JP2007006590A

JP2007006590A - 保持ブレーキ内蔵モータ

Info

Publication number: JP2007006590A
Application number: JP2005182759A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ota; 裕二太田; Mamoru Tokita; 守鴇田; Yoshiaki Fukai; 善朗深井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】ロータドラムにブレーキシューを押し付け、機械的な摩擦でブレーキ力を発生する保持ブレーキをロータドラム内部に配設することによって、装置全体を小型化、かつ、薄型化することができ、強力なブレーキ力を瞬時に発生させることができ、発熱を抑制することができるようにする。
【解決手段】ハウジングに回転可能に取り付けられた回転軸と、該回転軸に取り付けられた中空の回転子と、該回転子の周囲に配設され、前記ハウジングに固定された固定子と、前記回転子の内部に配設された保持ブレーキとを有する保持ブレーキ内蔵モータであって、前記回転子を回転させる駆動力と、前記保持ブレーキの発生する制動力とが、前記回転軸の軸方向に対して垂直な同一平面内で前記回転子に作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、保持ブレーキ内蔵モータに関するものである。

従来、ロボット、マニュピュレータ等においては、多関節アーム装置が使用されている。この場合、各関節をＤＣブラシレスモータ等のモータを備えるアクチュエータによって所定の回転角だけ回転させて各関節の動きを制御し、多関節部材の曲げ伸ばしの動作を行わせることによって、アームの先端の位置等を制御するようになっている。また、前記アクチュエータは、保持ブレーキを備え、各関節を所定の角度で固定的に保持することもできる。

このような保持ブレーキとしては、回転体にブレーキシューを押し付け、機械的な摩擦でブレーキ力を発生する摩擦ブレーキが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、ブレーキシューが回転体に押し付けられることによって該回転体の内周面に摩擦接触し、それにより、ブレーキ力が発生して、ブレーキが作動する。

また、機械的な摩擦によるものでなく、電磁石による吸引効果を利用し、電磁力によってブレーキ力を発生させるブレーキも提案されている（例えば、特許文献２及び３参照。）。この場合、モータとブレーキとが一体的に構成されているので、装置全体を小型化することができる。
特開２００４−６０７４６号公報特開平１０−３４１５９０号公報特許第３５７８５５５号公報

しかしながら、前記従来のモータにおいては、強力なブレーキ力を瞬時に発生させるブレーキと組み合わせた小型な装置を得ることができなかった。回転体にブレーキシューを押し付け、機械的な摩擦でブレーキ力を発生する摩擦ブレーキは、強力なブレーキ力を瞬時に発生させることができるが、モータとは別個に構成されているので、モータと組み合わせた場合に装置全体を小型化及び薄型化することができなかった。また、電磁石による吸引効果を利用し、電磁力によってブレーキ力を発生させるブレーキは、電磁力を用いているため、磁気回路を形成する電磁コイルに流れる電流に時間遅れが生じ、ブレーキ力を瞬時に発生させることができなかった。さらに、熱によって磁石の磁力が低下し、モータが発生するトルクが減少してしまうことがあった。

本発明は、前記従来の問題点を解決して、ロータドラムにブレーキシューを押し付け、機械的な摩擦でブレーキ力を発生する保持ブレーキをロータドラム内部に配設することによって、装置全体を小型化、かつ、薄型化することができ、強力なブレーキ力を瞬時に発生させることができ、発熱を抑制することができる保持ブレーキ内蔵モータを提供することを目的とする。

そのために、本発明の保持ブレーキ内蔵モータにおいては、ハウジングに回転可能に取り付けられた回転軸と、該回転軸に取り付けられた中空の回転子と、該回転子の周囲に配設され、前記ハウジングに固定された固定子と、前記回転子の内部に配設された保持ブレーキとを有する保持ブレーキ内蔵モータであって、前記回転子を回転させる駆動力と、前記保持ブレーキの発生する制動力とが、前記回転軸の軸方向に対して垂直な同一平面内で前記回転子に作用する。

