JP5564982B2 - ブレーキ付モータ - Google Patents

Description

本発明は、例えばインデックステーブル等を所定角度回転させてブレーキで位置決めするブレーキ付モータに係り、特に中空穴付きダイレクトドライブモータに電磁ブレーキを組み込んだブレーキ付モータに関するものである。

従来より、高トルク且つ高分解能という特性を持つダイレクトドライブモータによりインデックステーブルを直接駆動することにより、高速動作でありながらバックラッシュがなく高精度な位置決めを可能としている。

ところで、インデックステーブルが回転を停止してインデックス動作を完了すると、インデックステーブルはモータのトルクにより静止状態を維持された状態になる。この時、外乱が作用すると位置の偏差または微振動等が発生することがあるために、モータによる保持を安定して行うことができないという問題があった。

この部分の改善の先行技術としては、特許文献１〜２において、機械精度の向上、安全性の確保、停電時等の位置保持を目的として、モータに電磁ブレーキを組み込んだブレーキ付モータが開示されている。特許文献１には、モータの底部側に電磁ブレーキを配置し、ブレーキシュー部品をスプライン等で連結するブレーキ付モータが記載されている。特許文献２には、ブレーキコイル及びアマチュアをモータハウジングに内蔵することにより、薄型化した中空穴を有するブレーキ付モータが記載されている。

ブレーキ付モータがインデックス動作を行なう時、電磁ブレーキのブレーキコイルに通電してクランプを解除した後、モータステータのコイルに通電してモータロータを駆動して出力軸を回転させる。また、静止時においては、電磁ブレーキのブレーキコイルを非通電としてモータ出力軸を所定位置にクランプするが、この時モータステータのコイルは非通電としているのでモータロータはトルクを発生していない。したがって、モータ停止時においてはブレーキのクランプ力のみを出力軸に作用させることにより、安定した静止状態を維持することが可能となるというものである。

特開２００５−３１８７１７号公報 特開平０７−２４５９０９号公報

しかしながら、この先行技術では、ブレーキ部品の取付け構造により、モータ出力トルクの低下、騒音、ブレーキトルクのムラが発生していた。特許文献１にあるように、ブレーキシュー部品をスプライン等で連結する場合では、ブレーキ機構の構造上ガタが発生し、また、モ−タ回転時はアマチュアが摺動面と常に接触した状態となり、モータの出力トルクを低下させたり騒音の原因となる。特許文献２にあるように、ブレーキアマチュアの位置を調整後にボルトで固定する場合は、電磁ブレーキの摺動面とアマチュアの間のアキシアル方向空隙を一定にする必要があり、シム等の部品により調整を行なうが、このシムの厚さ飛びにしか空隙を調整できない。このため、ブレーキのアキシアル方向空隙を正確に設定できず、制動動作時においてアマチュアと摺動面の接触圧にバラツキが発生するために、ブレーキトルクのムラを防ぐことができないという問題があった。

本発明は、ブレーキのアキシアル方向空隙を精度良く適切に設定することにより、ブレーキトルクのムラを無くすことができ、モータの出力トルクを低下させず、騒音を発生することのないブレーキ付モータを提供することを目的とする。

本発明は、上記問題を解決するために、モータのハウジングと、該ハウジングに配設されたステータと、該ステータに対向させ軸受を介して回転自在に支持されたロータと、該ロータに固定された出力軸と、該ロータの回転を制動する電磁ブレーキ手段とを備えたブレーキ付モータにおいて、
前記電磁ブレーキ手段は、前記出力軸に固定されたブレーキ連結軸と、該ブレーキ連結軸に対して軸方向に変位不能に固定されたブレーキ連結板と、該ブレーキ連結板に板ばねにより軸方向に撓み可能に配設されたアマチュアと、該アマチュアを吸引して制動力を発生させる磁石を備え、前記ブレーキ連結板はアウターリングと該アウターリングを跨いで外周側にフランジを有するインナーリングとを備えたカップリングにより前記ブレーキ連結軸に固定され、該カップリングは前記フランジが前記ブレーキ連結板に当接して設けられ、楔効果により締結力を発生する構造であり、締結時に前記ブレーキ連結板は軸方向に移動しないことを特徴としている。
さらに、前記ハウジングは中空構造であり、前記ブレーキ連結軸は該ハウジング内を挿通することを特徴としている。
さらにまた、前記電磁ブレーキ手段は、前記出力軸とは反対側に設けられたことを特徴としている。

