JP2808937B2 - 電磁クラッチおよび電磁ブレ−キのトルク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，起動停止を比較的頻繁
に行う各種機械装置に用いられる，負荷機構装置に所定
の駆動トルクを供給し，または駆動力を有する機構から
所定のブレーキトルクを吸収する電磁クラッチおよび電
磁ブレーキのトルク制御装置に係り，特に，作動開始時
に過励磁電流の供給を可能にして電磁クラッチおよび電
磁ブレーキの機能を有効に発揮するとともに，電磁クラ
ッチおよび電磁ブレーキの作動が相互に干渉する恐れを
なくして，適切なトルクまたはブレーキトルクを精度良
く制御することができる，軽量で損失の少ない電磁クラ
ッチおよび電磁ブレーキのトルク制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】負荷機構装置に所定の駆動トルクを供給
するには制御可能な電磁クラッチが図４に示すように使
用され，駆動力を有する機構から所定のブレーキトルク
を吸収するには制御可能な電磁ブレーキが図５に示すよ
うに使用されている。即ち，図４において，駆動動力源
である，例えば，電動機１からの出力軸ａは電磁クラッ
チ２の入力軸に結合され，電磁クラッチ２の出力軸は所
定の負荷機構３の入力軸ｂに結合されている。なお，電
磁クラッチ２は，交流電源４から供給される交流電力を
所定の大きさの電流に変換する制御機能を備えた電源装
置５から供給される電流によって駆動されている。従っ
て，電源装置５から出力され電磁クラッチ２の励磁コイ
ルに供給される電流値によって，電動機１から負荷機構
３に供給されるトルクが所望する値に制御される。

【０００３】また，図５において，駆動機能をもった機
構装置６の出力軸ｃは電磁ブレーキ７の入力軸に結合さ
れ，電磁ブレーキ７の固定軸は固定部９の軸部ｄに結合
されている。上述した電磁ブレーキは交流電源４から供
給される交流電力を所定の大きさの電流に変換する制御
機能を備えた電源装置５から供給される電流によって所
望されるブレーキトルクを吸収するように駆動されてい
る。従って，電源装置５から出力され電磁ブレーキ７の
励磁コイルに供給される電流値によって，駆動機能をも
った機構装置６の出力軸から吸収されるブレーキトルク
は所望する値に制御される。上述のような電磁クラッチ
又は電磁ブレーキ（以下電磁クラッチ又はブレーキと略
称する）の起動時にその電磁クラッチ又はブレーキの立
ち上がり速度を速めるにはこの電磁クラッチ又はブレー
キに過励磁電流を流すようにしている。

