JP2007215368A - ブレーキ付モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦による制動力および保持力を用いないブレーキ付モータを提供する。
【解決手段】 モータにブレーキ装置を備えたブレーキ付モータ１において、ブレーキ装置４は、固定側部材５と可動側部材６からなり、固定側部材５は、モータの固定子２に取り付けられるとともに、複数の突起７ａを有する軟磁性材料で構成された固定ヨーク７を備え、可動側部材６は、固定ヨーク７の突起７ａに空隙を介して位置するとともに、回転子３に連結された可動ヨーク８と、可動ヨーク８に取り付けられたブレーキマグネット９とを備え、固定ヨーク７に対する、着磁されたブレーキマグネット９の磁気的吸引力により、回転子３に制動をかける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータにブレーキ装置を備えたブレーキ付モータに関するものである。

図５に示すように、従来のブレーキ付モータ、例えばブレーキ付のサーボモータに使用されているブレーキ装置１７は、ブレーキバネ１８を用いてブレーキディスク１９にアーマチェア２０を押し付け、前記アーマチェア２０とブレーキディスク１９の摩擦により制動力と保持力を発生させているものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。なお、図において、２１はフィールドで、２２はブレーキコイルである。
特開２００５−８６８５１号公報

しかしながらこのような従来技術においては、次のような問題があった。
（１）従来のブレーキ付モータにおける保持ブレーキは、軸受や減速機などに注入された潤滑剤が摩擦面に付着すると、ブレーキの保持力が低下してしまう。
（２）長期使用した場合、磨耗によりアーマチェアとブレーキディスク間のギャップが広がるので、制動解除に要する電磁エネルギーが経年増加する。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、摩擦による制動力および保持力を用いないブレーキ付モータを提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、モータにブレーキ装置を備えたブレーキ付モータにおいて、 前記ブレーキ装置は、固定側部材と可動側部材からなり、前記固定側部材は、モータの固定子に取り付けられるとともに、複数の突起を有する軟磁性材料で構成された固定ヨークを備え、前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起に空隙を介して位置するとともに、回転子または可動子に連結された可動ヨークと、前記可動ヨークに取り付けられたブレーキマグネットとを備え、前記固定ヨークに対する、着磁された前記ブレーキマグネットの磁気的吸引力により、回転子または可動子に制動をかけることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記モータが、固定子の内側に空隙を介して対向するロータを有するインナーロータ形のモータで、前記固定側部材は、内周に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された固定ヨークを備え、前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起の内側に空隙を介して位置するとともに、回転子に同心で連結されたリング状の可動ヨークと、前記可動ヨークの外周面に同心で取り付けられたリング状のブレーキマグネットとを備えていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記モータが、固定子の外側に空隙を介して対向するロータを有するアウターロータ形のモータで、前記固定側部材は、外周に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された固定ヨークを備え、前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起の外側に空隙を介して位置するとともに、回転子に同心で連結されたリング状の可動ヨークと、前記可動ヨークの内周面に同心で取り付けられたリング状のブレーキマグネットとを備えていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記固定ヨークは、前記突起にコイルを巻回して構成し、蓄電器にチャージされた電流をコイルに印加することで、前記リング状のブレーキマグネットを着磁させることにより、モータシャフトに制動力を得るとともに、モータ運転時には減衰電流をコイルに流すことにより、前記リング状のブレーキマグネットを消磁させて制動を解除することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記固定ヨークは、前記突起を偶数配置し、かつ、前記コイルは、隣り合う前記突起同士が互いに異極となるよう結線したことