JP2017022887A - 取外し可能な放熱器を備えたモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱器の保守点検が容易でありながら、十分な放熱効果を実現できるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置１０は、パワー素子２０と、パワー素子２０を支持する支持体２２と、支持体２２に対して取外し可能であるように取付けられた放熱器４０と、を備えている。支持体２２の背面２６と放熱器４０との間の接触面の面積は、放熱器４０の取付方向に対して垂直な方向に広がる平面において、支持体２２と放熱器４０とが接触した場合の基準接触面の面積よりも大きい。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、放熱器を備えたモータ駆動装置に関する。

モータ駆動装置において使用されるパワー素子などの発熱源から発生する熱は、パワー素子の支持体を通じて放熱器に伝達される。放熱器は、フィンなどの冷却手段によって熱を周囲に放出する。モータ駆動装置において使用される放熱器は、熱伝達性を考慮して、発熱源の支持体と一体的に形成されることが多い。支持体と一体化された放熱器の場合、放熱器の保守点検を行う際に、モータ駆動装置全体を取出して作業を行う必要があり、コスト増大の一因になっている。

冷却ユニットを電子機器の本体から取外し可能であるように構成することによって、本体を分解せずに冷却ユニットの保守作業を行えるようにした技術が公知である（特許文献１参照）。

特開２００６−０１３３７６号公報

しかしながら、一体式の放熱器と比較すると、着脱可能な放熱器の場合、放熱器とモータ駆動装置の本体との間の密着性が低下し、熱抵抗が増大する。そのため、放熱効果が十分に得られずにモータ駆動装置がオーバーヒートしたり、又はパワー素子が故障したりする虞があった。

したがって、放熱器の保守点検が容易でありながら、十分な放熱効果を実現できるモータ駆動装置が求められている。

本願の１番目の発明によれば、発熱源と、前記発熱源を支持していて熱伝導性を有する材料から形成される支持体と、前記支持体に対して取外し可能であるように取付けられていて前記発熱源から前記支持体を介して伝達される熱を放散させる放熱器と、を備えたモータ駆動装置であって、前記支持体と前記放熱器との間の接触面の面積が、前記放熱器の取付方向に対して垂直な方向に広がる平面において前記支持体と前記放熱器とが接触した場合の基準接触面の面積よりも大きくなるようにした、モータ駆動装置が提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係るモータ駆動装置において、前記接触面の面積が、前記接触面の全体にわたって、前記基準接触面の面積よりも大きくなるように構成される。
本願の３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明に係るモータ駆動装置において、前記基準接触面の面積に対する前記接触面の面積の増加量が、前記発熱源からの距離に応じて変化する。
本願の４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明に係るモータ駆動装置は、前記支持体と前記放熱器との間に設けられていて空気よりも熱伝導性が高い材料から形成される中間体をさらに備える。
本願の５番目の発明によれば、４番目の発明に係るモータ駆動装置において、前記中間体が固体材料から形成される。
本願の６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係るモータ駆動装置において、前記支持体及び前記放熱器の少なくともいずれか一方に形成された窪みによって、隙間が前記接触面に形成される。
本願の７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明に係るモータ駆動装置において、前記取付方向に延在していて前記放熱器を貫通し、前記支持体を貫通しないネジ穴が形成される。

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

本発明に係るモータ駆動装置によれば、放熱器と支持体との間の接触面の面積が増大するように、放熱器及び支持体の各々の対向面が成形されている。それにより、十分な熱量が支持体から放熱器に伝達できるようになり、放熱作用が向上する。

一実施形態に係るモータ駆動装置を示す分解斜視図である。 図１Ａのモータ駆動装置の変形例を示す分解斜視図である。 図１のモータ駆動装置において、放熱器を支持体に組付けた状態を示す図である。 別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す側面図である。 また別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す側面図である。 また別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す側面図である。 図５の領域Ｘを拡大して示す図である。 図５の領域Ｘを拡大して示す図である。 また別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す背面図である。 図８の線ＩＸ−ＩＸに沿って見た断面図である。 また別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す側面図である。 また別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す側面図である。 また別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す側面図である。 また別の実施形態に係るモータ駆動装置を示す側面図である。 比較例に係るモータ駆動装置を示す分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために寸法が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

