JP6489842B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関するものである。

主軸同期モータを駆動するモータ制御装置は、主回路基板と制御基板、そして、ダイナミックブレーキ抵抗や、突入防止抵抗、筐体を有している。
主回路基板には、ヒューズやコンバータ出力を平滑化する電解コンデンサなどの大型部品が搭載されている。
制御基板には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。
筐体は、主回路基板や制御基板、ダイナミックブレーキ抵抗や突入防止抵抗を支える板金とともに、コンバータやインバータの半導体素子を冷却する冷却フィンを有している。
このようなモータ制御装置は、機械を構成する制御盤に取り付けられる。
制御盤は、ボックス形状をしており、制御盤内部の背面にモータ制御装置を取り付けている。
モータ制御装置の発熱が大きい場合には、制御盤の外にモータ制御装置の冷却フィンを出し、いわゆる盤外冷却を行っている。

このようなモータ制御装置の薄型化を図った例として特許文献１がある。
特許文献１は、ユニットケースを偏平な略長方体形状としている。
このユニットケースの広面積側の壁に略平行に半導体モジュールを搭載したプリント板を配置している。ユニットケースの広面積側の壁に略平行に且つ一方の壁に片寄せて板状のヒートプレートを配置している。
そして、ヒートプレートの一部をユニットケース内に、他はユニットケース外に延ばし、ユニットケース内のヒートプレートに半導体モジュールの放熱用取付面を接触させている。
さらに、ユニットケース外のヒートプレートの両側に冷却フィンを接触させている。
且つ、これらの冷却フィンの高さとヒートプレートの厚みとの和がユニットケースの幅と略同一となるよう、ヒートプレートの一方の面に位置する冷却フィンの高さとヒートプレートの他方の面に位置する冷却フィンの高さを各々異ならせているモータ制御ユニットである。
このように特許文献１は、ヒートプレートを用いて薄型化を実現している。

しかし、ヒートプレートは高価であるという問題があった。
また、モータ制御装置の幅は狭いが、奥行きが大きくなるという問題があった。
特に冷却フィン部の奥行きが大きくなると、制御盤の奥行きも大きくなり、機械が大型になってしまうという問題があった。

特許文献２には、主回路部と、該主回路部に含まれるスイッチ素子のスイッチングを制御する制御回路と、から成るインバータ装置の、前記主回路部が、前記スイッチ素子としての半導体素子と放熱用冷却装置を備え、前記制御回路が電子部品を実装したプリント板から成る前記インバータ装置であって、１つの板金フレームに、前記主回路部を構成する半導体素子と放熱用冷却体を含む所要の電気部品を全て取り付け、該板金フレームを中心として、その上面を、前記制御回路を構成するプリント板を収納したケースを該フレームに取り付けることでカバーし、その左右両側部を、側板を該フレームに取り付けることでカバーし、その底面を、底板を該フレームに取り付けることでカバーし、さらに前記インバータ装置自体を、別個の箱体の内部に、取り付けるために用いる据付装置を該フレームに取り付け、全体としてユニット構造にしたことを特徴とする板金構造のインバータ装置が記載されている。
しかし、特許文献２では、板金を何枚も用いてモータ制御装置を構成しており、モータ制御装置も大型のため強度の高い板金が必要であり、板金コストが高くなるという問題があった。また、制御盤に設置した場合に、設置面積が大きくなってしまうという問題があった。
特許文献３には、自然冷却が良好にできる制御盤が記載されているが、制御盤の構成が複雑であり、また、制御盤の背面にモータ制御装置を取り付けており、モータ制御装置が制御盤の背面のかなりの面積を占め、エンドユーザが制御盤内に独自の制御装置を追加したい場合に、その余地がないという問題があった。

特開平５−３８１４４ 特開平５−２６０７６３ 特開平６−２８４５２２

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、少ない板金でコストを低減でき、耐振動性が高く、組立てが簡単で、制御盤に取り付けた時の設置面積が少ないモータ制御装置を提供する事を目的とする。

本発明のモータ制御装置は、半導体が搭載された主回路基板と、前記主回路基板を内包するケースと、前記半導体と接触して前記半導体が発生する熱を放熱する冷却フィンと、を有し、前記冷却フィンが、制御盤の側面の側面板に形成された貫通穴を貫通して前記制御盤の外部側に位置している。

