JP6510817B2 - モータの冷却構造およびこれを備えた溶接トーチユニット - Google Patents

Description

本発明は、モータの冷却構造およびこれを備えた溶接トーチユニットに関する。

例えば消耗電極ガスシールドアーク溶接等の自動溶接の分野において、溶接トーチにワイヤを送給するためのワイヤ送給装置として溶接トーチにモータが取り付けられた構成が知られている。ワイヤ送給用モータにおいては、当該モータの駆動により生じた熱の排熱が必要となる。特許文献１には、溶接トーチに供給するためのシールドガスを、当該溶接トーチに取り付けたモータの内部に通流させることによりモータを冷却する構成が示されている。しかしながら、モータ内部にシールドガス（冷却媒体）を流す冷却方法では、冷媒媒体に塵、水分や油分等が混入している場合、モータ内部の機構部品に悪影響を及ぼす虞があった。

特開昭５４−５６０４９号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、モータ内部への影響を及ぼすことなくモータを冷却するのに適した構造を提供することを主たる課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明の第１の側面よって提供されるモータの冷却構造は、ハウジングおよびこのハウジングの主面に対して垂直に延びるシャフトを有するモータの冷却構造であって、上記ハウジングに密着する冷却部材を備え、上記冷却部材には、冷却媒体が流れる冷媒流路と、冷却媒体を上記冷媒流路に流入させる流入口と、上記冷媒流路を通過した冷却媒体を流出させる流出口と、が形成されていることを特徴としている。

好ましい実施の形態においては、上記冷却部材は、上記主面側に密着する第１部材と、上記ハウジングのうち上記シャフトが延びる方向と交差する方向を向く側面に密着する第２部材との少なくとも一方を含む。

好ましい実施の形態においては、上記冷却部材は、上記第１部材および上記第２部材を含み、上記冷媒流路は、上記第１部材に形成された第１流路と、上記第２部材に形成された第２流路とを含み、上記第１流路および上記第２流路は、上記第１部材に形成された第１接続口と上記第２部材に形成された第２接続口とを介して連通する。

好ましい実施の形態においては、上記冷媒流路は、上記冷却部材の内部表面によって規定されており、上記内部表面は、この内部表面の表面積を拡大する表面積拡大部を有する。

好ましい実施の形態においては、上記表面積拡大部は、上記冷媒流路が積層状に配された構成を含む。

好ましい実施の形態においては、上記表面積拡大部は、上記冷媒流路の進行方向に垂直な断面形状が不均一である構成を含む。

好ましい実施の形態においては、上記表面積拡大部は、上記冷媒流路の横断面がポーラス状（多孔質状）である構成を含む。

好ましい実施の形態においては、上記表面積拡大部は、上記冷媒流路の横断面が概略多角形状である構成を含む。

好ましい実施の形態においては、上記表面積拡大部は、上記冷媒流路の経路長が長くされた構成を含む。

本発明の第２の側面よって提供される溶接トーチユニットは、本発明の第１の側面に係るモータの冷却構造と、ガス通路およびガス供給口を有する溶接トーチと、を備え、上記冷却部材が上記溶接トーチに取り付けられており、上記冷媒流路および上記ガス通路は、上記流出口と上記ガス供給口とを介して連通することを特徴としている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係るモータの冷却構造を備えた溶接トーチユニットの一例を示す全体斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩに沿う部分断面図である。 モータプレート（冷却部材）を表し、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う方向に見た図である。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。 冷却部材の内部の冷媒流路を模式的に表した斜視図である。 図４のＶＩ−ＶＩに沿う断面図である。 図３のＶＩＩ−ＶＩＩに沿う断面図である。 図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面図である。 図３のＩＸ−ＩＸに沿う断面図である。 図３のＸ−Ｘに沿う断面図である。 図４のＸＩ−ＸＩに沿う断面図である。 図３のＸＩＩ−ＸＩＩに沿う断面図である。 図３のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿う断面図である。 図３のＸＩＶ−ＸＩＶに沿う断面図である。 本発明に係るモータの冷却構造の他の例を示す側面図である。 図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ矢視図である。 図１５のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩに沿う断面図である。 図１５のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿う断面図である。 図１５のＸＩＸ−ＸＩＸに沿う断面図である。 図１５のＸＸ−ＸＸに沿う断面図である。 図１５のＸＸＩ−ＸＸＩに沿う断面図である。 図１５のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩに沿う断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本発明に係るモータの冷却構造を備えた溶接トーチユニットの一例を示す全体斜視図である。溶接トーチユニット１００は、溶接トーチ２００と、この溶接トーチ２００に取り付けられたモータプレート３００およびモータ５００とを備えている。詳細な図示は省略するが、溶接トーチ２００は、例えば複数のアームからなる多関節型ロボットとして構成されたマニピュレータの手首部に取り付けられ、消耗電極ガスシールドアーク溶接等の自動溶接を行うのに用いられる。モータ５００は、ワイヤ送給装置の役割を担う。例えばパワーケーブルを介して溶接トーチ２００にワイヤが供給されると、当該ワイヤは、モータ５００によって溶接トーチ２００の先端側内部に設けられた給電チップに向けて送給され、溶接トーチ２００先端の開口から外部に送り出される。また、溶接トーチ２００には、電力およびシールドガスが供給される。電源装置から上記パワーケーブルを介して電力が供給され、この電力は、溶接トーチ２００内部の給電チップを介してワイヤに供給される。シールドガスは、ガスボンベから供給され、溶接トーチ２００内を流れて溶接トーチ２００先端の開口から外部に噴出される。

