JP2015122905A - Brake motor and hoist - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブレーキモータ、および当該ブレーキモータを使用した巻上機に関する。 The present invention relates to a brake motor and a hoisting machine using the brake motor.
プルロータ式のブレーキを備えたブレーキモータは、互いに対向するプルロータの可動コア側の端面と、可動コアのプルロータ側の端面との距離がほぼ一定に構成される構造とされている（たとえば、特許文献１参照）。このようなブレーキモータでは、モータステータのコイルに電流を通電しないときには、ブレーキばねによってブレーキユニットを押動させてモータロータの回転を制動する。また、このブレーキモータは、モータステータのコイルに通電すると、モータステータに発生する磁束とプルロータの作用によってブレーキユニットの可動コアがプルロータに吸引されてブレーキが解放されると同時にモータ軸が回転可能となり、モータロータの制動が解除されてモータロータが回転するように構成されている。 A brake motor provided with a pull rotor type brake has a structure in which the distance between the end surface of the pull rotor facing each other on the movable core side and the end surface of the movable core on the pull rotor side is configured to be substantially constant (for example, Patent Documents). 1). In such a brake motor, when no current is supplied to the coil of the motor stator, the brake unit is pushed by the brake spring to brake the rotation of the motor rotor. Also, in this brake motor, when the coil of the motor stator is energized, the movable shaft of the brake unit is attracted to the pull rotor by the magnetic flux generated in the motor stator and the action of the pull rotor, so that the brake can be released and the motor shaft can rotate at the same time. The braking of the motor rotor is released, and the motor rotor is configured to rotate.
特許文献１のようなブレーキモータでは、モータステータのコイルに電流を通電するだけでブレーキを解放し、ブレーキモータを運転することできる。しかし、プルロータが可動コアを吸引する電磁力（磁気吸引力）は、可動コアとプルロータとのギャップ（空隙）の二乗に反比例することから、電磁力の大きさはこのギャップの大きさに影響される。可動コアをプルロータが磁気吸引するとき、可動コアとプルロータとのギャップが小さくなるに従い、電磁力（吸引力）が大きくなり、吸着される瞬間には大きな電磁力が発生し、プルロータに衝撃力を与えることになる。この衝撃力によって、大きな衝撃音が発生したり、プルロータが変形してしまうことがある。 In a brake motor like patent document 1, a brake is released only by supplying an electric current to the coil of a motor stator, and a brake motor can be operated. However, since the electromagnetic force (magnetic attractive force) that the pull rotor attracts the movable core is inversely proportional to the square of the gap (gap) between the movable core and the pull rotor, the magnitude of the electromagnetic force is affected by the size of the gap. The When the pull rotor magnetically attracts the movable core, the electromagnetic force (suction force) increases as the gap between the movable core and the pull rotor decreases, and a large electromagnetic force is generated at the moment of being attracted. Will give. This impact force may generate a large impact sound or the pull rotor may be deformed.
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プルロータが可動コアを吸着したときの衝撃を弱め、耐久性を高めることが可能なブレーキモータを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a brake motor capable of reducing the impact when the pull rotor adsorbs the movable core and increasing the durability. Is.
上記課題を解決するために、本発明は、モータステータと、モータステータの円筒中空部内に回転自在に配置されるモータロータと、円周方向に配置される複数の磁性体片と、磁性体片を保持する非磁性体製の保持部材とを有し、円筒中空部内に配置されるプルロータと、モータ軸と、プルロータに対し軸方向に対向すると共に、モータ軸の軸方向に移動可能に取り付けられる磁性体製の可動コアを有するブレーキユニット、を有するブレーキモータであって、可動コアの外周側には、可動コアのコア端面よりも円筒中空部内に入り込むように突出するコア凸部が設けられ、磁性体片の内周側には、磁性体片のロータ端面よりもコア端面に向かって突出する磁性凸部が設けられており、モータステータのコイルへの非通電状態では、第１のギャップと第２のギャップと第３のギャップとが存在しており、第１のギャップは、モータ軸の軸方向における磁性凸部とコア端面との間に存在していて、第２のギャップは、モータ軸の軸方向におけるコア凸部とロータ端面との間に存在していて、第３のギャップは、軸方向とは直交するラジアル方向におけるコア凸部と磁性凸部との間に存在している、こととする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a motor stator, a motor rotor that is rotatably disposed in a cylindrical hollow portion of the motor stator, a plurality of magnetic body pieces that are circumferentially disposed, and a magnetic body piece. A holding member made of a non-magnetic material to hold, a pull rotor disposed in the hollow cylindrical portion, a motor shaft, and a magnet that is axially opposed to the pull rotor and is movably mounted in the axial direction of the motor shaft A brake motor having a body-made movable core, wherein a core convex portion is provided on the outer peripheral side of the movable core so as to protrude from the core end surface of the movable core so as to enter the hollow cylindrical portion. On the inner peripheral side of the body piece, a magnetic convex portion is provided that protrudes from the rotor end face of the magnetic piece toward the core end face. When the motor stator coil is not energized, the first gear is provided. , The second gap, and the third gap, and the first gap exists between the magnetic convex portion and the core end surface in the axial direction of the motor shaft, and the second gap Is present between the core convex portion and the rotor end surface in the axial direction of the motor shaft, and the third gap is present between the core convex portion and the magnetic convex portion in the radial direction orthogonal to the axial direction. I am doing it.
また、上記発明に加えて、第１のギャップをＧ１とし、第２のギャップをＧ２とし、第３のギャップをＧ３としたとき、Ｇ３＜Ｇ１＜Ｇ２の関係を満たす、ことが好ましい。 In addition to the above invention, when the first gap is G1, the second gap is G2, and the third gap is G3, it is preferable that the relationship G3 <G1 <G2 is satisfied.
