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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen solchen mit einer Funktion zum Überprüfen des energetischen Zustandes einer Bremse.
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Zum Stand der Technik
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Bekannt ist eine Motorbremsvorrichtung, welche den Antrieb eines Motors begrenzt, wie beispielsweise in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung 2000 -
296492 beschrieben ist. Zum Antrieb eines Motors (Elektromotors) mit einer Haltebremse ist es erforderlich, eine elektromagnetische Spule in der Bremse mit Strom zu versorgen, um die Bremse zu lösen. Wird die Bremse nicht richtig gelöst aufgrund eines versäumten Freigabebetriebes oder aufgrund einer nicht mehr angeschlossenen Spule, kann es zu einer Fehlfunktion von Bremse und Motor oder auch zu einem Defekt kommen. Herkömmlicherweise erfordert die Prüfung einer Bremsfreigabe eine Messvorrichtung und eine Maßnahme zum Überprüfen des Stromversorgungszustandes durch Messung einer Strom/-Spannung-Wellenform der Bremsspule.
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Eine Technik gemäß dem Stand der Technik zum Messen von Wellenform, Stromwert und Spannungswert zum Überprüfen des Stromversorgungszustandes einer Bremsspule erfordert Arbeitsaufwand und Messeinrichtungen. Somit ist die Überprüfung eines Zustandes der Bremse bei jedem Motorbetrieb unpraktisch und beinhaltet überdies ein Risiko des Antriebs des Motors mit nicht gelöster Bremse.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß besteht Bedarf an einem Elektromotor, bei dem der Stromversorgungszustand einer Bremse in einfacher Weise überprüfbar ist ohne Einsatz externer Messinstrumente, wobei Defekte beim Betrieb mit nicht gelöster Bremse vermieden sind.
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Ein Elektromotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Beschreibung enthält eine Rotoreinheit mit einer Drehwelle, eine Statoreinheit, welche der Rotoreinheit radial gegenüberliegt, eine elektromagnetische Bremse zum Bremsen der Drehwelle und einen Sensor in der elektromagnetischen Bremse zum Detektieren des energetischen Zustandes der elektromagnetischen Bremse.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird noch deutlicher bei Bezugnahme auf die folgenden Figuren:
- 1 zeigt den Aufbau eines Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 1;
- 2 ist ein Querschnitt einer elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1;
- 3A ist ein Querschnitt einer elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei die elektromagnetische Bremse in Betrieb ist;
- 3B ist ein Querschnitt einer elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei die elektromagnetische Bremse gelöst ist;
- 4 ist ein Querschnitt eines Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 2;
- 5 zeigt einen Schaltkreis einer Spule und eines Hall-Elementes einer elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 2;
- 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Schaltkreis einer Spule und eines Hall-Elementes einer elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 2;
- 7 zeigt einen Querschnitt eines Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 3;
- 8 zeigt einen Schaltkreis einer Spule einer elektromagnetischen Bremse und eines Kontaktsensors in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 3;
- 9 zeigt einen Querschnitt eines Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 4;
- 10 ist ein Querschnitt einer elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 4;
- 11 zeigt einen Querschnitt eines Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 5;
- 12 zeigt einen Querschnitt eines Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 6; und
- 13 zeigt einen Querschnitt eines Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 7.
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BESCHREIBUNG VON EINZELHEITEN
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Nachfolgend werden Elektromotoren gemäß der vorliegenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Der technische Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele eingeschränkt und umfasst die im Bereich der Ansprüche umschriebene Erfindung und deren Äquivalente.
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Zunächst wird ein Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschrieben.
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1 zeigt den Aufbau des Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 1. 2 zeigt einen Querschnitt der elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei der Schnitt geführt ist entlang einer Ebene, welche durch eine Mittellinie der Drehwelle 1 gemäß 1 verläuft. Ein Elektromotor 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1 hat eine Rotoreinheit 2 (siehe 4), die mit der Drehwelle 1 versehen ist, eine Statoreinheit 3, welche der Rotoreinheit 2 radial gegenüberliegt, eine elektromagnetische Bremse 4 zum Bremsen der Drehwelle 1 und einen Sensor 5 in der elektromagnetischen Bremse zum Detektieren des Stromversorgungszustandes der elektromagnetischen Bremse 4. Der Elektromotor 101 kann mit einem Geschwindigkeitssensor 30 versehen sein, der eingerichtet ist zum Detektieren der Drehgeschwindigkeit der Drehwelle 1.
