JP2013226015A - ドライバ一体型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に実装される電子部品の、モータ本体部で発生した熱に起因する温度上昇とドライバ部で発生した熱に起因する温度上昇とを抑制することが可能なドライバ一体型モータを提供する。
【解決手段】ドライバ一体型モータ１は、モータ本体部２と、ドライバ部３と、モータ本体部２とドライバ部３との間に配置される中間部材４とを備えている。このドライバ一体型モータ１では、ドライバ部３の発熱量がモータ本体部２の発熱量よりも大きい場合には、ドライバ部３のケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置され、モータ本体部２の発熱量がドライバ部３の発熱量よりも大きい場合には、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ本体部とドライバ部とが一体化されたドライバ一体型モータに関する。

従来、モータ本体部とドライバ部とが一体化されたドライバ一体型モータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のドライバ一体型モータでは、ドライバ部は、パワートランジスタ等の電子部品が実装される回路基板と、回路基板が収容されるケース体とを備えている。このドライバ一体型モータでは、モータ本体部とドライバ部とが支柱を介して連結されており、モータ本体部とドライバ部との間に隙間が形成されている。そのため、このドライバ一体型モータでは、モータ本体部およびドライバ部の相互間の熱伝達が抑制される。

特開２００４−２０１４１５号公報

回路基板に実装される電子部品の温度が許容温度を超えると、電子部品が正常に作用しなくなるおそれがあるため、電子部品の温度上昇を抑制する必要がある。特許文献１のドライバ一体型モータでは、モータ本体部およびドライバ部の相互間の熱伝達が抑制されるため、モータ本体部で発生した熱に起因する電子部品の温度上昇を抑制することは可能である。しかしながら、このドライバ一体型モータでは、ドライバ部で発生した熱をモータ本体部へ効率的に逃がすことができないため、ドライバ部で発生した熱に起因する電子部品の温度上昇を抑制することは困難である。

そこで、本発明の課題は、回路基板に実装される電子部品の、モータ本体部で発生した熱に起因する温度上昇とドライバ部で発生した熱に起因する温度上昇とを抑制することが可能なドライバ一体型モータを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のドライバ一体型モータは、ロータとステータとを有するモータ本体部と、ロータを駆動するための駆動回路が実装される回路基板と回路基板が収容されるケース体とを有するドライバ部と、モータ本体部とドライバ部との間に配置される中間部材とを備え、ドライバ部の発熱量がモータ本体部の発熱量よりも大きい場合には、ケース体の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材がモータ本体部とドライバ部との間に配置され、モータ本体部の発熱量がドライバ部の発熱量よりも大きい場合には、ケース体の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材がモータ本体部とドライバ部との間に配置されていることを特徴とする。

本発明のドライバ一体型モータでは、ドライバ部の発熱量がモータ本体部の発熱量よりも大きい場合には、ケース体の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材がモータ本体部とドライバ部との間に配置され、モータ本体部の発熱量がドライバ部の発熱量よりも大きい場合には、ケース体の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材がモータ本体部とドライバ部との間に配置されている。そのため、ドライバ部の発熱量が大きい場合には、ドライバ部で発生した熱をモータ本体部へ効率的に逃がすことが可能になり、その結果、回路基板に実装される電子部品の、ドライバ部で発生した熱に起因する温度上昇を抑制することが可能になる。また、モータ本体部の発熱量が大きい場合には、モータ本体部で発生した熱がドライバ部へ伝達されるのを抑制することが可能になり、その結果、回路基板に実装される電子部品の、モータ本体部で発生した熱に起因する温度上昇を抑制することが可能になる。このように、本発明では、回路基板に実装される電子部品の、モータ本体部で発生した熱に起因する温度上昇とドライバ部で発生した熱に起因する温度上昇とを抑制することが可能になる。

また、本発明では、ドライバ部の発熱量およびモータ本体部の発熱量に応じて中間部材のみを入れ替えれば、回路基板に実装される電子部品の温度上昇を抑制することが可能になるため、ドライバ一体型モータの汎用性を高めることが可能になる。

本発明において、比較されるモータ本体部の発熱量およびドライバ部の発熱量は、たとえば、ロータを定格出力で駆動したときの発熱量である。また、本発明において、たとえば、モータ本体部の、中間部材側の端面の温度と、ケース体の、中間部材側の端面の温度とに基づいて、モータ本体部の発熱量とドライバ部の発熱量とが比較される。

