JP2022156605A - 電磁ブレーキ、及び電磁ブレーキを備えた搬送台車 - Google Patents

Abstract

【課題】アーマチェアとヨークとの接触を検出することが可能な電磁ブレーキの提供。【解決手段】コイル１２２を備えたヨーク１２１と、コイル１２２に通電された際にヨーク１２１に接触するアーマチェア１２５を備える電磁ブレーキ１２０において、ヨーク１２１は、少なくとも２つに電気的に分割されて、第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂよりなり、ヨーク１２１に対してアーマチェア１２５が接触することで、第１ヨーク１２１ａからアーマチェア１２５を介して第２ヨーク１２１ｂへ導通する検査回路が完成し、ヨーク１２１にアーマチェア１２５が接触したことを確認する。【選択図】図３

Description

本発明は、大型の搬送車の電磁ブレーキの構造に関し、詳しくは電磁ブレーキの構造を工夫することで破損防止機能を持たせる技術に関する。

大型構造物を搬送するにあたって用いる搬送台車には、多数の車輪を備えているものもある。そうした搬送台車に用いられる駐車用ブレーキとしては電磁ブレーキが採用され、多数の車輪を備えた搬送台車の場合、それに見合う数の電磁ブレーキが用意される。しかしながら、多数の電磁ブレーキを用いる場合には、それを点検する手間も増えるという問題がある。こうした電磁ブレーキの正常動作を確認する手法については以下のような技術が開示されている。

特許文献１には、電動ディスクブレーキに関する技術が開示されている。制動に伴うブレーキパッドの熱膨張に際して、温度センサの計測温度を予め定めたブレーキパッド温度―ブレーキパッド熱膨張量特性に照らして、ブレーキパッドの熱膨張量を検出し、電動モータを作動させることによって、ピストンの位置をパッド熱膨張量に相当する長さ寸法だけ後退させる。これによって、電動ディスクブレーキのパッドクリアランス量を調整することが可能となる。

特許文献２には、ブレーキ診断システム及びブレーキ遠隔診断装置に関する技術が開示されている。取得部と、算出部と、判定部と、を備えたブレーキ診断システムは、電磁ブレーキの制動又は解放時の可動部材が動く動作区間において、取得部では電磁ブレーキのコイルを流れる電流の変化を示す電流波形を取得し、算出部では電気ブレーキのＮ回目の制動時の動作区間の電流波形とＮ－１回目の制動時の動作区間の電流波形との相違度、または電磁ブレーキのＮ回目の解放時の動作区間の電流波形とＮ－１回目の解放時の動作区間の電流波形との相違度を算出し、判定部では、所定回数分の相違度の分散に基づいて、可動部材の動きがランダムに変動する安定性不良の有無を判定する技術が開示されている。

特開２００９－８２４１号公報 特開２０２０－８５１１２号公報

しかし、特許文献１の技術を搬送台車に用いる場合には、多数の電磁ブレーキ全てにブレーキパットの熱膨張率の検出をし、ピストンの位置を調整する機構を備えている必要がある。また、特許文献２の技術を搬送台車に用いる場合には、取得部と、算出部と、判定部をそれぞれに用意する必要があり、多数の電磁ブレーキの情報を全て記憶し、分析する必要がでてくる。

一方で、搬送台車の停車時に電磁ブレーキを停車ブレーキとして機能させる場合、搬送台車を走行させる際には電磁ブレーキが解除されている必要があるが、何らかのトラブルで電磁ブレーキが作動したままの状態となっていると、ブレーキを引き摺りながら搬送台車を走行させることになる。特に大型の搬送台車の場合、多数の電磁ブレーキを備えていて、不具合があって一部の電磁ブレーキがかかったままでも、電磁ブレーキが解除された車輪が発生する駆動力によって移動してしまうことがある。そうすると、かかったままの停車ブレーキが発熱したり焼損したりするなどのトラブルに繋がりかねない。しかし、特許文献１又は特許文献２のような複雑な機能を搭載した電磁ブレーキをこのような搬送台車に搭載することはコストの面でもメンテナンスの面でも好ましくない。

そこで、本発明はこの様な課題を解決し、アーマチェアとヨークとの接触を検出することが可能な電磁ブレーキ、又は電磁ブレーキを用いた搬送台車の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による電磁ブレーキは、以下のような特徴を有する。

