JP2018142585A - 制御盤 - Google Patents

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Abstract

【課題】開放型から密閉型へ変化可能な制御盤において、回生抵抗器の発熱に起因する過剰な温度上昇を回避する。
【解決手段】制御盤は、吸気口が設けられたフロントパネル、フロントパネルと対向配置され且つ排気口が設けられたリアパネル、並びにフロントパネル及びリアパネルと直交配置され且つ開口部が設けられた伝熱壁を有し、直方体形状を呈する筐体と、筐体内に配置され、吸気口を通じて筐体内へ外気を吸引し、筐体内へ送風するファンと、筐体内であって伝熱壁の開口部を通じて外部へ露出する位置に、開口部を通じて挿脱可能に設けられた回生抵抗器と、筐体内に設けられ、電力を回生抵抗器で消費させるサーボアンプを含む電子部品と、伝熱壁に着脱可能に取り付けられ、開口部を封止する蓋体とを、備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、産業用ロボットや工作機械などの制御盤に関し、特に、回生抵抗器を備えた制御盤の構造に関する。
従来から、産業用ロボットや工作機械などの制御盤は、制御基板に実装されたCPU、電源装置やサーボアンプに使用されている半導体素子、サーボアンプに内蔵又は外付けされた回生抵抗器などの、発熱する機器や素子(以下、「発熱部品等」と称する)を備えている。
ところで、制御盤には、筐体の内部が外気に晒された開放型の制御盤と、筐体の内部が外気に対し防塵や防湿のために封止された密閉型の制御盤とがある。特許文献1,2では、密閉型の制御盤の冷却構造が開示されている。
特許文献1の制御盤は、筐体内を前後方向に区画する仕切り板によって、筐体の防塵的に密閉された防塵区画が形成され、筐体の後部に吸排気孔を設けた換気区画が形成されている。筐体の前面には、防塵区画を冷却する熱交換器が設けられている。そして、防塵区画に数値制御装置、制御基盤、サーボモータ制御装置の本体部などが配置され、換気区画にサーボモータ駆動装置のヒートシンク部や回生抵抗器が配置されている。
特許文献2の制御盤は、防塵的に密閉された筐体と、筐体の天井部に設けられた熱交換器と、筐体の前部に設けられたダクトと、熱交換器に外気を取り込む第1ファンと、筐体の内気を筐体後部を通って熱交換器へ送る第2ファンと、熱交換器を通過した内気を筐体前部へ下向きに送る第3ファンと、内気をダクトに吸入する第4ファンと、ダクト内から筐体内へ排気する第5ファンとを備えている。
特開平6−284522号公報 特開2012−190876号公報
本願の発明者らは、開放型の制御盤を、オプションパーツを取り付けることで密閉型の制御盤に変化させることを考えている。これにより、開放型と密閉型とで制御盤の基礎となる部品を共用することができ、密閉型の制御盤を安価に提供することが可能となる。
制御盤を開放型から密閉型に変化させる方法として、開放型の制御盤を、一回り大きな密閉容器に収容することが考えられる。しかし、この方法では、制御盤が大型化し、昨今の小型化のニーズに対応できないばかりか、制御盤の発熱部品等の冷却が不十分となるおそれがある。
そこで、本願の発明者らは、開放型の制御盤を、その筐体に設けられた吸排気用の開口をカバーで封止することによって、密閉型の制御盤に変化させることに想到した。これにより、一回り大きな密閉容器に収容する場合と比較して制御盤の大型化を抑えることができる。しかし、制御盤の発熱部品等のなかでもとりわけ発熱量の大きい回生抵抗器が密閉された筐体内に残されると、制御盤の過剰な温度上昇は避けられない。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、開放型から密閉型へ変化させることの可能であって、回生抵抗器の発熱に起因する電子部品の過剰な温度上昇を回避可能な制御盤を提供することにある。
本発明の一態様に係る制御盤は、
