JP2014140914A - 発熱体ユニット、制御盤およびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体からの発熱を効率的に冷却可能な発熱体ユニットおよびロボットシステムを提供する。
【解決手段】発熱体と、発熱体が設けられる伝熱ベースと、伝熱ベースが内部に配設されるケーシングとを備える。伝熱ベースは、発熱体が密着して取付けられる抵抗取付壁と、抵抗取付壁の両端からそれぞれ延在し、ケーシングの内面に当接して取付けられる側壁とを有する。発熱体は、電動機が発生する回生電力を熱エネルギに変換する回生抵抗である。
【選択図】図３Ｂ

Description

開示の実施形態は、発熱体ユニット、制御盤およびロボットシステムに関する。

一般的なロボットシステムは、電動機により駆動されて所定の動作を行うロボットと、電動機の駆動を制御する制御盤とを備える。電動機は、電流が通電されると駆動し、電流が停止されると制動される。しかし、電動機は、電流が停止された場合、発電機として動作して回生電力を発生する。

従来、上記ロボットシステムにおいて、回生電力は、通常、回生抵抗により熱に変換されて大気中に放熱される。かかる回生抵抗はかなり高温となるため、その設置場所の設計や冷却手段について工夫されてきたが、冷却能力には限界があった。

そこで、回生抵抗の設置場所や冷却手段については特に考慮することなく、発生する熱を有効利用する構成が提案された（例えば、特許文献１を参照）。これは、塗装ロボットによる塗装品質を高く保つために、回生抵抗により発生する熱を塗料の加温用に用い、塗料を適切な温度範囲に管理するものである。

特開平１０−１９３２９３号公報

しかし、特許文献１に開示された技術は、塗装ロボットの塗料などのように、あくまでも材料としての適切な温度範囲が定められたものに適用されるものであり、汎用性があるとはいえない。また、見栄えの観点などからも、回生抵抗は、例えば制御盤内に収納することが望ましい。しかし、そのためには、前述したように、高温となる回生抵抗に対するより効果的な冷却構造の開発が必要となる。なお、回生抵抗を例示して説明したが、これは高熱を発する発熱体となるものであり、他の発熱体であっても共通の課題を有する。

実施形態の一態様は、発熱体の熱を効率的に冷却可能な発熱体ユニット、制御盤およびロボットシステムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る発熱体ユニットは、発熱体と、当該発熱体が設けられる伝熱ベースと、当該伝熱ベースが内部に配設されるケーシングとを備える。前記伝熱ベースは、前記発熱体が密着して取付けられる抵抗取付壁と、当該抵抗取付壁の両端からそれぞれ延在し、前記ケーシングの内面に当接して取付けられる側壁とを有する。

実施形態の一態様によれば、高温となる発熱体を効果的に冷却することができる発熱体ユニットおよびロボットシステムを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。 図２は、同上のロボットシステムの概略説明図である。 図３Ａは、本実施形態に係る発熱体ユニットとしての回生抵抗ユニットの説明図である。 図３Ｂは、同上の回生抵抗ユニットの制御盤への収納状態を示す説明図である。 図４は、同上の回生抵抗ユニットの一部切欠平面図である。 図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、同上の回生抵抗ユニットの背面説明図である。 図７は、同上の回生抵抗ユニットが備える発熱体である回生抵抗および伝熱ベースを示す説明図である。 図８は、回生抵抗が取り付けられた伝熱ベースの説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する発熱体ユニットおよびロボットシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、本実施形態に係るロボットシステムの概要について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るロボットシステムのブロック図、図２は、ロボットシステムの概略説明図である。なお、以下では、発熱体ユニットを回生抵抗ユニット４として説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るロボットシステムは、ロボット１と、このロボット１を駆動するための制御装置５とを備える。制御装置５は、ロボット１を駆動するための図示しない電動機を制御する。また、ロボットシステムは、電動機が発生する回生電力を熱エネルギに変換する回生抵抗ユニット４を備える。なお、ロボット１と回生抵抗ユニット４および制御装置５は、ケーブル３を介して接続される。

