CN106972807B - 电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

提供一种电动机驱动装置。电动机驱动装置具备：第一散热器，其配置于壳体的外部；第二散热器，其配置于壳体的内部；以及传热板，其将第一散热器与第二散热器热连接。主轴用的开关元件载置于第一散热器，进给轴用的开关元件载置于第二散热器。

Description

电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种具备多个开关元件的电动机驱动装置。

背景技术

机床能够一边使工件或工具移动一边对工件进行加工。在机床中配置有用于使保持着工件或工具的主轴旋转的主轴电动机。另外，在机床中具备用于使工件或工具沿规定的进给轴的方向移动的进给轴电动机。

机床具备用于对这些电动机进行驱动的电动机驱动装置。电动机驱动装置包括用于对提供到电动机的电流进行控制的半导体元件、电容器等。电动机驱动装置例如配置于配置有电磁开闭器、继电器或电池等的强电盘的内部。作为用于向电动机提供电流或切断向电动机提供的电流的半导体元件，使用开关元件。开关元件随着进行驱动而发热，因此通过散热器、风扇等来冷却开关元件。

在日本特开2014-165360号公报中公开了一种将与单一的发热源连接的散热器延伸而与壳体连接的伺服放大器。并公开了如下内容：在该伺服放大器中，通过将来自发热源的热传递到壳体，来进行发热源的冷却。

在日本特开2001-345584号公报中公开了一种在壳体的内部的上侧配置有吸热用散热器、在壳体的内部的下侧配置有散热用散热器的电子控制装置。并公开了如下内容：在该电子控制装置中，将吸热用散热器与散热用散热器用导热性良好的导热板进行连接。

在日本特开2003-243862号公报中公开了一种具备安装有发热部件并配置于壳体的内部的内部散热器以及配置于壳体的外部的外部散热器的电子设备。并公开了如下内容：内部散热器经由导热橡胶片将热传导至外部散热器。在该电子设备中，将发热部件中产生的热从内部散热器和外部散热器放出。

在利用一台电动机驱动装置来对多个电动机进行驱动的情况下，需要与电动机的个数相应的个数的开关元件。开关元件能够通过载置于具有多个翅片的散热器的表面来进行冷却。从散热性的观点出发，优选的是，对开关元件进行冷却的散热器配置于电动机驱动装置的壳体的外侧。

然而，当机床的进给轴多、开关元件的个数多时，有时无法在一个散热器上载置全部开关元件。另外，配置散热器的区域是有限的，当利用一个散热器来冷却大量开关元件时，对每一个开关元件的冷却能力变低。

在无法在一个散热器上载置全部开关元件的情况下，能够配置多个散热器。然而，由于存在电动机驱动装置的大小的制约等，有时无法将多个散热器全部设置于电动机驱动装置的壳体的外部。在这样的情况下，在壳体的内部也配置散热器。

配置于壳体的内部的散热器由于所配置的空间的条件而小型、冷却能力低的情况多。为了提高配置于壳体的内部的散热器的冷却能力，可以考虑提高冷却风扇的风量。然而，这导致冷却风扇的消耗电力变大。另外，一般来说随着风扇的转速变大而电动机的寿命变短，因此冷却风扇的可靠性下降。因此，在开关元件的温度上升大的情况下，需要抑制开关元件的输出。

发明内容

本发明的电动机驱动装置是对机床的主轴电动机和进给轴的电动机进行驱动的电动机驱动装置。电动机驱动装置具备：主轴用的开关元件，其对主轴电动机进行驱动；以及进给轴用的开关元件，其对进给轴的电动机进行驱动。电动机驱动装置具备覆盖基板上安装的部件的壳体。电动机驱动装置具备：第一散热器，其配置于壳体的外部；第二散热器，其配置于壳体的内部；以及传热板，其将第一散热器与第二散热器热连接。主轴用的开关元件载置于第一散热器，进给轴用的开关元件载置于第二散热器。