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Die elektromagnetische Bremse 4 enthält einen Flansch 7, eine Endplatte 8, eine Reibungsplatte 9, einen Anker 10 und eine Feder 11. Der Flansch 7 ist mit einer Spule 13 versehen, die darum herumgewickelt ist und der Flansch 7 umfängt die Drehwelle 1. Die Endplatte 8 ist am Flansch 7 mit einem Bolzen 5 fixiert unter Freilassung einer Lücke in Bezug auf den Flansch 7.
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Die Reibplatte 9 ist zwischen dem Flansch 7 und der Endplatte 8 angeordnet und die Endplatte 8 ist eingerichtet zum Drehen zusammen mit der Drehwelle 9. Der Anker 10 ist eingerichtet für eine Axialbewegung zwischen dem Flansch 7 und der Reibplatte 9 und er wird vom Flansch 7 durch eine elektromagnetische Kraft angezogen, die erzeugt wird bei Stromfluss durch die Spule 13. Die Feder 11 ist zwischen dem Flansch 7 und dem Anker 10 angeordnet und spannt den Anker 10 in Richtung auf die Endplatte 8 vor, um die Reibplatte 9 zwischen dem Anker 10 und der Endplatte 8 abzubremsen und zu halten.
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Durch die Spule 13 fließt ein Strom aus einer Stromquelle (nicht dargestellt), die über eine Verdrahtung 200 mit einem Anschluss 20 verbunden ist. Der Sensor 5 ist in der elektromagnetischen Bremse 4 enthalten und detektiert den energetischen Zustand, also insbesondere den Stromversorgungszustand der Spule 13 durch Detektion des durch die Spule 13 fließenden Stromes.
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Vorzugsweise ist ein Indikator 6 vorgesehen, welcher eingerichtet ist zum Anzeigen des Stromversorgungszustandes der elektromagnetischen Bremse 4 auf Basis eines Ausgangssignals des Sensors 5. Der Indikator 6 kann ein lichtemittierendes Element sein, wie eine LED, oder es kann sich auch um eine Anzeige an einer numerischen Computersteuerung (CNC) handeln. Anstelle des Indikators kann auch eine Einrichtung vorgesehen sein zur Abgabe eines akustischen Signals.
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Nunmehr wird der Betrieb der elektromagnetischen Bremse näher beschrieben. 3A zeigt einen Querschnitt der in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1 vorgesehenen elektromagnetischen Bremse im Betriebszustand der Bremse. Gemäß 3A wird in einem Betriebszustand der elektromagnetischen Bremse, in dem kein Strom durch die Spule 13 fließt, der Anker 10 durch die Feder 11 gegen die Reibplatte 9 gedrückt, so dass die Drehwelle 1 in einem nichtdrehenden Zustand gehalten ist. Dabei ist ein Luftspalt 14 gegeben zwischen der Spule 13 und dem Anker 10. Kein Strom fließt durch die Verdrahtung 200, so dass der Sensor 5 kein Signal abgibt, welches anzeigt, dass Strom durch die Verdrahtung 2 fließt. Das Ausgangssignal des Sensors 5 wird über die Verdrahtung 500 zum Indikator 6 übertragen. Dabei wird also die elektromagnetische Bremse 4 so betrieben, dass der Indikator 6 keine Information abgibt, die anzeigt, dass die elektromagnetische Bremse 4 gelöst ist.
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Nunmehr wird die Freigabe (das Lösen) der elektromagnetischen Bremse 4 näher beschrieben. 3B zeigt einen Querschnitt der in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1 vorgesehenen elektromagnetischen Bremse, wobei die elektromagnetische Bremse gelöst ist. Fließt ein Strom durch den Verbinder 20 zur Spule 13 über die Verdrahtung 200, wird ein Magnetfeld durch die Spule 13 erzeugt zum Anziehen des Ankers 10. Ist diese Anziehungskraft stärker als die Kraft, mit der der Anker 10 durch die Feder 11 gedrückt wird, wird die Feder 11 in Richtung des Pfeiles A in 3B zusammengedrückt, um eine Lücke 16 zwischen dem Anker 10 und der Reibplatte 9 zu erzeugen. Im Ergebnis wird die Bremswirkung auf die Drehachse 1 freigegeben, so dass die Drehachse 1 rotieren kann. Dabei fließt Strom durch die Verdrahtung 200, so dass der Sensor 5 den durch die Verdrahtung 200 fließenden Strom detektiert und ein Ausgabesignal an den Indikator 6 abgibt. Der Indikator 6 zeigt an, dass die elektromagnetische Bremse 4 sich im Zustand mit Stromfluss befindet, entsprechend dem Ausgabesignal des Sensors 5.