【０００４】従来の，上述のように電磁クラッチ又はブ
レーキの立ち上がり速度を速めるためにその電磁クラッ
チ又はブレーキに過励磁電流を流すようにした制御機能
を備えた電源装置（以下制御装置と略称する）５は，例
えば，図７に示すように構成されている。即ち，図７に
おいて，交流電源４から供給される交流電力，即ち交流
電圧は電源トランス４０によって所定の電圧に変換さ
れ，さらに，整流回路４１と濾波用コンデンサ４２によ
って，例えば，９０ボルトの直流電圧に変換される。こ
の直流電圧は制御装置４５からの指令信号によって制御
されるスイッチ用トランジスタ４３の導通時に電磁クラ
ッチ又はブレーキ８の励磁コイルに供給される。また，
交流電源４から供給される交流電力，即ち交流電圧は電
源トランス５０によって所定の電圧に変換され，さら
に，整流回路５１と濾波用コンデンサ５２によって，例
えば，２４ボルトの直流電圧に変換される。この直流電
圧は制御装置４５からの指令信号によって制御されるス
イッチ用トランジスタ５３の導通時に電磁クラッチ又は
ブレーキ８の励磁コイルに供給される。この電磁クラッ
チ又はブレーキ８の起動時には，スイッチ用トランジス
タ４３を導通にして電磁クラッチ又はブレーキ８に９０
ボルトの電圧をかける。従ってその電磁クラッチ又はブ
レーキの励磁コイルには過電流が流れて急速に作動す
る。電磁クラッチ又はブレーキ８の動作が立ち上がった
後は過度に電流が流れて電磁クラッチ又はブレーキ８が
焼損したり寿命が短くならないように，スイッチ用トラ
ンジスタ４３を非導通にし，トランジスタ５３を導通に
して電磁クラッチ又はブレーキ８への印加電圧を９０ボ
ルトから２４ボルトに切換える。従って，この電磁クラ
ッチ又はブレーキは所望の動作を実行する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上述したよ
うな，電磁クラッチ又はブレーキの制御装置によると，
この電磁クラッチ又はブレーキに供給するための２種類
の電源を設ける必要があるために，２個の電源トランス
４０，５０の寸法が大きく重量が重い。また，電磁クラ
ッチ又はブレーキに供給すべき電圧は２種類の切換がで
きるが，その電圧を調整することはできない。また，負
荷機構装置の条件によっては図６に示すように，電磁ク
ラッチおよび電磁ブレーキの両者を装着するのが効果的
である場合がある。即ち，図６においては，駆動動力源
である，例えば，電動機１からの出力軸ａは電磁クラッ
チ２の入力軸に結合され，電磁クラッチ２の出力軸は所
定の負荷機構３の入力軸ｂに結合されている。上述した
電磁クラッチ３は，交流電源４から供給される交流電力
を所定の大きさの電流に変換する制御機能を備えた電源
装置５ａから供給される電流によって駆動されている。
また，負荷機構３の出力軸ｃは電磁ブレーキ７の入力軸
に結合され，電磁ブレーキ７の固定軸は固定部９の軸部
ｄに結合されている。上述した電磁ブレーキは交流電源
４から供給される交流電力を所定の大きさの電流に変換
する制御機能を備えた電源装置５ｂから供給される電流
によって所望されるブレーキトルクを吸収するように駆
動されている。上述のような構成の場合には，この電磁
クラッチおよび電磁ブレーキの作動を高速に所望される
タイミングに対して相互に干渉することなく，しかも遅
れなく制御することは困難であった。本発明は上記従来
の問題点に対処するために，下記に記す機能を備えた電
磁クラッチおよび電磁ブレーキのトルク制御装置を提供
することを目的としている。 その最大能力を効果的に発揮させることができるとと
もに重量が軽くて電力損失が少ない。 立ち上がり時間が短い。 電磁クラッチ又はブレーキの機能停止操作に対する遅
れがあっても，その影響がない。 １０アンペア程度の電流を流す通常の大型の電磁クラ
ッチ又はブレーキに最適なトルク制御装置を得る。 電磁クラッチ又はブレーキに所望するトルク値が精度
良く容易な手段で得られる。 電磁クラッチ又はブレーキの優れた起動特性を得る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に基づく電磁クラッチ又は電磁ブレーキのトル
ク制御装置は， 基本機能として下記(1)〜(7)に記載のように構成した
電磁クラッチおよび，又は，電磁ブレーキのトルク制御
装置において，(8)以降に記載のような機能を実行する
ようにした。 (1)交流電力を直流電力に変換する第１の整流回路と (2)上記の直流電力を所定のパルス列に変換するブリッ
ジタイプスイッチング回路と， (3)上記のパルス列を整流してこの電磁クラッチ又は電
磁ブレーキに供給する第２の整流回路と， (4)電磁クラッチ又は電磁ブレーキに電圧又は電流を供
給するタイミングをこの電磁クラッチ，電磁ブレーキの
双方又は一方を含む装置の稼動状況に対応して予め設定
された条件に従って作成指令し，対象とする電磁クラッ
チによって伝達する駆動トルク，電磁ブレーキの双方又
は一方によって吸収するブレーキトルクを規定する，こ
の電磁クラッチ又は電磁ブレーキに供給する電圧値又は
電流値を予め設定された条件に従って作成指令する制御
回路と， (5)上記制御回路の制御条件を所望する条件に設定する
設定手段と， (6)上記の設定手段により設定された対象とする電磁ク
ラッチ又は電磁ブレーキに供給する電圧値又は電流値に
対応して所定の条件に従った周期とデューティ比を有す
るパルス列を作成するパルス列作成回路と， (7)対象とする電磁クラッチおよび，又は，電磁ブレー
キに供給する電圧又は電流を上記の制御回路からの指令
によって入り切りする手段と， (8)この電磁クラッチ又は電磁ブレーキへの印加電圧又
は流れる電流を検出する手段と， (9)を備え， (10)上記のパルス列作成回路により作成したパルス列に
よって前記スイッチング回路を作動するとともに， (11)上記の検出手段によって検出した電圧値又は電流値
と前記制御回路で作成指令した電圧値又は電流値とを比
較し， (12)上記の比較結果得られた偏差値に基づいてこの偏差
値を零にするように上記のパルス列作成回路によって得
られるパルス列のデューティ比を補正するとともに， (13)この電磁クラッチおよび，又は，電磁ブレーキに供
給する電圧又は電流の入り切りを上記の制御装置からの
指令によって実行することによって，この電磁クラッチ
により伝達する駆動トルク又は電磁ブレーキにより吸収
するブレーキトルクを前記の設定手段により設定した条
件の各タイミングとトルク値に維持するように構成し
た。 さらに，下記の機能を採用するのが効果的である。各丸
数字は，上記の［発明が解決しようとする課題］に記載
の丸数字及び［特許請求の範囲］の各請求項の番号にも
対応している。 立ち上がり時間を短かくするためには，作動開始時に
所定時間過励磁電流を供給するようにするのが良い。 電磁クラッチ又は電磁ブレーキの機能停止操作に対す
るる遅れがあっても，その影響をなくすためには，電磁
クラッチ又は電磁ブレーキの作動終了時に所定時間励磁
電流供給を停止するようにするのが良い。 １０アンペア程度の電流を流す通常の大型電磁クラッ
チやブレーキに最適なトルク制御装置を得るために，ブ
リッジタイプのスイッチング回路にはハーフブリッジタ
イプを使用するようにするのが良い。 電磁クラッチやブレーキに所望するトルク値が精度良
く容易な手段で得られるようにするには，スイッチング
回路を作動するパルス列作成回路にはＰＷＭ回路を使用
するのが良い。 電磁クラッチ又はブレーキの優れた起動特性を得るた
めには，交流電力を直流電力に変換する整流回路に，少
なくとも２種類以上の異なった直流電圧を出力できるよ
うにするのが良い。

【０００７】

【作用】上述したように構成したので，次のような作用
を発揮できる。 (1)ブリッジタイプのスイッチング回路を，電磁クラッ
チ又は電磁ブレーキに所定の電流を流すタイミングをそ
れぞれ所定の設定信号によって作動するようにし，この
スイッチ動作によって直流から変換されるパルス列の周
期及びデューティ比を適切に設定することによって電磁
クラッチ又は電磁ブレーキに供給すべき電圧の実効値又
は電流の実効値（以下実効値の記述を省略する）を自由
に制御することができる。 (2)従って，電磁クラッチ又は電磁ブレーキの起動時に
所定時間過励磁電流が流れるようにする等の手段によっ
て電磁クラッチが伝達すべき所望の大きさをもつトル
ク，又は，電磁ブレーキが吸収すべきブレーキトルクを
自由に制御することができる。 (3)電磁クラッチ又は電磁ブレーキに印加される電圧値
又は流れる電流値を検出して設定信号と比較し，スイッ
チング回路の制御を補正するようにしたので，予めこの
電磁クラッチ又は電磁ブレーキの特性に対応して定まる
電圧値又は電流値を示す設定信号が電磁クラッチが伝達
すべきトルク，又は，電磁ブレーキが吸収すべきブレー
キトルクを示すように設定しておくことによって，電磁
クラッチが伝達すべきトルク，又は，電磁ブレーキが吸
収すべきブレーキトルクを自由に制御することができ
る。 (4)本発明に基づく電磁クラッチおよび電磁ブレーキの
トルク制御装置は上述したようにスイッチングによって
所望するトルクを得るようにしたので，回路周波数を高
周波にできるのでトランスが軽量小型になる。 さらに，夫々下記の機能を採用することによって下記の
作用が得られる。各丸数字は上記の［発明が解決しよう
とする課題］に記載の丸数字に対応している。 起動時に所定時間過励磁電流を供給するようにすると
起動特性が向上し，この過励磁電流が長時間流れて電磁
クラッチや電磁ブレーキを焼損したり劣化させたりする
ことはない。 電磁クラッチ又は電磁ブレーキの作動終了時に所定時
間励磁電流供給を停止するようにすると，電磁クラッチ
および電磁ブレーキの作動は相互に影響しあうことがな
いようにインタロックが可能である。また，回路を非導
通にすることによって発生する過電圧によって半導体等
が破損したりノイズによって誤動作する恐れがない。 ブリッジタイプのスイッチング回路にハーフブリッジ
タイプを使用することによって，１０アンペア程度の電
流を流す通常の大型電磁クラッチやブレーキに最適なト
ルク制御装置を得られる。 スイッチング回路を作動するパルス列作成回路にＰＷ
Ｍ回路を使用することによって，スイッチング回路を作
動するパルス列が，対象とする電磁クラッチやブレーキ
の所望するトルク値に対応して精度良く容易に得られ
る。 交流電力を直流電力に変換する整流回路を少なくとも
２種類以上の異なった直流電圧が出力できるようにした
場合は，過励磁用電流を効果的に作成できる。また，逆
に，この電磁クラッチおよび電磁ブレーキのトルク制御
装置を異なった交流電圧が供給されているどちらの場所
でも使用することが可能になる。

