JP6499698B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ファンモータによる冷却機構を設けたモータ駆動装置に関する。

従来より、プリント基板に取り付けられた発熱する素子（以下、発熱素子という）を冷却するためのヒートシンクとファンモータとを備えるモータ駆動装置が知られている。ヒートシンクは、熱伝導グリスやソルダリング等を介して発熱素子に隣接して配置されて、装着される。ヒートシンクは、熱伝導グリスやソルダリング等を介して発熱素子との間で熱交換する。ヒートシンクは、ファンモータにより作られた冷却用の空気の風（以下、冷却風ともいう）に曝されることにより、空気との間で熱交換する。

ヒートシンクとファンモータとを用いた冷却構造として、ヒートパイプと集熱板を用いて発熱が大きい素子からヒートシンクに熱を伝えることにより、部品を冷却する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、部分的にダクト型になっているヒートシンクとファンモータとを組み合わせることで、発熱が大きい素子を効率的に冷却する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−８７９５６号公報 特開２００７−５６００号公報

特許文献１に開示された装置では、集熱板が発熱素子に対して取り付けられている。集熱板には、ヒートパイプが連結されている。そして、ヒートパイプは、ヒートシンクに取り付けられる。また、特許文献２に開示された装置では、ヒートシンクのダクトにファンモータにより作られた気流を流している。特許文献１及び特許文献２に記載のいずれの装置も、発熱素子を冷却することができる。

一方で、発熱素子の周囲にも熱に弱い別の素子や、自身が発熱する別の素子（例えば、電解コンデンサ等）が設けられることが一般的である。このような別の素子の熱を放置すると、熱暴走や、劣化速度の上昇、素子の破損等に繋がる場合があり得る。そこで、発熱素子の周囲の別の素子も冷却することができれば、大変有用である。

本発明は、ファンモータによる冷却機構を設けたモータ駆動装置であって、冷却機能をさらに向上させることにより発熱素子の周囲の別の素子も冷却することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、プリント基板（例えば、後述するプリント基板１０）上の発熱素子（例えば、後述する発熱素子２０）との間で熱交換することにより発熱素子を冷却するヒートシンク（例えば、後述するヒートシンク４０）と、ファンモータ（例えば、後述するファンモータ５０）とを有するモータ駆動装置（例えば、後述するモータ駆動装置１）であって、前記ヒートシンクは、発熱素子に隣接して配置される筒状の本体部（例えば、後述する本体部４１）であって、冷却風（例えば、後述する冷却風Ｆ１）が流通する通風路（例えば、後述する通風路４３）を有する本体部と、前記本体部の露出する外周面から前記通風路に連通する連通穴（例えば、後述する連通穴４２）と、を備え、前記ファンモータは、前記通風路を流通する冷却風を生成するモータ駆動装置に関する。

（２） （１）のモータ駆動装置において、前記連通穴は、前記本体部の外周面から前記冷却風の下流側に傾斜して前記通風路に連通するのが好ましい。

（３） （１）又は（２）のモータ駆動装置において、前記モータ駆動装置は、前記本体部の外周面から突出し、前記連通穴を介して前記通風路に連通する筒状の枝状部（例えば、後述する枝状部４４）を更に備えるのが好ましい。

（４） （３）のモータ駆動装置において、前記枝状部は、熱伝導性を有する部材であり、前記発熱素子の周辺に配置された別の素子（例えば、後述する周辺素子３０）に近接して配置されるのが好ましい。

本発明によれば、ファンモータによる冷却機構を設けたモータ駆動装置であって、冷却機能をさらに向上させることにより発熱素子の周囲の別の素子も冷却することが可能なモータ制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置を示す概略平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 第２実施形態に係るモータ駆動装置のヒートシンクを示す概略平面図である。 第３実施形態に係るモータ駆動装置を示す概略平面図である。 第４実施形態に係るモータ駆動装置を示す概略平面図である。 第３実施形態及び第４実施形態に係るモータ駆動装置の変形例を示す概略側面図である。

以下、本発明の各実施形態に係るモータ駆動装置１について、図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置１を示す概略平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、第２実施形態に係るモータ駆動装置１のヒートシンク４０を示す概略平面図である。図４は、第３実施形態に係るモータ駆動装置１を示す概略平面図である。図５は、第４実施形態に係るモータ駆動装置１を示す概略平面図である。図６は、第３実施形態及び第４実施形態に係るモータ駆動装置１の変形例を示す概略側面図である。

