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Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Bremse.
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Hintergrund
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Drehende Elektromotoren, wie Servomotoren (im Folgenden einfach als Elektromotoren bezeichnet), sind häufig mit einer Bremsfunktion ausgestattet. Die Bremse wird typischerweise als eine Haltebremse verwendet. Die Haltebremse arbeitet jedoch manchmal im Notfall oder Dringlichkeitsfall als eine Stoppbremse.
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Eine typische Struktur einer Haltebremse ist in der Regel mit einen Belag versehen, der so konfiguriert ist, dass er an die Welle des Elektromotors angepasst ist. Bei dieser Anordnung übt die Haltebremse eine Bremskraft auf den Belag aus, wenn der Elektromotor in einem statischen Zustand gehalten wird, und wenn der Elektromotor angetrieben wird, wird die Bremskraft, die auf den Belag wirkt, mit Hilfe der elektromotorischen Kraft aufgehoben, die entsteht wenn die erregende Spule mit Strom versorgt wird, wodurch die Bremskraft gelöst wird.
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Die Bremsanlage, die in der Patentliteratur 1 unten beschrieben wird, offenbart eine Konfiguration, die einen Widerstand, der so angeschlossen ist, dass der Elektromotor kurzgeschlossen werden kann; eine Magnetspule, die eine Zugkraft auf den Bremshebel ausübt; eine Ladevorrichtung die durch die Spannungsquelle geladen wird, die zum Antreiben des Elektromotors genutzt wird und die eine Gleichspannung für die Magnetspule zur Verfügung stellt und dergleichen aufweist.
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Zitierungsliste
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- Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. S60-22443
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Überblick
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Technisches Problem
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Wie oben beschrieben, arbeitet bei einem herkömmlichen Elektromotor mit einer Bremse die Haltebremse gelegentlich als Stoppbremse. Wenn die Haltebremse häufig als Stoppbremse arbeitet, wird die Lebensdauer des Belags durch Abnutzung und Beschädigung verkürzt. Der Belag muss entsprechend häufiger gewechselt werden, was das Problem aufwirft, dass Herstellungskosten und Wartungskosten steigen.
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Der Abnutzung und Beschädigung des Belages selbst können durch das Ergreifen bestimmter Maßnahmen vorgebeugt werden, wie durch Bereitstellen eines Schutzschaltkreises zur Verzögerung der Bremsbetätigung und durch Anbringen einer zusätzlichen externen elektromotorischen Bremse; jedoch machen diese Maßnahmen die Bereitstellung zusätzlicher Vorrichtungen nötig und damit einen Anstieg der Herstellungs- und Wartungskosten unausweichlich.
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Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf das Obengenannte getätigt, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Elektromotors mit einer Bremse, der vermeiden kann, dass eine Haltebremse als Stoppbremse arbeitet, und der eine Anordnung wirksam erzielt, mit der eine alternative Bremskraft erzielt wird, ohne die Kosten zu erhöhen.
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Lösung des Problems
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Um die obengenannten Probleme zu lösen und das Ziel zu erreichen, ist ein Aspekt der Erfindung ein Elektromotor mit einer Bremse, wobei der Elektromotor die Funktion einer Haltebremse aufweist, und wobei der Elektromotor umfasst: einen Bremswiderstand, der drei Widerstände umfasst, wobei der Bremswiderstand derart ausgebildet ist, dass die drei Widerstände in einem Normalzustand an Enden auf der einen Seite miteinander verbunden sind, und an Enden auf der anderen Seite parallel zueinander an einer Gleichstromquelle angeschlossen sind, und wobei im Falle eines Notfalls oder eines Notbremsereignisses der Bremswiderstand so beschaffen ist, dass die drei Widerstände an den Enden auf der einen Seite miteinander verbunden sind, um eine Sternschaltung zu bilden, während die Enden auf der anderen Seite, die nicht miteinander verbunden sind, elektrisch mit einem Ausgangsende einer Statorspule des Elektromotors oder einem Ende verbunden sind, das ein Potential aufweist, das gleich einem Potential des Ausgangsendes ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wirkung dahingehend erzielt, dass eine Haltebremse von der Arbeit als Stoppbremse abgehalten werden kann und eine alternative Bremskraft ohne Mehrkosten effektiv erzielt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Elektromotorsystems, das einen Elektromotor mit einer Bremse umfasst, gemäß einer Ausführungsform zeigt.
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2 ist ein Schaltungsdiagramm eines Zustandes in dem in einem Notfall ein Bremswiderstand des Elektromotors mit einer Bremse als elektromotorische Bremse arbeitet.
