JP7415050B2 - 回転機 - Google Patents

Description

本開示は、モータ部とブレーキ部とを備える回転機に関する。

従来、モータ部とブレーキ部とを備える回転機が知られている。モータ部とブレーキ部とは、モータ部の回転軸の軸方向に沿って並べられているのが一般的である。無励磁動作型のブレーキ部を有する回転機では、ブレーキ部のブレーキコイルに通電すると、モータ部の制動が解除されてモータ部の回転が可能となる。

例えば、特許文献１には、モータ部の回転軸の軸方向に沿った一端部にブレーキ部を配置する無励磁動作型のブレーキ部を有する回転機が開示されている。特許文献１に開示されたブレーキ部は、モータ部の回転軸の軸方向に沿って移動不能および回転不能に設けられたサイドプレートと、モータ部の回転軸の軸方向に沿って移動可能にシャフトの外周面に設けられてシャフトと一体的に回転するブレーキディスクと、モータ部の回転軸の軸方向に沿ってブレーキディスクに接近および離隔する方向にスライド可能に設けられたアーマチュアとを有する。アーマチュア、ブレーキディスク、サイドプレートは、この順序でモータ部の回転軸の軸方向に沿ってモータ部から離隔する方向に配置されている。

また、特許文献１に開示されたブレーキ部は、モータ部とアーマチュアとの間に配置されてシャフトが通される円筒形状のヨークを備える。ヨークには、アーマチュアに向けて開口した環状凹部と、アーマチュアに向けて開口したばね用凹部とが形成されている。環状凹部には、ブレーキコイルが配置されており、ばね用凹部には、アーマチュアをブレーキディスクに向かって付勢するばね部材が配置されている。

特許文献１に開示された回転機では、ブレーキコイルが通電されると、アーマチュアがばね部材のばね力に抗してヨークに吸引されてブレーキディスクから離隔し、モータ部の制動が解放される。一方、ブレーキコイルへの通電が停止されると、ばね部材のばね力によりアーマチュアがブレーキディスクに向かって移動して、アーマチュアとサイドプレートとの間にブレーキディスクが挟み込まれて、モータ部が制動される。

国際公開第２０１５／１８１９００号

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ブレーキコイルがヨークを間に挟んでロータと反対側に配置されているため、ブレーキコイルへの通電時にブレーキコイルから発生する磁束は、ヨークとアーマチュアとを通り、ブレーキ部の外に流れにくい。特に、特許文献１に開示された技術では、ヨークのうちブレーキコイルとロータとの間に位置する部分の厚さは、ヨークのうちシャフトを向く部分に形成された円筒部の厚さと同じであるため、ブレーキコイルから発生する磁束がロータに流れにくい。したがって、ブレーキコイルから発生する磁束をモータ部のトルクに利用できない。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ブレーキコイルから発生する磁束をモータ部のトルクに利用することができる回転機を得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、本開示にかかる回転機は、円筒形状のステータと、ステータの内周側にステータと隙間を空けて設けられたロータと、ロータを貫通するように設けられたシャフトとを有するモータ部と、モータ部を制動するブレーキ部と、を備える。ブレーキ部は、シャフトの外周面に固定されてシャフトの回転に伴って回転する回転板と、モータ部の回転軸の軸方向に沿って回転板に接近および離隔する方向にスライド可能に設けられたスライド板と、ばね力によってスライド板を回転板に向かって付勢するばね部材と、軸方向においてばね部材を挟んでスライド板と反対側に配置されて、ばね部材のばね力に抗してスライド板を回転板から離隔する方向に吸引可能な電磁石と、を有する。電磁石は、シャフトが通される円筒形状の内側円筒部と、内側円筒部の外周側に内側円筒部と空間を介して設けられた円筒形状の外側円筒部とを含むヨークと、内側円筒部と外側円筒部との間に形成された空間に配置されたブレーキコイルと、を有する。ヨークは、軸方向においてスライド板とロータとの間に、スライド板およびロータと隙間を空けて配置されている。ブレーキコイルは、軸方向においてロータと隣接して配置されている。ブレーキコイルが通電されると、スライド板は、内側円筒部および外側円筒部の両方に接近することを特徴とする。

