JP2007051694A - 自己保持形ブレーキとその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機動作中のブレーキへの電力供給をなくすことができる非常保護用の自己保持形ブレーキとその駆動方法を提供する。
【解決手段】磁性体のフランジ１１と、フランジを励磁するためのコイル２３と、コイル２３を励磁することによりフランジ１１に吸引されるアーマチュア１５と、コイル２３が無励磁の場合にアーマチュア１５をフランジ１１から解放するためのスプリング１７と、電動機軸２１と回転方向に拘束されアーマチュア１５を押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスク１６とを備えたブレーキにおいて、コイル２３が作る磁束の経路に直列に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石６０を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の負作動ブレーキとその駆動方法であって、特に電動機動作時にブレーキでの電力消費をなくした自己保持形の負作動ブレーキに関する。

従来、電動機への通電が突然停止した場合に電動機軸を速やかに停止させる場合や、電動機の非通電時に電動機軸を固定させる場合、負作動ブレーキが多く用いられてきた。この負作動ブレーキには、電動機フランジ内にブレーキを内蔵して電動機の内部空間を有効利用することで、電動機の全長を短くし省スペース化を実現したものがある。

図４は、従来技術における電動機の負作動ブレーキの構成を示した横断面図である。図４において、１１は電動機フランジ、１２はカラー、１３はボルト、１４はサイドプレート、１５はアーマチュア、１６はブレーキディスク、１７はスプリング、１８はインナドライバ、１９はキー、２０は止めねじ、２１は電動機軸、２２は軸受、２３はコイル、２４は止め輪、２５はオイルシールである。

このような構成の電動機の負作動ブレーキにおいて、磁性体の電動機フランジ１１に、円周上に数カ所配置したカラー１２を介してボルト１３によって固定されたサイドプレート１４と、カラー１２により移動自在に支持されたアーマチュア１５の間にはブレーキディスク１６が配置され、スプリング１７で押しつけられている。また、ブレーキディスク１６の内径は、スプライン加工が施されており、外径にスプライン加工を施したインナドライバ１８と回転方向に拘束されており、さらにインナドライバ１８は、キー１９と止めねじ２０によって電動機軸２１に固定され、電動機軸２１は軸受２２と止め輪２４により電動機フランジに固定され、回転可能に支持されている。

次に動作を説明する。電動機フランジ１１内に納められたコイル２３に直流を通電し、電動機フランジ１１が励磁されると、磁束２６が発生し、アーマチュア１５は前記スプリング１７の押しつけ力に打ち勝って電動機フランジ１１側に吸引され、ブレーキディスク１６が解放されブレーキは解除される。コイル２３に通電している間はブレーキは解除されているため、電動機軸２１は自由に回転できる状態となる。停電等によりコイルの電源が遮断されると、コイル２３への通電ができなくなり電動機フランジ１１が無励磁となり、アーマチュア１５はスプリング１７の力でブレーキディスク１６を押しつけブレーキがかかる。これにより負作動ブレーキは、電源異常時に電動機を継続して停止状態にするフェ-ルセーフ機能を発揮する（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１５２５６０号公報（７頁の図４）

電動機への通電が停止した場合に作動する電動機の負作動ブレーキでは、電動機動作中は常時ブレーキコイルへ通電することで、電動機の回転子をブレーキディスクの拘束から解放し、自在に回転できるようにしている。つまりブレーキへの供給電力を犠牲にすることで、非常時のブレーキ動作を担保している。このため電動機動作中はブレーキへの電力供給が常に必要であり、ブレーキへの供給電力をなくすことは、ブレーキ動作原理から困難であった。

そこで本発明は、電動機動作中のブレーキへの電力供給をなくすことができる非常保護用の自己保持形ブレーキとその駆動方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項１に記載の発明は、磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備えたブレーキにおいて、前記コイルが作る磁束の経路に直列に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備えたブレーキにおいて、前記コイルが作る磁束の経路に並列に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備え、前記永久磁石と前記フランジの間に空隙を介して継鉄を備えたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備え、前記コイルが作る磁束の経路に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備えた自己保持形ブレーキの駆動方法において、ブレーキを解放する場合に、所定時間前記コイルに通電してアーマチュアをブレーキディスクから解放した状態に保持し、ブレーキを働かせる場合は、停電検出信号に基づいてブレーキを解放する場合と逆方向に所定時間前記コイルに通電するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３記載の発明において前記コイルへの通電用の直流電源として、バッテリーまたは電動機駆動用制御装置のコンバータ出力電圧を用いるものである。