本発明の他の保持ブレーキ内蔵モータにおいては、さらに、前記保持ブレーキは、圧電素子をブレーキ駆動源として備える。

本発明の更に他の保持ブレーキ内蔵モータにおいては、さらに、前記保持ブレーキは、モータをブレーキ駆動源として備える。

本発明の更に他の保持ブレーキ内蔵モータにおいては、さらに、前記モータは、前記保持ブレーキの作動の当初のみ駆動される。

本発明の更に他の保持ブレーキ内蔵モータにおいては、さらに、前記回転子はドラム状の形状を備え、前記保持ブレーキは前記回転子の内周面に当接するブレーキシューを備える。

本発明の更に他の保持ブレーキ内蔵モータにおいては、さらに、前記モータは、前記回転軸の停止目標位置と現在位置との関係から予測される前記回転軸の停止時刻より、前記モータの駆動開始から前記保持ブレーキの作動開始までの時間だけ前の時刻に、作動を開始する。

本発明によれば、保持ブレーキ内蔵モータは、ロータドラムにブレーキシューを押し付け、機械的な摩擦でブレーキ力を発生する保持ブレーキがロータドラム内部に配設されている。これにより、装置全体を小型化、かつ、薄型化することができ、強力なブレーキ力を瞬時に発生させることができ、発熱を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータを示す平断面図、図２は本発明の第１の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータを示す側断面図であり図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

図において、１０は、保持ブレーキ内蔵モータとしての回転可能なモータである。該モータ１０は、例えば、ＤＣブラシレスモータであり、種々の負荷を持ち上げて支持した姿勢のままで、前記負荷を進退させて位置決めする動作を行い、かつ、このような動作において剛性制御を必要とする組立搬送ロボット等のロボットやマニュピュレータの多関節アーム装置に駆動源として使用されるものであるが、いかなる装置においても使用することができるものである。

ここで、前記モータ１０は、円盤状のハウジング底板２１ａ、及び、該ハウジング底板２１ａに固定された有底容器状のハウジングケース２１ｂから成るハウジング２１を有する。そして、ハウジング底板２１ａの中心部には、ボールベアリング等の軸受２２を介して、回転軸としての出力軸１１が回転可能に取り付けられている。なお、前記軸受２２は、ハウジング底板２１ａの中心部に固定された円筒状の軸受収容部２３内に収容されている。

そして、前記出力軸１１の一端は、ハウジング２１の外方（図２における下方）へ突出し、図示されない被駆動部材に接続される。また、前記出力軸１１の他端は、モータ１０の回転子としてのロータを形成するロータドラム１２の中心に固定されている。該ロータドラム１２は、中空でドラム状の形状を備え、円筒状の側壁の外周面には円筒状の永久磁石１３が固定されている。なお、該永久磁石１３の外周面は多極着磁されている。

また、ハウジングケース２１ｂの円筒状の側壁の内面には、モータ１０の固定子としてのステータを形成するステータコア１４が固定されている。該ステータコア１４は、円筒状の形状を有し、内周面には、内方に突出する鉄心１４ａが周期的に等ピッチで並んで配設されている。そして、各鉄心１４ａの周囲には、巻線としてのステータコイル１５が巻装されている。なお、前記鉄心１４ａの突出端面は、ほぼ円弧面となっており、図１に示されるように、全体として円周面を形成し、所定の間隙（げき）を介して、永久磁石１３の外周面に対向するように配設されている。これにより、一般的なモータと同様に、前記ステータコイル１５に電流を流すことによって、永久磁石１３が固定されているロータドラム１２を回転させ、出力軸１１の一端に接続される被駆動部材を駆動することができる。なお、ステータコイル１５に電流を流して永久磁石１３が固定されているロータドラム１２を回転させる方法については、一般的なモータと同様であるので、説明を省略する。

一方、回転子であるロータドラム１２の内部には保持ブレーキが配設されている。この場合、図１に示されるように、ロータドラム１２の内周面に当接するブレーキシュー１６、該ブレーキシュー１６を駆動するブレーキ駆動源としての圧電素子２５、該圧電素子２５の出力としての変位を出力する出力ロッド２６、並びに、圧電素子２５の変位をブレーキシュー１６に伝達する変位伝達機構を形成する第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８がロータドラム１２の内部に配設されている。図示される例においては、１対のブレーキシュー１６、出力ロッド２６、第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８が、軸対称となるように配設され、単一の圧電素子２５によって２つのブレーキシュー１６を同時に変位させるようになっているが、圧電素子２５、ブレーキシュー１６、出力ロッド２６、第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８の数は、いくつであってもよく、任意に設定することができる。