[第１実施形態]
まず、第１実施形態に係るモータ駆動装置１について、図１及び図２を参照して説明する。
モータ駆動装置１は、例えば、サーボアンプである。モータ駆動装置１は、箱状の筐体（図示せず）を有する。そして、モータ駆動装置１は、筐体（図示せず）の内部に、図１に示すように、プリント基板１０と、発熱素子２０と、発熱素子２０の周囲に配置される別の素子（以下、周辺素子３０という）と、ヒートシンク４０と、ファンモータ５０と、を備える。

プリント基板１０は、筐体（図示せず）の内部に設けられる。本実施形態において、プリント基板１０は、鉛直方向Ｒに板面を沿わせて配置される。

発熱素子２０は、例えば、インバータ等の比較的大電流を扱うパワー素子である。発熱素子２０は、プリント基板１０上に配置される。発熱素子２０は、比較的大電流を扱うことにより、より大きな熱を発生する。

周辺素子３０は、例えば、電解コンデンサである。周辺素子３０は、プリント基板１０上に配置される。周辺素子３０は、発熱素子２０よりも少量の熱を発生する。

ヒートシンク４０は、発熱素子２０との間で熱交換することにより、発熱素子２０の過熱を抑制する部材である。ヒートシンク４０は、発熱素子２０に隣接して配置される。なお、「隣接して配置」とは、ヒートシンクとしての熱交換による加熱の抑制機能を達成できるように配置されていることを意味する。例えば、ヒートシンク４０と発熱素子２０とが熱伝導性のグリス(図示せず)やソルダリング、熱伝導性のシート等の熱伝導性材料を介して両者の間に形成される空気層を除去して接触している態様が含まれる。ヒートシンク４０は、図１に示すように、本体部４１と、連通穴４２と、を備える。

本体部４１は、例えば、金属で形成される。本体部４１は、筒状に形成され、内部に通風路４３を備える。より具体的には、本体部４１は、図２に示すように、角筒状に形成される。本体部４１は、発熱素子２０に隣接して配置される。例えば、熱伝導性のグリス(図示せず)を介して、本体部４１の外周面の一面が発熱素子２０に接触する。

通風路４３は、本体部４１の内周面によって画定される風の流路であり、本体部４１をその長手方向に貫通する流路である。通風路４３は、例えば、本体部４１を冷却する冷却風Ｆ１が流通する流路であり、冷却風Ｆ１を流通可能な大きさ及び形状の断面で形成される。本実施形態において、通風路４３は、鉛直方向Ｒに沿って本体部４１を貫通する。

連通穴４２は、本体部４１の露出する外周面から通風路４３に連絡する。即ち、連通穴４２は、本体部４１の外周面から内周面に向けて貫通する風の流路である。連通穴４２は、通風路４３に沿って複数設けられる。即ち、連通穴４２は、鉛直方向Ｒに沿って複数設けられる。また、連通穴４２は、本体部４１の外周面のうち、周辺素子３０に対向する面から通風路４３に連絡する。複数の連通穴４２は、冷却風Ｆ１が流通可能な大きさ及び形状の断面で形成される。本実施形態において、連通穴４２は、図１に示すように、３つ設けられる。

ファンモータ５０は、その吸引力により、モータ駆動装置１内に空気の流れ（冷却風Ｆ１）を作ることにより、モータ駆動装置１内から熱を排出するために設けられる。ファンモータ５０は、ヒートシンク４０に隣接して配置される。具体的には、ファンモータ５０は、通風路４３の一方の開口に隣接して配置される。本実施形態において、ファンモータ５０は、通風路４３の鉛直方向Ｒの上方側の開口に隣接して配置される。

次に、ヒートシンク４０及びファンモータ５０を用いた発熱素子２０及び周辺素子３０の冷却動作について説明する。
まず、発熱素子２０は、動作することにより熱を発生する。また、周辺素子３０は、動作することにより熱を発生する。

