the instantaneous high heat generation operation of (2) is smaller than the temperature rise width during the instantaneous high heat generation operation of (1), and the temperature rise width during the instantaneous high heat generation operation of (3) is (2). It is even smaller than the temperature rise during the instantaneous high heat generation operation. This is because, in the configuration of the present embodiment, the amount of heat storage is larger toward the protrusions on the downstream side.
各位置の半導体素子における連続運転中の温度上昇幅と瞬時高発熱運転時の温度上昇幅との総和を、本実施の形態と比較例とで比較すると、いずれも本実施の形態の方が小さくなっている。つまり、(1)の温度上昇幅の総和は(4)の温度上昇幅の総和よりも小さく、(2)の温度上昇幅の総和は(5)の温度上昇幅の総和よりも小さく、(3)の温度上昇幅の総和は(6)の温度上昇幅の総和よりも小さい。また、温度上昇幅の総和の最大値同士を本実施の形態と比較例とで比較しても、本実施の形態の方が小さくなっている。つまり、(6)の温度上昇幅の総和は(2)の温度上昇幅の総和よりも小さい。さらに、本実施の形態では、半導体素子の位置による温度上昇幅の総和のばらつきが小さくなっている。 Comparing the sum of the temperature rise width during continuous operation and the temperature rise width during instantaneous high heat generation operation of the semiconductor element at each position between the present embodiment and the comparative example, the present embodiment is smaller in both cases. It has become. That is, the sum of the temperature rises of (1) is smaller than the sum of the temperature rises of (4), the sum of the temperature rises of (2) is smaller than the sum of the temperature rises of (5), and (3). ) Is smaller than the sum of the temperature rises in (6). Further, even when the maximum values of the total sum of the temperature rises are compared between the present embodiment and the comparative example, the present embodiment is smaller. That is, the sum of the temperature rises in (6) is smaller than the sum of the temperature rises in (2). Further, in the present embodiment, the variation in the total temperature rise width depending on the position of the semiconductor element is small.
以上のように、瞬時高発熱運転時の半導体素子の温度を比較すると、本実施の形態の方が比較例よりも半導体素子の温度上昇を抑制できることが分かる。瞬時高発熱運転時の半導体素子の温度は連続運転中よりも高いため、本実施の形態の方が比較例よりも、半導体素子が到達する最高温度を低下させることができる。 As described above, when the temperatures of the semiconductor elements during the instantaneous high heat generation operation are compared, it can be seen that the present embodiment can suppress the temperature rise of the semiconductor elements as compared with the comparative example. Since the temperature of the semiconductor element during the instantaneous high heat generation operation is higher than that during the continuous operation, the maximum temperature reached by the semiconductor element can be lowered in the present embodiment as compared with the comparative example.
既に述べたように、本実施の形態のヒートシンク40には突起体51、53、52が設けられるため、突起体が設けられていない比較例と比較すると、空気の流路断面積が減少する。このため、図5に示したように、本実施の形態では、連続運転中の半導体素子の温度が比較例よりも上昇する。本実施の形態の突起体51、53、52のそれぞれは、xy平面と平行な断面において、楕円状の形状を有している。また、同断面において、突起体51、53、52のそれぞれの長径方向は、x軸と平行になっている。この構成によると、突起体51、53、52のそれぞれのyz断面の断面形状及び断面積は、空気の流れ方向に対して滑らかに変化する。これにより、ヒートシンク40に突起体51、53、52が設けられることによる空気抵抗の増加を抑えることができるため、連続運転中の半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
