JP2023137926A - モータ用電磁ブレーキ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】センサを用いることなく再吸引動作のタイミングを検出し、安価な構成とする。【解決手段】モータ用電磁ブレーキのコントローラ１５は、モータの起動時には、アーマチュアを制動位置から制動解除位置へ移動させる所定の吸引電圧でブレーキコイル１７へブレーキ電流を供給し、モータの起動後は、吸引電圧よりも低い所定の保持電圧でブレーキコイル１７へブレーキ電流を供給する。そして、コントローラ１５は、ブレーキコイル１７へ供給されるブレーキ電流を検出する電流検出部２６と、保持電圧の印加中に、電流検出部２６を介してアーマチュア１２の制動位置への移動に伴うブレーキ電流の変化を検出する制動検出部２７と、を有し、制動検出部２７によってブレーキ電流の変化を検出すると、ブレーキコイル１７に吸引電圧でブレーキ電流を供給する。【選択図】図２

Description

本開示は、モータに取り付けられてモータ軸を制動するモータ用電磁ブレーキと、モータ用電磁ブレーキを取り付けたモータとに関する。

モータ用電磁ブレーキは、特許文献１に開示されるように、モータの反負荷側に取り付けられ、ブレーキコイルを有するフィールドと、ブレーキコイルの励磁によって吸引されるアーマチュアとを含むものが知られている。このモータ用電磁ブレーキにおいて、アーマチュアは、モータの停止状態では、フィールドに設けたバネ等の付勢によって、モータ軸と一体のブレーキライニングを押圧する制動位置にある。ここからモータが起動すると、アーマチュアは、電気量制御部（通電制御部）からブレーキコイルへブレーキ電流が供給されることで、ブレーキコイルに吸引されてブレーキライニングから離間する制動解除位置へ移動する。

このようなモータ用電磁ブレーキにおいて、モータの起動時は、バネ等の付勢に抗してアーマチュアを制動解除位置へ吸引するため、通電制御部から最大の吸引電圧が印加される。一方、制動解除後は、アーマチュアがブレーキコイルに接近しているため、通電制御部からは、吸引電圧よりも低い保持電圧が印加されて省エネルギーが図られる。
しかし、衝撃等によって電磁ブレーキに外力が加わると、低い保持電圧ではアーマチュアの吸引が解除されて制動がかかってしまうおそれがある。このため、特許文献２には、電磁ブレーキに加速度センサや速度センサ等を設け、電磁ブレーキに外力が加わったことをセンサで検出すると、通電制御部が制動解除時と同じ吸引電圧を印加して再吸引動作をさせるようにした発明が開示されている。

特開２００２－２７２０５７号公報 特許第６８５１２２９号公報

しかし、特許文献２のように再吸引動作のタイミング検出にセンサを用いると、通電制御部にかかるコストが高くなってしまう。

そこで、本開示は、センサを用いることなく再吸引動作のタイミングを検出でき、安価な構成となるモータ用電磁ブレーキ及びモータを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、本開示の第１の構成は、モータに取り付けられ、ブレーキコイルを有するフィールドと、前記モータのモータ軸を制動する制動位置と、前記モータ軸の制動を解除する制動解除位置との間を移動可能なアーマチュアと、前記アーマチュアを前記制動位置へ付勢する付勢手段と、前記モータの起動時には前記ブレーキコイルへブレーキ電流を供給して前記アーマチュアを前記制動解除位置へ移動させ、前記モータの停止時には前記ブレーキ電流の供給を停止する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、前記モータの起動時には、前記アーマチュアを前記制動位置から前記制動解除位置へ移動させる所定の吸引電圧で前記ブレーキコイルへ前記ブレーキ電流を供給し、前記モータの起動後は、前記吸引電圧よりも低い所定の保持電圧で前記ブレーキコイルへ前記ブレーキ電流を供給するモータ用電磁ブレーキであって、
前記通電制御部は、前記ブレーキコイルへ供給される前記ブレーキ電流を検出する電流検出部と、
前記保持電圧の印加中に、前記電流検出部を介して前記アーマチュアの前記制動位置への移動に伴う前記ブレーキ電流の変化を検出する制動検出部と、を有し、
前記通電制御部は、前記制動検出部によって前記ブレーキ電流の変化を検出すると、前記ブレーキコイルに前記吸引電圧で前記ブレーキ電流を供給することを特徴とする。
第１の構成の別の態様は、上記構成において、前記制動検出部は、前記電流検出部で検出される前記ブレーキ電流を微分した値に基づいて前記ブレーキ電流の変化を検出することを特徴とする。
第１の構成の別の態様は、上記構成において、前記制動検出部は、前記微分した値を積分した値に基づいて前記ブレーキ電流の変化を検出することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本開示の第２の構成は、モータであって、第１の構成の何れかに記載のモータ用電磁ブレーキを取り付けてなることを特徴とする。

