JP2010144852A - 無励磁作動形電磁ブレーキおよびこれを備えたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦板およびアーマチュアやサイドプレートが磨耗しないように、ブレーキディスク回転中にアーマチュアと摩擦板および摩擦板とサイドプレート間に一定の隙間を簡単に形成できる電磁ブレーキおよびそれを備えたモータを提供する。
【解決手段】 偶数個の非磁性の球を、ブレーキディスクの円周上に均等に配設するとともに、板ばねの弾性力により前記球がアーマチュアおよびサイドプレートに交互に接触するように構成した。本構成により、ブレーキディスク解放時にも球が板バネの弾性でアーマチュア及びサイドプレートと接し、摩擦板はアーマチュア及びサイドプレートと一定の隙間を保持できるので、ブレーキディスク回転時にも摩擦板等の磨耗が発生しない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用ロボット等の駆動源であるモータに装着され、モータ回転軸の制動や停止状態を保持するために用いられる無励磁作動形電磁ブレーキおよびそれを備えたモータに関するものである。

自動車や半導体分野で使用されるロボットの駆動源にはモータが用いられており、また安全装置としてモータの回転を制動する無励磁作動形電磁ブレーキが装着されている。
図５に従来の電磁ブレーキ付モータの側断面図を示す。電磁ブレーキは、軟磁性材料にて形成されたフィールドコア１と、前記フィールドコア１に絶縁物２を介して巻かれたコイル３と、前記フィールドコア１に軸方向に取り付けられた圧縮コイルバネ４と、前記圧縮コイルバネ４と軸方向に接しているアーマチュア５と、カラ６を介してフィールドコア１に固定されたサイドプレート７と、前記アーマチュア５とサイドプレート７の間に配置されたブレーキディスク８と、前記ブレーキディスク８と軸方向に自在に動くことのできるように嵌合されたハブ９と、前記ブレーキディスク８の両面に貼り付けられた摩擦板１０からなっている。また、電磁ブレーキはモータのブラケット２０にフィールドコア１を介して図示しないボルトで固定されている。さらにモータの回転軸２１はハブ９を介してブレーキディスク８に連結されている。

このような従来構造の電磁ブレーキは、無励磁状態では、圧縮コイルバネの弾性力によりアーマチュアがサイドプレート側へ押しつけられるので、ブレーキディスクはアーマチュアおよびサイドプレート間の摩擦力により回転を制動される。したがってモータの回転軸は静止状態に保持され、安全ブレーキとして機能する。一方、電磁コイルに通電した励磁状態では、アーマチュアは、圧縮コイルバネの弾性力に抗してフィールドコアに磁気吸引され、アーマチュアとブレーキディスクの摩擦板との間、およびブレーキディスクの摩擦板とサイドプレートの間の押しつけ力が開放されて、制動状態は開放されモータの回転軸は回転自在となる。

このような従来の電磁ブレーキにおいては、励磁状態、すなわちブレーキディスクが開放され回転する際に、ブレーキディスクが軸方向に自在に動けるため、摩擦板とアーマチュア及び摩擦板とサイドプレートが接触する場合があり、この接触時に、摩擦板、アーマチュアおよびサイドプレートが磨耗するという問題があった。
この問題を解決するために、ブレーキディスク等の磨耗を防止する無励磁作動形電磁ブレーキが、特開１１−２３０２０３（先行技術１）や特開２０００−３９０４１（先行技術２）に開示されている。

これら先行技術において、先行技術１の無励磁作動形電磁ブレーキは、アーマチュアとブレーキディスク間およびブレーキディスクとサイドプレート間に形成される隙間の調整を行うことにより、磨耗を防止している。すなわち、隙間調整機構を有し、フィールドコアとアーマチュアの間のエアギャップおよびブレーキディスクとサイドプレートの隙間を調整している。

また先行技術２の無励磁作動形電磁ブレーキは、ブレーキディスクを、合成樹脂製のブレーキディスク本体と、このブレーキディスク本体の両側面に設けられ、少なくとも接着面となる壁面に接着強さを増すための表面処理が施された環状溝と、これら環状溝に嵌合され接着剤で固着されているとともにブレーキディスク本体の側面から突出したライニングとが設けられた構造にして磨耗を防止している。
特開平１１−２３０２０３ 特開２０００−３９０４１