As described above, since the
本実施の形態では、突起体51、53、52は、z軸方向に沿って見たときに半導体素子31、33、32とそれぞれ重なるように配置されている。しかしながら、突起体51、53、52は、z軸方向に沿って見たときに、必ずしも半導体素子31、33、32とそれぞれ重なっていなくてもよい。また、本実施の形態では、半導体素子31、33、32の個数と同数の突起体51、53、52が設けられているが、半導体素子の個数と突起体の個数とが異なっていてもよい。
In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施の形態に係るサーボアンプ100は、回路基板21と、少なくとも1つの半導体素子31、32と、ヒートシンク40と、を備える。半導体素子31、32は、回路基板21の一方の面に搭載されている。ヒートシンク40は、回路基板21の他方の面に配置され、回路基板21と平行なx軸方向に沿って流れる空気に放熱するように構成されている。ヒートシンク40は、ベース板41と、複数のフィン42と、突起体51と、突起体52と、を有している。ベース板41は、回路基板21と平行に配置されている。複数のフィン42のそれぞれは、ベース板41から回路基板21と交差するz軸方向に沿って回路基板21と離れる方向に延び、回路基板21と平行でかつx軸方向と直交するy軸方向に間隔を空けて並列している。突起体51は、複数のフィン42のうちの少なくとも1つのフィン42eに形成され、z軸方向に沿って延伸している。突起体52は、複数のフィン42のうちの少なくとも1つのフィン42eに形成され、z軸方向に沿って延伸し、空気の流れにおいて突起体51よりも下流側に配置されている。y軸方向における突起体51及び突起体52のそれぞれの幅W1は、y軸方向における複数のフィン42のそれぞれの幅W0よりも広くなっている。z軸方向における突起体52の長さL2は、z軸方向における突起体51の長さL1よりも長い。ここで、x軸方向は、第1方向の一例である。z軸方向は、第2方向の一例である。空気は、流体の一例である。ヒートシンク40は、放熱器の一例である。突起体51は、第1突起体の一例である。突起体52は、第2突起体の一例である。y軸方向は、第3方向の一例である。
As described above, the
サーボアンプ100において、半導体素子31、32の温度上昇を抑えるためには、連続運転中の温度上昇幅と、その後の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅と、の総和を減少させる必要がある。連続運転中の温度上昇幅は、主にヒートシンク40の放熱性能に依存する。通常、ヒートシンク40の放熱性能は、空気の流れで下流側ほど低くなる。このため、連続運転中における半導体素子31、32及び回路基板21の温度上昇幅は、より下流側で大きくなりやすい。本実施の形態の上記構成では、突起体51の長さL1が突起体52の長さL2よりも短くなっていることから、突起体52よりも上流側に配置される突起体51による通風抵抗の増加を抑制することができる。これにより、ヒートシンク40の下流側部分での放熱性能の低下を抑えることができる。
In the
一方、瞬時高発熱運転時の温度上昇幅は、ヒートシンク40の放熱性能だけでなく、ヒートシンク40の蓄熱性能にも依存する。上記構成では、突起体52の長さL2が突起体51の長さL1よりも長くなっていることから、ヒートシンク40の下流側部分の熱容量がそれより上流側の部分と比較して相対的に大きくなる。このため、ヒートシンク40の下流側部分の蓄熱性能は、それより上流側の部分と比較して相対的に高くなる。これにより、瞬時高発熱運転時における半導体素子31、32及び回路基板21の温度上昇幅を、特に下流側で減少させることができる。
On the other hand, the temperature rise range during the instantaneous high heat generation operation depends not only on the heat dissipation performance of the
したがって、上記構成によれば、連続運転中の温度上昇幅が大きくなりやすい半導体素子31、32及び回路基板21の下流側部分においても、連続運転中の温度上昇幅と、その後の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅と、の総和を減少させることができる。このため、ヒートシンク40の放熱面積の拡大を抑えつつ、半導体素子31、32及び回路基板21の温度上昇を抑えることができる。よって、上記構成によれば、ヒートシンク40の大型化を抑えることができる。
Therefore, according to the above configuration, even in the downstream portion of the
また、本実施の形態に係るサーボアンプ100において、突起体51及び突起体52のそれぞれは、x軸方向及びy軸方向の双方と平行な断面において、楕円状の形状を有している。この構成によれば、突起体51及び突起体52が設けられていることによる通風抵抗の増加を抑えることができる。したがって、特に連続運転中における半導体素子31、32の温度上昇を抑えることができる。
Further, in the
また、本実施の形態に係るサーボアンプ100において、回路基板21には、半導体素子31及び半導体素子32が搭載されている。z軸方向に沿って見たとき、半導体素子31及び半導体素子32は、それぞれ突起体51及び突起体52と重なって配置されている。ここで、半導体素子31は、第1半導体素子の一例である。半導体素子32は、第2半導体素子の一例である。この構成によれば、瞬時高発熱運転時において、半導体素子31で発生した熱は主に突起体51に蓄熱され、半導体素子32で発生した熱は主に、突起体51よりも熱容量の大きい突起体52に蓄熱される。このため、瞬時高発熱運転時において、半導体素子32の温度上昇幅を半導体素子31の温度上昇幅よりも小さくすることができる。したがって、連続運転中の温度上昇幅が大きくなりやすい半導体素子32においても、連続運転中の温度上昇幅と、その後の瞬時高発熱運転時の温度上昇幅と、の総和を減少させることができる。
Further, in the
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るサーボアンプについて説明する。図6は、本実施の形態に係るサーボアンプ100の制御機器部20を+z方向に見た構成を示す平面図である。本実施の形態に係るサーボアンプ100は、突起体51、53、52が互いに異なるフィンに設けられている点で、実施の形態1と異なっている。
