JP2021008912A - ブレーキ付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】制動力を低下させることなくブレーキ付きモータの小型化を実現し、かつ消費電力を低減することが可能なブレーキ付きモータを提供する。【解決手段】制御部は、可動噛合部７をモータ噛合部６と近接させて噛み合わせるブレーキ状態と可動噛合部７をモータ噛合部６から離間させるブレーキ解除状態とを切り替え制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、モータ軸に設けられたモータ噛合部と、これに対向配置された可動噛合部が軸方向に進退動するブレーキ機構を備えたブレーキ付きモータに関する。

モータ軸に制動力を印加するブレーキを内蔵し、より大きな制動力を得ることができブレーキ付きモータが提案されている。このブレーキ付きモータは、モータ軸と一体に回転する第一プレート（摩擦板）にプレート駆動機構によって第二プレートを接触させて制動力を発生させる。第二プレートには、モータ軸線周りの回転を阻止する回転阻止機構が設けられており、第一プレートと第二プレートとを可能な限り径方向外側部分で接触させて制動力を発生させるようになっている（特許文献１：特開２０１６−１２７６１１号参照）。

特開２０１６−１２７６１１号公報

上述したブレーキ付きモータは、第一プレートと第二プレートを可能な限り径方向外側部分で接触させて大きな制動力を発生させる構成であり、制動力は接触面積に依存するため、ブレーキ付きモータの小型化には向いていない。
また、プレート駆動機構としてソレノイド等の直動機構が設けられ、モータへの給電動作と共にソレノイドへの給電動作も行われる。即ち、モータへの給電を停止するとソレノイドへの給電もないため、コイルばねの付勢により第二プレートが第一プレートに押し当てられて制動がかかり、モータに給電されるとソレノイドへも給電されるため、第二プレートはコイルばねの付勢に抗して第一プレートより離間して制動が解除されるようになっている。このため、モータ駆動中は、プレート駆動機構への給電も継続するため、消費電力が嵩む。

以下に述べるいくつかの実施形態は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、制動力を低下させることなく小型化を実現し、かつ消費電力を低減することが可能なブレーキ付きモータを提供することにある。

以下に述べるいくつかの実施形態に関する開示は、少なくとも次の構成を備える。
モータ軸を中心に回転駆動するモータと、前記モータ軸より駆動伝達された入力軸を中心に歯車機構を介して出力軸を減速回転する減速機と、前記減速機とは軸方向反対側の前記モータ軸に一体に設けられたモータ噛合部と、前記モータ噛合部に対向配置された可動噛合部を前記モータ噛合部に対して接離動可能に備えたブレーキ機構と、前記モータの回転動作及び前記ブレーキ機構のブレーキ動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記可動噛合部を前記モータ噛合部と近接させて噛み合わせるブレーキ状態と前記可動噛合部を前記モータ噛合部から離間させるブレーキ解除状態とを切り替え制御することを特徴とする。
このように、制御部は、可動噛合部をモータ噛合部と近接させて噛み合わせるブレーキ状態と可動噛合部を前記モータ噛合部から離間させるブレーキ解除状態とを切り替え制御することで、モータ径を縮小しても制動力を低下させることなく、ブレーキ付きモータの小型化を実現することができる。

前記制御部は、前記可動噛合部を前記モータ噛合部から離間させたブレーキ解除状態でモータ制御部を通じて前記モータを始動させ、前記モータが指定トルクに到達した状態でモータ回転停止指令を送出してから、ブレーキ制御部を通じて前記ブレーキ機構の可動噛合部を前記モータ噛合部に押し当てるブレーキ動作を実行することが好ましい。
これにより、モータの回転数を減少させながら可動噛合部をモータ噛合部に押し当てるので噛合部どうしが破損することがなく、効率よく制動力を発揮させることができる。