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3 ist ein Schaltungsdiagramm eines Zustandes in dem der Bremswiderstand des Elektromotors mit Bremse normal arbeitet.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ein Elektromotor mit einer Bremse gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
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1 ist ein Diagramm, das die beispielhafte Anordnung eines Elektromotorsystems, das einen Elektromotor mit einer Bremse aufweist, gemäß einer Ausführungsform zeigt. 1 zeigt eine beispielhafte Konfiguration in einem Fall, in dem das Elektromotorsystem von einem Wechselrichter angetrieben wird. Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Elektromotorsystem 20 gemäß der Ausführungsform: Einen Elektromotor mit einer Bremse 21, welcher einen Elektromotor 22 und einen Bremswiderstand 23 umfasst; eine Gleichstromquelle für die Bremse 24; einen Bremsschalter 25 und ein Relaisbauteil 26. Das Elektromotorsystem 20 ist so konfiguriert, dass der Elektromotor 22 durch den Wechselrichter 30 angetrieben wird.
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Der Wechselrichter 30 weist eine allgemein bekannte Schaltungskonfiguration auf. Insbesondere ist eine dreiphasige Wechselrichterschaltung mit UVW-Phasen (U+, U–, V+, V–, W+, W–) so konfiguriert, dass ein Glättungskondensator 32, der an einer hochspannungsseitigen (P Potential) Gleichstromleitung 31a und an einer niederspannungsseitigen (N Potential) Gleichstromleitung 31b angeschlossen ist, ein Schaltelement aufseiten eines positiven Arms 34a (U+) und ein Schaltungselement aufseiten eines negativen Arms 34b (U–) sind in Reihe geschaltet, und drei solche Reihenschaltungen sind zueinander parallel geschaltet.
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Eine Wechselstromleitung der U-Phase 15 ist aus dem Verbindungspunkt gezogen, an dem das Schaltelement 34a und das Schaltelement 34b miteinander verbunden sind. Auf ähnliche Weise sind eine Wechselstromleitung der V-Phase 16 und eine Wechselstromleitung der W-Phase 17 aus dem Verbindungspunkt an welchem ein Schaltelement 34c und ein Schaltelement 34d verbunden sind, bzw. aus dem Verbindungspunkt an welchem ein Schaltelement 34e und ein Schaltelement 34f verbunden sind, gezogen. Die Wechselstromleitung der U-Phase 15, die Wechselstromleitung der V-Phase 16, und die Wechselstromleitung der W-Phase 17 sind mit dem Elektromotor 22 verbunden.
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Das Relaisbauteil 26 umfasst Sammelanschlüsse 6, 7 und 8, welche eine Sammelanschlussgruppe (Kontaktgruppe) sind; Relaisanschlüsse 9, 10 und 11, welche eine Schaltanschlussgruppe (Kontaktgruppe) auf einer Seite sind, und Relaisanschlüsse 12, 13 und 14, welche eine Schalteranschlussgruppe (Kontaktgruppe) auf der anderen Seite sind.
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Der Elektromotor mit einer Bremse 21 umfasst den Bremswiderstand 23 in Ergänzung zum Elektromotor 22. Die Enden auf einer Seite des Bremswiderstandes 23 sind miteinander verbunden um mit der negativen Seite der Gleichstromquelle für die Bremse 24 verbunden zu sein. Die Enden auf der anderen Seite des Bremswiderstandes 23 sind nicht miteinander verbunden. Der Bremswiderstand 23 umfasst auf der anderen Seite drei Widerstände 1, 2 und 3, welche jeweils mit den Sammelanschlüssen 6, 7 und 8 des Relaisbauteils 26 verbunden sind. Mit anderen Worten bilden die drei Widerstände in dem Bremswiderstand 23 eine Sternschaltung und der neutrale Punkt des Bremswiderstandes 23 ist mit der negativen Seite der Gleichstromquelle für die Bremse 24 verbunden. Es ist offensichtlich, dass der Bremswiderstand 23 eine der in 1 gezeigten Schaltkonfiguration entgegengesetzte Schaltkonfiguration aufweisen könnte, d. h. eine Konfiguration, in der der neutrale Punkt der drei Widerstände mit der positiven Seite der Gleichstromquelle für die Bremse 24 verbunden ist.
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Die Wechselstromleitung der U-Phase 15, die Wechselstromleitung der V-Phase 16 und die Wechselstromleitung der W-Phase 17 sind jeweils mit den Relaisanschlüsse 9, 10 und 11 des Relaisbauteils 26 verbunden. In dem Relaisbauteil 26 sind die Relaisanschlüssen 9, 10 und 11 geschlossen, wodurch eine Schaltung einer elektromotorischen Bremse, wie auch in 2 gezeigt, gebildet wird.
