JPH0984302A - 駆動回路内蔵型モータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の密閉型の駆動回路内蔵型モータ装置で
は、回生抵抗器が、回生エネルギーを浪費しているだけ
であり、また熱に変換しているのでユニット温度上昇の
要因になっているという問題があった。 【解決手段】 この発明に係わる駆動回路内蔵型モータ
装置は、モータと、このモータの駆動回路と、これらモ
ータ及びモータの駆動回路を密閉した空間に収容する密
閉部材と、上記モータの駆動回路に設けられた上記モー
タの駆動電力供給母線に接続され、この母線から供給さ
れる回生電力の利用により動作して上記密閉部材の内気
を冷却するペルチェ素子とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、モータの駆動回
路を内蔵したモータ装置、所謂駆動回路内蔵型モータ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種、駆動回路内蔵型モータ装置は、
工作機械や一般機械、搬送装置等、被モータ取付装置そ
のものからモータにとって有害な物質或は熱を排出する
ものに取付られたり、あるいはそのようなものを排出す
る装置の近傍に設置されるためモータの密閉が必要とさ
れる。このような密閉型の駆動回路内蔵型モータ装置と
しては図６に示されるようなものがある。図６におい
て、１は、被モータ取付装置（図示せず）に取付られた
り、或はその近傍に設置さる密閉型のモータを有するモ
ータ部である。ここで、被モータ取付装置とは、モータ
に有害な熱を発生したり、モータに有害な物質（油、
水、加工屑、塵等）を排出するものを指し、例えば工作
機械や一般機械、或は搬送装置といったものが挙げられ
る。したがって、このような被モータ取付装置に取付ら
れたり、或はその近傍に設置される場合には、モータの
保護のため、それを密閉することが必要となる。２は、
上記モータ部１のモータ軸に結合された位置、速度検出
用スリット６と、位置、速度検出用のＬＥＤトランジス
タモジュール７と、により構成されたモータの位置、速
度検出器を有する検出部、３は、制御回路８、駆動回路
９、及びパワー回路モジュール１１、並びに回生抵抗器
を有する駆動回路部である。制御回路８は、上記モータ
部１のモータを制御或は駆動しまた回生トランジスタを
制御するためのＣＰＵ及びＶＬＳＩ等を備え、駆動回路
９は、電源平滑コンデンサ、母線電圧検出回路、並びに
モータ電流を回生するための回生回路の一部を備えてい
る。なお、発熱量の大きいパワー回路モジュール１１や
回生抵抗器１０は、モータユニットの最も外側に置か
れ、これらから発生する熱をヒートシンク１２により外
部に放出している。４は、上記モータ部１側から発生す
る熱や駆動回路部の制御回路８及び駆動回路９から発生
する熱を外部に放出するためのヒートシンク１２からな
る放熱部、５は、上記モータ部１と検出部２との間に介
在され、上記モータ部１側から発生する熱が検出部２及
び駆動回路部３側に伝達されるのを防止する低熱伝導性
樹脂である。

【０００３】このような従来の駆動回路内蔵型モータ装
置にあっては、モータユニット内部の温度が、ユニット
表面より高くなり、ユニット表面の温度はモータ周辺の
外気よりも高くなる。さらにモータは機械に取り付けら
れるのでモータ周辺には発熱体が多くありモータ周辺の
温度はかなり高くなることが考えられる。この場合、モ
ータユニット内部温度はかなり高くなってしまうので従
来の駆動回路内蔵型モータ装置では、通気の良い場所を
選ばなければならない等、取り付け場所が限定されるこ
とがある。

【０００４】またそれ以外にも、内部駆動回路の部品間
を広くとるなど熱のこもらない構造にしたり、モータユ
ニット内部の温度をなるべく低く押さえるためにモータ
ユニットの表面積を増やす等の工夫が必要で、このよう
な場合にはモータの構造を大きくせざるを得ない。