The servo amplifier according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a plan view showing a configuration in which the
図6に示すように、突起体52は、y軸方向でヒートシンク40のほぼ中央部に位置するフィン42eに設けられている。突起体51は、フィン42gに設けられている。フィン42gは、フィン42fを挟んでフィン42eの+y側に位置している。突起体53は、フィン42cに設けられている。フィン42cは、フィン42dを挟んでフィン42eの-y側に位置している。
As shown in FIG. 6, the
半導体素子31、33、32は、z軸方向に沿って見たとき、突起体51、53、52とそれぞれ重なるように配置されている。半導体素子31及び突起体51は、主に、フィン42f及びフィン42gの間の風路を流通する空気と、フィン42g及びフィン42hの間の風路を流通する空気と、によって冷却される。半導体素子33及び突起体53は、主に、フィン42b及びフィン42c間の風路を流通する空気と、フィン42c及びフィン42dの間の風路を流通する空気と、によって冷却される。半導体素子32及び突起体52は、主に、フィン42d及びフィン42eの間の風路を流通する空気と、フィン42e及びフィン42fの間の風路を流通する空気と、によって冷却される。
The
半導体素子31、33、32はいずれも、空気の流れにおいて回路基板21の上流端に位置する第1端部21aと、空気の流れにおいて回路基板21の下流端に位置する第2端部21bと、の間に配置されている。半導体素子32は、y軸方向に沿って見たとき、半導体素子31と第2端部21bとの間に配置されている。半導体素子33は、y軸方向に沿って見たとき、半導体素子31と半導体素子32との間に配置されている。一方、x軸方向に沿って見ると、半導体素子32は、半導体素子31と半導体素子33との間に配置されている。
The
以上説明したように、本実施の形態に係るサーボアンプ100において、突起体51及び突起体52は、複数のフィン42のうち互いに異なるフィンに形成されている。ここで、z軸方向に沿って見たとき、半導体素子31及び半導体素子32は、それぞれ突起体51及び突起体52と重なって配置されているものとする。この構成によれば、複数のフィン42の1枚当たりの受熱量が減少するため、連続運転中及び瞬時高発熱運転時のいずれにおいても、ヒートシンク40の冷却性能を高めることができる。また、上記構成によれば、半導体素子31からの放熱量の小さい低温の空気によって半導体素子32を冷却できるため、半導体素子31よりも下流側に位置する半導体素子32を効率良く冷却することができる。したがって、連続運転中及び瞬時高発熱運転時のいずれにおいても、ヒートシンク40の冷却性能を高めることができる。
As described above, in the
また、本実施の形態に係るサーボアンプ100において、回路基板21には、半導体素子31、半導体素子32及び半導体素子33が搭載されている。空気の流れ方向は、回路基板21の第1端部21aから第2端部21bに向かう方向である。y軸方向に沿って見たとき、半導体素子32は、半導体素子31と第2端部21bとの間に配置されている。y軸方向に沿って見たとき、半導体素子33は、半導体素子31と半導体素子32との間に配置されている。x軸方向に沿って見たとき、半導体素子32は、半導体素子31と半導体素子33との間に配置されている。ここで、半導体素子31は、第1半導体素子の一例である。半導体素子32は、第2半導体素子の一例である。半導体素子33は、第3半導体素子の一例である。この構成によれば、最も高温になりやすい半導体素子32を、y軸方向でヒートシンク40の中心付近に配置することができる。これにより、半導体素子32で発生した熱のヒートシンク40内での平均伝熱距離を減少させることができるため、ヒートシンク40内での熱抵抗を小さくすることができる。したがって、連続運転中及び瞬時高発熱運転時のいずれにおいても、ヒートシンク40の冷却性能を高めることができる。
Further, in the
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、自然空冷方式のヒートシンク40を例に挙げたが、ヒートシンク40は、ファンを備えた強制空冷方式であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, the natural air-cooled
また、上記実施の形態では、冷却媒体となる流体として空気を例に挙げたが、冷却媒体となる流体としては、水、ブラインなどの他の流体を用いることもできる。 Further, in the above embodiment, air is taken as an example of the fluid as the cooling medium, but other fluids such as water and brine can also be used as the fluid as the cooling medium.
また、複数のフィン42の長さ、形状、厚みは必ずしも同じとしなくてもよい。例えば、突起体51、52、53を形成したフィン42のz軸方向の長さは、突起体51、52、53の長さよりも長い同じ長さとし、その長さと突起体51、52、53を設けないいずれかのフィンの長さとが異なるようにしてもよい。
Further, the length, shape, and thickness of the plurality of
10 指令部、20 制御機器部、21 回路基板、21a 第1端部、21b 第2端部、31、32、33 半導体素子、40 ヒートシンク、41 ベース板、42、42a、42b、42c、42d、42e、42f、42g、42h、42i、42j フィン、43 先端部、51、52、53 突起体、51a、51b、52a、52b、53a、53b 突起、100 サーボアンプ。 10 Command unit, 20 Control equipment unit, 21 Circuit board, 21a 1st end, 21b 2nd end, 31, 32, 33 Semiconductor element, 40 Heat sink, 41 Base plate, 42, 42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g, 42h, 42i, 42j fin, 43 tip, 51, 52, 53 protrusion, 51a, 51b, 52a, 52b, 53a, 53b protrusion, 100 servo amplifier.
