JP4363695B2 - 低消費電力形無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無励磁作動形電磁ブレーキ又は電磁クラッチにおけるブレーキ開放時の励磁コイルに通電する電流をブレーキ又はクラッチ開放を長時間保持する時だけ小さくして、無駄な電力消費を発生させないようにした低消費電力形無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無励磁作動形電磁ブレーキ又は電磁クラッチについて説明する。ここでは、無励磁作動形電磁ブレーキを説明すると、例えば図４の電磁ブレーキ単体の構造断面図に示すように、ヨーク１１、励磁コイル１２、アーマチュア１３、ばね１４、ディスク１５、ハブ１６、プレート１７等で構成されており、常時（無励磁の状態）は、ばね１４の力でアーマチュア１３をディスク１５に押し付けてブレーキをかけ、ブレーキの開放は励磁コイル１２に通電し、ヨーク１１とアーマチュア１３で形成する磁気回路における電磁気作用で生ずる吸引力でアーマチュア１３をヨーク１１側に吸引させて行うようになっている。
【０００３】
励磁コイルへの通電は、図５の回路接続図に示すように、電源回路２３内の例えば２４Ｖの直流電源２３−１の出力回路に接続された開閉器２３−２をオンにして行い、電磁ブレーキ１０内のインダクタンスがＬ、等価抵抗がＲの励磁コイル１２に２４／Ｒなる定格電流Ｉａを流す。この電流Ｉａの大きさに対応した電力消費が電磁ブレーキ内部でブレーキ開放中発生し続ける。ブレーキ開放時に励磁コイルに流すべき電流の大きは、例えば１００ｍｓ程度の短い初期の期間だけ強度の吸引力を得るため定格電流を必要とし、吸引後は保持ができる電流、例えば定格電流の１／２程度もあれば充分である。従って図５の回路接続図に示すような従来の方法では、無駄な電力消費を発生するといった問題点があった。
【０００４】
上記の無駄な電力消費を発生させないため、図６の回路接続図に示すように、電源回路２３内の直流電源２３−１の二種類の電圧、即ち２４Ｖとそれより小さい例えば１２Ｖの電圧とを切換器２３−３で切換え、ブレーキ開放初期の吸引時だけ定格電流Ｉａを、吸引後は保持に必要な小電流Ｉｎに切換えて電磁ブレーキ１０の励磁コイル１２に夫々流すようにすることが有効な手段ではあるが、電源回路２３の構成が複雑となり、また高価なものになるといった問題点があった。この点は、同種の無励磁作動形クラッチの場合も同様にいえることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のように、無励磁作動形電磁ブレーキ又は電磁クラッチにおいて、ブレーキを開放する場合、保存の状態でも励磁コイルに必要以上の電流を流し続けるという問題を解決できるようにし、かつ、その対策を電磁ブレーキ又は電磁クラッチ側で効果的に行えるようにすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の低消費電力形無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチは、上記課題を解決するために、常時は、ばねの力でブレーキ又はクラッチを作動し、ブレーキ又はクラッチの開放は励磁コイルに通電して電磁気作用による吸引力で行う無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチにおいて、短時間定格で大電流が流せる低抵抗値の瞬時吸引用励磁コイルと、ブレーキ又はクラッチの開放を長時間に亘って保持させるために必要な電流しか流さない高抵抗値の保持用励磁コイルの二種類の励磁コイルを有し、夫々を直列に接続し、保持用励磁コイルの両端子に半導体素子を使った電子スイッチを並列接続して、ブレーキ又はクラッチの開放の開始直後の短時間は電子スイッチをオンにして瞬時吸引用励磁コイルだけに大電流を流し、大きな吸引力ですみやかにブレーキ又はクラッチの開放を行わせ、その後ただちに電子スイッチをオフにして保持用励磁コイルにも通電し、主として保持用励磁コイルの抵抗値で定まる小電流に切換えてブレーキ又はクラッチの開放の保持を行わせるように構成すると共に、前記電子スイッチとしてＭＯＳ−ＦＥＴを使用し、直流電源間に順に直列に第１の抵抗、コンデンサ、第２の抵抗を接続し、前記コンデンサ及び第２の抵抗と並列に、かつ、前記第１の抵抗と直列に定電圧ダイオードを接続し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲート端子を、ゲートバイアス回路を構成する前記コンデンサと第２の抵抗との接続点に接続し、ブレーキ又はクラッチ開放時に印加される直流電源で前記定電圧ダイオードで定まる電圧によりＭＯＳ−ＦＥＴをオンにし、前記コンデンサの充電により前記ゲート電圧を減衰させてＭＯＳ−ＦＥＴをオフにするスイッチ回路を具備するように構成した。