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Auf diese Weise kann der Indikator 6 anzeigen, ob sich die elektromagnetische Bremse 4 im Stromversorgungszustand befindet oder nicht. Eine Bedienungsperson kann prüfen, ob die elektromagnetische Bremse des Elektromotors freigegeben ist durch Prüfung der Anzeige des Indikators 6, so dass eine Störung aufgrund eines Antriebs bei fehlender Freigabe der elektromagnetischen Bremse vermieden ist. Der Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 1 ist weiterhin so konfiguriert, dass der Sensor zum Detektieren des Stromversorgungszustandes in die elektromagnetische Bremse integriert ist, so dass der Stromversorgungszustand der elektromagnetischen Bremse in einfacher Weise überprüft werden kann ohne Einsatz einer externen Messvorrichtu ng.
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Nunmehr wird ein Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Beschreibung näher beschrieben. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 2. Ein Elektromotor 102 gemäß Ausführungsbeispiel 2 unterscheidet sich vom Elektromotor 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1 insbesondere darin, dass der Sensor ein magnetischer Sensor 51 ist, der eingerichtet ist zum Detektieren eines Magnetfeldes, welches bei Stromversorgung der elektromagnetischen Bremse 4 erzeugt wird. Ansonsten ist die Konfiguration des Elektromotors 102 gemäß Ausführungsbeispiel 2 entsprechend der Konfiguration des Elektromotors 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1, so dass insoweit auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet werden kann.
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Fließt ein Strom durch den Verbinder 20 über die Verdrahtung 200 zur Spule 13, wird durch die Spule 13 ein Magnetfeld erzeugt. Der magnetische Sensor 51 detektiert das Magnetfeld, um so zu detektieren, ob die Spule 13 mit Strom beschickt wird. Der magnetische Sensor 51 kann ein Detektionsergebnis über die Verdrahtung 500 zum Indikator 6 übertragen, so dass der Indikator 6 anzeigen kann, ob sich die Spule 13 in einem Stromversorgungszustand befindet.
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Bei dem magnetischen Sensor 51 kann es sich um ein Hall-Element handeln. 5 erläutert eine Schaltung für die Spule und das Hall-Element der elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 2. Wird ein Schalter 50 in Leitungszustand gebracht, fließt ein Strom von der Stromquelle 40 zur Spule 13. Das Hall-Element 51 ist ebenfalls an die Stromquelle 40 angeschlossen und ein Strom fließt durch das Hall-Element 51. Das mit der Spule 13 erzeugte Magnetfeld erzeugt eine Spannung Vh am Hall-Element 51. Eine Vorabmessung der am Hall-Element 51 anliegenden Spannung bei Stromfluss, der ausreichend ist zum Freigeben der elektromagnetischen Bremse 4 durch die Spule 13 ermöglicht eine Bestimmung, ob die elektromagnetische Bremse 4 gelöst ist auf Basis der Ausgangsspannung Vh des Hall-Elementes 51.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltung einer Spule und eines Hall-Elementes bei einer elektromagnetischen Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 2. Das Hall-Element 51 kann an einem Anschluss mit einer LED 61 verbunden sein. Diese Konfiguration ermöglicht eine Prüfung der Freigabe der elektromagnetischen Bremse 4 durch Prüfung, ob die LED 61 Licht abgibt.
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Das Hall-Element 51 kann auch mit einem Ausgangsanschluss an eine CNC 60 (computernumerische Steuerung) angeschlossen sein. Eine solche Konfiguration ermöglicht eine Anzeige auf einer Anzeigeeinrichtung der CNC 60 oder dergleichen über die Freigabe der elektromagnetischen Bremse 4 und die Speicherung des Detektionsergebnisses des Hall-Elementes 51 in der CNC 60.
