JP7239319B2 - ブレーキ装置、車輪モジュール、および、移動機構 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ装置、車輪モジュール、および、移動機構に関する。

従来、駆動モータの回転シャフトの回転を規制するブレーキ装置が種々提案されている。ブレーキ装置としては、例えば、バネを用いてアーマチュアを回転シャフトとともに回転する回転円板へ付勢することで回転シャフトの回転を規制する一方、電磁コイルに通電してアーマチュアを回転体から離間させることで制動を解除するブレーキ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平５－３９８１７号公報

ところで、回転円板は、回転シャフトの回転を規制するために、回転シャフトに対して軸方向に移動することを許容されるものである。従って、回転円板は、回転シャフトに固定されるスプラインハブ(ボス)に対して、径方向において隙間が形成されている。一方、回転円板は、回転シャフトの回転を規制していない状態においては、スプラインハブに対して軸方向に移動自在であるとともに、径方向おいても移動自在となる。つまり、回転円板は、径方向において隙間分移動することが許容されることとなり、振動・騒音が発生する恐れがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転シャフトの非回転規制状態における振動・騒音の発生を抑制することができるブレーキ装置、車輪モジュール、および、移動機構を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るブレーキ装置は、ブレーキ体と、摩擦体と、一対の非回転体と、移動機構と、回転力伝達機構と、弾性部材とを少なくとも備える。ブレーキ体は、ホイールを回転させる駆動部の回転シャフトと一体回転し、かつ前記回転シャフトの軸方向に移動自在に支持される。摩擦体は、前記ブレーキ体を挟んで、軸方向において配置される。一対の非回転体は、前記摩擦体を挟んで、軸方向において配置される。移動機構は、前記一対の非回転体の軸方向における相対距離を変更する。回転力伝達機構は、前記回転シャフトの回転力を前記ブレーキ体に伝達する。弾性部材は、前記回転シャフトと一体回転し、かつ前記ブレーキ体を径方向に付勢する。さらに前記回転シャフトの回転力を前記ブレーキ体に伝達する回転力伝達機構を備える。前記回転力伝達機構は、前記回転シャフトに固定され、かつ前記ブレーキ体が軸方向に移動自在に支持されるとともに一体回転するボスである。前記弾性部材は、前記ボスの外周面のうち、軸方向から見た場合に、前記回転シャフトの中心において交差する２方向に対応する位置に、それぞれ固定されている。前記弾性部材は、軸方向に延在する本体部と、前記本体部の両端部から前記本体部の延在方向と直交し、前記回転シャフト側の方向にそれぞれ突出し、前記回転力伝達機構の受け部を把持する一対の把持部と、前記本体部の軸方向の一端側に設けられた、径方向に突出しない平坦部と、前記本体部の軸方向の他端側に設けられた前記ブレーキ体側に径方向へ突出する突出部とを有し、前記一端側は前記一対の非回転体のうち固定される非回転体の側である。

本発明の一態様によれば、回転シャフトの非回転規制状態における振動・騒音の発生を抑制することができる。

図１は、第１の実施形態に係る車輪モジュールを備えた台車の外観を示す斜視図である。 図２は、車輪モジュールの外観を示す斜視図である。 図３は、図２のＩ－Ｉ線断面図である。 図４は、図３に示すブレーキ装置付近の拡大図である。 図５は、図４に示す弾性部材付近の拡大図の要部拡大図である。 図６は、図４のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図７は、弾性部材を示す斜視図である。 図８は、車輪モジュールの制御システムの機能的構成を示すブロック図である。 図９は、制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

［実施形態］
以下、実施形態に係るブレーキ装置、車輪モジュールおよび移動機構について図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

＜車輪モジュールを備えた台車の構成＞
図１は、実施形態に係るブレーキ装置を備えた台車の外観を示す斜視図である。図１に示すように、台車１００は、荷台１１０と、取っ手１２０と、ブレーキ装置２０を有する車輪モジュール２００とを備える。荷台１１０は、機体を構成する。

荷台１１０は、厚板状に形成された部材であり、表面に荷物が載せられる。取っ手１２０は、利用者が台車１００を移動する際に把持するための湾曲した棒状の部材であり、荷台１１０の上面に取り付けられている。車輪モジュール２００は、図示していないバッテリなどの電源から供給される駆動電流によって回転する車輪であり、荷台１１０の裏面に取り付けられている。