本開示にかかる回転機では、ブレーキコイルから発生する磁束をモータ部のトルクに利用することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる回転機のブレーキ作動時を示す断面図 実施の形態１にかかる回転機のブレーキ解放時を示す断面図 実施の形態１にかかる回転機のブレーキ解放時を示す部分断面図 実施の形態２にかかる回転機のブレーキ作動時を示す断面図 実施の形態３にかかる回転機のブレーキ解放時を示す拡大断面図 実施の形態４にかかる回転機のブレーキ解放時を示す拡大断面図 実施の形態５にかかる回転機のブレーキ解放時を示す拡大断面図 実施の形態６にかかる回転機のブレーキ解放時を示す拡大断面図 実施の形態７にかかる回転機のブレーキ解放時を示す拡大断面図 実施の形態８にかかる回転機のロータを示す断面斜視図 実施の形態９にかかる回転機のロータを示す図 実施の形態１０にかかる回転機のロータを示す斜視図 実施の形態１１にかかる回転機の制御ブロック図 実施の形態１２にかかる回転機のブレーキ解放時を示す断面図 実施の形態１３にかかる回転機のブレーキ解放時を示す断面図 実施の形態１４にかかる回転機のブレーキ解放時を示す断面図 実施の形態１５にかかる回転機のブレーキ作動時を示す断面図

以下に、実施の形態にかかる回転機を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる回転機１のブレーキ作動時を示す断面図である。図１に示すように、回転機１は、モータ部２と、ブレーキ部３とを備える。

モータ部２は、ステータ２１と、ロータ２２と、シャフト２３とを有する。ステータ２１は、中心軸Ｃを有する円筒形状に形成されている。ステータ２１とロータ２２とシャフト２３とは、同軸に設けられている。ロータ２２およびシャフト２３は、中心軸Ｃを回転軸として回転可能である。以下、回転機１の各構成要素について方向を説明するときには、ロータ２２およびシャフト２３の回転軸の軸方向を「軸方向」、ロータ２２およびシャフト２３の回転軸の軸方向と直交する方向を「径方向」、ロータ２２およびシャフト２３の回転軸を中心とする回転方向を「周方向」と称する。

ステータ２１は、円筒形状のステータコア２４と、ステータコア２４に巻回されたモータコイル２５とを含んでいる。ステータコア２４は、後記する外側円筒部８２の近くに配置されている。ステータコア２４の軸方向の両端部には、モータコイル２５のコイルエンド部２６が配置されている。コイルエンド部２６は、後記するブレーキコイル９と径方向に重なる位置に配置されている。

ロータ２２は、ステータ２１の内周側にステータ２１と隙間を空けて設けられている。ロータ２２は、複数のロータコア２７と、永久磁石２８とを含んでいる。ロータコア２７は、円筒形状に形成されている。ロータコア２７の数は、本実施の形態では２つである。２つのロータコア２７は、軸方向に互いに間隔を空けて配置されている。隣り合うロータコア２７の間には、永久磁石２８が配置されている。

シャフト２３は、ロータ２２の中心を軸方向に貫通するように設けられている。シャフト２３は、複数のロータコア２７のそれぞれの内周側に通されている。シャフト２３は、円筒形状に形成されている。シャフト２３の軸方向の両端部は、ロータコア２７から突出している。シャフト２３の軸方向の一端部には、図示しない負荷が取り付けられる。

ブレーキ部３は、モータ部２を制動する機能を有する。モータ部２とブレーキ部３とは、軸方向に沿って並べられている。ブレーキ部３は、モータ部２を挟んで負荷と反対側、すなわち反負荷側に配置されている。ブレーキ部３は、回転板４と、スライド板５と、ばね部材６と、電磁石７とを有する。なお、ブレーキ部３は、負荷側に配置されてもよい。

回転板４は、シャフト２３の外周面に固定されてシャフト２３の回転に伴って回転する円板状の部材である。回転板４の中心には、シャフト２３が取り付けられる取付孔４１が形成されている。

スライド板５は、軸方向に沿って回転板４に接近および離隔する方向にスライド可能に設けられた部材である。スライド板５は、本実施の形態ではブレーキ板５１とアーマチュア５２とで構成されている。ブレーキ板５１とアーマチュア５２とは、この順序で回転板４からモータ部２に向けて軸方向に並んで配置されている。ブレーキ板５１は、円板状の部品である。ブレーキ板５１の中心には、シャフト２３が通される通孔５１ａが形成されている。ブレーキ板５１のうち回転板４を向く面には、図示しない摩擦材が設けられている。アーマチュア５２は、円板状の部品である。アーマチュア５２の中心には、シャフト２３が通される通孔５２ａが形成されている。アーマチュア５２の材料には、例えば、軟磁性体が用いられる。軟磁性体は、例えば、鋼板である。

