WO2022230073A1

WO2022230073A1 - ファンモータを備えたモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法

Info

Publication number: WO2022230073A1
Application number: PCT/JP2021/016856
Authority: WO
Inventors: 和藤原
Original assignee: ファナック株式会社
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2022-11-03
Also published as: JPWO2022230073A1; US20240146215A1; CN117121361A; DE112021006425T5

Abstract

汚れによって固着したファンモータを、簡易な構成で再起動できる手段を備えたモータ駆動装置、及びその制御方法の提供。　モータ駆動装置１０は、電子部品１２を内部に有する本体１４と、本体１４に取り付けられた放熱器１６と、放熱器１６に取り付けられた外部ファンモータ１８と、本体１４の内部に設けられた内部ファンモータ２０とを有する。電子部品１２は、工作機械やロボットの駆動用モータを制御するためのプロセッサ、メモリ及び制御回路等を含み、汚れによって固着したファンモータの再起動部として機能する。

Description

ファンモータを備えたモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法

　本発明は、ファンモータを備えたモータ駆動装置、及び該モータ駆動装置の制御方法に関する。

　工作機械やロボットに用いられるサーボアンプ等のモータ駆動装置は、その使用によって発熱して正常に動作しなくなる虞がある。そこで多くの場合、モータ駆動装置にファンモータを設けてモータ駆動装置を冷却することが行われている。

　モータ駆動装置に取り付けたファンモータが工場等で長期間稼動していると、工場内の様々な汚れ（切削液や切り粉等）がファンモータの羽根やスポーク等に付着し、堆積していく。このような汚れが一定量以上になった状態でモータ駆動装置の電源を一旦止め、再度稼動しようとすると、汚れによりファンモータの羽根が固着し、回転しなくなることがある。これは、ファンモータの電気回路や内部構造の損傷によるものではなく、粘性の高い汚れによって大きな摩擦が生じ、羽根が回転できなくなるからである。

　このように汚れによって固着したファンモータを再稼働させる技術として、トルクアップ又は正逆回転によってファンモータを再起動する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。また、ファンモータが固着等で停止したときにインペラをロータに連結することでインペラを回転させる技術が知られている（例えば特許文献２参照）。さらに、ファンモータ近傍に設けたノズルから圧気を噴射して、ファンモータに付着した汚れを除去する技術が知られている（例えば特許文献３参照）。

特開２０１５－１４６７１５号公報特開２０１７－２２５２９２号公報特開２０１４－１３６９９７号公報

　従来、ファンモータが汚れによって固着してしまったときは、固着する度にファンを交換する必要があった。また、工作機械等を速やかに稼働させる必要がある場合、ファンモータの羽根に作業者が直接外力を与えることでファンモータを再起動させていた。いずれの場合も、工作機械等の稼働率の低下の要因となっていた。

　一方、ファンを交換せずに、かつ作業者が直接ファンモータに外力を加えずに、ファンモータを再稼働させる技術もいくつか知られているが、それらの技術では再稼働のために通常とは異なる操作を行ったり、特殊な又は専用の構造を設けたりする必要があり、ファンモータのコストアップにつながっていた。

　本開示の一態様は、ファンモータを備えたモータ駆動装置であって、汚れの付着又は堆積によって固着状態の前記ファンモータに対し、前記ファンモータの通常の使用時以下の電流を断続的に流すことで前記ファンモータを再起動する再起動部を具備する、モータ駆動装置である。

　本開示の他の態様は、ファンモータを備えたモータ駆動装置の制御方法であって、汚れの付着又は堆積によって固着状態の前記ファンモータに対し、前記ファンモータの通常の使用時以下の電流を断続的に流すことで前記ファンモータを再起動することを含む、制御方法である。

　本開示によれば、汚れによって固着したファンモータを簡易な手段で容易に再起動させることができるので、モータ駆動装置のコストを大幅にアップすることなく、モータ駆動装置が設けられた工作機械等の稼働率の低下を防止することができる。