図示するように、制御装置５と回生抵抗ユニット４とは、共に、制御盤２の筐体２０内に収納される。なお、回生抵抗ユニット４の構成や制御盤２内への収納構造などについては後に詳述する。

ロボット１は、電動機により駆動されるアーム体などを備えるものであれば特に限定されるものではない。本実施形態に係るロボットシステムでは、図２に示すような、いわゆる垂直多関節ロボットを備える。

すなわち、ロボット１は、基台１１上に水平方向へ回動自在に設けられた胴部１２と、この胴部１２に、それぞれ、関節部を介して回動自在に連結されたアーム部１３と、アーム部１３の先端に回動自在に連結されたリスト部１４とを備える。なお、アーム部１３は、図示するように、第１アーム１３１、第２アーム１３２および第３アーム１３３を備える構成である。

かかるロボット１は、ケーブル３を介して制御盤２と接続される。制御盤２は、図２に示すように、略矩形箱状に形成された筐体２０を備えている。

図示するように、筐体２０は、一側の側面２０１の下部に回生抵抗ユニット４を出し入れするユニット出入口２４が設けられる。ユニット出入口２４は、通常はカバー体２１により閉塞され、回生抵抗ユニット４を出し入れする際に取り外される。なお、カバー体２１は、ネジ２２により筐体２０に着脱自在に取付けられる。

ここで、回生抵抗ユニット４について、図３Ａ〜図８を用いて具体的に説明する。図３Ａは、本実施形態に係る発熱体ユニットとしての回生抵抗ユニット４の説明図、図３Ｂは、回生抵抗ユニット４の制御盤２への収納状態を示す説明図、図４は、回生抵抗ユニット４の一部切欠平面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図、図６は、回生抵抗ユニット４の背面説明図である。また、図７は、回生抵抗ユニット４が備える発熱体である回生抵抗９および伝熱ベース８を示す説明図、図８は、回生抵抗９が取り付けられた伝熱ベース８の説明図である。

回生抵抗ユニット４は、回生抵抗９と、これが取り付けられる伝熱ベース８を備える。回生抵抗９は、電動機を制動する際に通電を停止したときに、電動機が発電機として動作して発生する回生電力を熱に変換して消費する。そのため、回生抵抗９は高熱の発熱体となる。

かかる回生抵抗９は、表面温度が１００℃近くまで上昇する。したがって、高温となる回生抵抗９を露出させることは好ましくない。また、かかる回生抵抗９を、ロボット１を制御する制御装置５に直接近接させて配置することも難しい。

一方、美観の観点からすれば、制御盤２内に収納できることが好ましい。そこで、本実施形態に係る回生抵抗ユニット４を、以下の構成とした。

すなわち、回生抵抗ユニット４は、図３Ａ〜図６に示すように、回生抵抗９と、回生抵抗９が設けられた伝熱ベース８と、伝熱ベース８が内部に配設されるケーシング４１とを備える。

本実施形態に係る回生抵抗ユニット４は、本実施形態では、回生抵抗９と伝熱ベース８とを複数個ずつ備える。具体的には、例えば、５つの回生抵抗９と、５つの伝熱ベース８とを備えており、回生抵抗９と伝熱ベース８とを１対１で対応させている。そして、回生抵抗９が取付けられた５つの伝熱ベース８は、ケーシング４１内に並列状態に配設される。

回生抵抗９は、伝熱ベース８への取付面を最大面積とする略直方体形状であり、図５に示すように、取付面の４隅がネジ９１で伝熱ベース８に連結される。

伝熱ベース８は、図６〜図８に示すように、回生抵抗９が取付けられる抵抗取付壁８１と、抵抗取付壁８１の短手方向の両端からそれぞれ同じ方向に垂直に延在する側壁８２ａ，８２ｂとを有し、いわゆる雨樋形状（略Ｕ字状）に形成される。

伝熱ベース８の抵抗取付壁８１は、回生抵抗９が密着した状態で取付けられる部分であり、回生抵抗９の取付面よりも大きく形成される。すなわち、回生抵抗９と密着する抵抗取付壁８１の面は、高温になる回生抵抗９からの熱が伝導される伝熱面となる。また、側壁８２ａ，８２ｂは、それぞれ、ケーシング４１の内面にネジ８５ａ，８５ｂを介して当接した状態で取付けられる取付面となるとともに、抵抗取付壁８１から伝導される熱をケーシング４１へ伝導する。

