JP6282966B2 - モータ制御ユニット - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御ユニットの構造に関する。

モータ等の制御を行うモータ制御ユニットは、主回路基板と制御回路基板を備える筐体から構成されている。
この主回路基板には、コンバータやインバータを構成する半導体素子や電解コンデンサなど、発熱量の大きな大型部品が搭載されている。
また、制御回路基板には、ＣＰＵやＩＣなどのインバータを制御する回路部品が搭載されている。

モータ制御ユニットの筐体は、主回路基板と制御回路基板を支える板金から構成されている。
また、モータ制御ユニットは、通常、冷却フィンおよび冷却ファンを備えている。この冷却フィンおよび冷却ファンは、基板に搭載されたコンバータを構成する半導体素子、及び、基板に搭載されたインバータを構成する半導体素子、等の回路部品を冷却する。

このようなモータ制御ユニットは、加工装置などの機械を構成する制御盤に取り付けられる。
制御盤は、直方体形状をしている。
そして、モータ制御ユニットは、制御盤の背面側の内部または外部に取り付けられる。例えば、モータ制御ユニット内部の発熱が大きな場合は、特許文献１に示すように制御盤の外にモータ制御ユニットの放熱フィンが出るように構成する。これにより盤外冷却が行われる。

特許文献２では、放熱用冷却装置を備えたユニット構造のインバータ装置を、板金フレームとケースと側板と底板で構成している。
また、特許文献３では、自然冷却が良好にできる制御盤が記載されている。

特開平５―３８１４４号公報 特開平５―２６０７６３号公報 特開平６―２８４５２２号公報

しかしながら、特許文献１においては、ヒートプレートの一部をユニットの内部に、ヒートプレートの残りの部分を外部に出るように配置している。さらに、特許文献１においては、ユニットケースを偏平なほぼ直方体形状としている。
これによって、重心が定まらないため、制御盤への取付バランスが悪い。
また、制御盤の取付面に対して垂直方向に延設されている。このため、制御盤の内部においても、外部に置いてもスペースを使ってしまい、空間の有効利用が難しい。
さらにまた、ヒートプレート自体が高価であるため、コスト高となる。

また、特許文献２では、複数枚の板金を用いるため、板金コストが高くなる。
さらに、特許文献３では、自然冷却を良好に行うための制御盤の構造が複雑となる。また、制御盤の背面に取り付けたモータ制御装置が、制御盤の背面において大きなスペースを使用するため、制御盤内の空間の有効利用が難しい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ制御ユニットを取り付ける制御盤の内部と外部における空間を有効に利用でき、簡易でコストが低いモータ制御ユニットを提供することである。

本発明のモータ制御ユニットは、基部板部と、基部板部の左右の辺において、基部板部の面に対してほぼ垂直に接続される左側板部と右側板部と、基部板部の上辺において、基部板部の面に対してほぼ垂直に接続される天板部と、基部板部の下辺において、基部板部の面に対してほぼ垂直に接続される底板部とを有し、基部板部と左側板部と右側板部と天板部と底板部によって直方体形状の筐体を構成し、筐体は、一面が開放した開放部を有し、筐体は、筐体を内包できる大きさの制御盤に配置され、筐体には、制御対象装置への電力供給を行う半導体素子と、半導体素子が発熱した熱を放熱する放熱部が配置され、放熱部は、制御盤に取り付けた状態で制御盤の板側に配置されている。

好適には、上記構成において、制御盤の板側が開放部を覆うように配置される。

好適には、上記構成において、基部板部と左側板部と右側板部と天板部と底板部が、１枚の板から形成されている。

好適には、上記構成において、放熱部を冷却するための空気は、制御盤の内部に配置された状態において、上下方向に風が流れるように形成されている。

好適には、上記構成において、主回路基板が基部板部に沿って平行に配置され、制御回路基板が制御盤に取り付けた状態で制御盤の板側に配置され、主回路基板と制御回路基板を接続する接続部を備える。

本発明におけるモータ制御ユニットによって、制御盤の内部と外部における空間を有効に利用でき、簡易でコストが低いモータ制御ユニットを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るモータ制御ユニットの一部透視斜視図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御ユニットの筐体を開いた状態での斜視図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御ユニットの筐体を開いた筐体の平面図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御ユニットを取り付けた制御盤の一部透視斜視図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御ユニットを取り付けた制御盤の上面断面図である。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御ユニット１の一部透視斜視図である。
図２は、本発明の実施形態に係るモータ制御ユニット１の筐体を開いた状態での斜視図である。
紙面においてＸ軸はモータ制御ユニット１の上下方向、Ｙ軸はモータ制御ユニット１の奥行・厚さ方向、Ｚ軸はモータ制御ユニット１の幅方向を示している。