図１Ａ及び図２を参照して、一実施形態に係るモータ駆動装置１０について説明する。モータ駆動装置１０は、図示されないモータに電力を供給するために使用される。モータは、工作機械の移動軸又は主軸、或いはロボットの関節軸を駆動するために使用される。以下の実施形態の説明において、矢印Ａ１、Ａ２の方向をそれぞれ前後方向と定義し、矢印Ｂ１、Ｂ２の方向をそれぞれ左右方向と定義し、矢印Ｃ１、Ｃ２の方向をそれぞれ上下方向と定義する。

モータ駆動装置１０は、パワー素子２０と、パワー素子２０を支持する支持体２２と、を備えている。工作機械又は産業用ロボットを駆動するために使用されるモータ駆動装置１０では、大きな電流を取扱うことが一般的に要求される。そのため、パワー素子２０から発生する熱量が増大する傾向にある。モータ駆動装置１０は、発熱源であるパワー素子２０を冷却する放熱器４０を備えている。

パワー素子２０は、モータに供給される電力を制御するために使用される半導体素子である。パワー素子２０は、トランジスタなどのスイッチング素子を備えている。

支持体２２は、パワー素子２０及びその他の回路部品が実装された回路基板を前面２４において支持している。支持体２２は、熱伝導性が高い材料、例えば銅若しくはアルミニウム又はそれらの合金から形成される。支持体２２の背面２６は、放熱器４０を受容可能であるように成形されている。

放熱器４０は、支持体２２と同様に、高い熱伝導性を有する材料から形成されている。放熱器４０は、支持体２２と同一の材料から形成されてもよいし、又は異なる材料から形成されてもよい。放熱器４０の前面４４は、前方向（取付方向）において対向する支持体２２の背面２６に密着できるように、支持体２２の背面２６に対して相補形状を有している。放熱器４０には、支持体２２とは反対側に、すなわち後方に向かって突出する複数のフィン４２が形成されている。

フィン４２は、互いに上下方向に間隔をあけて形成されている。各々のフィン４２は、前後方向に対して概ね垂直な方向に広がる平板状の形状を有している。フィン４２は、放熱器４０と周囲の空気との間の熱交換を促進する。それにより、放熱器４０は、パワー素子２０から発生する熱を周囲に放散できるようになっている。

図１Ａ及び図２に示されるように、支持体２２の、放熱器４０に対向する背面２６には、後方に向かって突出していて上下方向に配列される複数の凸部２６ａが形成されている。隣接する２つの凸部２６ａの間には、前方に向かって窪んだ凹部２６ｂが形成される。凸部２６ａ及び凹部２６ｂは、左右方向に延在している。なお、図１Ｂに示される変形例によれば、凸部２６ａ及び凹部２６ｂは、フィン４２の配列方向に対して９０度回転して形成されていてもよい。この場合、上下方向に延在する複数の凸部２６ａ及び凹部２６ｂが、左右方向に配列されるようになる。

支持体２２に対向する放熱器４０の前面４４は、支持体２２の背面２６に対して相補的な形状を有している。前面４４は、前方に向かって突出する複数の凸部４４ａを有している。隣接する２つの凸部４４ａの間には、後方に向かって窪んだ凹部４４ｂが形成される。図２を参照すれば、放熱器４０が支持体２２に組付けられたとき、支持体２２の凸部２６ａ及び凹部２６ｂが、放熱器４０の凹部４４ｂ及び凸部４４ａにそれぞれ嵌合する。それにより、支持体２２及び放熱器４０は互いに密着できるようになっている。

