JP2006275470A - Industrial equipment and its cooling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はロボットなどの産業用機器に係り、特にその冷却あるいは放熱に関するものである。 The present invention relates to industrial equipment such as robots, and more particularly to cooling or heat dissipation thereof.
工場などで使用されている各種の産業用機器には、それを構成している複数の熱源が含まれている。例えば、産業用機器のひとつである産業用ロボットの場合、その内部には駆動源として複数のモータが配置されており、それらのモータは熱源としても作用する。このため、それらのモータで発生した熱をファンを利用した放熱により、あるいはエアホースを利用した局所放熱により冷却する技術が知られている(例えば、特許文献1または特許文献2)。 Various industrial equipments used in factories and the like include a plurality of heat sources constituting the industrial equipment. For example, in the case of an industrial robot, which is one of industrial equipment, a plurality of motors are arranged inside as a drive source, and these motors also act as a heat source. For this reason, the technique which cools the heat which generate | occur | produced in those motors by the heat radiation using a fan or the local heat radiation using an air hose is known (for example, patent document 1 or patent document 2).
しかし、産業用機器の機構上、ファンを設置し難い場合があり、その場合には主に熱伝導や自然放熱により温度上昇を防止していた。しかしながらそれらは放熱効率が悪く、例えばモータ温度が仕様限界値にまで達するため、機器のパフォーマンスを制限してモータ温度の上昇を防止する必要があった。
また、産業用機器の局所的な冷却では、熱源から他の金属部分に熱が伝わり、その部分が熱膨張することにより、機器の動作精度が低下するという問題もあった。
However, there are cases where it is difficult to install a fan due to the mechanism of industrial equipment. In such a case, temperature rise is mainly prevented by heat conduction or natural heat dissipation. However, they have poor heat dissipation efficiency. For example, since the motor temperature reaches the specification limit value, it is necessary to limit the performance of the device to prevent the motor temperature from rising.
In addition, in local cooling of industrial equipment, heat is transferred from the heat source to other metal parts, and this part thermally expands, thereby causing a problem that the operation accuracy of the equipment is lowered.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、産業用機器の温度上昇を効果的に防止できる構成並びに冷却方法を提案する。そして、産業用機器の温度上昇を効果的に防止することで、温度により制限される機器のパフォーマンスの向上、機器の寿命延命、あるいは熱膨張に起因して生じる動作精度低下の回避などを図ろうとするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and proposes a configuration and a cooling method that can effectively prevent an increase in temperature of industrial equipment. And, by effectively preventing the temperature rise of industrial equipment, we will try to improve the performance of equipment that is limited by temperature, extend the life of equipment, or avoid the degradation of operation accuracy caused by thermal expansion. To do.
本発明の産業用機器は、産業用機器の内部に気体の流路が形成され、前記流路は気体の取込口と排出口に接続されており、前記取込口と前記排出口の間の前記流路内に該産業用機器を構成する複数の発熱源が配置されているものである。これによれば、流路に圧縮空気などを流すことで、発熱源を含めた産業用機器の全体にわたる冷却が可能となる。従って、発熱源であるモータなどの温度上昇が抑制されてそのパフォーマンスの向上、機器の寿命延命、機器の熱膨張回避による動作精度の確保等が達成できる。
なお、前記流路が前記産業用機器の外郭形状に沿って形成されているのが好ましい。これにより、産業用機器の全体を冷却できるからである。
また、前記産業用機器が置かれている工場に設置されている圧空システムに前記取込口が接続されていることが好ましい。こうすることで、特別に圧空システムを備える必要がなくなるからである。
In the industrial device of the present invention, a gas flow path is formed inside the industrial device, and the flow path is connected to a gas intake port and a discharge port, and between the intake port and the discharge port. A plurality of heat sources constituting the industrial equipment are disposed in the flow path. According to this, by flowing compressed air or the like through the flow path, it is possible to cool the entire industrial equipment including the heat generation source. Therefore, the temperature rise of the motor, which is a heat generation source, is suppressed, and the performance can be improved, the life of the device can be extended, the operation accuracy can be secured by avoiding the thermal expansion of the device, and the like.