好適には、前記半導体はコンバータ又はインバータを構成する。

好適には、前記ケースは、ベース板金及びカバーを有し、前記ベース板金は、少なくとも、前記側面板側の側板を有し、前記カバーは、少なくとも、前記側面板側とは反対側の内部側板を有し、前記主回路基板は、前記ベース板金に取り付けられている。

好適には、制御回路が形成される制御基板を有し、前記主回路基板及び前記制御基板は前記側面板と平行に配置されている。

好適には、前記制御基板は主回路基板側に部品を配置し、前記主回路基板は前記制御基板側に部品を配置している。

本発明によれば、少ない板金でコストを低減でき、耐振動性が高く、組立てが簡単で、制御盤に取り付けた時の設置面積が少ないモータ制御装置を提供することができる。

本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置の説明図である。 本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置が制御盤に取り付けられている状態の説明図である。 モータ制御装置の構成の説明図である。 冷却フィンと、制御盤右側面板と側板の構造関係を説明する説明図である。

以下、本発明に係る実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置の説明図である。

図１のように、モータ制御装置１は、ケース１１を有している。このケース１１は、ベース板金２０とカバー３０を有している。
また、ベース板金２０には、冷却フィン６０が取り付けられている。

図２は、本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置が制御盤に取り付けられている状態の説明図である。

図２のように、モータ制御装置１は、制御盤１００に取り付けられている。
制御盤１００は、少なくとも、制御盤右側面板１０１、制御盤裏面板１０２、制御盤左側面板１０３、制御盤上面板１０４及び制御盤底面板１０５を有している。
なお、制御盤１００は、制御盤右側面板１０１、制御盤裏面板１０２、制御盤左側面板１０３、制御盤上面板１０４及び制御盤底面板１０５、以外に、前面側に扉等が設けられていても良い。
制御盤１００は、制御盤右側面板１０１、制御盤裏面板１０２、制御盤左側面板１０３、制御盤上面板１０４及び制御盤底面板１０５によって、前面側が開いた箱形状を有している。
それによって、内部に制御盤内部空間１００ａを形成している。
この制御盤内部空間１００ａは、モータ制御装置１によって駆動される各種機械の制御機器、それらの配線、ユーザが操作する操作部（スイッチ）等が配置され得る。
その為、制御盤内部空間１００ａに配置されるモータ制御装置１はできるだけコンパクトであることが好ましい。さらに、制御盤内部空間１００ａに配置される他の機器の配置をできるだけ阻害しない位置に配置することが望ましい。

本実施形態のモータ制御装置１は、制御盤１００内の制御盤右側面板１０１に取り付けていることから、制御盤内部空間１００ａに配置される他の機器の配置をできるだけ阻害しないことが可能である。
つまり、制御盤裏面板１０２に取り付ける場合には、制御盤内部空間１００ａの中心付近に取り付けられることとなってしまう。これでは、他の機器を取り付ける空間を圧迫してしまう。それに対して、本実施形態のモータ制御装置１は、制御盤右側面板１０１に取り付けることから、制御盤内部空間１００ａの中心付近を空ける事ができ、他の機器を取り付けるための空間を提供することが可能となる。

また、ケース１１は、左右方向の厚みを薄く形成できる。これによって、図２のように、より一層、制御盤内部空間１００ａの中心付近を空ける事ができ、他の機器を取り付けるための空間を提供することが可能となる。
以上より、本実施形態のモータ制御装置１は、制御盤１００における空間をより有効活用ができる構成となっている。

なお、本実施形態では、モータ制御装置１は、制御盤右側面板１０１に取り付けているが、右側に限定する趣旨ではなく、左側であっても良い。

図３は、モータ制御装置１のより詳細な説明図である。

このケース１１内に、少なくとも主回路基板５０及び制御基板４０が収容される。

ベース板金２０は、側板２２、上側板２３、下側板２１、裏側板２４を有している。
もっとも、ベース板金２０は最低限、側板２２を有していれば足りる。
また、側板２２は、制御盤右側面板１０１と接する。また、側板２２は、制御盤右側面板１０１と各種の方法（例えば、ボルト・ナット、ビス止め等）によって連結されて位置を固定される。
側板２２は、ベース板金貫通穴２２ａが形成される。
このベース板金貫通穴２２ａの形状は、冷却フィン６０よりも小さな形状を有している。これによって、冷却フィン６０をベース板金２０に対して固定することができる。

上側板２３及び下側板２１は、ケース１１内の放熱を少しでも行うために、スリット状の冷却用穴が形成されていても良い。

裏側板２４の内部側位置には、ダイナミックブレーキ抵抗及び突入防止抵抗が配置されていても良い。この位置に、ダイナミックブレーキ抵抗及び突入防止抵抗が配置されていることから、配線の容易化を図ることが可能となる。