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Nunmehr wird ein Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Beschreibung näher beschrieben. 7 zeigt einen Querschnitt durch den Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 3. Der Elektromotor 103 gemäß Ausführungsbeispiel 3 unterscheidet sich vom Elektromotor 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1 darin, dass der Sensor ein Stromsensor 52 ist, der eingerichtet ist zum Detektieren des durch die elektromagnetische Bremse 4 fließenden Stromes. Ansonsten entspricht die Konfiguration des Elektromotors 103 gemäß Ausführungsbeispiel 3 dem Elektromotor 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1, so dass eine wiederholte Beschreibung sich erübrigt.
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Der Stromsensor 52 detektiert einen vom Anschluss 20 über die Verdrahtung 200 zur Spule 13 fließenden Strom zur Detektion, ob die Spule 13 sich in einem Stromversorgungszustand befindet. Der Stromsensor 52 kann sein Detektionsergebnis über die Verdrahtung 500 zum Indikator 6 übertragen, um den Indikator 6 zu veranlassen, anzuzeigen, ob die Spule 13 sich im Stromversorgungszustand befindet.
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Bei dem Stromsensor 52 kann es sich um einen Klemmsensor handeln. 8 zeigt ein Schaltbild einer Spule einer elektromagnetischen Bremse und eines Klemm-Stromsensors im Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 3. Wird der Schalter 50 in leitenden Zustand gebracht, fließt ein Strom von der Stromquelle 40 zur Spule 13. Der Klemmsensor 52 detektiert den durch die Verdrahtung 200 fließenden Strom aus dem Magnetfeld, welches in der Verdrahtung 200 erzeugt wird, durch Klemmung an der Verdrahtung 200. Eine Vorabmessung des mit dem Klemmsensor 52 zu detektierenden Stromes bei Stromfluss auf einem Pegel, der ausreicht zum Lösen der elektromagnetischen Bremse 4 durch die Spule 13 ermöglicht eine Bestimmung, ob die elektromagnetische Bremse 4 gelöst ist auf Basis des mit dem Klemmsensor 52 detektierten Stromes.
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Nunmehr wird ein Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Beschreibung näher beschrieben. 9 zeigt einen Querschnitt durch den Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 4. Der Elektromotor 104 gemäß Ausführungsbeispiel 4 unterscheidet sich vom Elektromotor 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1 darin, dass der Sensor 5 von außen von dem Elektromotor 104 abnehmbar ist. Ansonsten entspricht die Konfiguration des Elektromotors 104 gemäß Ausführungsbeispiel 4 der Konfiguration des Elektromotors 101 gemäß Ausführungsbeispiel 1, so dass sich eine wiederholte Beschreibung insoweit erübrigt.
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Durch Einrichtung einer Ausnehmung 70 im Flansch 7, in welcher der Sensor 5 montierbar ist, wird ermöglicht, dass der Sensor 5 abnehmbar ist. Das Hall-Element 51 kann hier als Sensor 5 eingesetzt werden. 10 zeigt einen Querschnitt durch eine elektromagnetische Bremse in dem Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 4. Das Hall-Element 51 ist vorzugsweise so gestaltet, dass es in der Ausnehmung 70 anbringbar ist. Das Hall-Element 51 kann auch mit Anschlüssen 5a und 5c versehen sein, die eingerichtet sind für einen Stromfluss; und mit Anschlüssen 5b und 5d, die eingerichtet sind zum Abgeben einer Spannung, die durch ein Magnetfeld in dem Hall-Element 51 erzeugt wird. Weiterhin stehen vorzugsweise Anschlüsse 7a bis 7d von einer Oberfläche der Ausnehmung 70, dem Hall-Element 51 gegenüberliegend, vor. Vorzugsweise sind die Anschlüsse 7a bis 7d an die Anschlüsse 5a bis 5d des Hall-Elementes 51 anschließbar, wenn das Hall-Element 51 in der Ausnehmung 70 montiert ist. Diese Konfiguration ermöglicht einen Stromfluss durch das Hall-Element 51 über die elektromagnetische Bremse 4. Ein Detektionsergebnis bezüglich des Magnetfeldes der Spule 13 kann zum Indikator 6 über eine Verdrahtung in der elektromagnetischen Bremse weitergeleitet werden.