一実施形態に係るモータ駆動装置の概略斜視図である。ファンモータの回転数を、ＰＷＭで制御する例を示すグラフである。ファンモータの羽根に外力を与える機構をモータ駆動装置本体に設けた例を示す斜視図である。図３の機構を、ファンモータの上方からみた図である。ファンモータの羽根に外力を与える機構をファンモータのケーシングに設けた例を示す図である。図５の機構がファンモータの羽根を押している状態を示す図である。２つのファンモータ間で動力を伝達する機構の一例を示す図である。ファンモータをユニット化した例を示す図である。ファンモータユニットをネジで固定する例を示す図である。ファンモータユニットをクランプで固定する例を示す図である。ファンモータのステータに熱源を設けた例を示す図である。ファンモータのケーシング内に熱源を設けた例を示す図である。ファンモータの外側部に熱源を設けた例を示す図である。ファンモータに洗浄液を付与する構造例を示す図である。

　図１は、好適な実施形態に係るモータ駆動装置の概略斜視図である。モータ駆動装置１０は、例えば工作機械の各軸を駆動するためのサーボアンプであり、電子部品１２を内部に有するケース（本体）１４と、本体１４に取り付けられた放熱器１６と、放熱器１６に取り付けられた第１（外部）ファンモータ１８と、本体１４の内部に設けられた第２（内部）ファンモータ２０とを有する。電子部品１２は、工作機械やロボットの駆動用モータ（例えばサーボモータ）を制御するためのプロセッサ、メモリ及び制御回路等を含み、図示しないエンコーダの出力等に基づいてファンモータの回転数を検出する機能も具備し、例えばファンモータ１８の回転が汚れに起因する固着によって減速又は停止した（回転しない）ことを検知する検知部としても機能し得る。電子部品１２はさらに、後述する実施例１～３においては、汚れによって固着したファンモータの再起動部としても機能する。

　放熱器１６の内部には、互いに離隔して平行に延びるとともに、電子部品１２に熱的に接続された複数の放熱フィン２２が設けられる。外部ファンモータ１８は、排気口２６が形成された放熱器１６の上面に取り付けられ、外部ファンモータ１８が回転すると、放熱器１６の下部に形成された吸気口２４から排気口２６に至る空気流が生じ、該空気流によって、電子部品１２の熱が放熱フィン２２を介して外部に放熱される。

　内部ファンモータ２０は、排気口２８が形成された本体１４の上面に取り付けられ、内部ファンモータ２０が回転すると、本体１４の下部に形成された吸気口（図示せず）から排気口２８に至る空気流が生じ、該空気流によって、電子部品１２の熱が外部に放熱される。

　なお本開示では、放熱器１６は必須ではなく、また後述する実施例６を除き、ファンモータは少なくとも１つあればよく、複数である必要はない。以下に説明する実施例では、本体内部にある第２ファンモータ２０よりも汚れが付着しやすい第１ファンモータ１８が汚れによって固着した場合を想定し、これを再起動する手段について説明するが、該手段を内部ファンモータ２０の再起動に用いることも可能である。

（実施例１）
　電子部品１２等は、モータ駆動装置１０に電源を投入してから所定の時間（例えば５秒以内、又は１０秒以内）の間は、モータ駆動装置１０内部の回路システムによってファンモータ１８に断続的に電流を流すような指令を作成してファンモータ１８に送る。これにより、ファンモータ１８に回転トルクを反復的に与えることができ、汚れ等によって固着したファンモータ１８を回転させることができる。一般に、汚れでファンモータが固着したときに通常の起動操作をする（すなわち連続的に電流を流す）と、電源投入時の一瞬のみファンモータが回転し、その後は通電しているにも関わらず回転が停止してしまうことが多い。しかし実施例１では、ファンモータ１８に断続的に電流を流すので、一瞬のみ回転する動作が繰り返され、これにより汚れの粘性や摩擦係数が低下し、最終的には回転トルクが汚れの摩擦力を上回り、ファンモータ１８は連続的に回転することができるようになる。

　なお本実施例では、回転トルクを反復的に与えることで汚れの粘性や摩擦係数を低下させることができるので、ファンモータ１８に断続的に流す電流は通常の使用時以下の電流でよく、換言すれば、通常の使用時より高い電流を流したり、ファンモータ１８を正逆回転させたりする必要がない。よって本実施例では、通常より大きい電流を流すためのコイルの線径アップ等の設計・仕様変更をしたり、正逆回転のための専用回路等をモータ駆動装置に設けたりする必要がない。このことは、後述する実施例２及び３についても同様である。