また、上記発明に加えて、磁性凸部のうちコア端面との接触面は、 プルロータが可動コアを磁気吸着したときに磁気飽和状態となる有効断面積を備える、ことが好ましい。 In addition to the above invention, it is preferable that the contact surface with the core end surface of the magnetic convex portion has an effective cross-sectional area that becomes magnetically saturated when the pull rotor magnetically attracts the movable core.
また、上記発明に加えて、磁性体片には、磁束の流れを磁性凸部 に導く斜面が形成されている、ことが好ましい。 In addition to the above invention, it is preferable that the magnetic piece is provided with a slope for guiding the flow of magnetic flux to the magnetic projection.
また、本発明の巻上機は、上記記載のブレーキモータを使用している、こととする。 The hoisting machine of the present invention uses the brake motor described above.
本発明によると、プルロータが可動コアを吸着したときの衝撃を低減し、プルロータの耐久性を高めたブレーキモータを提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the brake motor which reduced the impact when a pull rotor adsorb | sucks a movable core, and improved durability of the pull rotor.
以下、本発明の実施の形態に係るブレーキモータ１について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a brake motor 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
（ブレーキモータ１の構成）
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態に係るブレーキモータ１の全体構成を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、磁性体片と可動コアとの対向面構造の詳細を拡大して示す部分断面図である。なお、以下で説明するブレーキモータ１は、ブレーキ付の三相交流誘導モータである。図１（Ａ）に示すように、ブレーキモータ１は、円筒形状のモータステータ２と、モータステータ２の円筒中空部２ａ内に回転自在に配置された円柱状のモータロータ３と、円柱状のプルロータ４と、モータロータ３およびプルロータ４の中心を貫通するモータ軸５を備えている。プルロータ４を挟んでモータロータ３に対して反対側には、ブレーキユニット６が配置されている。プルロータ４とブレーキユニット６は、モータ軸５に形成された軸方向に伸びるスプライン５ａとのスプライン結合によって円周方向に関し固定されている。モータロータ３の回転は、モータ軸５を介してプルロータ４とブレーキユニット６に伝達される。なお、ブレーキユニット６は、モータ軸５の軸方向に移動可能となっている。
(Configuration of brake motor 1)
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the overall configuration of a brake motor 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of the details of the opposing surface structure between a magnetic piece and a movable core. It is a fragmentary sectional view shown. The brake motor 1 described below is a three-phase AC induction motor with a brake. As shown in FIG. 1A, a brake motor 1 includes a
モータステータ２には、コイル２ｂが巻回されている。モータステータ２は、モータフレーム７の内筒部に固定されている。モータフレーム７は、モータステータ２、モータロータ３、プルロータ４、およびブレーキユニット６を収容した状態で、蓋状のブレーキブロック８と協働して内部空間を封止している。ブレーキブロック８の内周面は、ブレーキ制動面８ａとなる。
A
モータ軸５の両先端部の各々は、モータフレーム７に配置された軸受９ａと、ブレーキブロック８に配置された軸受９ｂとで回転可能に支持されている。図１では軸受としてのボールベアリングを例示している。モータ軸５は、中心軸Ｐを回転中心として回転する。その結果、モータロータ３、プルロータ４、およびブレーキユニット６は同様に、中心軸Ｐを回転中心として回転可能となっている。
Both ends of the
プルロータ４は、周方向に等間隔で配置される複数の磁性体片としての鉄片１０と、鉄片１０を保持する全体として略円筒形状の保持部材１１と、保持部材１１を保持するプルロータ芯部材１２とで構成されている。ここでいう磁性体は、いわゆる強磁性体であって、鉄、またはコバルト、ニッケルなどの金属を含む合金等である。本実施の形態の磁性体片は、鉄を材料とする鉄片１０を用いている。保持部材１１は、鉄片１０を中心軸Ｐから放射状に保持するものであり、鉄片１０に加わる衝撃およびモータの発熱に耐えうるアルミニウムなどの非磁性の軽金属材料を用いる。プルロータ芯部材１２の内筒部には軸方向に伸びるスプライン１２ａが形成されており、スプライン１２ａとモータ軸５に形成されたスプライン５ａとを嵌合させることで、プルロータ４は、モータ軸５と一体となって回転可能となっている。プルロータ芯部材１２のＸ１方向端部には、鍔１２ｂが設けられており、鉄片１０が受けるＸ１方向の衝撃を吸収可能となっている。プルロータ芯部材１２の材質は特に限定されないが、機械的強度が高いものを用いることが好ましく、本実施の形態では鉄芯である。また、プルロータ芯部材１２は、保持部材１１と一体に形成したものとしてもよい。なお、プルロータ４の詳細な構成については、図２および図３を参照して詳しく説明する。
