JP2018196226A - サーボモータ冷却構造およびサーボモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ発熱部を直接冷却することができ、従来よりも冷却効果を高めることができるサーボモータ冷却構造を提供すること。【解決手段】サーボモータ冷却構造１０は、サーボモータ２０のケース１表面に設置された水冷ユニット３と、ケース１と水冷ユニット３の間に設置されたペルチェ素子２からなる構成とする。ペルチェ素子２はその吸熱側２ａをケース１に、発熱側（放熱側）２ｂを水冷ユニット３に向けて設置されることとする。【選択図】図１

Description

本発明はサーボモータ冷却構造およびサーボモータに係り、特に、効率的にモータ内部を冷却することのできる、サーボモータ冷却構造等に関するものである。

ロボットや産業機械に用いられるサーボモータにおいては近年、小型化、高出力化が求められている。これにより、運転に伴うモータステータの発熱が大きくなり、モータの出力性能が制限されている現状である。この対策としては、ファンモータによる強制空冷などが一般的に行われている。

モータの冷却方式に利用し得る技術については従来、技術的な提案がなされている。たとえば後掲特許文献１には、冷却の応答速度を向上させることができ、コスト低減を図ることのできる冷却装置として、熱電材料を用いて回路を構成し、これを真空隔壁に貫通させ、同回路のペルチェ効果による冷却部と発熱部をそれぞれ真空中大気中に配置し、同回路に大気中で直流電流を接続する構成が開示されている。

また特許文献２には、液冷媒でモータを効率よく冷却するための技術として、回転軸の一部をポンプ軸とし、これにより駆動される冷媒ポンプ（トロコイドポンプ）、冷媒容器、冷媒配管を用い、冷媒容器は冷媒出口と冷媒入口を有し、モータ本体の外周部に取り付ける構成を開示している。そして、冷媒出口と冷媒入口はトロコイドポンプを介して冷媒配管により接続され、液冷媒が循環する冷媒循環路が形成された構成である。

特開平２−４２７２０号公報「冷却装置」 特開２０１３−１９２３１１号公報「回転電機、回転電機冷却システム、及び対地作業車両」

さて上述のとおり、サーボモータの小型化、高出力化に伴うモータステータの発熱増大防止対策、モータ出力性能低下を防止する対策としては、ファンモータによる強制空冷が一般的である。一方、モータケース表面に水冷ユニットを設け、モータを冷やす方式も用いられている。しかし、水冷による冷却効率向上には、水温を下げるか流量を増やすという方法が挙げられるところ、どちらも管理が難しく、実用的ではない。しかも、水冷ユニットを用いても、発熱に対する冷却効果は十分であるとは言えず、求める出力を十分に得ることができない。

そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、モータ発熱部を直接冷却することができ、従来よりも冷却効果を高めることができ、それによってモータ出力性能の低下・制限をなくすことのできる、サーボモータ冷却構造およびサーボモータを提供することである。さらに本発明の課題は、水冷構造を用いるサーボモータにおいて、従来よりも効率的に冷却を行うことができ、小型であっても高出力のサーボモータを実現することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、水冷ユニットが設けられているサーボモータにおいて、発熱側を水冷ユニットに向けてペルチェ素子を設置することにより、モータケースの熱を強制的に水冷ユニット側に移動させて冷却効率を向上させられることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

〔１〕 サーボモータのケース表面に設置された水冷ユニットと、該ケースと該水冷ユニットの間に設置されたペルチェ素子からなることを特徴とする、サーボモータ冷却構造。
〔２〕 前記ペルチェ素子はその吸熱側を前記ケースに、発熱側を前記水冷ユニットに向けて設けられることを特徴とする、〔１〕に記載のサーボモータ冷却構造。
〔３〕 前記ペルチェ素子の電源はサーボモータのブレーキ電源から分離されていることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のサーボモータ冷却構造。
〔４〕 〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載の冷却構造を備えていることを特徴とする、サーボモータ。
〔５〕 水冷ユニットにより冷却されるサーボモータにおいて、ケースと該水冷ユニットの間に発熱側を該水冷ユニットに向けてペルチェ素子が設置されていることを特徴とする、サーボモータ。

本発明のサーボモータ冷却構造およびサーボモータは上述のように構成されるため、これらによれば、モータ発熱部を直接冷却することができ、従来よりも冷却効果を高めることができ、それによってモータ出力性能の低下・制限をなくすことができる。また、水冷構造を用いるサーボモータにおいて、従来よりも効率的に冷却を行うことができる。近年、サーボモータの小型化・高効率化が求められており、モータ発熱はますます大きくなる傾向にある。本発明に係る冷却構造を用いることで、従来よりも効率的な冷却を行うことができ、小型であっても高出力のサーボモータを実現することができる。