【０００８】

【実施例】次に，本発明に基づく電磁クラッチおよび電
磁ブレーキのトルク制御装置について，図６によって問
題にした電磁クラッチおよび電磁ブレーキを含めて構成
した装置に適用した実施例を図１，図２，図３によって
説明する。図１には，電磁クラッチおよび電磁ブレーキ
のトルク制御装置の一実施例における回路構成を示し，
図２には，この発明を適用するに適した，電磁クラッチ
又は電磁ブレーキの一種である電磁パウダクラッチ又は
電磁パウダブレーキを示している。また，図３には，本
発明に基づく作動時におけるタイミング例を示してい
る。電磁パウダクラッチおよび電磁パウダブレーキの基
本構造は共通に説明できるので，以下の説明では，電磁
パウダークラッチ又は電磁パウダーブレーキと記載すべ
きところを，簡単のため，随時，電磁パウダクラッチ，
ブレーキと略記することにする。電磁パウダクラッチ，
ブレーキの構造には各種のものがあるが，図２は電磁パ
ウダクラッチ，ブレーキの一種について，その基本構造
の直径部の回転軸にそった断面を象徴的に示したもので
ある。

【０００９】図２において８は電磁パウダクラッチ，ブ
レーキであって，ドーナッツ状の固定された励磁コア８
１の内部に励磁コイル８２が設けられている。８３は上
記励磁コイルに面した箇所の一部を残して磁性材により
構成されたシリンダであって入力軸８４に結合してい
る。また，８５は被動ローラであって出力軸８６に結合
している。上記シリンダ８３と被動ローラ８５との間の
空間８７には磁性パウダ（図示せず）が封入されてい
る。上述した構造の電磁パウダクラッチ，ブレーキ８の
入力軸８４が，図６に示すように，電磁パウダクラッチ
２として駆動動力源１の出力軸ａに結合され，電磁パウ
ダクラッチ２の出力軸（図２における符号８６）が負荷
機構３の入力軸ｂに結合された状態において，図２に示
す，励磁コイル８２に励磁電流が供給されていない状態
においては，入力軸８４に結合したシリンダ８３は駆動
動力源１によって回転するので，空間８７に封入した図
示しない磁性パウダはシリンダ８３の回転に伴う遠心力
によって空間８７内のシリンダ８３壁に沿ってシリンダ
８３の回転に従い回転する。シリンダ８３と被動ローラ
８５との間に結合機能が存在しないので，被動ローラ８
５には回転力が伝達されず出力軸８６は回転しない，従
って，駆動動力源１の回転トルクは負荷機構３には伝達
されない。上述の状態で励磁コイルに所定の大きさの電
流を流すと，この電流によって発生する磁束φが図２に
示すように，励磁コア８１，シリンダ８３，被動ローラ
８５，シリンダ８３，励磁コア８１を還流する。従っ
て，空間８７に封入した図示しない磁性パウダは，この
磁束φの吸引力によってＰ部に吸着される。そのため
に，被動ローラ８５はＰ部の磁性パウダを介した吸着力
によりシリンダ８３の回転に従って回転する。上述した
吸着力は励磁コイル８２を流れる電流値によって変化す
る。従って，図６に示す電磁パウダクラッチ２によって
伝達されるトルクは励磁コイル８２に供給される電流に
よって制御される。

【００１０】上述した構造の電磁パウダクラッチ，ブレ
ーキ８の入力軸８４が図６に示すように，電磁パウダブ
レーキ７として負荷機構３の出力軸ｃに結合され，電磁
パウダブレーキ７の出力軸（図２における符号８６）が
固定部９の結合軸ｄに結合された状態において，図２に
示す励磁コイル８２に励磁電流が供給されていない状態
においては，入力軸８４に結合したシリンダ８３が駆動
機能をもった機構装置６によって回転するので，空間８
７に封入した図示しない磁性パウダはシリンダ８３の回
転に伴う遠心力によって，空間８７内のシリンダ８３壁
に沿ってシリンダ８３の回転に従い回転する。シリンダ
８３と被動ローラ８５との間に結合機能が存在しないの
で，出力軸８６が固定されていてもこの電磁パウダクラ
ッチ，ブレーキ８はブレーキとしては機能しない。上述
の状態で励磁コイルに所定の大きさの電流を流すと，こ
の電流によって発生する磁束φが図２に示すように，励
磁コア８１，シリンダ８３，被動ローラ８５，シリンダ
８３，励磁コア８１を還流する。従って，空間８７に封
入した図示しない磁性パウダは，この磁束φの吸引力に
よってＰ部に吸着される。そのために，Ｐ部の磁性パウ
ダを介した吸着力によって固定部９に結合された被動ロ
ーラ８５はシリンダ８３に対してブレーキとして機能す
る。上述した吸着力は励磁コイル８２を流れる電流値に
よって変化する。従って，図６に示す電磁パウダブレー
キ７によって吸収されるブレーキトルクは励磁コイル８
２に供給される電流によって制御される。

