JP7348428B1 - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

部品点数を抑えつつ、回生抵抗の熱が回路駆動部品に伝達しにくい構造を有するモータ駆動装置を提供する。モータ駆動装置は、モータを駆動するための駆動回路部品と、モータからの回生電力を消費するための回生抵抗と、駆動回路部品及び回生抵抗が取付けられたフランジと、を有し、回生抵抗に対向するフランジの面は、回生抵抗と接触する、フランジと同一部材で形成された少なくとも１つの段差部を有する。

Description

本開示は、モータ駆動装置に関する。

一般的な工作機械等では、その電源を遮断しても、工作機械の各軸を駆動するモータは直ちに停止せず、一定の時間にわたって回転し続ける。工作機械が制御状態にないときにモータが回転していると、工作機械や加工対象が破損する可能性があるため、モータを駆動するモータ駆動装置には、モータの回転エネルギを熱に変換して消費する回生抵抗が設けられる場合がある。

回生抵抗は非常に高温となる場合があるため、モータ駆動装置の他の部品に回生抵抗の熱を伝わりにくくしたり、回生抵抗の熱をヒートシンクや放熱フィン等の手段を用いて積極的に外部に逃がしたりする技術が知られている。

実用新案登録第３１８５１４８号公報 国際公開第２０１９／１９８１６１号 特開２０１９－１１０６８１号公報

従来のモータ駆動装置には、回生抵抗の熱がパワー素子等の駆動回路部品に伝わりやすい構造を有するものがある。パワー素子は回生抵抗と比較して使用上限温度が低いので、パワー素子の温度が使用上限温度以下となるようにパワー素子の出力を下げる必要が生じ得るが、そのような場合はモータ駆動装置としての性能が低下してしまうという問題がある。

一方、回生抵抗にヒートシンク等の手段を取付けて、回生抵抗の熱を他の部分に積極的に流す構造も知られているが、このような構造では部品点数が増加し、モータ駆動装置としてのコストアップにつながる。よって部品点数を抑えつつ、回生抵抗の熱が回路駆動部品に伝達しにくい構造を有するモータ駆動装置が望まれる。

本開示の一態様は、モータを駆動するための駆動回路部品と、前記モータからの回生電力を消費するための回生抵抗と、前記駆動回路部品及び前記回生抵抗が取付けられたフランジと、を有するモータ駆動装置であって、前記回生抵抗に対向する前記フランジの面は、前記回生抵抗と接触する、フランジと同一部材で形成された少なくとも１つの段差部を有する、モータ駆動装置である。

本開示の他の態様は、モータを駆動するための駆動回路部品と、前記モータからの回生電力を消費するための回生抵抗と、前記駆動回路部品及び前記回生抵抗が取付けられたフランジと、を有するモータ駆動装置であって、互いに対向する前記回生抵抗の面と前記フランジの面とは互いに接触しない、モータ駆動装置である。

第１実施例に係るモータ駆動装置の概略斜視図である。 図１のモータ駆動装置のフランジの平面図である。 図２のIII－III線に沿う断面図である。 図１のモータ駆動装置のフランジの斜視図である。 フランジへの回生抵抗の取付操作例を示す図である。 図５の回生抵抗の部分拡大図である。 フランジに回生抵抗を取付けた状態を示す平面図である。 第２実施例に係るフランジの構造例を示す平面図である。 第３実施例に係る回生抵抗の構造例を示す平面図である。 図９の回生抵抗の部分拡大図である。 フランジへの回生抵抗の取付操作例を示す図である。 フランジに回生抵抗を取付けた状態を示す平面図である。 第４実施例に係る回生抵抗の構造例を示す平面図である。 図１３の回生抵抗の部分拡大図である。 第４実施例に係るフランジの構造例を示す平面図である。 図１５のフランジの部分拡大図である。 フランジへの回生抵抗の取付操作例を示す図である。 フランジに回生抵抗を取付けた状態を示す平面図である。 図１８の構成を側方から見た図である。 図１９の部分拡大図である。 第５実施例に係るフランジ及び回生抵抗を示す平面図である。 図２１のXXII－XXII線に沿う断面図である。 図２２の部分拡大図である。 比較例に係るフランジ及び回生抵抗の断面図である。 図２４の部分拡大図である。

（第１実施例）
図１は、第１実施例に係るモータ駆動装置１０の概略構成を示す図であり、図２はモータ駆動装置１０のフランジ１６の平面図である。モータ駆動装置１０は、モータ２を駆動するための駆動回路部品１２と、モータ２からの回生電力を消費するための回生抵抗１４と、駆動回路部品１２及び回生抵抗１４が取付けられたフランジ１６とを有する。モータ２は例えば、工作機械やロボットの各軸を駆動するサーボモータ等のモータであり、駆動回路部品１２は例えばパワー素子である。

