JP4298891B2 - 制御ボックスの冷却装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御ボックスの冷却装置、詳しくは、工作機械等を制御する電気機器を収容してなる制御ボックス内部を効率良く冷却するための安価な制御ボックスの冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、制御ボックス内に収容される電気機器は、電源部、操作部、制御部などを構成する。なお、電源部は、例えば、外部からの200Vの交流電圧を100Vの交流電圧に変圧するトランス(T)や、100Vの交流電圧を24Vの直流電圧に降圧、整流するAC/DCコンバータや、電流路を開閉するブレーカ(CB)、マグネットスイッチ、リレーなどからなる。
【0003】
従来の制御ボックスは、大きな容積を有しており、電気機器は比較的小さな密度で収容されていた。このため、従来は、制御ボックス内部における熱対策の必要性は殆どなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近、制御ボックス内の電気機器の占有容積率の大幅な向上の要請があり、この要請に応じて、制御ボックスを小型化するとともに部品、機器を比較的高密度で配置する必要が生じるようになった。そして、電気機器の占有容積率の向上を図ろうとすると、発熱部主に電源部で発生した熱によって制御ボックス内の温度が上昇し、制御部など半導体素子を構成要素としている他の電気機器が熱によって誤作動、動作不良、劣化等するおそれが強くなるため、高価な冷却機を備えることが必要とされていた。
【0005】
本発明は、上記の点にかんがみなされたものであり、制御ボックス内の温度上昇を抑制することにより、熱による電気機器の不具合の発生を防止することを主な目的としてなされたものである。しかも、安価に構成できるものを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による制御ボックスの冷却装置は、制御ボックスの天井部の一部を構成し、波状の断面形状を有する放熱フィンと、駆動ファンと該駆動ファンの回転時に該駆動ファンから磁気吸引力又はローレンツ力を受けて該駆動ファンに追従して回転する従動ファンとを備えるツインファンであって、前記従動ファンが前記天井部の内側に、前記駆動ファンが前記天井部の外側に配されるツインファンと、前記天井部を上方から覆い、外気取入口と外気吐出口とを有するカバー部材と、を備え、前記駆動ファン及び前記従動ファンは、非磁性絶縁体からなる仕切板を挟んで対向配置されており、該仕切板は、前記天井部のツインファン取付孔を塞いでおり、前記従動ファンは、前記仕切板の片面に取着される従動側ブラケットと、該従動側ブラケットに従動側保持アームを介して固定される軸受と、該軸受に回転可能に保持されかつ前記仕切板に近接配置され、回転時に前記従動側回転体に磁気吸引力又はローレンツ力を作用する従動側回転体とを備えて構成され、前記従動側ブラケットは、前記放熱フィン側の側面に開口部を有しており、前記従動側回転体は、回転時に、前記従動側保持アーム側から空気を吸い込み前記従動側ブラケットの前記開口部から吐き出すよう動作し、前記従動側回転体が回転すると、前記放熱フィンの内面付近において波状断面と直交する方向の内気の流れが生じ、前記駆動ファンは、前記仕切板の他の片面に取着される駆動側ブラケットと、該駆動側ブラケットに駆動側保持アームを介して固定されるモータと、該モータの出力軸に連結されかつ前記仕切板に近接配置される駆動側回転体とを備えて構成され、前記駆動側ブラケットは、前記放熱フィン側の側面に開口部を有しており、前記駆動側回転体は、回転時に、前記駆動側ブラケットの前記開口部から空気を吸い込み前記駆動側保持アーム側から吐き出すよう動作し、前記駆動側回転体が回転すると、前記外気取入口から前記外気吐出口へ向かう外気の流れが生じ、かつ、該外気の流れは、前記放熱フィンの外面付近において、波状断面と直交する方向の流れとなることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
図1は、一実施形態の冷却装置が組み込まれた制御ボックスの分解斜視図、図2は、その放熱部の分解斜視図、図3は、制御ボックスの要部縦断面図をそれぞれ示す。
【0010】
(1) 冷却装置の構成
制御ボックスは、ボックス本体1とこのボックス本体1の前面開口部を開閉する扉2とを備え、冷却装置3は、放熱部31とツインファン32とカバー部材33とを備える。
【0011】
▲1▼放熱部31
