JP2011144854A - 無励磁作動ブレーキおよびブレーキ内蔵型ギヤードモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型・高効率のブレーキ内蔵型ギヤードモータを提供する。
【解決手段】サイドプレート２２とフィールドコア８間に円周等分割になるように設けられた複数の軸受２５と、前記軸受２５の外輪の形状に合わせた切り欠きにより接して配置されたアーマチェア６と、前記軸受２５の外輪に接するように外周面が配置され、内周面に磁性体２６を備えたブレーキディスク５と、前記ブレーキディスク５の前記磁性体２６に対向して磁気的に結合するようにシャフト１４の周方向に複数個配置された永久磁石２８と、前記磁性体２６と前記永久磁石２８の間をキャン２７により機械的に絶縁したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブレーキ内蔵型ギヤードモータに関するものである。

従来のブレーキ内蔵型ギヤードモータについて図２に基づいて説明する。これまで、発明者らは図２に示すブレーキ付サーボモータを開発しており、このようなブレーキ付モータに減速機を取付けたものが用いている（例えば、特許文献１参照）。図２において、ステータコア1はケイ素鋼板を積層したもので、その内周には複数の電機子巻線２が図示しない絶縁層を介して、円周方向に等間隔に配置されている。各電機子巻線を結線基板１０に半田づけした後、ステータコア１、電機子巻線２、結線基板１０は樹脂モールド９により一体に固着される。モールド後、ステータコア１とフレーム３は焼バメ又は接着により固定される。
電機子巻線２は通電により発熱し、その熱はステータコア１を通してフレーム３に伝達される。従来例ではフレーム３をアルミニウムで構成している。電機子巻線２の内周には空隙を介して永久磁石４が対向配置されている。
永久磁石４は、リング磁石または複数のセグメント磁石により構成され、所定の極数となるよう着磁されており、軟磁性材料で構成されたロータヨーク１５の外周に接着固定されている。ロータヨーク１５は内径側に窪ませた略カップ形状としている。このロータヨーク１５はシャフト１４と同心に固定され、シャフト１４はＬ側軸受１２、反Ｌ側軸受１３により回転自在に支持されている。Ｌブラケット１１はフレーム３と一体に形成されており、Ｌ側軸受１２の外輪がＬブラケット１１に勘合されている。反Ｌ側軸受１３の外輪はブレーキのフィールドコア８と一体に形成された反Ｌ軸受ハウジング１６に勘合されており、フィールドコア８の外周は図示しないボルトによりフレーム３に固定されモータ部を構成している。
次に、ブレーキ部を説明する。フィールドコア８は同心のスロットを有した円筒形状のもので、鉄などの軟磁性材料で構成されている。ブレーキコイル７は、図示しないボビンに円筒形状に巻回し、フィールドコア８の溝に挿入後、樹脂モールド等により固着されている。フィールドコア８の外周にはブレーキディスク５をアーマチェア６とサイドプレート２２に押付けるため、図示しないコイルばねが配置されている。
ブレーキディスク５はアーマチェア６とサイドプレート２２の間に配置されており、ハブ２３を介してシャフト１４に取付けられている。アーマチェア６の外周には図示しないカラに合わせた切欠きが設けられており、カラに沿って軸方向に自在に摺動し、円周方向に回転しないよう取付けられている。サイドプレート２２は図示しないカラを介してフィールドコア８に固定されている。
次にブレーキの動作について説明する。ブレーキコイルに通電していない状態ではコイルばねの力によりブレーキブレーキディスク５はアーマチェア６とサイドプレート２２に押付けられ拘束されている。ブレーキディスク５はハブ２３を介してシャフト１４に取付けられているため、シャフト１４も回転しない。コイル７に通電すると磁気吸引力によってアーマチェア６がフィールド８に吸着するので、ブレーキディスク５は回転自在となり、ブレーキが開放される。
図３は別の従来のブレーキ内蔵型ギヤードモータを示したものである。図３（ａ）は
側断面図を示し、図３（ｂ）はＡ−Ａ‘の正断面図である。減速機３０には、潤滑のため図示しない規定量のグリースが封入されており、モータ側へグリースが侵入するのを防止するため、オイルシール２４が設けられている。本従来例では、Ｌブラケットが存在せず、減速機のモータ側取付け面と空隙を介して、樹脂モールド９と電機子巻線２が配置されている。また、図示しないＬ側軸受を減速機３０と一体に設け、軸方向の長さを低減している。減速機の高速軸と一体に成形されたシャフト１４にはハブ２３が固着されており、ハブ２３外周とブレーキディスク５の内周に設けられた、スプライン２１によりブレーキディスク５はラジアル方向には拘束され、軸方向には移動可能となるよう取付けられている。フィールドコア８は同心のスロットを有した円筒形状のもので、鉄などの軟磁性材料で構成されている。ブレーキコイル７は、図示しないボビンに円筒形状に巻回し、フィールドコア８の溝に挿入後、樹脂モールド等により固着されている。フィールドコア８の外周にはブレーキディスク５をアーマチェア６とサイドプレート２２に押付けるため、図示しないコイルばねが配置されている。
ブレーキディスク５はアーマチェア６とサイドプレート２２の間に配置されており、ハブ２３を介してシャフト１４に取付けられている。アーマチェア６の外周にはカラ１９に合わせた切欠きが設けられており、カラ１９に沿って軸方向に自在に摺動し、円周方向に回転しないよう取付けられている。サイドプレート２２はカラ１９を介してフィールドコア８に固定されている。
次にブレーキの動作について説明する。ブレーキコイルに通電していない状態ではコイルばねの力によりブレーキディスク５はアーマチェア６とサイドプレート２２に押付けられ拘束されている。ブレーキディスク５はハブ２３を介してシャフト１４に取付けられているため、シャフト１４も回転しない。コイル７に通電すると磁気吸引力によってアーマチェア６がフィールド８に吸着するので、ブレーキディスク５は回転自在となり、ブレーキが開放される。