【００１１】次に，図１によって，図６について上述し
た，電磁パウダクラッチと電磁パウダーブレーキを複合
した制御に適用した本発明に基づく電磁パウダークラッ
チおよび電磁パウダーブレーキのトルク制御装置の一実
施例の詳細を説明する。図１は本発明を説明するために
主要構成要素を簡略化して示したものであって，電源回
路やグランド回路等詳細要素部品や配線の図示は省略し
ている。また，スナバ回路等，素子の保護やノイズ消去
用の回路，および，回路の安定や効率を向上させるため
の補助回路等の図示は省略している。また，従来の実施
例で示した各図との共通要素回路部品の符号は共通に用
いている。図１において，符号４は交流電源母線から供
給される交流電源であって，この交流電源から供給され
る交流電力は，スイッチ回路１１を備えた，ブリッジタ
イプの整流回路と倍電圧整流回路とを切換可能にした第
１の整流回路１０によってプラス電源母線ｅとマイナス
電源母線ｆとの間に供給される直流に変換される。この
直流は，スイッチング回路１２によって詳細を後述する
所定のパルス列に変換される。スイッチング回路１２で
変換されたパルス列は，第２の整流回路１３により直流
になって電磁パウダクラッチ２，又は，電磁パウダブレ
ーキ７に供給される。上記スイッチング回路１２はパル
ス列作成回路１５，例えば，ＰＷＭ回路（以下ＰＷＭ回
路と称す）で作成される所定の周期とデューティ比を有
するパルス列によって作動されている。また，スイッチ
ング回路１２は，コンデンサ２１，２２とスイッチング
トランジスタ２３，２４によって構成されるハーフブリ
ッジタイプのスイッチング回路である。前記ＰＷＭ回路
１５で作成される所定の周期とデューティ比を有するパ
ルス列によりオンオフされる第１の駆動トランジスタ２
６は，直流電源２５から供給される電圧，例えばプラス
１５ボルトを断続し，第１の駆動トランス２８を介して
上記第１のスイッチングトランジスタ２３のベースを駆
動する。第１の駆動トランス２８の１次側巻線は，ま
た，第１のダイオード２７によって設地されている。ま
た，ＰＷＭ回路１５で作成される所定の周期とデューテ
ィ比を有するパルス列によりオンオフされる第２の駆動
トランジスタ２９は，前述した直流電源２５から供給さ
れる電圧を第１の駆動トランジスタ２６とは異なったタ
イミングで断続し，第２の駆動トランス３１を介して第
２のスイッチングトランジスタ２４のベースを駆動す
る。第２の駆動トランス３１の１次側巻線は，また，第
２のダイオード３０によって接地されている。

【００１２】プラス・マイナス電源母線ｅ，ｆ間に接続
されるブリッジ回路を構成するコンデンサ２１と２２と
の接続点とスイッチングトランジスタ２３と２４との接
続点の間には，スイッチングトランス３２の１次側巻線
３２ａが接続されている。スイッチングトランジスタ２
３と２４がそれぞれ駆動されると，前述したプラス電源
母線ｅとマイナス電源母線ｆとの間に電流が，スイッチ
ングトランス３２の１次側巻線３２ａを方向を変換し断
続して流れる。従って，スイッチングトランス３２の２
次側巻線３２ｂからは，その巻数比に従ったレベルで両
方向のパルス電流が出力される。第２の整流回路１３に
おいては，スイッチングトランス３２のセンタタップタ
イプの２次側巻線３２ｂ出力を，１対の整流用ダイオー
ド３３と３４によって両波整流して電磁パウダクラッチ
２又は電磁パウダブレーキ７に供給する。上記電流は電
磁パウダクラッチ２に直列に接続された第１のスイッチ
トランジスタ３５，又は，電磁パウダブレーキ７に直列
に接続された第２のスイッチトランジスタ３６の導通か
非導通かによって定まり，第１のスイッチトランジスタ
３５と第２のスイッチトランジスタ３６は詳細を後述す
る制御回路１６からの制御信号によって制御される。電
磁パウダクラッチ２又は電磁パウダブレーキ７に流れる
電流は，直列に接続された電磁パウダクラッチ，ブレー
キの電流検出用の抵抗器３７によって検出されて前記Ｐ
ＷＭ回路１５に供給される。ＰＷＭ回路１５には，ま
た，電磁パウダクラッチ２又は電磁パウダブレーキ７そ
れぞれの励磁コイル（図２に示した符号８２）に供給す
べき電流のタイミングと大きさ，即ち，ＰＷＭ回路１５
がパルス列を出力するタイミングとそのパルス列のデュ
ーティ比と，必要によってはパルス列の周期を制御する
信号が制御回路１６から入力される。上記制御回路１６
がその回路に備えた，上述した機能を実現するための作
動条件は設定手段である操作パネル１７によって設定さ
れ，この，電磁パウダクラッチ２と電磁パウダブレーキ
７を備えた機械装置のための上位の制御装置（図示せ
ず）から出力される制御信号１８によって順次制御され
る。上記操作パネル１７に入力する作動トルク設定値
は，当該電磁パウダクラッチ２と電磁パウダブレーキ７
それぞれの有する励磁電流対作動トルク特性，スイッチ
ング回路１２の特性，及び，前記電磁パウダクラッチ，
ブレーキ電流検出用の抵抗器３５によって検出される電
磁パウダクラッチ，ブレーキの電流を示す信号値等に対
応した適切な電流指令値として設定されている。 上記
操作パネル１７に入力する，電磁パウダクラッチ又は電
磁パウダブレーキの上述した作動タイミングを定めるタ
イミング設定値は，当該電磁パウダクラッチ２と電磁パ
ウダブレーキ７それぞれの有する起動時における立ち上
がり特性，電磁パウダクラッチ２又は電磁パウダブレー
キ７の作動停止時における，当該電磁パウダクラッチ２
又は電磁パウダブレーキ７を含む回路それぞれの蓄積エ
ネエルギ吸収時間，即ち，回路電流が所定の値まで減衰
するまでの時間特性等に対応して定まる適切なタイミン
グ指令値として設定されている。