本開示によれば、通電制御部は、制動検出部によってブレーキ電流の変化を検出すると、ブレーキコイルに吸引電圧でブレーキ電流を供給するので、センサを用いることなく再吸引動作のタイミングを検出でき、安価な構成となる。また、ブレーキ電流が変化した際にのみ再吸引動作を行うため、省エネルギーにも繋がる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、制動検出部は、電流検出部で検出されるブレーキ電流を微分した値に基づいてブレーキ電流の変化を検出するので、アーマチュアが制動位置へ移動する際のブレーキ電流の変化を容易に検出可能となる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、制動検出部は、微分した値を積分した値に基づいてブレーキ電流の変化を検出するので、ブレーキ電流の変化を正確に検出可能となる。

モータ用電磁ブレーキ及びモータの説明図である。 コントローラの構成を示すブロック図である。 ブレーキ電流の変化を示すグラフである。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、モータ用電磁ブレーキ１０（以下、単に「電磁ブレーキ」という。）を備えたモータ１の一例を示す説明図である。まず、モータ１は、筒状のモータフレーム２を備えている。モータフレーム２の内部には、図示しないステータとロータとからなるモータが収容されている。モータフレーム２内でモータの負荷側（横向きで見た図１の右側）には、図示しない減速機構が収容されて、出力軸３をモータフレーム２から突出させている。ロータに設けられたモータ軸４は、減速機構の入力側と噛合している。モータフレーム２の上面には、端子台５が設置されている。
また、モータフレーム２の反負荷側（横向きで見た図１の左側）には、モータブラケット６を介してカバー７が取り付けられている。モータ軸４の端部８は、カバー７内に突出している。電磁ブレーキ１０は、カバー７内でモータブラケット６に取り付けられ、端部８を介してモータ軸４を制動する。

電磁ブレーキ１０は、フィールド１１と、アーマチュア１２と、コイルバネ１３と、アウターディスク１４と、コントローラ１５とを備えている。フィールド１１は、モータブラケット６にボルト１６で固定され、反負荷側にブレーキコイル１７を収容している。ブレーキコイル１７は、端子台５に図示しないリード線で電気的に接続されている。
アーマチュア１２は、ボルト１６に係合して回転を規制された状態で軸方向へ移動可能に支持されている。コイルバネ１３は、アーマチュア１２を反負荷側へ付勢している。

アウターディスク１４は、キー結合により、端部８と一体回転且つ軸方向へ移動可能に設けられている。端部８には、菊座金ナット１８が螺合されて、アウターディスク１４を抜け止めしている。モータブラケット６とアウターディスク１４との間で端部８には、コイルバネ１９が外装されて、アウターディスク１４を、菊座金ナット１８に当接する最外位置に付勢している。アウターディスク１４におけるアーマチュア１２側の面には、ブレーキディスク２０が設けられている。
よって、アーマチュア１２は、最外位置のアウターディスク１４のブレーキディスク２０に当接する制動位置と、ブレーキコイル１７に吸引されてブレーキディスク２０から離間する制動解除位置との間を移動可能で、常態ではコイルバネ１３によって制動位置へ付勢されることになる。

コントローラ１５は、モータ１の外部で端子台５と電気的に接続されている。コントローラ１５は、図２に示すように、電圧制御部２５と、電流検出部２６と、制動検出部２７とを備えてブレーキコイル１７への通電を制御する。
電圧制御部２５は、電源２８から供給される電力を制御して所定の電圧のブレーキ電流をブレーキコイル１７へ供給する。
電流検出部２６は、ブレーキコイル１７へ供給されるブレーキ電流を検出し、検出したブレーキ電流を制動検出部２７へ出力する。