モータ制御ユニット１は、基部板部２と、基部板部２の左右の辺において、基部板部２の面に対してほぼ垂直に接続される左側板部３と右側板部４と、基部板部２の上辺において、基部板部２の面に対してほぼ垂直に接続される天板部５と、基部板部２の下辺において、基部板部２の面に対してほぼ垂直に接続される底板部６から形成される筐体により構成される。筐体は、筐体を内包できる大きさの制御盤に配置される。

筐体は、基部板部２と左側板部３と右側板部４と天板部５と底板部６によって、一面が開放した直方体形状となっている。つまり、筐体は、一面が開放した開放部１６を有する。したがって、制御盤の板側が開放部１６を覆うように配置される。モータ制御ユニット１は、制御盤の内面に当接されるように、筐体の開放された一面側が配置される。なお、制御盤の板側が筐体の開放された一面側（開放部１６）を覆うように配置されればよいので、制御盤の外面側の板側が開放部１６を覆うように配置されてもよい。

筐体は、制御対象装置への電力供給を行う半導体素子と、半導体素子が発熱した熱を放熱する冷却フィン１３やファン１４等の放熱部を備えている。
そして、筐体には、基部板部２から筐体の内部側に向かって（Ｙ軸方向）、半導体素子、放熱部の順番で備えられている。
冷却フィン１３とファン１４は、筐体板金に固定される。
なお、半導体（パワートランジスタ）は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などが用いられる。

筐体には、主回路基板１０と制御回路基板１１と接続基板１２が備えられている。
主回路基板１０は、電解コンデンサ、スイッチング電源、コンバータやインバータを構成する半導体素子が実装される。
主回路基板１０は、平板状の基部板部２に対して平行に備えられる。例えば、主回路基板１０は、基部板部２にスタッド１５（鋲）によって筐体の板金に固定され、取り付けられる。

平板状の制御回路基板１１は、筐体の開放された一面側に備えられる。例えば、制御回路基板１１は、基部板部２からＹ軸方向（厚さ方向）に延びるスタッド１５によって取り付けられる。
ここで、図１において制御回路基板１１は、２点鎖線で示されている。
平板状の接続基板１２は、主回路基板１０と制御回路基板１１を接続する基板であり、筐体の右側に備えられた冷却フィン１３に平行して備えられる。つまり、モータ制御ユニット１は、主回路基板１０が基部板部２に沿って平行に配置され、制御回路基板１１が制御盤１００に取り付けた状態で制御盤１００の板側に配置され、主回路基板１０と制御回路基板１１を接続するコネクタや接続基板１２である接続部を備える。実施形態では主回路基板１０と制御回路基板１１を接続する部位を接続基板１２としたが、コネクタによって接続されてもよい。
なお、図２において、制御回路基板１１は描かれていない。

主回路基板１０の上には、制御回路基板１１との接続を行う接続基板１２がコネクタを通して搭載される。
また、主回路基板１０には、スタッド１５が搭載され、スタッド１５を通して制御回路基板１１を搭載する。
このような構造にする事により、最も重量のある冷却フィン１３が、モータ制御ユニット１の取付面に近い位置に配置される。
これにより、重心がモータ制御ユニット１の取付面に近い位置になるため、耐振動特性が向上する。また、主回路基板１０の部品実装面と制御回路基板１１の部品実装面とを向き合わせることにより、スペースを有効利用し、薄型化が達成される。

冷却フィン１３は、主回路基板１０に設けられたコンバータやインバータを構成する半導体素子や電解コンデンサなど、発熱量の大きな大型部品から発熱を効率よく冷却する位置に設けられている。
ファン１４は、モータ制御ユニット１の外部からの空気を取り込み、放熱部である冷却フィン１３に対して上下方向に風が流れるように形成されている。これにより、冷却フィン１３を冷却するための空気は、制御盤１００の内部に配置された状態において、上下方向に風が流れる。

天板部５は、筐体内部の熱を逃がすために空気穴５Ｓを複数備えている。
また、ファン１４による空気の取込み部には、ファン用空気穴５Ｆが設けられている。
天板部５には天板部側取付部５ａが延設されている。天板部側取付部５ａは制御盤１００にネジで取り付けるためのネジ穴５Ｈが複数設けられている。