（１）コイルを備えたヨークと、前記コイルに通電された際に前記ヨークに接触するアーマチェアを備える電磁ブレーキにおいて、
前記ヨーク又は前記アーマチェアは、少なくとも２つに電気的に分割されて、第１ヨークと第２ヨーク、或いは第１アーマチェアと第２アーマチェアよりなり、
前記ヨークに対して前記アーマチェアが接触することで、
前記第１ヨークから前記アーマチェアを介して前記第２ヨークへ導通する電気的な検査回路、
又は、前記第１アーマチェアから前記ヨークを介して前記第２アーマチェアへ導通する電気的な検査回路、が完成すること、
を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によって、ヨークとアーマチェアの接触を確認することが可能となる。これは第１ヨークと第２ヨークとアーマチェアが接触することで電気的な検査回路を形成或いは第１アーマチェアと第２アーマチェアとヨークが接触することで検査回路を形成し、導通検査をすることで接触確認が出来るためで、電磁ブレーキが無励磁作動形ブレーキであっても励磁作動形ブレーキであっても、ブレーキが効いた状態か否かを判断が出来ることになる。

したがって、単純な構造で、例えば課題に示した様なブレーキの故障によって一部のブレーキが効いた状態で搬送台車が動き出そうとした場合でも、これを事前に検出してトラブルを防止することが可能である。この効果は、ヨークを第１ヨークと第２ヨークとに分割し、第１ヨークと第２ヨークとの間が絶縁されていることと、第１ヨーク及び第２ヨークがアーマチェアと接触した時に検査回路を形成できる、或いはアーマチェアを分割してヨークと接触した時に検査回路を形成できるという簡易な構成で実現が可能であるため、比較的安いコストで、かつメンテナンス性の良い電磁ブレーキが提供できる。

また、前記目的を達成するために、本発明の別の態様による搬送台車は、以下のような特徴を有する。

（２）複数の電磁ブレーキを備え、該電磁ブレーキを停車時に用いる搬送台車において、
前記電磁ブレーキに、
コイルを備え、少なくとも２つに電気的に分割されたヨーク又はアーマチェアと、
前記コイルに通電した時に前記ヨークに接触するアーマチェアと、を備え、
前記コイルに通電されて、前記ヨークに前記アーマチェアが接触した際に、電気的な検査回路が完成することで、前記ヨークと前記アーマチェアの接触を確認すること、
を特徴とする。

上記（２）に記載の態様によって、搬送台車に搭載された電磁ブレーキが故障した際にも、故障を判定してトラブルを未然に防ぐことが可能となる。多数の電磁ブレーキを用いている搬送車にとって、簡易な構造で電磁ブレーキの構造をチェック出来ることは望ましく、コスト面でもメンテナンス面でもメリットがある。

（３）（２）に記載の搬送台車において、
停車状態を解除した段階で、前記検査回路に通電して、前記電磁ブレーキの動作チェックを行ってから駆動するチェック機構を有すること、
が好ましい。

上記（３）に記載の態様によって、搬送台車の移動前にチェック機構によって異常を検知することが可能となり、課題に示した様なブレーキの引き摺りを生じることを未然に防ぐことができ、搬送台車の安全な運用が可能となる。チェック機構は（２）に示す通り、通電することでヨークとアーマチェアとの接触を確認ができる単純な構成であるため、搬送台車を動かす前に簡単に正常か否かをチェックすることができ、異常を発見すれば直ちに対応することが可能である。このチェック機構は定期点検などにも利用することが可能であり、不具合のある電磁ブレーキの特定ができるため、メンテナンスの効率化などが期待できる。

（４）（３）に記載の搬送台車において、
前記チェック機構には、前記コイルに通電した際の電圧値を計測する計測手段を備えていること、
が好ましい。

上記（４）に記載の態様によって、搬送台車のメンテナンスの際に、毎回電圧値を計測し記録することで、電磁ブレーキの状態を知ることが可能となる。ヨークに対してアーマチェアを吸着する為には、所定の距離離間した状態のアーマチェアをヨークに備えるコイルに通電することで磁力を発生する必要がある。この際に必要な磁力は、ヨークとアーマチェアとの間の距離によって変化する。このため、コイルとアーマチェアの間の距離が大きくなるとコイルにはヨークとアーマチェアが吸着するまでにより高い電圧がかかることとなる。したがって、この作用を利用して、メンテナンスの度に電圧をチェックすれば、電磁ブレーキのおおよその消耗を推測することが可能となる。こうしたチェックは電磁ブレーキを分解しなくても行うことができるため、メンテナンスの手間をかけることなくチェックが可能である。