本発明は、磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備えたブレーキにおいて、前記コイルが作る磁束の経路に直列に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備えたので、電動機動作中のブレーキへの電力供給をなくすことができる省エネ、非常保護用の自己保持形ブレーキを提供できる。
また、本発明は磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備えたブレーキにおいて、前記コイルが作る磁束の経路に並列に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備え、前記永久磁石と前記フランジの間に空隙を介して継鉄を備えたので、電動機動作中のブレーキへの電力供給をなくすことができる非常保護用の自己保持形ブレーキを提供できる。
また、本発明は、磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備え、前記コイルが作る磁束の経路に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備えた自己保持形ブレーキの駆動方法において、ブレーキを解放する場合に、所定時間前記コイルに通電してアーマチュアをブレーキディスクから解放した状態に保持し、ブレーキを働かせる場合は、停電検出信号に基づいてブレーキを解放する場合と逆方向に所定時間前記コイルに通電するので、電動機動作中のブレーキへの電力供給をなくすことができる非常保護用の自己保持形ブレーキの駆動方法を提供することができる。
また、請求項３記載の発明において前記コイルへの通電用の直流電源として、バッテリーまたは電動機駆動用制御装置のコンバータ出力電圧を用いるので、電動機動作中のブレーキへの電力供給をなくすことができる非常保護用の自己保持形ブレーキの駆動方法を提供することができる。コイルへの通電用の直流電源として、電動機駆動用制御装置のコンバータ出力電圧を用いると、コイルへの通電用の直流電源を別個に用意する必要がなくなる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す横断面図である。図１が従来の負作動ブレーキの横断面図（図４）と異なる部分は永久磁石６０を設けた部分であり、その他の構成は従来と同じである。従来例の図１と同一名称には同一符号を付け、重複説明を省略する。永久磁石６０は、ブレーキを解除する場合にコイルの通電により発生する磁束を増加する方向となるように設置する。永久磁石６０の形状はリング状またはボルト１３と同様に円周上に数カ所断続的に配置することができる。永久磁石６０はアーマチュア１５と対向する位置に取り付けられる。

次に動作を説明する。ブレーキがかかっている状態ではアーマチュア１５と永久磁石６０とは所定の空隙があるため、スプリング１７の力が永久磁石６０がアーマチュア１５の吸引力より大きくなっている。ところが一度コイル２３を所定時間だけ直流通電によりアーマチュア１５をスプリング１７に抗してコイル２３の方向に吸引すると、アーマチュア１５と永久磁石６０との空隙がほとんどなくなり永久磁石からの磁束が増加し、磁石６０がアーマチュア１５を吸引する力がスプリング１７の反力よりも大きくなり、もはやコイル２３の通電を止めてもアーマチュア１５をそのままの状態で保持することができ、電動機を自在に駆動できる。

次に電動機を非常停止する場合は、商用電源またはブレーキ駆動用の電源に停電検出器を設け、停電時はこの停電検出器からの停電信号をトリガとしてコイル２３へブレーキを解放する場合と逆方向に所定時間通電する。これによりコイルが作る磁束は永久磁石６０が作る磁束を相殺する。このため今度はスプリング１７の反力が永久磁石６０の吸引力よりも大きくなり、アーマチュア１５はブレーキディスク１６側へ移動し押し付けられブレーキがかかる。このブレーキ開放およびブレーキを懸けるためにの通電時間は直流電流をを瞬間的に流せばよいので、わずか数秒足らずで充分である。
このようにブレーキを懸けるとき、解放するときの両方共に瞬間的にコイル２３に通電することにより、本発明のブレーキを駆動することができる。
停電検出器は、商用電源電圧の線間電圧またはブレーキ駆動用の電源電圧を電圧検出器で常時検出し、この検出電圧が事前に設定した基準電圧と比較する。この検出電圧が基準電圧より小さければ、停電と判断し停電検出信号を図示しないブレーキ制御装置へ出力する。
コイル２３への通電用の直流電源は、停電時の既存のバックアップ電源またはバッテリーを流用してもよい。コイル通電時間はアーマチュア１５が動いている一瞬のみであり、その消費電力も小さいため専用のバッテリーを設けてもよい。また、交流電源を一旦直流電圧（直流中間回路の電解コンデンサの電圧）に変換し、この直流電圧をスイッチングにより可変電圧、可変周波数の交流に変換するインバータであれば、この直流中間回路の直流電圧（コンバータの出力）をコイル駆動用の電源として使用することができる。電動機駆動用制御装置中にあるこの直流中間回路の直流電圧をコイル駆動電源として使うことができる。この場合は別個のコイル駆動用の直流電源を別個に用意する必要はない。