In addition, it is preferable that the said flow path is formed along the outline shape of the said industrial equipment. This is because the entire industrial device can be cooled.
Moreover, it is preferable that the intake port is connected to a compressed air system installed in a factory where the industrial equipment is placed. This is because it is not necessary to provide a special pneumatic system.
また、前記複数の発熱源の少なくとも1つがモータであるものである。この場合、モータは中央部が開口した中空モータであることが好ましい。中空モータの採用により、冷却気体の流量を十分に確保でき、産業用機器を効率よく冷却できるからである。 Further, at least one of the plurality of heat generation sources is a motor. In this case, the motor is preferably a hollow motor having an open central portion. This is because the adoption of the hollow motor can sufficiently secure the flow rate of the cooling gas and can efficiently cool the industrial equipment.
本発明の産業用機器は、さらに、前記流路内を流れる気体の流量を調整する流量制御装置と、前記複数の発熱源または前記複数の発熱源近傍の温度をそれぞれ検出する温度検出装置と、前記温度検出装置で検出された温度に基づいて前記流量制御装置を制御する冷却制御装置とを備えたものである。
また、前記流路内を流れる気体の流量を調整する流量制御装置と、前記複数の発熱源の稼動状況を表す情報に基づいて前記流量制御装置を制御する冷却制御装置とを備えたものである。
これらの装置により、発熱源を含めた産業機器の全体にわたる自動冷却が可能となる。
The industrial equipment of the present invention further includes a flow rate control device that adjusts the flow rate of the gas flowing in the flow path, a temperature detection device that detects the temperatures of the plurality of heat sources or the vicinity of the heat sources, respectively. And a cooling control device that controls the flow rate control device based on the temperature detected by the temperature detection device.
In addition, the apparatus includes a flow rate control device that adjusts the flow rate of the gas flowing in the flow path, and a cooling control device that controls the flow rate control device based on information representing operating states of the plurality of heat sources. .
These devices enable automatic cooling of the entire industrial equipment including the heat source.
本発明の産業用機器冷却方法は、気体の取込口と排出口を備えて産業用機器の内部に形成された流路の前記取込口と前記排出口との間に該産業用機器を構成する複数の発熱源を配置して、前記取込口を気体圧送装置に接続しておき、前記複数の発熱源の稼動状況を表す情報を検出し、該稼動状況情報に基づいて前記流路を流れる気体の流量を調整するようにしたものである。
また、前記発熱源の稼動状況情報として各発熱源の温度をそれぞれ検出し、該検出温度の最高値に基づいて前記流路を流れる気体の流量を調整するようにしたものである。
これらの方法により、より安全な状況下で発熱源を含めた産業用機器の全体にわたる冷却が可能となり、発熱源の温度を許容値以内に保つことができる。
The industrial equipment cooling method of the present invention includes a gas intake port and a discharge port, and the industrial device is provided between the intake port and the discharge port of a flow path formed inside the industrial device. A plurality of heat generating sources are arranged, the intake port is connected to a gas pumping device, information representing an operating status of the plurality of heat generating sources is detected, and the flow path is based on the operating status information The flow rate of the gas flowing through is adjusted.
Further, the temperature of each heat source is detected as the operation status information of the heat source, and the flow rate of the gas flowing through the flow path is adjusted based on the maximum value of the detected temperature.
By these methods, it is possible to cool the entire industrial equipment including the heat source under a safer condition, and the temperature of the heat source can be kept within an allowable value.