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記モータが、平滑コンデンサを内蔵したサーボモータアンプに接続され、前記蓄電器に、平滑コンデンサを用いることによって、前記平滑コンデンサに蓄えられている電流を着磁に利用して制動力を得ることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記リング状のブレーキマグネットが、瓦状のセグメントマグネットを複数貼り合わせることによってリング状に形成されたものであることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記モータが、平面状の固定子の面に空隙を介して対向する可動子を有するリニアモータで、前記固定側部材は、可動子側の面に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された平面状の固定ヨークを備え、前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起に空隙を介して対向するとともに、可動子に連結された平面状の可動ヨークと、前記可動ヨークの面に、前記可動子の突起に対向するように取り付けられた平板状のブレーキマグネットとを備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、制動力を摩擦によって得るものではないため、摩耗部分がなく、軸受や減速機などに注入された潤滑剤の進入阻止手段を講じる必要もない。これにより、制動力の経年変化を発生させないようにでき、寿命が著しく延び、騒音をなくすことができる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１におけるブレーキ付モータを示す側断面図で、図２は、図１におけるブレーキ部を示す正断面図である。
図１および図２において、１はインナーロータ形のブレーキ付モータで、例えば筒状の固定子２と、前記固定子２の内側に配置されるとともに、図示しないブラケットに軸受を介して支持される回転子３とを備えて構成され、一方側のモータ端部にブレーキ装置４を組み込んでいる。２ａは前記固定子２に設けたコイル、３ａは前記回転子に取り付けた磁石である。
前記ブレーキ装置４は、固定側部材５と可動側部材６からなっている。前記固定側部材５は、モータの固定子２に取り付けられるとともに、複数の突起７ａを有する軟磁性材料で構成された固定ヨーク７を備えるとともに、前記突起７ａにブレーキコイル７ｂを巻装している。また、前記可動側部材６は、前記固定ヨーク７の突起７ａに空隙を介して位置するとともに、回転子３に同心で連結され回転子３とともに回転する軟磁性材料で構成された可動ヨーク８と、前記可動ヨーク８に取り付けられたブレーキマグネット９とを備えている。
前記ブレーキモータ１の制動力は、ブレーキマグネット９が着磁されることによって、軟磁性材料の突起７ａとブレーキマグネット９の磁気的吸引力により得られている。ブレーキマグネット９の吸引力によってブレーキ制動をしているため、固定ヨーク７の突起７ａとブレーキマグネット９の間には、空隙を設けることができる。このことにより、モータ運転中による摩擦での損失が発生せず、制動力の経年変化を抑えることができる。また、摩擦による制動力を利用していないため、従来、軸受や減速機などに注入された潤滑剤がブレーキ装置４に進入するのを阻止するために講じられていた手段が必要なくなる。
本実施例１におけるブレーキ付モータは、図３（ａ）に示すように、ブレーキ装置４、蓄電器１０、および切替スイッチ１１とで回路を構成している。
このような回路構成において、前記蓄電器１０にチャージされた電流を回路に流すと、図３（ｂ）に示すような電流波形となる。前記蓄電器１０にチャージされた電流を流した直後は、パルス波形のように電流が流れる。そのまま流し続けると、ブレーキ装置４内の抵抗とインダクタンスによる共振を用いて、減衰電流が流れ、０に収束する。
図３のパルス波形をブレーキコイル７ｂに印加することで、突起７ａの数に、ブレーキマグネット９が着磁される。前記突起７ａを軟磁性材料にすることによって、突起７ａとブレーキマグネット９との間に生じる磁気的吸引力によりコギングトルクが発生するので、コギングトルクの安定点で保持ブレーキの作用を得られる。着磁後は、減衰電流が流れないように電流を制御する必要がある。電流が流れ続けることによって、減磁することになるためである。
モータ運転時には、図３（ｂ）の電流を流し続けることによって、ブレーキコイル７ｂに減衰電流が流れることになる。これにより、ブレーキマグネット９の磁力が徐々に弱まり消磁され、突起７ａとの吸引力もなくなり、回転が自在となる。
本実施例１では、突起７ａの数を偶数にすることにより、隣り合う突起７ａ同士が異極となるようにブレーキコイル７ｂをシリーズ結線した。前記ブレーキコイル７ｂに蓄電器１０にチャージされた電流を流すことによって、ブレーキマグネット９の極数と突起７ａの数が一致するように着磁される。これにより、シリーズ結線しない場合よりも、磁路長が短くなり、コギングトルクを増加させることができる。