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Die Relaisanschlüsse 12, 13 und 14 des Relaisbauteils 26 sind elektrisch miteinander verbunden, sodass sie das gleiche Potential aufweisen. Die Relaisanschlüsse 12, 13 und 14 sind geschlossen, wodurch eine Bremsschaltung, wie auch in 3 gezeigt, gebildet wird.
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Als nächstes wird ein Betrieb des Elektromotors mit einer Bremse gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
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Der Wechselrichter 30 treibt den Elektromotor 22 unter Benutzung der Energie aus dem Glättungskondensator 32 an. Eine Steuerungseinheit 36 erzeugt Steuersignale, um eine PWM-Modulation (PWM: Pulsweitenmodulation) an dem Wechselrichter 30 durchzuführen, um die Schaltelemente 34a bis 34f des Wechselrichters 30 zu steuern.
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In einem Normalzustand ist das Relaisbauteil 26 zu der Seite der Relaisanschlüsse 12, 13 und 14 geschaltet; somit wird die in 3 gezeigte Bremsschaltung gebildet. Die Bremsschaltung wird durch das Steuern des Bremsschalters 25 so betrieben, dass sie angeschaltet ist.
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Im Gegensatz dazu wird, wenn ein derart beschaffenes Ereignis auftritt, dass es als Notfall oder Dringlichkeitsfall bewertet wird, ein Signal zum elektromotorischen Bremsen beispielsweise aus den Relaisanschlüssen 18 und 19 der Steuerungseinheit 36 ausgegeben. Das Signal zum elektromotorischen Bremsen wird einer anregenden Spule 28 über Signaleingangsanschlüsse 4 und 5 des Relaisbauteils 26 zugeführt. Aufgrund des Signaleingangs zum elektromotorischen Bremsen schalten die Relaiskontakte des Relaiselements 26 auf die Seite der Relaisanschlüsse 9, 10 und 11; somit wird die Schaltungskonfiguration derart, dass die Widerstände 1, 2 und 3 als elektromotorische Bremse arbeiten können.
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Ein charakteristischer Punkt im Vergleich zwischen 2 und 3 ist, dass, wenn der Bremswiderstand 23 als elektromotorische Bremse arbeitet, zwei der drei Widerstände in Reihe geschaltet sind. So fließt beispielsweise in 2 der Strom, der von der Wechselstromleitung der U-Phase 15 abzweigt, in den Bremswiderstand 23 und zur Wechselstromleitung der V-Phase 16 zurückkehrt, wobei er die Widerstände 1 und 2 passiert. Auf ähnliche Weise fließt der Strom, der von der Wechselstromleitung der V-Phase 16 abzweigt, in den Bremswiderstand 23 und zur Wechselstromleitung der W-Phase 17 zurück, wobei er die Widerstände 2 und 3 passiert, und der Strom, der von der Wechselstromleitung der W-Phase 17 abzweigt, fließt in den Bremswiderstand 23 und zur Wechselstromleitung der U-Phase 15 zurück, wobei er die Widerstände 1 und 2 passiert. Auf diese Weise kann der Widerstand der Schaltung erhöht werden. Folglich kann der Betrag der in den Widerständen erzeugten Wärme erhöht werden, was ein wirksames und effizientes Aufnehmen der Rotationsenergie ermöglicht.
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Ein weiterer charakteristischer Punkt ist, dass, wenn der Bremswiderstand 23 im Normalbetrieb ist, die drei Widerstände 1, 2 und 3 parallel zueinander mit der Gleichstromquelle für die Bremse 24 verbunden sind (siehe 3). Die drei Widerstände 1, 2 und 3 sind parallel zueinander geschaltet; somit kann der fließende Strom dreimal so groß sein, wie in dem Fall in dem nur ein Widerstand bereitgestellt wird, was effizient und wirksam ist. Unter der Bedingung, dass der Strom der von der Gleichstromquelle für die Bremse 24 zu den Widerständen 1, 2 und 3 fließt der gleiche ist, kann die Spannung der Gleichstromquelle für die Bremse 24 ein Drittel betragen.