この場合、前記電子スイッチと、該電子スイッチを動作させる回路とから成るスイッチ回路は電磁ブレーキ又は電磁クラッチ本体内に組込んで一体化構造に実裝するように構成できる。
また、前記電子スイッチと、該電子スイッチを動作させる回路とから成るスイッチ回路は、単体でユニット化実裝し、電磁ブレーキ又は電磁クラッチ本体上に搭載するか或いは、電磁ブレーキ又は電磁クラッチのオプションとすることが考えられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示する本発明の各実施の形態により説明する。
なお、以下に示す各実施の形態は、無励磁作動形電磁ブレーキに本発明を適用した場合を示す。
第１の実施の形態：
図１に示される第１の実施の形態では、無励磁作動形電磁ブレーキ１内に二種類の励磁コイル２ａおよび２ｂを設け、それぞれを直列に接続する。
なお、Ｌ１、Ｌ２およびＲ１、Ｒ２は各励磁コイルの２ａおよび２ｂのインダクタンスおよび等価抵抗である。
ブレーキ開放の初期の瞬時吸引用として使う励磁コイル２ａは抵抗値が小さく短時間に大電流を通電でき、吸引後の保持用として使う励磁コイル２ｂは抵抗値が大きく長時間小電流を通電するように設定しておく。
電磁ブレーキ１の内部にて、励磁コイル２ｂの両端子にスイッチ回路３を構成する半導体素子を使った電子スイッチ３−１を並列接続する。
【０００８】
電源回路４内の開閉器４−２がオフのときは直流電源４−１から電磁ブレーキ１への電流供給はなく、電磁ブレーキは、ばねの力によりブレーキがかかっている状態にあり、この場合、前記電子スイッチ３−１はオフにしておく。開閉器４−２をオンにすると、直流電源４−１の電圧、例えば２４Ｖが電磁ブレーキ１に印加され、スイッチ回路３の働きで直ちに電子スイッチ３−１をオンにし、直流電源４−１から開閉器４−２を通して励磁コイル２ａと電子スイッチ３−１から成る回路に２４／Ｒ１なる電流が流れブレーキを開放する。この場合、励磁コイル２ａの抵抗値Ｒ１は小さく設計されているので流れる電流は大きく、従って大きな吸引力が発生し、ブレーキの開放を速やかに行わせる。上記の状態が、例えば約１００ｍｓの時間経過すると、前記スイッチ回路３の働きで電子スイッチ３−１を自動的にオフにし、直流電源４−１から開閉器４−２を通して励磁コイル２ａと励磁コイル２ｂに［２４／（Ｒ１＋Ｒ２）］なる電流が流れる。励磁コイル２ｂの抵抗値Ｒ２は大きく設計されているので、流れる電流は前記の（２４／Ｒ１）なる電流に対し、例えば１／１０程度の小電流であり、この電流により励磁コイル２ｂが発生させる保持力でブレーキ開放中の保持を行う。
【０００９】
第２の実施の形態：
図２に示される第２の実施の形態では、第１の実施の形態におけるスイッチ回路３だけを単体でユニット化したスイッチ回路３Ａに代替して実裝し、電磁ブレーキのオプションとして外部で接続して使用する構成としたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。従って、同等の構成については、図１と同一の符号を付して示した。
なお、ユニット化実裝したものを電磁ブレーキに搭載して使用することも可能である。
【００１０】
第３の実施の形態：
図３に示される第３の実施の形態では、上記第１および第２の実施の形態におけるスイッチ回路３、３Ａを、ｎチャネルＭＯＳ−ＦＥＴを使用した電子スイッチＦＥＴと、ドレイン端子Ｄに接続するダイオードＤ２、抵抗Ｒ５と、ゲート端子Ｇに接続するバイアス回路のコンデンサＣ、抵抗Ｒ４および定電圧回路の抵抗Ｒ３、定電圧ダイオードＤ１で構成するスイッチ回路３Ｂで置換したものである。
上記の構成のスイッチ回路３Ｂに直流電源電圧が印加されていない時は電子スイッチＦＥＴはゲート端子Ｇの電圧が零のためオフ状態にある。
この状態のとき直流電源電圧、例えば２４Ｖがスイッチ回路３Ｂに印加されるとＲ３、Ｃ、Ｒ４から成る直列回路に電流が流れゲート端子Ｇの電圧は瞬時に定電圧ダイオードＤ１で定まるレベルにまで上昇し、その後ゲート端子Ｇの電圧はコンデンサＣの充電と共に時限的に下降し最終は零に至るがこの過程の例えば約１００ｍｓの時間だけ電子スイッチＦＥＴをオンさせ得る電圧が得られる。
この電圧が確立している間、電子スイッチＦＥＴがオンし、２４Ｖの電源から励磁コイルＬ１、Ｒ１、ダイオードＤ２および電子スイッチＦＥＴから成る径路に２４／Ｒ１なる電流Ｉ１が流れる。
前記電子スイッチＦＥＴのゲート端子Ｇの電圧が零に向って更に下降すると共に電子スイッチＦＥＴはオフとなり、前記電流Ｉ１が、励磁コイル２ａと励磁コイル２ｂの直列回路に流れる２４／（Ｒ１＋Ｒ２）なる電流Ｉ２に切換わる。ブレーキをかけるために２４Ｖの電源電圧の印加を遮断すると、それ迄に流れていた電流Ｉ２は電子スイッチＦＥＴのソース端子Ｓからドレイン端子Ｄに向い抵抗Ｒ５を通して励磁コイルＬ１、Ｒ１に流れ続けながら消滅する。
抵抗Ｒ５は、この電流Ｉ２の消滅を早めるために、またダイオードＤ２は、電子スイッチＦＥＴがオンのとき抵抗Ｒ５を短絡するために用いる。