ボックス本体1の天井部11は四角形状の切欠孔11aを有し、この切欠孔11aは、切欠孔11aよりも一回り大きな放熱部31としての放熱フィンによって塞がれている。放熱フィン31は波状の断面形状を有している。なお、本実施形態の放熱フィン31の断面形状は矩形波であるが、その他に三角波、正弦波等、大きな放熱面積を得ることが可能な形状であればよい。放熱フィン31は、その周縁部が切欠孔11aの周縁部にねじ止め等されて天井部11に固定される。波状断面と直交する方向における放熱フィン31の両端の上方突出部31aは、蓋部材31bによって塞がれており、放熱フィン31が天井部11に固定されたとき、切欠孔11aは放熱フィン31によって完全に塞がれ、外部からボックス本体1内部へ油、粉塵等の異物が侵入するのを防止することができる。
【0012】
▲2▼ツインファン32
天井部11は、切欠孔11aの近傍に複数(本実施形態では二つ)のツインファン取付孔11bを有し、各ツインファン取付孔11bにツインファン32が取り付けられている。
【0013】
ツインファン32は、図3に示すように、仕切板51と駆動ファン52と従動ファン53とを備える。
【0014】
仕切板51は、ツインファン取付孔11bの形状と略同一形状の合成樹脂材等非磁性絶縁体からなる。
【0015】
駆動ファン52は、仕切板51の片面51aに取着される駆動側ブラケット52aと、駆動側ブラケット52aに駆動側保持アーム52bを介して固定されるモータ52cと、モータ52cの出力軸に連結された駆動側回転体52dとを備えて構成される。
【0016】
駆動側回転体52dは、例えば図4に示すように、羽根車61と、この羽根車61の各羽根62の一部に設けられた磁性体部又はAl(アルミ)板等の非磁性導電体部63から構成される。各磁性体部又は各非磁性導電体部63は、仕切板51に近接して配置され、かつ、後述する永久磁石部77等に対し対向して配置される。
【0017】
駆動側回転体52dは、上記の如き構成のもの以外に、図5に示すように、羽根車64とこの羽根車64の回転軸に固着された円板65とから構成され、円板65に上記磁性体部又は非磁性導電体部63に相当する複数の磁性体部又は非磁性導電体部66を設け、これらの磁性体部又は非磁性導電体部66を仕切板51に近接配置させて構成したものであってもよい。
【0018】
また、円板65そのものが磁性体又は非磁性導電体からなるものであってもよく、この場合、円板65を、銅メッキが施されたAl板により構成すると、銅メッキにより導電率が向上する(後述する渦電流が増大する)とともに軽量化が図られる。
【0019】
さらに、円板65の他の実施形態を図6に示す。図6に示す円板65は、母材として非磁性導電材料(例えばオーステナイト系ステンレス)が使用され、かつ、非磁性導電材料に局所的に機械的加工が施されて磁性化(マルテンサイト変態)された磁性体部67を有する。その他、円板65は、Al板等の非磁性導電体に局所的に磁性メッキ例えばNiメッキを施して磁性体部が形成されたもの、あるいは、Al板等の非磁性導電体に磁性メッキ例えばNiメッキを全体に施したもの、あるいは、非磁性導電体に部分的に駆動側永久磁石部又は磁性体部を付加したものであってもよい。
【0020】
駆動側ブラケット52aは、放熱フィン31側の側面に開口部68を有しており、駆動ファン52は、回転時に、開口部68から空気を吸い込み駆動側保持アーム52b側から吐き出すよう動作する。
【0021】
一方、従動ファン53は、仕切板51の他の片面51bに取着される従動側ブラケット53aと、従動側ブラケット53aに従動側保持アーム53bを介して固定される軸受53cと、軸受53cに回転可能に保持される従動側回転体53dとを備えて構成される。
【0022】
従動側回転体53dは、例えば図7に示すように、羽根車71と、この羽根車71の各羽根72の一部に設けられた永久磁石部73とから構成される。各永久磁石部73は、仕切板51に近接して配置される。従動側回転体53dは、上記の如き構成のもの以外に、図8に示すように、羽根車74とこの羽根車74の回転軸に固着された円板75とから構成され、円板75に上記永久磁石部73に相当する複数の永久磁石部76を設け、これらの永久磁石部76を仕切板51に近接配置させて構成したものであってもよい。
【0023】
従動側ブラケット53aは、放熱フィン31側の側面に開口部77を有しており、従動ファン53は、回転時に、従動側保持アーム53b側から空気を吸い込み開口部77から吐き出すよう動作する。
【0024】