【０００５】更にもう一つの問題に回生抵抗器の発熱が
ある。回生抵抗器３１は、図７に示す回路で接続されて
いる。図において、２０は三相交流電源、２１はダイオ
ードモジュールであり、ダイオードモジュール２１が三
相交流電源２０を直流に変換している。２３は母線２３
であり、三相交流電源２０によって変換された直流分を
伝送する。２５はトランジスタモジュールであり、母線
２３から供給される電力をモータ駆動用の制御された電
源に変換している。以上のような図７の回路により、モ
ータ２６の駆動エネルギーを供給すると共に、モータ２
６が減速したり上下軸を減速トルクを出しながら降下し
たりすると回生が行われる。

【０００６】回生のための動作は次の通りである。回生
とはモータがブレーキの役割をしているときで、このと
き負荷側の運動エネルギーがモータを介して電気的な回
生エネルギーとなる。回生エネルギーはトランジスタモ
ジュール２５を介して母線２３に返り母線電圧２４が上
昇する。このとき電源平滑コンデンサ２２、ダイオード
モジュール２１やトランジスタモジュール２５などの耐
圧部品は、高電圧がかかると破壊に至るので母線電圧を
下げる必要がでてくる。そこで回生エネルギーを消費し
て母線電圧を下げるために回生抵抗器３１が必要にな
る。

【０００７】回生抵抗器３１は、回生トランジスタ３０
がオンすることで母線に返ってきた回生エネルギーを消
費するようになっている。回生トランジスタはベース回
路３２を通してＣＰＵ３３に接続され、ＣＰＵ３３は絶
縁アンプ２８、Ａ／Ｄ変換器２９を介して取り込んだ母
線電圧を検出して、回生トランジスタを駆動するように
なっている。

【０００８】回生抵抗器への通電は図７のＣＰＵ３３内
のソフトウェアで制御されるが、その時の制御方式は図
８の通りである。まず、Ｓ１０で絶縁アンプ２８、Ａ／
Ｄ変換器２９を介して取り込んだ母線電圧を検出し、Ｓ
１１で母線電圧が設定されたしきい値電圧Ｖ2 （使用し
ているパワー回路モジュール２１、２５やコンデンサー
２２の耐圧で決定する）以上のとき、Ｓ１２で回生トラ
ンジスタをオンさせて母線電圧が大きくなり過ぎないよ
うに制御している。しきい値未満のときは、Ｓ１３で回
生トランジスタをオフする。

【０００９】以上の回生動作は、負荷側からモータに返
ってきた電気エネルギーを回生抵抗器３１で熱に変換し
ているだけであり、この方法では電気エネルギーを無駄
に浪費しているだけであるばかりでなく、むしろユニッ
ト冷却を考慮すべき構造の中においては回生抵抗器３１
が有害な発熱体となっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
た従来の密閉型の駆動回路内蔵型モータ装置では、前述
のごとくモータユニット内部の駆動回路部は耐油、耐
水、耐塵構造の密閉構造となるので、発熱部品の発熱に
よってユニット内部の温度が上昇し、コンデンサ等の、
高温時に部品寿命が劣化する部品の寿命を短くし、また
回路の誤動作を引き起こしてしまう問題があった。

【００１１】また従来の密閉型の駆動回路内蔵型モータ
装置では、前述のごとくモータユニット内部で発生する
熱の放出に際し、アンプのみのユニットの様に内部の駆
動回路のみに対しての通風構造をとれないので、熱伝導
による放熱部を含むユニット表面からの放熱になるた
め、放熱部は、放熱効率を上げてユニット内部と外部の
温度差を少なくするべく大型のものが必要であり、内部
の駆動回路も熱がこもるのを防ぐために部品間のスペー
スを広くとる必要があり構造を小型化し難いという問題
があった。

【００１２】また駆動回路内蔵型モータ装置ではモータ
部の発熱があり、モータは機械に取り付けられ機械周辺
の外気温の高い環境の使用に耐えられなければならない
ので、通常の熱伝導による放熱ではモータユニット内部
を十分に冷却することが難しく、場合によっては取り付
け位置が限定されることがあるという問題があった。

【００１３】更には、従来の駆動回路内蔵型モータ装置
では、回生抵抗器が、回生エネルギーを浪費しているだ
けであり、また熱に変換しているのでユニット温度上昇
の要因になっているという問題もあった。