また、回生抵抗９と伝熱ベース８とは、互いの長手方向が一致するように配設される。すなわち、回生抵抗９は、その長手方向が伝熱ベース８の長手方向に一致する姿勢で抵抗取付壁８１に取付けられる。

ケーシング４１は、図６に示すように、一面開口の断面視略Ｕ字状のケーシング本体４１ａと、開口部分にネジ８５ｃによって取付けられた平面視矩形形状の上部カバー４１ｂとにより、略角筒状に形成される。そして、ケーシング４１の対向する開口部の一方には冷却ファン６が配置される。すなわち、かかる構成により、ケーシング４１は風洞を構成する。

そして、それぞれ回生抵抗９を内包するように取り付けた各伝熱ベース８は、図３Ａ〜図６に示すように、冷却ファン６，６からの冷却風の流れる方向（図５の矢印６０を参照）に長手方向を合わせてケーシング４１に取り付けられる。また、５つの伝熱ベース８は、その短手方向に所定間隔をあけて配設される。なお、ここでは、図６に示すように、各伝熱ベース８は、それぞれ隣り合う伝熱ベース８と離隔して配置されている。しかし、各回生抵抗９同士の間に通風空間が形成されていれば、伝熱ベース８の下側あるいは上側の側壁８２ｂ,８２ｃの少なくとも一方同士は接触していても構わない。

このように、回生抵抗９は、伝熱ベース８を介して、風洞となるケーシング４１内に、宙吊状態で配設される。しかも、図６および図７に示すように、複数個の伝熱ベース８が、短手方向に所定間隔をあけて並設されているため、各回生抵抗９が独立した風路内に配設された状態となる。

すなわち、伝熱ベース８は、冷却ファン６からの風のガイドとして機能することになる。したがって、回生抵抗９は、冷却ファン６からの風を、個別に効率的に受けることができ、かつ伝熱ベース８における比較的に広い伝熱面となる抵抗取付壁８１を介して熱を逃がすことができるため、冷却効果が高まる。

このように、本実施形態に係る伝熱ベース８は、回生抵抗９の取付けを容易にしつつ、冷却ファン６の送風をガイドすることができる形状を有する。

ところで、前述したように、本実施形態に係る伝熱ベース８は、略鉛直面をなす抵抗取付壁８１と、抵抗取付壁８１の短手方向の両端から略平行に延在する側壁８２ａ，８２ｂとを有する。そして、伝熱ベース８は、抵抗取付壁８１と対向する側を開口部としたため、回生抵抗９を抵抗取付壁８１に容易に取付けることができる。

また、かかる伝熱ベース８は、図８に示すように、配設状態（図３Ａおよび図３Ｂを参照）で、下側に位置する側壁８２ｂよりも上側に位置する側壁８２ａの幅狭に形成される。したがって、図示するように、伝熱ベース８をケーシング４１にネジ止めする際に、ドライバなどの締結工具１００を略鉛直姿勢に維持することができる。なお、上側の側壁８２ａを下側の側壁８２ｂよりも幅寸法を小さくする代わりに、締結工具１００を挿通することのできる切欠きや孔を上側の側壁８２ａに形成してもよい。

また、伝熱ベース８の一方の側壁８２ａには、ネジ８５ａに対応するネジ孔８６ａが設けられ、他方の側壁８２ｂには、ネジ８５ｂに対応するネジ孔８６ｂが設けられる。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る回生抵抗ユニット４は、伝熱ベース８の構成を雨樋形状にして、回生抵抗９の熱をケーシング４１へ逃がしやすくした。また、ケーシング４１自体を風洞として機能させたため、回生抵抗ユニット４としての冷却能力が大幅に向上する。