The
プルロータ４は、モータ軸５に取り付けられたリング状の支持部材１４と、モータ軸５の段部に配置された皿ばね１５によって挟まれ、皿ばね１５によって支持部材１４に押圧されている。このような構成によって、プルロータ４は、軸方向には容易に移動できないようになっている。皿ばね１５は、ブレーキユニット６を磁気吸着したときにプルロータ４に加わる衝撃を緩和する機能も備える。すなわち、強い衝撃が加わった場合、皿ばね１５がたわみ、プルロータ４は、図１で右方向にわずかに移動し、衝撃を緩和する。
The
ブレーキユニット６は、磁性体である鉄系材料で形成された略円柱状の可動コア１６と、可動コア１６のブレーキブロック８側の先端部に固定されたブレーキドラム１７を有して構成されている。可動コア１６の内周面には軸方向に伸びるスプライン１６ａが形成されており、スプライン１６ａとモータ軸５のスプライン５ａとを嵌合させることで、ブレーキユニット６はモータ軸５と一体となって回転可能であり、かつ軸方向に移動可能となっている。ブレーキドラム１７は、略椀形状をしており、ブレーキブロック８側の外周縁にはコーン形状のリング状のブレーキライニング１８が固定されている。図１（Ａ）は、ブレーキライニング１８が、ブレーキドラム８のブレーキ制動面８ａに押圧された状態（つまり、ブレーキ制動の状態）を表している。
The brake unit 6 includes a substantially cylindrical
可動コア１６のプルロータ４側の端面にはブレーキドラム１７側に向かって掘り込まれた円環状の溝１６ｂが形成されている。そして、その溝１６ｂ内にブレーキばね１９が配設されている。ブレーキばね１９は、一方の端部がプルロータ４の可動コア１６側端面に当接し、他方の端部は、溝１６ｂの底面に当接して、ブレーキユニット６をブレーキブロック８側に押圧している。可動コア１６のプルロータ４側の外周側端部は、モータステータ２の内筒中空部２ａ内に入り込んでいる。
An
図１（Ｂ）に示すように、可動コア１６のプルロータ４側の外周側には、モータステータ２の円筒中空部２ａ内に入り込むようにプルロータ４に向かって突出するコア凸部１６ｃが設けられている。そして、円筒中空部２ａと可動コア１６の間には、可動コア１６が回転中にモータステータ２に接触しない程度の最小限のラジアル方向のギャップが設けられている。そして、コア凸部１６ｃの内周側には、コア凸部１６ｃよりも鉄片１０から離れ、鉄片１０の磁性凸部１０ｂに対向するコア端面１６ｄが設けられている。一方、鉄片１０には、外周側のロータ端面１０ａと、可動コア１６のコア凸部１６ｃよりも内周側の端面に向かって突設された磁性凸部１０ｂと、が設けられている。図１に示したプルロータ端面４ａは、鉄片１０のロータ端面１０ａと同じ平面内にあり、凸部４ｂの端面は、鉄片１０の磁性凸部１０ｂの端面と同じ平面内にある場合を例示している。
As shown in FIG. 1 (B), on the outer peripheral side of the
図１（Ｂ）に示すように、ブレーキ制動時では、鉄片１０の磁性凸部１０ｂの端面と、鉄片１０の磁性凸部１０ｂに対向する可動コア１６のコア端面１６ｄの間には軸方向の第１のギャップ（空隙）Ｇ１が設けられている。また、可動コア１６のコア凸部１６ｃの端面と、可動コア１６のコア凸部１６ｃに対向する鉄片１０のロータ端面１０ａとのとの間には軸方向のギャップＧ２が設けられている。ギャップＧ１およびギャップＧ２の大きさは、Ｇ１＜Ｇ２の関係にある。つまり、プルロータ４が可動コア１６を磁気吸着して、Ｇ１＝０となっても、ロータ端面１０ａとコア凸部１６ｃの端面の間には（Ｇ２−Ｇ１＞０）のギャップが存在する。そして、近接する（隣り合う）鉄片１０の磁性凸部１０ｂと可動コア１６のコア凸部１６ｃとは、相互に軸方向に交差し、軸方向に直角なラジアル方向にギャップＧ３が設けられている。ギャップＧ３の大きさは、ギャップＧ１よりも小さくなるように設定される。
As shown in FIG. 1B, during braking, an axial direction is provided between the end surface of the magnetic
（プルロータ４の構成）
図２は、ブレーキモータ１を構成するプルロータ４を示す断面斜視図である。なお、図２は、プルロータ４の中心軸Ｐを通り、中心軸Ｐに直角な平面で切断した断面斜視図を表し、モータロータ３側方向をＸ１とし、ブレーキユニット６側方向をＸ２とし説明する。プルロータ４の構成については図２を参照し、鉄片１０の固定構造については図３を参照しながら、それぞれ説明する。
(Configuration of pull rotor 4)
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing the
図２に示すように、プルロータ４は、周方向に等間隔で配置された複数の鉄片１０と、鉄片１０を保持する保持部材１１と、保持部材１１を保持する円筒形状のプルロータ芯部材１２を有して構成されている。鉄片１０は、保持部材１１に埋め込まれるようにして固定されている。鉄片１０の外周面２０は、保持部材１１の外周面１１ａと同じ円周面内で露出されている。なお、外周面２０を外周面１１ａよりも突出させてもよく、またその逆でもよい。モータステータ２の円筒中空部２ａ（図１参照）と、外周面２０（外周面１１ａ）との間には、プルロータ４が回転中にモータステータ２に接触しない程度の最小限のギャップが設けられている。プルロータ４は、プルロータ芯部材１２の外周に保持部材１１を介して複数の鉄片１０を等間隔で配置し、これらの部品を鋳造法にて一体的に形成して、その後、所望の形状に切削成形されている。なお、プルロータ芯部材１２の筒内面には不図示のスプライン１２ａ（図１参照）が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
鉄片１０は、保持部材１１のＸ１方向端面１１ｂからＸ２方向端面１１ｃを貫通している。鉄片１０のＸ１方向端面２１は、保持部材１１のＸ１方向端面１１ｂおよびプルロータ芯部材１２のＸ１方向端面１２ｃと同じ平面内にある。鉄片１０のＸ２方向端面には、ロータ端面１０ａに対してＸ２方向に突出された磁性凸部１０ｂが形成されている。磁性凸部１０ｂの端面２３は、表面に露出している。そして、磁性凸部１０ｂの形成範囲において、プルロータ４の軸方向（Ｘ１‐Ｘ２軸方向）に対して直角方向の断面積は、鉄片１０の他の部分の直角方向の断面積よりも縮小されている。この断面積縮小部分は、鉄片１０が可動コア６を磁気吸着したときに磁気飽和状態となる有効断面積に設定される。本実施の形態では、磁性凸部１０ｂの可動コア１６との接触面となる端面２３が最小有効断面積となる。鉄片１０の磁性凸部１０ｂの端面２３と保持部材１１のＸ２方向端面１１ｃとプルロータ芯部材１２のＸ２方向端面１２ｄは、同じ平面内にある。