上記のように構成されたツインファン32を天井部11に取り付ける方法の一例としては、リング状の内側取付板81を天井部11の内側からツインファン取付孔11bの周縁部にねじ止め又は溶接等により固定し、ツインファン取付孔11bに上方からツインファン32の従動ファン53を挿入し、仕切板51を内側取付板81で受け止めるようにし、さらに、リング状の外側取付板82を天井部11の外側からツインファン取付孔11bの周縁部にねじ止め又は溶接等により固定する。このような操作によって、ツインファン32は天井部11に固定され、仕切板51はツインファン取付孔11bを完全に塞ぎ、外部からボックス本体1内部へ油、粉塵等の異物が侵入するのを防止することができる。
【0025】
▲3▼カバー部材33
カバー部材33は、放熱フィン31及びツインファン32が取り付けられた天井部11の周縁部にねじ止め又は溶接等により取り付けられる。カバー部材33は、高さが比較的低い六面体からなる箱の下面と放熱フィン31側に配される側面とを切り欠いたような全体形状をしており、上面のうちツインファン32の上端付近に位置する部位に切欠孔33aが形成されている。ここで、カバー部材33の側面の切欠部33bは外気取入口を構成し、また、上面の切欠孔33aは外気吐出口を構成する。
【0026】
(2) 冷却装置3の動作
次に、上記のように構成された冷却装置3の動作を説明する。
【0027】
駆動ファン52のモータ52cが回転すると、駆動側回転体52dが回転する。
【0028】
駆動側回転体52dが磁性体部を有するタイプである場合、該磁性体部は従動側回転体53dの永久磁石部73又は76の磁界により磁化され、永久磁石部73又は76との間に磁気吸引力が作用するようになり、従動側回転体53dは駆動側回転体52dの回転に追従して回転する。
【0029】
また、駆動側回転体52dが非磁性導電体部を有するタイプである場合、非磁性導電体部において永久磁石部73又は76との相対的位置変化により渦電流が発生し、該渦電流に対しローレンツ力が作用し、その反作用が永久磁石部73又は76に作用することにより、従動側回転体53dは駆動側回転体52dの回転に追従して回転する。
【0030】
また、駆動側回転体52dが磁性体部又は駆動側永久磁石部と非磁性導電体部との両者を備えるタイプである場合、磁性体部又は駆動側永久磁石部による磁気吸引力が従動側永久磁石部73又は76に作用することにより、及び、非磁性導電体部において従動側永久磁石部73又は76との相対的位置変化により渦電流が発生し渦電流に対しローレンツ力が作用し、その反作用が従動側永久磁石部73又は76に作用することにより、従動ファン53が駆動ファン52の回転に追従して回転する。
【0031】
このように、駆動ファン52が回転すると、従動ファン53も駆動ファン52の回転に追従して回転する。
【0032】
従動ファン53の回転により、ボックス本体1の内部の空気が従動側保持アーム53b側から吸い込まれて開口部77から吐き出され、この吐き出された空気は放熱フィン31の内面に沿って流れる(図3図示矢印a参照)。この内気の流れは、放熱フィン31の波状断面と直交する方向の流れとなる。
【0033】
一方、駆動ファン52の回転により、カバー部材33の内部の空気が開口部68から吸い込まれ駆動側保持アーム52b側から吐き出される。このため、カバー部材33の外気取入口33bから外気吐出口33aへ向かう外気の流れ(図3図示矢印a参照)が生じる。この外気の流れは、放熱フィン31の外面付近において、波状断面と直交する方向の流れとなり、このときの流路抵抗は小さく、モータ52cの負荷は小さい。
【0034】
このように、放熱フィン31の内面付近には、ボックス内部の比較的高温の内気が流れ、放熱フィン31の外面付近には、比較的低温の外気が流れる。このため、外気によって放熱フィン31が冷却され、放熱フィン31の内面付近の内気は冷却されて下降し、ボックス内部に循環気流が生じる。したがって、ボックス本体1内の内気の温度上昇は抑制される。
【0035】
なお、駆動ファン52をボックス本体1の内部に、従動ファン53をボックス本体1の外部に設けるようにしても上記と同様の作用効果が期待できる。
【0036】