前記ブレーキ機構は、前記可動噛合部が一体に組み付けたられた可動継鉄と、前記可動継鉄と空隙を介して断面コ字状の両側脚部が対向配置された一対の固定継鉄と、前記各固定継鉄の一部に同磁極が対向するように各々配置された永久磁石と、前記各固定継鉄の両側脚部間に同一方向に巻かれた一対のコイルが空芯部を前記可動継鉄に向けて対向配置された電磁ブレーキ機構であり、前記一対のコイルのうち少なくともいずれかに通電することで、前記一対の固定継鉄の両側脚部の吸引力の大きさを変化させて前記可動継鉄を前記可動噛合部と共に軸方向に移動させて前記モータ噛合部と噛み合う状態と離間させた状態を切り替えるようにしてもよい。
このように、ブレーキ機構として電磁ブレーキ機構を採用すると、永久磁石により可動継鉄と一体に組付けられる可動噛合部の軸方向の位置を保持する磁気回路が常時形成されるため、ブレーキ解除時とブレーキ動作時にわずかな時間だけ一対のコイルのうち少なくともいずれかに通電すれば可動噛合部の軸方向位置を変更できるため、省電力化を実現することができる。

第一コイル及び第二コイルに同時通電するか若しくは選択的に通電することで、前記可動噛合部と前記モータ噛合部との噛み合いを解除し若しくは前記可動噛合部と前記モータ噛合部を噛み合わせるようにしてもよい。これにより、第一コイル及び第二コイルにわずかな時間だけ同時通電するか若しくは選択的に通電することにより可動噛合部の軸方向位置を変更して保持されるため、省電力化を促進することができる。

前記可動噛合部と前記モータ噛合部の対向面には周方向に嵌め合い角度θで複数の凹部又は凸部が設けられており、前記制御部は、ブレーキ制御部を通じて前記ブレーキ機構にブレーキ動作を指示した後で、モータ制御部により前記嵌め合い角度θより小さい所定角度Δ回転の有無を検出して前記凹部と前記凸部の嵌め合いを確認するようにしてもよい。
これにより、可動噛合部とモータ噛合部の対向面に嵌め合い角度θで複数の凹部又は凸部が設けられている場合、可動噛合部とモータ噛合部とが確実に噛み合っている否かの確認動作を行うことができ、ブレーキ動作を確実に行うことができる。

制動力を低下させることなく小型化を実現し、かつ消費電力を低減することが可能なブレーキ付きモータを提供することができる。

図１Ａはブレーキ付きモータの出力側側面図、図１Ｂは図１Ａの矢印Ｙ−Ｙ方向部分断面図、図１Ｃは図１Ａの矢印Ｘ−Ｘ方向部分断面図、図１Ｄは図１Ｂの部分拡大断面図である。 可動噛合部と固定噛合部の斜視図である。 ブレーキ付きモータの制御系のブロック構成図である。 ブレーキ動作の一例を示すフローチャートである。 ブレーキ動作の一例を示すタイミングチャート図である。 他例にかかる可動噛合部と固定噛合部の斜視図である。 他例にかかるブレーキ動作の一例を示すフローチャートである。 他例にかかるブレーキ動作の一例を示すタイミングチャート図である。

以下、本開示に係るブレーキ付きモータの一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、ブレーキ付きモータの概略構成について図１及び図２を参照して説明する。

図１Ａ〜Ｃに示すように、ブレーキ付きモータ１は、モータ２とその軸方向出力側に減速機３、軸方向反出力側にブレーキ機構４が設けられている。
モータ２は、例えばＤＣブラシレスモータが用いられ、本実施例ではインナーロータ型モータが用いられる。ハウジング５内には、固定子が組み付けられている。固定子は、固定子コアの径方向内側に向けて突設された複数の極歯にインシュータを介してコイルが巻かれている。ハウジング５内には、コイルに通電制御するモータ基板が設けられている。コイルから引き出された口出し線は、モータ基板に接続されている。固定子の径方向内側には、回転子が設けられている。回転子はモータ軸２ａに回転子マグネットが一体に組み付けられている。回転子マグネットは周方向にＮ極・Ｓ極に交互に着磁されており、固定子コアの極歯に対向配置されている。

減速機３は、モータ軸２ａより駆動伝達された入力軸を中心に歯車機構を介して出力軸３ａを減速回転する。減速機３は、入力軸である偏心軸を中心としてトロコイド歯形を形成する複数の外歯歯車が偏心軸の周りを内歯歯車に沿って公転し、外歯歯車の減速された自転運動が出力軸３ａに伝達されるトロコイド型減速機であってもよい。また、入力軸である太陽歯車を設け、太陽歯車を中心に複数の外歯歯車が内歯歯車に沿って遊星歯車として公転させて外歯歯車の減速された自転運動が出力軸３ａに伝達される遊星歯車機構であってもよい。