本実施形態の、搬送台車の概略平面図である。 本実施形態の、車輪ユニットの模式図である。 本実施形態の、電磁ブレーキの平面図である。 本実施形態の、電磁ブレーキの側面断面図である。 本実施形態の、電磁ブレーキの底面図である。 本実施形態の、電磁ブレーキの断面図である。 本実施形態の、ヨーク及びアーマチェアの離間状態を示す模式図である。 本実施形態の、ヨーク及びアーマチェアの接触状態を示す模式図である。

まず、本発明の実施形態について図面を用いて説明を行う。図１に、本実施形態の、搬送台車１００の概略平面図を示す。図２に、車輪ユニット１１０の模式図を示す。搬送台車１００は、運転席１０２及び搬送台１０３を備え、３２輪のタイヤ１０１によって支持されている。図１に模式的に示される様にタイヤ１０１は、４輪を１セットとして車輪ユニット１１０を構成し、搬送台車１００の下部８箇所に配置されている。各車輪ユニット１１０には、１つの電磁ブレーキ１２０と、モータ１３０が備えられている。なお、必要に応じて車輪ユニット１１０の数を増減することを妨げない。

車輪ユニット１１０は、モータ１３０を駆動することで、タイヤ１０１を回転させて搬送台車１００を走行させることができ、電磁ブレーキ１２０を作動させることによって、車輪ユニット１１０のタイヤ１０１が回転しないようにブレーキをかけることができる。なお、全ての車輪ユニット１１０に電磁ブレーキ１２０及びモータ１３０が接続されている必要はなく、必要に応じて電磁ブレーキ１２０やモータ１３０を備えない車輪ユニット１１０を用いることを妨げない。モータ１３０や電磁ブレーキ１２０は、それぞれ制御装置２００及び電源２１０に接続される。

図３に、電磁ブレーキ１２０の平面図を示す。図４に、電磁ブレーキ１２０の側面断面図を示す。図５に、電磁ブレーキ１２０の底面図を示す。図５は図３の裏面にあたる。電磁ブレーキ１２０は、非通電時にブレーキがかかる無励磁ブレーキ方式を採用しており、搬送台車１００の停車中には停車ブレーキとして利用される。

電磁ブレーキ１２０のステータ側には、ブラケット１３２に収められて保持されたヨーク１２１が備えられ、ヨーク１２１は図３に示すように、第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂよりなり、それぞれ半割りのドーナツ形状となっている。ブラケット１３２には、複数の凹みにそれぞれスプリング１２３が保持されて備えられている。ヨーク１２１にはコイル１２２が絶縁された状態で保持され、コイル１２２は、リード線１２４を通じて外部から給電されることで電磁石として作用し、磁力を発生する。

ブラケット１３２に備えられるスプリング１２３は、一端が前述したようにブラケット１３２に埋め込まれて保持され、他端はアーマチェア１２５に当接し、アーマチェア１２５とヨーク１２１が離間するように作用する。これにより図４に示すように、ヨーク１２１とアーマチェア１２５の間は隙間Ｓができる。隙間Ｓは、０．１～０．２ｍｍ程度に設定されている。

アーマチェア１２５は円盤形状であり、３箇所にシャフト１２６が貫通する構造となっている。シャフト１２６は、ヨーク１２１に立設され、プレート１２８を支持している。したがって、アーマチェア１２５はシャフト１２６にガイドされて、アーマチェア１２５とプレート１２８との間を移動することができる。このため、シャフト１２６とアーマチェア１２５の間の摺動性を確保するために用いるスリーブ１２６ａは、自己潤滑性の高い素材が用いられていることが好ましい。

プレート１２８とアーマチェア１２５との間には、ディスク１２７が配置されている。ディスク１２７にはハブ１２９が噛み合うように保持されており、ハブ１２９は図６に示す駆動シャフト１３５を固定することが出来る。駆動シャフト１３５はモータ１３０から延長される構造となっていて、ディスク１２７とハブ１２９が一体となってローターとして機能する。したがって、無通電時にアーマチェア１２５がプレート１２８側に移動した際にはプレート１２８とアーマチェア１２５でディスク１２７を挟み込むように面接触し、大きな制動力を発揮する。

第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂにはそれぞれ接触確認用リード線１３１が設けられていて、アーマチェア１２５とヨーク１２１（第１ヨーク１２１ａ及び第２ヨーク１２１ｂ）の接触面は絶縁されていない。このため、アーマチェア１２５とヨーク１２１が接触することで電気回路が形成されて、接触確認用リード線１３１に通電することで接触確認が可能である。接触確認用リード線１３１は、制御装置２００に接続されており、制御装置２００によってヨーク１２１とアーマチェア１２５との接触確認指令が行われる。そして必要に応じて、搬送台車１００のオペレーターなどにその結果を通知する。