先行技術１の無励磁作動形電磁ブレーキは、アーマチュアとフィールドコアとの間の隙間およびブレーキブレーキディスクとサイドプレートとの隙間を調整するための調整機構を有しているが、調整機構が複雑であり、0.1〜0.5mm程度の隙間を0.1mm精度で調整する必要があり長時間を要していた。また調整機構を構成する部品が多いため、高コストになっていた。
先行技術２の無励磁作動形電磁ブレーキでは、回転時にもブレーキディスクが軸方向に自在に動くことにより、アーマチュアと摩擦板および摩擦板とサイドプレートが接触することがあった。この接触時の発熱により、樹脂製ブレーキディスクが変形し制動力が弱くなったり、破損する問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、励磁状態、すなわちブレーキディスクが回転中にアーマチュアと摩擦板あるいは摩擦板とサイドプレートが接触する場合でも、摩擦板およびアーマチュアやサイドプレートの磨耗を防止することができる電磁ブレーキおよびそれを備えたモータを提供することを目的とする。

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、軟磁性材料にて形成されたフィールドコアと、フィールドコアに絶縁物を介して巻かれたコイルと、前記フィールドコアに軸方向に取り付けられた圧縮コイルバネと、前記圧縮コイルバネと軸方向に接しているアーマチュアと、カラを介してフィールドコアに固定されたサイドプレートと、圧縮コイルバネの軸力によって、前記アーマチュアとサイドプレートで挟み込むように配置されたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクと軸方向には自在に動くことのできるように嵌合されたハブと、前記ブレーキディスク両面に貼り付けられた摩擦板とを有する電磁ブレーキにおいて、前記ブレーキディスクの円周上に、非磁性の球と保持器とバネで構成した隙間変動追従装置を前記ブレーキディスクの円周上に等間隔でかつ前記ブレーキディスクの両側面に交互に配設したものである。

請求項２記載の発明は、４以上の偶数個の前記調整機構を前記ブレーキディスクの両側面に交互に配設したものである。

請求項３に記載の発明は、前記隙間変動追従装置のバネを板バネにしたものである。

請求項４に記載の発明は、前記摩擦板を中空部を有する円板形状にし、前記摩擦板の中空部に前記隙間変動追従装置を配設したものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかの項に記載の無励磁作動形電磁ブレーキを備えたモータ。

従来の電磁ブレーキの励磁状態時にはブレーキディスクが開放され、回転軸方向に揺動し、アーマチュアと摩擦板および摩擦板とサイドプレートが直接接触する際に、アーマチュア、摩擦板およびサイドプレートが摩擦により磨耗していた。
請求項１に記載の発明によると、電磁ブレーキが励磁状態、すなわちディスクブレーキ解放時にも球がバネの弾性力によりアーマチュア及びサイドプレートと接しているため、摩擦板は軸方向に一定の隙間を保つことができ、アーマチュア、サイドプレートおよび摩擦板の磨耗を防止することができる。またアーマチュアと摩擦板および摩擦板とサイドプレート間の隙間が変動したとしても、ばねの弾性力により、非磁性の球がアーマチュアおよびサイドプレートと接触するので、アーマチュアと摩擦板やおよび摩擦板とサイドプレートが直接接触することがなくなり、アーマチュア、摩擦板およびサイドプレートの磨耗を防ぐことができる。

請求項２に記載の発明によると、奇数個ではなく4個以上の偶数個の隙間変動追従装置をブレーキディスクの円周上に均等に、またアーマチュア側およびサイドプレート側に交互にばねの弾性力が働くように配設したので、アーマチュア側およびサイドプレート側に働くばねの全弾性は等しくなり均衡する。このため、アーマチュアと摩擦板および摩擦板とサイドプレート間の隙間を一定に安定して保持することができる。このためブレーキディスクの倒れが発生せず、局所的な磨耗が発生することがなくなり電磁ブレーキの長寿命化につながる。

