JP2020079610A - ブレーキへの通電状態を確認する機能を有する電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、外部測定機器を用いずにブレーキの通電状態を容易に確認でき、ブレーキ未解除での駆動による故障を防止することが可能な電動機を提供することにある。【解決手段】本開示の実施例に係る電動機は、回転軸を備えたロータ部と、ロータ部に径方向へ対向するステータ部と、回転軸を制動する電磁ブレーキと、電磁ブレーキに内蔵され、電磁ブレーキへの通電状態を検出するセンサと、を具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機に関し、特に、ブレーキへの通電状態を確認する機能を有する電動機に関する。

これまでに、モータの駆動を制限するモータブレーキ装置が報告されている（例えば、特許文献１）。保持ブレーキを有するモータ（電動機）を駆動させる為には、ブレーキ内の電磁コイルに通電しブレーキを解除する必要がある。そのため、解除操作忘れやコイルの断線等によりブレーキが適切に解除されない状態で駆動した場合、ブレーキおよびモータの動作不良・故障の原因となる。これまでブレーキ解除の確認にはブレーキコイルの電流・電圧波形を測定し通電状態を確認する作業と測定機器が必要であった。

ブレーキコイルへの通電状態を確認する際に電流値や電圧値や各波形を測定する従来手法では多くの工数と測定機器が必要だった。その為、モータを駆動させる度にブレーキの状態を確認することは現実的でなく、ブレーキが解除されない状態でモータを駆動させる危険性を有していた。

特開２０００−２９６４９２号公報

本発明の目的は、外部測定機器を用いずにブレーキの通電状態を容易に確認でき、ブレーキ未解除での駆動による故障を防止することが可能な電動機を提供することにある。

本開示の実施例に係る電動機は、回転軸を備えたロータ部と、ロータ部に径方向へ対向するステータ部と、回転軸を制動する電磁ブレーキと、電磁ブレーキに内蔵され、電磁ブレーキへの通電状態を検出するセンサと、を具備する。

本開示の実施例に係る電動機によれば、外部測定機器を用いずにブレーキの通電状態を容易に確認でき、ブレーキ未解除での駆動による故障を防止することができる。

実施例１に係る電動機の構成図である。 実施例１に係る電動機に設けられた電磁ブレーキの断面図である。 実施例１に係る電動機に設けられた電磁ブレーキであって、作動している状態の電磁ブレーキの断面図である。 実施例１に係る電動機に設けられた電磁ブレーキであって、解除された状態の電磁ブレーキの断面図である。 実施例２に係る電動機の断面図である。 実施例２に係る電動機に設けられた電磁ブレーキのコイル及びホール素子の回路図である。 実施例２に係る電動機に設けられた電磁ブレーキのコイル及びホール素子の回路図の他の例である。 実施例３に係る電動機の断面図である。 実施例３に係る電動機に設けられた電磁ブレーキのコイル及びクランプ式電流センサの回路図である。 実施例４に係る電動機の断面図である。 実施例４に係る電動機に設けられた電磁ブレーキの断面図である。 実施例５に係る電動機の断面図である。 実施例６に係る電動機の断面図である。 実施例７に係る電動機の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電動機について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

まず、実施例１に係る電動機について説明する。図１に、実施例１に係る電動機の構成図を示す。図２に実施例１に係る電動機に設けられた電磁ブレーキの断面図であって、図１の回転軸１の中心線を通る平面で切断した断面図を示す。実施例１に係る電動機１０１は、回転軸１を備えたロータ部２（図４参照）と、ロータ部２に径方向へ対向するステータ部３と、回転軸１を制動する電磁ブレーキ４と、電磁ブレーキ４に内蔵され、電磁ブレーキ４への通電状態を検出するセンサ５と、を具備する。電動機１０１には、回転軸１の回転速度を検出する速度センサ３０を設けるようにしてもよい。

電磁ブレーキ４は、フランジ７と、端板８と、摩擦板９と、アーマチュア１０と、バネ１１と、を有する。フランジ７にはコイル１３が巻設され、フランジ７は回転軸１の周囲に配置されている。端板８は、フランジ７との間に空隙を有してフランジ７にボルト１５により固定されている。