側板２２、上側板２３、下側板２１及び裏側板２４は、１枚の板から形成され、折り曲げ加工によって形成されていると好適である。それによって、容易にベース板金２０を製造することが可能となる。

なお、側板２２及び裏側板２４に、主回路基板５０、制御基板４０等のモータ制御装置１の主要な部品が配置されている。その為、モータ制御装置１の重量物のほとんどが側板２２側に配置されていることになる。

このカバー３０は、表側板３２と、内部側板３１とを有している。
この表側板３２と内部側板３１に加えて、ベース板金２０の側板２２、上側板２３、下側板２１、裏側板２４によって、ケース１１は６面全てが覆われる構造となっている。

表側板３２には、モータ制御装置１の内部の主回路基板５０、制御基板４０等の各種装置と制御盤内の他の装置等と接続するためのコード又はコネクタ類が通過する表面側貫通穴３２ａが複数形成されていても良い。
表面側貫通穴３２ａは、主回路基板５０と制御基板に搭載されるインターフェースと対応している。
なお、カバー３０は、少なくとも、表側板３２と内部側板３１のいずれか一方を有していれば足りる。
カバー３０も、１枚の板から形成され、折り曲げ加工によって形成されていると好適である。それによって、容易にカバー３０を製造することが可能となる。
また、カバー３０は、直接重量物が連結されていない構造となっているため、ベース板金２０と比較すると軽量であり、高強度を必要としない構造となっている。そのため、カバー３０は、軽量な材料で構成することも可能であり、薄い板金で形成することも可能であるし、樹脂等で形成することも可能である。

以上のように、ケース１１をカバー３０及びベース板金２０の２つの部材によって構成したことにより、板金の枚数を減らしコストを削減することが可能となっている。

主回路基板５０は、コンバータやインバータ等を構成する半導体５０ａが搭載されている。
この半導体５０ａはモータの駆動の際に大量の熱が発生する。その為、冷却フィン６０と接触させている。これによって、半導体５０ａの熱が冷却フィン６０を介して外部に排出される。
半導体５０ａは、主回路基板５０の制御盤側板２２側の位置に配置されている。
冷却フィン６０は、側板２２側に取り付けられている。
主回路基板５０に搭載される各種の電気部品などの基板の垂直方向において比較的大きな高さを有する電子部品（特に、ヒューズや電解コンデンサ）は、主回路基板５０の側板２２側に搭載されている。
これによって、主回路基板５０と側板２２との間に各種部品を配置することが可能となる。
また、複数の半導体５０ａを冷却フィンに対して適切に分布配置させることによって、冷却フィン６０を薄型化することが可能となっている。

制御基板４０は、制御用の電子部品等が配置され制御回路を形成している。
また、制御基板４０においても、基板の垂直方向に比較的大きな高さを有する電子部品は、主回路基板５０側に搭載されている。
これによって、制御基板４０と内部側板３１とを最低限の間隔で配置することが可能となる。

また、制御基板４０に搭載される上位装置等とのインターフェース（コネクタ等）は、制御基板４０では主回路基板５０側に配置されている。
そして、主回路基板５０に搭載される電源やモータ等とのインターフェース（コネクタ等）は、主回路基板５０では制御基板４０側に配置されている。
なお、これらインターフェースも基板の垂直方向に比較的大きな高さを有する。

主回路基板５０及び制御基板４０に搭載される電気部品（コンデンサ、インターフェース）は、主回路基板５０と制御基板４０との間に配置されていることから、主回路基板５０及び制御基板４０の各々の電子部品の位置を互いの空いている空間（干渉しない空間）に配置することによって、主回路基板５０と制御基板４０との間の位置をできるだけ近づけることが可能となる。
そして、それによって、モータ制御装置１全体の厚さ（側板２２と内部側板３１との間の距離）を小さくすることが可能となる。
また、冷却フィン６０をケース１１の外に出していることから、ケース１１の厚さ（≒側板２２と内部側板３１との間の距離）を小さくすることが可能となっている。

ここで、制御基板４０はスタッド７０等のスペーサによって、主回路基板５０との距離を所定の距離に保ちつつ主回路基板５０に対して固定される。
また、主回路基板５０自体も側板２２に固定されている。
そのため、主回路基板５０及び制御基板４０の両方が側板２２に固定されることになる。その結果、比較的重量のあるモータ制御装置１を構成する部品が側板２２に固定される構成となる。
そして、側板２２は、さらに、制御盤右側面板１０１に固定されることになるため、モータ制御装置１の内部構造のほとんどをより強固に固定することが可能となり、耐振動性を向上させることが可能となる。