図1は本発明の実施形態に係る産業用機器1の全体構成を示す概念図である。本発明の産業用機器1は、産業用機器1を構成している複数のモータ2A〜2Dを内蔵しており、それらのモータ2A〜2Dは産業用機器1内部に形成された気体の流路3内に配置されている。流路3は気体の取込口4と排出口5に接続しており、これらの取込口4と排出口5との間の流路3内にモータ2A〜2Dが配置されている。なお、流路3は産業用機器1の外郭形状に沿ってその一端側から他端側に貫通している。また、流路3はその一部又は全部を、産業用機器1の外郭壁を利用して形成してもよい。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of an industrial device 1 according to an embodiment of the present invention. The industrial device 1 of the present invention includes a plurality of motors 2A to 2D constituting the industrial device 1, and these motors 2A to 2D are gas flow paths formed inside the industrial device 1. 3 is arranged. The flow path 3 is connected to the gas inlet 4 and the outlet 5, and the motors 2 </ b> A to 2 </ b> D are arranged in the flow path 3 between the inlet 4 and the outlet 5. In addition, the flow path 3 has penetrated from the one end side to the other end side along the outline shape of the industrial apparatus 1. FIG. Moreover, you may form the flow path 3 partially or entirely using the outer wall of the industrial apparatus 1. FIG.
取込口4は冷却用気体としての圧縮空気を送出可能な圧空装置、例えば工場に設置されている圧空システム11などにエアチューブ6を介して接続されている。また、モータ2A〜2Dまたはそれらの近傍には温度検出装置7A〜7Dがそれぞれ配置されていて、その温度検出装置7A〜7Dは信号ケーブル8Aを介して冷却制御装置9と接続されている。さらに、取込口4付近には流路3内に導入される気体の量を調整する流量制御装置10が配置され、それが信号ケーブル8Bを介して冷却制御装置9に接続されている。
The intake 4 is connected via an
温度検出装置7A〜7Dは、各種の温度センサあるいは温度計から構成できる。
冷却制御装置9は、温度検出装置7A〜7Dからの温度情報を基に、流量制御装置10を制御して流路3内に導入される気体の流量を調整するためのものである。この冷却制御装置9はCPU(中央処理装置)及びメモリ、又はそれらを両方の機能を備えたマイコンなどからなり、図2に示すような演算・制御を行う機能部を有し、図3に示すような処理手順を規定するプログラムが組み込まれている。
流量制御装置10は、例えば、 開度が調整可能な絞り装置や弁と、それらの開度を調整する駆動部とを有し、その駆動部は冷却制御装置9からの制御信号により制御されるようになっている。
The
The cooling control device 9 is for adjusting the flow rate of the gas introduced into the flow path 3 by controlling the flow rate control device 10 based on the temperature information from the
The flow control device 10 includes, for example, a throttle device and a valve whose opening degree can be adjusted, and a drive unit that adjusts the opening degree, and the drive unit is controlled by a control signal from the cooling control device 9. It is like that.
図2は図1の冷却制御装置9の機能構成の例を示すブロック図である。冷却制御装置9は既に説明したように、マイコンなどからなり、温度情報取込部91、温度比較部92、空量決定部93及び空量制御信号送出部94の各機能ブロックを有する。
温度情報取込部91は、温度検出装置7A〜7Dから温度情報を所定間隔で取り込む。
温度比較部92は温度情報取込部91で取り込んだ温度情報に基づく各モータ2A〜2Dの温度と、予め設定していた許容上限温度(規定値)とを比較する。
空量決定部93は、例えば、流量制御装置10における弁開度を決定するものであり、例えば、温度検出装置7A〜7Dによる測定温度中の最高温度と許容上限温度(規定値)との差に応じて、冷却用気体を通過させるのに適切な弁の開度を予め設定して記憶しておき、それを基に実際の温度差に応じて弁の開度を決定するものである。なお、流量制御装置10の弁開度は、全開又は全閉の2つの間のみでの選択及び決定としてもよい。
空量制御信号送出部94は、空量決定部93で決定された開度または流量となるように、流量制御装置10を制御する信号を流量制御装置10へ送る部分である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a functional configuration of the cooling control device 9 of FIG. As already described, the cooling control device 9 is composed of a microcomputer and the like, and includes functional blocks of a temperature
The temperature
The
The air
The air amount control
次に、冷却制御装置9の制御プログラムに従って行われる産業用機器1の冷却制御の一例を説明する。図3がその冷却制御の一例を示すフローチャートである。
産業用機器1が稼働を開始すると、温度検出装置7A〜7Dから温度情報を所定の間隔で取り込んで、それらの温度を検出する(S1)。次に、温度検出装置7A〜7Dから得られた温度の中の最高温度と予め設定していた許容上限温度(規定値)とを比較する(S2)。S2において、上記最高温度が既定値以下となった場合には、流路3内への送風は行わない(S3)。これに対して、上記最高温度が既定値を上回った場合には、最高温度を規定値以内にするために、流量制御装置10の流量または弁の適切な開度を決定する(S4)。そして、S4で決定された状態に流量制御装置10を制御して流路3内へ冷却用気体を流通させる(S5)。これらS1〜S5の処理を繰り返すことで、産業用機器1は適切に冷却される。
Next, an example of the cooling control of the industrial equipment 1 performed according to the control program of the cooling control device 9 will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the cooling control.