吸気口が設けられたフロントパネル、前記フロントパネルと対向配置され且つ排気口が設けられたリアパネル、並びに、前記フロントパネル及び前記リアパネルと直交配置され且つ内外を連通する開口部が設けられた伝熱壁を有し、直方体形状を呈する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記吸気口を通じて前記筐体内へ外気を吸引し、前記筐体内へ送風するファンと、
前記筐体内であって前記伝熱壁の前記開口部を通じて外部へ露出する位置に、前記開口部を通じて挿脱可能に設けられた回生抵抗器と、
前記筐体内に設けられ、電力を前記回生抵抗器で消費させるサーボアンプを含む電子部品と、
前記伝熱壁に着脱可能に取り付けられ、前記開口部を封止する蓋体とを、備えることを特徴としている。
上記構成の制御盤では、蓋体を伝熱壁から取り外せば、伝熱壁の開口部に回生抵抗器が露出し、当該開口部を通じて回生抵抗器を筐体から取り出すことができる。つまり、回生抵抗器が筐体に内蔵された態様から、回生抵抗器が筐体に外付けされた態様へ変化させることが可能である。よって、制御盤が、筐体内が密閉された状態で用いられる場合は、回生抵抗器が筐体に外付けされた態様とすることで、回生抵抗器の発熱に起因する電子部品の過剰な温度上昇を回避することができる。
本発明によれば、開放型から密閉型へ変化させることの可能であって、回生抵抗器の発熱に起因する電子部品の過剰な温度上昇を回避可能な制御盤を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る制御盤の内部構造を示す断面図である。 図2は、図1に示す制御盤の底面図である。 図3は、図1に示す制御盤の底蓋体を取り外した状態の底面図である。 図4は、密閉型に変化させた制御盤の内部構造を示す断面図である。 図5は、図4に示す制御盤のボトムカバーを透過した底面図である。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る制御盤1の内部構造を示す断面図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る制御盤1は、筐体10と、筐体10に内装された電子部品3、ファン5などを備えている。図1では、制御盤1を冷却する冷却用空気の流れが白抜き矢印で示されている。
筐体10は、略直方体形状を呈し、フロントパネル11、リアパネル12、一対の側壁15、底壁13、及び上蓋体14からなる。フロントパネル11とリアパネル12とは対向配置されている。本明細書では、制御盤1から見てフロントパネル11の存在する側を「前」側とし、リアパネル12の存在する側を「後」側として説明する。
一対の側壁15及び底壁13は、フロントパネル11及びリアパネル12と直交配置されている。一対の側壁15及び底壁13は、アルミダイキャストによりトラフ状に一体成形されてなり、ヒートシンクとしての性能を備えている。つまり、一対の側壁15及び底壁13は、鉄や樹脂と比較して常温における熱伝導率の高い材料で構成された、伝熱壁として機能する。このように、一対の側壁15及び底壁13が伝熱壁であれば、冷却が促進されて筐体10の小型化に有利であるが、一対の側壁15及び底壁13は従来の筐体材料(例えば、鉄)で構成されていてもよい。
フロントパネル11、リアパネル12、底壁13、及び、一対の側壁15により上面開放の箱体が形成され、上蓋体14はこの箱の開放された上面を防塵的に封止するように箱体に着脱可能に取り付けられている。制御盤1のメンテナンスは、筐体10から上蓋体14を取り外して行われる。
フロントパネル11には、操作盤4が設けられている。また、フロントパネル11には、筐体10内へ冷却用空気を取り込むための複数の吸気口111が設けられている。リアパネル12には、筐体10の内気を排出する複数の排気口121が設けられている。
筐体10内には、フロントパネル11の直ぐ後側にファン5が設けられている。但し、ファン5は、リアパネル12の直ぐ前側に設けられていてもよい。このファン5の稼働により、複数の吸気口111を通じて筐体10内に外気が吸い込まれ、また、筐体10の内気が複数の排気口121から排出される。このようにして、筐体10内をフロントパネル11側からリアパネル12側へ流れる冷却用空気の流れが形成されている。