モータ軸２ａには、減速機３とは軸方向反対側にモータ噛合部６が一体に設けられている。ブレーキ機構４は、モータ噛合部６に対向配置された可動噛合部７をモータ噛合部６に対して軸方向に接離動可能に備えた電磁ブレーキ機構が用いられる。ブレーキハウジング４ａの内端部にはボス部４ｂが設けられている。ボス部４ｂの筒孔にはガイド軸４ｃが嵌め込まれている。ガイド軸４ｃを中心として可動噛合部７が軸方向に摺動可能に組み付けられている。可動噛合部７の外周には環状に形成された可動継鉄４ｄが一体に組付けられている。可動継鉄４ｄを囲むように一対の第一固定継鉄４ｅ１，第二固定継鉄４ｅ２がブレーキハウジング４ａに設けられている。各固定継鉄４ｅ１，４ｅ２は、径方向断面コ字状に形成された両側脚部（第一脚部４ｅ３，第二脚部４ｅ４）が空隙部を介して可動継鉄４ｄと対向配置され、環状の磁路を形成する。

また、図１Ｂ，Ｃに示すように、第一，第二固定継鉄４ｅ１，４ｅ２の一部には、同磁極が対向するように永久磁石４ｆ１，４ｆ２が各々組み付けられている。第一，第二固定継鉄４ｅ１，４ｅ２の両側脚部（第一脚部４ｅ３，第二脚部４ｅ４）間には、同一方向に巻かれた第一コイル４ｈ１，第二コイル４ｈ２が空芯部を可動継鉄４ｄに向けて対向配置されている。第一，第二コイル４ｈ１，４ｈ２は同じ向きに巻かれたコイルであり、各コイル４ｈ１，４ｈ２の通電により発生する磁路も同じ方向に発生する。後述するように第一コイル４ｈ１，第二コイル４ｈ２への通電を切り替えることで、第一固定継鉄４ｅ１の第一脚部４ｅ３、第二固定継鉄４ｅ２の第二脚部４ｅ４吸引力の大きさを変化させ、可動継鉄４ｄを軸方向に移動させることができる。

図１Ｄは図１Ｂのブレーキ機構４の部分拡大断面図である。図１Ｄに示すように、固定継鉄４ｅ１，４ｅ２の一部に永久磁石４ｆ１，４ｆ２が磁極の向きを反対にして（例えばＮ極どうしが向かい合うようにして）各々配置されているとすると、第一，第二固定継鉄４ｅ１，４ｅ２と可動継鉄４ｄとの間には、第一固定継鉄４ｅ１の永久磁石４ｆ１によって時計回り方向に、第二固定継鉄４ｅ２の永久磁石４ｆ２によって反時計回り方向に周回する磁路が各々形成される。

例えば第一コイル４ｈ１に時計回り方向の磁束が発生する向きに通電すると、永久磁石４ｆ１の磁路は時計回りであることから第一コイル４ｈ１の磁路と重ね合わされ第一固定継鉄４ｅ１の第一脚部４ｅ３を通過する磁束は増え、可動継鉄４ｄは第一脚部４ｅ１に吸引されて可動噛合部７は軸方向左側（図１Ｂ左側）に移動する。仮に第二コイル４ｈ２も同様に通電されていたとしても永久磁石４ｆ２の磁路は反時計回りであることから第二コイル４ｈ２の磁路と相殺され第二脚部４ｅ４を通過する磁束は減るため、可動継鉄４ｄの移動方向に変わりはない。
また、第二コイル４ｈ２に反時計回り方向の磁束が発生する向きに通電すると、永久磁石４ｆ２の磁路は反時計回りであることから第二コイル４ｈ２の磁路と重ね合わされ第二固定継鉄４ｅ２の第二脚部４ｅ４を通過する磁束は増え、可動継鉄４ｄは第二脚部４ｅ４に吸引されて可動噛合部７は軸方向右側（図１Ｂ右側）に移動する。仮に第一コイル４ｈ１に同様に通電されていたとしても永久磁石４ｆ１の磁路は時計回りであることから第一コイル４ｈ１の磁路と相殺され第一脚部４ｅ３を通過する磁束は減るため、可動継鉄４ｄの移動方向に変わりはない。