なお、冷却ファン６は、通常、回生抵抗９の数に応じた送風能力（冷却能力）が得られるように、能力および数が適宜選定される。本実施形態に係る回生抵抗ユニット４は、回生抵抗９の冷却能力を著しく高めたため、従来よりも小型の冷却ファン６で対応することも可能である。なお、ここでは、ケーシング４１の幅寸法、回生抵抗９および伝熱ベース８の数を勘案し、２つの冷却ファン６を、ケーシング４１の幅方向に並設し、十分な風洞効果が得られるようにしている。

このように、冷却能力が高められた本実施形態に係る回生抵抗ユニット４は、図２に示すように、制御盤２の筐体２０内に、例えば他の制御装置５と併設することが可能である。そのため、制御盤２の他に回生抵抗９を収容するための筐体を別に設置する必要もなくなり、設置スペースの面からも有利になるとともに、外観的な見栄えも向上する。

なお、上述してきた例では、伝熱ベース８は、断面視略Ｕ字状として説明したが、形状としては特に限定されるものではない。発熱体である回生抵抗９が密着して取付けられる抵抗取付壁８１と、抵抗取付壁８１の両端からそれぞれ延在し、ケーシング４１の内面に当接して取付けられる側壁８２，８２とを有する形状であればよい。例えば、伝熱ベース８の形状は、断面視Ｉ字状、断面視略Ｃ字状、断面視略Ｚ字状であってもよい。

ここで、回生抵抗ユニット４における制御盤２への収納構造について、主に図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明する。

図２、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、回生抵抗ユニット４は、制御盤２の筐体２０の下部に収納される。比較的に重量物である回生抵抗ユニット４を、制御盤２の筐体２０内に着脱自在とするために、回生抵抗ユニット４は、支持部材７を介してスライド自在に配設される。すなわち、回生抵抗ユニット４のケーシング４１は、制御盤２の筐体２０内に配設された支持部材７の上に、スライド自在に配設される。

こうして、回生抵抗ユニット４は、支持部材７を介してスライド自在に配設され、たとえ作業者が一人であっても、筐体２０内の所定の位置に容易に収納したり、取り出したりすることができる。

支持部材７は、筐体２０の底面に所定の間隔をあけて２本平行に設けられる。支持部材７は、回生抵抗ユニット４のケーシング４１を支持するレール状に形成された金属製の支持本体７０と、この支持本体７０の表面に設けられるスライドプレート７１とを備える。

すなわち、支持部材７において、ケーシング４１とスライド自在に直接当接するのは、例えば耐熱性を有する樹脂などから形成され、かつ摩擦抵抗を小さくしたスライドプレート７１である。

また、レール状の支持本体７０は、強度と軽量化とを満足するとともに、ケーシング４１が制御盤２の筐体２０の底面との間に所定のギャップをもって載置されるように、逆Ｕ字状に形成される。

こうして、重量物であり、かつ高温になる回生抵抗ユニット４は、支持部材７を介して制御盤２の筐体２０内に配設されることになる。しかも、支持部材７は、逆Ｕ字状に形成されているため、高温となる回生抵抗ユニット４のケーシング４１と、制御盤２の筐体２０の底面との間には所定のギャップが形成される。したがって、回生抵抗ユニット４の熱は、筐体２０に可及的に伝熱しにくくなる。

なお、支持部材７は、制御盤２の筐体２０の側面２０１に形成されたユニット出入口２４（図２を参照）に一端が臨むように設けられる。すなわち、支持部材７は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、回生抵抗ユニット４の長手方向を横切るように延在している。

したがって、回生抵抗ユニット４は、冷却ファン６を設けた上手側を制御盤２における筐体２０の一側端面の側に位置させ、下手側を他側端面２０２の側に位置させた状態で筐体２０内に収納されることになる。なお、図２においては省略しているが、制御盤２の筐体２０の一側端面には、外気を取り入れる吸気用の複数のスリットが形成され、他側端面には、排気用の複数のスリットが形成される。

ところで、図３Ｂに示すように、制御盤２の筐体２０の内部には、基端部２５ａをビス２６で固定され、先端部２５ｂが斜め上方に伸延した片持ち支持構造の支持用突片２５が設けられる。かかる支持用突片２５は、所定の弾性力を有し、支持部材７と協働して、回生抵抗ユニット４を簡易かつ確実に保持することができる。