筐体10の内部であって、底壁13の近傍には、回生抵抗器2とそのコネクタ24(図3、参照)とが設けられている。
また、筐体10の内部であって、底壁13から上側へ離れた位置には、回生抵抗器2を除いた、制御盤1が備える電子部品3が設けられている。なお、図1では幾つかの電子部品3が代表して示されているが、電子部品3には、制御基板、電源装置、モータの回生電力を回生抵抗器2で消費させるサーボアンプ、I/O制御基板などの複数の機器や素子などが含まれる。電子部品3のうちの一つである主制御基板3aは、一対の側壁15の間に亘る幅を有し、ファン5の直ぐ後方からリアパネル12までの前後方向寸法を有し、回生抵抗器2の直ぐ上方に配置されている。この主制御基板3aによって、回生抵抗器2を冷却するための、冷却風の通路10aが形成されている。ファン5によって冷却風の通路10aへ送られた冷却風は、底壁13に沿って回生抵抗器2の周囲を通過し、排気口121へ至る。
図2は図1に示す制御盤1の底面図、図3は図1に示す制御盤1の底蓋体16を取り外した状態の底面図である。図2及び図3に示すように、筐体10の底壁13には、回生抵抗器2及びコネクタ24を、外部に露出可能とする開口部132が形成されている。開口部132は、底壁13に対し着脱可能な底蓋体16によって防塵的に封止される。底壁13から底蓋体16が取り外されると、開口部132を通じて筐体10の内部と外部とが連通される。なお、開口部132の開口縁にはリップ部134が形成されており、このリップ部134と底蓋体16の周囲とが防塵シール(図示略)を介して結合される。
開口部132の内部には、回生抵抗器2を取り付けるための抵抗取付部20が設けられている。抵抗取付部20は、底壁13と平行な取付壁22と、取付壁22と底壁13の開口縁との間を一対の側壁21からなる。抵抗取付部20は、底壁13と一体的に形成されている。前後方向から底壁13及び抵抗取付部20を見ると、底壁13と抵抗取付部20とが合わさってハット形状を呈している。
回生抵抗器2は、抵抗取付部20の取付壁22に、ボルト等の締結具によって、着脱可能に取り付けられている。抵抗取付部20の前側及び後側の壁は存在せず、図1に示すように、抵抗取付部20に取り付けられた回生抵抗器2は筐体10の内部と連通された空間に存在し、回生抵抗器2の周囲を前後方向に冷却用空気が流れる。
また、開口部132の内部には、回生抵抗器2をサーボアンプと接続するためのコネクタ24が取り付けられるコネクタ取付部25が設けられている。コネクタ取付部25に取り付けられたコネクタ24は、回生抵抗器2と接続された回生抵抗接続ケーブル23の端部に設けられたコネクタと接続される。
開口部132の開口縁にはケーブル引出部133が形成されている。このケーブル引出部133を通じて、回生抵抗接続ケーブル23を筐体10の内部から外部へ引き出すことができる。なお、ケーブル引出部133には防塵シール57が設けられており、開口部132を底蓋体16で封止すると、防塵シール57によってケーブル引出部133と回生抵抗接続ケーブル23との間が防塵的に封止される。
上記構成の制御盤1は、オプションパーツを取り付けることによって、防塵的に密閉された密閉型の制御盤1に変化させることができる。
図4は密閉型に変化させた制御盤1の内部構造を示す断面図であり、図5は図4に示す制御盤1のボトムカバー73を透過した底面図である。図4では、冷却用空気の流れが白抜き矢印で示されている。また、図5では、ボトムカバー73が二点鎖線で示されている。
図4及び図5に示すように、密閉型の制御盤1のフロントパネル11には、フロントパネル11に形成された吸気口111を封止するフロントカバー71が取り付けられている。フロントカバー71は、フロントパネル11の前面のうち複数の吸気口111が形成された領域を選択的に覆うことによって、それら複数の吸気口111を纏めて塞いでいる。フロントカバー71の数は複数であってもよい。フロントパネル11とフロントカバー71との間は、図示されない防塵シールで防塵的に封止されている。フロントカバー71の前面にはヒートシンク77が設けられている。