ここで、前記圧電素子２５は、ピエゾ素子等の通常の圧電素子から成り、電圧が印加されると長手方向（図１における横方向）に伸長し、長手方向の両端に接続された出力ロッド２６は、その先端同士の間隔が広くなる方向に変位する。また、第１リンク部材１７は、一端（図１における下端）が固定端として、図示されない取付部材を介して、ハウジング底板２１ａに固定されており、他端（図１における上端）が作用端として第２リンク部材１８に接続されている。そして、第１リンク部材１７の固定端近傍には、揺動支点として、部材の弾性変形を許容する薄肉部１７ａが形成され、該薄肉部１７ａよりも作用端寄りの位置に出力ロッド２６の先端が接続されている。そのため、圧電素子２５に電圧が印加されて出力ロッド２６が変位すると、第１リンク部材１７は薄肉部１７ａを支点として揺動する。この場合、薄肉部１７ａから出力ロッド２６の先端が接続されている位置までの距離よりも、薄肉部１７ａから作用端までの距離のほうが長いので、出力ロッド２６の変位は、増幅されて第１リンク部材１７の作用端に伝達される。

また、第２リンク部材１８は、一端（図１における上端）である被作用端の近傍部が固定部として、図示されない取付部材を介して、ハウジング底板２１ａに固定されており、他端（図１における下端）が作用端としてブレーキシュー１６に接続されている。そして、第２リンク部材１８の固定部近傍には、揺動支点として、部材の弾性変形を許容する薄肉部１８ａが形成され、該薄肉部１８ａよりも作用端と反対寄りの位置にある被作用端に第１リンク部材１７の作用端が接続されている。そのため、圧電素子２５に電圧が印加されて第１リンク部材１７が揺動すると、第２リンク部材１８は薄肉部１８ａを支点として揺動する。この場合、薄肉部１８ａから第１リンク部材１７の作用端が接続されている被作用端までの距離よりも、薄肉部１８ａから作用端までの距離のほうが長いので、第１リンク部材１７の作用端の変位は、増幅されて第２リンク部材１８の作用端に伝達される。

このように、前記第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８は、出力ロッド２６の変位を増幅する変位増幅機構として機能する。そして、該変位増幅機構、ブレーキシュー１６、圧電素子２５及び出力ロッド２６は保持ブレーキとして機能する。これにより、圧電素子２５に電圧が印加されると、出力ロッド２６の変位は、第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８によって増幅され、ブレーキシュー１６に伝達される。

また、図２に示されるように、保持ブレーキ、すなわち、変位増幅機構、ブレーキシュー１６、圧電素子２５及び出力ロッド２６は、出力軸１１の軸方向に関しても、ロータドラム１２内に収まるように配設されている。そして、出力軸１１の軸方向に関して、永久磁石１３と鉄心１４ａとが対向する範囲の中心と、ブレーキシュー１６とロータドラム１２の内周面とが当接する範囲の中心とがほぼ同一の位置にある。すなわち、ロータを回転させる駆動力と保持ブレーキの発生するブレーキ力とが出力軸１１の軸方向に垂直な同一平面内でロータに作用する。そのため、モータ１０の厚さを薄くすることができる。また、ロータを回転させる力の作用点とブレーキ力の作用点とのずれによって生じるモーメントが発生することがない。

次に、前記構成のモータ１０の動作について説明する。

まず、圧電素子２５は、電圧が印加されていない場合、図１に示されるように、長手方向に収縮した状態となっている。この場合、第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８の作用によって、ブレーキシュー１６は、ロータドラム１２の内周面に押し付けられた状態で当接している。そのため、ブレーキシュー１６とロータドラム１２との摩擦力によってブレーキ力が発生し、すなわち、保持ブレーキが作動し、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転しない状態に保持される。

続いて、圧電素子２５に電圧が印加されると、圧電素子２５が長手方向に伸長し、出力ロッド２６は、その先端同士の間隔が広くなる方向に変位する。すると、出力ロッド２６の変位は、第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８によって増幅され、ブレーキシュー１６に伝達される。これにより、該ブレーキシュー１６はロータドラム１２の内周面から離間する方向に変位する。そのため、ブレーキシュー１６とロータドラム１２との摩擦力によるブレーキ力が消滅し、すなわち、保持ブレーキが解除され、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転可能な状態になる。