特開２００７−１４３２５５号公報

このように、従来のブレーキ内蔵型ギヤードモータは、減速機、モータ、無励磁作動ブレーキ、回転検出器等の機器が直列に配置され、さらにそれらの機器の間に軸受、隔壁などが設けてあるため軸方向長さが大きくなり、小形化が困難という問題があった。また、モータ部やギヤ部で発生する熱はブラケットを介して放熱されるため、軸方向長さが長くなると冷却性能が低下してしまうという問題も抱えていた。また、従来例では、Ｌブラケットの無い構造として、Ｌ側軸受も減速機内に設けることで、軸方向長さを短縮しているが、減速機内のグリースのモータ側への流出防止のため、オイルシールが必要であり、オイルシールによる回転損失が発生し、効率が低下してしまうという問題があった。また、オイルシールからのグリース漏れが発生すると、ブレーキディスクにグリースが付着し、ブレーキトルクが低下するという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小型・高効率のブレーキ内蔵型ギヤードモータ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、フィールドコアに設けられたコイルの電磁力により、アーマチェアを吸引することで、コイル通電状態ではブレーキを開放状態とし、無通電時には、ばね等の機械力によりブレーキディスクを前記アーマチェアおよびサイドプレートに押付け、所定のブレーキトルクを発生する無励磁作動ブレーキにおいて、サイドプレートとフィールドコア間に円周等分割になるように設けられた複数の軸受と、前記軸受の外輪の形状に合わせた切り欠きにより接して配置されたアーマチェアと、前記軸受の外輪に接するように外周面が配置され、内周面に磁性体を備えたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクの前記磁性体に対向して磁気的に結合するようにシャフトの周方向に複数個配置された永久磁石と、前記磁性体と前記永久磁石の間をキャンにより機械的に絶縁したものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記ブレーキディスクの内周側に磁性体が、偶数の歯で形成されるか偶数の永久磁石で形成されるかの何れかで構成されたものである。
また、請求項３に記載の発明は、非磁性材料で構成されたキャンをフィールドコアとサイドプレートの内周面に固着したものである。
また、請求項４に記載の発明は、キャンが樹脂で構成されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、フィールドコアに設けられたコイルの電磁力により、アーマチェアを吸引することで、コイル通電状態ではブレーキを開放状態とし、無通電時には、ばね等の機械力によりブレーキディスクを前記アーマチェアおよびサイドプレートに押付け、所定のブレーキトルクを発生する無励磁作動ブレーキを備え、モータ部と、減速機部とを備えたたブレーキ内蔵形ギヤードモータにおいて、サイドプレートとフィールドコア間に円周等分割になるように設けられた複数の軸受と、前記軸受の外輪の形状に合わせた切り欠きにより接して配置されたアーマチェアと、前記軸受の外輪に接するように外周面が配置され、内周面に磁性体を備えたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクの前記磁性体に対向して磁気的に結合するようにシャフトの周方向に複数個配置された永久磁石と、前記磁性体と前記永久磁石の間をキャンにより機械的に絶縁したものである。
また、請求項６に記載の発明は、減速機とモータ部の間にＶリングを設けたものである。