【００１４】本願発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、密閉構造であっても、発熱部品の
発熱による回路の誤動作の心配がなく、しかも小型化が
図れて取り付け位置も限定されることがない駆動回路内
蔵型モータ装置を得るとともに、回生エネルギーを有効
に利用して、冷却作用を施す駆動回路内蔵型モータ装置
を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる駆動回
路内蔵型モータ装置は、モータと、このモータの駆動回
路と、これらモータ及びモータの駆動回路を密閉した空
間に収容する密閉部材と、上記モータの駆動回路に設け
られた上記モータの駆動電力供給母線に接続され、この
母線から供給される回生電力の利用により動作して上記
密閉部材の内気を冷却するペルチェ素子とを備えたもの
である。また、この発明の別の発明に係わる駆動回路内
蔵型モータ装置は、母線電圧を検出する検出部と、この
検出部により母線電圧の上昇が検出されるとペルチェ素
子を動作させる制御部とを備えたものである。さらに、
この発明の別の発明に係わる駆動回路内蔵型モータ装置
は、制御部は、モータ駆動前の母線電圧を計測し、この
結果に基づき母線電圧の上昇を判別するしきい値を定
め、このしきい値を用いて母線電圧の上昇を判別しペル
チェ素子を動作させるようにしたものである。さらに、
この発明の別の発明に係わる駆動回路内蔵型モータ装置
は、密閉部材内の温度を検出する温度センサと、この温
度センサで検出された温度に基づきペルチェ素子の動作
を制御する制御部とを備えたものである。さらに、この
発明の別の発明に係わる駆動回路内蔵型モータ装置は、
モータ及びモータの駆動回路を冷却する冷却ファンを有
し、ペルチェ素子の動作を制御する制御部を共用してこ
の冷却ファンを動作させるようにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】

発明の実施の形態１．本発明の発明の実施の形態１の回
路図を図１に示す。図において、２７は、直流降圧コン
バータ、４０は、ペルチェ素子で、これら直流降圧コン
バータ２７及びペルチェ素子４０は、先に説明した図７
と同じモータ駆動回路において回生抵抗器３１と回生ト
ランジスタ３０を直流降圧コンバータ２７とペルチェ素
子４０に置き換え、これによって駆動回路内蔵型モータ
装置の冷却回路を構成している。ところで、このペルチ
ェ素子４０を動作させるための電力は、モータ駆動回路
の母線２３に接続されているトランジスタ４２、インダ
クタンス４３を介して供給されるので、三相交流電源２
０から入力される電力と、モータ２６からトランジスタ
モジュール２５を介して返還される回生電力のどちらも
使用できる構造になっている。また、ペルチェ素子４０
へ電力を供給するトランジスタ４２は、ペルチェ素子用
電源制御回路４１によって駆動される。このペルチェ素
子用電源制御回路４１は、母線電圧２４とユニット内温
度を絶縁アンプ２８、Ａ／Ｄコンバータ２９を通してＣ
ＰＵ３３が検出し、後に述べる方法によりＣＰＵ３３内
でソフトウェア制御される。

【００１７】回生電力は、必ず消費しなければならない
電力であるからモータが回生動作中はペルチェ素子４０
を動作させて回生電力を消費したい。またユニット温度
が上昇したときは回生動作中でなくても入力電源を使っ
てユニット温度を下げる必要がある。この論理を実現す
るために母線電圧２３とユニット内温度を検出して制御
した例を図２に示す。

【００１８】図２では、入力する温度はユニット内気温
度を想定しているが熱に弱い特定の部品の温度を検出す
る方法もある。Ｓ２では、母線電圧２３が２００Ｖ以下
の時は入力電源電圧が低下して不足電圧が発生したと判
断しての動作を停止させている。

【００１９】Ｓ３では、母線電圧２３があるしきい値Ｖ
1 以上であるかを判別しモータ２６が回生動作中である
かを判定する。回生動作中と判定されたときはＣＰＵ３
３はペルチェ素子用電源制御回路４１に指令し、直流降
圧コンバータ２７及びペルチェ素子４０からなる駆動回
路内蔵型モータ装置の冷却回路を動作させる。

【００２０】この場合のしきい値Ｖ１は、回生トランジ
スタ動作のしきい値とは違い回路部品の耐圧で決定する
値ではなく回生動作時に発生する母線電圧の上昇を判定
できる値を使用する。