本発明において、ドライバ一体型モータは、モータ本体部と中間部材との間に挟まれる平板状の弾性部材を備えていることが好ましい。このように構成すると、モータ本体部と弾性部材との密着性を高めること、および、中間部材と弾性部材との密着性を高めることが可能になる。したがって、モータ本体部と中間部材との間の防水性を高めることが可能になる。

本発明において、ケース体は、略筒状に形成される筒部材と、筒部材の、中間部材側の端面と反対の端面を覆うカバー部材とを備え、カバー部材は、ドライバ部の、中間部材側の端面と反対の端面を構成するカバー部を備え、カバー部の内側には、放熱用の放熱板が配置され、回路基板は、カバー部の内側面に固定されていることが好ましい。このように構成すると、カバー部の内側面に対する回路基板の相対位置精度を高めることが可能になる。したがって、カバー部の内側に配置される放熱板と、回路基板または回路基板に実装される電子部品とを確実に接触させることが可能になる。その結果、放熱板を利用して電子部品の熱を効率的に放散することが可能になる。

本発明において、たとえば、回路基板は、支柱を介してカバー部の内側面に固定され、回路基板、または、回路基板に実装される電子部品は、放熱板に接触している。

本発明において、カバー部の外側面には、放熱用のフィンが形成されていることが好ましい。このように構成すると、放熱用のフィンを利用して電子部品の熱を効率的に放散することが可能になる。

以上のように、本発明のドライバ一体型モータでは、回路基板に実装される電子部品の、モータ本体部で発生した熱に起因する温度上昇とドライバ部で発生した熱に起因する温度上昇とを抑制することが可能になる。

本発明の実施の形態にかかるドライバ一体型モータの斜視図である。 図１に示すドライバ一体型モータのドライバ部、中間部材およびその周辺部分を示す平面図である。 図１に示す中間部材の斜視図である。 本発明の他の実施の形態にかかるケース体の構成を説明するための断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（ドライバ一体型モータの構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるドライバ一体型モータ１の斜視図である。図２は、図１に示すドライバ一体型モータ１のドライバ部３、中間部材４およびその周辺部分を示す平面図である。図３は、図１に示す中間部材４の斜視図である。なお、以下の説明では、ドライバ一体型モータ１の軸方向（図１等のＺ方向）を「軸方向」とする。また、ドライバ一体型モータ１の出力側（図１等のＺ１方向側）を「前」側とし、ドライバ一体型モータ１の反出力側（図１等のＺ２方向側）を「後（後ろ）」側とする。

本形態のドライバ一体型モータ１（以下、「モータ１」とする）は、産業用のサーボモータであり、その定格出力は、５０Ｗ〜７５０Ｗとなっている。このモータ１は、モータ本体部２とドライバ部３とを備えている。また、モータ１は、モータ本体部２とドライバ部３との間に配置される中間部材４と、ドライバ部３に固定される放熱用の放熱部材５とを備えている。なお、本形態では、モータ１の定格出力に応じて、モータ本体部２の内部構造や外形が変わることはあるが、ドライバ部３は、モータ１の定格出力にかかわらず、共通のものが使用される。

モータ本体部２は、図示を省略するロータおよびステータを備えている。ロータまたはステータの一方は駆動用磁石を備え、ロータまたはステータの他方は駆動用コイルを備えている。また、モータ本体部２は、ロータおよびステータが収容される略円筒状のケース体８と、ケース体８の後端面に固定されるホルダ９と、ケース体８の前端面に固定されるフランジ１０とを備えている。

ケース体８、ホルダ９およびフランジ１０は、アルミニウム合金で形成されている。ホルダ９は、略筒状に形成されている。具体的には、ホルダ９は、モータ１の軸方向から見たときの内周面の形状が略円形状となり、外周面の形状が略正方形状となる略筒状に形成されている。ホルダ９の内周側には、ドライバ部３を構成する後述の回路基板１３、１４とモータ本体部２とを繋ぐケーブル（図示省略）等が引き回されている。フランジ１０は、略筒状に形成されている。具体的には、フランジ１０は、軸方向から見たときの内周面の形状が略円形状となり、外周面の形状が略正方形状となる略筒状に形成されている。フランジ１０の内周側には、モータ本体部２の出力軸が配置されている。フランジ１０は、モータ１を産業用機器に取り付けるために設けられている。