また、リアパネル12には、リアパネル12に形成された排気口121を封止するリアカバー72が取り付けられている。リアカバー72は、リアパネル12の後面全域を覆うことによって、複数の排気口121を纏めて塞いでいる。リアカバー72の数は複数であってもよい。リアパネル12とリアカバー72との間は、図示されない防塵シールで防塵的に封止されている。
開放型の制御盤1を密閉型に変化させる際に、筐体10に内蔵されていた回生抵抗器2を、筐体10に外付けされた態様とする。即ち、筐体10の底壁13から底蓋体16を一旦取り外し、露出した開口部132を通じて、回生抵抗器2を抵抗取付部20から取り外す。そして、抵抗取付部20から取り外した回生抵抗器2を、リアカバー72の底面に設けられた台座75に、ボルト等の締結具によって取り付ける。台座75に取り付けられた回生抵抗器2は、筐体10の外部且つ電子部品3から離れたところに位置している。
回生抵抗器2が筐体10の外部に配置されることに伴い、回生抵抗器2とコネクタ24とを接続している回生抵抗接続ケーブル23は、開口部132からケーブル引出部133を通じて筐体10の外部へ引き出される。回生抵抗接続ケーブル23は、延長ケーブルで延長されてもよい。このようにして、回生抵抗器2が筐体10から取り出された後で開口部132に底蓋体16を取り付けると、筐体10はフロントカバー71、リアカバー72、及び底蓋体16によって防塵的に密閉される。
底壁13の底面には、巨大なヒートシンク56が設けられる。このヒートシンク56は、底壁13及び開口部132を封止している底蓋体16を下方から覆うように、底壁13に取り付けられている。
リアパネル12の下面、筐体10の底壁13、並びに、フロントカバー71の下面及び前面は、開放型のボトムカバー73で覆われている。ボトムカバー73は、伝熱壁である底壁13を覆う、伝熱壁カバーである。
ボトムカバー73の前面には、複数の吸気口731が設けられている。また、ボトムカバー73の後面には、複数の排気口732が設けられている。ボトムカバー73の内部には、吸気口731を通じて外部から取り入れた冷却用空気が底壁13の表面に沿って流れる冷却通路70が形成されている。冷却通路70内には、前述のヒートシンク56や回生抵抗器2が配置されている。
ボトムカバー73の内部且つフロントカバー71の前側には、ファン55が設けられている。ファン55の稼働により、複数の吸気口731を通じてボトムカバー73内に外気が吸い込まれる。
ファン55の上下寸法範囲内には、ヒートシンク77が存在している。ファン55からの送風はヒートシンク77に当たり、ヒートシンク77を放熱させる。ヒートシンク77の放熱により、それが取り付けられたフロントカバー71、及び、フロントカバー71が固定されたフロントパネル11などが冷却される。
また、ファン55の送風により、ボトムカバー73内に形成された冷却通路70に冷却用空気が送られる。この冷却用空気の流れがヒートシンク56に当たり、ヒートシンク56を放熱させる。ヒートシンク56の放熱により、ヒートシンク56が取り付けられた底壁13及び一対の側壁15が冷却され、筐体10の内部も冷却される。
また、冷却通路70に生じる冷却用空気の流れが回生抵抗器2に当たり、回生抵抗器2を放熱させる。回生抵抗器2は、冷却通路70において冷却用空気の流れの最も下流部分に設けられており、回生抵抗器2を冷却した冷却用空気は排気口732から外部へ排出される。
以上に説明したように、本実施形態の制御盤1は、吸気口111が設けられたフロントパネル11、フロントパネル11と対向配置され且つ排気口121が設けられたリアパネル12、並びに、フロントパネル11及びリアパネル12と直交配置され且つ内外を連通する開口部132が設けられた底壁13(伝熱壁)とを有し、直方体形状を呈する筐体10を備えている。更に、制御盤1は、筐体10内に配置され、吸気口111を通じて筐体10内へ外気を吸引し、筐体10内へ送風するファン5と、筐体10内であって底壁13の開口部132を通じて外部へ露出する位置に、開口部132を通じて挿脱可能に設けられた回生抵抗器2と、筐体10内に設けられ、電力を回生抵抗器2で消費させるサーボアンプを含む電子部品3と、底壁13に着脱可能に取り付けられ、開口部132を封止する底蓋体16(蓋体)とを、備えている。