続いて、圧電素子２５への電圧の印加を解除すると、圧電素子２５が長手方向に収縮し、出力ロッド２６は、その先端同士の間隔が狭くなる方向に変位する。これにより、出力ロッド２６から第１リンク部材１７に付与された力が解除されるので、薄肉部１７ａのばね力によって、第１リンク部材１７は元の姿勢に復元する。そのため、第１リンク部材１７から第２リンク部材１８に付与された力が解除されるので、薄肉部１８ａのばね力によって、第２リンク部材１８は元の姿勢に復元する。そして、ブレーキシュー１６がロータドラム１２の内周面に押し付けられた状態に復帰するので、再び、保持ブレーキが作動し、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転しない状態に保持される。

このように、本実施の形態において、モータ１０はロータドラム１２内部に圧電素子２５をブレーキ駆動源とする保持ブレーキを内蔵するようになっている。そのため、モータ１０全体を小型化及び薄型化することができる。また、圧電素子２５を用いているので、保持ブレーキが高速で作動する。さらに、発熱も少ないので、モータ１０の出力への影響を少なくすることができる。さらに、圧電素子２５に電圧が印加されていないと保持ブレーキが作動するので、出力軸１１を回転しない状態に保持する時間の長い用途にモータ１０を使用する場合、消費電力及び発熱を抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図３は本発明の第２の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータのブレーキの動作を示す平断面図である。

図３に示されるように、本実施の形態において、第２リンク部材１８は、一端（図３における上端）が固定端として、図示されない取付部材を介して、ハウジング底板２１ａに固定されており、他端（図３における下端）が作用端としてブレーキシュー１６に接続されている。そして、第２リンク部材１８の固定端近傍には、揺動支点として、部材の弾性変形を許容する薄肉部１８ａが形成され、該薄肉部１８ａよりも作用端寄りの位置が、第１リンク部材１７の作用端が接続された被作用端となっている。そのため、圧電素子２５に電圧が印加されて第１リンク部材１７が揺動すると、第２リンク部材１８は薄肉部１８ａを支点として揺動する。そして、薄肉部１８ａから第１リンク部材１７の作用端が接続されている被作用端までの距離よりも、薄肉部１８ａから作用端までの距離のほうが長いので、第１リンク部材１７の作用端の変位は、増幅されて第２リンク部材１８の作用端に伝達される。

前記第１の実施の形態においては、第２リンク部材１８の被作用端が、薄肉部１８ａに関して、作用端の反対側に位置するのに対し、本実施の形態においては、第２リンク部材１８の被作用端が、薄肉部１８ａに関して、作用端と同一側に位置する。そのため、第１リンク部材１７の作用端が変位すると、本実施の形態における第２リンク部材１８の作用端は、前記第１の実施の形態における第２リンク部材１８の作用端と反対の方向に変位する。

次に、本実施の形態におけるモータ１０の動作について説明する。

まず、圧電素子２５は、電圧が印加されていない場合、図３に示されるように、長手方向に収縮した状態となっている。この場合、第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８の作用によって、ブレーキシュー１６は、ロータドラム１２の内周面から離間した状態になっている。そのため、ブレーキシュー１６とロータドラム１２との摩擦力によるブレーキ力が発生せずに保持ブレーキが解除され、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転可能な状態になっている。

続いて、圧電素子２５に電圧が印加されると、圧電素子２５が長手方向に伸長し、出力ロッド２６は、その先端同士の間隔が広くなる方向に変位する。すると、出力ロッド２６の変位は、第１リンク部材１７及び第２リンク部材１８によって増幅され、ブレーキシュー１６に伝達される。これにより、該ブレーキシュー１６はロータドラム１２の内周面に押し付けられた状態で当接する。そのため、ブレーキシュー１６とロータドラム１２との摩擦力によってブレーキ力が発生し、すなわち、保持ブレーキが作動し、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転しない状態に保持される。

続いて、圧電素子２５への電圧の印加を解除すると、圧電素子２５が長手方向に収縮し、出力ロッド２６は、その先端同士の間隔が狭くなる方向に変位する。これにより、出力ロッド２６から第１リンク部材１７に付与された力が解除されるので、薄肉部１７ａのばね力によって、第１リンク部材１７は元の姿勢に復元する。そのため、第１リンク部材１７から第２リンク部材１８に付与された力が解除されるので、薄肉部１８ａのばね力によって、第２リンク部材１８は元の姿勢に復元する。そして、ブレーキシュー１６がロータドラム１２の内周面から離間した状態に復帰するので、再び、保持ブレーキが解除され、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転可能な状態になる。