ドライバ部３は、ロータを駆動するための駆動回路等が実装される２枚の回路基板１３、１４と、回路基板１３、１４が収容されるケース体１５とを備えている。ケース体１５は、略四角筒状に形成されている。また、ケース体１５は、アルミニウム合金で形成されている。回路基板１３には、駆動用コイルに電流を供給するための電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１６等の各種の電子部品が実装されている。また、回路基板１４には、集積回路（ＩＣ、図示省略）等の各種の電子部品が実装されている。

放熱部材５は、ケース体１５の後端面にその前側面が固定される平板状のベース部５ａと、ベース部５ａの後側面に形成される複数のフィン５ｂとを備えている。ベース部５ａの前側面には、放熱用の放熱板１７が固定されている。放熱板１７は、アルミニウム合金等の放熱性を有する部材で形成されている。この放熱板１７は、ケース体１５の内部に配置されている。回路基板１３は、放熱板１７に固定されている。また、回路基板１４は、回路基板１３と回路基板１４との間に配置される支柱１８を介して、放熱板１７に固定されている。

中間部材４は、図３に示すように、略四角筒状に形成されており、中間部材４の内周側は、モータ本体部２と回路基板１３、１４とを繋ぐケーブルが通過する貫通孔４ａとなっている。中間部材４とケース体１５とは、中間部材４の後端面とケース体１５の前端面１５ａとが接触した状態で、互いに固定されている。

中間部材４とホルダ９との間には、平板状の弾性部材２０が挟まれている。弾性部材２０は、ゴム等の弾性を有する弾性材料で形成されている。弾性部材２０の中心には、モータ本体部２と回路基板１３、１４とを繋ぐケーブルを通過させるための貫通孔２０ａ（図２参照）が形成されている。中間部材４とホルダ９とは、中間部材４の前端面と弾性部材２０とが密着し、かつ、ホルダ９の後端面９ａと弾性部材２０とが密着するように、弾性部材２０を軸方向に圧縮した状態で、互いに固定されている。

以上のように構成されたモータ１では、駆動用コイルに電流が供給されてロータが回転をすると、駆動用コイル等が発熱してモータ本体部２が発熱し、また、ＦＥＴ１６等の電子部品が発熱してドライバ部３が発熱する。

本形態では、ドライバ部３の発熱量がモータ本体部２の発熱量よりも大きい場合には、ケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されている。具体的には、アルミニウム合金または銅合金等で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されている。中間部材４がアルミニウム合金で形成されている場合には、中間部材４を軽量化することが可能になる。また、中間部材４が銅合金で形成されている場合には、中間部材４の剛性を高めることが可能になる。

一方、モータ本体部２の発熱量がドライバ部３の発熱量よりも大きい場合には、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されている。具体的には、樹脂やゴム等で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されている。たとえば、ポリカーボネート（ＰＣ）で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されている。

なお、ケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４の形状と、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４の形状とは同じである。また、モータ１の定格出力が比較的小さい場合には、ドライバ部３の発熱量がモータ本体部２の発熱量よりも大きくなり、モータ１の定格出力が比較的大きい場合には、モータ本体部２の発熱量がドライバ部３の発熱量よりも大きくなる。

また、本形態では、比較されるモータ本体部２の発熱量およびドライバ部３の発熱量は、ロータを定格出力で駆動したときの発熱量である。すなわち、ロータを定格出力で駆動したときのモータ本体部２の発熱量とドライバ部３の発熱量とが比較されて、どちらの発熱量が大きいのかが判定される。また、ホルダ９の後端面９ａの温度とケース体１５の前端面１５ａの温度とに基づいて、モータ本体部２の発熱量とドライバ部３の発熱量とが比較される。すなわち、モータ本体部２の、中間部材４側の端面の温度と、ケース体１５の、中間部材４側の端面の温度とに基づいて、モータ本体部２の発熱量とドライバ部３の発熱量とが比較される。具体的には、ケース体１５の前端面１５ａの温度がホルダ９の後端面９ａの温度よりも高ければ、ドライバ部３の発熱量がモータ本体部２の発熱量よりも大きくなり、後端面９ａの温度が前端面１５ａの温度よりも高ければ、モータ本体部２の発熱量がドライバ部３の発熱量よりも大きくなる。