ヒートシンク４０は、発熱素子２０との間で熱交換することにより加熱される。ファンモータ５０は、回転することにより、モータ駆動装置１の内部に冷却風Ｆ１を発生する。本実施形態において、ファンモータ５０は、回転することにより、モータ駆動装置１（筐体（図示せず））の内部から上方に熱を排出する冷却風Ｆ１を発生する。ファンモータ５０は、上方に熱を排出する冷却風Ｆ１を発生することにより、通風路４３を流れる冷却風Ｆ１を発生する。

通風路４３を流れる冷却風Ｆ１は、通風路４３の他方の開口から一方の開口に向けて流れる。また、通風路４３の内部に冷却風Ｆ１が発生することにより、本体部４１の周囲の雰囲気と、通風路４３内の雰囲気との間には気圧の差が発生する。即ち、本体部４１の周囲の雰囲気は正圧となり、通風路４３内の雰囲気は負圧となる。

本体部４１の周囲の雰囲気と通風路４３内の雰囲気との気圧差により、連通穴４２には、本体部４１の周囲から通風路４３に向けて流れる空気の流れＦ２が発生する。これにより、ヒートシンク４０の周辺に配置される発熱素子２０とは別の周辺素子３０が冷却される。具体的には、連通穴４２の開口（本体部４１の外周面に形成される開口）付近の周辺素子３０が空気の流れＦ２により冷却される。

以上の本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置１によれば、以下のような効果を奏する。
（１）モータ駆動装置１を、ヒートシンク４０と、ファンモータ５０と、を含んで構成した。そして、ヒートシンク４０を、発熱素子２０に隣接して配置される筒状の本体部４１であって、冷却風Ｆ１が流通する通風路４３を有する本体部４１と、本体部４１の露出する外周面から通風路４３に連通する連通穴４２と、を含み構成した。また、ファンモータ５０に、通風路４３を流通する冷却風Ｆ１を生成させた。これにより、通風路４３内の雰囲気が本体部４１の外部の雰囲気に対しては負圧になるので、本体部４１の外部の雰囲気から連通穴４２を通って通風路４３に流れる空気の流れＦ２を作ることができる。従って、ファンモータによる冷却機能を設けたモータ駆動装置において、冷却機能をさらに向上させることにより発熱素子２０のみならず、ヒートシンク４０の周囲に存在する別の素子（周辺素子３０）を効率的に冷却することができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置１について、図３を参照して説明する。第２実施形態以降の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第２実施形態に係るモータ駆動装置１は、図３に示すように、連通穴４２が、本体部４１の外周面から冷却風Ｆ１の下流側に傾斜して通風路４３に連通する点で、第１実施形態と異なる。

次に、ヒートシンク４０及びファンモータ５０を用いた発熱素子２０及び周辺素子３０の冷却動作について説明する。
冷却風Ｆ１が通風路４３を流れることにより、本体部４１の周囲（周辺素子３０の周囲）の雰囲気は正圧となり、通風路４３内の雰囲気は負圧となる。また、周辺素子３０の周囲の空気は、周辺素子３０が発する熱により加熱され、鉛直方向に上昇する。連通穴４２が本体部４１の外周面から冷却風Ｆ１の下流側（本実施形態では鉛直方向Ｒの上方側）に傾斜して通風路４３に連通するので、周辺素子３０の周囲には、気圧差による空気の流れと、空気の対流作用による空気の流れとが合流した空気の流れＦ２が形成される。

以上の本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置１によれば、以下のような効果を奏する。
（２）連通穴４２を、本体部４１の外周面から冷却風Ｆ１の下流側に傾斜して通風路４３に連通するように形成した。連通穴４２の本体部４１の外周面側の開口が通風路４３側の開口よりも下方に配置される場合、空気の対流作用を用いて、連通穴４２を通る空気の流量を増やすことができる。従って、ヒートシンク４０の周囲に存在する素子をより効率的に冷却することができる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置１について、図４及び図５を参照して説明する。
第３実施形態に係るモータ駆動装置１は、図４に示すように、枝状部４４を更に備える点で第１実施形態及び第２実施形態と異なる。また、第３実施形態に係るモータ駆動装置１は、発熱素子２０及び周辺素子３０とは別の素子であり、ヒートシンク４０に対して周辺素子３０よりも更に離れている別の素子（以下、遠方素子６０という）を備える点で第１実施形態及び第２実施形態と異なる。