また、可動継鉄４ｄが第一脚部４ｅ３または第二脚部４ｅ４に吸引されて可動噛合部７は軸方向左側または軸方向右側に移動した後、第一コイル４ｈ１又は第二コイル４ｈ２への通電を止めたとしても永久磁石４ｆ１，４ｆ２と可動継鉄４ｄが吸引し合うため可動噛合部７はその位置で保持される。すなわち電磁クラッチ機構４が電力を消費するのは可動噛合部７を移動させる瞬間のみであるため消費電力化を促進することができる。

図１Ｄにおいて、第一コイル４ｈ１に時計回り方向の磁束が発生する向きに通電すると、第一固定継鉄４ｅ１の第一脚部４ｅ３の磁束は増えるため、可動継鉄４ｄは第一脚部４ｅ３に吸引されて可動継鉄４ｄは図１Ｂの軸方向左側（図１Ｃの軸方向上方）に移動する。このとき、可動噛合部７はモータ噛合部６より離間するためブレーキ解除状態となる。

また、図１Ｄにおいて第二コイル４ｈ２に反時計回り方向の磁束が発生する向きに通電すると、第二固定継鉄４ｅ２の第二脚部４ｅ４の磁束は増えるため、可動継鉄４ｄは第二脚部４ｅ４に吸引されて可動継鉄４ｄは図１Ｂの軸方向右側（図１Ｃの軸方向下方）に移動する。このとき、可動噛合部７はモータ噛合部６に接近して凸部７ａと凹部６ａが噛み合うためブレーキ動作状態となる。
このように、第一コイル４ｈ１，第二コイル４ｈ２に同時に通電又は選択的に通電することで、第一固定継鉄４ｅ１の第一脚部４ｅ３及び第二固定継鉄４ｅ２の第二脚部４ｅ４の吸引力の大きさを変化させ、可動継鉄４ｄを可動噛合部７と共に軸方向に移動させてモータ噛合部６と噛み合うブレーキ状態と離間させたブレーキ解除状態を切り替える。

図２に可動噛合部７とモータ噛合部６の一例を示す。モータ噛合部６はモータ軸２ａに回り止めされて一体に組み付けられる。可動噛合部７は、ガイド軸４ｃへ摺動可能に組み付けられる。モータ噛合部６の端面には凹部６ａが径方向に設けられている。凹部６ａに対向する可動噛合部７の対向面には凸部７ａが径方向に設けられている。凹部６ａと凸部７ａが噛み合うことで、モータ軸２ａの回転にブレーキをかけるブレーキ状態となる。凹部６ａは径方向に連なる溝であり、凸部７ａは径方向に連なる１枚歯に形成されているが、これに限定されてものではない。尚、凹部６ａの溝側面部や対向する凸部７ａの両側面部はスムーズな噛合いを実現するため傾斜面に形成されていてもよい。図１Ａ，Ｂに示すように、ガイド軸４ｃの外周面にはキー４ｃ１が軸線方向に沿って嵌め込まれている。図２に示すように可動噛合部７の軸孔７ｂにはキー溝７ｃが設けられている。可動噛合部７は、ガイド軸４ｃを軸孔７ｂに挿入すると共にキー４ｃ１をキー溝７ｃに嵌め合わせて回り止めされた状態で軸方向に摺動可能に組み付けられている。

また、ブレーキ機構４のブレーキ動作を制御する制御部の一例について図３に示すブロック構成図を参照して説明する。制御コントローラ８は、ブレーキ付きモータ１の動作を制御するものであり、モータ制御部８ａとブレーキ制御部８ｂを備えている。モータ制御部８ａは、モータ２の動作を制御する。モータ２（モータ基板）には、回転子の回転数を検出する回転検出部９ａや固定子に設けられたモータコイルへの通電切り替えを行って回転子を回転動作させる回転動作部９ｂなどが設けられている。制御コントローラ８には、上位機器１０若しくは入力部１１より回転指令や指定トルク等の指令値が入力される。

ブレーキ制御部９ａは、モータ停止状態で第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電して可動噛合部７をモータ噛合部６から離間させたブレーキ解除状態でモータ２を始動させる。モータ制御部８ａは回転動作部９ｂを通じて回転子の回転を付勢するようにモータコイルへの通電切り替え行う。モータ制御部８ａは回転トルクを監視し指定トルクに到達した状態で回転検出部９ａがモータ回転数の減少を検出すると、第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電して可動噛合部７をモータ噛合部６に押し当てたブレーキ状態に移行する。