When the industrial equipment 1 starts operation, temperature information is taken in from the
なお、許容上限温度(規定値)は、モータの規格で定められた仕様上限温度より少し、例えば2〜3度低めに設定するのが好ましい。
また、冷却あるいは放熱効率の観点から、モータ2A〜2Dは、その中央部が開口した中空モータとするのが好ましい。
The allowable upper limit temperature (specified value) is preferably set slightly lower than the specification upper limit temperature determined by the motor standard, for example, by 2 to 3 degrees lower.
Further, from the viewpoint of cooling or heat dissipation efficiency, the motors 2A to 2D are preferably hollow motors whose central portions are open.
以上の冷却制御により、産業用機器1はモータ2A〜2Dの温度をその許容値内以内に保つことができる。従って、モータ2A〜2Dのオーバーヒートが防止され、モータ2A〜2Dの温度制限にかかわらず産業用機器1を稼働させることができる。また、モータ2A〜2Dの寿命も延びる。さらに、産業用機器1のモータ2A〜2Dを含む全体が冷却されることになるため、産業用機器1を長時間稼働させても熱膨張が防止され、産業用機器1の位置精度や動作精度を保つことが可能となる。 With the above cooling control, the industrial device 1 can keep the temperatures of the motors 2A to 2D within the allowable values. Therefore, overheating of the motors 2A to 2D is prevented, and the industrial device 1 can be operated regardless of the temperature limitation of the motors 2A to 2D. In addition, the life of the motors 2A to 2D is extended. Furthermore, since the whole of the industrial device 1 including the motors 2A to 2D is cooled, thermal expansion is prevented even if the industrial device 1 is operated for a long time, and the position accuracy and operation accuracy of the industrial device 1 are prevented. Can be maintained.
ところで、上記においては、流量制御装置10の制御を発熱源の温度情報に基づいて行ったが、それを発熱源の発熱に影響を及ぼす稼動状況を表す情報に基づいて行うことも可能である。例えば、発熱源がモータである場合には、モータの回転数や回転抵抗を基に制御を行うことができる。また、発熱源が電源回路や制御回路である場合にはそれらの消費電力、発熱源がランプであれば点灯時間、発熱源がアクチュエータであればその作動回数や作動抵抗を基に制御を行うことができる。それらの場合には、例えば、図2に示した符号91が各稼動状況情報取込部となり、図2に示した符号92は取り込まれた稼動状況情報を予め設定した温度との対応付けデータを基に温度に変換してそれを規定温度と比較する機能部とすればよい。なお、発熱源の稼動状況情報に基づいた流量制御装置10の制御態様は、ここで例示した方法に限定されるものではなく、他の種々の態様が取られてもよい。
By the way, in the above, control of the flow control device 10 is performed based on the temperature information of the heat source, but it is also possible to perform it based on information representing an operation state that affects the heat generation of the heat source. For example, when the heat generation source is a motor, the control can be performed based on the rotational speed or rotational resistance of the motor. If the heat source is a power supply circuit or control circuit, control based on the power consumption of the power source, the lighting time if the heat source is a lamp, or the number of operations or operating resistance if the heat source is an actuator. Can do. In those cases, for example, the