請求項３に記載の発明によると、電磁ブレーキが励磁状態時、すなわちブレーキディスクが開放され回転しているとき、たとえブレーキディスクが軸方向に揺動し、アーマチュア、ブレーキディスク、サイドプレート間の隙間が変動した場合でも、板バネによる弾性力により隙間変動にスムーズに追従し、アーマチュア、ブレーキディスク、サイドプレート間の隙間を一定に保持することができる。このため、アーマチュアと摩擦板および摩擦板とサイドプレートが接触することなくなり、これら部品の摩擦による磨耗がなくなり、電磁ブレーキの長寿命化につながる。

請求項４に記載の発明によると、摩擦板を円板形状とし、また摩擦発生力が小さい内部を中空にし、中空部に隙間変動追従装置を配置することにより、ブレーキ時の摩擦力を落とすことなく、かつブレーキ開放時には、アーマチュア、摩擦板、サイドプレートの磨耗を防止することができ、電磁ブレーキの長寿命化を可能とする。

請求項５に記載の発明によると、制動力を発生させる機構部品の磨耗を防止した無励磁作動形電磁ブレーキを提供できるので、高信頼性で長寿命の電磁ブレーキ付のモータを提供することができる。

以下、本発明の具体的実施例について、説明する。

図１は本発明による無励磁作動形電磁ブレーキ付きモータの第１実施例の一部を破断して示す側断面図で、図２はサイドプレート側から見たブレーキディスクの正面図である。また図３は電磁ブレーキが励磁状態すなわち磁気吸引力によりアーマチュアがフィールドコア側に吸引され、ブレーキディスクが開放されている場合の図２のＡ−Ａ’ 断面図である。図４は、電磁ブレーキが無励磁状態すなわち圧縮コイルによりブレーキディスクがサイドプレートに押しつけられている場合の図２のＡ−Ａ’ 断面図である。

図１は本発明による無励磁作動形電磁ブレーキ付きモータの励磁状態、すなわちブレーキディスクが自由に回転している状態の構成要素部品の位置関係を示している。
電磁ブレーキはモータのブラケット２０にフィールドコア１を介して図示しないボルトで固定されている。モータの回転軸２１はハブ９を介してブレーキディスク８に連結されている。また電磁ブレーキは、軟磁性材料にて形成されたフィールドコア１と、フィールドコア１に絶縁物２を介して巻かれたコイル３と、フィールドコア１に軸方向に取り付けられた圧縮コイルバネ４と、圧縮コイルバネ４と軸方向に接しているアーマチュア５と、カラ６を介してフィールドコア１に固定されたサイドプレート７と、アーマチュア５とサイドプレート７で挟み込むように配置されたブレーキディスク８と、ブレーキディスク８と軸方向に自在に動くことのできるように嵌合されたハブ９からなっている。またブレーキディスク８の両側面には円板状の摩擦板１０が貼り付けられている。さらに摩擦板１０の内周側に隙間変動追従装置１４を周方向に等間隔で配置している。すなわちアーマチュア側に２個、サイドプレート側に２個を９０度間隔で計４個配置している。
アーマチュア５は、磁気吸引力により圧縮コイルバネ４の弾性力に抗して、フィールドコア１側に引き寄せられており、摩擦板１０とアーマチュア５の間、および摩擦板１０とサイドプレート７の間には、隙間δが生じている。さらに隙間変動追従装置１４の球１１はアーマチュア５またはサイドプレート７と接触している。

図２にサイドプレート７側から見た、ブレーキディスク８の正面図を示す。ブレーキディスク８は、中心部にハブ９が貫通する該正方形の穴を有し、また両側面の外周部には中空の円板状の摩擦板１０が貼り付けられている。さらに摩擦板１０の内周部に４個の隙間調整機構非磁性１４を周方向に等間隔でかつ両側面に交互に配設している。図３および図４に隙間変動追従装置１４の詳細を示す。図３はブレーキ開放（励磁）時、図４はブレーキ（無励磁）時の断面図を示す。球１１は保持器１２で支持され、板バネ１３の弾性力によりアーマチュア５及びサイドプレート７に接触している。