以上説明したように、本実施形態の制御ボックスの冷却装置3は、制御ボックスの天井部11の一部を構成し、波状の断面形状を有する放熱部31と、駆動ファン52と該駆動ファン52の回転時に該駆動ファン52から磁気吸引力又はローレンツ力を受けて該駆動ファン52に追従して回転する従動ファン53とを備えるツインファン32であって、いずれか一方のファン例えば53が前記天井部11の内側に、他方のファン例えば52が前記天井部11の外側に配されるツインファン32と、前記天井部11を上方から覆い、外気取入口33bと外気吐出口33aとを有するカバー部材33とを備え、前記天井部11の内側の前記ファン53が回転すると、前記放熱部31の内面付近において波状断面と直交する方向の内気の流れが生じ、かつ、前記天井部11の外側のファン52が回転すると、前記外気取入口33bから前記外気吐出口33aへ向かう外気の流れが生じ、かつ、該外気の流れは、前記放熱部31の外面付近において、波状断面と直交する方向の流れとなることを特徴とする。
【0037】
このため、安価な構成によって制御ボックス内の温度上昇を抑制することができ、熱による電気機器の不具合の発生を防止することができる。
【0038】
また、前記駆動ファン52及び前記従動ファン53は、非磁性絶縁体からなる仕切板51を挟んで対向配置されており、該仕切板51は、前記天井部11のツインファン取付孔11bを塞いでいるため、外部からボックス本体1内への油、粉塵等の侵入を防止することができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によると、安価な構成によって制御ボックス内の温度上昇を抑制することができ、熱による電気機器の不具合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による一実施形態の冷却装置が組み込まれた制御ボックスの分解斜視図である。
【図2】その放熱部の分解斜視図である。
【図3】制御ボックスの要部縦断面図である。
【図4】駆動側回転体の正面図である。
【図5】駆動側回転体の変形例の構成図である。
【図6】駆動側回転体の他の変形例の正面図である。
【図7】従動側回転体の正面図である。
【図8】従動側回転体の変形例の構成図である。
【符号の説明】
3 冷却装置
11 天井部
11a ツインファン取付孔
31 放熱フィン
32 ツインファン
33 カバー部材
33a 外気吐出口
33b 外気取入口
51 仕切板
51a、51b 片面
52 駆動ファン
52a 駆動側ブラケット
52b 駆動側保持アーム
52c モータ
52d 駆動側回転体
53 従動ファン
53a 従動側ブラケット
53b 従動側保持アーム
53c 軸受
53d 従動側回転体
68 開口部
77 開口部

Claims (1)

  1. 制御ボックスの天井部の一部を構成し、波状の断面形状を有する放熱フィンと、
    駆動ファンと該駆動ファンの回転時に該駆動ファンから磁気吸引力又はローレンツ力を受けて該駆動ファンに追従して回転する従動ファンとを備えるツインファンであって、前記従動ファンが前記天井部の内側に、前記駆動ファンが前記天井部の外側に配されるツインファンと、
    前記天井部を上方から覆い、外気取入口と外気吐出口とを有するカバー部材と、
    を備え、
    前記駆動ファン及び前記従動ファンは、非磁性絶縁体からなる仕切板を挟んで対向配置されており、該仕切板は、前記天井部のツインファン取付孔を塞いでおり、
    前記従動ファンは、前記仕切板の片面に取着される従動側ブラケットと、該従動側ブラケットに従動側保持アームを介して固定される軸受と、該軸受に回転可能に保持されかつ前記仕切板に近接配置される従動側回転体とを備えて構成され、
    前記従動側ブラケットは、前記放熱フィン側の側面に開口部を有しており、前記従動側回転体は、回転時に、前記従動側保持アーム側から空気を吸い込み前記従動側ブラケットの前記開口部から吐き出すよう動作し、前記従動側回転体が回転すると、前記放熱フィンの内面付近において波状断面と直交する方向の内気の流れが生じ、
    前記駆動ファンは、前記仕切板の他の片面に取着される駆動側ブラケットと、該駆動側ブラケットに駆動側保持アームを介して固定されるモータと、該モータの出力軸に連結されかつ前記仕切板に近接配置され、回転時に前記従動側回転体に磁気吸引力又はローレンツ力を作用する駆動側回転体とを備えて構成され、
    前記駆動側ブラケットは、前記放熱フィン側の側面に開口部を有しており、前記駆動側回転体は、回転時に、前記駆動側ブラケットの前記開口部から空気を吸い込み前記駆動側保持アーム側から吐き出すよう動作し、前記駆動側回転体が回転すると、前記外気取入口から前記外気吐出口へ向かう外気の流れが生じ、かつ、該外気の流れは、前記放熱フィンの外面付近において、波状断面と直交する方向の流れとなる
    ことを特徴とする制御ボックスの冷却装置。
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