本発明によれば、ブレーキ連結板をブレーキ連結軸に締結する時に、ブレーキ連結板が軸方向に移動しないカップリングを使用することでシム等が必要なく、且つ、ブレーキのアキシアル方向空隙を正確に設定できるためブレーキトルクのムラを無くすことができ、また、ブレーキ開放時にブレーキシューが離れた状態となるため、モータの出力トルクを低下させず、騒音を発生することのないブレーキ付きモータを提供できるという効果が有る。

本実施形態におけるブレーキ付モータの断面図である。

図１は、本実施形態におけるブレーキ付モータの断面図である。ダイレクトドライブモータ１は、軸心に貫通孔を有するほぼ円筒形状のハウジング２の底板の外周縁に円筒状のモータステータ３を固定して取り付けてある。モータステータ３の外周面は外部に露出して、このダイレクトドライブモータ１の外周面を形成している。モータステータ３は、図示しない複数の歯列が形成されて熊手状に内側に突出した磁極を円周方向に等間隔に複数個有する電磁石を備えて構成され、隣接する磁極相互ではその歯列は所定ピッチずらした位相をもって配設されている。そして、モータステータ３の内側に、図示しない鉄心の歯を有するモータロータ４が同軸に配設されている。その鉄心の歯は前記モータステータ３の電磁石の磁極の歯列とは異なるピッチでロータ外側に均一に突出して形成され、両歯列が僅かのギャップを隔てて対向する構造の直接駆動型のモータを構成している。

上記モータロータ４は、内外周面に異形段部を有する円筒状の出力軸６の外周面に一体的に取り付けられており、その出力軸６の内周に嵌着されたクロスローラ軸受５を介して回転自在にハウジング２に支持されている。すなわち、モータロータ４は出力軸６の外周段部に固定されて、モータステータ３の内周側に周面対向に配設されている。クロスローラ軸受５の外輪は、出力軸６の内周段部に嵌めこまれて固定され、一方、クロスローラ軸受５の内輪はハウジング２の異形段部の中段に嵌めこまれて固定されている。

クロスローラ軸受５の上方の出力軸６の内側空間には、モータロータ４ひいては出力軸６を高精度に位置決めするため、高分解能の回転検出器であるレゾルバ１０が内蔵されている。レゾルバ１０のレゾルバステータ１１は、ハウジング２の上端面に取付けられている。これに対してレゾルバ１０のレゾルバロータ１２は、前記レゾルバステータ１１に対向させて出力軸６の内面段部に取付けられている。レゾルバステータ１１は、モータステータ３と同様に複数の歯列が設けてある磁極を複数有し、各磁極にレゾルバコイルが巻回されている。レゾルバロータ１２は、レゾルバステータ１１の歯列に対向して所定ピッチの突出歯を有している。そして、モータロータ４の回転に伴ってレゾルバロータ１２が一体に回転すると、レゾルバステータ１１との歯間のリラクタンスが変化し、その変化を図示しないドライブユニットのレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することでレゾルバロータ１２の回転角ひいては出力軸６の回転位置を検出するようになっている。

上記の構成を有する本実施例のブレーキ付モータにおいて、電磁ブレーキ２０は次のようにダイレクトドライブモータ１の底部に配設されている。ハウジング２の下面には、モータ軸心と同軸に、ブレーキコイル２１と永久磁石２２を内蔵するブレーキ本体２９が固定されている。ブレーキの摺動面２３がブレーキ本体２９の下面に形成されており、アマチュア２４と共にブレーキ力を発生させるための磁力回路を構成している。
一方、ハウジング２の貫通穴には中空回転軸からなるブレーキ連結軸２８が挿通され、このブレーキ連結軸２８の上部は出力軸６に固定されている。ブレーキ連結軸２８の下部には、ブレーキ連結板２６がカップリング２７を介してブレーキ連結軸２８に固定されている。さらに、ブレーキ連結板２６の上面には、ドーナツ板状のアマチュア２４がその板面を摺動面２３に対し僅かのすき間を介して対峙させて、複数個所をブレーキ連結板２６にネジ止めした板ばね２５で支持されている。

前記カップリング２７はテーパ状円筒をお互いに肉薄側を組み合わせ、その楔効果を利用した軸締結要素であり、インナーリング３０はブレーキ連結軸２８の外周に配設され、インナーリング３０の外周にはアウターリング３１が組み合わされている。さらに、インナーリング３０は、アウターリング３１を跨いでその下端外周側にフランジ３２を有しており、フランジ３２はブレーキ連結板２６の底面に当接している。ボルト３３を締めつけることにより、テーパ嵌合面に楔効果を発生させ、アウターリング３１を押し拡げてブレーキ連結板２６へ、インナーリング３０を収縮させてブレーキ連結軸２８へそれぞれ作用し、締結力となる。この時、ブレーキ連結軸２８にかかるトルクやスラスト荷重は、インナーリング３０との接触面に発生する摩擦力とつり合い、スリップを防止すると共に、フランジ３２がブレーキ連結板２６の底面に接触しているので、ブレーキ連結板２６は軸方向に移動しない構造となっている。
なお、本実施形態のブレーキ付モータは、ダイレクトドライブ１への配線を外部と接続するコネクタ４０と、電磁ブレーキ２０への配線を外部と接続するコネクタ４１を備えている。