ばね部材６は、ばね力によってスライド板５を回転板４に向かって付勢する部材である。ばね部材６には、例えば、コイルばねが用いられる。ブレーキ作動時には、ばね部材６のばね力により、スライド板５が回転板４に押し付けられて、ブレーキ板５１の摩擦材と回転板４とが接触することで、モータ部２が制動される。ブレーキ作動時には、ばね部材６によりスライド板５が回転板４に押し付けられているため、スライド板５とヨーク８との隙間が大きくなり、永久磁石２８から発生する磁束がヨーク８へ流れる量は少ない。

電磁石７は、軸方向においてばね部材６を挟んでスライド板５と反対側に配置されて、ばね部材６のばね力に抗してスライド板５を回転板４から離隔する方向に吸引可能な部材である。電磁石７は、ヨーク８と、ブレーキコイル９とを有する。

ヨーク８は、シャフト２３が通される円筒形状の内側円筒部８１と、内側円筒部８１の外周側に内側円筒部８１と空間８３を介して設けられた円筒形状の外側円筒部８２とを含む。内側円筒部８１と外側円筒部８２とは、同心円状に形成されている。空間８３は、円環状の空間である。ヨーク８は、軸方向においてスライド板５とロータコア２７との間に、スライド板５およびロータコア２７と隙間を空けて配置されている。内側円筒部８１を挟んだ軸方向の一方には、スライド板５が配置され、内側円筒部８１を挟んだ軸方向の他方には、ロータコア２７が配置されている。ロータコア２７は、内側円筒部８１の近くに配置されている。

ブレーキコイル９は、内側円筒部８１と外側円筒部８２との間に形成された空間８３に配置されている。ブレーキコイル９は、軸方向においてロータコア２７と隣接して配置されている。つまり、ブレーキコイル９は、軸方向においてヨーク８を間に挟まずにロータコア２７の隣に配置されている。図２は、実施の形態１にかかる回転機１のブレーキ解放時を示す断面図である。図２に示すように、ブレーキコイル９が通電されると、ばね部材６のばね力に抗して、スライド板５が回転板４から離隔する方向に吸引されて、スライド板５と回転板４とが非接触状態となり、モータ部２の制動が解放される。ブレーキコイル９が通電されると、スライド板５は、内側円筒部８１および外側円筒部８２の両方に隣接する。すなわち、ブレーキコイル９が通電されると、スライド板５は、内側円筒部８１および外側円筒部８２の両方に接近する。ブレーキコイル９が通電された状態で、ロータコア２７およびステータコア２４からアーマチュア５２までの軸方向に沿う距離Ｌ１は、ロータコア２７からステータコア２４までの径方向に沿う距離Ｌ２よりも大きい。以下、ブレーキコイル９への通電時にブレーキコイル９から発生する磁束をブレーキ磁束と称する。図２では、ブレーキ磁束の流れを白抜き矢印で示している。

次に、本実施の形態にかかる回転機１の効果について説明する。

図２に示すように、ブレーキコイル９が通電されることで発生するブレーキ磁束は、内側円筒部８１を流れた後、内側円筒部８１と僅かな隙間を空けて配置されたロータコア２７へと流れる。次に、ロータコア２７からステータコア２４へと流れた後、外側円筒部８２へと流れる。最後に、外側円筒部８２からアーマチュア５２へと流れた後、内側円筒部８１に戻る。このようにブレーキ磁束は、内側円筒部８１、ロータコア２７、ステータコア２４、外側円筒部８２、アーマチュア５２、内側円筒部８１の順に一周するように流れる。ブレーキ解放時には、ブレーキコイル９が通電されることでスライド板５がヨーク８に吸着されて、スライド板５とヨーク８との隙間が小さくなるため、ブレーキコイル９から発生するブレーキ磁束がスライド板５側よりもロータコア２７側へ流れやすくなる。