本発明によれば、シャフトとブレーキディスクが機械的に絶縁されるため、シャフト側からブレーキディスクへの異物進入を防止できる。また、ブレーキ部の磁気的結合部は過大なトルクが加わった場合、脱調するのでトルクリミッタとしても使用できる。磁気結合力をブレーキディスクの摩擦力より低めに設定すれば、ブレーキ力は磁気吸引力で決定される。磁気結合部は非接触であるため、経年変化が無くブレーキ力のばらつきを従来に比べ極めて小さくできる。また、ブレーキディスク外周を軸受で保持することで、ディスクの倒れを低減できるので、空転磨耗の極めて少ないブレーキが実現できる。
また、減速機のグリースがブレーキに浸入しないため、従来必要であった、オイルシール等の減速機グリース封止手段が不要、またはＶリング等の簡易的なものにできるため、封止手段により発生する摩擦抵抗を大幅に軽減でき、モータ効率が向上するとともに、発熱も軽減できる。

本発明の第１実施例を示すブレーキ内蔵型ギヤードモータの側断面図 従来の一実施例を示すブレーキ内蔵型ギヤードモータの側断面図 従来の別の実施例を示すブレーキ内蔵型ギヤードモータの側断面図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、ブレーキ内蔵型ギヤードモータの側断面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である。図において、１はステータコア、２は電機子巻線、３はフレーム、４は永久磁石、５はブレーキディスク、６はアーマチェア、７はブレーキコイル、８はフィールドコア、９はモールド樹脂、１０は結線基板、１３は反Ｌ側軸受、１４はシャフト、１５はロータヨーク、１６は反Ｌ軸受ハウジング、１７はブレーキカバ、１８はエンコーダ、２０はエンコーダカバ、２２はサイドプレート、２５は軸受、２６は磁性歯、２７はキャン、２８は永久磁石、２９はＶリング、３０は減速機である。

本発明が従来技術と異なる部分について説明する。ブレーキディスク５は外周を軸受２５の外輪で回転自在に保持され、内周に磁性歯２６を設けられている。ブレーキディスク５は非磁性材料で構成されるが、内周の磁性歯２６は磁性体で構成された偶数の歯が設けられており、外周の非磁性部と焼きバメ等により一体に固着する。偶数の歯は磁気的変化を発生させるために形成されているが、歯の代わりに偶数個の永久磁石をＮ極、Ｓ極の順に周方向に配置しても良い。磁性歯２６と対向するシャフト１４の外周に磁性歯２６と同数のＮ極、Ｓ極の順に周方向に永久磁石２８が設置され、磁性歯２６と永久磁石２８は磁気的に結合するとともに、前記磁性歯と永久磁石の間にはキャン２７が設けられ、機械的に絶縁して形成している。キャン２７は非磁性材料または、樹脂により構成されるが、永久磁石２８の磁束により、発生する粘性抵抗を低減するため、高抵抗率材が望ましい。キャン２７はサイドプレート２２の内周とフィールドコア８の内周に接着等により固定されている。
アーマチェア６は、外周面にサイドプレート２２とフィールドコア８間に設けられた同心上等分割になるように設けられた複数の軸受２５に合わせた切欠きが設けられ、軸受２５の外輪に接するようにして円周方向には回転せず、軸方向には可動自在に取付けられている。
Ｖリング２９は減速機３０に給脂されたグリースがモータ側に流出するのを防止するために設けられている。従来はオイルシールを用いていたが、本発明のブレーキによれば、ブレーキディスクに異物が浸入しない構造となっており、潤滑に支障をきたさない程度のグリースの流出は許容できる。Ｖリング２９はオイルシールに比べるとグリースの封止能力は低いが、摺動抵抗が小さいため、モータの無負荷トルクを低減できるので、従来に比べ効率が向上する。ブレーキのリード穴３２には、図示しないゴムブッシュまたはシール材を塗布しブレーキへの異物浸入を防止している。また、フレーム３、ブレーキカバ１７とフィールドコア８の当り面には図示しないシール材を塗布し、外部からの異物浸入を防止している。