制御盤右側面板１０１には、冷却フィン６０を制御盤１００の外部側位置に配置するための貫通穴１０１ａが形成されている。
ここで、貫通穴１０１ａは、冷却フィン６０が貫通するように、冷却フィン６０と相似形状であるが、僅かに大きな形状が好ましい。ただし、貫通穴１０１ａの形状は、冷却フィン６０を貫通して通過させることが可能であればよく、冷却フィン６０の形状と相似形状であることは必ずしも必要ない。
また、制御盤１００の外側にある冷却フィン６０を覆う、外側ケース１０が配置されている。
この外側ケース１０には、冷却フィン６０に風を送るためのファン１０ａが配置されている。
このファン１０ａによって、冷却フィン６０が強制冷却される。冷却フィン６０は、薄型のものを採用できるため、外側ケース１０も薄く構成することができる。
また、このように冷却フィン６０を制御盤１００の外側に配置したことから、制御盤内部空間１００ａの温度上昇を抑制しつつ、外部の空気を冷却に利用できることから、半導体５０ａの冷却を確実に行うことが可能となる。

このように構成したことから、最も重量のある冷却フィン６０は制御盤右側面板１０１を中心として、制御盤１００の外側に配置されている。
他方、前述のように主回路基板５０等は、制御盤右側面板１０１を中心として、制御盤１００の内側に配置されている。
これによって、制御盤右側面板１０１を中心に重量のバランスが取れた構成となる。その結果、耐振動性を向上させることが可能となる。

モータ制御装置１の組み立て方法について説明する。
ベース板金２０に冷却フィン６０を固定する。
そこに複数の半導体５０ａを搭載する。さらに、その半導体５０ａに主回路基板５０を取り付ける。
その後に、スタッド７０を介して、制御基板４０を搭載する。
そして、カバー３０を固定してモータ制御装置１を完成させる。

図４は、冷却フィン６０と、制御盤右側面板１０１と側板２２の構造関係を説明する説明図である。

図４のように、冷却フィン６０は、制御盤右側面板１０１に形成された貫通穴１０１ａを貫通して制御盤１００の外部に露出する構造となっている。そして、この露出した冷却ファンを覆うように外側ケース１０が位置している（図２も参照のこと）。
また、図４のように、冷却フィン６０は、側板２２に固定されている。

本発明における側面板の一例が、制御盤右側面板１０１及び制御盤左側面板１０３であるが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、使用の状況に合わせて構造を変化させることも可能である。

１ モータ制御装置
１０ 外側ケース
１０ａ ファン
１１ ケース
２０ ベース板金
２１ 下側板
２２ 側板
２２ａ ベース板金貫通穴
２３ 上側板
２４ 裏側板
３０ カバー
３１ 内部側板
３２ 表側板
３２ａ 表面側貫通穴
４０ 制御基板
５０ 主回路基板
５０ａ 半導体
６０ 冷却フィン
７０ スタッド
１００ 制御盤
１０１ 制御盤右側面板（側面板）
１０１ａ 貫通穴

Claims (5)

1. 半導体が搭載された主回路基板と、
   前記主回路基板を内包するケースと、
   前記半導体と接触して前記半導体が発生する熱を放熱する冷却フィンと、
   を有し、
   前記冷却フィンが、制御盤の側面の側面板に形成された貫通穴を貫通して前記制御盤の外部側に位置しており、
   前記冷却フィンを、前記側面板を中心として前記制御盤の外側に配置し、
   前記主回路基板を、前記側面板を中心として前記制御盤の内側に配置した
   モータ制御装置。
2. 前記半導体はコンバータ又はインバータを構成する
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ケースは、ベース板金及びカバーを有し、
   前記ベース板金は、少なくとも、前記側面板側の側板を有し、
   前記カバーは、少なくとも、前記側面板側とは反対側の内部側板を有し、
   前記主回路基板は、前記ベース板金に取り付けられている
   請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 制御回路が形成される制御基板を有し、
   前記主回路基板及び前記制御基板は前記側面板と平行に配置されている
   請求項１〜３いずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御基板は前記主回路基板側に部品を配置し、
   前記主回路基板は前記制御基板側に部品を配置している
   請求項４に記載のモータ制御装置。

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