The
図２に示すように、鉄片１０には、磁性凸部１０ｂからＸ１方向端面２１に向かい、Ｘ１方向端面２１側が薄くなる斜面２４が形成されている。この斜面２４は、モータステータ２からの磁束の流れを鉄片１０の磁性凸部１０ｂに有効に導くことを可能にする。
As shown in FIG. 2, the
図３は、プルロータ４を図２のＸ２方向から見た部分正面図である。図３に示すように、複数の鉄片１０は、周方向に等間隔（等ピッチ）で中心軸Ｐから放射状に保持部材１１にインサートされている。鉄片１０には、保持部材１１に食い込むような段部１０ｅが形成されている。一方、保持部材１１には、鉄片１０の段部１０ｅが食い込むような段部２６が形成されている。鉄片１０の段部１０ｅと保持部材１１の段部２６とで、鉄片１０がラジアル方向へ抜けてしまうことを防止している。
3 is a partial front view of the
（ブレーキ制動動作）
続いて、ブレーキ制動動作について図１を参照して説明する。既述したように、図１は、ブレーキ制動状態を表している。モータロータ３の回転動作中にモータステータ２への通電を遮断（非通電の状態）すると、モータステータ２には回転磁界は発生せず、鉄片１０にも電磁力（電磁吸引力）は発生しない。つまり、プルロータ４に磁気吸引力が発生しないので、ブレーキユニット６は、ブレーキばね１９の弾性力によってブレーキブロック８方向に押動される。そして、ブレーキライニング１８がブレーキブロック８のブレーキ制動面８ａを押圧し、ブレーキユニット６の回転が停止する。ブレーキユニット６とプルロータ４は、モータ軸５にスプライン結合されていることから、モータ軸５に固定されているモータロータ３が同時に回転を停止する。
(Brake braking operation)
Next, the brake braking operation will be described with reference to FIG. As described above, FIG. 1 shows the brake braking state. When energization to the
モータロータ３が制動されている状態で、モータステータ２に通電すると、モータロータ３は、モータステータ２に発生する回転磁界によって回転力が与えられると同時に、プルロータ４の鉄片１０には電磁力（磁気吸引力）が発生して、可動コア１６をブレーキばね１９の弾性力に抗した電磁力で吸引する。すると、ブレーキユニット６は、ギャップＧ１の範囲でプルロータ４側に移動し、ブレーキライニング１８がブレーキ制動面８ａから離れ、ブレーキ制動が解除される。そして、モータロータ３とプルロータ４は共に回転を開始する。なお、ブレーキユニット６は、モータ軸５にスプライン結合されているので、モータロータ３およびプルロータ４と共に回転する。次に、ブレーキユニット６をプルロータ４によって磁気吸引するときの磁束の流れについて図４を参照して説明する。
When the
図４は、ブレーキユニット６をプルロータ４によって磁気吸引するときの磁束の流れを模式的に表す図である。（Ａ）は通電直後を表し、（Ｂ）は吸引途中を表し、（Ｃ）は可動コア１６が鉄片１０に磁気吸着された瞬間を表している。図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）では、モータステータ２、鉄片１０および可動コア１６は簡略化して図示し、磁束の流れを矢印で表している。また、図４（Ｄ）は、磁束の流れに影響する部位を分かりやすく説明するために拡大して表した図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）の各状態を、図４（Ｄ）および図１を参照しながら説明する。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the flow of magnetic flux when the brake unit 6 is magnetically attracted by the
図４（Ｄ）に示すように、鉄片１０の磁性凸部１０ｂと、可動コア１６のコア端面１６ｄとの間、鉄片１０のロータ端面１０ａと、可動コア１６のコア凸部１６ｃの端面との間には、軸方向のギャップＧ１，Ｇ２が設けられ、鉄片１０の磁性凸部１０ｂと可動コア１６のコア凸部１６ｃとの間にはラジアル方向のギャップＧ３が設けられている。そして、各ギャップの大きさは、Ｇ３＜Ｇ１＜Ｇ２の関係を満たしている。
As shown in FIG. 4D, between the magnetic
図４（Ａ）に示すように、モータステータ２に通電した直後では、ギャップがＧ３＜Ｇ１となっていることと、モータステータ２の円筒中空部２ａと可動コア１６のコア凸部１６ｃとの軸方向の交差量が小さいことから、磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｃに斜め上方に向かう磁束の流れと、モータステータ２から可動コア１６のコア凸部１６ｃに斜め下方に向かう磁束の流れが発生する。これらの磁束の流れによる電磁力（磁気吸引力）の軸方向成分によって可動コア１６がプルロータ４に吸引される。鉄片１０と可動コア１６の間では、ギャップの大きさが、Ｇ３＜Ｇ１となっているので、磁性凸部１０ｂからコア凸部１６ｃに向かう斜め上方の磁束の流れが支配的となる。また、可動コア１６は、モータステータ２の内筒中空部２ａ内にわずかに入り込んでおり、しかも、モータステータ２と可動コア１６とのラジアル方向のギャップが、この状態におけるギャップＧ１，Ｇ２よりはるかに小さいので、モータステータ２と可動コア１６との間に斜め下方の磁束の流れがより強く発生し、モータステータ２から鉄片１０を介さずに可動コア１６に流れる磁束が存在する。この磁束による軸方向成分の電磁力によって可動コア１６がプルロータ４側に吸引される。
As shown in FIG. 4A, immediately after the