図２に示すように、モータプレート３００は、溶接トーチ２００の絶縁部材２１０に取り付けられており、モータ５００を冷却するための冷却部材の役割を担う。モータプレート３００は、モータ５００と絶縁部材２１０（溶接トーチ２００）との間に介在している。絶縁部材２１０は、モータ５００と、モータ５００の取付対象物（溶接トーチ２００）と、を絶縁するために設けられており、例えば樹脂材料からなる。

モータ５００は、内部の機構部品（図示略）を包囲するハウジング５１０と、ハウジング５１０の主面５１１に対して垂直に延びるシャフト５２０とを有する。

モータプレート３００は、ハウジング５１０の主面５１１側に密着しており、このモータプレート３００には、冷却媒体としてのシールドガスを流すための冷媒流路３１０（図６等参照）が形成されている。

図２、図３に示すように、モータプレート３００には、シールドガスを冷媒流路３１０（図２、図３では図示略。図６を参照）に流入させる流入口３２０と、冷媒流路３１０（図２、図３では図示略。図１２を参照）を通過した冷却媒体を流出させる流出口３３０とが形成されている。流入口３２０には、シールドガスを供給するためのホース（図示略）が接続されている。流出口３３０は、溶接トーチ２００のガス供給口２２０に通じており、ガス供給口２２０は、溶接トーチ２００内のガス通路２３０に通じている。

冷媒流路３１０は、モータプレート３００の内部において適宜屈曲するように形成されている。図５は、モータプレート３００内の冷媒流路３１０を模式的に表したものであり、図６〜図１４は、モータプレート３００の適所の断面図である。本実施形態において、シールドガスが流入口３２０を介して冷媒流路３１０に流入すると、当該シールドガスはａ〜ｊのアルファベット順の経路に沿って流れる。なお、図６〜図１４においては、シールドガスの流れを適宜矢印で表している。

冷媒通路３１０は、モータプレート３００の内部表面によって規定されている。図７、図９、図１０等に示すように、また、図６、図８、図１１を対比すると理解されるように、冷媒通路３１０は、適宜折り返されて積層状に形成されており、経路長が長くされている。このように積層状に形成された冷媒通路３１０によれば、モータプレート３００の内部表面の表面積が拡大されている。冷媒通路３１０が積層状に配された構成および冷媒流路３１０の経路長が長くされた構成は、本発明でいう表面積拡大部の一例に相当する。

例えば図７、図１０、図１４等から理解されるように、冷媒流路３１０のａ−ｂ間においては、横断面が概略五角形状や六角形状（概略多角形状）である。このように概略多角形状の横断面を有する冷媒通路３１０によれば、モータプレート３００の内部表面の表面積が拡大されている。冷媒通路３１０が概略多角形状の横断面を有する構成は、本発明でいう表面積拡大部の一例に相当する。

また、例えば図１１〜図１３等から理解されるように、冷媒流路３１０のｆ−ｇ間、ｉ−ｊ間等においては、途中で流路断面が拡がるとともに、複数のフィン３１１が所定間隔で並んでいる。このように進行方向に垂直な断面形状が不均一である冷媒通路３１０によれば、モータプレート３００の内部表面の表面積が拡大されている。進行方向に垂直な断面形状が不均一である冷媒流路３１０の構成は、本発明でいう表面積拡大部の一例に相当する。