図２から分かるように、本実施形態によれば、支持体２２と放熱器４０との間の接触面は、左右方向からみて鋸刃状の形状を有しており、接触面の面積が増大している。

図１４は、比較例のモータ駆動装置１００を示している。モータ駆動装置１００において、パワー素子１２０を支持する支持体１２２の背面１２６は、前後方向に対して垂直な方向に広がる平面である。また、放熱器１４０の、フィン１４２が形成された側とは反対側の前面１４４は、前後方向に対して垂直な方向に広がる平面である。したがって、この比較例において、支持体１２２と放熱器１４０との間の接触面（以下、「基準接触面」と称することがある。）の面積は、左右方向に沿った支持体１２２の辺の長さＬ１と、上下方向に沿った支持体１２２の辺の長さＬ２との積に等しい。

それに対し、本実施形態によれば、支持体２２と放熱器４０との間の接触面の面積は、支持体２２の背面２６の表面積に等しい。背面２６には、複数の凸部２６ａが形成されており、その面積は、基準接触面の面積よりも大きくなっている。

本実施形態に係るモータ駆動装置１０によれば、放熱器４０が、支持体２２に対して取外し可能であるように取付けられている。それにより、モータ駆動装置１０のうち、放熱器４０のみを分離して保守点検を実行でき、作業効率が向上する。

また、本実施形態によれば、支持体２２と放熱器４０との間の接触面の面積が増大するように、支持体２２の背面２６及び放熱器４０の前面４４に、凸部２６ａ、４４ａ及び凹部２６ｂ、４４ｂがそれぞれ形成されている。接触面が増大した結果として、支持体２２と放熱器４０との間の熱抵抗が低下し、パワー素子２０から発生した熱が効率的に放熱器４０に伝達されるようになる。それにより、パワー素子２０を冷却する冷却作用が向上し、モータ駆動装置１０のオーバーヒートを防止できるとともに、発熱に起因するパワー素子２０の故障を防止できる。

図３を参照して、別の実施形態に係るモータ駆動装置１０について説明する。本実施形態に係るモータ駆動装置１０においては、支持体２２と放熱器４０との間の接触面の面積が、パワー素子２０からの距離に応じて変化している。すなわち、接触面のうち、パワー素子２０のすぐ後方に位置する第１の領域１２ａは、面積の増加量が比較的小さくなるように制限される。それに対し、パワー素子２０から上下方向にそれぞれずれた箇所に位置する第２の領域１２ｂ及び第３の領域１２ｃは、第１の領域１２ａよりも接触面の面積の増加量が大きくなっている。

本実施形態によれば、パワー素子２０からの距離が大きくなるのに従って、接触面が増大するように、支持体２２及び放熱器４０が成形される。それにより、パワー素子２０から離れた位置にある第２の領域１２ｂ及び第３の領域１２ｃにおいて、支持体２２と放熱器４０との間の熱抵抗が低下する。パワー素子２０から発生する熱の伝達経路が支持体２２の全体に分散されるので、局所的な温度上昇を防止し、熱を放熱器４０まで効率的に伝達できるようになる。

なお、図３に示されるように、支持体２２及び放熱器４０の対向面における凸部の突出量を調整することによって、接触面の面積を増減させられる。別の実施形態において、凸部の数を変更することによって、接触面の面積を調整してもよい。

図４は、別の実施形態に係るモータ駆動装置１０を示している。本実施形態においては、支持体２２と放熱器４０との間に中間体６０が設けられている。中間体６０は、支持体２２の背面２６及び放熱器４０の前面４４の形状に対応するように成形される。中間体６０は、空気よりも熱伝導性が高い材料から形成されている。一実施形態において、中間体６０は、支持体２２及び放熱器４０に対して隙間なく組付けられるように、弾性材料であってもよい。特定の実施形態において、中間体６０は、例えばシリコーンなどの樹脂から形成される。

中間体６０を介在させることによって、支持体２２と放熱器４０との間の熱抵抗を低下させる効果が得られる。本実施形態によれば、熱伝導性を有する液状の接着剤を使用する場合とは異なり、接着剤を除去する必要がない。したがって、放熱器４０を支持体２２から容易に取外せるようになる。