ここで制御コントローラ８によるブレーキ付きモータ１の制御動作の一例について、図４に示すフローチャートに沿って、図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。モータ２を始動する前に、制御コントローラ８は、ブレーキ制御部８ｂによりブレーキ機構４のブレーキ解除を実行する。即ち、ブレーキ制御部８ｂは、ブレーキ機構４の第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に対して、所定時間所定方向に通電する。このとき、図１Ｄに示すように可動継鉄４ｄが第一固定継鉄４ｅ１の脚部４ｅ３に吸引されて、可動噛合部７がガイド軸４ｃに沿って移動しモータ噛合部６より軸方向に離間した位置にある（ステップＳ１）。尚、可動噛合部７は第一固定継鉄４ｅ１に設けられた永久磁石４ｆ１により形成される磁気回路により吸引保持されるため、第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電し続ける必要はない。

上位機器１０若しくは入力部１１より回転指令が送信されると、制御コントローラ８はモータ制御部８ａを通じて回転動作部９ｂに回転指示を送出する（ステップＳ２）。回転動作部９ｂは、回転子の回転数が増大するようにモータコイルへの通電切り替え行う。これにより、図５に示すように、モータの回転数が増大し、負荷によりトルクが上昇する。

モータ制御部８ａはモータ２の負荷電流を検出してトルクに換算してトルクを監視し指定トルクに到達した否かを判定する（ステップＳ３）。指定トルクは、必ずしもモータ２の性能上の最大トルクではなく、接続される上位機器１０の仕様により異なる。図５に示すように、指定トルクに到達すると負荷によりモータ回転数が一定の状態から徐々に減少する。回転数の減少は回転検出部９ａによって検出される。指定トルクに到達していれば、モータ制御部８ａはモータの消費電力を抑えるため回転停止指令を回転動作部９ｂに送出する（ステップＳ４）。このとき、モータ２は指定トルクを保ちつつ回転数を徐々に減らしていくため、モータ２が逆回転することはない。ステップＳ３において、指定トルクに到達していなければ、モータ制御部８ａは回転動作部９ｂに回転指令を送出したままとなる（ステップＳ２）。

次いで、制御コントローラ８は、ブレーキ制御部８ｂにブレーキ動作を指示する（ステップＳ５）。ブレーキ制御部８ｂは、ブレーキ機構４の第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に対して、所定時間通電する（ステップＳ６）。このとき、可動継鉄４ｄが第二固定継鉄４ｅ２の第二脚部４ｅ４に吸引されて、可動噛合部７がガイド軸４ｃに沿って移動しモータ噛合部６に押し当てられ、凹部７ａと凸部６ａが噛み合うことでブレーキ動作が実行される（ステップＳ７）。図５に示すように、可動噛合部７は永久磁石４ｆ２により形成される磁気回路によりモータ噛合部６と噛み合ったまま保持されるため、モータ回転数は零となり、回転トルクも零となる。尚、可動噛合部７は第二固定継鉄４ｅ２に設けられた永久磁石４ｆ２により形成される磁気回路により吸引保持されるため、第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電し続ける必要はない。尚、ブレーキ動作指示は、回転停止指示より後に実行されることが望ましい。モータ２の回転数を減少させながら可動噛合部７をモータ噛合部６に押し当てないと噛合部が破損するおそれがあるためである。

ここで、制御コントローラ８は、ブレーキ解除の必要性について判断する（ステップＳ８）。具体的には、上位機器１０若しくは入力部１１より回転指令が送信されている場合、ブレーキ制御部８ｂにブレーキ解除動作を指示する。ブレーキ制御部８ｂは、ブレーキ機構４の第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に対して、所定時間通電する（ステップＳ９）。このとき、図１Ｄに示すように、可動継鉄４ｄが第一固定継鉄４ｅ１の脚部４ｅ３に吸引されて、可動噛合部７がガイド軸４ｃに沿って移動しモータ噛合部６より離間することでブレーキ解除動作が実行される（ステップＳ１）。尚、可動噛合部７は第一固定継鉄４ｅ１に設けられた永久磁石４ｆ１により形成される磁気回路により吸引保持されるため、第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電し続ける必要はない。また、モータ制御部８ａより回転動作部９ｂに回転指令を送出してモータ２を一時的に正逆回転させてブレーキ解除を確認するようにしてもよい。