車輪モジュール２００は、台車１００の移動機構として用いられる。例えば、車輪モジュール２００は、利用者が荷台１１０に荷物を載せて運搬する際の補助用に駆動されたり、台車１００が他の台車１００に追従して自走する機能を有する場合に、他の台車１００との間の距離に応じて駆動されたりする。なお、車輪モジュール２００は、台車１００に前輪として備えられてもよいし、中輪として備えられてもよいし、後輪として備えられてもよいし、前輪・中輪・後輪のいずれか２以上の組み合わせとして備えられてもよい。例えば、６輪の台車とした場合、旋回性能が高くなるが、４輪等、備えられる車輪の数は限定されない。

また、車輪モジュール２００は、例えば、運送・搬送用ロボットや、清掃用ロボット等の所謂サービスロボットの移動機構として用いることもできる。

図２は、車輪モジュール２００の外観を示す斜視図である。図２に示すように、車輪モジュール２００は、接続部材２１０と、車輪部２２０とを有する。なお、車輪モジュール２００は、車輪部２２０のみで構成されてもよい。図２（図３～図７も含む）は、Ｘ方向が本実施形態における車輪モジュール２００の軸方向であり、Ｙ方向が軸方向と直交し、本実施形態における車輪モジュール２００の前後方向であり、Ｚ方向は、軸方向および前後方向と直交し、本実施形態における車輪モジュール２００の上下方向であり、鉛直方向である。

接続部材２１０は、台車１００と車輪部２２０とを接続する部材である。例えば、接続部材２１０は、固定部２１１と、第１保持部２１２と、第２保持部２１３とを備える。なお、固定部２１１と第１保持部２１２とは、別体に形成されてもよいし、一体に形成されてもよい。

固定部２１１は、厚板状に形成されるとともに、上面２１１ａが台車１００における荷台１１０（図１参照）の裏面に取り付けられて固定される。第１保持部２１２は、固定部２１１の端部から下方に延在する部材である。第２保持部２１３は、第１保持部２１２の下方に配置され、第１保持部２１２の下端との間に車輪部２２０の一部を挟んだ状態で、例えばネジなどにより、第１保持部２１２に取り付けられる。これにより、車輪部２２０は、第１保持部２１２および第２保持部２１３によって保持されつつ、固定部２１１を介して台車１００に接続される。

車輪部２２０は、タイヤ１０と、ホイール１１（後述する図３参照）と、駆動部１２と、移動中の台車１００の減速・停止を行うための車輪モジュール２００の制動動作、および停止中の台車１００の移動を規制するための車輪モジュール２００の停止保持動作の少なくとも一方を行うブレーキ装置２０と、規制解除部４０とを備える。

図３は、図２のＩ－Ｉ線断面図であり、また、軸方向に沿った車輪モジュール２００の断面図である。図３に示すように、タイヤ１０は、ゴムなど弾力性を有する部材によって形成される。例えば、タイヤ１０は、円筒状の部材であり、直径は１００～３００ｍｍであるが、これに限られない。ホイール１１は、円筒状に形成され、外周側にタイヤ１０が取り付けられる。

＜駆動部の構成＞
駆動部１２は、ホイール１１の内側、具体的には、ホイール１１よりも径方向内側に配置され、回転軸Ａを中心にホイール１１を回転させる。例えば、駆動部１２は、ステータ１５と、ロータ１６と、回転シャフト１７と、筐体１８とを備える。

例えば、ステータ１５とロータ１６とはインナーロータ型のモータを構成しており、駆動電流が供給されることによって、回転軸Ａを中心にロータ１６が回転する。ロータ１６の回転によって発生した回転力は、回転シャフト１７および歯車機構（例えば遊星歯車機構。図示せず）を介してホイール１１に伝達される。これにより、ホイール１１とともにタイヤ１０が回転する。

ステータ１５は、駆動電流によって、回転軸Ａを中心にロータ１６を回転させる。具体的には、ステータ１５は、中空の円筒状に形成されたステータ基部の内周面に複数の突極が周方向に並べて配置された構成を有しており、各突極にコイルが巻回される。

ロータ１６は、ステータ１５よりも径方向内側に配置されており、ステータ１５に対して回転軸Ａを中心に回転することで、ホイール１１を回転させる。具体的には、ロータ１６は、円柱状に形成された基部の外周面に沿って複数の磁石が周方向に並べて配置された構成を有しており、各磁石が、ステータ１５の各コイルと対向するように配置される。これにより、ロータ１６は、ステータ１５のコイルに駆動電流が流れた際にコイルに発生する電磁力によって、回転軸Ａを中心に回転する。