（実施例２）
　モータ駆動装置１０がＰＷＭ（pulse width modulation）制御に対応している場合、ＰＷＭ制御によってファンモータ１８の回転数を制御することができる。例えば、ファンモータ１８の回転数を図２の左側のグラフのようにゼロからＮまで増加すべき場合、図２の右側のグラフのように、例えば回転数の１００％と０％のオンデューティを繰り返すようなＰＷＭ制御により、回転トルクを反復的に与えることと同等の効果が得られる。実施例２は、追加の回路等を必要とせず、制御的な変更のみで実現することができる。

（実施例３）
　モータ駆動装置１０の電源等が、モータ駆動装置１０が設けられた工作機械やロボット等の機械の電源等と連動している場合、該機械の電源を繰り返しＯＮ／ＯＦＦする操作により、回転トルクを反復的に与えることと同等の効果が得られる。この操作は作業者が手動で行ってもよいし、自動で行うこともできる。

　このように実施例１～３はいずれも、ファンモータ１８に通常の使用時以下の電流（定格電流等）を断続的に流す手段を有する。ここで通常の使用とは、ファンモータ１８の仕様に基づいて行われる本来の使用を意味し、固着状態から強制的に回転駆動するためのトルク（電流）アップや、正逆回転等は含まれない。実施例１～３により、ファンモータの電気回路や構造に異常や損傷がなくとも、粘性の高い汚れによってファンモータ１８に大きな摩擦が生じて起動できなくなった状態を、低コストで容易に解消することができる。なお断続的に電流を流す操作は、モータ駆動装置を起動する度に行ってもよいが、ファンモータ１８が固着したことが検知されたとき（電源投入してもファンモータ１８が回転しないとき）、又はファンモータ１８の固着の予兆（例えば回転数の低下）が検知されたときに行うようにしてもよい。

（実施例４）
　図３及び図４に示す実施例４では、ファンモータ１８の羽根３０に自動的に外力を与える外力付与機構３２を、本体１４に実装する。図示例では、外力付与機構３２は電磁石を利用したソレノイドであり、該電磁石のＯＮ／ＯＦＦによって羽根３０に対して接離可能に構成された棒状部材３４の先端３５が、羽根３０に当接することで外力（回転トルク）を与える。これにより、ファンモータ１８（の羽根３０）と汚れとの間の静止摩擦力を上回るトルクを羽根３０に与えることができ、ファンモータ１８を回転させることができる。

　なおソレノイド３２は自動的に作動するように構成可能であるが、その作動条件としては例えば、モータ駆動装置１０を起動する度に作動させてもよいし、ファンモータ１８が固着したことが検知されたときに作動させてもよい。またソレノイド３２の代わりに、棒状部材３４等の突起を羽根３０に対して接離可能に構成された機械的構造を用いてもよい。

（実施例５）
　図５及び図６に示す実施例５は、羽根３０に対して接離可能に構成され、ファンモータ１８に外力を付与する機構を有する点では実施例４と同じであるが、実施例４では外力付与機構（ソレノイド３２等）を本体１４に設けるのに対し、ファンモータ１８のケース３６に設ける点で相違する。

　具体的には図５に示すように、ケース３６に組み込まれた突起３８がケース３６の内側面から自動的に突出及び後退する機構を設けることにより、実施例４と同等の作用効果を得ることができる。突起３８を駆動する手段としては、実施例４と同様にソレノイドが使用可能であるが、他の機械的構造を用いてもよい。

（実施例６）
　図７に示す実施例６は、内部ファンモータ２０の動力（回転トルク）を外部ファンモータ１８に伝達する機構を有する。具体的には、ファンモータ１８の回転軸４０に取り付けた第１プーリ４２と、ファンモータ２０の回転軸４４に取り付けた第２プーリ４６とをベルト４８等で連結することにより、内部ファンモータ２０の動力（回転トルク）を外部ファンモータ１８に伝達することができる。これにより、外部ファンモータ１８が汚れ等により固着しても、比較的汚れ難い内部ファンモータ２０の動力を利用して外部ファンモータ１８に回転トルクを与え、ファンモータ１８を回転させることができる。