【００１３】次に上述した回路構成の動作作用を説明す
る。電磁クラッチ２と電磁ブレーキ７の主要な作動条件
はこの電磁クラッチ２と電磁ブレーキ７が上位の機械装
置に組み込まれた時に計測確認して設定手段として設け
られた操作パネル１７から設定入力される。即ち，電磁
パウダクラッチ２の伝達トルク値，電磁パウダブレーキ
７の吸収すべきブレーキトルク値によって定まるそれぞ
れの励磁電流値，電磁パウダクラッチ２の起動時に供給
すべき過励磁電流値と必要過励磁時間，および，スイッ
チング回路１２からの電力供給を停止してから，電磁パ
ウダクラッチ２の回路を環流する電流が，スイッチトラ
ンジスタ３５の導通を遮断しても蓄積されたエネルギに
よリ発生するパルス電圧が安全な値になるまでの時間，
および，電磁パウダブレーキ７の起動時に供給すべき過
励磁電流値と必要な過励磁時間，および，スイッチング
回路１２からの電力供給を停止してから，電磁パウダブ
レーキ７の回路を環流する電流が，スイッチトランジス
タ３６の導通を遮断しても蓄積されたエネルギによリ発
生するパルス電圧が安全な値になるまでの時間等を設定
する。上述した設定励磁電流値の大きさに比例してパル
ス幅が変化する，即ち，この電流指令値に対応して予め
設定された周期とデューティ比を有するパルス列がＰＷ
Ｍ回路１５で作成される。このパルス列のパルスが第１
の駆動トランジスタ２６に入力してオンすると，オンし
た第１の駆動トランジスタ２６は直流電源２５から第１
の駆動トランス２８の１次側巻線に電流を流し，この第
１の駆動トランス２８を介して第１のスイッチングトラ
ンジスタ２３のゲートを駆動してオンさせる。また，制
御回路１６はスイッチ回路１１に制御信号を出して整流
回路を倍電圧整流回路にし，プラス電源母線ｅの電圧を
高める。第１のスイッチングトランジスタ２３がオンす
ると，プラス電源母線ｅからこの第１のスイッチングト
ランジスタ２３，スイッチングトランス３２の一次側巻
線３２ａ，第２のコンデンサ２２を通ってマイナス電源
母線ｆに電流が流れる。このパルスが切れると第１の駆
動トランジスタ２６がオフされ，第１のスイッチングト
ランジスタ２３がオンの間にその駆動回路に蓄積された
エネルギが第１のダイオード２７によって速やかに回収
される。前記第１の駆動トランジスタ２６がオフになっ
た後，ＰＷＭ回路１５は次に第２の駆動トランジスタ２
９にパルスを入力してこの第２の駆動トランジスタ２９
をオンする。従って，前述と同様の働きによって，第２
のスイッチングトランジスタ２４がオンする。第２のス
イッチングトランジスタ２４がオンするとプラス電源母
線ｅから第１のコンデンサ２１，スイッチングトランス
３２の１次側巻線３２ａ，第２のスイッチングトランジ
スタ２４を通ってマイナス電源母線ｆに電流が流れる。
このパルスが切れると第２の駆動トランジスタ２９がオ
フされ，第２のスイッチングトランジスタ２４がオンの
間にその駆動回路に蓄積されたエネルギが第２のダイオ
ード３０によって速やかに回収される。以後上述の動作
が繰返えされる。従って，上記パルス列によってスイッ
チングトランス３２には方向を交互に電流を流しパルス
電力としてこのスイッチングトランス３２の２次側巻線
３２ｂに伝達する。スイッチングトランス３２の２次側
巻線３２ｂに出力したパルス電力は整流用ダイオード３
３，３４によって両波整流される。上述の過程におい
て，制御回路１６からの信号によってスイッチトランジ
スタ３５が導通状態にあると，整流用ダイオード３３，
３４によって両波整流された電流が，電磁パウダクラッ
チ２の励磁コイルに流れて電磁パウダクラッチ２を急速
に作動する。制御回路１６からの信号によってスイッチ
トランジスタ３６が導通状態にあると，整流用ダイオー
ド３３，３４によって両波整流された電流が，電磁パウ
ダブレーキ７の励磁コイルに流れて電磁パウダブレーキ
７を急速に作動する。上記した電磁パウダクラッチ２ま
たは電磁パウダブレーキ７を流れる電流はこの回路に直
列に接続した抵抗器３７を流れるので，この抵抗器３７
の両端に発生する電圧，即ち，電磁パウダクラッチ２ま
たは電磁パウダブレーキ７を流れる電流に比例した値の
電圧がＰＷＭ回路１５に入力する。ＰＷＭ回路１５にお
いては，設定手段としての設定パネル１７で設定したト
ルク値に対応し制御回路１６から入力される電流指令値
とこの抵抗器３７で検出した電磁パウダクラッチ２また
は電磁パウダブレーキ７を流れる電流値を示す電圧とを
比較し，その偏差値に従い予め設定した条件によって，
この偏差が零になるように前述したこのＰＷＭ回路から
出力するパルス列のパルス幅を自動的に変化させる。従
って，電磁パウダクラッチ２または電磁パウダブレーキ
７は図１に示す回路によって，設定手段１７で設定した
トルクを精度良く伝達し，または，設定手段１７で設定
したブレーキトルクを精度良く吸収する。制御回路１６
は予め設定した過励磁時間が経過すると，スイッチ回路
１１を制御して整流回路をブリッジタイプの整流回路に
切換えるとともにＰＷＭ回路への信号を予め設定された
指令内容に従い変換して電磁パウダクラッチ２または電
磁パウダブレーキ７に出力する制御電圧または電流を所
望のトルクを発生するようにする。上述した回路の働き
によって，前記パルス列の各パルス幅が広い場合，即
ち，ＰＷＭの変調度が大なる場合には電磁パウダクラッ
チ２または電磁パウダブレーキ７に流れる電流が大にな
る。逆に，パルス列の各パルス幅が狭い場合，即ち，Ｐ
ＷＭの変調度が小なる場合には電磁パウダクラッチ２ま
たは電磁パウダブレーキ７に流れる電流が小になる。即
ち，前記パルス列のデユーティ比が大なるときは電磁パ
ウダクラッチ２または電磁パウダブレーキ７に流れる電
流が大であり，パルス列のデユーティ比が小なるときは
電磁パウダクラッチ２または電磁パウダブレーキ７に流
れる電流が小になる。前述したように，電磁パウダクラ
ッチ２に流れる電流が大であると，伝達するトルクが大
であり，電磁パウダブレーキ７に吸収するブレーキトル
クが大である。また，逆に，電磁パウダクラッチ２に流
れる電流が小であると，伝達するトルクが小であり，電
磁パウダブレーキ７に吸収するブレーキトルクが小であ
る。従って，前記設定パネル１７によって設定した所望
するトルク値に対応した電流が電磁パウダクラッチ２ま
たは電磁パウダブレーキ７に流れ，電磁パウダクラッチ
２においては所望するトルクが伝達され，電磁パウダブ
レーキ７においては所望するブレーキトルクが吸収され
る。