なお、上記の各実施の形態では、本発明を無励磁作動形電磁ブレーキに適用した場合を示したが、本発明による技術は無励磁作動形電磁ブレーキのみならず無励磁作動形電磁クラッチに対しても当然適用できる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の低消費電力形無励磁作動形電磁ブレーキ又は電磁クラッチは、ブレーキ又はクラッチの開放時の初期の瞬時吸引用と吸引後の保持用の二種類の励磁コイルを電子スイッチで切換えて使い分けるように構成したから、次のような優れた効果を有する。
▲１▼むだな電力消費がなく、従って励磁コイルの温度上昇が低減でき、励磁コイルに供給する電流を遮断する時の電流が保持中の電流で小さいためブレーキの動作時間が早くなる。
▲２▼また、ブレーキ又はクラッチの開放初期の吸引力を大きくとれるので電磁ブレーキ又は電磁クラッチのばね力を強くでき、従ってブレーキトルク又はクラッチ伝達トルクを増大できる。
▲３▼さらに、電子回路がきわめて簡素に構成でき、かつ、電子スイッチの通電時間が短く、従って発熱が少いためコンパクトに実裝ができ、電磁ブレーキ本体又は電磁クラッチ本体内に組み込むことも、単体でユニット化実裝もできるから、電磁ブレーキ又は電磁クラッチの使い勝手を大巾に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した無励磁作動型電磁ブレーキの第１の実施の形態の構成を示す接続図である。
【図２】本発明を適用した無励磁作動型電磁ブレーキの第２の実施の形態の構成を示す接続図である。
【図３】本発明を適用した無励磁作動型電磁ブレーキの第３の実施の形態の構成を示す接続図である。
【図４】無励磁作動形電磁ブレーキ本体の構造を示す斜視図である。
【図５】従来例の無励磁作動形電磁ブレーキの励磁方法の接続図である。
【図６】従来例の無励磁作動形電磁ブレーキの低消費電力化の励磁方法を示す接続図である。
【符号の説明】
１：無励磁作動形電磁ブレーキ
２ａ：瞬時吸引用励磁コイル
２ｂ：保持用励磁コイル
３、３Ａ、３Ｂ：スイッチ回路
３−１，ＦＥＴ：電子スイッチ
４：電源回路
４−１：直流電源
４−２：開閉器

Claims (3)

1. 常時は、ばねの力でブレーキ又はクラッチを作動し、ブレーキ又はクラッチの開放は励磁コイルに通電して電磁気作用による吸引力で行う無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチにおいて、
   短時間定格で大電流が流せる低抵抗値の瞬時吸引用励磁コイルと、ブレーキ又はクラッチの開放を長時間に亘って保持させるために必要な電流しか流さない高抵抗値の保持用励磁コイルの二種類の励磁コイルを有し、夫々を直列に接続し、保持用励磁コイルの両端子に半導体素子を使った電子スイッチを並列接続して、ブレーキ又はクラッチの開放の開始直後の短時間は電子スイッチをオンにして瞬時吸引用励磁コイルだけに大電流を流し、大きな吸引力ですみやかにブレーキ又はクラッチの開放を行わせ、その後ただちに電子スイッチをオフにして保持用励磁コイルにも通電し、主として保持用励磁コイルの抵抗値で定まる小電流に切換えてブレーキ又はクラッチの開放の保持を行わせるように構成すると共に、
   前記電子スイッチとしてＭＯＳ−ＦＥＴを使用し、直流電源間に順に直列に第１の抵抗、コンデンサ、第２の抵抗を接続し、前記コンデンサ及び第２の抵抗と並列に、かつ、前記第１の抵抗と直列に定電圧ダイオードを接続し、前記ＭＯＳ−ＦＥＴのゲート端子を、ゲートバイアス回路を構成する前記コンデンサと第２の抵抗との接続点に接続し、ブレーキ又はクラッチ開放時に印加される直流電源で前記定電圧ダイオードで定まる電圧によりＭＯＳ−ＦＥＴをオンにし、前記コンデンサの充電により前記ゲート電圧を減衰させてＭＯＳ−ＦＥＴをオフにするスイッチ回路を具備することを特徴とする低消費電力形無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチ。
2. 前記電子スイッチと、該電子スイッチを動作させる回路とから成るスイッチ回路は、電磁ブレーキ又は電磁クラッチ本体内に組込んで一体化構造に実裝するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の低消費電力形無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチ。
3. 前記電子スイッチと、該電子スイッチを動作させる回路とから成るスイッチ回路は、単体でユニット化実裝し、電磁ブレーキ又は電磁クラッチ本体上に搭載されているか或いは、電磁ブレーキ又は電磁クラッチの外部に接続するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の低消費電力形無励磁作動形の電磁ブレーキ又は電磁クラッチ。

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