なお、上記実施形態において、制御盤1は、底壁13を下向きにして横置きされているが、側壁15を下向きにして縦置きにすることもできる。また、上記実施形態において、底壁13に開口部132を設けて当該開口部132内に回生抵抗器2を配置しているが、底壁13と同様に伝熱壁である側壁21に開口部を設けてそこに回生抵抗器2を配置してもよい。
上記構成の制御盤1では、底蓋体16を底壁13から取り外せば、底壁13の開口部132に回生抵抗器2が露出し、当該開口部132を通じて回生抵抗器2を筐体10から取り出すことができる。つまり、回生抵抗器2が筐体10に内蔵された態様から、回生抵抗器2が筐体10に外付けされた態様へ変化させることが可能である。よって、制御盤1が、筐体10内が密閉された状態(即ち、密閉型)で用いられる場合は、回生抵抗器2が筐体10に外付けされた態様とすることで、回生抵抗器2の発熱に起因する電子部品3の過剰な温度上昇を回避することができる。
また、上記実施形態に係る制御盤1では、底壁13(伝熱壁)の開口部132内に抵抗取付部20が設けられており、抵抗取付部20が、筐体10内に位置し且つ底壁13と平行な取付壁22と、取付壁22と底壁13との間を接続する一対の側壁21とを有し、取付壁22に回生抵抗器2が着脱可能に取り付けられる。
このように、回生抵抗器2が開口部132に設けられた抵抗取付部20に対し着脱可能であることによって、回生抵抗器2を筐体10から容易に取り出すことができる。また、抵抗取付部20は、一対の側壁21の余の側部は開放されており、抵抗取付部20に取り付けられた回生抵抗器2は、筐体10の内部と連通された空間に存在する。
更に、上記実施形態に係る制御盤1では、底壁13と抵抗取付部20とは一体的なアルミ成形品である。
このように、熱伝導率の高い材料で構成された抵抗取付部20に回生抵抗器2が取り付けられ、更に、抵抗取付部20と底壁13とが一体的であることによって、回生抵抗器2で発生した熱を、抵抗取付部20及び底壁13を通じて外部へ放出させることができる。
また、上記実施形態に係る制御盤1では、底壁13の開口部132の開口縁に、回生抵抗器2と接続される回生抵抗接続ケーブル23を筐体10内から外部へ引き出す通路を形成するケーブル引出部133が形成されている。そして、ケーブル引出部133には、底蓋体16で開口部132を封止することによりケーブル引出部133とそこに通された回生抵抗接続ケーブル23との間を封止する防塵シール57が設けられている。
これにより、開口部132が底蓋体16で封止された状態で、筐体10の内部に配置されたコネクタ24と、筐体10の外部に配置された回生抵抗器2とを回生抵抗接続ケーブル23で接続することができる。
また、上記実施形態に係る制御盤1では、筐体10内であって底壁13の開口部132を通じて外部へ露出する位置に、回生抵抗接続ケーブル23が接続されるコネクタ24が設けられている。
これにより、底壁13から底蓋体16を取り外して開口部132を露出させることにより、回生抵抗接続ケーブル23をコネクタ24と接続する作業を行うことができる。また、コネクタ24に、回生抵抗接続ケーブル23の延長ケーブルを接続する際にも、その作業を容易に行うことができる。
また、上記実施形態に係る制御盤1では、フロントパネル11に取り付けられ、吸気口111を封止するフロントカバー71と、リアパネル12に取り付けられ、排気口121を封止するリアカバー72と、リアカバー72に設けられ、回生抵抗器2が着脱可能に取り付けられる台座75と、少なくとも底蓋体16(伝熱壁)及び台座75に取り付けられた回生抵抗器2を覆い、底蓋体16の表面に沿った冷却通路70を形成する開放型のボトムカバー73(伝熱壁カバー)と、ボトムカバー73内に設けられ、冷却通路70内に外気を吸引し、冷却通路70へ送風するファン55とを、備えている。
これにより、制御盤1を開放型から密閉型へ変化させることができる。
更に、上記密閉型に変化した制御盤1では、冷却通路70内において、底壁13及び開口部132を封止している底蓋体16を覆うように底壁13に取り付けられたヒートシンク77を備えている。