（実施例７）
　図８及び図９に示す実施例７は、ファンモータユニット５２を本体１４に対して緩く固定する手段を有する。具体的には、図８に示すようにファンモータ１８を板金５０にネジ等で固定し、板金５０に対してカバー５１を固定して、ファンモータユニット５２を構成する。次に図９に示すようにファンモータユニット５２を本体１４にネジ又はボルト等の締結手段５４で固定する。

　ここで、ファンモータ１８が汚れによって固着する予兆（例えば回転数の低下）が電子部品１２によって検知されたときは、ネジ又はボルト５４を緩めることにより、部材間に意図的にガタツキを生じさせ、ファンモータ１８自身の回転によりファンモータユニット５２を振動させることができる。この振動により、固着の原因となり得る汚れをふるい落としたり、汚れの状態を変化させて汚れと羽根３０との間の静止摩擦力を低下させたりすることができる。なおネジ５４を緩める操作は、ファンモータ１８の固着の予兆が検知されたとき等の所定のタイミング（後述）で、作業者が行ってもよいが、適当な自動機（図示せず）を用いて行うこともできる。自動機を使用した場合、ファンモータ１８が回転し始めたら、緩んだネジ５４を締めることもできる。

（実施例８）
　図１０に示す実施例８は、部材間の結合を緩めて意図的に振動を発生させる点では実施例７と同じであるが、部材間の固定手段としてクランプ５６を用いる点で相違する。クランプ５６は、電磁石等により変位可能な棒状部材５８を有し、棒状部材５８を用いてファンモータユニット５２の一部であるカバー５１を把持することにより、ファンモータユニット５２を本体１４に固定するように構成されている。

　ここで棒状部材５８をカバー５１から離隔させて部材間の結合を緩めることにより、実施例７と同様、部材間にガタツキが生じ、ファンモータ１８を振動させることができる。なお実施例８においても、ファンモータ１８の固着が検知されたとき等の所定のタイミングでクランプ５６を緩め、ファンモータ１８が回転し始めたらクランプ５６を締めるという操作を行うことができ、このような操作を自動化することも容易である。

（実施例９）
　図１１～図１３に示す実施例９は、所定のタイミングでファンモータ１８に付着した汚れを加熱により除去する手段を有する。具体的には、図１１に示すように、ファンモータ１８のステータ又はその近傍に加熱部（熱源）６０を設け、汚れによるファンモータ１８の固着又はその予兆が検知されたら熱源６０を自動的に作動させることにより、ファンモータ１８に付着した汚れを加熱することができる。通常、ファンモータ１８に付着した汚れは固化しているが、加熱によって軟化又は液状化するので、汚れの粘性又は摩擦力は低減し、ファンモータ１８を再起動しやすくなる。

　図１２は、ファンモータ１８のケース３６の内側面に沿って熱源６２を設けた例を示し、図１３は、ファンモータ１８と本体１４との間に熱源６４を設けた例を示す。熱源６２及び６４も熱源６０と同様に、汚れによるファンモータ１８の固着又はその予兆が検知されたら自動的に作動させることにより、ファンモータ１８に付着した汚れを加熱することができる。このように熱源を用いる場合は、汚れが付着しやすい部位に応じて熱源の設置位置を適宜選択することが好ましい。また熱源としては種々のものが使用可能であるが、例えばコイルヒータ、バンドヒータ、リボンヒータ、コードヒータが挙げられる。

（実施例１０）
　図１４に示す実施例１０は、ファンモータ１８に付着した汚れを、流体、特に洗浄液を用いて物理的又は化学的に除去する手段を有する。具体的には、洗浄液を含む容器６６を適所（ここでは本体１４の内部）に設け、容器６６に流体的に接続されたノズル６８等の吐出部からポンプ等（図示せず）を用いてファンモータ１８に向けて洗浄液を所定のタイミングで付与（噴霧・滴下等）することにより、ファンモータ１８に付着した汚れを物理的に吹き飛ばしたり、化学的に分解して洗い流したりすることができる。なおファンモータ１８の下方にトレイ（図示せず）等を設け、除去された汚れ及び洗浄液を回収するようにしてもよい。