底板部６は、筐体内部の熱を逃がすために空気穴６Ｓを複数備えている。
底板部６には底板部側取付部６ａが延設されている。
底板部側取付部６ａは制御盤１００にネジで取り付けるためのネジ穴６Ｈが複数設けられている。このように、制御盤１００の側面側の板金をモータ制御ユニット１の開放された一面を塞ぐ板として共用することで、板金の使用量を削減している。

図３は、本発明の実施形態に係るモータ制御ユニット１の筐体を開いた筐体の平面図である。
基部板部２と左側板部３と右側板部４と天板部５と底板部６が、１枚の板から形成されている。
ここで、左側板部３および右側板部４の合計面積が、基部板部２の面積よりも小さくなっている。
また、左側板部３の幅３Ａと右側板部４の幅４Ａが、基部板部２の幅２Ａよりも小さくなっている。
以上のように、モータ制御ユニット１は１枚の板から形成されている筐体で構成されているため、簡易でコストが低く製造することができる。
また、板金を減らしても、上記のような構成にすると、冷却フィン１３やファン１４などの重量のある部品が制御盤１００の側面側に接するように配置することが可能となる。これによって、モータ制御ユニット１の配置が安定し、耐振動性が劣化しない。また、制御盤１００の側面側の板金をモータ制御ユニット１の開放された一面を塞ぐ板として共用することにより、モータ制御ユニット１の一面がなくても耐ノイズ特性が低下しない。

図４は、本発明の実施形態に係るモータ制御ユニット１を取り付けた制御盤１００の一部透視斜視図である。
制御盤１００の側面側であって、制御盤１００の内面に当接されるように、モータ制御ユニット１の開放された一面側を配置する。ここで当接とは、筐体の開放された一面側においても、筐体の端の部分（辺）が制御盤の内面に接していることであり、筐体の端（辺）が当たっている状態でくっついている状態を示している。
上述したようにモータ制御ユニット１の筐体は、左側板部３および右側板部４の合計面積が、基部板部２の面積よりも小さくなっている。
また、左側板部３の幅３Ａと右側板部４の幅４Ａが、基部板部２の幅２Ａよりも小さくなっている。
このため、制御盤１００の内部において、小さいスペースで配置できる。また、制御盤１００の側面に近い側に、モータ制御ユニット１の重心位置があるため、設置による取付けバランスがよい。このため耐振動性や耐ノイズ特性が良い。

側面板金がない状態のモータ制御ユニット１では、ノイズ耐量などの低下が懸念される。しかし、本実施形態では、制御盤の板金によって代用することにより、ノイズ耐量などの低下の問題は生じない。

図５は、本発明の実施形態に係るモータ制御ユニット１を取り付けた制御盤の上面断面図である。
制御盤１００の側面部分の板金に対してコの字状の筐体が設けられる。
図５では、筐体は、基部板部２と左側板部３と右側板部４から構成されている。
筐体には、主回路基板１０と制御回路基板１１がスタッド１５を通して搭載されている。
主回路基板１０と制御回路基板１１は、接続基板１２によって電気的に接続されている。

発熱量が大きい半導体素子２０は、主回路基板１０の冷却フィン１３に近い部分に搭載されている。
半導体素子２０からの熱は、冷却フィン１３を介して放熱される。
また、ファン１４によって、上下方向に風が流れるため、より効率的に放熱される。
さらに放熱により温かくなった空気は、天板部５の空気穴５Ｓや底板部６の空気穴６Ｓからモータ制御ユニット１の外に放出される。

次に、モータ制御ユニット１の組み立てについて説明する。モータ制御ユニット１の組み立ては、まず、展開状態の板金（図３で示した状態）を直方体形状になるように折る。
具体的には、基部板部２の左の辺において、左側板部３を基部板部２の面に対してほぼ垂直に折る。
同様に、基部板部２の右の辺において、右側板部４を基部板部２の面に対してほぼ垂直に折る。
次に、基部板部２の上辺において、天板部５を基部板部２の面に対してほぼ垂直に折る。
さらに、基部板部２の下辺において、底板部６を基部板部２の面に対してほぼ垂直に折る。
これにより、直方体形状の筐体が形成される。または、直方体形状に折られたものを入手してもよい。

次に、主回路基板１０に冷却フィン１３を搭載させ、この主回路基板１０を筐体の板金に固定する。
さらに接続基板１２を主回路基板１０に搭載する。
最後に制御回路基板１１を搭載する。
以上のように、モータ制御ユニット１の組み立ては非常に簡単なものとなる。