次に、電磁ブレーキ１２０の動作について説明する。図６に、電磁ブレーキ１１０の断面図を示す。図４に対応する図である。
＜無励磁状態＞
コイル１２２に通電していない無励磁状態では、図４に示すようにディスク１２７は、プレート１２８とアーマチェア１２５によって挟まれている。言い換えると、アーマチェア１２５は、ブラケット１３２に保持されたスプリング１２３によって付勢されることで、ディスク１２７をプレート１２８に押しつけている。この状態で駆動シャフト１３５の端部にハブ１２９を介して固定されているディスク１２７が回転出来ないため、駆動シャフト１３５も回転出来ず、駆動シャフト１３５に接続されるモータ１３０も回転出来ない。このため、タイヤ１０１にはブレーキがかかった状態となっている。

＜励磁状態＞
一方、コイル１２２に通電した励磁状態では、図６に示すようにアーマチェア１２５が、スプリング１２３の付勢力に抗してコイル１２２に磁気吸着される。この結果、アーマチェア１２５はステータ１２１と接触するように移動し、アーマチェア１２５とプレート１２８とで挟まれた状態が解除されたディスク１２７は回転することが可能となる。したがって、ディスク１２７にハブ１２９を介して固定される駆動シャフト１３５が回転可能となり、モータ１３０の回転によって車輪ユニット１１０が駆動される。

本実施形態の電磁ブレーキ１２０は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

まず、電磁ブレーキ１２０にトラブルが生じてブレーキが解除されていない状態となった場合に、その異常を簡易な構成で検出することが可能となる。これは、コイル１２２を備えたヨーク１２１と、コイル１２２に通電された際にヨーク１２１に接触するアーマチェア１２５を備える電磁ブレーキ１２０において、ヨーク１２１は、少なくとも２つに電気的に分割されて、第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂよりなり、ヨーク１２１に対してアーマチェア１２５が接触することで、第１ヨーク１２１ａからアーマチェア１２５を介して第２ヨーク１２１ｂへ導通する電気的な検査回路が完成する。この結果、ヨーク１２１にアーマチェア１２５が接触したことを確認することのできる構成となっているためである。

図７に、ヨーク１２１及びアーマチェア１２５の離間状態を示す模式図を示す。図８に、ヨーク１２１及びアーマチェア１２５の接触状態を示す模式図を示す。第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂには接触確認用リード線１３１が接続されているが、第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂは互いに絶縁された状態である為、図７に示される状態、即ち無励磁状態では導通していない。一方で、図８に示すように第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂにアーマチェア１２５が接触している状態であると、第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂはアーマチェア１２５を介して電気回路を形成する。

このため、ヨーク１２１とアーマチェア１２５が接触したことを検出することが可能となる。この接触確認は、接触確認用リード線１３１に通電することで実現可能であるため、ヨーク１２１を第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂに分割し、第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂを絶縁して保持するような簡易な構成によって、異常検出を実現できる。課題で示した通り、多数の電磁ブレーキ１２０を搬送台車１００に用いる場合には、構造が簡易になった方がコストの面でもメンテナンスの面でもメリットが大きい。

このような電磁ブレーキ１２０を、搬送台車１００の停車用制動装置として用いる場合には、ヨーク１２１からアーマチェア１２５が離間していることが確認出来れば良く、特許文献１や特許文献２で示すような複雑な構造や、制御を必要としない。このため、多数の電磁ブレーキ１２０を用いてもコストが嵩むことがなく、構造的に電磁ブレーキ１２０を大きくする必要がないため、既存の搬送台車１００を改造する場合にも低コストで対応することが可能となる。

そして、多数の電磁ブレーキ１２０を用いる搬送台車１００において、一部が故障した場合には、電磁ブレーキ１２０のヨーク１２１とアーマチェア１２５が接触しているかどうかを検出することで、その不具合を判定することが可能である。この結果、意図せずに車輪ユニット１１０の一部がブレーキをかけている状況を検知し、オペレーターにその不具合を通知すれば、ブレーキがかかっているのを知らずに搬送台車１００を走行させてしまうようなことを防ぐことができる。

