JP2021158864A

JP2021158864A - サーボドライバ、その放熱器構造、および放熱構造

Info

Publication number: JP2021158864A
Application number: JP2020059173A
Authority: JP
Inventors: 謙二鐘居; Kenji Kanei
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-07

Abstract

【課題】使用温度範囲上限の低い制御部における発熱を軽減することができ、それによりサーボドライバの使用温度範囲を広げることのできる、サーボドライバの放熱方式を提供する。
【解決手段】サーボドライバの放熱器構造１０は、サーボドライバの基板上における発熱を放熱するための構造であって、使用温度上限の高い部品に主として対応するメイン放熱器２と、使用温度上限の低い部品に主として対応する一または複数のサブ放熱器３とを備える。メイン放熱器２、サブ放熱器３とも、実装される部品における発熱を効率よく熱伝導し、放熱できる材料を用いて形成される。板金などの金属は、各放熱器２、３に好適に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明はサーボドライバ、その放熱器構造、および放熱構造に係り、特にサーボドライバの使用温度範囲拡大を可能とする技術に関するものである。

図３は、従来のサーボドライバの放熱器の構造を示す斜視図である。また、図４は図３に示す放熱器を用いた放熱構造を示す断面図である。これらに示すように従来の放熱器５０は、サーボドライバの基板５８を取り付ける、放熱器としても機能する板金製等のフレームである。基板５８上の動力部（電力部）部品Ｂ１、Ｂ２は高温を発熱する部品であるが、これらを放熱シート５５や放熱グリス５７などに密着させ、放熱器５０に熱伝導させて放熱する構造である。かかる放熱方式は主に、ＤＣ電源駆動の小型ドライバなどでよく用いられる構造である。

サーボドライバやそれと一体となったモータの放熱に関する技術については従来、技術的な提案も多くなされている。たとえば後掲特許文献１には、モータ本体部で発生した熱およびドライバ部で発生した熱に起因する回路基板実装電子部品の温度上昇を抑制可能なドライバ一体型モータとして、モータ本体部とケース体とが断熱性を有する弾性材料で形成されたシール部材を介して互いに固定され、ケース体は所定の接合面で分割される二の分割ケース体からなり、両分割ケース体は熱伝導性の弾性材料で形成されたシール部材を介して互いに固定されている構成が開示されている。

また特許文献２には、軽量かつ放熱性能の高いドライバユニットを備えたドライバ一体型モータとして、ドライバユニットのケースを放熱部とケース本体部とを組み合わせた構造とし、放熱部を発熱量が多い電気部品が装着されるヒートシンク機能を有する熱伝導性材料によって形成し、ケース本体部を合成樹脂材料によって形成し、発熱量の少ない電気部品が装着された回路基板をケース本体部に収納するという構成が開示されている。

特開２０１４−０９９９８２号公報「ドライバ一体型モータ」特開２００６−１８７１４９号公報「ドライバ一体型モータ」

サーボドライバの基板５８上の回路構成は、制御部と動力部（電力部）に分かれる。動力部ではモータに電力を供給するために出力に応じ発熱が伴い、高温となる。これに対して制御部は、制御を動作させるためだけの電力であり、発熱は動力部より低い。

図４に示す通り、動力部部品Ｂ１等と制御部部品Ｃは単一の基板５８上に実装されるが、動力部部品Ｂ１等の発熱が基板５８全体に広がるため、制御部部品Ｃの温度も高くなってしまう。そうすると、制御部部品Ｃの使用温度上限を確保することができなくなるという問題がある。

図５は、従来のサーボドライバ基板における発熱状況を示す説明図である。図示するように従来のサーボドライバ基板では、駆動回路部（動力部）Ｋにおける発熱により、ＣＰＵ等の制御回路部Ｓにおける制御部品が熱の影響を受ける。つまり、モータに電力を供給すると駆動回路部（動力部）Ｋは高温となり、基板全体の温度が上がり、発熱の少ない制御回路部Ｓでも温度が上昇してしまうのである。

制御部に使用するＣＰＵの上限温度は８５℃だが、他のデバイスでは上限温度が１２５℃である。つまり、制御部は他のデバイスよりも使用温度範囲上限が低い。そのため、モータ定格連続運転において基板の温度が上昇した際には、周囲温度上限環境下（例．５５℃）では、ＣＰＵの温度が使用温度範囲上限を超えてしまう。制御部部品に及ぶ熱を放熱させるために、制御部部品を放熱器に密着させて熱を伝動させる方法があり得る。しかし、放熱器は既に動力部からの伝熱により温度が上昇しているため、意図する効果は得られない。

そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、使用温度範囲上限の低い制御部における発熱を軽減することができ、それによりサーボドライバの使用温度範囲を広げることのできる、サーボドライバの放熱方式を提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、放熱器を二重構造にし、一方（メイン放熱器）は動力部の放熱用、サブ放熱器は制御部の放熱用とすることによって解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

〔１〕サーボドライバの基板上における発熱を放熱するための放熱器の構造であって、使用温度上限の高い部品に主として対応するメイン放熱器と、使用温度上限の低い部品に主として対応する一または複数のサブ放熱器とを備えてなることを特徴とする、サーボドライバの放熱器構造。
〔２〕前記使用温度上限の高い部品は動力部部品であり、前記使用温度上限の低い部品は制御部部品であることを特徴とする、〔１〕に記載のサーボドライバの放熱器構造。
〔３〕前記サブ放熱器は断熱手段により前記メイン放熱器に取付けられていることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のサーボドライバの放熱器構造。

〔４〕〔１〕、〔２〕、〔３〕のいずれかに記載の放熱器構造によるサーボドライバの放熱構造であって、前記メイン放熱器および前記サブ放熱器が、熱伝導手段によってそれぞれ対応する部品と接続していることを特徴とする、サーボドライバの放熱構造。
〔５〕〔１〕、〔２〕、〔３〕のいずれかに記載の放熱器構造を備えていることを特徴とする、サーボドライバ。

本発明のサーボドライバ、その放熱器構造、および放熱構造は上述のように構成されるため、これらによれば、使用温度範囲上限の低い制御部における発熱を軽減することができ、それによりサーボドライバの使用温度範囲を広げることができる。たとえば、従来技術では０〜４０℃の使用温度範囲だったものを、本発明によれば０〜５５℃まで範囲拡大することができ、性能を向上させることができる。

本発明のサーボドライバの放熱器構造の構成例を示す斜視図である。図１に示す放熱器構造を用いた本発明放熱構造の構成例を示す断面図である。従来のサーボドライバの放熱器の構造を示す斜視図である。図３に示す放熱器を用いた放熱構造を示す断面図である。従来のサーボドライバ基板における発熱状況を示す説明図である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のサーボドライバの放熱器構造の構成例を示す斜視図である。また、
図２は、図１に示す放熱器構造を用いた本発明放熱構造の構成例を示す断面図である。これらに図示するように本サーボドライバの放熱器構造１０は、サーボドライバの基板１８上における発熱を放熱するための構造であって、使用温度上限の高い部品Ｂ１等に主として対応するメイン放熱器２と、使用温度上限の低い部品Ｃに主として対応する一または複数のサブ放熱器３とを備えてなることを、主たる構成とする。図では、サブ放熱器３は一枚のみが設けられた構成であるが、これは複数枚であってもよい。しかし、通常は一枚のみで十分に効果が得られる。図に例示する各部品Ｂ１、Ｃ等の個数、形状、配置は例であり、本発明は図の例に限定されない。

図示するようにサブ放熱器３は平板状であって、メイン放熱器２上に設置される構成とすることができる。サブ放熱器３の形状は平板状、平面状に限定されず、対応すべき部品との距離に応じた高さをもった形状に形成することもできるが、後述するように、平板状とすることで十分に本発明の効果は得られる。またサブ放熱器３は、メイン放熱器２よりも小形状、小面積に形成される。メイン放熱器２、サブ放熱器３とも、実装される部品における発熱を効率よく熱伝導し、放熱できる材料を用いて形成される。板金などの金属は、各放熱器２、３に好適に用いられる。

かかる構成の本放熱器構造１０を用いることにより、メイン放熱器２は使用温度上限の高い部品Ｂ１等用として主として対応し、またサブ放熱器３は使用温度上限の低い部品Ｃ用として主として対応する形となる。これにより、使用温度上限の高い部品Ｂ１等において発生した熱は、それらの部品に対応しているメイン放熱器２に熱伝導され、そこから放熱される。一方、使用温度上限の低い部品Ｃにおいて発生した熱はそれらの部品に対応しているサブ放熱器３に熱伝導され、そこから放熱される。