【００１４】次に，図３をも参照してこの制御装置の働
きと作用をより詳細に説明する。図３は，電磁パウダク
ラッチ２と電磁パウダブレーキ７の作動指令に伴う時間
推移と対応する作動状況を示したものであって，縦軸の
上側にはクラッチ，下側にはブレーキの作動状況を時間
推移を示す横軸に対応させている。但し，図面サイズに
対応する説明の便宜上時間推移軸の時間割合と縦軸に示
すレベル割合は正しいものではない。制御信号１８が電
磁パウダクラッチ２の起動指令をタイミングｔ１におい
て制御回路１６に入力すると，制御回路１６は，スイッ
チ回路１１に切換信号を送ることによって第１の整流回
路１０から出力する電圧を高めるとともにこの出力電圧
に対応してＰＷＭ回路１５に予め設定された過励磁電流
Ｉｃ１を指令する設定値を入力する。また，制御回路１
６はスイッチトランジスタ３５に作動信号を出力する。
従って，電磁パウダクラッチ２の励磁コイルには指令さ
れた過励磁電流が流れるので，この電磁パウダクラッチ
２は速やかに立ち上がって作動を始め，駆動動力源１か
ら所定のトルクを負荷機構３に伝達をはじめる。制御回
路１６は過励磁電流Ｉｃ１を指定する設定値を出力し，
予め設定された所定時間経過してタイミングｔ２になる
と，スイッチ回路１１に第１の整流回路１０からの出力
電圧を低めるように切換信号を送るとともに,第１の整
流回路１０から出力する電圧に対応してＰＷＭ回路１５
に予め設定された励磁電流Ｉｃ２を指令する設定値を過
励磁電流Ｉｃ１を指令する設定値にかえて入力する。従
って，電磁パウダクラッチ２の励磁コイルには指令され
た作動電流が流れるので，電磁パウダクラッチ２は，駆
動動力源１から所定のトルクを負荷機構３に伝達し続け
る。制御信号１８が電磁パウダクラッチ２の作動にかえ
て電磁パウダブレーキ７の起動指令をタイミングｔ３に
おいて制御回路１６に入力すると，制御回路１６は，Ｐ
ＷＭ回路１５に対する入力信号を停止する。従って，電
磁パウダクラッチ２の励磁コイルには電流が流れなくな
るので，電磁パウダクラッチ２に蓄積されたエネルギが
スイッチトランス３２の２次側巻線３２ｂを通って環流
し，回路抵抗によってエネルギは速やかに減衰する。制
御回路１６はＰＷＭ回路１５に対する入力信号を停止し
てから予め設定された所定時間経過してタイミングｔ４
になると，スイッチトランジスタ３５に出していた作動
信号を停止してかわりにスイッチトランジスタ３６に作
動信号を出力する。また，制御回路１６は，スイッチ回
路１１に切換信号を送ることによって第１の整流回路１
０から出力する電圧を高めるとともにこの出力電圧に対
応して過励磁電流Ｉｂ１を指令する設定値を出力する。
従って，電磁パウダブレーキ７の励磁コイルには指令さ
れた過励磁電流が流れるので，この電磁パウダブレーキ
７は速やかに立ち上がって作動を始め，所定のブレーキ
トルクを負荷機構３から吸収し始める。さらに，予め設
定された所定時間経過してタイミングｔ５になると，制
御回路１６は，スイッチ回路１１に第１の整流回路１０
からの出力電圧を低めるように切換信号を送るととも
に，ＰＷＭ回路１５に予め設定された励磁電流Ｉｂ２を
指令する設定値を過励磁電流Ｉｂ１を指令する設定値に
かえて入力する。従って，電磁パウダブレーキ７の励磁
コイルには指令された作動電流が流れるので，電磁パウ
ダブレーキ７は，所定のブレーキトルクを負荷機構３か
ら吸収し続ける。以下，制御信号１８の指令に従って，
繰り返し作動する。上述の説明では，タイミングｔ１に
おいては，スイッチ１１への切換信号およびＰＷＭ回路
１５とスイッチトランジスタ３５に同時に作動信号を出
力し，タイミングｔ４においては，スイッチトランジス
タ３５への作動信号の停止およびスイッチトランジスタ
３６とスイッチ１１への切換信号およびＰＷＭ回路１５
への作動信号の出力を同時に行うように説明したが，こ
の電磁パウダクラッチおよび電磁パウダブレーキの電気
的特性及び回路条件に対応して，適切に個別に作動信号
を出しまた停止するようにすることや，その他任意のタ
イミングとレベルで電磁パウダクラッチ２または電磁パ
ウダブレーキ７を作動させることも，予め操作パネルか
ら設定しておくか，適切な制御信号を入力することによ
って可能である。過励磁のためにスイッチ１１による切
換操作によって第１の整流回路１０からの出力直流電圧
を高めるように説明したが，過励磁の必要レベルとこの
スイッチング回路の特性に対応して，この切換操作を除
いて整流回路１０から出力される直流電圧を変化しない
ようにして一定にしても良い。また，タイミングｔ２に
おいて，スイッチ１１の切換えとＰＷＭ回路から出力す
るパルス列の変更を同時に行うように説明したが，各回
路の特性に対応して，スイッチ１１の切換を早く行う
等，両者の切換えタイミングを異ならせることも予め設
定しておくか制御信号を入力することによって可能であ
る。上述し第１の整流回路１０はブリッジタイプと倍電
圧整流回路とを設けるように説明したが，フルブリッジ
タイプとハーフブリッジタイプを設ける等任意の整流回
路を設けてもよい。また，２種類以上の電圧が出力でき
るように２種類以上の整流回路を設け，整流回路の種類
の数や必要条件に対応してスイッチ１１を構成するよう
にしても良い。また，異なった直流電圧を出力できるよ
うに構成した第１の整流回路１０はスイッチ回路１１を
除いて，例えば，２００ボルトの交流電源線路に接続す
る場合と１００ボルトの交流電源線路に接続する場合等
異なった交流電源に対応できるようにすることができ
る。