【００２１】平常時の母線電圧の値は、入力電源電圧に
影響される。入力電源電圧は場所によって多少異なり、
また通常製品としてのモータのアンプは入力電源電圧と
してある範囲の電圧を許可しているのでＶ1 を固定値と
すると回生動作検出が入力電源電圧によって差が生じる
ことになる。そこでモータ駆動前、すなわち回生動作を
行っていない時の母線電圧を読みとりこの値より少し高
い値（+10 〜+20V）をしきい値Ｖ1 とすることで様々な
入力電源電圧に対して同じ感度が得られるようにしてい
る。

【００２２】Ｓ４では、回生中でない場合でもユニット
内気温度が75℃以上と高温な場合は直流降圧コンバータ
２７及びペルチェ素子４０からなる駆動回路内蔵型モー
タの冷却回路を動作させる。このときペルチェ素子用電
源は入力電源より供給される。

【００２３】図３は、本発明の実施の形態１における駆
動回路内蔵型モータ装置の構造図である。１３には、吸
熱フィン１４及びパワー回路モジュール１１が取り付け
られており、吸熱フィン１４には発熱量の大きい半導体
素子１５が取り付けられている。発熱部品の熱およびモ
ータユニット内の熱は、１３によって吸熱されヒートシ
ンク１２を用いて外部放熱できる構造になっている。１
３の回りは図の様に低熱伝導性樹脂５で囲み、駆動回路
３と放熱部４との間を断熱することにより高温になった
ヒートシンク１２の熱が再びモータユニット内部に逆流
しない様な構造としている。

【００２４】図３の駆動回路内蔵型モータは比較的小容
量の例であり、回生時に発生する回生エネルギーはすべ
て１３によって消費されるので、回生抵抗器を取り付け
る必要をなくしている。

【００２５】放熱部４と駆動回路部３は図６の従来の駆
動回路内蔵型モータ装置より小型化されている。１３に
取り付けられた放熱部４は、吸熱フィン１４や１３に取
り付けられたパワー回路モジュール１１や半導体素子１
５より温度を高くすることができるので小型化しても十
分な放熱能力を得ている。

【００２６】発明の実施の形態２．発明の実施の形態２
を図４に示す。発明の実施の形態２では、これまで説明
したペルチェ素子用電源２７をペルチェ素子４０のみな
らずファン駆動電源に応用した例を示す。図において、
４６は、冷却ファンで、この冷却ファン４６は発熱量の
大きい大容量の駆動回路には不可欠であり、回生容量も
大きく回生抵抗の使用も不可欠になってくるがペルチェ
素子４０と冷却ファン４６の駆動用に母線２３から電力
をとるので回生発生時の母線電圧の上昇をそれらがない
ときよりも押さえられ回生抵抗で消費するエネルギーを
減少させることができる。またこのファン駆動用の回路
はペルチェ素子４０の電源回路と共用できるメリットも
ある。

【００２７】図５に発明の実施の形態２の構造図を示
す。図３の駆動回路内蔵型モータ装置のヒートシンク１
２のさらに後方に冷却ファン１６を置きヒートシンク１
２、回生抵抗器１０を冷却している。放熱効率はさらに
上がり比較的大容量のシステムにおいて有効である。

【００２８】

【発明の効果】この発明に係わる駆動回路内蔵型モータ
装置は、モータと、このモータの駆動回路と、これらモ
ータ及びモータの駆動回路を密閉した空間に収容する密
閉部材と、上記モータの駆動回路に設けられた上記モー
タの駆動電力供給母線に接続され、この母線から供給さ
れる回生電力の利用により動作して上記密閉部材の内気
を冷却するペルチェ素子とを備えたので、密閉構造であ
っても、発熱部品の発熱による回路の誤動作の心配がな
く、しかも小型化が図れて取り付け位置も限定されるこ
とがない駆動回路内蔵型モータ装置が得られるとともに
回生エネルギーを有効に利用して、冷却作用を施す駆動
回路内蔵型モータ装置を得ることができる。