図４（Ｂ）に示すように、吸引途中では、可動コア１６が鉄片１０に近づくので、ギャップＧ１，Ｇ２は、図４（Ａ）の状態よりも小さくなる。図４（Ｂ）の状態では、ギャップの大きさは、Ｇ３＜Ｇ１となっている。そのため、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう斜め上方の磁束の流れと、モータステータ２から可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう斜め下方の磁束の流れが存在する。ただし、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう磁束の流れと、モータステータ２から可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう磁束の流れは、可動コア１６がプルロータ４に近づくに従い、図４（Ａ）の状態のときよりも軸方向に対して傾斜角が大きくなり、電磁力の軸方向成分が減少し、斜め方向の磁束による電磁力（吸引力）は、（Ａ）のときよりも小さくなる。したがって、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６に向かう軸方向の磁束と、斜め方向の磁束によって発生する電磁力の総和は、（Ａ）の状態に比較して大きな変化はなく、ほぼ同程度となる。
As shown in FIG. 4B, during the suction, the
図４（Ｃ）は、可動コア１６が鉄片１０に磁気吸着された（Ｇ１＝０）状態を表している。この状態では、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア端面１６ｄに向かう軸方向の磁束の流れが支配的となる。このとき、モータステータ２から可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう斜め下方の磁束の流れと、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう斜め上方の磁束の流れも存在する。しかし、これら斜め方向の磁束の流れは、図４（Ｂ）の状態よりも軸方向に対してさらに直角に近い傾きとなり、電磁力の軸方向成分が減少する。吸着時には軸方向に大きな電磁力が働くことになるが、本実施の形態では、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう斜め上方の磁束の流れと、モータステータ２から可動コア１６に向かう斜め下方向の磁束の流れによる電磁力の軸方向成分は極端に減少することから、軸方向に働く電磁力（吸引力）の総和は、図４（Ａ），（Ｂ）の状態に比べ極端には、増加しない。
FIG. 4C shows a state in which the
なお、モータステータ２に加えられる電圧、周波数、および起磁力が一定の場合、鉄片１０を通ることが可能な磁束数（最大磁束密度）は、鉄片１０の有効断面積に比例する。本実施の形態では、鉄片１０の磁性凸部１０ｂの最小断面積（可動コア１６と接触する端面２３の面積）が、他の部分の断面積よりも縮小されている。したがって、磁性凸部１０ｂでは、モータステータ２の回転磁界によって鉄片１０に流れる総磁束数に対する最大磁束密度が小さくなることから、磁性凸部１０ｂで磁気飽和状態となる。鉄片１０が磁気飽和状態になると、磁束漏れが発生し、電磁力はギャップＧ１が０になっても計算上の最大電磁力に達しない。
When the voltage, frequency, and magnetomotive force applied to the
なお、図４（Ｄ）に示すように、鉄片１０には、磁性凸部１０ｂからＸ１方向端面２１に向かって肉厚が薄くなるような斜面２４が形成されている。この斜面２４は、鉄片１０内の磁束の流れを磁性凸部１０ｂに向かって導く機能を備えている。
As shown in FIG. 4D, the
（ブレーキモータ１の起動時の電磁力変化）
図５は、ブレーキモータ１を起動したときの可動コア１６に作用する電磁力（軸方向の吸引力）の変化を示す図で、実線は本発明の構造を備えるブレーキモータ１の場合を示し、破線は従来技術による構造の場合を示している。また、二点鎖線はブレーキばね１９のブレーキ制動時の抗力（ばね力）を示している。なお、モータステータ２に入力する電圧および周波数は一定とする。モータステータ２に通電した直後（図４（Ａ）の状態に相当する）のギャップＧ１＝１．２ｍｍのとき、従来形状と本実施の形態の形状を比較すると、可動コア１６に作用する電磁力は、ほぼ同じである。ただし、この電磁力は、ブレーキばね１９の抗力（弾性力）よりは大きいので、可動コア１６の吸引は可能である。
(Electromagnetic force change when the brake motor 1 is started)
FIG. 5 is a diagram showing a change in electromagnetic force (axial attractive force) acting on the
ギャップＧ１が徐々に小さくなるに従い、従来形状の場合にはギャップＧ１の変化に対応して電磁力は大きくなる。一方、本発明の形状の場合には、ギャップＧ１が０．４ｍｍ付近（図４（Ｂ）の状態に相当）まで移動する間において、電磁力(吸引力)はほとんど増加しない。ギャップＧ１が０．５ｍｍ付近では、従来形状の場合の電磁力に対して本発明の形状の場合の電磁力は約６５％である。そして、従来形状の場合の電磁力は、起動段階から増加し続け、ギャップＧ１が０．５ｍｍ付近から電磁力の増加率が上昇する。 As the gap G1 gradually decreases, the electromagnetic force increases corresponding to the change of the gap G1 in the case of the conventional shape. On the other hand, in the case of the shape of the present invention, the electromagnetic force (attraction force) hardly increases while the gap G1 moves to around 0.4 mm (corresponding to the state shown in FIG. 4B). When the gap G1 is around 0.5 mm, the electromagnetic force in the shape of the present invention is about 65% of the electromagnetic force in the conventional shape. Then, the electromagnetic force in the case of the conventional shape continues to increase from the starting stage, and the increase rate of the electromagnetic force increases from the gap G1 of around 0.5 mm.