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Nachfolgend wird ein Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Beschreibung näher beschrieben. 11 zeigt einen Querschnitt des Elektromotors gemäß Ausführungsbeispiel 5. Der Elektromotor 105 nach Ausführungsbeispiel 5 unterscheidet sich vom Elektromotor 101 nach Ausführungsbeispiel 1 darin, dass der Elektromotor 105 weiterhin einen Kontaktsensor 12 aufweist, der eingerichtet ist zum Detektieren eines Kontaktes zwischen der Reibplatte 9 und dem Anker 10. Ansonsten entsprechen sich die Konfigurationen des Elektromotors 105 nach Ausführungsbeispiel 5 und des Elektromotors 101 nach Ausführungsbeispiel 1, so dass sich eine wiederholte Beschreibung insoweit erübrigt.
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Die Kombination des Sensors 5 und des Kontaktsensors 12 ermöglicht das Auffinden von Schwellenwerten bezüglich der Spulenspannung (des Stromes), wenn die elektromagnetische Bremse betrieben wird und wenn die elektromagnetische Bremse freigegeben (gelöst) wird. Die Schwellenwerte ändern sich jeweils aufgrund von Abnutzungen der Reibplatte, des Eindringens von Schneidfluid und dergleichen, so dass ein Versagen der elektromagnetischen Bremse vorhersehbar ist. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Reibsensor 12 auf der Reibplatte 9 vorgesehen ist, jedoch ist die Anordnung des Reibsensors 12 nicht auf ein solches Beispiel beschränkt und der Reibsensor 12 kann beispielsweise auch auf dem Anker 10 vorgesehen werden.
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Nunmehr wird ein Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Beschreibung näher beschrieben. 12 zeigt einen Querschnitt durch den Elektromotor nach Ausführungsbeispiel 6. Der Elektromotor 106 nach Ausführungsbeispiel 6 unterscheidet sich vom Elektromotor 101 nach Ausführungsbeispiel 1 darin, dass die Verdrahtung 200 für den Stromfluss durch die Spule 13 und die Verdrahtung 500 des Sensors 5 gemeinsam eingesetzt werden. Die übrigen Konfigurationen des Elektromotors 106 nach Ausführungsbeispiel 6 entsprechen denen des Elektromotors 101 nach Ausführungsbeispiel 1, so dass sich eine wiederholte Beschreibung insoweit erübrigt.
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Werden die Verdrahtung 200 für den Stromfluss durch die Spule 13 und die Verdrahtung 500 des Sensors 5 gemeinsam eingesetzt, können sowohl die Verdrahtung 200 als auch die Verdrahtung 500 an den Verbinder 20 angeschlossen werden und damit kann der Aufbau der elektromagnetischen Bremse vereinfacht werden.
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Nunmehr wird ein Elektromotor gemäß Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Beschreibung näher beschrieben. 13 zeigt einen Querschnitt des Elektromotors nach Ausführungsbeispiel 7. Der Elektromotor 107 nach Ausführungsbeispiel 7 unterscheidet sich vom Elektromotor 101 nach Ausführungsbeispiel 1 darin, dass der Elektromotor 107 weiterhin einen Übertrager (Transmitter; nicht dargestellt) enthält, der eingerichtet ist für eine drahtlose Übertragung eines Detektionsergebnisses des Sensors 5 nach außen. Ansonsten entspricht die Konfiguration des Elektromotors 107 nach Ausführungsbeispiel 7 der des elektromagnetischen Motors 101 nach Ausführungsbeispiel 1, so dass sich insoweit eine Wiederholung erübrigt.
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Der Übertrager für die drahtlose Übertragung eines Detektionsergebnisses des Sensors 5 nach außen ermöglicht die Einsparung von Verdrahtung zur Ausgabe des Detektionsergebnisses des Sensors 5 nach außen, so dass die elektromagnetische Bremse weiter vereinfacht werden kann.
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Ein Elektromotor gemäß einem der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Beschreibung ermöglicht eine einfache Prüfung des Stromversorgungszustandes der Bremse ohne Einsatz einer externen Messvorrichtung und damit die Verhinderung von Defekten aufgrund eines Antriebs mit nicht gelöster Bremse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000 [0002]
- JP 296492 [0002]