図4は上記産業用機器1の一例である6軸制御ロボット20を示したもので、その内部に設けられるモータの配置も併せて示した図である。なお、図4において、(a)は上面図、(b)は側面図、(c)は背面図を表している。この6軸制御ロボット20はロボット全体を支持しているベースJ0と、ベースJ0上に順に連結された6本のアームJ1〜J6を備えている。それぞれのアームJ1〜J6の内部にはアームJ1〜J6の外郭形状に沿う空気の流路が形成されており、その流路内に各アームJ1〜J6を駆動するモータM1〜M6が配置されている。さらに、このロボット20は図示していない制御装置により各M1〜M6の駆動が制御されて、高速・高精度な位置決め及び精密な軌跡制御が可能とされている。
FIG. 4 shows a six-
この6軸制御ロボット20に内蔵されているモータM1〜M6は、稼働中は発熱源としても作用する。そこで、図5において矢印で示すように、ベースJ0に設けた取込口から圧縮空気を取り込み、その空気をアームJ1〜J6の内部に構成される流路を通した後、アームJ6に設けた排出口から排気する冷却を行う。この場合の冷却制御は、図3において説明したのと同様にして行うことができる。なお、取込口と排出口の位置は逆にしてもよい。
The motors M1 to M6 incorporated in the six-
以上のように、圧縮空気をモータM1〜M6が内蔵されたアームJ1〜J6の内部に構成される流路に導入し流通させて、6軸制御ロボット20を冷却することで、モータM1〜M6の温度を許容値以下に保つことができる。従って、モータM1〜M6のオーバーヒートが防止され、モータM1〜M6の温度制限にかかわらずロボットを稼働させることができる。また、モータM1〜M6の寿命も延びる。また、この場合は、6軸制御ロボット20のモータM1〜M6を含むアームJ1〜J6の全体が冷却されることになるため、ロボット20を長時間稼働させても熱膨張が防止され、ロボット20の位置精度や動作精度を保つことが可能となる。
As described above, the motor M1 to M6 is cooled by introducing the compressed air into the flow path configured in the arms J1 to J6 in which the motors M1 to M6 are built, and cooling the 6-
なお、例えば、モータM4〜M6の負荷が比較的少なく、それらの発熱による温度上昇がモータM4〜M6の動作に影響を与えるものでない場合には、図6に矢印で示したような空気流れにより、6軸制御ロボット20を冷却してもよい。図6では、ベースJ0に設けた取込口から圧縮空気を取り込み、その空気をアームJ1〜J3の内部に構成される往き流路を通してアームJ3の内部まで送り、そこで折り返して、アームJ3〜J1の内部に構成される戻り流路を通してベースJ0に設けた排出口から排気される。なお、以上のような往き流路と戻り流路とを設けることなく、ベースJ0に設けた取込口から圧縮空気を取り込み、その空気をアームJ1〜J3の内部に構成される流路を通してアームJ3に設けた排出口から排気させるようにしてもよい。即ち、圧縮空気が冷却に必要な流路を通過できる構成となっていれば、取込口や排出口の位置は特に限定されるものではない。
図6に示した構成によれば、モータM1〜M3の温度を、冷却制御により許容値以内に保つことができる。従って、モータM1〜M3のオーバーヒートが防止され、モータM1〜M3の温度制限にかかわらずこのロボット20を稼働させることができる。また、モータM1〜M3の寿命も延びる。また、この場合は、6軸制御ロボット20のモータM1〜M3を含むアームJ1〜J3の全体が冷却されるため、ロボット20を長時間稼働させても熱膨張が防止され、ロボット20の位置精度や動作精度が保持される。
For example, when the load on the motors M4 to M6 is relatively small and the temperature rise due to their heat generation does not affect the operation of the motors M4 to M6, the air flow as indicated by the arrows in FIG. The 6-
According to the configuration shown in FIG. 6, the temperatures of the motors M1 to M3 can be kept within an allowable value by the cooling control. Therefore, overheating of the motors M1 to M3 is prevented, and the
産業用機器の全体を冷却する観点からは、図5に示したように、産業用機器に内蔵されるモータなどの発熱源は、それらの全てを冷却用気体が通る流路内に配置するのが好ましい。しかし、図6に示したように、発熱に起因する温度上昇が動作に影響を与える程でない発熱源については、必ずしも冷却用気体が通る流路内に配置する必要はない。
また、上記6軸制御ロボット20の場合、アームJ1〜J3の内部に構成される流路と、アームJ4〜J6の内部に構成される流路とをそれぞれ独立に構成して、それらの流路を流れる冷却用気体をそれぞれ独立して制御する冷却方法をとってもよい。
From the viewpoint of cooling the entire industrial equipment, as shown in FIG. 5, the heat sources such as motors built in the industrial equipment are all arranged in the flow path through which the cooling gas passes. Is preferred. However, as shown in FIG. 6, it is not always necessary to dispose a heat generation source whose temperature rise caused by heat generation does not affect the operation in the flow path through which the cooling gas passes.