制動検出部２７は、オペアンプ３１と、抵抗３２と、コンデンサ３３とを含む微分回路３０と、コンデンサ４１と、抵抗４２と、コンパレータ４３とを含む積分回路４０とを備えている。すなわち、電流検出部２６から入力されたブレーキ電流をオペアンプ３１で増幅して微分回路３０で微分することで、ブレーキ電流の変化量を求めるものである。これは、図３に示すように、保持電圧によって制動解除位置に吸引されているアーマチュア１２が、外力等によって時間ｔ１で制動位置へ移動を開始すると、ブレーキコイル１７のインダクタンスが減少することでブレーキ電流が急激に増加することから、この増加を微分回路３０で抽出するものである。
そして、抽出された微分値を積分回路４０で積分して、積分値が所定の閾値を超えると、コンパレータ４３からブレーキ電流の変化検知信号として電圧制御部２５へ出力されることになる。

以上の如く構成されたモータ１及び電磁ブレーキ１０において、モータ１の停止状態でのアーマチュア１２は、前述のようにコイルバネ１３の付勢によって制動位置へ移動して、アウターディスク１４のブレーキディスク２０を押圧する。よって、モータ軸４には、アウターディスク１４を介して制動がかけられた状態となる。
ここで電源２８からの給電によってモータ１がＯＮすると、コントローラ１５の電圧制御部２５は、アーマチュア１２を制動解除位置へ移動させる所定の吸引電圧でブレーキコイル１７にブレーキ電流を供給する。すると、ブレーキコイル１７に電磁力による吸引力が発生するため、アーマチュア１２は、コイルバネ１３の付勢に抗して制動解除位置へ移動してブレーキディスク２０から離間する。よって、モータ軸４の制動が解除されたロータが回転し、減速機構を介して出力軸３が減速回転する。

モータ１の起動後、電圧制御部２５は、吸引電圧よりも低い所定の保持電圧でブレーキコイル１７にブレーキ電流を供給する。この保持電圧は、定常電圧でもよいしパルス電圧でもよい。よって、アーマチュア１２の制動解除位置は維持される。
モータ１の駆動中、制動検出部２７では、電流検出部２６から入力されたブレーキ電流を微分回路３０で微分してブレーキ電流の変化量を求め、抽出された微分値を積分回路３５で積分する。アーマチュア１２が制動解除位置で維持されていると、積分値は所定の閾値に達しないため、ブレーキ電流の変化検知信号は出力されない。
一方、外力等によってアーマチュア１２が制動位置側へ移動を開始すると、ブレーキ電流が急増して制動検出部２７から変化検知信号が出力される。すると、電圧制御部２５は、この変化検知信号を受けてブレーキ電流の出力電圧を吸引電圧に戻す。これにより、アーマチュア１２がブレーキコイル１７に再吸引されて制動解除位置にとどまることになる。
モータ１が停止すると、電圧制御部２５は、ブレーキコイル１７へのブレーキ電流の供給を停止する。

このように、上記形態の電磁ブレーキ１０及びモータ１は、モータ１に取り付けられ、ブレーキコイル１７を有するフィールド１１と、モータ１のモータ軸４を制動する制動位置と、モータ軸４の制動を解除する制動解除位置との間を移動可能なアーマチュア１２と、アーマチュア１２を制動位置へ付勢するコイルバネ１３（付勢手段の一例）と、モータ１の起動時にはブレーキコイル１７へブレーキ電流を供給してアーマチュア１２を制動解除位置へ移動させ、モータ１の停止時にはブレーキ電流の供給を停止するコントローラ１５（通電制御部の一例）と、を備える。
また、コントローラ１５は、モータ１の起動時には、アーマチュア１２を制動位置から制動解除位置へ移動させる所定の吸引電圧でブレーキコイル１７へブレーキ電流を供給し、モータ１の起動後は、吸引電圧よりも低い所定の保持電圧でブレーキコイル１７へブレーキ電流を供給する。