ステップＳ１〜Ｓ８で説明したように、制御コントローラ８はモータ制御部８ａを通じて回転動作部９ｂに回転指示を送出し、回転動作部９ｂは、回転子の回転数が増大するようにモータコイルへの通電切り替え行う。これにより、図５に示すように、モータの回転数が増大し、負荷によりトルクが上昇する。モータ制御部８ａは負荷電流を検出してトルクを監視し、トルクが上昇して指定トルクに到達した否かを判定し、必要に応じてブレーキ制御部８ｂによるブレーキ動作を実行する。
このように、ブレーキ機構４は、可動噛合部７の軸方向位置を切り替える際に、ブレーキ解除時とブレーキ動作時とにわずかな時間だけ第一，第二コイル４ｈ１，４ｈ２に通電すれば足りるため、省電力化を実現することができる。また、回転動作部９ｂにモータの回転停止指令を送出してからブレーキ制御部８ｂによりブレーキ機構４を動作させるので、可動噛合部７とモータ噛合部６が破損することがない。

次に、ブレーキ付きモータ１の他例について図６乃至図８を参照して説明する。ブレーキ付きモータ１の概略構成は図１と同様であるので、ブレーキ機構４の構成や制御動作の異なる内容を中心に説明する。

図６は他例にかかる可動噛合部７とモータ噛合部６の斜視図である。モータ噛合部６の端面には、径方向に連なる凸部６ａが周方向に４５°（図７Ｂ嵌め合い角度θ参照）ごとに８カ所に形成されている。また、可動噛合部７の対向面には、径方向に連なる凹部７ａが周方向に４５°ごとに８カ所に形成されている。ブレーキ機構４のブレーキ動作により可動噛合部７が軸方向に移動してモータ噛合部６に接近し、凹部７ａに凸部６ａが嵌め合うことでブレーキ動が実行される。
尚、互いに嵌め合う凸部６ａ及び凹部７ａの嵌め合い角度θ＝４５°としたが、θはそれより大きくても（例えばθ＝６０°，９０°等）小さくてもよい（例えばθ＝３０°，１５°等）。

ここで、制御コントローラ８によるブレーキ付きモータ１の制御動作の一例について図７Ａに示すフローチャートに沿って、図８に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。モータ２を始動する前に、制御コントローラ８は、ブレーキ制御部８ｂによりブレーキ機構４のブレーキ解除を実行する。即ち、ブレーキ制御部８ｂは、ブレーキ機構４の第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に対して、所定時間通電する。このとき、図１Ｄに示すように可動継鉄４ｄが第一固定継鉄４ｅ１の第一脚部４ｅ３に吸引されて、可動噛合部７がガイド軸４ｃに沿って移動しモータ噛合部６より軸方向に離間した位置にある（ステップＳ１１）。尚、可動噛合部７は第一固定継鉄４ｅ１に設けられた永久磁石４ｆ１により形成される磁気回路により吸引保持されるため、第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電し続ける必要はない。

上位機器１０若しくは入力部１１より回転指令が送信されると、制御コントローラ８はモータ制御部８ａを通じて回転動作部９ｂに回転指示を送出する（ステップＳ１２）。回転動作部９ｂは、回転子の回転数が増大するようにモータコイルへの通電切り替え行う。これにより、図８に示すように、モータの回転数が増大し、負荷によりトルクが上昇する。

モータ制御部８ａはモータ２の負荷電流を検出してトルクに換算してトルクを監視し指定トルクに到達した否かを判定する（ステップＳ１３）。指定トルクは、必ずしもモータ２の性能上の最大トルクではなく、接続される上位機器１０の仕様により異なる。図８に示すように、指定トルクに到達すると負荷によりモータ回転数が一定の状態から徐々に減少する。回転数の減少は回転検出部９ａによって検出される。指定トルクに到達していれば、モータ制御部８ａはモータの消費電力を抑えるため回転停止指示を回転動作部９ｂに送出する（ステップＳ１４）。このとき、モータ２は指定トルクを保ちつつ回転数を徐々に減らしていくため、モータ２が逆回転することはない。ステップＳ３において、指定トルクに到達していなければ、モータ制御部８ａは回転動作部９ｂに回転指示を送出したまま（ステップＳ１２）となる。