回生抵抗１４は、パワー素子１２が取付けられたフランジ１６の側とは異なる取付面１８に対向するように取付けられる。ここで図２に示すように、フランジ１６の取付面１８は、回生抵抗１４を固定するための固定用穴２２が形成された少なくとも１つの段差部２０を有する。段差部２０は、フランジ１６と同一部材で一体的に形成されている。

本実施例では、回生抵抗１４の固定用穴２２という、回生抵抗１４の固定に関して本来的に必要な手段を、フランジ１６と同一部材で形成された段差部２０に設けているので、部品点数を増やすことなく、回生抵抗１４とフランジ１６との接触面積を大幅に削減することができる。その結果、回生抵抗１４が発熱しても、フランジ１６への熱伝導量が大きく低減されるので、パワー素子１２の温度上昇を抑制し、モータ駆動装置としての高出力化を図ることができる。

取付面１８は、段差部２０に加え、回生抵抗１４に当接する少なくとも１つの突起２４を有することが好ましい。これにより、断面図３に示すように、回生抵抗１４は突起２４の頂部２６に当接するようになり、回生抵抗１４とフランジ１６との接触面積をさらに小さくすることができる。

図４はフランジ１６の斜視図であり、図５はフランジ１６に対する回生抵抗１４の取付操作の一例を示す。フランジ１６は、その長手方向について段差部２０が設けられた側とは反対側に開口部又は凹部２８を有する。一方、図６に示すように、回生抵抗１４は、開口部２８に係合可能なフック機構３２を有し、図示例では大きさの異なる２つのフック３２ａ及び３２ｂを有する。また回生抵抗１４は、その長手方向についてフック機構３２が設けられた側とは反対側に取付用穴３４（図５）を有する。

回生抵抗１４をフランジ１６に取付ける際は、先ず図５に示すように、回生抵抗１４をフランジ１６に対して矢印３０で示す方向に、フック機構３２が開口部２８内に係合するように移動させる。次に、回生抵抗１４の取付用穴３４をフランジ１６の段差部２０の固定用穴２２に位置合わせし、図示しないねじ等の固定具を使用して、回生抵抗１４をフランジ１６に対して固定する。

図７は、上述の操作によって回生抵抗１４がフランジ１６に固定された状態を示す。第１実施例では、回生抵抗１４が実質的に接触するフランジ１６の部位は、フック機構３２が係合している部位３８と、段差部２０に対応する部位４０と、上述の突起２４の頂部２６とに限定される。よって回生抵抗１４のほぼ全面がフランジ１６に当接する場合に比べ、回生抵抗１４とフランジ１６との接触面積が格段に小さくなる。またフック機構を利用することで、ねじ等の部品の点数を削減できる。

なお第１実施例では、フック機構３２は異なる形状の２つのフック３２ａ及び３２ｂを有するが、これに限られない。例えばフック機構は、１つのフックを有してもよいし、或いは同一形状及び同一寸法の２つ以上のフックを有してもよい。

（第２実施例）
図８は、第２実施例に係るモータ駆動装置のフランジ１６ａを示す。フランジ１６ａは、固定用穴２２ａが形成された段差部２０ａを有することに加え、長手方向について段差部２０ａが設けられた側とは反対側に、固定用穴２２ｂが形成された段差部２０ｂを有する。つまり第２実施例は概ね、第１実施例では１つであった段差部を複数（図示例では２つ）有するものに相当する。

第２実施例における回生抵抗は、第１実施例の回生抵抗１４のようにフック機構を有さず、代わりに、図５に示した穴３４のような取付用穴を２つ有する。それらの取付用穴はそれぞれ、ねじ等の固定具（図示せず）を用いて段差部２０ａ及び２０ｂの穴２２ａ及び２２ｂに位置合わせして固定される。

第２実施例では、回生抵抗１４が実質的に接触するフランジ１６の部位は、段差部２０ａ及び２０ｂに対応する２つの部位に限定される。よって回生抵抗１４のほぼ全面がフランジ１６に当接する場合に比べ、回生抵抗１４とフランジ１６との接触面積が格段に小さくなる。

（第３実施例）
図９は、第３実施例に係るモータ駆動装置の回生抵抗１４ａを示し、図１０は図９の部分拡大図である。回生抵抗１４ａは、第１実施例における回生抵抗１４と同様にフック機構３２を有するが、その長手方向の反対側には取付用穴を有さず、代わりに弾性変形可能な第２のフック機構４２を有する。図示例では、第２のフック機構は、弾性変形可能に構成されたタブ状部材である。