このように、本実施の形態においては、圧電素子２５に電圧が印加されていないと保持ブレーキが作動しないので、出力軸１１を回転可能な状態に保持する時間の長い用途にモータ１０を使用する場合、消費電力及び発熱を抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図４は本発明の第３の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータを示す平断面図である。

本実施の形態においては、ブレーキシュー１６を駆動するブレーキ駆動源として、図４に示されるように、ＤＣモータ３１を使用するようになっている。前記第１及び第２の実施の形態における圧電素子２５を作動させるには、１００〔Ｖ〕程度の高い電圧が必要であり、モータ１０を回転させるために使用される電源とは全く異なる圧電素子２５用の電源を用意する必要がある。また、圧電素子２５に印加される電圧が高電圧であるので、扱いが難しい。さらに、圧電素子２５を作動させている間は、圧電素子２５に電圧を印加し続ける必要がある。そこで、本実施の形態において、圧電素子２５に代えて、ＤＣモータ３１を使用する。なお、ロータドラム１２よりも外側に配設された部材、すなわち、保持ブレーキ以外のものの構成については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

この場合、図４に示されるように、ロータドラム１２の内部には保持ブレーキとして、ブレーキシュー１６、該ブレーキシュー１６を駆動するブレーキ駆動源としてのＤＣモータ３１、該ＤＣモータ３１によって回転させられるねじ軸としての出力軸３２、該出力軸３２に螺（ら）合されたスライダ３３、及び、該スライダ３３の変位をブレーキシュー１６に伝達する変位伝達機構を形成するブレーキレバー３４がロータドラム１２の内部に配設されている。図示される例においては、１対のブレーキシュー１６、出力軸３２、スライダ３３及びブレーキレバー３４が、軸対称となるように配設され、単一のＤＣモータ３１によって２つのブレーキシュー１６を同時に変位させるようになっているが、ＤＣモータ３１、ブレーキシュー１６、出力軸３２、スライダ３３及びブレーキレバー３４の数は、いくつであってもよく、任意に設定することができる。

ここで、前記出力軸３２とスライダ３３とはボールねじ機構を形成する。該ボールねじ機構は、出力軸３２の回転運動を直進運動に変換して、出力軸３２に螺合されたスライダ３３を軸方向に変位させる機構である。この場合、前記出力軸３２の表面にはねじ溝が形成され、また、前記スライダ３３は内周面にねじ溝が形成されたねじ孔（あな）を備えるナットであり、前記ねじ孔に前記出力軸３２が螺入されている。そして、ねじ軸としての出力軸３２の表面に形成されたねじ溝と、ナットとしてのスライダ３３の内周面に形成されたねじ溝とによって形成される通路には、多数のボールが配設され、ねじ軸とナットとを相対的に回転させる際の抵抗を軽減させるようになっている。この場合、前記スライダ３３は、ブレーキレバー３４に接続され、回転不能となっているので、ＤＣモータ３１によって出力軸３２が回転させられると、軸方向に移動させられる。

なお、ＤＣモータ３１の一方の側に突出する出力軸３２及び螺合されたスライダ３３に形成されたねじ溝と、他方の側に突出する出力軸３２及び螺合されたスライダ３３に形成されたねじ溝とは、互いに反対方向となるように形成されている。すなわち、一方の側に突出する出力軸３２及びスライダ３３に形成されたねじ溝は右ねじであり、他方の側に突出する出力軸３２及びスライダ３３に形成されたねじ溝は左ねじであるように形成されている。これにより、ＤＣモータ３１の両側に突出する出力軸３２を一方向に回転させると、両側のスライダ３３は相互の間隔が広くなる方向に変位し、前記出力軸３２を他方向に回転させると、両側のスライダ３３は相互の間隔が狭くなる方向に変位する。