本実施形態において、モータプレート３００の流入口３２０に供給されたシールドガスは、上記構成の冷媒流路３１０を流れた後に、モータプレート３００の流出口３３０、および溶接トーチ２００のガス供給口２２０を介して溶接トーチ２００の内部に供給される。その後、シールドガスは、溶接トーチ２００内を流れて溶接トーチ２００先端の開口から外部に噴出される。モータプレート３００内および溶接トーチ２００内を流れるシールドガスは、不活性ガスである。このような不活性ガスとしては、たとえばＣＯ₂、あるいは、ＡｒとＣＯ₂との混合気体が挙げられる。

上記構成のモータプレート３００は、例えばアルミニウムなどの金属材料からなる。また、上記したように複雑な形状の冷媒流路３１０を備えたモータプレート３００は、例えば３Ｄプリンタを用いて作製される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態においては、モータ５００のハウジング５１０に密着してモータプレート３００が設けられている。モータプレート３００には、シールドガス（冷却媒体）が流れる冷媒流路３１０と、シールドガスを冷媒流路３１０に流入させる流入口３２０と、冷媒流路３１０を通過したシールドガスを流出させる流出口３３０と、が形成されている。このような構成によれば、モータ５００の駆動により生じた熱は、ハウジング５１０を介して当該ハウジング５１０に密着するモータプレート３００へ伝達される。モータプレート３００においては、内部の冷媒流路３１０を流れるシールドガスが当該冷媒流路３１０に露出する内部表面から熱を奪って排熱される。このようにして、本実施形態では、モータプレート３００に取り付けられるモータ５００を間接的に冷却することができる。そして、モータ５００の内部にはシールドガスが流れないので、モータ５００内部の機構部品に何ら影響を及ぼすことはない。

モータ５００は、モータプレート３００を介して絶縁部材２１０（溶接トーチ２００）に取り付けられている。モータプレート３００は、金属材料からなり、熱伝導性に優れている。その一方、絶縁部材２１０は、樹脂材料からなり、金属材料に比べて熱伝導性が悪い。本実施形態においては、モータプレート３００が、モータ５００（ハウジング５１０）と絶縁部材２１０との間に介在されることにより、モータ５００で生じた熱を効率よく排出することができる。

冷媒流路３１０は、モータプレート３００の内部表面によって規定されており、当該内部表面は、この内部表面の表面積を拡大する表面積拡大部を有する。このような構成によれば、モータプレート３００の金属表面と冷媒流路３１０を流れるシールドガスとの接触面積が多くなる。これにより、モータプレート３００における排熱効率が向上し、モータ５００の冷却効果を高めることができる。その結果、モータ５００の熱による損傷を軽減することができる。また、モータ５００の冷却が十分になされることで、安定的にモータ５００を回転させることができ、ワイヤ送給装置（モータ５００）の時間使用率を向上させることができる。

溶接トーチユニット１００において溶接トーチ２００に隣接して設けられるモータ５００としては、比較的に小型のものが用いられる。本実施形態においては、モータ５００と溶接トーチ２００との間にモータプレート３００が介在され、このモータプレート３００内にシールドガス（冷却媒体）を流すことにより効率よく排熱することが可能である。このような構成によれば、モータプレート３００の小型化が可能であり、モータプレート３００を取り付けるのに際し、省スペース化に寄与する。

溶接トーチ２００に供給されるシールドガスを冷却媒体としてモータプレート３００に流している。このため、別途に冷却媒体を用意する必要がなく、冷却媒体専用の供給用配管なども不要である。したがって、本実施形態によれば、比較的に簡単な全体構成により、モータ５００の効率よい冷却が実現可能である。

図１５〜図２２は、本発明に係るモータの冷却構造の他の例を示す。本実施形態のモータの冷却構造においては、モータプレート３００に加え、２つのヒートシンク４００を備える。以下の説明では、上記した実施形態と同一または類似の要素については上記と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。なお、本実施形態（図１５〜図２２に示した構成）においては、溶接トーチ２００を省略している。

ヒートシンク４００は、ハウジング５１０のうちシャフト５２０が延びる方向と交差する方向を向く側面５１２に密着している。２つのヒートシンク４００は、モータ５００を挟んで反対側を向く２つの側面５１２にそれぞれが密着している。図１７〜図２２は、モータプレート３００やヒートシンク４００の適所の断面図である。