＜実施形態の構成及び効果＞
本実施形態のモータ制御ユニット１は、基部板部２と、基部板部２の左右の辺において、基部板部２の面に対してほぼ垂直に接続される左側板部３と右側板部４と、基部板部２の上辺において、基部板部２の面に対してほぼ垂直に接続される天板部５と、基部板部２の下辺において、基部板部２の面に対してほぼ垂直に接続される底板部６とを有し、基部板部２と左側板部３と右側板部４と天板部５と底板部６によって直方体形状の筐体を構成し、筐体は、一面が開放した開放部１６を有し、筐体は、筐体を内包できる大きさの制御盤に配置され、筐体には、制御対象装置への電力供給を行う半導体素子２０と、半導体素子２０が発熱した熱を放熱する放熱部（冷却フィン１３、ファン１４）が配置され、放熱部は、制御盤に取り付けた状態で制御盤の板側に配置されている。

このような構成を有することから、制御盤１００に取り付けるモータ制御ユニット１が小さく、制御盤の内部と外部における空間を有効に利用できる。

また、モータ制御ユニット１は、制御盤１００の板側が開放部１６を覆うように配置される。
このように放熱部が筐体の開放された一面側に配置されることになるため、重量がある放熱部が制御盤の板側に当接されるように配置され、安定感があり、耐振動性、耐ノイズ特性が向上できる。

また、基部板部２と左側板部３と右側板部４と天板部５と底板部６が、１枚の板から形成されている。
このような構成を有することによって、簡易でコストが低く製造することができる

また、放熱部（冷却フィン１３、ファン１４）を冷却するための空気は、制御盤１００の内部に配置された状態において、上下方向に風が流れるように形成されている。
このような構成を有することによって、効率的にモータ制御ユニット１において発熱量が大きい半導体素子２０を効率的に冷却することができる。

また、モータ制御ユニット１は、主回路基板１０が基部板部２に沿って平行に配置され、制御回路基板１１が制御盤１００に取り付けた状態で制御盤１００の板側に配置され、主回路基板１０と制御回路基板１１を接続する接続部（接続基板１２やコネクタ）を備える。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、様々な構造、構成であっても良い。例えば、直方体以外の形状であってもよい。
また、ファンの位置を上側に配置したが下側でもよい。さらに、上下方向に風が流れるようにファンを配置したが、左右方向に風が流れるようにファンを配置してもよい。

１ モータ制御ユニット
２ 基部板部
２Ａ 幅
３ 左側板部
３Ａ 幅
４ 右側板部
４Ａ 幅
５ 天板部
５ａ 天板部側取付部
５Ｆ ファン用空気穴
５Ｈ ネジ穴
５Ｓ 空気穴
６ 底板部
６ａ 底板部側取付部
６Ｈ ネジ穴
６Ｓ 空気穴
１０ 主回路基板
１１ 制御回路基板
１２ 接続基板
１３ 冷却フィン
１４ ファン
１５ スタッド
１６ 開放部
２０ 半導体素子
１００ 制御盤

Claims (3)

1. 基部板部と、前記基部板部の左右の辺において、前記基部板部の面に対してほぼ垂直に接続される左側板部と右側板部と、前記基部板部の上辺において、前記基部板部の面に対してほぼ垂直に接続される天板部と、前記基部板部の下辺において、前記基部板部の面に対してほぼ垂直に接続される底板部とを有するモータ制御ユニットであって、
   前記基部板部と前記左側板部と前記右側板部と前記天板部と前記底板部によって直方体形状の筐体を構成し、
   前記筐体は、一面が開放した開放部を有し、
   前記筐体は、前記筐体を内包できる大きさの制御盤に配置され、
   前記開放部は、前記モータ制御ユニットを前記制御盤に取り付けたとき前記制御盤の板側が前記開放部を覆う位置に形成されており、
   前記基部板部と前記左側板部と前記右側板部と前記天板部と前記底板部は、１枚の板から形成されており、
   前記筐体には、
   制御対象装置への電力供給を行う半導体素子と、
   前記半導体素子が発熱した熱を放熱する放熱部が配置され、
   前記放熱部は、前記モータ制御ユニットを前記制御盤に取り付けたとき前記放熱部が前記制御盤の板側に対して当接される位置に配置されている
   モータ制御ユニット。
2. 前記放熱部を冷却するための空気は、前記制御盤の内部に配置された状態において、上下方向に風が流れるように形成されている
   請求項１記載のモータ制御ユニット。
3. 主回路基板が前記基部板部に沿って平行に配置され、
   制御回路基板が前記制御盤に取り付けた状態で前記制御盤の板側に配置され、
   前記主回路基板と前記制御回路基板を接続する接続部を備える
   請求項１または２記載のモータ制御ユニット。

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