図４は、本発明の実施例２におけるサーボモータアンプの一部を示す図である。
サーボモータアンプ１２は、コンバータ１３、平滑コンデンサ１４、およびインバータ１５を含む回路構成になっている。前記サーボモータアンプ１２は切替スイッチ１６を介してブレーキ付モータ１に接続される。
このような構成において、前記平滑コンデンサ１４にチャージされた電流を回路に流すと、図３（ｂ）と同様な電流波形となる。前記平滑コンデンサ１４にチャージされた電流を流した直後は、パルス波形のように電流が流れる。そのまま流し続けると、ブレーキ装置１内の抵抗とインダクタンスによる共振を用いて、減衰電流が流れ０に収束する。ブレーキ付モータ１に電流を流す場合は、ブレーキ側とモータ側に電流を流すための切替スイッチ１６を切り替えて使用する。
ブレーキ制動するには、サーボが切られる直前に切替スイッチ１６をブレーキ側にし、平滑コンデンサ１４にチャージされた電流をブレーキコイル７ｂに印加する。前記平滑コンデンサ１４の電流がパルス波形のように流れるので、ブレーキマグネット９は着磁される。これにより、突起７ａとブレーキマグネット９との間に生じる磁気的吸引力によりコギングトルクが発生するので、コギングトルクの安定点で保持ブレーキの作用を得られる。着磁後に減衰電流が流れてしまうと、ブレーキマグネット９が減磁するので、減衰電流が流れないように切替スイッチ１６を制御する。
モータ運転開始時には、切替スイッチ１６をブレーキ側にする、平滑コンデンサ１４にチャージされた電流がブレーキコイル７ｂに流れ、パルス的な電流が流れた後に、減衰電流が流れる。これにより、ブレーキマグネット９の磁力が徐々に弱まり、消磁させられる。消磁させられると、突起７ａとブレーキマグネット９との間に生じる吸引力がなくなり、コギングトルクも消え、ブレーキを開放させることができる。

前記実施例１および実施例２においては、ブレーキマグネット９をリング状のマグネットで構成しているが、可動ヨーク８に、瓦状のセグメントマグネットを複数貼り合わせることによって、リング状に構成しても構わない。着磁するポイントなどリング状のマグネットを使用した場合と同様な作用を得られる。

前記実施例１ないし実施例３においては、ブレーキ付モータは、インナーロータモータで構成しているが、アウターロータモータで構成しても構わない。
この場合は、前記固定側部材は、外周に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された固定ヨークを備え、前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起の外側に空隙を介して位置するとともに、回転子に同心で連結されたリング状の可動ヨークと、前記可動ヨークの内周面に同心で取り付けられたリング状のブレーキマグネットとを備えて構成される。この場合も、リング状のブレーキマグネットは、瓦状のセグメントマグネットを複数貼り合わせることによって、リング状に構成するようにしても構わない。

前記実施例１ないし実施例４においては、ブレーキ付モータは、回転形のモータで構成しているが、リニアモータで構成しても構わない。
この場合は、前記固定側部材は、可動子側の面に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された平面状の固定ヨークを備え、前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起に空隙を介して対向するとともに、可動子に連結された平面状の可動ヨークと、前記可動ヨークの面に、前記可動子の突起に対向するように取り付けられた平板状のブレーキマグネットとを備えて構成される。

本発明の実施例１におけるブレーキ付モータを示す側断面図である。 図１におけるブレーキ部を示す正断面図である。 本発明の実施例１におけるブレーキ付モータのブレーキ回路等を示すもので、（ａ）は回路図、（ｂ）は電流波形図である。 本発明実施例２におけるブレーキ付モータのサーボモータアンプの回路を示す図である。 従来技術におけるブレーキ付モータのブレーキ部を示す側断面図である。