在上述发明中，传热板的一方的端部能够夹在第一散热器与主轴用的开关元件之间。传热板的另一方的端部能够夹在第二散热器与进给轴用的开关元件之间。

在上述发明中，传热板能够具有以避开安装于基板的部件的方式弯曲的弯曲部。

附图说明

图1是实施方式中的机床的框图。

图2是实施方式中的电动机驱动装置的概要立体图。

图3是实施方式中的电动机驱动装置的取下了盖部时的概要立体图。

图4是比较例的电动机驱动装置的概要立体图。

图5是实施方式中的另一电动机驱动装置的取下了盖部时的概要立体图。

具体实施方式

参照图1至图5，来说明实施方式中的电动机驱动装置。本实施方式的电动机驱动装置是对安装于机床的电动机进行驱动的装置。

图1是本实施方式的机床的框图。机床1具有使工具相对于工件的相对位置和姿势变化的进给轴。本实施方式的机床中的进给轴由三个直动轴(X轴、Y轴和Z轴)构成。作为机床1的进给轴，不限于该方式，能够由任意的直动轴、旋转进给轴构成。

机床1具备使工件或工具沿进给轴移动的移动装置。移动装置具有与各个进给轴对应地配置的电动机即进给轴电动机5。在本实施方式中，机床1具有三个进给轴，因此配置有三个进给轴电动机5。另外，机床1具备使保持有工件或工具的主轴旋转的主轴电动机6。通过主轴电动机6进行驱动，工件或工具绕主轴的轴线进行旋转。

机床1具备对进给轴电动机5和主轴电动机6进行控制的数值控制装置2。数值控制装置2由具有经由总线而相互连接的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory：只读存储器)等的运算处理装置构成。

使机床1进行动作的动作程序7是由作业者预先生成的。数值控制装置2包括存储动作程序7的存储部3以及基于动作程序来生成电动机的动作指令的动作控制部4。机床1具备电动机驱动装置10，该电动机驱动装置10基于由数值控制装置2生成的动作指令，向进给轴电动机5和主轴电动机6提供电流。

图2中示出本实施方式中的电动机驱动装置的立体图。图3中示出取下了壳体的盖部时的电动机驱动装置的立体图。参照图2和图3，电动机驱动装置10具备作为基板的印刷电路板15。在印刷电路板15的表面安装有各种各样的电气部件。电动机驱动装置10具备覆盖电气部件的壳体21。本实施方式的壳体21包括底板部22和盖部23。盖部23形成为能够从底板部22取下。印刷电路板15固定于底板部22。

本实施方式的电动机驱动装置10具备多个开关元件31、32a、32b。本实施方式的开关元件31、32a、32b是由半导体形成的功率半导体元件。开关元件31、32a、32b对向各个电动机提供的电流进行调整。本实施方式的开关元件是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)。作为开关元件，不限于该方式，能够例示出MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)等晶体管、GTO晶闸管(Gate Turn Off Thyristor：门极可关断晶闸管)。

电动机驱动装置10具备对主轴电动机6进行驱动的主轴用的开关元件31以及对进给轴电动机5进行驱动的进给轴用的开关元件32a、32b。在电动机驱动装置10中配置有与进给轴的个数对应的个数的进给轴用的开关元件32a、32b。本实施方式的机床1配置有用于对三个进给轴电动机5进行驱动的三个开关元件32a、32b。主轴用的开关元件31和进给轴用的开关元件32a、32b配置于印刷电路板15的表面。

本实施方式中的电动机驱动装置10具备用于对开关元件31、32a、32b进行冷却的第一散热器11和第二散热器12。各个散热器具有沿规定的方向延伸的多个翅片。

主轴用的开关元件31和两个进给轴用的开关元件32a载置于第一散热器11。主轴用的开关元件31和两个进给轴用的开关元件32a在印刷电路板15的端部沿规定的方向排列配置。第一散热器11配置成具有长边方向，该长边方向与开关元件31、32a的排列方向平行。而且，第一散热器11配置成覆盖三个开关元件31、32a。

一个进给轴用的开关元件32b载置于第二散热器12。一个进给轴用的开关元件32b配置成远离其它两个进给轴用的开关元件32a。第二散热器12配置在远离第一散热器11的位置处。

本实施方式中的第一散热器11以及配置于第一散热器11的主轴用的开关元件31和两个进给轴用的开关元件32a配置于壳体21的外部。另外，在本实施方式中，由于壳体21的外侧没有足够的空间，因此也在壳体21的内部配置进给轴用的开关元件32b。第二散热器12以及配置于第二散热器12的进给轴用的开关元件32b配置于壳体21的内部。