そして、コントローラ１５は、ブレーキコイル１７へ供給されるブレーキ電流を検出する電流検出部２６と、保持電圧の印加中に、電流検出部２６を介してアーマチュア１２の制動位置への移動に伴うブレーキ電流の変化を検出する制動検出部２７と、を有し、制動検出部２７によってブレーキ電流の変化を検出すると、ブレーキコイル１７に吸引電圧でブレーキ電流を供給する。
この構成によれば、センサを用いることなく再吸引動作のタイミングを検出でき、安価な構成となる。また、ブレーキ電流が変化した際にのみ再吸引動作を行うため、省エネルギーにも繋がる。

制動検出部２７は、電流検出部２６で検出されるブレーキ電流を微分回路３０で微分した値に基づいてブレーキ電流の変化を検出するので、アーマチュア１２が制動位置へ移動する際のブレーキ電流の変化を容易に検出可能となる。
制動検出部２７は、微分した値を積分回路４０で積分した値に基づいてブレーキ電流の変化を検出するので、ブレーキ電流の変化を正確に検出可能となる。

以下、本開示の変更例について説明する。
制動検出部における微分回路と積分回路とは、上記形態以外の回路構成であってもよい。また、上記形態では、制動検出部に微分回路と積分回路とを設けているが、積分回路をなくして微分回路のみとし、微分回路で抽出したブレーキ電流の変化を電圧制御部に出力させてもよい。
モータの構成も上記形態に限らない。例えば、モータ軸の端部にファンが設けられる構造や、モータフレームがモータの収容部と減速機の収容部とに分割されている構造等、適宜変更可能である。

１・・モータ、２・・モータフレーム、３・・出力軸、４・・モータ軸、５・・端子台、６・・モータブラケット、８・・端部、１０・・モータ用電磁ブレーキ、１１・・フィールド、１２・・アーマチュア、１３，１９・・コイルバネ、１４・・アウターディスク、１５・・コントローラ、１７・・ブレーキコイル、２５・・電圧制御部、２６・・電流検出部、２７・・制動検出部、２８・・電源、３０・・微分回路、４０・・積分回路。

Claims (4)

1. モータに取り付けられ、ブレーキコイルを有するフィールドと、前記モータのモータ軸を制動する制動位置と、前記モータ軸の制動を解除する制動解除位置との間を移動可能なアーマチュアと、前記アーマチュアを前記制動位置へ付勢する付勢手段と、前記モータの起動時には前記ブレーキコイルへブレーキ電流を供給して前記アーマチュアを前記制動解除位置へ移動させ、前記モータの停止時には前記ブレーキ電流の供給を停止する通電制御部と、を備え、
   前記通電制御部は、前記モータの起動時には、前記アーマチュアを前記制動位置から前記制動解除位置へ移動させる所定の吸引電圧で前記ブレーキコイルへ前記ブレーキ電流を供給し、前記モータの起動後は、前記吸引電圧よりも低い所定の保持電圧で前記ブレーキコイルへ前記ブレーキ電流を供給するモータ用電磁ブレーキであって、
   前記通電制御部は、前記ブレーキコイルへ供給される前記ブレーキ電流を検出する電流検出部と、
   前記保持電圧の印加中に、前記電流検出部を介して前記アーマチュアの前記制動位置への移動に伴う前記ブレーキ電流の変化を検出する制動検出部と、を有し、
   前記通電制御部は、前記制動検出部によって前記ブレーキ電流の変化を検出すると、前記ブレーキコイルに前記吸引電圧で前記ブレーキ電流を供給することを特徴とするモータ用電磁ブレーキ。
2. 前記制動検出部は、前記電流検出部で検出される前記ブレーキ電流を微分した値に基づいて前記ブレーキ電流の変化を検出することを特徴とする請求項１に記載のモータ用電磁ブレーキ。
3. 前記制動検出部は、前記微分した値を積分した値に基づいて前記ブレーキ電流の変化を検出することを特徴とする請求項２に記載のモータ用電磁ブレーキ。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のモータ用電磁ブレーキを取り付けてなるモータ。

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