次にブレーキの動作について説明する。ブレーキコイル７に通電していない状態ではコイルばねの力によりブレーキディスク５はアーマチェア６とサイドプレート２２に押付けられ拘束されている。ブレーキディスク５の内周に設けた磁性歯２６は空隙とキャンを介して対向配置された永久磁石２８と磁気的に結合しており、永久磁石２８はシャフト１４に取付けられているため、シャフト１４も回転しない。コイル７に通電すると磁気吸引力によってアーマチェア６がフィールド８に吸着するので、ブレーキディスク５は回転自在となり、ブレーキが開放される。ブレーキディスク５は内周側に設けた磁性歯２６以外は非磁性であり、フィールドコア８からの漏れ磁束によりアーマチェア６に吸引されない構造となっている。

１ ・・・・ステータコア
２ ・・・・電機子巻線
３ ・・・・フレーム
４ ・・・・永久磁石
５ ・・・・ブレーキディスク
６ ・・・・アーマチェア
７ ・・・・ブレーキコイル
８ ・・・・フィールドコア
９ ・・・・モールド樹脂
１０・・・・結線基板
１１・・・・Ｌブラケット
１２・・・・Ｌ側軸受
１３・・・・反Ｌ側軸受
１４・・・・シャフト
１５・・・・ロータヨーク
１６・・・・反Ｌ側軸受ハウジング
１７・・・・ブレーキカバ
１８・・・・エンコーダ
１９・・・・カラ
２０・・・・エンコーダカバ
２１・・・・スプライン
２２・・・・サイドプレート
２３・・・・ハブ
２４・・・・オイルシール
２５・・・・軸受
２６・・・・磁性歯
２７・・・・キャン
２８・・・・永久磁石
２９・・・・Ｖリング
３０・・・・減速機
３１・・・・リード穴

Claims (6)

1. フィールドコアに設けられたコイルの電磁力により、アーマチェアを吸引することで、コイル通電状態ではブレーキを開放状態とし、無通電時には、ばね等の機械力によりブレーキディスクを前記アーマチェアおよびサイドプレートに押付け、所定のブレーキトルクを発生する無励磁作動ブレーキにおいて、
   サイドプレートとフィールドコア間に円周等分割になるように設けられた複数の軸受と、前記軸受の外輪の形状に合わせた切り欠きにより接して配置されたアーマチェアと、前記軸受の外輪に接するように外周面が配置され、内周面に磁性体を備えたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクの前記磁性体に対向して磁気的に結合するようにシャフトの周方向に複数個配置された永久磁石と、前記磁性体と前記永久磁石の間をキャンにより機械的に絶縁したことを特徴とする無励磁作動ブレーキ。
2. 前記ブレーキディスクの内周側に磁性体が、偶数の歯で形成されるか偶数の永久磁石で形成されるかの何れかで構成されたことを特徴とする請求項１記載の無励磁作動ブレーキ。
3. 非磁性材料で構成されたキャンをフィールドコアとサイドプレートの内周面に固着したことを特徴とする請求項１記載の無励磁作動ブレーキ。
4. キャンが樹脂で構成されたことを特徴とする請求項１記載の無励磁作動ブレーキ。
5. フィールドコアに設けられたコイルの電磁力により、アーマチェアを吸引することで、コイル通電状態ではブレーキを開放状態とし、無通電時には、ばね等の機械力によりブレーキディスクを前記アーマチェアおよびサイドプレートに押付け、所定のブレーキトルクを発生する無励磁作動ブレーキを備え、モータ部と、減速機部とを備えたたブレーキ内蔵形ギヤードモータにおいて、
   サイドプレートとフィールドコア間に円周等分割になるように設けられた複数の軸受と、前記軸受の外輪の形状に合わせた切り欠きにより接して配置されたアーマチェアと、前記軸受の外輪に接するように外周面が配置され、内周面に磁性体を備えたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクの前記磁性体に対向して磁気的に結合するようにシャフトの周方向に複数個配置された永久磁石と、前記磁性体と前記永久磁石の間をキャンにより機械的に絶縁したことを特徴とするブレーキ内蔵形ギヤードモータ。
6. 減速機とモータ部の間にＶリングを設けたことを特徴とする請求項５記載のブレーキ内蔵形ギヤードモータ。
   
   

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