电动机驱动装置10具备将第一散热器11与第二散热器12热连接的传热板51。本实施方式中的传热板51由金属板形成。优选的是，传热板51由例如铝、铜等导热率高的材料形成。传热板51的一方的端部与第一散热器11连接。在本实施方式中，传热板51的一方的端部夹在第一散热器11与开关元件31、32a之间。另外，传热板51的另一方的端部与第二散热器12连接。在本实施方式中，传热板51的另一方的端部夹在第二散热器12与开关元件32b之间。

开关元件31、32a经由传热板51向第一散热器11放出热。另外，开关元件32b经由传热板51向第二散热器12放出热。并且，第二散热器12的热经由传热板51传递到第一散热器11。

在此，图4中示出比较例的电动机驱动装置的概要图。在比较例的电动机驱动装置71中，主轴用的开关元件31和两个进给轴用的开关元件32a载置于配置于壳体21的外部的第一散热器11。另外，在壳体21的内部配置有进给轴用的开关元件32b和第二散热器12。在比较例的电动机驱动装置71中，配置于壳体21的外部的开关元件31、32a能够有效地进行冷却。然而，在壳体21的内部蓄积热，因此对配置于壳体21的内部的开关元件32b的冷却能力低。

参照图2和图3，与此相对地，本实施方式的电动机驱动装置10的一个主轴用的开关元件31和两个进给轴用的开关元件32a配置于壳体的外侧。另外，对这些开关元件31、32a进行冷却的第一散热器11配置于壳体21的外部。第一散热器11能够直接将热放出到外部大气，因此冷却能力高。因此，第一散热器11能够有效地对主轴用的开关元件31和两个进给轴用的开关元件32a进行冷却。

本实施方式的电动机驱动装置10的第二散热器12通过传热板51与第一散热器11热连接。在壳体21的内部，第二散热器12的散热性能低。然而，利用传热板51能够将热从第二散热器12传到第一散热器11，从而能够提高第二散热器12的冷却性能。第二散热器12能够以高的冷却能力对配置于壳体21的内部的开关元件32b进行冷却。

另外，传热板51能够将壳体21的内部的热传递到壳体21的外侧。因此，能够将壳体21的内部残留的热放到外部大气中。

另外，本实施方式的电动机驱动装置10的主轴用的开关元件31载置于配置于壳体21的外侧的第一散热器11。另外，配置于壳体21的内部的第二散热器12上载置的开关元件是进给轴用的开关元件32b。一般来说，在多个种类的开关元件中，主轴用的开关元件31发热最多。在主轴用的电动机连续地以高输出进行运转时，主轴用的开关元件31连续地发热。然而，主轴用的开关元件31由于载置于壳体21的外部的第一散热器11，因此能够被有效地冷却。

在此，在主轴电动机6正在以高输出进行驱动的情况下，进给轴电动机5以高输出进行驱动的情况少。与此相反地，在进给轴电动机5正在以高输出进行驱动的情况下、即进给轴电动机5正在高速地进行驱动的情况下，主轴电动机6的输出小或者停止的情况多。

在壳体21的内部的进给轴用的开关元件32b大幅动作而发热时，主轴用的开关元件31的发热量小。在该情况下，第一散热器11与第二散热器12之间的温度差大，能够将第二散热器12的热传递到第一散热器11。然后，能够有效地冷却壳体21的内部的开关元件32b。

另外，在主轴用的开关元件31大量发热的情况下，壳体21的内部的进给轴用的开关元件32b的发热量小的情况多。因此，能够通过第二散热器12对壳体21的内部的开关元件32b充分地进行冷却。

这样，在本实施方式的电动机驱动装置10中，即使开关元件的数量多，也能够将进给轴用的开关元件配置于壳体的内部。而且，配置于壳体的内部的开关元件也能够有效地进行冷却。

本实施方式中的电动机驱动装置10具备在第一散热器11的表面产生空气的流动的第一冷却风扇41。第一冷却风扇41配置于壳体21的外部。第一冷却风扇41配置成与第一散热器11的端部相向。通过对第一冷却风扇41进行驱动，如箭头81所示，在第一散热器11的翅片的延伸的方向上产生空气的流动。

在此，本实施方式的主轴用的开关元件31与第一散热器11的长边方向的端部连接。主轴用的开关元件31配置于在第一散热器11中空气的流动的上游侧的区域。温度低的空气与主轴用的开关元件31接触，因此主轴用的开关元件31被有效地冷却。