プルロータ４が可動コア１６を吸着するギャップＧ１＝０のとき（図４（Ｃ）の状態に相当）、従来形状の電磁力に対する本発明の電磁力の大きさは約６５％である。そして、本発明の形状の場合の電磁力は、ブレーキばね１９の抗力に対して十分な大きさが得られている。電磁力が高くなると、ブレーキユニット６は、プルロータ４に近づくに従い移動速度が高くなり、プルロータ４に衝突することになるが、本発明の形状による電磁力は、ブレーキばね１９の抗力に対して約２倍に抑えられている。
When the gap G1 = 0 where the
以上説明した本実施の形態に係るブレーキモータ１は、ブレーキ制動時（非通電時）では、鉄片１０に形成された磁性凸部１０ｂと、可動コア１６に形成されたコア端面１６ｄとの間にはギャップＧ１が設けられ、鉄片１０のロータ端面１０ａと、可動コア１６のコア凸部１６ｃの端面との間にはギャップＧ２が設けられている。また、鉄片１０の磁性凸部１０ｂと、可動コア１６のコア凸部１６ｃの間には、ラジアル方向のギャップＧ３が設けられている。そして、これらのギャップの大きさは、Ｇ３＜Ｇ１＜Ｇ２の関係を満たしている。ギャップＧ３の大きさは、吸引状態にかかわらず一定である。このような構造によれば、ギャップＧ１が大きいときには、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう斜め上方に働く電磁力と、モータステータ２から可動コア１６のコア凸部１６ｃに向かう斜め下方に直接働く電磁力の軸方向成分によって可動コア１６が吸引される。そして、ギャップＧ１が小さくなるに従い、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６に向かう軸方向の磁束が徐々に増してくるが、斜め方向の磁束による電磁力の軸方向成分が減少するため、電磁力（吸引力）の総和は、プルロータ４の起動時に対して増加せず、ほぼ同程度となる。プルロータ４が可動コア１６を吸着したとき（Ｇ１＝０）には、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６に向かう軸方向の磁束が最大となるが、斜め方向の磁束による電磁力の軸方向成分がさらに減少するため、電磁力（吸引力）の総和を、プルロータ４の起動時に対して極端に増加させずに抑えることが可能となる。したがって、ブレーキユニット６がプルロータ４に衝突したときの衝撃力を弱め、耐久性の高いブレーキモータ１を実現できる。また、衝撃音も低減できる。
The brake motor 1 according to the present embodiment described above is provided between the magnetic
また、本実施の形態では、鉄片１０の磁性凸部１０ｂの可動コア１６と接触する端面２３の面積を、鉄片１０の他の部分の断面積よりも縮小して、総磁束数に対する有効断面積を小さくしている。このことから、鉄片１０が可動コア１６を磁気吸着するときや、時には吸着直前において磁性凸部１０ｂは磁気飽和の状態となり、ギャップＧ１が０になっても電磁力は計算上の最大電磁力（磁気飽和していない場合の最大電磁力）に達しないことから、可動コア１６をプルロータ４に吸着するときの電磁力（吸引力）の増加を抑えて、衝撃を緩和することができる。
Moreover, in this Embodiment, the area of the
また、本実施の形態では、鉄片１０には、磁性凸部１０ｂから外周面２０側に向かって薄くなる斜面２４が形成されている。この斜面２４を設けることによって、鉄片１０からの磁束漏れを抑制し、鉄片１０内の磁束の流れを磁性凸部１０ｂに効率よく導くことが可能となる。
In the present embodiment, the
（変形例）
プルロータ４と可動コア１６との対向面の構造は、前述した実施の形態に示す構造に限らず、様々に変更可能である。そのことについて、変形例をあげ説明する。
(Modification)
The structure of the opposing surface of the
図６は、磁性体片１０（プルロータ４）と可動コア１６との対向面構造の変形例を示す断面図であり、（Ａ）は第１変形例、（Ｂ）は第２変形例、（Ｃ）は第３変形例である。これらの変形例は、プルロータ４と可動コア１６の対向面の構造以外は、既述した実施の形態（図１〜図４に図示）と同じであるため、説明を省略する。また、図６は、モータステータ２に通電した直後の状態を表し、図中の矢印は磁束の流れを表している。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the opposed surface structure between the magnetic piece 10 (pull rotor 4) and the
第１変形例は図６（Ａ）に示すように、プルロータ４は、図１に示す構成とほぼ同じであって、鉄片１０には、可動コア１６に向かって突出する磁性凸部１０ｂと、ロータ端面１０ａが形成されている。また、可動コア１６には、プルロータ４に向かって突出するコア凸部１６ｆ、１６ｇが形成され、コア凸部１６ｆとコア凸部１６ｇの間にはコア端面１６ｅが形成され、コア凸部１６ｇの内周側にはコア端面１６ｄが形成されている。そして、鉄片１０の磁性凸部１０ｂが、可動コア１６のコア端面１６ｄに近づくように配置されている。可動コア１６のコア凸部１６ｆは、モータステータ２の円筒中空部２ａに入り込んでいる。鉄片１０の磁性凸部１０ｂと可動コア１６のコア端面１６ｄの端面間のギャップをＧ１、鉄片１０のロータ端面１０ａと可動コア１６のコア凸部１６ｆ、１６ｇの端面間のギャップをＧ２、鉄片１０の磁性凸部１０ｂと可動コア１６のコア凸部１６ｇとのラジアル方向のギャップをＧ３とする。各ギャップの大きさは、Ｇ３＜Ｇ１＜Ｇ２の関係を満たし、それぞれ、既述した実施の形態（図４（Ｄ））に示すギャップＧ１，Ｇ２，Ｇ３に相当する。
As shown in FIG. 6A, the first modification is substantially the same as the configuration shown in FIG. 1, and the
モータステータ２に通電した直後では、図６（Ａ）に示すように、モータステータ２から可動コア１６に向かう斜め下方の磁束の流れと、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｇに向かう斜め上方の磁束の流れが発生し、それらの電磁力の軸方向成分によって可動コア１６がプルロータ４側に吸引される。通電してからプルロータ４が可動コア１６を吸着するブレーキ制動解除までの作用は、図４（Ａ）〜（Ｃ）と同様に説明できるので、説明を省略する。
Immediately after energizing the