図５及び図６を参照して、また別の実施形態に係るモータ駆動装置１０について説明する。図６は、図５の破線で囲まれた領域Ｘを拡大した部分拡大図である。

本実施形態によれば、放熱器４０の前面４４の凹部４４ｂには、後方に向かって窪んだ溝４６が形成されている。溝４６は、支持体２２の背面２６との間に隙間を形成する。液状の熱伝導材を支持体２２の背面２６又は放熱器４０の前面４４に塗布する場合、余剰分の熱伝導材が、溝４６を通って外部に流出する。また、溝４６は、熱伝導材に含まれる気泡を除去するのにも有効である。さらに、放熱器４０を取外す際に、空気が溝４６に進入するようになるので、より小さい力で放熱器４０を取外せるようになる。或いは、図４に示されるような固体の熱伝導材（すなわち、中間体６０）を使用する場合においても、溝４６は、支持体２２と放熱器４０との間の隙間に入り込んだ気泡を除去するのに有効である。

図７は、図６と同様に、図５の領域Ｘを拡大して示している。本実施形態では、溝４６の代わりに、支持体２２の凸部２６ａの頂部２６ｃ（破線で示される）が除去されていて面取り部２８が形成されている。面取り部２８によって、支持体２２と放熱器４０との間には隙間が形成されるようになる。面取り部２８によって形成される隙間は、溝４６と同様に余剰分の熱伝導材及び気泡の流出経路として作用する。溝４６又は面取り部２８は、放熱器４０又は支持体２２のいずれに形成されていてもよいし、それら両方に形成されていてもよい。

図８及び図９を参照して、また別の実施形態に係るモータ駆動装置１０について説明する。図８は、モータ駆動装置１０を後方から見た端面図であり、図９は、図８の線ＩＸ−ＩＸに沿って見た断面図である。

本実施形態によれば、ネジ穴４８が、放熱器４０の左側の縁部に形成されている。図８に示されるように、ネジ穴４８は、パワー素子２０の位置から左方向にずれていてフィン４２が形成されていない領域に形成される。なお、図示されるネジ穴４８の位置及び個数は例示であり、特に限定されない。ネジ穴４８は、放熱器４０を前後方向に貫通している。他方、支持体２２には穴が形成されていない。したがって、放熱器４０を支持体２２に組付けたとき、図９に示されるように、ネジ穴４８は、支持体２２によって閉塞される。

ネジ穴４８は、放熱器４０を支持体２２から取外す工程を補助するために利用される。図９に示されるように、ネジ８０をネジ穴４８に通して前方向に進めていくと、ネジ８０の先端が支持体２２に突当たる。そして、ネジ８０を支持体２２に向かってさらに進めれば、支持体２２から受ける反作用の力によって放熱器４０を支持体２２から分離できる。

このような放熱器４０の取外し工程を補助する構造は、支持体２２と放熱器４０との間に熱伝導材が設けられる場合に特に有効である。すなわち、熱伝導材は、接着剤のように支持体２２と放熱器４０とを密着させるので、放熱器４０を支持体２２から取外すのに大きな力が必要になる場合がある。本実施形態によれば、ネジ穴４８を利用することによって、放熱器４０を支持体２２から容易に分離できるようになるので、保守点検工程の効率が向上する。

図１０〜図１２は、また別の実施形態に係るモータ駆動装置１０を示している。図１０に示されるモータ駆動装置１０において、支持体２２の背面２６は、上下方向に対して或る角度を為して傾斜している。放熱器４０は、支持体２２に対して相補的な形状を有しており、放熱器４０の前面４４は、支持体２２の背面２６と同様に上下方向対して傾斜している。

図１１に示されるモータ駆動装置１０において、支持体２２の背面２６が、全体として後方に向かって凸状に成形されている。放熱器４０の前面４４は、支持体２２の背面２６に対応するように後方に向かって凹んでいる。