　実施例１０でも実施例９と同様に、流体によるファンモータ１８の洗浄は、汚れによるファンモータ１８の固着又はその予兆が検知されたとき等の所定のタイミングで自動的に行うことができる。また実施例７～１０における所定のタイミングは、ファンモータ１８の固着又はその予兆が検知部によって検知されたときの他、ファンモータ１８を交換又は洗浄してからの該ファンモータの累積運転時間を適当なタイマ等で測定し、該累積運転時間が３ヶ月、６ヶ月又は１年等の所定の値に到達したときとすることもできる。このように所定のタイミングは、ファンモータ１８が汚れによって固着した又は固着する可能性が高まったと解される時点とすることが好ましい。

　上述の実施例は適宜組み合わせ可能であることは、当業者に容易に理解されよう。例えば、実施例１のような電流を断続的に流す手段と、実施例４のような外力付与機構とを組み合わせてもよいし、これにさらに、実施例９又は１０のような汚れ除去機構を組み合わせることもできる。

　１０　　モータ駆動装置
　１２　　電子部品
　１４　　本体
　１６　　放熱器
　１８　　第１ファンモータ
　２０　　第２ファンモータ
　２２　　放熱フィン
　３０　　羽根
　３２　　ソレノイド
　３４、３８　　突起
　３６　　ケース
　３８　　突起
　４０、４４　　回転軸
　４２、４６　　プーリ
　４８　　ベルト
　５０　　板金
　５２　　ファンモータユニット
　５４　　ネジ
　５６　　クランプ
　５８　　棒状部材
　６０、６２、６４　　熱源
　６６　　容器
　６８　　ノズル

Claims

　ファンモータを備えたモータ駆動装置であって、
　汚れの付着又は堆積によって固着状態の前記ファンモータに対し、前記ファンモータの通常の使用時以下の電流を断続的に流すことで前記ファンモータを再起動する再起動部を具備する、モータ駆動装置。
　前記再起動部は、前記モータ駆動装置の電源投入時から所定の時間の間、前記モータ駆動装置内部の回路システムによって前記ファンモータに断続的に電流を流すように構成されている、請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記再起動部は、前記ファンモータの回転数をＰＷＭ制御によって制御するように構成されている、請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記再起動部は、前記モータ駆動装置が取り付けられた機械の電源を繰り返しＯＮ／ＯＦＦするように構成されている、請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記再起動部は、前記ファンモータに外力を付与することで前記ファンモータを再起動する外力付与機構を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
　前記外力付与機構は、前記ファンモータの羽根に対して自動的に接離可能に構成され、前記ファンモータに回転駆動力を付与するように構成されている、請求項５に記載のモータ駆動装置。
　前記モータ駆動装置は第１のファンモータ及び第２のファンモータを備え、前記外力付与機構は、前記第１のファンモータのトルクを前記第２のファンモータに伝達するように構成されている、請求項５に記載のモータ駆動装置。
　前記ファンモータを有するファンモータユニットの部材間の結合を所定のタイミングで緩めることで前記ファンモータユニットに振動を与え、前記ファンモータを再起動する手段を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
　所定のタイミングで前記ファンモータの汚れを除去することで前記ファンモータを再起動する汚れ除去機構を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
　前記汚れ除去機構は、前記ファンモータを加熱する加熱部を有する、請求項９に記載のモータ駆動装置。
　前記汚れ除去機構は、前記ファンモータに流体を噴射して前記汚れを物理的又は化学的に除去する噴射部を有する、請求項９に記載のモータ駆動装置。
　前記ファンモータの固着又はその予兆を検知する検知部をさらに有し、前記所定のタイミングは、前記検知部が前記ファンモータの固着又はその予兆を検知したときである、請求項８～１１のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
　前記所定のタイミングは、前記ファンモータを交換又は洗浄してからの前記ファンモータの累積運転時間が所定の値に達したときである、請求項８～１１のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
　ファンモータを備えたモータ駆動装置の制御方法であって、
　汚れの付着又は堆積によって固着状態の前記ファンモータに対し、前記ファンモータの通常の使用時以下の電流を断続的に流すことで前記ファンモータを再起動することを含む、制御方法。