なお、比較されるモータ本体部２の発熱量およびドライバ部３の発熱量は、計算または実験によって、モータ１の組立前に算出されている。また、この発熱量の算出結果に基づいて、ケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されるのか、あるいは、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されるのかがモータ１の組立前に決定され、決定された中間部材４がモータ１に組み付けられる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、ドライバ部３の発熱量がモータ本体部２の発熱量よりも大きい場合には、ケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置され、モータ本体部２の発熱量がドライバ部３の発熱量よりも大きい場合には、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４がモータ本体部２とドライバ部３との間に配置されている。そのため、本形態では、ドライバ部３の発熱量が大きい場合には、ドライバ部３で発生した熱をモータ本体部２へ効率的に逃がすことが可能になり、その結果、回路基板１３、１４に実装される電子部品の、ドライバ部３で発生した熱に起因する温度上昇を抑制することが可能になる。また、本形態では、モータ本体部２の発熱量が大きい場合には、モータ本体部２で発生した熱がドライバ部３へ伝達されるのを抑制することが可能になり、その結果、回路基板１３、１４に実装される電子部品の、モータ本体部２で発生した熱に起因する温度上昇を抑制することが可能になる。

また、本形態では、モータ本体部２の発熱量およびドライバ部３の発熱量に応じて中間部材４のみを入れ替えれば、回路基板１３、１４に実装される電子部品の温度上昇を抑制することが可能になるため、モータ１の汎用性を高めることが可能になる。

本形態では、中間部材４とホルダ９との間に弾性部材２０が挟まれており、中間部材４とホルダ９とは、中間部材４の前端面と弾性部材２０とが密着し、かつ、ホルダ９の後端面９ａと弾性部材２０とが密着するように、弾性部材２０を軸方向に圧縮した状態で、互いに固定されている。そのため、本形態では、モータ本体部２と中間部材４との間の防水性を高めることが可能になる。

本形態では、回路基板１３は、放熱板１７に固定されている。そのため、ＦＥＴ１６等の電子部品が実装される回路基板１３を放熱板１７に確実に接触させることが可能になる。したがって、本形態では、回路基板１３に実装されるＦＥＴ１６等の発熱量の大きな電子部品の熱を、放熱板１７を利用して効率的に放散することが可能になる。

（ケース体の変形例）
図４は、本発明の他の実施の形態にかかるケース体２５の構成を説明するための断面図である。

上述した形態では、ドライバ部３は、略四角筒状に形成されるケース体１５を備えている。この他にもたとえば、ドライバ部３は、ケース体１５に代えて、図４に示すように、略四角筒状に形成される筒部材２３と、筒部材２３の後端面を覆うカバー部材２４とから構成されるケース体２５を備えていても良い。

カバー部材２４は、ドライバ部３の後端面を構成するカバー部２４ａを備えている。カバー部２４ａの前側面には、放熱板１７の後側面が接触している。回路基板１３は、カバー部２４ａの前側面に固定されている。具体的には、回路基板１３は、支柱２８を介してカバー部２４ａの前側面に固定されている。また、回路基板１４は、回路基板１３と回路基板１４との間に配置される支柱１８を介して、回路基板１３に固定されている。回路基板１３の後側面は、放熱板１７の前側面に接触している。

ケース体２５では、カバー部２４ａの前側面に対する回路基板１３の相対位置精度を高めることが可能になるため、カバー部２４ａの前側に配置される放熱板１７と、ＦＥＴ１６等の電子部品が実装される回路基板１３とを確実に接触させることが可能になる。その結果、上述した形態と同様に、回路基板１３に実装されるＦＥＴ１６等の発熱量の大きな電子部品の熱を、放熱板１７を利用して効率的に放散することが可能になる。