回転シャフト１７は、軸心が回転軸Ａと一致するように配置され、ロータ１６の中心を貫通した状態で、ロータ１６に固定されている。ここで、回転シャフト１７は、ベアリング１９ａ，１９ｂを介して回転自在に筐体１８に支持される。これにより、回転シャフト１７は、ロータ１６の回転に応じて、回転軸Ａを中心に回転する。回転シャフト１７は、駆動部１２側と反対側に段差部１７ａが形成され、段差部１７ａよりも駆動部１２側の外径よりも、駆動部１２側と反対側の外径が小さく形成されている。回転シャフト１７は、段差部１７ａよりも駆動部１２側と反対側に孔部１７ｂが形成されている（図６参照）。

筐体１８は、ホイール１１の内側に配置され、上記したステータ１５、ロータ１６、回転シャフト１７および図示しない歯車機構などを収容する。

＜ブレーキ装置の構成＞
次に、ブレーキ装置２０について説明する。ブレーキ装置２０は、回転シャフト１７の回転を規制する装置であり、円筒状のケース部３０に収容される（図２参照）。ブレーキ装置２０としては、例えば無励磁作動ブレーキ（負作動電磁ブレーキ）を用いることができる。かかるブレーキ装置２０などについて図４以降を参照して詳しく説明する。

図４は、図３に示すブレーキ装置２０付近の拡大図である。図４に示すように、ブレーキ装置２０は、ボス２１と、ブレーキディスク２２と、弾性部材２３と、摩擦板２４と、固定部２５と、アーマチュア２６と、ばね部材２７と、電磁コイル２８と、スプリングピン２９を備える。

図５は、図４に示す弾性部材付近の拡大図の要部拡大図である。図６は、図４のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図５および図６に示すように、ボス２１は、回転シャフト１７の回転力をブレーキディスク２２に伝達するものである。ボス２１は、具体的に、軸方向から見た場合に、矩形状に形成されている。ボス２１は、貫通穴２１ａと、貫通孔２１ｂと、溝部２１ｃと、受け部２１ｄとを有する。なお、ボス２１は、回転力伝達機構の一例である。なお、回転力伝達機構は、ボス２１に限定されるものではなく、スプラインハブなどであってもよい。

貫通穴２１ａは、軸方向に沿って形成されており、軸方向における両端部が外部と連通する。貫通穴２１ａは、回転シャフト１７のうち、段差部１７ａよりも駆動部１２側と反対側の部分が挿入され、段差部１７ａにおいて、ボス２１の駆動部１２側への移動が規制される。

貫通孔２１ｂは、ボス２１を回転シャフト１７に固定するものである。貫通孔２１ｂは、径方向に沿って形成されており、端部がボス２１の外周面において外部と連通する。貫通孔２１ｂは、ボス２１が回転シャフト１７に挿入された状態において、孔部１７ｂと対向する。ここで、ボス２１は、スプリングピン２９が貫通孔２１ｂおよび孔部１７ｂに挿通されることで、回転シャフト１７に対するボス２１の軸方向および周方向への移動が規制され、回転シャフト１７に固定される。

溝部２１ｃは、弾性部材２３を収容するものであり、ボス２１の外周面から内側に凹んで形成されている。溝部２１ｃは、ボス２１の外周面において、軸方向から見た場合に、回転シャフト１７の中心において交差する２方向、具体的には直交する２方向に形成されている。ここでは、溝部２１ｃは、軸方向から見た場合において、ボス２１の外周面のうち直交する４辺のうち、隣り合う２辺にそれぞれ形成されている。

受け部２１ｄは、弾性部材２３が固定するものであり、溝部２１ｃの底面として形成されている。受け部２１ｄは、溝部２１ｃにおいて回転シャフト１７から径方向外側に突出して形成されている。ここで、受け部２１ｄは、軸方向における両端面が径方向内側に向かうにともない、受け部２１ｄの内部に向かって傾斜する傾斜面として形成されている。受け部２１ｄは、受け部２１ｄに弾性部材２３が固定された状態、かつ弾性部材２３に外力が作用していない状態において、後述する突出部２３ｄがボス２１の外周面よりも径方向外側に突出するように、径方向外側の頂面が弾性部材２３の厚みを考慮して形成されている。