【００１５】上述の説明は本発明についての各実施例そ
れぞれの基本構成と基本実施方法について説明したもの
である。即ち，［発明が解決しようとする課題］に対応
して記載した ［課題を解決するための手段］に記載
し，さらに［特許請求の範囲］の各請求項の番号に対応
させた，丸数字に記載した各機能を総合するとともに，
幾つかの変化の可能性を付記したものであって，その他
応用改変することが可能である。例えば，上述の説明で
は 電磁クラッチ又は電磁ブレーキとして電磁パウダク
ラッチ又は電磁パウダブレーキを対象とした場合につい
て説明したが，供給する電流又は電圧によって伝達する
トルク又は吸収すべきブレーキトルクが制御できるもの
であれば，どのようなクラッチ又はブレーキにも適用で
きる。また，上述の説明ではスイッチング回路がハーフ
ブリッジタイプの場合について説明したが，電磁クラッ
チ又は電磁ブレーキに供給すべき電流が１０アンペア程
度の場合には上述したハーフブリッジ回路が適している
が，電磁クラッチ又は電磁ブレーキに供給すべき電流が
より大なる場合にはコンデンサ２１，２２をスイッチン
グトランジスタに換えたフルブリッジタイプを用いても
よい。また，各スイッチング素子等の能動素子をトラン
ジスタとして説明したが，ＦＥＴ等その他のスイッチン
グ素子を用いてもよく，スイッチング素子の駆動回路も
上述した以外の回路構成を用いても良いことは勿論であ
る。また，スイッチング用のパルス列作成をＰＷＭ回路
によって行うように説明したが，所定の設定値に対応し
てパルス列のデューティ比を変化させるその他の手段を
用いても良く，また，パルス周期を含めて変化させるよ
うにしても良い。

【００１６】また，第１の整流回路や，第２の整流回路
の後には濾波用の回路部品を記していないが，濾波機能
は使用する電磁クラッチ又は電磁ブレーキその他この回
路の条件に従って適切に構成すれば良い。また，電磁パ
ウダクラッチ，ブレーキを流れる電流値を検出するのに
回路に直列に挿入した抵抗器を使用するように説明した
が，ＣＴ（計器用変流器）を用いても良い。また，設定
手段１７における設定トルク値に対応する電気信号の種
類によって，電磁パウダクラッチ，ブレーキの両端の電
圧を検出するようにして電圧制御をするようにしても，
スイッチングトランス３２に電圧検出用の第３の巻線を
設ける等その他の手段によっても良い。また，直接トル
ク値を検出するようにしても良い。また，各種設定を操
作パネルで行うように説明したが，このトルク制御装置
内の所定の回路部に半固定スイッチを設けてもよく，ま
た，上位の制御装置から指令される設定信号によって設
定されるようにする等その他の適切な設定手段を用いる
ようにすることができる。また，上述したように，第１
の整流回路１０は，整流方式が切換可能になる回路にす
ることによって電磁クラッチ又は電磁ブレーキに設定し
制御できるトルク範囲を拡大することも可能である。し
かしながら，条件によっては，第１の整流回路に２種類
以上の直流出力を得る手段は除いても良い。また，制御
回路１６は上位の制御装置（図示せず）から出力される
制御信号１８によって順次制御されるように説明した
が，この制御装置自体が全体の制御機能を備えて機械装
置のセンサ信号等によって順次作動するようにすること
ができる。また，制御回路１６とＰＷＭ回路１５を共通
化するとか機能の分担を変える等，その装置の条件に対
応して任意に設定しても良い。

【００１７】

【発明の効果】上述したように，この発明に基づく電磁
クラッチおよび電磁ブレーキのトルク制御装置において
は，上述したように構成したので，次のような優れた効
果が得られる。 （１）まず，請求項１に記載のように構成すると、下記
乃至に示すような効果が発揮できる。 電磁クラッチ又は電磁ブレーキに供給すべき電圧の実
効値又は電流の実効値を自由に制御することができる。 電磁クラッチが伝達すべきトルク，又は，電磁ブレー
キにより吸収すべきブレーキトルクを自由に設定するこ
とができる。 電磁クラッチが伝達すべきトルク，又は，電磁ブレー
キにより吸収するブレーキトルクを自由に精度良く制御
することができる。 回路周波数を高周波にできるのでトランスが軽量小型
になる。 立ち上がり時間を短かく構成でき，電磁クラッチや電
磁ブレーキとして必要な優れた起動特性が得られる。 また，電力損失を少なく構成できる。 損失が減少したので小型の放熱機構によっても発熱を
低く押さえることができる。 （２）また，請求項２に記載するように，所定時間過励
磁電流を供給するようにした場合は，電磁クラッチおよ
び電磁ブレーキの起動時の立ち上がりを早めることがで
きる。 さらに，励磁電流が長時間流れて電磁クラッチや電磁ブ
レーキを焼損したり劣化させたりすることはない。 （３）請求項３に記載するように，所定時間励磁電流供
給を停止する場合は電磁クラッチおよび電磁ブレーキの
作動切換時に相互に干渉する恐れをなくせる。 さらに，電磁クラッチ又は電磁ブレーキの作動を終了す
る時に所定時間励磁電流供給を停止する場合は回路を非
導通にする時の過電圧による半導体等の破損やノイズに
よる誤動作が防げる。また，電磁クラッチ又は電磁ブレ
ーキの機能停止操作に対する遅れがあっても，その影響
がない。 （４）請求項４に記載するように，スイッチング回路に
ハーフブリッジタイプを使用する場合は，１０アンペア
程度の電流を流す通常の大型電磁クラッチや電磁ブレー
キに最適なトルク制御装置が得られる。 （５）請求項５に記載するように，パルス列作成回路に
ＰＷＭ回路を使用する場合は，スイッチング回路を作動
するパルス列が，当該電磁クラッチや電磁ブレーキの所
望するトルク値に対応して精度良く容易に得られる。 （６）請求項６に記載するように，交流電力から直流電
力を得る第１の整流回路に少なくとも２種類以上の直流
電圧を得られるように構成した場合は，異なった交流電
源に対して本発明に基づく電磁クラッチおよび電磁ブレ
ーキのトルク制御装置を適用できる。 さらに，交流電力から直流電力を得る第１の整流回路に
少なくとも２種類以上の直流電圧を得られるように構成
した場合は，強力な過励磁機能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施例の電磁クラッチおよび電
磁ブレーキのトルク制御装置における回路構成を示すブ
ロック回路図である。