本実施形態の搬送台車１００は、数十トンから数百トンもの重量物を移動させるのに用いる為、駆動用のモータ１３０も大きな力を発生する。このため、一部の電磁ブレーキ１２０が不具合によってブレーキがかかった状態でも、走行してしまうケースがあり、その結果、モータ１３０や電磁ブレーキ１２０などが発熱や焼損するようなトラブルが考えられるが、本発明によってそうしたトラブルを防ぐことが可能となる。

また、電磁ブレーキ１２０のディスク１２７は、摩擦によって摩耗することで厚みが変わり、ディスク１２７の厚みの変化に伴って隙間Ｓが大きくなる。こうした場合に、コイル１２２の磁力でアーマチェア１２５を吸着できなくなるトラブルが考えられ、アーマチェア１２５をヨーク１２１に吸着できないと、電磁ブレーキ１２０が解除されないままとなることがある。コイル１２２から発生する磁力が大きければ隙間Ｓが大きくなってもアーマチェア１２５を吸着することが可能であるが、そのためにはコイルにかける電圧又はコイル自体を大きくする必要がある。

そこでこの特性を利用して、電磁ブレーキ１２０それぞれに対応する電圧計を用意し、電気的にアーマチェア１２５がヨーク１２１に吸着したことを検出した時のコイル１２２にかかる電圧値を計測して、アーマチェア１２５を吸着するのに必要な磁力の強さの最小値を予め把握して閾値としておけば、メンテナンス時に吸着確認とあわせてコイル１２２にかかる電圧値をチェックすることで、ディスクの摩耗量を予測することが可能となる。こうしたチェックは、電磁ブレーキ１２０を分解せずとも可能であり、メンテナンスの際にディスク１２７の摩耗量を把握することが可能となるので、メンテナンス性を大幅に向上させることが可能である。

以上、本発明に係る電磁ブレーキ１２０に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば本実施形態の電磁ブレーキ１２０は複数用いて搬送台車１００の停車時にブレーキとして機能させているが、搬送台車１００以外にこの電磁ブレーキ１２０を用いることを妨げない。また、電磁ブレーキ１２０として示したが、同様の構造を持つ電磁クラッチに本発明を適用することを妨げない。

また、本発明の電磁ブレーキ１２０は無励磁ブレーキ式を採用しているが、励磁ブレーキ式のものに適用することも可能である。また、電磁ブレーキ１２０の構成についても、適宜変更することを妨げない。例えば、スプリング１２３はコイルバネ式であるが、代わりに板バネなどに変更することを妨げない。また、ヨーク１２１が２つに電気的に分割されて第１ヨーク１２１ａと第２ヨーク１２１ｂを備えていると説明しているが、アーマチェア１２５を２つに電気的に分割することで検査回路が完成する構成にしても良い。この場合は、アーマチェア１２５側に接触確認用リード線１３１に相当するリード線を繋ぐ構成となる。

１２０ 電磁ブレーキ
１２１ ヨーク
１２１ａ 第１ヨーク
１２１ｂ 第２ヨーク
１２２ コイル

Claims (4)

1. コイルを備えたヨークと、前記コイルに通電された際に前記ヨークに接触するアーマチェアを備える電磁ブレーキにおいて、
   前記ヨーク又は前記アーマチェアは、少なくとも２つに電気的に分割されて、第１ヨークと第２ヨーク、或いは第１アーマチェアと第２アーマチェアよりなり、
   前記ヨークに対して前記アーマチェアが接触することで、
   前記第１ヨークから前記アーマチェアを介して前記第２ヨークへ導通する電気的な検査回路、
   又は、前記第１アーマチェアから前記ヨークを介して前記第２アーマチェアへ導通する電気的な検査回路、が完成すること、
   を特徴とする電磁ブレーキ。
2. 複数の電磁ブレーキを備え、該電磁ブレーキを停車時に用いる搬送台車において、
   前記電磁ブレーキに、
   コイルを備え、少なくとも２つに電気的に分割されたヨーク又はアーマチェアと、
   前記コイルに通電した時に前記ヨークに接触するアーマチェアと、を備え、
   前記コイルに通電されて、前記ヨークに前記アーマチェアが接触した際に、電気的な検査回路が完成することで、前記ヨークと前記アーマチェアの接触を確認すること、
   を特徴とする搬送台車。
3. 請求項２に記載の搬送台車において、
   停車状態を解除した段階で、前記検査回路に通電して、前記電磁ブレーキの動作チェックを行ってから駆動するチェック機構を有すること、
   を特徴とする搬送台車。
4. 請求項３に記載の搬送台車において、
   前記チェック機構には、前記コイルに通電した際の電圧値を計測する計測手段を備えていること、
   を特徴とする搬送台車。

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