ブレーキディスク２２は、例えば円板状に形成される部材である。ブレーキディスク２２は、ボス２１が挿入される挿入穴２２ａが形成されている。挿入穴２２ａは、挿入されるボス２１に対するブレーキディスク２２の相対回転を規制する形状に形成されている。つまり、ブレーキディスク２２は、ホイール１１を回転させる駆動部１０の回転シャフト１７と一体回転するものである。ブレーキディスク２２は、具体的には、軸方向から見た場合における外周面と相似形状の内周面により挿入穴２２ａが形成されている。従って、ボス２１とブレーキディスク２２との間には、ボス２１に対してブレーキディスク２２が軸方向に移動自在となるように、隙間Ｈが形成されている。つまり、ブレーキディスク２２は、ボス２１に対して軸方向に移動自在に支持されることで、回転シャフト１７に対して軸方向に移動自在に支持される。なお、ブレーキディスク２２は、ブレーキ体の一例である。

図７は、弾性部材を示す斜視図である。図５～図７に示すように、弾性部材２３は、回転シャフト１７と一体回転し、かつブレーキディスク２２を径方向に付勢するものである。弾性部材２３は、弾性を有する材料、例えば金属材料により構成されており、受け部２１ｄにそれぞれ対応するものであり、受け部２１ｄにそれぞれ固定される。つまり、弾性部材２３は、ボス２１の外周面のうち、軸方向から見た場合に、回転シャフト１７の中心において交差する２方向、具体的には直交する２方向に対応する位置に、それぞれ固定されている。弾性部材２３は、本体部２３ａと、一対の把持部２３ｂ、２３ｃ、突出部２３ｄとを有する。

本体部２３ａは、弾性部材２３がボス２１に固定された状態において、ブレーキディスク２２の内周面と径方向において対向するものである。本体部２３ａは、軸方向を延在方向とする平板状に形成されている。

一対の把持部２３ｂ，２３ｃは、受け部２１ｄを弾性変形した状態で把持するものである。一対の把持部２３ｂ，２３ｃは、本体部２３ａの軸方向における両端部から本体部２３ａの延在方向、すなわち軸方向と直交する方向である径方向にそれぞれ突出するものである。一対の把持部２３ｂ，２３ｃは、軸方向における長さが本体部２３ａよりも短く形成されている。一対の把持部２３ｂ，２３ｃは、軸方向における最も短い長さＬ２が、本体部２３ａの長さＬ１よりも短くなるように、径方向に突出するにともない、互いに近接するように傾斜して形成されている。つまり、弾性部材２３を受け部２１ｄに固定する場合は、一対の把持部２３ｂ，２３ｃの軸方向における長さが本体部２３ａよりも長くなるように、一対の把持部２３ｂ、２３ｃを軸方向における外側に押し広げることで、弾性変形させ、受け部２１ｄの軸方向における両端面に弾性変形した状態で接触させる。

突出部２３ｄは、ブレーキディスク２２と弾性変形した状態で接触するものである。突出部２３ｄは、弾性部材２３がボス２１に固定された状態、かつ弾性部材２３に外力が作用していない状態において、ボス２１の外周面よりも径方向においてブレーキディスク２２側に突出して形成されている。

摩擦板２４は、ブレーキディスク２２と摺接して回転シャフト１７の回転を規制する。具体的には、摩擦板２４は、第１摩擦板２４ａと、第２摩擦板２４ｂとを備える。第１、第２摩擦板２４ａ，２４ｂは、例えば環状に形成され、中央の孔には回転シャフト１７が貫通するように配置される。

また、第１摩擦板２４ａと第２摩擦板２４ｂとは、ブレーキディスク２２を間に挟むようにして回転軸Ａの方向に沿って配置される。上記のように構成された第１、第２摩擦板２４ａ，２４ｂは、具体的には、ブレーキディスク２２の軸方向における両表面に取り付けられており、ブレーキディスク２２の回転シャフト１７に対する軸方向の移動にともない、移動する。なお、第１、第２摩擦板２４ａ，２４ｂを含む摩擦板２４は、摩擦体の一例である。

固定部２５は、例えば環状に形成され、中央の孔には回転シャフト１７が貫通するように配置される。また、固定部２５は、第２摩擦板２４ｂに対して回転軸Ａの方向に沿って隣接するように配置される。詳しくは、固定部２５は、第２摩擦板２４ｂにおいてブレーキディスク２２やばね部材２７が配置される側の面とは反対側の面と対向するように配置されて、ケース部３０に固定される。つまり、固定部２５は、回転シャフト１７が回転しても、一体回転するものではない。固定部２５は、アーマチュア２６ともに、第１、第２摩擦板２４ａ，２４ｂを挟んで、軸方向において配置されるものである。なお、固定部２５は、非回転体の一例である。