また、ブレーキレバー３４は、ハウジング底板２１ａに固定された支軸３４ａに回転可能に取り付けられており、一端が被作用端としてスライダ３３に接続されており、他端が作用端としてブレーキシュー１６に接続されている。そのため、ＤＣモータ３１に電流が供給されて出力軸３２が回転してスライダ３３が変位すると、ブレーキレバー３４は支軸３４ａを支点として揺動する。この場合、支軸３４ａからスライダ３３が接続されている被作用端までの距離よりも、支軸３４ａから作用端までの距離のほうが短いので、スライダ３３の発生する力は、増幅されてブレーキレバー３４の作用端に伝達される。

このように、前記ブレーキレバー３４は、スライダ３３の発生する力を増幅するトルク増幅機構として機能する。そして、該トルク増幅機構、ブレーキシュー１６、ＤＣモータ３１、出力軸３２及びスライダ３３は保持ブレーキとして機能する。これにより、ＤＣモータ３１に電流が供給されると、スライダ３３の発生する力は、ブレーキレバー３４によって増幅され、ブレーキシュー１６に伝達される。

まず、保持ブレーキを作動させる場合、ＤＣモータ３１へ電流を供給し、スライダ３３同士の間隔が狭くなる方向に出力軸３２を回転させる。これにより、両側のスライダ３３は相互の間隔が狭くなる方向に変位する。すると、スライダ３３の変位は、ブレーキレバー３４を介して、ブレーキシュー１６に伝達される。そして、該ブレーキシュー１６はロータドラム１２の内周面に押し付けられた状態で当接する。この場合、スライダ３３の発生する力は、ブレーキレバー３４によって増幅されてブレーキシュー１６に伝達されるので、ブレーキシュー１６は十分に強い力でロータドラム１２の内周面に押し付けられる。そのため、ブレーキシュー１６とロータドラム１２との摩擦力によってブレーキ力が発生し、すなわち、保持ブレーキが作動し、ロータドラム１２及び出力軸１１の回転が停止する。

ここで、ＤＣモータ３１への電流の供給を停止すると、出力軸３２の回転が停止する。そして、ボールねじ機構の構成から観て、ナットとしてのスライダ３３を軸方向に移動させてねじ軸としての出力軸３２を回転させることが困難であるので、出力軸３２はブレーキレバー２４からの外力を受けても回転することがない。そのため、ＤＣモータ３１への電流の供給を停止しても、保持ブレーキが作動した状態が保持され、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転しない状態に保持される。

続いて、保持ブレーキを解除させる場合、ＤＣモータ３１へ電流を供給し、スライダ３３同士の間隔が広くなる方向に出力軸３２を回転させる。これにより、両側のスライダ３３は相互の間隔が広くなる方向に変位する。すると、スライダ３３の変位は、ブレーキレバー３４を介して、ブレーキシュー１６に伝達される。そして、該ブレーキシュー１６はロータドラム１２の内周面から離間する方向に変位する。そのため、ブレーキシュー１６とロータドラム１２との摩擦力によるブレーキ力が消滅し、すなわち、保持ブレーキが解除され、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転可能な状態になる。

ここで、ＤＣモータ３１への電流の供給を停止すると、出力軸３２の回転が停止する。そして、出力軸３２はブレーキレバー３４からの外力を受けても回転することがないので、ＤＣモータ３１への電流の供給を停止しても、保持ブレーキが解除された状態が保持され、ロータドラム１２及び出力軸１１は回転可能な状態に保持される。

このように、本実施の形態においては、ブレーキシュー１６を駆動するブレーキ駆動源として、ＤＣモータ３１を使用するようになっている。そのため、ブレーキ駆動源に高電圧を印加するための電源を用意する必要がない。

また、保持ブレーキを作動させる際及び解除させる際にのみＤＣモータ３１へ電流を供給すればよく、保持ブレーキの作動した状態を保持する間及び保持ブレーキを解除した状態を保持する間には、ＤＣモータ３１への電流の供給を停止することができる。そのため、消費電力及び発熱を抑制することができ、かつ、モータ１０の出力への影響を少なくすることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図５は本発明の第４の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータの動作を制御する制御回路を示す回路ブロック図である。

本実施の形態におけるモータ１０は、前記第３の実施の形態における図４に示されるような構成を有するものであるが、出力軸１１にエンコーダ４８が取り付けられている。そして、図５に示されるような制御回路によって、その動作が制御される。