図１１は、フランジ１６に対する回生抵抗１４ａの取付操作の一例を示す。先ず、回生抵抗１４ａをフランジ１６に対して矢印３０で示す方向に、フック機構３２が開口部２８内に係合するように移動させる。次に、タブ状部材４２を矢印４４で示す方向に内側に折り曲げてフランジ１６に押し込むことにより、回生抵抗１４ａをフランジ１６に固定することができる。なお第３実施例においても、フランジ１６は、第１実施例と同様の突起２４を有することが好ましい。

図１２は、上述の操作によって回生抵抗１４ａがフランジ１６に固定された状態を示す。第３実施例では、回生抵抗１４ａが実質的に接触するフランジ１６の部位は、フック機構３２が係合している部位３８と、タブ状部材４２が係合している部位４６と、突起２４の頂部２６（図３）とに限定される。よって回生抵抗１４ａのほぼ全面がフランジ１６に当接する場合に比べ、回生抵抗１４ａとフランジ１６との接触面積が格段に小さくなる。また２つのフック機構を利用することで、ねじ等の固定用部品を使用する必要がない。

（第４実施例）
図１３は、第４実施例に係るモータ駆動装置の回生抵抗１４ｂを示し、図１４は図１３の部分拡大図である。回生抵抗１４ｂは、第３実施例における回生抵抗１４ａと同様に弾性変形可能な第２のフック機構（タブ状部材）４２を有するが、その長手方向の反対側にはフック機構を有さず、代わりに弾性変形可能な第３のフック機構４８を有する。図示例では、第３のフック機構４８は、側面視で略Ｕ字形状のＵ字部４８ａと、Ｕ字部４８ａから長手方向外側に延びるタブ状部４８ｂとを有し、例えば板金の折り曲げ加工によって形成可能である。

図１５は、第４実施例に係るモータ駆動装置のフランジ１６ｂの概略平面図である。第４実施例では、後述するように回生抵抗１４ｂは２つのフック機構のみでフランジ１６ｂに固定されるので、回生抵抗１４ｂに対向するフランジ１６ｂの面１８ｂには、段差部や突起を形成する必要がない。

図１６はフランジ１６ｂの部分拡大図であり、図１７はフランジ１６ｂに対する回生抵抗１４ｂの取付操作の一例を示す。先ず、回生抵抗１４ｂをフランジ１６ｂに向けて、矢印５０で示すように面１８ｂに略垂直な方向に移動させる。次に、フック機構４８のタブ状部４８ｂがフランジ１６ｂのスリット４９内に挿入されるように、回生抵抗１４ｂをフランジ１６ｂに対して移動させる。このとき、フック機構４８のＵ字部４８ａがフランジ１６ｂの開口部又は凹部２８ｂ内に収容されるようにすると、回生抵抗１４ｂの正確な位置決めが可能になる。次に、フック４２を折り曲げてフランジ１６ｂに押し込むことにより、回生抵抗１４ａをフランジ１６に固定することができる。

図１８は、上述の操作によって回生抵抗１４ｂがフランジ１６ｂに固定された状態を示す。第４実施例では、回生抵抗１４ｂが実質的に接触するフランジ１６ｂの部位は、第２のフック機構４２が係合している部位４６と、第３のフック機構４８が係合している部位５２とに限定される。よって回生抵抗１４ｂとフランジ１６ｂとの接触面積は非常に小さく、回生抵抗１４ｂからフランジ１６ｂへの熱伝導量も非常に少量となる。

図１９は、図１８の構成を側方から見た図であり、図２０は、図１９において参照符号５４で示す領域の部分拡大図である。上述のように第４実施例では、回生抵抗１４ｂとの接触面積を減らすためにフランジ１６ｂに段差部や突起を設ける必要がないので、回生抵抗１４ｂの底面とフランジ１６ｂの面１８ｂとの間には、一定の幅Ｇを有する隙間を形成することができる。幅Ｇの大きさは、回生抵抗１４ｂ及びフランジ１６ｂの形状及び寸法に基づいて任意の値に設定可能であるが、Ｇが大き過ぎるとモータ駆動装置として大型化し、Ｇが小さ過ぎると回生抵抗の熱がフランジに伝わり易くなるので、それらを考慮した適切な値とすることが好ましい。