図２は本発明の第２実施例を示し、主要構成部分をのみを示した横断面図である。図１と同一名称には同一符号を付け、重複説明を省略する。図２が図１と異なる部分は、永久磁石６０が電動機軸２１に内接する位置に設けた部分である。動作は図１と同様である。図２で使う永久磁石６０はリング状の永久磁石である。図２においては、永久磁石６０の磁束が電動機軸２１へ漏れないように、電動機軸２１をステンレス等の非磁性材とする。

図３は本発明の第３実施例を示し、主要部分をのみを示した横断面図である。図２と同一名称には同一符号を付け、重複説明を省略する。図３が図２と異なる部分は、永久磁石６０の設定位置と継鉄６１にある。永久磁石６０はコイル２３を収めるスペースに設置 する。永久磁石６０が作る磁束の経路は、コイル２３の通電により発生する磁束の経路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（図２）と一部異なり、継鉄６１を通る経路となる。継鉄６１は、コイル２３による磁束と同方向に磁束のバイアスを与える磁気回路を形成する。
動作は図１と同様である。図２で使う永久磁石６０はリング状の永久磁石である。ブレーキを働かせる場合に、ブレーキを解除する場合と逆方向に直流電流を流すため、実施例１、２では永久磁石６０に減磁界が作用するのに対し、図３では永久磁石６０がコイルの作る磁束経路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから除外されているための減磁界が作用しない。このためコイルに大きな電流を流しても永久磁石６０が不可逆減磁する恐れはない。

産業用ロボットでは複数のサーボモータ毎に負作動ブレーキを備え、停電時にブレーキを動作させロボットアームが重力により落下するのを防止している。本発明はこれらサーボモータ用の負作動ブレーキに適用できる。

本発明の第１実施例を示す横断面図 本発明の第２実施例を示す横断面図 本発明の第３実施例を示す横断面図 従来の負作動ブレーキの横断面図

符号の説明

１１ フランジ
１２ カラー
１３ ボルト
１４ サイドプレート
１５ アーマチュア
１６ ブレーキディスク
１７ スプリング
１８ インナドライバ
１９ キー
２０ 止めねじ
２１ 電動機軸
２２ 軸受
２３ コイル
２４ 止め輪
２５ オイルシール
６０ 永久磁石
６１ 継鉄

Claims (4)

1. 磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備えたブレーキにおいて、
   前記コイルが作る磁束の経路に直列に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備えたことを特徴とする自己保持形ブレーキ。
2. 磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備えたブレーキにおいて、
   前記コイルが作る磁束の経路に並列に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備え、
   前記永久磁石と前記フランジの間に空隙を介して継鉄を備えたことを特徴とする自己保持形ブレーキ。
3. 磁性体のフランジと、前記フランジを励磁するためのコイルと、前記コイルを励磁することにより前記フランジに吸引されるアーマチュアと、前記コイルが無励磁の場合に前記アーマチュアを前記フランジから解放するためのスプリングと、電動機軸と回転方向に拘束され前記アーマチュアを押しつけることにより制動トルクを発生するブレーキディスクとを備え、前記コイルが作る磁束の経路に、ブレーキを解除する場合にコイル通電により発生する磁束を増加する方向に永久磁石を備えた自己保持形ブレーキの駆動方法において、
   ブレーキを解放する場合、所定時間前記コイルに通電してアーマチュアをブレーキディスクから解放した状態に保持し、
   ブレーキを働かせる場合は、停電検出信号に基づいてブレーキを解放する場合と逆方向に所定時間前記コイルに通電することを特徴とする自己保持形ブレーキの駆動方法。
4. 前記コイルへの通電用の直流電源として、バッテリーまたは電動機駆動用制御装置のコンバータ出力電圧を用いるものである請求項３記載の自己保持形ブレーキの駆動方法。

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