図３で、本発明のポイントである、励磁状態すなわちブレーキ解放時における隙間変動追従装置１４の作用を詳しく説明する。
アーマチュア５は、圧縮コイルバネの弾性力に抗してフィールドコア１に吸引され、アーマチュア５と摩擦板１０および摩擦板１０とサイドプレート７の間に隙間δが生じる。このため、モータの回転軸２１にハブ９を介して連結しているブレーキディスク８は自由に回転することができる。
また回転中にブレーキディスク８が軸方向に移動しようとする場合には、隙間変動追従装置１４の板バネの弾性力が、ブレーキディスク８の軸方向の変動を吸収する。したがって、フィールドコア１と摩擦板および摩擦板とサイドプレート７間の隙間は自動的に保持され、アーマチュア５と摩擦板１０間およびサイドプレート７と摩擦板１０は
接触することはなく、したがって摩擦板１０、アーマチュア５およびサイドプレート７が磨耗する問題は生じなくなる。

励磁の場合、コイル３に励磁電流を流し磁気吸引力を発生させ、圧縮コイルバネ４の弾性力に抗して、アーマチュア５をフィールドコア１側に引き寄せるが、励磁電流を小さくするために、サイドプレート７およびアーマチュア５には鉄系の材料を用いている。また、球１１、板バネ１３、ブレーキディスク８には非磁性の金属材料を、保持器１２には自己潤滑性の樹脂材料を用いることにより、これらの部品には磁気吸引力が働かないようにしている。これによりブレーキディスク８の揺動回転の原因となるアンバランスな磁気吸引力の発生を防いでいる。
図４に無励磁状態、すなわちブレーキ動作時のブレーキディスクの断面図を示す。この場合、圧縮コイルバネ４の弾性力によりアーマチュア５がサイドプレート７側へ押し付けられるので、サイドプレート７と摩擦板１０が圧着され、摩擦力によりブレーキディスク８の回転は制動される。このとき隙間変動追従装置１４の板バネ１３は弾性変形し、球１１はアーマチュア５およびサイドプレート７と接触する。したがって無励磁状態のブレーキディスク８の作用は、従来の電磁ブレーキの作用と同じであり、従来の電磁ブレーキと同等以上のブレーキ力を有する。

なお、非磁性の球１１の代わりに非磁性のコロを用いても良い。また、金属板バネ１３の代わりに樹脂材料で形成した板バネを用いても良い。樹脂材料で形成した板バネは、保持器１２と一体形状とすることができるため、金属板バネに比べ小型化や軽量化が容易となる。

本発明の電磁ブレーキ付きモータの構造を示す側断面図 本発明のサイドプレート側から見たブレーキディスクの構造を示す正面図 本発明のブレーキディスクのＡ−Ａ’ の断面図（励磁状態） 本発明のブレーキディスクのＡ−Ａ’ の断面図（無励磁状態） 従来の電磁ブレーキの側断面図

符号の説明

１ フィールドコア
２ 絶縁物
３ コイル
４ 圧縮コイルバネ
５ アーマチュア
６ カラ
７ サイドプレート
８ ブレーキディスク
９ ハブ
１０ 摩擦板
１１ 球
１２ 保持器
１３ 板バネ
１４ 隙間変動追従装置
２０ ブラケット
２１ 回転軸

Claims (5)

1. 軟磁性材料にて形成されたフィールドコアと、フィールドコアに絶縁物を介して巻かれたコイルと、前記フィールドコアに軸方向に取り付けられた圧縮コイルバネと、前記圧縮コイルバネと軸方向に接しているアーマチュアと、カラを介してフィールドコアに固定されたサイドプレートと、圧縮コイルバネの軸力によって、前記アーマチュアとサイドプレートで挟み込むように配置されたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクと軸方向に自在に動くことのできるように嵌合されたハブと、前記ブレーキディスク両面に貼り付けられた摩擦板を有する無励磁作動形電磁ブレーキにおいて、
   非磁性の球と保持器とバネで構成した隙間変動追従装置を前記ブレーキディスクの円周上に等間隔でかつ前記ブレーキディスクの両側面に交互に配設したことを特徴とする無励磁作動形電磁ブレーキ。
2. ４以上の偶数個の前記隙間変動追従機構を前記ブレーキディスクの両側面に交互に配設したことを特徴とする請求項１に記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。
3. 前記隙間変動追従装置のバネが板バネであることを特徴とする請求項１または２に記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。
4. 前記摩擦板は中空部を有する円板形状であり、前記摩擦板の中空部に前記隙間変動追従装置を配設したことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。
5. 請求項１から４のいずれかの項に記載の無励磁作動形電磁ブレーキを備えたことを特徴とするモータ。

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