符号の説明

１ ブレーキ付モータ
２ 固定子
２ａ コイル
３ 回転子
３ａ 磁石
４ ブレーキ装置
５ 固定側部材
６ 可動側部材
７ 固定ヨーク
７ａ 突起
７ｂ ブレーキコイル
８ 可動ヨーク
９ ブレーキマグネット
１０ 蓄電器
１１ 切替スイッチ
１２ サーボモータアンプ
１３ コンバータ
１４ 平滑コンデンサ
１５ インバータ
１６ 切替スイッチ
１７ 従来のブレーキ装置
１８ ブレーキバネ
１９ ブレーキディスク
２０ アーマチェア
２１ フィールド
２２ ブレーキコイル

Claims (8)

1. モータにブレーキ装置を備えたブレーキ付モータにおいて、
   前記ブレーキ装置は、固定側部材と可動側部材からなり、
   前記固定側部材は、モータの固定子に取り付けられるとともに、複数の突起を有する軟磁性材料で構成された固定ヨークを備え、
   前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起に空隙を介して位置するとともに、回転子または可動子に連結された可動ヨークと、前記可動ヨークに取り付けられたブレーキマグネットとを備え、
   前記固定ヨークに対する、着磁された前記ブレーキマグネットの磁気的吸引力により、回転子または可動子に制動をかけることを特徴とするブレーキ付モータ。
2. 前記モータが、固定子の内側に空隙を介して対向するロータを有するインナーロータ形のモータで構成され、
   前記固定側部材は、内周に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された固定ヨークを備え、
   前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起の内側に空隙を介して位置するとともに、回転子に同心で連結されたリング状の可動ヨークと、前記可動ヨークの外周面に同心で取り付けられたリング状のブレーキマグネットとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ付モータ。
3. 前記モータが、固定子の外側に空隙を介して対向するロータを有するアウターロータ形のモータで構成され、
   前記固定側部材は、外周に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された固定ヨークを備え、
   前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起の外側に空隙を介して位置するとともに、回転子に同心で連結されたリング状の可動ヨークと、前記可動ヨークの内周面に同心で取り付けられたリング状のブレーキマグネットとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ付モータ。
4. 前記固定ヨークは、前記突起にコイルを巻装して構成し、蓄電器にチャージされた電流をコイルに印加することで、前記リング状のブレーキマグネットを着磁させることにより、モータシャフトに制動力を得るとともに、モータ運転時には減衰電流をコイルに流すことにより、前記リング状のブレーキマグネットを消磁させて制動を解除することを特徴とする請求項２または３に記載のブレーキ付モータ。
5. 前記固定ヨークは、前記突起を偶数配置し、かつ、前記コイルは、隣り合う前記突起同士が互いに異極となるよう結線したことを特徴とする請求項４に記載のブレーキ付モータ。
6. 前記モータが、平滑コンデンサを内蔵するサーボモータアンプに接続され、前記蓄電器に、前記平滑コンデンサを用いることによって、前記平滑コンデンサに蓄えられている電流を着磁に利用して制動力を得ることを特徴とする請求項５に記載のブレーキ付モータ。
7. 前記リング状のブレーキマグネットが、瓦状のセグメントマグネットを複数貼り合わせることによってリング状に形成されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載のブレーキ付モータ。
8. 前記モータが、平面状の固定子の面に空隙を介して対向する可動子を有するリニアモータで、
   前記固定側部材は、可動子側の面に複数の突起を有する軟磁性材料で構成された平面状の固定ヨークを備え、
   前記可動側部材は、前記固定ヨークの突起に空隙を介して対向するとともに、可動子に連結された平面状の可動ヨークと、前記可動ヨークの面に、前記可動子の突起に対向するように取り付けられた平板状のブレーキマグネットとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ付モータ。

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