使用温度の低い部品Ｃはメイン放熱器２では対応しないように形成されているため、使用温度の低い部品Ｃ等は、使用温度上限の高い部品Ｂ１等における発熱の影響を、すなわちその熱伝導を、少なくとも直接的には受けない。したがって、従来のように動力部部品における発熱により制御部部品の温度が上昇するという事態は、相当程度に抑制することができる。また、サブ放熱器３はメイン放熱器２上に設置されているとはいえ、両者間を断熱手段４ａ、４ｂ、・・・をもって接続する構成とすることができるため、メイン放熱器２からサブ放熱器３への熱伝導も遮断される。

断熱手段４ａ等の素材としてはプラスチックを好適に用いることができる。図に例示するようにプラスチック製の固定手段（ねじ）によりサブ放熱器３をメイン放熱器２に固定する構成は、固定手段と断熱手段の機能を併せ持ち、簡便であり、望ましい。

断熱手段４ａ等によるサブ放熱器３とメイン放熱器２との断熱は、使用温度上限の高い部品Ｂ１等からメイン放熱器２へと熱伝導される熱がさらにサブ放熱器３へと熱伝導されることを遮断する。したがって、メイン放熱器２からの熱によるサブ放熱器３の温度上昇は相当程度抑制され、サブ放熱器３は、これが対応する使用温度上限の低い部品Ｃからの発熱の放熱機能を十分に果たすことができ、それにより使用温度上限の低い部品Ｃ等の発熱が抑制され、その使用温度範囲を広げることができる。

なお、使用温度上限の高い部品Ｂ１等の代表例は動力部部品であり、一方、使用温度上限の低い部品Ｃの代表例は制御部部品である。各部品Ｂ１、Ｃ等において発生した熱を各放熱器２、３において放熱させるためには、部品―放熱器間の接触、密着など、熱伝導可能とする配置や構造が必要だが、図示するような平板状サブ放熱器３、メイン放熱器２であってよい。対応する部品Ｂ１、Ｃ等との間に距離があって密着、接触しない場合であっても、図２に示すように適宜の熱伝導手段１５、１６等によって部品―放熱器間を接続すればよく、またそれが容易かつ便利だからである。熱伝導手段１５等としては、熱伝導シートや熱伝導グリース等を適宜用いることができる。

以上説明した放熱器構造１０のメイン放熱器２およびサブ放熱器３が、熱伝導手段１５等によってそれぞれ対応する部品Ｂ１等と接続している放熱構造２０もまた、本発明の範囲内である。また、放熱器構造１０を備えているサーボドライバもまた、本発明の範囲内である。

本発明のサーボドライバ、その放熱器構造、および放熱構造によれば、使用温度範囲上限の低い制御部における発熱を軽減することができ、それによりサーボドライバの使用温度範囲を広げることができる。したがって、サーボドライバ、サーボモータ、サーボシステムの製造・使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。

２…メイン放熱器
３…サブ放熱器
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…断熱手段
１０…サーボドライバの放熱器構造
１５、１６、１７…熱伝導手段
１８…基板
２０…放熱構造
Ｂ１、Ｂ２…使用温度上限の高い部品
Ｃ…使用温度上限の低い部品
５０…放熱器
５５…放熱シート
５７…放熱グリス
５８…基板
Ｂ１’、Ｂ２’…動力部（電力部）部品
Ｃ’…制御部部品
Ｋ…駆動回路部（同両部）
Ｓ…制御回路部

Claims

サーボドライバの基板上における発熱を放熱するための放熱器の構造であって、使用温度上限の高い部品に主として対応するメイン放熱器と、使用温度上限の低い部品に主として対応する一または複数のサブ放熱器とを備えてなることを特徴とする、サーボドライバの放熱器構造。
前記使用温度上限の高い部品は動力部部品であり、前記使用温度上限の低い部品は制御部部品であることを特徴とする、請求項１に記載のサーボドライバの放熱器構造。
前記サブ放熱器は断熱手段により前記メイン放熱器に取付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のサーボドライバの放熱器構造。
請求項１、２、３のいずれかに記載の放熱器構造によるサーボドライバの放熱構造であって、前記メイン放熱器および前記サブ放熱器が、熱伝導手段によってそれぞれ対応する部品と接続していることを特徴とする、サーボドライバの放熱構造。
請求項１、２、３のいずれかに記載の放熱器構造を備えていることを特徴とする、サーボドライバ。