次いで、制御コントローラ８は、ブレーキ制御部８ｂにブレーキ動作を指示する（ステップＳ１５）。ブレーキ制御部８ｂは、ブレーキ機構４の第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に対して、所定時間通電する（ステップＳ１６）。このとき、図１Ｅに示すように可動継鉄４ｄが第二固定継鉄４ｅ２の第二脚部４ｅ４に吸引されて、可動噛合部７がガイド軸４ｃに沿って移動してモータ噛合部６に押し当てられ、凹部７ａと凸部６ａが噛み合うことでブレーキ動作が実行される（ステップＳ１７）。

ここで可動噛合部７とモータ噛合部６とが確実に噛み合っている否かの確認動作が行われる。即ち、モータ制御部８ａは回転動作部９ｂに噛合部の嵌め合い角度θ以上の回転を指示する（ステップＳ１８）。モータ回転方向は、正転方向でも逆転方向でもいずれでもよい。ステップＳ１３における指定トルクは、必ずしもモータ仕様の最大トルクではないため、従前の回転方向に回転させることができる。

次いで、回転検出部９ａが、モータ２が嵌め合い角度θよりも小さい所定角度Δ回転したか否かを検出する（ステップＳ１９）。所定角度Δ回転をしなければ凹部７ａと凸部６ａが噛み合っており、所定角度Δ以上回転すれば凹部７ａと凸部６ａが噛み合っていないことになる。なお、所定の角度Δは凹部７ａと凸部６ａの間など多少の機構的な遊びや製品仕様などにより決定される。ところで、ステップＳ１６以降では永久磁石４ｆ２により可動継鉄４ｄはブレーキ動作が行われる方向（図１Ｄでの右方向側）に吸引され続けている。したがって、凹部７ａと凸部６ａが軸方向に重なり合い噛み合っていない場合でも嵌め合い角度θ回転させる間に凹部７ａと凸部６ａが噛み合い、軸方向に移動（ブレーキ動作）できるようになる。
ステップＳ１９で所定角度Δを検出した場合、嵌め合い角度θ以上の回転を行ったか否かを検知する（ステップＳ１９−１）。嵌め合い角度θ以上の回転に達していない場合はステップＳ１９の所定角度Δ回転を検知するか否かの判断に戻り、嵌め合い角度θ以上の回転に達している場合はブレーキ付きモータに異常が発生したとしてステップＳ１８による回転指示を停止する（ステップＳ２０−１）。なお、回転角度の積算カウンタ機能は制御コントローラ８が備えているが回転検出部９aに備えていても良い。
そして、図８に示すように、可動噛合部７がモータ噛合部６と噛み合ったまま保持されるため、モータ回転数は零となり、回転トルクも零となる。尚、可動噛合部７は第二固定継鉄４ｅ２に設けられた永久磁石４ｆ２により形成される磁気回路により吸引保持されるため、第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電し続ける必要はない。尚、ブレーキ動作指示は、回転停止指示より後に実行されることが望ましい。モータ２の回転数を減少させながら可動噛合部７をモータ噛合部６に押し当てないと噛合部が破損するおそれがあるためである。

ステップＳ１９で所定角度Δ回転を検知しない場合には、凹部７ａと凸部６ａが噛み合っており、制御コントローラ８は、ブレーキ解除指示の有無について判断する（ステップＳ２０）。具体的には、上位機器１０若しくは入力部１１より回転指令が送信されている場合、ブレーキ制御部８ｂにブレーキ解除動作を指示する。ブレーキ制御部８ｂは、ブレーキ機構４の第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に対して、所定時間通電する（ステップＳ２１）。このとき、図１Ｄに示すように、可動継鉄４ｄが第一固定継鉄４ｅ１の脚部４ｅ３に吸引されて、可動噛合部７がガイド軸４ｃに沿って移動しモータ噛合部６より離間することでブレーキ解除動作が実行される（ステップＳ１１）。尚、可動噛合部７は第一固定継鉄４ｅ１に設けられた永久磁石４ｆ１により形成される磁気回路により吸引保持されるため、第一コイル４ｈ１及び第二コイル４ｈ２に通電し続ける必要はない。また、モータ制御部８ａより回転動作部９ｂに回転指令を送出してモータ２を一時的に正逆回転させてブレーキ解除を確認するようにしてもよい。