アーマチュア２６は、磁性を有し、例えば環状に形成される。また、アーマチュア２６の中央の孔には、回転シャフト１７が貫通するように配置される。アーマチュア２６は、第１摩擦板２４ａに対して回転軸Ａの方向に沿って隣接するように配置される。詳しくは、アーマチュア２６は、第１摩擦板２４ａにおいてブレーキディスク２２やばね部材２７が配置される側の面と対向するように配置されて、電磁コイル２８を介してケース部３０に固定される。アーマチュア２６は、固定部２５ともに、第１、第２摩擦板２４ａ，２４ｂを挟んで、軸方向において配置されるものである。なお、アーマチュア２６は、非回転体の一例である。

ばね部材２７は、一端がアーマチュア２６と当接するように配置される。ばね部材２７としては、例えばコイルばねを用いることができる。また、ばね部材２７は、他端がピン４１と当接するように配置される。ばね部材２７およびピン４１は、アーマチュア２６と隣接する電磁コイル２８に形成された孔２８ｃ内に配置される。

上記したピン４１は、規制解除部４０の構成要素である。図４は、規制解除部４０が作動する前の状態を示しており、かかる状態では、ばね部材２７は、ピン４１とアーマチュア２６との間に圧縮されて介装される。これにより、ばね部材２７は、矢印Ｆ１で示すように、アーマチュア２６、ブレーキディスク２２を固定部２５側へ付勢することとなる。上記したように、かかる付勢により、第１、第２摩擦板２４ａ，２４ｂは、アーマチュア２６および固定部２５に対してそれぞれ摺接して摩擦が生じ、回転シャフト１７の回転が規制される。

なお、上記では、アーマチュア２６およびブレーキディスク２２を固定部２５側へ付勢する部材をばね部材２７としたが、これに限定されるものではなく、付勢できればその他の部材であってもよい。

電磁コイル２８は、ヨーク２８ａと、コイル２８ｂとを備える。ヨーク２８ａは、円筒状に形成され、中央の孔には、回転シャフト１７が貫通するように配置される。コイル２８ｂは、ヨーク２８ａの外周側に巻回される。なお、ヨーク２８ａには、上記したばね部材２７やピン４１が配置される孔２８ｃが形成される。なお、電磁コイル２８は、ばね部材２７とともに、固定部２５およびアーマチュア２６の軸方向における相対距離を変更する移動機構の一例である。

ブレーキ装置２０は、ばね部材２７により、回転シャフト１７の回転が規制される回転規制状態から回転シャフト１７の回転の規制の解除される非回転規制状態への移行は、電磁コイル２８へ通電することで行われる。例えば、図示しないバッテリなどの電源からコイル２８ｂに駆動電流が供給されると、電磁力が発生し、アーマチュア２６は、ばね部材２７の付勢力に抗して電磁コイル２８側へ吸着される。これにより、固定部２５およびアーマチュア２６との軸方向における相対距離が長くなり、ブレーキディスク２２が固定部２５およびアーマチュア２６から離間、すなわち第１摩擦板２４ａがアーマチュア２６から離間するとともに、第２摩擦板２４ｂが固定部２５から離間し、よって回転シャフト１７の回転の規制が解除され、非回転規制状態となる。

このように、電磁コイル２８は、通電によってばね部材２７の付勢力に抗してブレーキディスク２２を固定部２５およびアーマチュア２６から離間から離間させて、回転シャフト１７の回転の規制を解除する。

＜規制解除部の構成＞
ところで、例えば上記した電磁コイル２８へ通電できないような故障やバッテリ切れ等が発生した場合、電磁コイル２８では、回転シャフト１７の回転の規制を解除することができない。

そこで、本実施形態に係る車輪モジュール２００にあっては、例えば、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制を解除できる規制解除部４０を備えるようにした。また、本実施形態に係る車輪モジュール２００においては、規制解除部４０を用いた手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたことを検出できるようにした。

規制解除部４０は、上記したピン４１を備える。規制解除部４０は、通常、ピン４１の軸方向における移動を規制しているピン規制状態から、操作部を操作することで、ピン４１の軸方向における移動を解除して、ばね部材２７が付勢力Ｆ１を発生させない状態とする非ピン規制状態に移行させるものである。