図５において、４０は演算手段としてのＣＰＵ、４１は該ＣＰＵ４０で実行されるプログラム等を記憶するＲＯＭ、４２は前記ＣＰＵ４０がプログラムを実行する際のデータ等を一時記憶するＲＡＭである。そして、４３は前記ＣＰＵ４０の指示を受けてＤＣモータ３１を駆動する電力増幅回路（Ｄｒｉｖｅｒ）である。また、４４は前記ＣＰＵ４０の指示を受けてＤＣブラシレスモータとしてのモータ１０をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御するための信号を生成して出力するＰＷＭ回路、４５は該ＰＷＭ回路４４の出力を受けてモータ１０を駆動する電力増幅回路である。

そして、エンコーダ４８は、前記モータ１０の出力軸１１に取り付けられ、該出力軸１１の回転を検出する。また、４７は前記エンコーダ４８の出力信号波形の処理を行う波形処理回路である。さらに、４６は該波形処理回路４７の出力から出力軸１１の角位置を検出する位置カウンタであり、４９は前記波形処理回路４７の出力から出力軸１１の角速度を検出する速度カウンタ４９である。

ここで、前記ＣＰＵ４０の出力線は電力増幅回路４３に接続され、該電力増幅回路４３の出力線はＤＣモータ３１に接続されている。また、前記ＣＰＵ４０のもう一方の出力線はＰＷＭ回路４４に接続され、該ＰＷＭ回路４４の出力線は電力増幅回路４５に接続され、該電力増幅回路４５の出力線はモータ１０に接続されている。

そして、前記エンコーダ４８の出力線は波形処理回路４７に接続され、該波形処理回路４７の出力線は位置カウンタ４６に接続され、該位置カウンタ４６の出力線は前記ＣＰＵ４０に接続されている。なお、前記波形処理回路４７のもう一方の出力線は、速度カウンタ４９に接続され、該速度カウンタ４９の出力線は前記ＣＰＵ４０に接続されている。

また、前記ＲＯＭ４１及びＲＡＭ４２は、それぞれ前記ＣＰＵ４０に接続され、該ＣＰＵ４０は前記ＲＯＭ４１に格納してある速度テーブルに従い制御を行う。

本実施の形態においては、ＤＣブラシレスモータであるモータ１０を停止し、保持ブレーキを作動させる場合について説明する。該保持ブレーキを作動させる場合、作動開始からできるだけ早く保持状態となることが望ましいが、ＤＣモータ３１と出力軸３２及びスライダ３３から成るボールねじ機構との組み合わせでは、その動作に数百〔ｍｓ〕以上の時間を要する。これは、保持ブレーキのアクチュエータとして、圧電素子２５を使った場合と比較してかなり長い。そこで、本実施の形態においては、モータ１０の出力軸１１の停止時間に合わせて保持ブレーキが保持状態になるようにＤＣモータ３１を駆動させ、見かけ上の動作時間を短縮させるようになっている。

まず、モータ１０の出力軸１１を回転させている状態から規定の位置に停止させる場合、出力軸１１に取り付けられているエンコーダ４８に接続された位置カウンタ４６及び速度カウンタ４９から位置情報及び速度情報を検出し、あらかじめ定められた速度テーブルに従って出力軸１１を減速して停止させる。なお、前記速度テーブルは、あらかじめ作成されてＲＯＭ４１等に格納されている。前記速度テーブルを参照することによって、出力軸１１の回転時の速度を検出し、目標位置が決まっていれば、停止までに必要なエンコーダ４８のパルス数、及び、到達時間Ｔ₀を算出することが可能である。

また、ＤＣモータ３１を起動させてから保持状態となる時間Ｔ₁は、保持ブレーキ開放時のロータドラム１２とブレーキシュー１６との間隔ｄ、ＤＣモータ３１の回転速度ω、及び、ボールねじ機構のねじリードＬから、次の式（１）によって算出することができる。
Ｔ₁＝ｄ／（Ｌ×ω）・・・式（１）
なお、時間Ｔ₁は、あらかじめ定数としてＲＯＭ４１等に格納されている。

ここで、Ｔ₀＞Ｔ₁となる条件であれば、ＤＣモータ３１とボールねじ機構との組み合わせを採用しているために立ち上がりが遅い保持ブレーキであっても、ＤＣモータ３１が回転を開始してから保持ブレーキが作動する、すなわち、ブレーキシュー１６がロータドラム１２の内周面に当接するまでの時間を無視することができるようになる。