なお、図４に示す例では、カバー部２４ａの後側面に放熱用のフィンが形成されていないが、カバー部２４ａの後側面に放熱用のフィンが形成されても良い。この場合には、回路基板１３に実装されるＦＥＴ１６等の発熱量の大きな電子部品の熱を、放熱用のフィンを利用してより効率的に放散することが可能になる。また、図４に示す例では、回路基板１３の前側面にＦＥＴ１６等の電子部品が実装されており、回路基板１３の後側面が放熱板１７の前側面に接触しているが、回路基板１３の後側面にＦＥＴ１６等の電子部品が実装されて、この電子部品が放熱板１７の前側面に接触していても良い。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、ホルダ９の後端面９ａの温度とケース体１５の前端面１５ａの温度とに基づいて、モータ本体部２の発熱量とドライバ部３の発熱量とが比較されている。この他にもたとえば、モータ本体部２の他の箇所の温度と、ドライバ部３の他の箇所の温度とに基づいて、モータ本体部２の発熱量とドライバ部３の発熱量とが比較されても良い。たとえば、モータ本体部２の駆動用コイルの近傍部分の温度と、ドライバ部３のＦＥＴ１６の近傍部分の温度とに基づいて、モータ本体部２の発熱量とドライバ部３の発熱量とが比較されても良い。

上述した形態では、中間部材４とホルダ９との間に弾性部材２０が挟まれているが、中間部材４とホルダ９との間に弾性部材２０が挟まれていなくても良い。また、上述した形態では、中間部材４とケース体１５との間に弾性部材２０に相当する弾性部材が挟まれていないが、中間部材４とケース体１５との間に弾性部材が挟まれても良い。

上述した形態では、ケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４の形状と、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４の形状とは同じである。この他にもたとえば、ケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４とケース体１５および弾性部材２０との接触面積が、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４とケース体１５および弾性部材２０との接触面積よりも大きくなるように、中間部材４が形成されても良い。この場合には、ケース体１５の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４の外形と、ケース体１５の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された中間部材４の外形とが同じであっても良いし、異なっていても良い。

１ モータ（ドライバ一体型モータ）
２ モータ本体部
３ ドライバ部
４ 中間部材
９ａ 後端面（モータ本体部の中間部材側の端面）
１３、１４ 回路基板
１５、２５ ケース体
１５ａ 前端面（ケース体の中間部材側の端面）
１６ ＦＥＴ（電子部品）
１７ 放熱板
２０ 弾性部材
２３ 筒部材
２４ カバー部材
２４ａ カバー部
２８ 支柱

Claims (7)

1. ロータとステータとを有するモータ本体部と、前記ロータを駆動するための駆動回路が実装される回路基板と前記回路基板が収容されるケース体とを有するドライバ部と、前記モータ本体部と前記ドライバ部との間に配置される中間部材とを備え、
   前記ドライバ部の発熱量が前記モータ本体部の発熱量よりも大きい場合には、前記ケース体の熱伝導率以上の熱伝導率を有する部材で形成された前記中間部材が前記モータ本体部と前記ドライバ部との間に配置され、
   前記モータ本体部の発熱量が前記ドライバ部の発熱量よりも大きい場合には、前記ケース体の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材で形成された前記中間部材が前記モータ本体部と前記ドライバ部との間に配置されていることを特徴とするドライバ一体型モータ。
2. 比較される前記モータ本体部の発熱量および前記ドライバ部の発熱量は、前記ロータを定格出力で駆動したときの発熱量であることを特徴とする請求項１記載のドライバ一体型モータ。
3. 前記モータ本体部の、前記中間部材側の端面の温度と、前記ケース体の、前記中間部材側の端面の温度とに基づいて、前記モータ本体部の発熱量と前記ドライバ部の発熱量とが比較されることを特徴とする請求項１または２記載のドライバ一体型モータ。
4. 前記モータ本体部と前記中間部材との間に挟まれる平板状の弾性部材を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のドライバ一体型モータ。
5. 前記ケース体は、略筒状に形成される筒部材と、前記筒部材の、前記中間部材側の端面と反対の端面を覆うカバー部材とを備え、
   前記カバー部材は、前記ドライバ部の、前記中間部材側の端面と反対の端面を構成するカバー部を備え、
   前記カバー部の内側には、放熱用の放熱板が配置され、
   前記回路基板は、前記カバー部の内側面に固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のドライバ一体型モータ。
6. 前記回路基板は、支柱を介して前記カバー部の内側面に固定され、
   前記回路基板、または、前記回路基板に実装される電子部品は、前記放熱板に接触していることを特徴とする請求項５記載のドライバ一体型モータ。
7. 前記カバー部の外側面には、放熱用のフィンが形成されていることを特徴とする請求項５または６記載のドライバ一体型モータ。

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