＜センサの構成＞
次に、車輪モジュール２００が備えるセンサについて図４を参照して説明する。車輪モジュール２００は、解除検出センサ６１と、回転角センサ７１とを備える。

解除検出センサ６１は、規制解除部４０によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたことを検出する。これにより、例えば、後述するように、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたときに適した駆動部１２の制御などを行うことが可能となり、よって安全性を向上させることができる。

上記した解除検出センサ６１は、例えば、ホールＩＣなどを含み、検出用マグネット６２の移動（スラスト移動）に伴う磁束の変化を検出することで、検出用マグネット６２までの距離を検出する近接センサである。

検出用マグネット６２は、規制解除部４０によって非回転規制状態となることで、軸方向に移動する部材、例えば操作部に取り付けられ、かかる検出用マグネット６２と対向する位置に解除検出センサ６１が配置されるようにした。なお、解除検出センサ６１は、ケース部３０内に設けられた基板６０に搭載される。

これにより、解除検出センサ６１は、規制解除部４０によって非回転規制状態となり、検出用マグネット６２が離間する方向へ移動した場合に、規制解除部４０によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたことを検出することができる。具体的には、解除検出センサ６１は、規制解除部４０によって非回転規制状態となると、規制解除部４０による回転シャフト１７の回転の規制の解除を示す解除信号を出力する。

また、解除検出センサ６１は、回転シャフト１７の回転軸Ａと同軸上に配置されるようにした。これにより、回転シャフト１７の回転軸Ａ上にあるスペースを有効に利用できるとともに、車輪モジュール２００の径方向に対する小型化を図ることが可能となる。

回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転角を検出する。例えば、回転角センサ７１は、ホールＩＣなどを含み、検出用マグネット７２の回転に伴う磁束の変化を検出することで、検出用マグネット７２の回転角を検出するエンコーダである。

検出用マグネット７２は、回転シャフト１７が回転しても、非回転となる部材において、回転シャフト１７の回転軸Ａ上に取り付けられ、かかる検出用マグネット７２と対向する位置、言い換えれば、回転シャフト１７と同軸上に回転角センサ７１が配置されるようにした。

これにより、回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転角を検出することができ、検出された回転シャフト１７の回転角を示す回転角信号を出力する。

このように、回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転軸Ａと同軸上に配置されることから、回転シャフト１７の回転軸Ａ上にあるスペースを有効に利用できるとともに、車輪モジュール２００の径方向に対する小型化を図ることが可能となる。

また、回転角センサ７１は、基板６０に搭載される。すなわち、解除検出センサ６１および回転角センサ７１は、同一の基板６０に設けられる。詳しくは、基板６０は、回転シャフト１７よりも駆動部１２側と反対側に配置されるとともに、２つの主面６０ａ，６０ｂのうち、一方の主面６０ａに解除検出センサ６１が設けられ、一方の主面６０ａとは反対側の他方の主面６０ｃに回転角センサ７１が設けられる。

これにより、解除検出センサ６１と回転角センサ７１とで、基板６０を共有化できるとともに、共有化によって不要となる基板の分だけ、車輪モジュール２００を小型にすることができる。

また、解除検出センサ６１と回転角センサ７１とがともに、回転シャフト１７の回転軸Ａと同軸上に配置されることから、回転シャフト１７の回転軸Ａ上にあるスペースをより一層有効に利用できるとともに、車輪モジュール２００の径方向に対するさらなる小型化を図ることが可能となる。

なお、図示は省略するが、車輪モジュール２００は、解除検出センサ６１や回転角センサ７１以外の各種センサ８１（図７参照）を備えてもよい。各種センサ８１は、例えば車輪モジュール２００の駆動制御に用いられるセンサである。各種センサ８１としては、ユーザからの始動要求を検出するセンサや、台車１００が他の台車１００に追従して自走する機能を有する場合に他の台車１００との間の距離を検出するセンサなどを含むが、これらに限定されるものではない。各種センサ８１は、検出された情報を示す信号を出力する。

＜制御システムの構成＞
次いで、本実施形態に係る車輪モジュール２００の制御システムについて説明する。図８は、本実施形態に係る車輪モジュール２００の制御システムＳの機能的構成を示すブロック図である。

図８に示すように、制御システムＳは、制御装置８０と、駆動部１２と、ブレーキ装置２０とを備える。制御装置８０は、解除検出センサ６１と、回転角センサ７１と、各種センサ８１と、制御部９０とを備える。