このように、ヒートシンク77が底壁13及び底蓋体16を覆うように設けられることで、ヒートシンク77の十分な放熱面積を確保することができる。
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び/又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
1 :制御盤
2 :回生抵抗器
3 :電子部品
4 :操作盤
5 :ファン
10 :筐体
11 :フロントパネル
111 :吸気口
12 :リアパネル
121 :排気口
13 :底壁(伝熱壁の一例)
132 :開口部
133 :ケーブル引出部
134 :リップ部
14 :上蓋体
15 :側壁(伝熱壁の一例)
16 :底蓋体
20 :抵抗取付部
21 :側壁
22 :取付壁
23 :回生抵抗接続ケーブル
24 :コネクタ
25 :コネクタ取付部
55 :ファン
56 :ヒートシンク
57 :防塵シール
70 :冷却通路
71 :フロントカバー
72 :リアカバー
73 :ボトムカバー(伝熱壁カバー)
731 :吸気口
732 :排気口
75 :台座
77 :ヒートシンク

Claims (7)

  1. 吸気口が設けられたフロントパネル、前記フロントパネルと対向配置され且つ排気口が設けられたリアパネル、並びに、前記フロントパネル及び前記リアパネルと直交配置され且つ内外を連通する開口部が設けられた伝熱壁を有し、直方体形状を呈する筐体と、
    前記筐体内に配置され、前記吸気口を通じて前記筐体内へ外気を吸引し、前記筐体内へ送風するファンと、
    前記筐体内であって前記伝熱壁の前記開口部を通じて外部へ露出する位置に、前記開口部を通じて挿脱可能に設けられた回生抵抗器と、
    前記筐体内に設けられ、電力を前記回生抵抗器で消費させるサーボアンプを含む電子部品と、
    前記伝熱壁に着脱可能に取り付けられ、前記開口部を封止する蓋体とを、
    備える制御盤。
  2. 前記伝熱壁の前記開口部内に抵抗取付部が設けられており、
    前記抵抗取付部が、前記筐体内に位置し且つ前記伝熱壁と平行な取付壁と、前記取付壁と前記伝熱壁との間を接続する一対の側壁とを有し、
    前記取付壁に前記回生抵抗器が着脱可能に取り付けられる、
    請求項1に記載の制御盤。
  3. 前記伝熱壁及び前記抵抗取付部は一体的なアルミ成形品である、
    請求項2に記載の制御盤。
  4. 前記伝熱壁の前記開口部の開口縁に、前記回生抵抗器と接続される回生抵抗接続ケーブルを前記筐体内から外部へ引き出す通路を形成するケーブル引出部が形成され、
    前記ケーブル引出部に、前記蓋体で前記開口部を封止することにより前記ケーブル引出部とそこに通された前記回生抵抗接続ケーブルとの間を封止する防塵シールが設けられている、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の制御盤。
  5. 前記筐体内であって前記伝熱壁の前記開口部を通じて外部へ露出する位置に、前記回生抵抗接続ケーブルが接続されるコネクタが設けられている、
    請求項4に記載の制御盤。
  6. 前記フロントパネルに取り付けられ、前記吸気口を封止するフロントカバーと、
    前記リアパネルに取り付けられ、前記排気口を封止するリアカバーと、
    前記リアカバーに設けられ、前記回生抵抗器が着脱可能に取り付けられる台座と、
    少なくとも前記伝熱壁及び前記台座に取り付けられた前記回生抵抗器を覆い、前記伝熱壁の表面に沿った冷却通路を形成する開放型の伝熱壁カバーと、
    前記伝熱壁カバー内に設けられ、前記冷却通路内に外気を吸引し、前記冷却通路へ送風するファンとを、更に備える、
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の制御盤。
  7. 前記冷却通路内において、前記伝熱壁及び前記開口部を封止している前記蓋体を覆うように前記伝熱壁に取り付けられたヒートシンクを、更に備える、
    請求項6に記載の制御盤。
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