【００２９】また、この発明の別の発明に係わる駆動回
路内蔵型モータ装置は、母線電圧を検出する検出部と、
この検出部により母線電圧の上昇が検出されるとペルチ
ェ素子を動作させる制御部とを備えたので、回生エネル
ギーを有効に利用してペルチェ素子を動作させることが
できる。

【００３０】さらに、この発明の別の発明に係わる駆動
回路内蔵型モータ装置は、制御部は、モータ駆動前の母
線電圧を計測し、この結果に基づき母線電圧の上昇を判
別するしきい値を定め、このしきい値を用いて母線電圧
の上昇を判別しペルチェ素子を動作させるようにしたの
で、モータを駆動する回路の入力電源電圧の電圧の違い
にも対応し、回生エネルギーを有効に利用してペルチェ
素子を動作させることができる。

【００３１】さらに、この発明の別の発明に係わる駆動
回路内蔵型モータ装置は、密閉部材内の温度を検出する
温度センサと、この温度センサで検出された温度に基づ
きペルチェ素子の動作を制御する制御部とを備えたの
で、回生エネルギーを有効に利用してペルチェ素子を動
作させることができるばかりではなく、回生動作中でな
くとも密閉部材内の温度が上昇すればその温度をペルチ
ェ素子によって低下させることができる。

【００３２】さらに、この発明の別の発明に係わる駆動
回路内蔵型モータ装置は、モータ及びモータの駆動回路
を冷却する冷却ファンを有し、ペルチェ素子の動作を制
御する制御部を共用してこの冷却ファンを動作させるよ
うにしたので、発熱量の大きい駆動回路を備えた駆動回
路内蔵型モータ装置であって冷却ファンが必要な場合で
あっても、冷却ファンを動作させるための回路をペルチ
ェ素子の動作を制御する制御部以外に新たに設ける必要
がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の発明の実施の形態１における駆動回
路内蔵型モータ装置の回路図

【図２】この発明の発明の実施の形態１における駆動回
路内蔵型モータ装置の冷却制御のフロー図

【図３】この発明の発明の実施の形態１における駆動回
路内蔵型モータ装置の構造図

【図４】この発明の発明の実施の形態２における駆動回
路内蔵型モータ装置の回路図

【図５】この発明の発明の実施の形態１における駆動回
路内蔵型モータ装置の構造図

【図６】従来の駆動回路内蔵型モータ装置の構造図

【図７】従来の駆動回路内蔵型モータ装置の回路図

【図８】従来の駆動回路内蔵型モータ装置の回生制御の
フロー図

【符号の説明】

１６ 冷却ファン ２３ 母線 ２４ 母線電圧 ２５ 駆動回路 ２６ モータ ３３ 母線電圧・温度検出部 ４０ ペルチェ素子 ４１ ペルチェ素子制御部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータと、 このモータの駆動回路と、 これらモータ及びモータの駆動回路を密閉した空間に収
   容する密閉部材と、 上記モータの駆動回路に設けられた上記モータの駆動電
   力供給母線に接続され、この母線から供給される回生電
   力の利用により動作して上記密閉部材の内気を冷却する
   ペルチェ素子と、 を備えたことを特徴とする駆動回路内蔵型モータ装置。
2. 【請求項２】母線電圧を検出する検出部と、 この検出部により母線電圧の上昇が検出されるとペルチ
   ェ素子を動作させる制御部と、を備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の駆動回路内蔵型モータ装置。
3. 【請求項３】制御部は、モータ駆動前の母線電圧を計測
   し、この結果に基づき母線電圧の上昇を判別するしきい
   値を定め、このしきい値を用いて母線電圧の上昇を判別
   しペルチェ素子を動作させることを特徴とする請求項２
   記載の駆動回路内蔵型モータ装置。
4. 【請求項４】密閉部材内の温度を検出する温度センサ
   と、 この温度センサで検出された温度に基づきペルチェ素子
   の動作を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする
   請求項１乃至３の何れかに記載の駆動回路内蔵型モータ
   装置。
5. 【請求項５】モータ及びモータの駆動回路を冷却する冷
   却ファンを有し、ペルチェ素子の動作を制御する制御部
   を共用してこの冷却ファンを動作させることを特徴とす
   る請求項１乃至４の何れかに記載の駆動回路内蔵型モー
   タ装置。