解除検出センサ６１は、規制解除部４０により非回転規制状態となると、解除信号を制御部９０へ出力する。回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転角が検出された場合、回転角信号を制御部９０へ出力する。各種センサ８１は、検出された情報を示す信号を制御部９０へ出力する。

制御部９０は、例えばＣＰＵなどを有するマイクロコンピュータである。制御部９０は、解除検出センサ６１などから出力された種々の信号に基づいて、駆動部１２やブレーキ装置２０を制御する。

例えば、制御部９０は、回転角センサ７１からの回転角信号に基づいて、駆動部１２やブレーキ装置２０へ駆動指令を出力する制御を行うことで、台車１００の速度や位置などを制御することができる。

ところで、上記した規制解除部４０は、例えば、ブレーキ装置２０へ通電できないような故障やバッテリ切れ等が発生した場合、ブレーキ装置２０が回転シャフト１７の回転を規制した状態で固定されるため、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制を解除する。そのため、例えば、手動操作による回転規制の解除がなされた状態のまま、駆動部１２を再度駆動させてしまうと、電磁ブレーキがかからないため、回転シャフト１７の回転が規制されず、停止できないおそれがあった。

そこで、本実施形態に係る制御部９０は、解除検出センサ６１から解除信号が出力されているか否かを判定し、判定結果に基づいて駆動部１２を制御するようにした。例えば、制御部９０は、解除検出センサ６１から解除信号が出力されていると判定された場合、駆動部１２の駆動を制限することができる。

なお、駆動部１２の駆動の制限には、例えば、台車１００の上限速度を下げる、最大旋回角度を狭くするなどの制限を設けることに限られるものではなく、駆動部１２での駆動の禁止が含まれてもよい。

このように、手動操作による回転規制の解除がなされた状態のままのときの、駆動部１２の駆動を制限することで、車輪モジュール２００を備えた台車１００の安全性を向上させることができる。

なお、制御部９０は、解除検出センサ６１から解除信号が出力されていると判定された場合、手動操作による回転規制の解除がなされていることをユーザに対して通知するようにしてもよい。

＜制御装置の制御処理＞
次に、制御装置における具体的な処理手順について図９を用いて説明する。図９は、制御装置８０が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図９に示すように、制御装置８０の制御部９０は、回転角センサ７１の回転角度信号などに基づいて、駆動部１２などへの駆動指令が出力されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。制御部９０は、駆動指令が出力されたと判定されない場合（ステップＳ１０，Ｎｏ）、以降の処理をスキップする。

制御部９０は、駆動指令が出力されたと判定された場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、解除検出センサ６１から解除信号があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御部９０は、解除信号がないと判定された場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、駆動指令に応じて駆動部１２を制御する、言い換えると、通常制御（モータ駆動）を行う（ステップＳ１２）。他方、制御部９０は、解除信号があると判定された場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、駆動部１２の駆動の制限（モータ駆動制限）を行う（ステップＳ１３）。

上述したように、実施形態に係るブレーキ装置２０は、ボス２１と、ブレーキディスク２２と、弾性部材２３と、一対の摩擦体２４ａ，２４ｂと、固定部２５と、アーマチュア２６と、ばね部材２７と、電磁コイル２８と、を少なくとも備える。ブレーキディスク２２は、ホイール１１を回転させる駆動部１２の回転シャフト１７と一体回転し、かつ回転シャフト１７の軸方向に移動自在に支持される。一対の摩擦体２４ａ，２４ｂは、ブレーキディスク２２を挟んで、軸方向において配置される。固定部２５およびアーマチュア２６は、一対の摩擦体２４ａ，２４ｂを挟んで、軸方向において配置される。ばね部材２７および電磁コイル２８は、固定部２５およびアーマチュア２６の軸方向における相対距離を変更する。ボス２１は、回転シャフト１７の回転力をブレーキディスク２２に伝達する。弾性部材２３は、回転シャフト１７と一体回転し、かつブレーキディスク２２を径方向に付勢する。