枝状部４４は、筒状に形成される。枝状部４４は、本体部４１の外周面から突出する。具体的には、枝状部４４は、一端が本体部４１に固定され、他端が自由端となる片持ち梁状に配置される。そして、枝状部４４は、連通穴４２を介して通風路４３に連通する。枝状部４４は、他端側が遠方素子６０に近接して配置される。本実施形態において、枝状部４４は、他端から一端に向けて冷却風Ｆ１の下流側（鉛直方向Ｒの上方側）に傾斜して本体部４１に固定される。換言すると、枝状部４４は、一端が他端よりも冷却風Ｆ１の下流側（鉛直方向Ｒの上方側）に配置され、一端が本体部４１に固定される。また、枝状部４４は、他端部の内径及び外径が他端縁に向かうにつれて拡径する。

次に、ヒートシンク４０及びファンモータ５０を用いた発熱素子２０、周辺素子３０、及び遠方素子６０の冷却動作について説明する。
冷却風Ｆ１が通風路４３を流れることにより、本体部４１の周囲の雰囲気は正圧となり、通風路４３内の雰囲気は負圧となる。また、枝状部４４は、内部の雰囲気が負圧となる。これにより、枝状部４４の他端の周囲には、枝状部４４の他端へ流入する空気の流れＦ３が形成される。そして、流入した空気は、枝状部４４の内部を通って通風路４３に流通する。また、枝状部４４の他端部の内径及び外径が拡径することから、拡径しない場合に比べ、より広範囲に空気の流れＦ３ができる。

以上の本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置１によれば、以下のような効果を奏する。
（３）モータ駆動装置１を更に、本体部４１の外周面から突出し、連通穴４２を介して通風路４３に連通する筒状の枝状部４４を含み構成した。枝状部４４により、ヒートシンク４０から離れた位置にある別の素子（遠方素子６０）を冷却することができるので、冷却対象となる素子の範囲を広げることができる。

[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態に係るモータ駆動装置１について、図５を参照して説明する。
第４実施形態に係るモータ駆動装置１は、図５に示すように、枝状部４４が更に、熱導電性を有する部材であり、発熱素子２０の周辺に配置された別の素子（周辺素子３０）に近接して配置されている点で第３実施形態と異なる。

枝状部４４は、冷却する周辺素子３０に近接すべく、適宜屈曲されて形成される。そして、枝状部４４は、例えば、外面の一部が冷却する周辺素子３０に接触した状態で配置される。

次に、ヒートシンク４０及びファンモータ５０を用いた発熱素子２０、周辺素子３０、及び遠方素子６０の冷却動作について説明する。
冷却風Ｆ１が通風路４３を流れることにより、本体部４１の周囲の雰囲気は正圧となり、通風路４３内の雰囲気は負圧となる。また、枝状部４４は、内部の雰囲気が負圧となる。これにより、枝状部４４の他端の周囲には、枝状部４４の他端から流入する空気の流れＦ３が形成される。そして、流入した空気は、枝状部４４の内部を通って通風路４３に流通する。また、枝状部４４の他端部の内径及び外径が拡径することから、拡径しない場合に比べ、より広範囲に空気の流れができる。

また、枝状部４４は、発熱素子２０の周辺に配置された周辺素子３０との間で熱交換する。枝状部４４の外周部には、周辺素子３０との間で熱交換された熱がヒートシンク４０に流れる熱の流れＦ４が形成される。

以上の本発明の第４実施形態に係るモータ駆動装置１によれば、以下のような効果を奏する。
（４）枝状部４４を、熱伝導性を有する材料で形成し、発熱素子２０の周辺に配置された別の素子（周辺素子３０）に近接して配置されるようにした。熱伝導性を有する枝状部４４が発熱素子２０以外の素子と近接されるので、発熱素子２０以外の素子と枝状部４４とが熱交換することにより、発熱素子２０以外の素子についても効果的に冷却することができる。

以上、本発明のモータ駆動装置の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
例えば、上記実施形態において、連通穴４２の数を３つとしたが、これに制限されない。即ち、連通穴４２は、２以下又は４以上設けられていてもよい。また、連通穴４２は、冷却する周辺素子３０の設置位置に合わせて、本体部４１の適当な位置に設けられてよい。