In the case of the 6-
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、以下のような態様も可能である。
・本発明の産業用機器は6軸制御の産業用ロボットに限られず、その他の多関節ロボット、スカラロボット、各種の工作機械をも含む。
・産業用機器に内蔵される発熱源はモータに限らず、それ自体が熱を発生する各種の部品や機器を含む。このようなものとしては、例えば、電源回路、制御回路、ランプ、アクチュエータなどが挙げられる。
・産業用機器内部の流路に冷却用気体を送り込む圧空装置は工場に備えられた圧空システムに限られず、各産業機器毎に用意されたポンプなどであってもよい。また、冷却用気体は空気に限られず、機器に悪影響を与えない他の気体としてもよい。
・産業用機器内部の流路を通る気体の流量を調整する流量制御装置は、産業用機器の気体取込口に限らず、圧空装置から取込口までをつなぐエアチューブや産業用機器の気体排出口に設けてもよい。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the content of the said embodiment, The following aspects are also possible.
The industrial device of the present invention is not limited to a 6-axis control industrial robot, but includes other articulated robots, SCARA robots, and various machine tools.
-Heat sources built in industrial equipment are not limited to motors, but include various components and equipment that themselves generate heat. As such a thing, a power supply circuit, a control circuit, a lamp | ramp, an actuator etc. are mentioned, for example.
-The pneumatic device for sending the cooling gas into the flow path inside the industrial equipment is not limited to the pneumatic system provided in the factory, and may be a pump or the like prepared for each industrial equipment. Further, the cooling gas is not limited to air, and may be another gas that does not adversely affect the device.
・ The flow rate control device that adjusts the flow rate of gas passing through the flow path inside industrial equipment is not limited to the gas intake port of industrial equipment, but also the air tube connecting the compressed air device to the intake port and the gas of industrial equipment You may provide in a discharge port.
1…産業用機器、2A〜2D…モータ、3…流路、4…取込口、5…排出口、6…エアチューブ、7A〜7D…温度検出装置、8A,8B…信号ケーブル、9…冷却制御装置、10…流量制御装置、11…工場圧空システム、20…6軸制御ロボット、J0…ベース、J1〜J6…アーム、M1〜M6…モータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Industrial equipment, 2A-2D ... Motor, 3 ... Flow path, 4 ... Intake port, 5 ... Discharge port, 6 ... Air tube, 7A-7D ... Temperature detection apparatus, 8A, 8B ... Signal cable, 9 ... Cooling control device, 10 ... flow control device, 11 ... factory pneumatic system, 20 ... 6-axis control robot, J0 ... base, J1-J6 ... arm, M1-M6 ... motor.
Claims (9)
前記複数の発熱源の稼動状況を表す情報を検出し、該稼動状況情報に基づいて前記流路を流れる気体の流量を調整することを特徴とする産業用機器の冷却方法。 A plurality of heat sources constituting the industrial device are arranged between the intake port and the discharge port of the flow path formed inside the industrial device with a gas intake port and a discharge port. , The intake port is connected to a gas pumping device,
A method for cooling industrial equipment, comprising: detecting information representing an operation status of the plurality of heat generation sources; and adjusting a flow rate of a gas flowing through the flow path based on the operation status information.
9. The industrial use according to claim 8, wherein the temperature of each heat source is detected as the operation status information of the heat source, and the flow rate of the gas flowing through the flow path is adjusted based on the maximum value of the detected temperature. How to cool the equipment.
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