上述したブレーキ付きモータ１はインナーロータ型のモータを用いて説明したが、アウターロータ型のモータであってもよい。また、ブラシレスモータ以外にも、例えばブラシ付きモータまたは超音波モータなど他の種類のモータや駆動源であってもよい。また、減速機３は、トロコイド型減速機であったが、これに限らず例えば遊星減速機であってもよい。
また、ブレーキ機構４に備えた第一コイル４ｈ１と第二コイル４ｈ２は、双方同時に励磁するようにしていたが、いずれか一方を励磁するようにしてもよい。

１ ブレーキ付きモータ ２ モータ ２ａ モータ軸 ３ 減速機 ３ａ 出力軸 ４ ブレーキ機構 ４ａ ブレーキハウジング ４ｂ ボス部 ４ｃ ガイド軸 ４ｃ１ キー ４ｄ 可動継鉄 ４ｅ１ 第一固定継鉄 ４ｅ２ 第二固定継鉄 ４ｅ３ 第一脚部 ４ｅ４ 第二脚部 ４ｆ１，４ｆ２ 永久磁石 ４ｈ１ 第一コイル ４ｈ２ 第二コイル ５ ハウジング ６ モータ噛合部 ６ａ 凹部 ７ 可動噛合部 ７ａ 凸部 ７ｂ 軸孔 ７ｃ キー溝 ８ 制御コントローラ ８ａ モータ制御部 ８ｂ ブレーキ制御部 ９ａ 回転検出部 ９ｂ 回転動作部 １０ 上位機器 １１ 入力部

Claims (5)

1. モータ軸を中心に回転駆動するモータと、
   前記モータ軸より駆動伝達された入力軸を中心に歯車機構を介して出力軸を減速回転する減速機と、
   前記減速機とは軸方向反対側の前記モータ軸に一体に設けられたモータ噛合部と、前記モータ噛合部に対向配置された可動噛合部を前記モータ噛合部に対して接離動可能に備えたブレーキ機構と、
   前記モータの回転動作及び前記ブレーキ機構のブレーキ動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記可動噛合部を前記モータ噛合部と近接させて噛み合わせるブレーキ状態と前記可動噛合部を前記モータ噛合部から離間させるブレーキ解除状態とを切り替え制御することを特徴とするブレーキ付きモータ。
2. 前記制御部は、前記可動噛合部を前記モータ噛合部から離間させたブレーキ解除状態でモータ制御部を通じて前記モータを始動させ、前記モータが指定トルクに到達した状態でモータ回転停止指令を送出してから、ブレーキ制御部を通じて前記ブレーキ機構の可動噛合部を前記モータ噛合部に押し当てるブレーキ動作を実行する請求項１載のブレーキ付きモータ。
3. 前記ブレーキ機構は、前記可動噛合部が一体に組み付けたられた可動継鉄と、前記可動継鉄と空隙を介して断面コ字状の両側脚部が対向配置された一対の固定継鉄と、前記各固定継鉄の一部に同磁極が対向するように各々配置された永久磁石と、前記各固定継鉄の両側脚部間に同一方向に巻かれた一対のコイルが空芯部を前記可動継鉄に向けて対向配置された電磁ブレーキ機構であり、前記一対のコイルのうち少なくともいずれかに通電することで、前記一対の固定継鉄の両側脚部の吸引力の大きさを変化させて前記可動継鉄を前記可動噛合部と共に軸方向に移動させて前記モータ噛合部と噛み合う状態と離間させた状態を切り替える請求項１又は請求項２記載のブレーキ付きモータ。
4. 第一コイル及び第二コイルに同時通電するか若しくは選択的に通電することで、前記可動噛合部と前記モータ噛合部との噛み合いを解除し若しくは前記可動噛合部と前記モータ噛合部を噛み合わせる請求項３記載のブレーキ付きモータ。
5. 前記可動噛合部と前記モータ噛合部の対向面には周方向に嵌め合い角度θで複数の凹部又は凸部が設けられており、前記制御部は、ブレーキ制御部を通じて前記ブレーキ機構にブレーキ動作を指示した後で、モータ制御部により前記嵌め合い角度θより小さい所定角度Δ回転の有無を検出して前記凹部と前記凸部の嵌め合いを確認する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のブレーキ付きモータ。