摩擦板９は、フランジ７と端板８との間に配置され、回転軸１と一体に回転するように構成されている。アーマチュア１０は、フランジ７と摩擦板９との間に軸線方向へ移動可能に配置され、コイル１３に電流を流すことにより生じる電磁力によってフランジ７に吸引される。バネ１１は、フランジ７とアーマチュア１０との間に配設され、アーマチュア１０を端板８の方向へ付勢して、摩擦板９をアーマチュア１０と端板８との間で制動保持させる。

コイル１３には、コネクタ２０に接続された電源（図示せず）から配線２００を介して電流が流れる。センサ５は、電磁ブレーキ４に内蔵され、コイル１３に流れる電流を検出することにより、コイル１３のへの通電状態を検出する。

センサ５からの出力信号に基づいて電磁ブレーキ４への通電状態を表示する表示器６をさらに有することが好ましい。表示器６は、ＬＥＤ等の発光素子であってもよいし、数値演算装置（ＣＮＣ）のディスプレイであってもよい。また、表示器の代わりに音を発する装置であってもよい。

次に、電磁ブレーキの動作について説明する。図３Ａに実施例１に係る電動機に設けられた電磁ブレーキであって、作動している状態の電磁ブレーキの断面図を示す。図３Ａに示すように、コイル１３に電流を流さない電磁ブレーキ作動状態では、アーマチュア１０がバネ１１により摩擦板９に押し付けられているため、回転軸１は回転しない状態に保持される。このとき、コイル１３とアーマチュア１０との間にはエアギャップ１４が形成されている。このとき、配線２００には電流が流れていないため、センサ５は配線２００には電流が流れていることを示す信号を出力しない。センサ５の出力信号は配線５００を介して表示器６に送信される。このとき、電磁ブレーキ４は動作しているため、表示器６は電磁ブレーキ４が解除されたことを示す情報を表示しない。

次に、電磁ブレーキ４の解除について説明する。図３Ｂに実施例１に係る電動機に設けられた電磁ブレーキであって、解除された状態の電磁ブレーキの断面図を示す。コネクタ２０から配線２００を介してコイル１３に電流を流すと、コイル１３に磁界が発生しアーマチュア１０が吸引される。この吸引力が、バネ１１がアーマチュア１０を押す力よりも強い場合は、バネ１１は図３Ｂの矢印Ａの方向に押され、アーマチュア１０と摩擦板９との間に空隙１６が生じる。その結果、回転軸１は制動が解除され、回転可能となる。このとき、配線２００には電流が流れているため、センサ５は配線２００に電流が流れていることを検出し、出力信号を表示器６に送信する。表示器６は、センサ５からの出力信号に基づいて、電磁ブレーキ４が通電状態であることを表示する。

このようにして、電磁ブレーキ４が通電状態であるか否かを表示器６に表示することができる。作業者は表示器６の表示を確認することで、電動機の電磁ブレーキが解除されているか否かを確認することができるため、ブレーキ未解除での駆動による故障を防止することができる。また、実施例１に係る電動機においては、通電状態を検出するためのセンサを電磁ブレーキに内蔵した構成としているため、外部測定機器を用いずにブレーキの通電状態を容易に確認することができる。

次に本開示の実施例２に係る電動機について説明する。図４に実施例２に係る電動機の断面図を示す。実施例２に係る電動機１０２が実施例１に係る電動機１０１と異なっている点は、センサは、電磁ブレーキ４への通電により発生する磁界を検知する磁気センサ５１である点である。実施例２に係る電動機１０２のその他の構成は、実施例１に係る電動機１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

コネクタ２０から配線２００を介してコイル１３に電流を流すと、コイル１３に磁界が発生する。磁気センサ５１はこの磁界を検出することにより、コイル１３が通電状態であるか否かを検出する。磁気センサ５１は検出結果を、配線５００を介して表示器６に送信することにより、表示器６はコイル１３が通電状態であるか否かを表示することができる。