回生抵抗ユニット４を筐体２０の内部に収納する際には、ユニット出入口２４（図２参照）から図３Ｂの矢印４００で示す方向にスライドさせて収納する。すなわち、回生抵抗ユニット４を、支持部材７のスライドプレート７１の上でユニット出入口２４から矢印４００の方向にスムーズに滑らせつつ押し込み、当該回生抵抗ユニット４の一方の側面部上面を、支持用突片２５の下側への押圧力に抗して滑り込ませる。こうすることにより、回生抵抗ユニット９は、制御盤２内で簡単に押圧支持されることになる。なお、より強固に固定する場合は、回生抵抗ユニット４のケーシング４１の側面を、支持部材７に板状の固定部材４５を介してネジ止めすればよい（図３Ｂを参照）。このように、スライドプレート７１を備える支持部材７は、支持用突片２５と組み合わせることで、より大きな効果を得ることができる。

また、上述してきた実施形態では、制御盤として、ロボットシステムに備えられた制御盤２として説明した。しかし、必ずしもロボットシステムに用いられるものに限定されるものではなく、回生抵抗ユニット４を備える制御盤であればよい。たとえば、インバータやコンバータなどの電力変換機などに用いられる制御盤であっても構わない。なお、制御盤内への収納構造なども上述した構造を適用することができる。

以上、発熱体ユニットおよびロボットシステムについて、上述してきた実施形態を通して説明したが、さらなる効果や変形例などは、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ ロボット
２ 制御盤
４ 回生抵抗ユニット（発熱体ユニット）
５ 制御装置
６ 冷却ファン
７ 支持部材
８ 伝熱ベース
９ 回生抵抗（発熱体）
２０ 筐体
４１ ケーシング
７０ 支持本体
７１ スライドプレート

実施形態の一態様に係る発熱体ユニットは、発熱体と、当該発熱体が設けられる伝熱ベースと、当該伝熱ベースが内部に配設されるケーシングとを備える。前記伝熱ベースは、前記発熱体が密着して取付けられる取付壁と、当該取付壁の短手方向の両端からそれぞれ同じ方向に垂直に延在する第1の側壁および第２の側壁とを有し、前記第1の側壁および前記第２の側壁の各外面は、前記ケーシングを構成する互いに対向した内面にそれぞれ当接して取付けられる。

Claims (9)

1. 発熱体と、
   当該発熱体が設けられる伝熱ベースと、
   当該伝熱ベースが内部に配設されるケーシングと
   を備え、
   前記伝熱ベースは、
   前記発熱体が密着して取付けられる取付壁と、当該取付壁の短手方向の両端からそれぞれ同じ方向に垂直に延在し、前記ケーシングの内面に当接して取付けられる側壁と
   を有することを特徴とする発熱体ユニット。
2. 前記発熱体は、
   電動機が発生する回生電力を熱エネルギに変換する回生抵抗である
   ことを特徴とする請求項１に記載の発熱体ユニット。
3. 前記ケーシングは、両端に開口部を有する風洞を構成しており、
   前記対向する開口部の一方に冷却ファンが配置される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の発熱体ユニット。
4. 前記伝熱ベースは、前記冷却ファンからの冷却風の流れる方向に長手方向を合わせるとともに、前記側壁の短手方向に所定間隔をあけて前記ケーシングに複数個配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の発熱体ユニット。
5. 前記発熱体と前記伝熱ベースとは、互いの長手方向が一致するように配設される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発熱体ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の発熱体ユニットを収納する
   ことを特徴とする制御盤。
7. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の発熱体ユニットおよび電動機の制御装置を収納する制御盤と、
   前記電動機により駆動されるロボットと
   を備えることを特徴とするロボットシステム。
8. 前記発熱体ユニットの前記ケーシングは、
   前記制御盤の筐体内に支持部材を介してスライド自在に配設される
   ことを特徴とする請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記支持部材は、
   前記筐体の底面に設けられ、前記ケーシングを支持するレール状の支持本体と、
   当該支持本体の表面に設けられ、前記ケーシングとスライド自在に当接するスライドプレートと
   を備えることを特徴とする請求項８に記載のロボットシステム。

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