モータプレート３００には、冷媒流路３１０と、流入口３２０と、流出口３３０とが形成されている。ヒートシンク４００には、冷媒流路４１０が形成されている。冷媒通路４１０は、ヒートシンク４００の内部表面によって規定されている。

本実施形態において、シールドガスが流入口３２０を介して冷媒流路３１０に流入すると、当該シールドガスは断面図におけるａ〜ｉのアルファベット順の経路に沿って流れる。なお、図１７〜図２２においては、シールドガスの流れを適宜矢印で表している。

図１９、図２２に表れているように、ヒートシンク４００の端部は、モータプレート３００に接触している。モータプレート３００およびヒートシンク４００の互いの接触部分には、複数ずつの接続口３４０および接続口４４０が形成されている。モータプレート３００の冷媒流路３１０とヒートシンク４００の冷媒流路４１０とは、接続口３４０，４４０を介して連通している。そして、流入口３２０と流出口３３０との間には、冷媒流路３１０および冷媒流路４１０からなるシールドガスの流路全体が形成されている。これにより、シールドガスは、モータプレート３００の内部の冷媒流路３１０およびヒートシンク４００の内部の冷媒流路４１０を順次流れる。なお、図１５、図１６に表れているように、ヒートシンク４００の外面には複数のフィン４５０が形成されている。

図１９、図２２等に示すように、冷媒通路４１０は、適宜折り返されて積層状に形成されており、経路長が長くされている。このように積層状に形成された冷媒通路４１０によれば、ヒートシンク４００の内部表面の表面積が拡大されている。冷媒通路４１０が積層状に配された構成および冷媒流路４１０の経路長が長くされた構成は、本発明でいう表面積拡大部の一例に相当する。

例えば図１９、図２２等から理解されるように、冷媒流路４１０においては、途中で流路断面が拡がるとともに、複数のフィン４１１が所定間隔で並んでいる。このように進行方向に垂直な断面形状が不均一である冷媒通路４１０によれば、ヒートシンク４００の内部表面の表面積が拡大されている。進行方向に垂直な断面形状が不均一である冷媒流路４１０の構成は、本発明でいう表面積拡大部の一例に相当する。

また、例えば図１８、図１９、図２１、図２２等から理解されるように、冷媒流路３１０においては、横断面がポーラス状（多孔質状）とされたポーラス部３１２が所定間隔で並んでいる。このようにポーラス部３１２を有する冷媒通路３１０によれば、モータプレート３００の内部表面の表面積が拡大されている。横断面がポーラス状である冷媒流路３１０の構成は、本発明でいう表面積拡大部の一例に相当する。

本実施形態において、モータプレート３００の流入口３２０に供給されたシールドガスは、上記構成の冷媒流路３１０および冷媒流路４１０を流れた後に、モータプレート３００の流出口３３０、および溶接トーチ２００のガス供給口２２０を介して溶接トーチ２００の内部に供給される。その後、シールドガスは溶接トーチ２００内を流れて溶接トーチ２００先端の開口から外部に噴出される。モータプレート３００内、ヒートシンク４００内、および溶接トーチ２００内を流れるシールドガスは、不活性ガスである。このような不活性ガスとしては、たとえばＣＯ₂、あるいは、ＡｒとＣＯ₂との混合気体が挙げられる。

上記構成のモータプレート３００およびヒートシンク４００は、例えばアルミニウムなどの金属材料からなる。また、上記したように複雑な形状の冷媒流路３１０，４１０備えたモータプレート３００およびヒートシンク４００は、例えば３Ｄプリンタを用いて作製される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態においては、モータ５００のハウジング５１０に密着してモータプレート３００およびヒートシンク４００が設けられている。モータプレート３００には、シールドガス（冷却媒体）が流れる冷媒流路３１０と、シールドガスを冷媒流路３１０に流入させる流入口３２０と、冷媒流路３１０を通過したシールドガスを流出させる流出口３３０と、が形成されており、ヒートシンク４００には、シールドガスが流れる冷媒流路４１０が形成されている。このような構成によれば、モータ５００の駆動により生じた熱は、ハウジング５１０を介して当該ハウジング５１０に密着するモータプレート３００およびヒートシンク４００へ伝達される。モータプレート３００およびヒートシンク４００においては、内部の冷媒流路３１０，４１０を流れるシールドガスが当該冷媒流路３１０，４１０に露出する内部表面から熱を奪って排熱される。このようにして、本実施形態では、モータプレート３００に取り付けられるモータ５００を間接的に冷却することができる。そして、モータ５００の内部にはシールドガスが流れないので、モータ５００内部の機構部品に何ら影響を及ぼすことはない。