次に作用を説明する。電磁ブレーキ２０のブレーキコイル２１への通電がなされない非励磁状態では、アマチュア２４は永久磁石２２の磁力によりブレーキ本体２９の摺動面２３に吸引される。これにより発生した制動力は、板ばね２５を介して伝達され、出力軸６は回転の動きを阻止されて所定位置に保持されている。

割り出し開始の場合は、まずブレーキコイル２１に通電して励磁状態とする。これによりブレーキコイル２１は永久磁石２２の磁力を打ち消そうとする磁力を発生し、板ばね２５の弾性力によりアマチュア２４は摺動面２３から引き離されてブレーキ連結板側に移動した状態となる。こうしてブレーキ力が開放された後、モータステータ３に図外のドライブユニットを介してモータ電流を通電すると、モータステータ３の各歯が所定の順序に励磁されてモータロータ４が回転する。このモータロータ４の回転角をレゾルバ１０で検出し、図外のドライブユニットにフィードバックすることによりモータロータ４の回転角度を制御して、出力軸６（ひいてはインデックステーブル）の正確な割り出しがなされる。この時、モータロータ４とブレーキ連結軸２８とアマチュア２４とは一体的に回転する。

割り出しが終了した後、電磁ブレーキ２０への通電を止めてブレーキコイル２１を非励磁とする。これにより、アマチュア２４は永久磁石２２の磁力によって板ばね２５の弾性力に抗してブレーキ本体２９の摺動面２３に吸引される。アマチュア２４が摺動面２３に強く圧接されてブレーキ力が発生し、出力軸６は回転の動きを阻止されて所定位置に保持される。

以上のように、ブレーキ連結板をブレーキ連結軸に締結する時に軸方向に移動しないカップリングを使用することでシム等が必要なく、且つ、ブレーキのアキシアル方向空隙を正確に設定できるためブレーキトルクのムラを無くすことができ、また、ブレーキ開放時にブレーキシューが離れた状態となるため、モータの出力トルクを低下させず、騒音を発生することがなく、安定した静止状態を維持することができる。

本発明のブレーキ付モータは、機械部品等の用途に好適に適用できる。

１ ダイレクトドライブモータ
２ ハウジング
３ モータステータ
４ モータロータ
５ クロスローラ軸受
６ 出力軸
１０ レゾルバ
１１ レゾルバステータ
１２ レゾルバロータ
２０ 電磁ブレーキ
２１ ブレーキコイル
２２ 永久磁石
２３ 摺動面
２４ アマチュア
２５ 板ばね
２６ ブレーキ連結板
２７ カップリング
２８ ブレーキ連結軸
２９ ブレーキ本体
３０ インナーリング
３１ アウターリング
３２ フランジ
３３ ボルト
４０、４１ コネクタ

Claims (3)

1. モータのハウジングと、該ハウジングに配設されたステータと、該ステータに対向させ軸受を介して回転自在に支持されたロータと、該ロータに固定された出力軸と、該ロータの回転を制動する電磁ブレーキ手段とを備えたブレーキ付モータにおいて、
   前記電磁ブレーキ手段は、前記出力軸に固定されたブレーキ連結軸と、該ブレーキ連結軸に対して軸方向に変位不能に固定されたブレーキ連結板と、該ブレーキ連結板に板ばねにより軸方向に撓み可能に配設されたアマチュアと、該アマチュアを吸引して制動力を発生させる磁石を備え、前記ブレーキ連結板はアウターリングと該アウターリングを跨いで外周側にフランジを有するインナーリングとを備えたカップリングにより前記ブレーキ連結軸に固定され、該カップリングは前記フランジが前記ブレーキ連結板に当接して設けられ、楔効果により締結力を発生する構造であり、締結時に前記ブレーキ連結板は軸方向に移動しないことを特徴とするブレーキ付モータ。
2. 前記ハウジングは中空構造であり、前記ブレーキ連結軸は該ハウジング内を挿通することを特徴とする請求項１に記載のブレーキ付モータ。
3. 前記電磁ブレーキ手段は、前記出力軸とは反対側に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のブレーキ付モータ。

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