図１２に示されるモータ駆動装置１０において、支持体２２の背面２６が、上方に位置する第１の領域２６１と、下方に位置する第２の領域２６２と、第１の領域２６１と第２の領域２６２との間に位置する第３の領域２６３と、に分かれている。

第１の領域２６１及び第２の領域２６２は、後方に向かって突出する凸部を有している。それに対し、第３の領域２６３は、前後方向に対して垂直な方向に広がる平面を形成している。

放熱器４０は、支持体２２に対して相補的な形状を有しており、後方に向かって窪んだ第１の領域４４１及び第２の領域４４２と、前後方向に対して垂直な方向に広がる平面を形成する第３の領域４４３と、を有している。

このように、図１２に示される実施形態においては、パワー素子２０からの距離が小さい範囲の領域、すなわち第３の領域２６３、４４３では、接触面積を増大させる構造を有していない。

図１０〜図１２に示される各々の実施形態において、図１４の比較例と比較すれば、支持体２２と放熱器４０との間の接触面の面積が、少なくとも一部において増大している。したがって、放熱器４０の放熱性が向上する。

図１３は、また別の実施形態に係るモータ駆動装置１０を示している。本実施形態によれば、放熱器４０の前面４４に、支持体２２とは反対側に向かって窪んだ溝４４４が形成されている。溝４４４は、任意の工具、例えばマイナスドライバーを受容できるように寸法決めされている。それにより、溝４４４によって形成された隙間に挿入された工具を利用して放熱器４０を支持体２２から分離できるようになる。したがって、放熱器４０を支持体２２から容易に取外せるようになる。このような溝４４４は、支持体２２の背面２６に形成されていてもよいし、放熱器４０の前面４４及び支持体２２の背面２６の両方に形成されていてもよい。

以上、モータ駆動装置１０のパワー素子２０から発生する熱を放散するように構成された放熱器４０について説明した。しかしながら、別の実施形態において、放熱器４０は、パワー素子２０の代わりにモータ駆動装置１０における別の発熱源を冷却するために使用されてもよい。

支持体２２の背面２６及び放熱器４０の前面４４に形成される凸部２６ａ、４４ａは、本体の成形工程とは別工程で、例えば切削などによって形成されてもよいし、又は型成形によって本体と同一の工程で形成されてもよい。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０ モータ駆動装置
２０ パワー素子（発熱源）
２２ 支持体
２６ 背面
２６ａ 凸部
２６ｂ 凹部
２８ 面取り部
４０ 放熱器
４２ フィン
４４ 前面
４４ａ 凸部
４４ｂ 凹部
４６ 溝
４８ ネジ穴
６０ 中間体
８０ ネジ
４４４ 溝

Claims (7)

1. 発熱源と、
   前記発熱源を支持していて熱伝導性を有する材料から形成される支持体と、
   前記支持体に対して取外し可能であるように取付けられていて前記発熱源から前記支持体を介して伝達される熱を放散させる放熱器と、
   を備えたモータ駆動装置であって、
   前記支持体と前記放熱器との間の接触面の面積が、前記放熱器の取付方向に対して垂直な方向に広がる平面において前記支持体と前記放熱器とが接触した場合の基準接触面の面積よりも大きくなるようにした、モータ駆動装置。
2. 前記接触面の面積が、前記接触面の全体にわたって、前記基準接触面の面積よりも大きくなるようにした、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記基準接触面の面積に対する前記接触面の面積の増加量が、前記発熱源からの距離に応じて変化する、請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記支持体と前記放熱器との間に設けられていて空気よりも熱伝導性が高い材料から形成される中間体をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記中間体が固体材料から形成される、請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記支持体及び前記放熱器の少なくともいずれか一方に形成された窪みによって、隙間が前記接触面に形成される、請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記取付方向に延在していて前記放熱器を貫通し、前記支持体を貫通しないネジ穴が形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

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