また、上記実施形態において、ファンモータ５０が熱を外部に排出する形態を説明したが、逆に外部の空気を吸入ようにしてもよい。これにより、モータ駆動装置１の内部を正圧にすることができるので、ファンモータ５０以外の場所からモータ駆動装置１の内部（筐体（図示せず）の内部）にゴミや埃等が入ることを抑制することができる。また、ファンモータ５０の数は、１つに限定されず、複数設けられてもよい

また、上記実施形態において、通風路４３を鉛直上方に沿って配置したが、これに制限されない。例えば、通風路４３を横方向に配置する等、種々の方向に沿って配置することを採用することができる。

また、上記第３実施形態及び第４実施形態において、枝状部４４は、図６に示すように、他端部をプリント基板１０に近づけるように、傾斜されていてもよい。これにより、枝状部４４は、他端側が一端部よりもプリント基板１０に近づけて配置される。したがって、加熱された空気は、空気の対流により、枝状部４４の他端側から一端側へより多く流れる。したがって、枝状部４４の他端部の周辺の空気の流れがより多くなり、遠方素子６０をより効率的に冷却することができる。

また、上記第３実施形態及において、枝状部４４は、周辺素子３０との干渉を避けるために屈曲されて配置されてもよい。

また、上記第４実施形態において、枝状部４４は、周辺装置との間に、熱伝導性のグリス(図示せず)等の熱伝導性材料を介して接触してもよい。これにより、枝状部４４の外面と周辺装置の外面との間の空気層を除去して、周辺素子３０の冷却効率（熱交換効率）を向上することができる。

また、上記第４実施形態において、枝状部４４を筒状のヒートパイプとすることができる。例えば、枝状部４４は、内周面及び外周面を画定する壁部の内部に流体層（図示せず）を備える。流体層（図示せず）には、熱伝導性の高い熱交換用流体（図示せず）が封入される。熱交換用流体は、周辺素子３０との間で熱交換することにより、液体から気体に相変化して、枝状部４４の一端側へ移動する。熱交換用流体は、枝状部４４の一端側で液体に戻り、枝状部４４の他端側へ移動する。

１ モータ駆動装置
１０ プリント基板
２０ 発熱素子
３０ 周辺素子
４０ ヒートシンク
４１ 本体部
４２ 連通穴
４３ 通風路
４４ 枝状部
Ｆ１ 冷却風

Claims (6)

1. プリント基板上の発熱素子との間で熱交換することにより発熱素子を冷却するヒートシンクと、ファンモータと、を有するモータ駆動装置であって、
   前記ヒートシンクは、発熱素子に隣接して配置される筒状の本体部を具備し、
   該本体部が、
   前記ファンモータが生成する冷却風を流通する通風路と、
   前記本体部の露出する外周側面のうち周辺素子に対向する面側に配置され、前記外周側面から前記通風路と交差するように連通する連通穴と、
   を備えるモータ駆動装置。
2. プリント基板上の発熱素子との間で熱交換することにより発熱素子を冷却するヒートシンクと、ファンモータとを有するモータ駆動装置であって、
   前記ヒートシンクは、発熱素子に隣接して配置される筒状の本体部であって、冷却風が流通する通風路を有する本体部と、前記本体部の露出する外周面から前記通風路に連通する連通穴と、を備え、
   前記連通穴は、前記本体部の外周面から前記冷却風の下流側に傾斜して前記通風路に連通し、
   前記ファンモータは、前記通風路を流通する冷却風を生成するモータ駆動装置。
3. 前記連通穴は、前記本体部の外周面から前記冷却風の下流側に傾斜して前記通風路に連通する請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. プリント基板上の発熱素子との間で熱交換することにより発熱素子を冷却するヒートシンクと、ファンモータとを有するモータ駆動装置であって、
   前記ヒートシンクは、発熱素子に隣接して配置される筒状の本体部であって、冷却風が流通する通風路を有する本体部と、前記本体部の露出する外周面から前記通風路に連通する連通穴と、を備え、
   前記本体部の外周面から突出し、前記連通穴を介して前記通風路に連通する筒状の枝状部を更に備え、
   前記ファンモータは、前記通風路を流通する冷却風を生成するモータ駆動装置。
5. 前記本体部の外周面から突出し、前記連通穴を介して前記通風路に連通する筒状の枝状部を更に備える請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
6. 前記枝状部は、熱伝導性を有する部材であり、前記発熱素子の周辺に配置された周辺素子に近接して配置される請求項４又は５に記載のモータ駆動装置。

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