第２変形例は、図６（Ｂ）に示すように、鉄片１０には、ロータ端面１０ｃとコア端面１６ｄのラジアル方向の中間に、可動コア１６に向かって突出する磁性凸部１０ｂが形成されている。また、可動コア１６には、磁性凸部１０ｂに対向する位置にコア端面１６ｅが形成され、コア端面１６ｅのラジアル方向両側にコア凸部１６ｆ，１６ｇが形成されている。そして、鉄片１０の磁性凸部１０ｂは、可動コア１６のコア凸部１６ｆとコア凸部１６ｇの間に入り込んでいる。可動コア１６のコア凸部１６ｆは、モータステータ２の円筒中空部２ａ内に入り込んでいる。鉄片１０の磁性凸部１０ｂと、磁性凸部１０ｂが対向する可動コア１６のコア端面１６ｅの端面間のギャップをＧ１、鉄片１０のロータ端面１０ｃ，１０ｄと可動コア１６のコア凸部１６ｆ，１６ｇの端面間のギャップをＧ２、鉄片１０の磁性凸部１０ｂと可動コア１６のコア凸部１６ｆとコア凸部１６ｇとのラジアル方向のギャップをＧ３とする。各ギャップの大きさは、Ｇ３＜Ｇ１＜Ｇ２の関係を満たし、それぞれ、既述した実施の形態（図４（Ｄ））に示すギャップＧ１，Ｇ２，Ｇ３に相当する。
In the second modification, as shown in FIG. 6B, the
図６（Ｂ）に示すように、モータステータ２に通電した直後では、モータステータ２から可動コア１６の外周側のコア凸部１６ｆに斜め下方に向かう磁束の流れと、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｆ，１６ｇ各々に向かう斜め方向の磁束の流れが発生し、これらの磁束による電磁力の軸方向成分によって可動コア１６がプルロータ４側に吸引される。通電してからプルロータ４が可動コア１６を吸着するブレーキ制動解除までの作用は、図４（Ａ）〜（Ｃ）と同様に説明できるので、説明を省略する。ただし、第２変形例は、第１変形例に対し、起動時には磁束の流れが増加するため、磁束の流れによって生ずる電磁力（吸引力）は増す。
As shown in FIG. 6 (B), immediately after the
第３変形例は、図６（Ｃ）に示すように、鉄片１０には、ロータ端面１０ｃ，１０ｄと、ロータ端面１０ｃとロータ端面１０ｄの間に、可動コア１６に向かって突出する磁性凸部１０ｂと、ロータ端面１０ｄの内周側で可動コア１６に向かって突出する磁性凸部１０ｅが形成されている。また、可動コア１６は、第１変形例（図６（Ａ）参照）と同様なコア凸部１６ｆ，１６ｇとコア端面１６ｄ，１６ｅが形成されている。鉄片１０の磁性凸部１０ｂ，１０ｅは、各々可動コア１６のコア端面１６ｅ，１６ｄに近づく方向に突出している。可動コア１６のコア凸部１６ｆは、モータステータ２の円筒中空部２ａに入り込んでいる。鉄片１０の磁性凸部１０ｂ，１０ｅと可動コア１６のコア端面１６ｅ，１６ｄの各端面間のギャップをＧ１、鉄片１０のロータ端面１０ｃ，１０ｄと可動コア１６のコア凸部１６ｆ，１６ｇの各端面間のギャップをＧ２、鉄片１０の磁性凸部１０ｂと可動コア１６のコア凸部１６ｆ，１６ｇ、鉄片１０の磁性凸部１０ｅと可動コア１６のコア凸部１６ｇとのラジアル方向のギャップをＧ３とする。各ギャップの大きさは、Ｇ３＜Ｇ１＜Ｇ２の関係を満たし、それぞれ、既述した実施の形態（図４（Ｄ））に示すギャップＧ１，Ｇ２，Ｇ３に相当する。
In the third modification, as shown in FIG. 6C, the
モータステータ２に通電した直後では、図６（Ｃ）に示すように、モータステータ２から可動コア１６に向かう斜め下方の磁束の流れと、鉄片１０の磁性凸部１０ｂから可動コア１６のコア凸部１６ｆ，１６ｇ各々に向かう斜め方向の磁束の流れと、鉄片１０の磁性凸部１０ｅから可動コア１６のコア凸部１６ｇに向かう斜め方向の磁束の流れが発生し、その電磁力の軸方向成分によって可動コア１６がプルロータ４側に吸引される。通電してからプルロータ４が可動コア１６を吸着するブレーキ制動解除までの作用は、図４（Ａ）〜（Ｃ）と同様に説明できるので、説明を省略する。ただし、第３変形例は、第１変形例および第２変形例に対し起動時の磁束の流れが増加するため、電磁力（吸引力）は増す。
Immediately after energizing the
以上説明した第１変形例から第３変形例では、プルロータ４が可動コア１６を吸着したとき（Ｇ１＝０）には、鉄片１０から可動コア１６に向かう軸方向の磁束が最大となるが、斜め方向の磁束による電磁力の軸方向成分が減少するため、電磁力（吸引力）の総和を、プルロータ４の起動時（モータステータ２の通電時）に対して極端に増加させずに抑えることができる。なお、第１変形例から第３変形例の各構造においても、鉄片１０の各凸部をプルロータ４（鉄片１０）が可動コア１６を磁気吸着するときや、時には吸着直前において磁気飽和する形状にすることが好ましい。
In the first to third modifications described above, when the
以上説明したプルロータ式のブレーキを備えたブレーキモータ１は、プルロータ４がブレーキユニット６を吸着したときの衝撃を緩和できる。このため、電気チェーンブロックや電気ホイストなどの巻上機として有効である。
The brake motor 1 equipped with the pull rotor type brake described above can alleviate the impact when the
なお、このブレーキモータ１は、三相交流誘導モータとしたが、単相交流誘電モータ、交流同期モータなど他のモータ構造のものも適用できる。また、モータ軸４とブレーキユニット５との間の取り付けは、スプライン構造ではなく、他の結合、たとえば軸方向にも周方向にも移動可能な結合としてもよい。また、鉄片１０は、等間隔に配置されているが、一部を不等間隔にしたり、全てを不等間隔にしてもよい。
The brake motor 1 is a three-phase AC induction motor, but other motor structures such as a single-phase AC dielectric motor and an AC synchronous motor can also be applied. Further, the attachment between the
また、上述した実施の形態では、モータロータ３およびプルロータ４の中心を貫通するようにモータ軸５が設けられていたが、モータ軸５をモータロータ３の両端に何らかの固定手段で固定するようにしてもよい。また、可動コア１６をモータ軸５の軸方向に移動可能に設けていたが、可動コア１６を他の軸部材に軸方向に移動可能に取り付けてもよい。
In the above-described embodiment, the
１…ブレーキモータ
２…モータステータ
２ａ…円筒中空部
３…モータロータ
４…プルロータ
５…モータ軸
６…ブレーキユニット
１０…鉄片
１０ｂ，１０ｅ…の磁性凸部
１０ｃ…ロータ端面（外周側）
１０ｄ…ロータ端面（内周側）
１１…保持部材
１６…可動コア
１６ｃ…コア凸部（外周側）
１６ｄ，１６ｅ…コア端面
１６ｆ、１６ｇ…コア凸部
２４…斜面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