Claims (5)
前記回路基板の一方の面に搭載された少なくとも1つの半導体素子と、
前記回路基板の他方の面に配置され、前記回路基板と平行な第1方向に沿って流れる流体に放熱する放熱器と、
を備え、
前記放熱器は、
前記回路基板と平行に配置されたベース板と、
前記ベース板から前記回路基板と交差する第2方向に沿って前記回路基板と離れる方向に延び、前記回路基板と平行でかつ前記第1方向と直交する第3方向に間隔を空けて並列する複数のフィンと、
前記複数のフィンのうちの少なくとも1つのフィンに形成され、前記第2方向に沿って延伸した第1突起体と、
前記複数のフィンのうちの少なくとも1つのフィンに形成され、前記第2方向に沿って延伸し、前記流体の流れにおいて前記第1突起体よりも下流側に配置された第2突起体と、を有しており、
前記第3方向における前記第1突起体及び前記第2突起体のそれぞれの幅は、前記第3方向における前記複数のフィンのそれぞれの幅よりも広くなっており、
前記第2方向における前記第2突起体の長さは、前記第2方向における前記第1突起体の長さよりも長いサーボアンプ。 With the circuit board
With at least one semiconductor element mounted on one surface of the circuit board,
A radiator arranged on the other surface of the circuit board and dissipating heat to a fluid flowing along a first direction parallel to the circuit board.
With
The radiator
A base plate arranged parallel to the circuit board and
A plurality of components extending from the base plate in a direction away from the circuit board along a second direction intersecting with the circuit board, and parallel to the circuit board in a third direction parallel to the circuit board and orthogonal to the first direction at intervals. Fins and
A first protrusion formed on at least one of the plurality of fins and extended along the second direction.
A second protrusion formed on at least one of the plurality of fins, extending along the second direction, and arranged downstream of the first protrusion in the flow of the fluid. Have and
The width of each of the first protrusion and the second protrusion in the third direction is wider than the width of each of the plurality of fins in the third direction.
A servo amplifier in which the length of the second protrusion in the second direction is longer than the length of the first protrusion in the second direction.
前記第2方向に沿って見たとき、前記第1半導体素子及び前記第2半導体素子は、それぞれ前記第1突起体及び前記第2突起体と重なって配置されている請求項1又は請求項2に記載のサーボアンプ。 A first semiconductor element and a second semiconductor element are mounted on the circuit board as the at least one semiconductor element.
Claim 1 or claim 2 in which the first semiconductor element and the second semiconductor element are arranged so as to overlap the first protrusion and the second protrusion, respectively, when viewed along the second direction. The servo amplifier described in.
前記流体の流れ方向は、前記回路基板の第1端部から第2端部に向かう方向であり、
前記第3方向に沿って見たとき、前記第2半導体素子は、前記第1半導体素子と前記第2端部との間に配置されており、
前記第3方向に沿って見たとき、前記第3半導体素子は、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子との間に配置されており、
前記第1方向に沿って見たとき、前記第2半導体素子は、前記第1半導体素子と前記第3半導体素子との間に配置されている請求項1又は請求項2に記載のサーボアンプ。 A first semiconductor element, a second semiconductor element, and a third semiconductor element are mounted on the circuit board as the at least one semiconductor element.
The flow direction of the fluid is a direction from the first end portion to the second end portion of the circuit board.
When viewed along the third direction, the second semiconductor element is arranged between the first semiconductor element and the second end portion.
When viewed along the third direction, the third semiconductor element is arranged between the first semiconductor element and the second semiconductor element.
The servo amplifier according to claim 1 or 2, wherein the second semiconductor element is arranged between the first semiconductor element and the third semiconductor element when viewed along the first direction.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6015405B2 (en) * | 1979-03-15 | 1985-04-19 | 新日本製鐵株式会社 | Shape control method in strip rolling |
| JPS5737254U (en) * | 1980-08-13 | 1982-02-27 | ||
| JPH07249885A (en) * | 1994-03-10 | 1995-09-26 | Nemitsuku Ramuda Kk | Cooling structure |
| JP2010123891A (en) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Toshiba Corp | Cooler |
| JP2011114102A (en) * | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Furukawa-Sky Aluminum Corp | Heat sink |
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