磁気センサ５１は、ホール素子であってもよい。図５に実施例２に係る電動機に設けられた電磁ブレーキのコイル及びホール素子の回路図を示す。スイッチ５０を導通させることにより、電源４０からコイル１３に電流が流れる。ホール素子５１も電源４０に接続されており、電流が流れている。ホール素子５１には、コイル１３からの磁界により電圧Ｖ_hが出力される。電磁ブレーキ４が解除されるのに十分な大きさの電流がコイル１３に流れている場合にホール素子５１に生じる電圧を予め測定しておくことにより、ホール素子５１の出力電圧Ｖ_hから電磁ブレーキ４が解除されているか否かを判断することができる。

図６に実施例２に係る電動機に設けられた電磁ブレーキのコイル及びホール素子の回路図の他の例を示す。ホール素子５１の端子にＬＥＤ６１を接続するようにしてもよい。このような構成とすることにより、ＬＥＤ６１が発光していることを確認することにより、電磁ブレーキ４が解除されていることを確認することができる。

また、ホール素子５１の出力端子をＣＮＣ６０に接続するようにしてもよい。このような構成とすることにより、電磁ブレーキ４が解除されているか否かをＣＮＣ６０のディスプレイ等に表示したり、ホール素子５１の検出結果をＣＮＣ６０に記憶させたりすることができる。

次に本開示の実施例３に係る電動機について説明する。図７に実施例３に係る電動機の断面図を示す。実施例３に係る電動機１０３が実施例１に係る電動機１０１と異なっている点は、センサは電磁ブレーキ４へ流れる電流を検出する電流センサ５２である点である。実施例３に係る電動機１０３のその他の構成は、実施例１に係る電動機１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

電流センサ５２が、コネクタ２０から配線２００を介してコイル１３に流れる電流を検出することにより、コイル１３が通電状態であるか否かを検出する。電流センサ５２は検出結果を、配線５００を介して表示器６に送信することにより、表示器６はコイル１３が通電状態であるか否かを表示することができる。

電流センサ５２は、クランプ式センサであってもよい。図８に実施例３に係る電動機に設けられた電磁ブレーキのコイル及びクランプ式センサの回路図を示す。スイッチ５０を導通させることにより、電源４０からコイル１３に電流が流れる。クランプ式センサ５２は配線２００を挟み込むことにより配線２００に生じた磁界から配線２００に流れる電流を検出する。電磁ブレーキ４が解除されるのに十分な大きさの電流がコイル１３に流れている場合にクランプ式センサ５２で検出される電流を予め測定しておくことにより、クランプ式センサ５２の検出電流から電磁ブレーキ４が解除されているか否かを判断することができる。

次に本開示の実施例４に係る電動機について説明する。図９に実施例４に係る電動機の断面図を示す。実施例４に係る電動機１０４が実施例１に係る電動機１０１と異なっている点は、センサ５は、電動機１０４の外部から着脱できる点である。実施例４に係る電動機１０４のその他の構成は、実施例１に係る電動機１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

フランジ７にセンサ５を装着可能な凹部７０を設けておくことでセンサ５を着脱可能とすることができる。センサ５にはホール素子５１を用いることができる。図１０に実施例４に係る電動機に設けられた電磁ブレーキの断面図を示す。ホール素子５１は凹部７０に装着可能なように構成されていることが好ましい。また、ホール素子５１には電流を流すための端子５ａ及び５ｃが設けられ、ホール素子５１に磁界により生じる電圧を出力するために端子５ｂ及び５ｄを設けておいてもよい。さらに、凹部７０のホール素子５１と対向する面には端子７ａ〜７ｄが突出していることが好ましい。また、端子７ａ〜７ｄは、それぞれ、ホール素子５１が凹部７０に装着された状態でホール素子５１の端子５ａ〜５ｄに接続されることが好ましい。このような構成とすることより、ホール素子５１に電磁ブレーキ４を介して電流を流すことができる。さらに、コイル１３からの磁界の検出結果を電磁ブレーキ内の配線を介して表示部６に出力することができる。