冷媒流路３１０は、モータプレート３００の内部表面によって規定されており、当該内部表面は、この内部表面の表面積を拡大する表面積拡大部を有する。また、冷媒流路４１０は、ヒートシンク４００の内部表面によって規定されており、当該内部表面は、この内部表面の表面積を拡大する表面積拡大部を有する。このような構成によれば、モータプレート３００およびヒートシンク４００の金属表面と冷媒流路３１０，４１０を流れるシールドガスとの接触面積が多くなる。これにより、モータプレート３００およびヒートシンク４００における排熱効率が向上し、モータ５００の冷却効果を高めることができる。その結果、モータ５００の熱による損傷を軽減することができる。また、モータ５００の冷却が十分になされることで、安定的にモータ５００を回転させることができ、ワイヤ送給装置（モータ５００）の時間使用率を向上させることができる。

溶接トーチ２００に隣接して設けられるモータ５００としては、比較的に小型のものが用いられる。本実施形態においては、モータプレート３００内およびヒートシンク４００内にシールドガス（冷却媒体）を流すことにより効率よく排熱することが可能である。このような構成によれば、モータプレート３００の小型化が可能であり、モータプレート３００を取り付けるのに際し、省スペース化に寄与する。

溶接トーチ２００に供給されるシールドガスを冷却媒体としてモータプレート３００およびヒートシンク４００に流している。このため、別途に冷却媒体を用意する必要がなく、冷却媒体専用の供給用配管なども不要である。したがって、本実施形態によれば、比較的に簡単な全体構成により、モータ５００の効率よい冷却が実現可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

上記実施形態においては、溶接トーチに隣接して設けられたワイヤ送給用のモータを冷却する構造の例について説明したが、本発明に係るモータの冷却構造は、種々な用途のモータを対象として適用することが可能である。また、冷媒流路に流す冷却媒体としては、空気や水など種々の流体を採用することができる。

１００ 溶接トーチユニット
２００ 溶接トーチ
２１０ 絶縁部材
２２０ ガス供給口
２３０ ガス通路
３００ モータプレート（冷却部材、第１部材）
３１０ 冷媒流路（第１流路）
３１１ フィン
３１２ ポーラス部
３２０ 流入口
３３０ 流出口
３４０ 接続口（第１接続口）
４００ ヒートシンク（冷却部材、第２部材）
４１０ 冷媒流路（第２流路）
４１１ フィン
４４０ 接続口（第２接続口）
４５０ フィン
５００ モータ
５１０ ハウジング
５１１ 主面
５１２ 側面
５２０ シャフト

Claims (4)

1. ハウジングおよびこのハウジングの主面に対して垂直に延びるシャフトを有するモータの冷却構造であって、
   上記ハウジングに密着する冷却部材を備え、
   上記冷却部材には、冷却媒体が流れる冷媒流路と、冷却媒体を上記冷媒流路に流入させる流入口と、上記冷媒流路を通過した冷却媒体を流出させる流出口と、が形成されており、
   上記冷却部材は、上記主面側に密着し、かつ上記シャフトを囲む環状の第１部材を含み、
   上記冷媒流路は、上記シャフトを囲むように上記第１部材に形成された第１流路を含む、モータの冷却構造。
2. 上記冷却部材は、上記ハウジングのうち上記シャフトが延びる方向と交差する方向を向く側面に密着する第２部材を含み、
   上記冷媒流路は、上記第２部材に形成された第２流路を含み、
   上記第１流路および上記第２流路は、上記第１部材に形成された第１接続口と上記第２部材に形成された第２接続口とを介して連通する、請求項１に記載のモータの冷却構造。
3. 上記冷媒流路は、上記冷却部材の内部表面によって規定されており、
   上記内部表面は、この内部表面の表面積を拡大する表面積拡大部を有する、請求項１または２に記載のモータの冷却構造。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のモータの冷却構造と、
   ガス通路およびガス供給口を有する溶接トーチと、を備え、
   上記冷却部材が上記溶接トーチに取り付けられており、
   上記冷媒流路および上記ガス通路は、上記流出口と上記ガス供給口とを介して連通する、溶接トーチユニット。