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1 zeigt den Zustand, in dem die Wechselstromleitung der W-Phase 17, die Wechselstromleitung der V-Phase 16 und die Wechselstromleitung der U-Phase 15 so gezogen sind, dass sie mit den Relaisanschlüssen 9, 10 und 11 des Relaisbauteils 26 verbunden sind; da jedoch die Wechselstromleitung der U-Phase 15, die Wechselstromleitung der V-Phase 16 und die Wechselstromleitung der W-Phase 17 mit einer Statorspule 27 des Elektromotors 22 verbunden sind, können die Wechselstromleitung der U-Phase 15, die Wechselstromleitung der V-Phase 16 und die Wechselstromleitung der W-Phase 17 aus den Ausgangsenden der Statorspule 27 oder aus den Enden gezogen werden, die ein Potential gleich dem der Ausgangsenden aufweisen.
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1 veranschaulicht die Konfiguration in der das Relaisbauteil 26 außerhalb des Elektromotors mit einer Bremse 21 bereitgestellt ist; dennoch kann das Relaisbauteil 26 auch innerhalb des Elektromotors mit einer Bremse 21 bereitgestellt sein. Die Gleichstromquelle für die Bremse 24 und der Bremsschalter 25 können auch innerhalb des Elektromotors mit einer Bremse 21 bereitgestellt sein.
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Die Relaisanschlüsse 9, 10 und 11 des Relaisbauteils 26 können innerhalb des Wechselrichters 30 bereitgestellt sein, solange die Relaiselemente 9, 10 und 11 jeweils elektrisch mit der Wechselstromleitung der W-Phase 17, der Wechselstromleitung der V-Phase 16 und der Wechselstromleitung der U-Phase 15 verbunden werden können. In diesem Falle können auch die Gleichstromquelle für die Bremse 24 und der Bremsschalter 25 in dem Wechselrichter 30 bereitgestellt werden.
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Wie oben beschrieben, umfasst der Elektromotor mit einer Bremse gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform einen Bremswiderstand, der drei Widerstände umfasst, die auf einer Seite verbunden sind, sodass sie eine Sternschaltung bilden. In einem Normalzustand sind die drei Widerstände an den Enden auf einer Seite miteinander verbunden und an Enden auf der anderen Seite sind sie parallel zueinander mit der Gleichstromquelle für die Bremse verbunden. Im Falle eines Notfalls oder eines Notbremsereignisses werden die Enden auf der anderen Seite, die nicht miteinander verbunden sind, elektrisch mit den Ausgangsenden der Statorspule des Elektromotors oder den Enden verbunden, die ein Potential aufweisen, das gleich dem Potential der Ausgangsenden ist. Somit kann die Haltebremse von der Arbeit als Stoppbremse abgehalten werden und eine alternative Bremskraft ohne Mehrkosten erzielt werden.
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Weil die Haltebremse von der Arbeit als Stoppbremse abgehalten werden kann, kann zudem die Abnutzung und Beschädigung des Belages der Haltebremse reduziert werden, was die Lebensdauer des Belages erhöhen kann. Somit kann ein Anstieg der Herstellungskosten und Wartungskosten verhindert werden.
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Weil der Bremswiderstand der Haltebremse als elektromotorische Bremse eingesetzt werden kann, ist es nicht notwendig zusätzlich einen externen Widerstand für die elektromotorische Bremse bereitzustellen, was einen Anstieg der Herstellungskosten und Wartungskosten sowie eine Vergrößerung des Systems verhindern kann.
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Die Konfiguration, die in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben wird, ist nur ein Beispiel für die Konfiguration der vorliegenden Erfindung. Es ist offensichtlich, dass sie mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden und modifiziert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, sowie durch das Auslassen eines Teils der Konfiguration.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben, ist der Elektromotor mit einer Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Erfindung nützlich, die eine Haltebremse von der Arbeit als Stoppbremse abhalten kann und die auf effektive Weise eine Konfiguration erreichen kann, mit der ohne Mehrkosten eine alternative Bremskraft erzielt wird.
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Liste der Bezugszeichen
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- 1, 2 und 3 Widerstand, 4 und 5 Signaleingangsanschluss, 6, 7 und 8 Sammelanschluss, 9 bis 14 Relaisanschluss, 15 Wechselstromleitung der U-Phase, 16 Wechselstromleitung der V-Phase und 17 Wechselstromleitung der W-Phase, 18 und 19 Anschluss, 20 Elektromotorsystem, 21 Elektromotor mit einer Bremse, 22 Elektromotor, 23 Bremswiderstand, 24 Gleichstromquelle für die Bremse, 25 Bremsschalter, 26 Relaisbauteil, 27 Statorspule, 28 anregende Spule, 30 Wechselrichter, 31a hochspannungsseitige Gleichstromleitung, 31b niederspannungsseitige Gleichstromleitung, 32 Glättungskondensator, 34a bis 34f Schaltelement, 36 Steuerungseinheit.