本発明では、片面から吸熱するというペルチェ素子の効果を利用し、これが設けられたモータケース表面から強制的に吸熱し、その熱を強制的に水冷ユニット側に移動させることによって、発熱部であるモータステータを直接冷却するとともに、冷却効率を向上させることができる。

また、モータのサイズを変えることなく定格出力を上げることも可能となる。殊に、エンコーダ等の熱保護を要するセンサを備えたモータ構造において、本発明は有効である。また本発明は、モータ内部にファンを有する方式ではなく、ケーシング表面への設置であることから、製造しやすく、汎用性が高い。

なお、上記特許文献１開示技術は、ペルチェ素子ではなく回路によるペルチェ効果を利用するものであり、構成が簡素で使用方法も容易、汎用性の高い本発明とは明らかに相違する。また、特許文献２開示技術は、ペルチェ素子を用いてポンプを通る油を冷却する技術だが、本発明はペルチェ素子により直接モータ表面を冷却し、高温側を水等の冷媒で冷却する構造であり、冷却効率向上効果は大きく相違する。さらに、既にあるブレーキ用電源から電源を得る構成とすることができる点でも相違する。

本発明サーボモータ冷却構造の基本構成を示す要部半断面図である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明サーボモータ冷却構造の基本構成を示す要部半断面図である。図示するように本サーボモータ冷却構造１０は、サーボモータ２０のケース１表面に設置された水冷ユニット３と、ケース１と水冷ユニット３の間に設置されたペルチェ素子２からなることを、主たる構成とする。ペルチェ素子２はその吸熱側２ａをケース１に、発熱側（放熱側）２ｂを水冷ユニット３に向けて設置されることとする。

ペルチェ素子２は、シリコン等からなるｐ形半導体とｎ形半導体を複数接続した回路で構成され、電力／熱交換自在に所定の制御回路に接続されたものである。ペルチェ素子には、ｐ形半導体の正極とｎ形半導体の負極を熱的に接続する吸熱側２ａ、ｐ形半導体の負極とｎ形半導体の正極を熱的に接続する発熱側２ｂが設けられ、それぞれが反対側に向くよう配置されている。本サーボモータ冷却構造１０のペルチェ素子２の向きは、上述の通りである。

かかる構成の本サーボモータ冷却構造１０によれば、ケース１に伝導されるモータステータの発熱による熱は、ケース１表面に接して設置されたペルチェ素子２の吸熱側２ａによって効率よく吸熱され、さらにペルチェ素子２の発熱側２ｂを介してこれに接して設置された水冷ユニット３へと伝導される。すなわち、ペルチェ素子２の効果を利用し、これが設けられたモータケース１表面から強制的に吸熱し、その熱を強制的に水冷ユニット３側に移動させることによって、発熱部であるモータステータを直接冷却するとともに、冷却効率を向上させることができる。

また、本発明サーボモータ冷却構造１０は、ペルチェ素子２の電源４を、サーボモータ２０のブレーキ電源から得る構成とすることができる。これにより、構造をより簡素化することができ、また別途電源を備えることが不要であるため、無駄な大型化を防ぐことができる。

また、以上説明したサーボモータ冷却構造１０を備えたサーボモータ２０自体もまた、本発明の範囲内である。水冷ユニットにより冷却されるサーボモータにおいて、ケースと水冷ユニットの間に発熱側を水冷ユニットに向けてペルチェ素子が設置されているサーボモータも、本発明の範囲内である。

本発明のサーボモータ冷却構造およびサーボモータによれば、モータ発熱部を直接冷却することができ、従来よりも冷却効果を高めることができ、それによってモータ出力性能の低下・制限をなくすことができる。したがって、サーボモータ製造・使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。

１…ケース
２…ペルチェ素子
２ａ…ペルチェ素子の吸熱側
２ｂ…ペルチェ素子の発熱側（発熱側）
３…水冷ユニット
４…電源
１０…サーボモータ冷却構造
２０…サーボモータ

Claims (5)

1. サーボモータのケース表面に設置された水冷ユニットと、該ケースと該水冷ユニットの間に設置されたペルチェ素子からなることを特徴とする、サーボモータ冷却構造。
2. 前記ペルチェ素子はその吸熱側を前記ケースに、発熱側を前記水冷ユニットに向けて設けられることを特徴とする、請求項１に記載のサーボモータ冷却構造。
3. 前記ペルチェ素子の電源はサーボモータのブレーキ電源から分離されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のサーボモータ冷却構造。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却構造を備えていることを特徴とする、サーボモータ。
5. 水冷ユニットにより冷却されるサーボモータにおいて、ケースと該水冷ユニットの間に発熱側を該水冷ユニットに向けてペルチェ素子が設置されていることを特徴とする、サーボモータ。