ここで、各弾性部材２３が各溝部２１ｃに収容され、一対の把持部２３ｂ、２３ｃにより受け部２１ｄが把持された状態では、突出部２３ｄがボス２１の外周面よりも、径方向外側に突出する。各弾性部材２３は、突出部２３ｄがブレーキディスク２２の内周面に接触することで、弾性変形した状態となる。ブレーキディスク２２は、図６に示すように、各弾性部材２３が弾性変形することで発生する付勢力により、各弾性部材２３が配置されている側と中心を挟んで反対側に押されることとなり、ボス２１の外周面と、ブレーキディスク２２の内周面とが接触する。つまり、各弾性部材２３が配置されている側と中心を挟んで反対側における隙間Ｈがなくなり、各弾性部材２３が配置されている側は、隙間Ｈが存在するが、各弾性部材２３がブレーキディスク２２に対して弾性変形した状態で接触する。これにより、回転シャフト１７の非回転規制状態、すなわち、ブレーキディスク２２が回転シャフト１７に対して、軸方向における移動が許容されている状態において、回転シャフト１７に対するブレーキディスク２２の径方向への移動が弾性部材２３により規制される。つまり、径方向においてブレーキディスク２２と回転シャフト１７との隙間Ｈがない状態と同じ状態とすることができるので、振動・騒音の発生を抑制することができる。

なお、上記した実施形態では、弾性部材２３をボス２１に対して、回転シャフト１７の中心において直交する２方向に対応する位置に固定したが、これに限定されるものではなく、例えば、交差する２方向に対応する位置に固定してもよく、直交する４方向、例えば、幅方向、上下方向に対応する位置に固定してもよい。

また、上記した実施形態では、回転力伝達機構として、ボス２１を構成要素として含むが、これに限定されるものではなく、回転シャフト１７が回転力伝達機構として機能してもよい。この場合、例えば、回転シャフト１７のブレーキディスク２２に径方向において対向する位置の形状を軸方向から見た場合に、矩形状に形成し、回転シャフト１７の外周面のうち、矩形状の部分に内側に凹んで形成される溝部と、受け部とを形成し、受け部を一対の把持部２３ｂ、２３ｃに把持させることで、弾性部材２３を回転シャフト１７に固定する。これにより、弾性部材２３がボス２１に固定される場合と比較して、ブレーキ装置２０の部品点数の削減、組立性の向上を図ることができる。

また、上記した実施形態では、摩擦板２４は、ブレーキディスク２２を第１摩擦板２４ａと第２摩擦板２４ｂとで挟むように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、複数種類の形状に形成された摩擦体を積層させる多板式などその他の摩擦板であってもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１１ ホイール、１２ 駆動部、１７ 回転シャフト、２０ ブレーキ装置、２１ ボス、２１ｄ 受け部、２２ ブレーキディスク、２３ 弾性部材、２４ 摩擦板、２５ 固定部、２６ アーマチュア、２７ ばね部材、２８ 電磁コイル、２９ ネジ、２００ 車輪モジュール

Claims (3)

1. ホイールを回転させる駆動部の回転シャフトと一体回転し、かつ前記回転シャフトの軸方向に移動自在に支持されるブレーキ体と、
   前記ブレーキ体を挟んで、軸方向において配置される摩擦体と、
   前記摩擦体を挟んで、軸方向において配置される一対の非回転体と、
   前記一対の非回転体の軸方向における相対距離を変更する移動機構と、
   前記回転シャフトと一体回転し、かつ前記ブレーキ体を径方向に付勢する弾性部材と、
   を備え、
   前記回転シャフトの回転力を前記ブレーキ体に伝達する回転力伝達機構を備え、
   前記回転力伝達機構は、前記回転シャフトに固定され、かつ前記ブレーキ体が軸方向に移動自在に支持されるとともに一体回転するボスであり、
   前記弾性部材は、前記ボスの外周面のうち、軸方向から見た場合に、前記回転シャフトの中心において交差する２方向に対応する位置に、それぞれ固定されており、
   前記弾性部材は、
   軸方向に延在する本体部と、
   前記本体部の両端部から前記本体部の延在方向と直交し、前記回転シャフト側の方向にそれぞれ突出し、前記回転力伝達機構の受け部を把持する一対の把持部と、
   前記本体部の軸方向の一端側に設けられた、径方向に突出しない平坦部と、前記本体部の軸方向の他端側に設けられた前記ブレーキ体側に径方向へ突出する突出部とを有し、前記一端側は前記一対の非回転体のうち固定される非回転体の側であり、
   前記回転シャフトの非回転規制状態において、前記弾性部材の前記突出部が前記ブレーキ体に接触して径方向に付勢する、
   ブレーキ装置。
2. ホイールと、
   前記ホイールを回転させる駆動部と、
   請求項１に記載のブレーキ装置と、
   を備える、
   車輪モジュール。
3. 請求項２に記載の車輪モジュールを備える、移動機構。

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