（第５実施例）
図２１は、第５実施例に係るフランジ１６ｃ及び回生抵抗１４を示す平面図であり、図２２は、図２１のXXII－XXII線に沿う断面図であり、図２３は図２２の領域６０の部分拡大図である。第５実施例では、回生抵抗１４の上面６２が、フランジ１６ｃの上面６４よりも凸になっている。なお本実施例では便宜上、フランジ１６ｃの面１８に対向する回生抵抗１４の面を下面とし、その反対側の面６２を上面とする。フランジ１６ｃについても同様である。

より詳細には、回生抵抗１４に対向するフランジ１６ｃの面１８に、第１実施例における突起２４より大きい突起２４ｃを少なくとも１つ設けることにより、回生抵抗１４の上面６２がフランジ１６ｃの上面６４よりも上方に凸となる。これにより、回生抵抗１４の上面６２を、モータ駆動装置の取付け対象（例えば概略図示した工作機械等の制御盤６６）に当接させることができ、回生抵抗１４の熱を積極的に制御盤６６に逃がすことができる。

図２４は、図２２に類似し、比較例に係るフランジ１６０及び回生抵抗１４０を示す側断面図であり、図２５は図２４の領域１６８の部分拡大図である。この比較例では、回生抵抗１４０に対向するフランジ１６０の面１１８が突起等を有さないので、回生抵抗１４０とフランジ１６０とはかなり大きな面積で互いに接触していることに加え、回生抵抗１４０の上面１６２はフランジ１６０の上面１６４より下方に引き込んだ状態となっている。よって比較例では、回生抵抗１４０と制御盤との隙間を埋めるために回生抵抗１４０の上面１６２を熱伝導シート等で覆っており、これは部品点数の増加及びモータ駆動装置の高コスト化につながっていた。

しかし第５実施例では、回生抵抗１４の上面６２がフランジ１６ｃの上面６４よりも外部に凸になっているので、熱伝導シートが不要となり、部品点数を削減することができる。

上述の実施例は、適宜組み合わせることも可能である。例えば、第５実施例における、回生抵抗の上面がフランジの上面よりも外部に凸になっているという特徴は、第１～第４実施例のいずれにも適用することができる。

本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、特許請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。また、これらの実施形態は、組み合わせて実施することもできる。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。

上記実施形態及び変形例に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）
モータを駆動するための駆動回路部品と、前記モータからの回生電力を消費するための回生抵抗と、前記駆動回路部品及び前記回生抵抗が取付けられたフランジと、を有するモータ駆動装置であって、前記回生抵抗に対向する前記フランジの面は、前記回生抵抗と接触する、前記フランジと同一部材で形成された少なくとも１つの段差部を有する、モータ駆動装置。

（付記２）
前記段差部には、前記回生抵抗を固定するための固定用穴が形成されている、付記１に記載のモータ駆動装置。

（付記３）
モータを駆動するための駆動回路部品と、前記モータからの回生電力を消費するための回生抵抗と、前記駆動回路部品及び前記回生抵抗が取付けられたフランジと、を有するモータ駆動装置であって、互いに対向する前記回生抵抗の面と前記フランジの面とは互いに接触しない、モータ駆動装置。

（付記４）
前記回生抵抗は、前記フランジに係合する少なくとも１つのフック機構を有する、付記１～３のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。

（付記５）
前記回生抵抗の上面は前記フランジの上面よりも凸である、付記１～４のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。

２ モータ
１０ モータ駆動装置
１２ パワー素子
１４ 回生抵抗
１６ フランジ
１４ 回生抵抗
２０ 段差部
２２ 固定用穴
３２、４２、４８ フック機構
３４ 取付用穴
４９ スリット
６２、６４ 上面
６６ 制御盤

Claims (5)

1. モータを駆動するための駆動回路部品と、
   前記モータからの回生電力を消費するための回生抵抗と、
   前記駆動回路部品及び前記回生抵抗が取付けられたフランジと、
   を有するモータ駆動装置であって、
   前記回生抵抗に対向する前記フランジの面は、前記回生抵抗と接触する、前記フランジと同一部材で形成された少なくとも１つの段差部を有する、モータ駆動装置。
2. 前記段差部には、前記回生抵抗を固定するための固定用穴が形成されている、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. モータを駆動するための駆動回路部品と、
   前記モータからの回生電力を消費するための回生抵抗と、
   前記駆動回路部品及び前記回生抵抗が取付けられたフランジと、
   を有するモータ駆動装置であって、
   互いに対向する前記回生抵抗の面と前記フランジの面とは互いに接触しない、モータ駆動装置。
4. 前記回生抵抗は、前記フランジに係合する少なくとも１つのフック機構を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記回生抵抗の上面は前記フランジの上面よりも凸である、請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

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