10d ... Rotor end face (inner circumference side)
DESCRIPTION OF
16d, 16e ...
Claims (5)
前記モータステータの円筒中空部内に回転自在に配置されるモータロータと、
円周方向に配置される複数の磁性体片と、前記磁性体片を保持する非磁性体製の保持部材とを有し、前記円筒中空部内に配置されるプルロータと、
モータ軸と、
前記プルロータに対し軸方向に対向すると共に、前記モータ軸の軸方向に移動可能に取り付けられる磁性体製の可動コアを有するブレーキユニット、を有するブレーキモータであって、
前記可動コアの外周側には、当該可動コアのコア端面よりも前記円筒中空部内に入り込むように突出するコア凸部が設けられ、
前記磁性体片の内周側には、当該磁性体片のロータ端面よりも前記コア端面に向かって突出する磁性凸部が設けられており、
前記モータステータのコイルへの非通電状態では、第１のギャップと第２のギャップと第３のギャップとが存在しており、
前記第１のギャップは、前記モータ軸の軸方向における前記磁性凸部と前記コア端面との間に存在していて、
前記第２のギャップは、前記モータ軸の軸方向における前記コア凸部と前記ロータ端面との間に存在していて、
前記第３のギャップは、前記軸方向とは直交するラジアル方向における前記コア凸部と前記磁性凸部との間に存在している、
ことを特徴とするブレーキモータ。 A motor stator;
A motor rotor disposed rotatably in a hollow cylindrical portion of the motor stator;
A plurality of magnetic body pieces arranged in a circumferential direction; a nonmagnetic member holding member that holds the magnetic piece; and a pull rotor arranged in the hollow cylindrical portion;
A motor shaft;
A brake motor having a brake unit that is opposed to the pull rotor in the axial direction and has a movable core made of a magnetic material that is movably attached in the axial direction of the motor shaft,
On the outer peripheral side of the movable core, a core convex portion that protrudes so as to enter the cylindrical hollow portion from the core end surface of the movable core is provided,
On the inner peripheral side of the magnetic piece, a magnetic convex portion protruding toward the core end face from the rotor end face of the magnetic piece is provided,
In a non-energized state of the motor stator coil, there are a first gap, a second gap, and a third gap,
The first gap exists between the magnetic convex portion and the core end surface in the axial direction of the motor shaft,
The second gap exists between the core convex portion and the rotor end surface in the axial direction of the motor shaft,
The third gap exists between the core convex portion and the magnetic convex portion in a radial direction orthogonal to the axial direction.
Brake motor characterized by that.
前記第１のギャップをＧ１とし、前記第２のギャップをＧ２とし、前記第３のギャップをＧ３としたとき、
Ｇ３＜Ｇ１＜Ｇ２の関係を満たす、
ことを特徴とするブレーキモータ。 The brake motor according to claim 1, wherein
When the first gap is G1, the second gap is G2, and the third gap is G3,
Satisfies the relationship of G3 <G1 <G2.
Brake motor characterized by that.
前記磁性凸部のうち前記コア端面との接触面は、前記プルロータが前記可動コアを磁気吸着したときに磁気飽和状態となる有効断面積を備える、
ことを特徴とするブレーキモータ。 The brake motor according to claim 1 or 2,
The contact surface with the core end surface of the magnetic convex portion has an effective cross-sectional area that becomes a magnetic saturation state when the pull rotor magnetically attracts the movable core,
Brake motor characterized by that.
前記磁性体片には、磁束の流れを前記磁性凸部に導く斜面が形成されている、
ことを特徴とするブレーキモータ。 In the brake motor according to any one of claims 1 to 3,
In the magnetic piece, a slope that guides the flow of magnetic flux to the magnetic convex portion is formed.
Brake motor characterized by that.
ことを特徴とする巻上機。 The brake motor according to any one of claims 1 to 4 is used.
A hoisting machine characterized by that.
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