次に本開示の実施例５に係る電動機について説明する。図１１に実施例５に係る電動機の断面図を示す。実施例５に係る電動機１０５が実施例１に係る電動機１０１と異なっている点は、摩擦板９とアーマチュア１０との接触を検出する接触センサ１２をさらに有する点である。実施例５に係る電動機１０５のその他の構成は、実施例１に係る電動機１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

センサ５と接触センサ１２とを組み合わせることにより、電磁ブレーキが作動している状態及び解除されている状態のそれぞれの状態におけるコイル電圧（電流）の閾値を知ることができる。この閾値は、摩擦板の異常摩耗や、切削液の浸入等により変化するため、電磁ブレーキの故障予知を行うことができる。なお、図１１に示した例では、摩擦センサ１２を摩擦板９に設けた例を示したが、このような例には限られず、摩擦センサ１２をアーマチュア１０に設けるようにしてもよい。

次に本開示の実施例６に係る電動機について説明する。図１２に実施例６に係る電動機の断面図を示す。実施例６に係る電動機１０６が実施例１に係る電動機１０１と異なっている点は、コイル１３に電流を流す配線２００とセンサ５の配線５００とを共通化している点である。実施例６に係る電動機１０６のその他の構成は、実施例１に係る電動機１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

コイル１３に電流を流す配線２００とセンサ５の配線５００とを共通化することにより、配線２００及び５００の両者をコネクタ２０に接続することができ、電磁ブレーキ内の配線を簡略化することができる。

次に本開示の実施例７に係る電動機について説明する。図１３に実施例７に係る電動機の断面図を示す。実施例７に係る電動機１０７が実施例１に係る電動機１０１と異なっている点は、センサ５の検出結果を外部に無線で送信するための送信器（図示せず）をさらに有する点である。実施例７に係る電動機１０７のその他の構成は、実施例１に係る電動機１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

センサ５の検出結果を外部に無線で送信するための送信器を設けることにより、センサ５の検出結果を外部に出力するための配線をなくすことができ、電磁ブレーキ内の配線を簡略化することができる。

１ 回転軸
２ ロータ部
３ ステータ部
４ 電磁ブレーキ
５ センサ
６ 表示器
７ フランジ
８ 端板
９ 摩擦板
１０ アーマチュア
１１ バネ
１２ 接触センサ
１３ コイル
５１ 磁気センサ
５２ 電流センサ

Claims (8)

1. 回転軸を備えたロータ部と、
   前記ロータ部に径方向へ対向するステータ部と、
   前記回転軸を制動する電磁ブレーキと、
   前記電磁ブレーキに内蔵され、前記電磁ブレーキへの通電状態を検出するセンサと、
   を具備する、電動機。
2. 前記センサからの出力信号に基づいて前記電磁ブレーキへの通電状態を表示する表示器をさらに有する、請求項１に記載の電動機。
3. 前記センサは、前記電磁ブレーキへの通電により発生する磁界を検知する磁気センサである、請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記磁気センサは、ホール素子である、請求項３に記載の電動機。
5. 前記センサは、前記電磁ブレーキへ流れる電流を検出する電流センサである、請求項１または２に記載の電動機。
6. 前記電流センサは、クランプ式センサである、請求項５に記載の電動機。
7. 前記センサは、前記電動機の外部から着脱できる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動機。
8. 前記電磁ブレーキは、
   コイルが巻設され、前記回転軸の周囲に配置されるフランジと、
   前記フランジとの間に空隙を有して前記フランジに固定される端板と、
   前記フランジと前記端板との間に配置され、前記回転軸と一体に回転する摩擦板と、
   前記フランジと前記摩擦板との間に軸線方向へ移動可能に配置され、前記コイルに電流を流すことにより生じる電磁力によって前記フランジに吸引されるアーマチュアと、
   前記フランジと前記アーマチュアとの間に配設され、前記アーマチュアを前記端板方向へ付勢して、前記摩擦板を前記アーマチュアと前記端板との間で制動保持させるバネと、
   前記摩擦板と前記アーマチュアとの接触を検出する接触センサと、を有する、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電動機。

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