另外，本实施方式的传热板51的一方的端部夹在第一散热器11与开关元件31、32a之间，另一方的端部夹在第二散热器12与开关元件32b之间。通过该结构，即使在开关元件32b中产生大量的热的情况下，也能够将开关元件32b的热迅速地传递到第一散热器11。

在本实施方式中，用于对第二散热器12进行冷却的第二冷却风扇42安装于壳体21的盖部23。另外，在盖部23形成有用于将空气取入到盖部23的内部的缝部43。缝部43形成于与配置有第二冷却风扇42的一侧相反的一侧。通过对第二冷却风扇42进行驱动，在盖部23的内部产生空气的流动，能够促进第二散热器12的冷却。

此外，能够根据需要来对电动机驱动装置10的第一冷却风扇41和第二冷却风扇42的转速进行调整。在本实施方式中，配置于壳体21的内部的第二散热器12的热能够经由传热板51放出到壳体21的外部。因此，也可以不配置第二冷却风扇42。

本实施方式的电动机驱动装置能够安装于机床的强电盘。在将电动机驱动装置安装于强电盘的情况下，优选的是，以将第一散热器配置于强电盘的框体的外侧的方式进行安装。即，优选的是，电动机驱动装置的第一散热器配置成暴露于外部大气中。通过采用该结构，即使在强电盘的框体的内部配置第二散热器，也能够经由传热板从第一散热器向大气中散热。

图5中示出本实施方式中的另一电动机驱动装置的取下了盖部时的立体图。在壳体21的内部存在支承基板的构造部件、电气部件等部件。在另一电动机驱动装置13中，在第一散热器11与第二散热器12之间，配置有安装于印刷电路板15的电气部件61。另一电动机驱动装置13具备传热板52。传热板52的一部分被弯曲以不与电气部件61相干扰。传热板52具有多个弯曲部52a。在本实施方式中，传热板52在弯曲部52a被弯折。传热板52形成为避开电气部件61。在传热板52中形成弯曲的部分的情况下，能够将弯曲部形成为任意的形状。

作为弯曲部，不限于传热板52弯折的形状，也可以是传热板52弯成弯曲的形式。通过形成弯曲部52a，即使用于配置传热板52的区域小，也能够以使传热板52的表面沿与印刷电路板15垂直的方向延伸的方式形成传热板52。而且，能够增大以与热被传递的方向垂直的面进行切断时的传热板52的截面积。因此，能够将在开关元件32b中产生的热充分地传递到第一散热器11。

作为传递热的构件，例如能够采用热管。然而，热管难以形成弯曲的部分。与此相对地，本实施方式的传热板能够容易地形成弯曲部。而且，弯曲部能够变更传递热的路径，以避免与安装于基板的部件之间的干扰。另外，传热板即使具有弯曲部，也能够将第一散热器与第二散热器热连接。

根据本发明，能够提供一种有效地进行配置于壳体的内部的开关元件的散热的电动机驱动装置。

上述的实施方式能够进行适当的组合。在上述的各个图中，对相同或相等的部分标注了相同的标记。此外，上述的实施方式是例示，并非对发明进行限定。另外，在实施方式中包含权利要求书中所示的实施方式的变更。

Claims (2)

1.一种电动机驱动装置，用于对机床的主轴电动机和进给轴的电动机进行驱动，该电动机驱动装置的特征在于，具备：

主轴用的开关元件，其对主轴电动机进行驱动；

多个进给轴用的开关元件，其对进给轴的电动机进行驱动；

壳体，其覆盖基板上安装的部件；

第一散热器，其配置于所述壳体的外部；

第二散热器，其配置于所述壳体的内部；以及

传热板，其将所述第一散热器与所述第二散热器热连接，

其中，所述主轴用的开关元件的发热量大于所述进给轴用的开关元件的发热量，并且所述主轴用的开关元件载置于所述第一散热器，所述多个进给轴用的开关元件分别载置于所述第一散热器和所述第二散热器，

所述传热板的一方的端部夹在所述第一散热器与载置于该第一散热器的主轴用的开关元件和进给轴用的开关元件之间，

所述传热板的另一方的端部夹在所述第二散热器与载置于该第二散热器的进给轴用的开关元件之间。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，

所述传热板具有以避开安装于基板的部件的方式弯曲的弯曲部。