【図２】本発明に基づく実施例に示す電磁パウダクラッ
チ／ブレーキの構造を示す概要断面図である。

【図３】本発明に基づく実施例における電磁クラッチお
よび電磁ブレーキの総合動作を説明するタイミング図で
ある。

【図４】電磁クラッチの用法を説明する概要ブロック構
成図である。

【図５】電磁ブレーキの用法を説明する概要ブロック構
成図である。

【図６】電磁クラッチおよび電磁ブレーキを混用した場
合の用法を説明する概要ブロック構成図である。

【図７】従来の電磁クラッチまたは電磁ブレーキの制御
装置の構成を説明するブロック回路図である。

【符号の説明】

１：駆動動力源（電動機） ２：電磁クラッチ ３：負荷機構 ４：交流電源 ６：駆動機能をもった機構装置 ７：電磁ブレーキ ９：固定部 １０：第１の整流回路 １２：スイッチング回路 １３：第２の整流回路 １５：パルス列作成回路（ＰＷＭ回路） １６：制御回路 １７：設定手段（操作パネル） ２１，２２：（ブリッジ用）コンデンサ ２３，２４：スイッチング素子（トランジスタ） ２６，２９：トランジスタ ３２：スイッチングトランス ３７：電流検出手段（抵抗器）

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁クラッチによって所定の駆動トルク
   を伝達し，また，電磁ブレーキによって所定のブレーキ
   トルクを吸収させる，電磁クラッチおよび電磁ブレーキ
   或いは電磁クラッチ又は電磁ブレーキ（以下電磁クラッ
   チ，電磁ブレーキの双方又は一方と称す）のトルク制御
   装置において， 交流電力を直流電力に変換する第１の整流回路と， 該直流電力を所定のパルス列に変換するブリッジタイプ
   スイッチング回路と，該パルス列を整流して当該電磁ク
   ラッチ又は電磁ブレーキに供給する第２の整流回路と， 当該電磁クラッチ又は電磁ブレーキに電圧又は電流を供
   給するタイミングを当該電磁クラッチ，電磁ブレーキの
   双方又は一方を含む装置の稼動状況に対応し予め設定さ
   れた条件に従って作成指令し，当該電磁クラッチによっ
   て伝達する駆動トルク又は電磁ブレーキによって吸収す
   るブレーキトルクを規定する当該電磁クラッチ又は電磁
   ブレーキに供給する電圧値又は電流値を予め設定された
   条件に従って作成指令する制御回路と， 上記制御回路の制御条件を所望する条件に設定する設定
   手段と， 該設定手段により設定された当該電磁クラッチ又は電磁
   ブレーキに供給する電圧値又は電流値に対応して所定の
   条件に従った周期とデューティ比を有するパルス列を作
   成するパルス列作成回路と， 当該電磁クラッチ，電磁ブレーキの双方又は一方に供給
   する電圧又は電流を上記制御回路からの指令によって入
   り切りする手段と， 当該電磁クラッチ又は電磁ブレーキへの印加電圧又は流
   れる電流を検出する手段とを備え， 上記パルス列作成回路により作成したパルス列によって
   前記スイッチング回路を作動するとともに， 前記検出手段によって検出した電圧値又は電流値と前記
   制御回路で作成指令した電圧値又は電流値とを比較し， 比較の結果得られた偏差値に基づき該偏差値を零ならし
   むるように上記パルス列作成回路によって得られるパル
   ス列のデューティ比を補正するとともに， 当該電磁クラッチ，電磁ブレーキの双方又は一方に供給
   する電圧又は電流の入り切りを上記制御装置からの指令
   によって実行することによって，当該電磁クラッチによ
   り伝達する駆動トルク又は電磁ブレーキにより吸収する
   ブレーキトルクを前記設定手段により設定した条件の各
   タイミングとトルク値に維持するようにしたことを特徴
   とする電磁クラッチおよび電磁ブレーキのトルク制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁クラッチおよび電磁
   ブレーキのトルク制御装置の制御回路は， 当該電磁クラッチ，電磁ブレーキの双方又は一方の作動
   開始時に所定時間過励磁電流を供給して当該電磁クラッ
   チ，電磁ブレーキの双方又は一方の作動立上り時間を短
   縮するごとく形成されていることを特徴とする請求項１
   記載の電磁クラッチおよび電磁ブレーキのトルク制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電磁クラッチおよび電磁
   ブレーキのトルク制御装置の制御回路は， 当該電磁クラッチ，電磁ブレーキの双方又は一方の作動
   終了時に所定時間長の励磁電流停止時間を設けて当該電
   磁クラッチおよび電磁ブレーキの相互切換時における相
   互干渉を防止するごとく形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の電磁クラッチおよび電磁ブレーキのト
   ルク制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のブリッジタイプスイッチ
   ング回路はハーフブリッジタイプであることを特徴とす
   る請求項１記載の電磁クラッチおよび電磁ブレーキのト
   ルク制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のパルス列作成回路はＰＷ
   Ｍ回路であることを特徴とする請求項１記載の電磁クラ
   ッチおよび電磁ブレーキのトルク制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の交流電力を直流電力に変
   換する整流回路は少なくとも２種類以上の異なった直流
   電圧を出力する整流回路を切換可能にしたことを特徴と
   する請求項１記載の電磁クラッチおよび電磁ブレーキの
   トルク制御装置。