次に、モータ１０を駆動し、目標位置に到達後に保持ブレーキを作動させる場合の制御シーケンスについて説明する。

図６は本発明の第４の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータの制御シーケンスを示す図である。なお、図６（ａ）は保持ブレーキ内蔵モータの回転軸の速度変化を示す図であり縦軸に速度及び横軸に時間を採ってあり、図６（ｂ）は保持ブレーキのブレーキシューとロータドラムとの間隔の変化を示す図であり縦軸に間隔及び横軸に時間を採ってある。

まず、モータ１０を起動し、出力軸１１を所定の速度で回転させる。そして、目標位置に近付いたところで速度テーブルに従って出力軸１１の減速を開始する。このとき、目標位置までの到達時間Ｔ₀を算出する。そして、Ｔ₀＞Ｔ₁の条件であれば、減速を続け、目標到達時刻のＴ₁時間手前の位置でＤＣモータ３１の駆動を開始する。また、Ｔ₀＜Ｔ₁の条件であれば、減速手前からＤＣモータ３１の駆動を開始する。そして、出力軸１１が目標位置に到達した後、Ｔ₀＞Ｔ₁及びＴ₀＜Ｔ₁の場合とも保持ブレーキが動作しているので、出力軸１１の回転は停止する。

このように、本実施の形態においては、モータ１０の出力軸１１の停止目標位置と現在位置との関係から前記出力軸１１の停止時刻を予測し、ブレーキ駆動源としてのＤＣモータ３１の駆動開始から保持ブレーキ作動までに要する時間を予測された停止時刻から差し引いた時刻に、前記ＤＣモータ３１の駆動を開始させるようになっている。そのため、モータ１０の出力軸１１を正確に停止させることができる。

なお、前記第１〜第４の実施の形態においては、モータ１０をＤＣブラシレスモータとして説明したが、ロータドラム１２内部にブレーキ機構を内蔵可能な空間があるモータであれば、いかなる種類のモータにも適用することができる。

また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータを示す平断面図である。本発明の第１の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータを示す側断面図であり図１のＡ−Ａ矢視断面図である。本発明の第２の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータのブレーキの動作を示す平断面図である。本発明の第３の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータを示す平断面図である。本発明の第４の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータの動作を制御する制御回路を示す回路ブロック図である。本発明の第４の実施の形態における保持ブレーキ内蔵モータの制御シーケンスを示す図である。

符号の説明

１０モータ
１１、３２出力軸
１２ロータドラム
１４ステータコア
１６ブレーキシュー
１７第１リンク部材
１８第２リンク部材
２１ハウジング
２５圧電素子
２６出力ロッド
３１ＤＣモータ
３３スライダ
３４ブレーキレバー

Claims

（ａ）ハウジングに回転可能に取り付けられた回転軸と、
（ｂ）該回転軸に取り付けられた中空の回転子と、
（ｃ）該回転子の周囲に配設され、前記ハウジングに固定された固定子と、
（ｄ）前記回転子の内部に配設された保持ブレーキとを有する保持ブレーキ内蔵モータであって、
（ｅ）前記回転子を回転させる駆動力と、前記保持ブレーキの発生する制動力とが、前記回転軸の軸方向に対して垂直な同一平面内で前記回転子に作用することを特徴とする保持ブレーキ内蔵モータ。
前記保持ブレーキは、圧電素子をブレーキ駆動源として備える請求項１に記載の保持ブレーキ内蔵モータ。
前記保持ブレーキは、モータをブレーキ駆動源として備える請求項１に記載の保持ブレーキ内蔵モータ。
前記モータは、前記保持ブレーキの作動の当初のみ駆動される請求項３に記載の保持ブレーキ内蔵モータ。
前記回転子はドラム状の形状を備え、前記保持ブレーキは前記回転子の内周面に当接するブレーキシューを備える請求項１に記載の保持ブレーキ内蔵モータ。
前記モータは、前記回転軸の停止目標位置と現在位置との関係から予測される前記回転軸の停止時刻より、前記モータの駆動開始から前記保持ブレーキの作動開始までの時間だけ前の時刻に、作動を開始する請求項３に記載の保持ブレーキ内蔵モータ。