図３は、実施の形態１にかかる回転機１のブレーキ解放時を示す部分断面図である。図３では、理解の容易化のため、ハッチングの図示を省略している。図３に示される実線矢印のように、ブレーキ磁束がモータ部２のトルクの向上に寄与する経路は、内側円筒部８１、ロータコア２７、ステータコア２４、外側円筒部８２、アーマチュア５２、内側円筒部８１の順に流れる経路である。一方、図３に示される破線矢印のように、ブレーキ磁束がモータ部２のトルクの向上に寄与しない経路は、内側円筒部８１、ロータコア２７、ブレーキコイル９、外側円筒部８２、アーマチュア５２、内側円筒部８１の順に流れる経路である。本実施の形態では、図２に示すように、ブレーキコイル９が通電された状態で、ロータコア２７およびステータコア２４からアーマチュア５２までの軸方向に沿う距離Ｌ１は、ロータコア２７からステータコア２４までの径方向に沿う距離Ｌ２よりも大きい。また、本実施の形態では、ブレーキコイル９が軸方向においてロータコア２７と隣接して配置されていることで、ブレーキ磁束がロータコア２７とステータコア２４との間を通る経路の磁気抵抗は、ブレーキ磁束がロータコア２７とブレーキコイル９との間を通る経路の磁気抵抗よりも小さい。そのため、ブレーキコイル９から発生して内側円筒部８１を通ったブレーキ磁束の大部分は、ロータコア２７からステータコア２４を通って外側円筒部８２へと流れて、ロータコア２７からブレーキコイル９を通る漏れ磁束が少なくなる。つまり、ブレーキコイル９から発生するブレーキ磁束をモータ部２のトルクに利用することができる。これにより、ブレーキコイル９の通電電力の一部をモータ部２の駆動電力に用いることができるため、本実施の形態にかかる回転機１が従来のブレーキ部付きの回転機と同じサイズの場合には、モータシステムの効率を向上させることができる。また、本実施の形態にかかる回転機１が従来のブレーキ部付きの回転機と同じ消費電力であれば、モータ部２のトルクを向上させることができる。また、本実施の形態にかかる回転機１が従来のブレーキ部付きの回転機と同じトルクであれば、モータ部２の小型化を図ることができる。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、実施の形態２にかかる回転機１Ａについて説明する。図４は、実施の形態２にかかる回転機１Ａのブレーキ作動時を示す断面図である。本実施の形態では、ブレーキ部３が固定板１０を備える点が前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

固定板１０は、ボルトＢによりヨーク８の外側円筒部８２に移動不能および回転不能に固定される円板状の部材である。固定板１０の中心には、シャフト２３が通される通孔１０ａが形成されている。

回転板４は、シャフト２３に固定されたハブ１１を介して、シャフト２３に連結されている。回転板４は、シャフト２３の回転に伴って回転可能および軸方向にスライド可能にハブ１１に嵌め合わされている。回転板４の軸方向の両面には、摩擦材が設けられている。

スライド板５は、本実施の形態ではアーマチュア５２のみで構成されている。固定板１０と回転板４とスライド板５とは、この順序でモータ部２に向けて軸方向に並んで配置されている。回転板４は、固定板１０とスライド板５との間に配置されている。

ブレーキ作動時には、ばね部材６のばね力により、スライド板５が回転板４に向かって軸方向に移動することで、回転板４がスライド板５と固定板１０との間に挟み込まれる。回転板４の軸方向の両面に設けられた摩擦材がスライド板５と固定板１０との両方に接触することで、モータ部２が制動される。

本実施の形態では、回転板４の軸方向の両面をモータ部２の制動に利用することができるため、回転板４およびスライド板５の小型化を図ることができる。

実施の形態３．
次に、図５を参照して、実施の形態３にかかる回転機１Ｂについて説明する。図５は、実施の形態３にかかる回転機１Ｂのブレーキ解放時を示す拡大断面図である。なお、実施の形態３では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

外側円筒部８２は、軸方向に亘って一定の径である外側円筒部本体８２ａと、外側円筒部本体８２ａの軸方向のスライド板５を向く端部から内側円筒部８１に向かって径方向内側に延びるフランジ部８２ｂとを有する。

ここでは、内側円筒部８１と外側円筒部８２との径方向の最短距離である内側円筒部８１の外周面からフランジ部８２ｂの内周面までの径方向に沿う距離を第１の距離Ｄ１とする。内側円筒部８１と外側円筒部８２との径方向の最長距離である内側円筒部８１の外周面から外側円筒部本体８２ａの内周面までの径方向に沿う距離を第２の距離Ｄ２とする。ステータコア２４の内周面からロータコア２７の外周面までの径方向に沿う距離を第３の距離Ｄ３とする。第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２は、第３の距離Ｄ３よりも長い。

本実施の形態では、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２が第３の距離Ｄ３よりも長いことにより、ステータコア２４を通らずに内側円筒部８１から外側円筒部８２に直接流れるブレーキ磁束を抑制することが可能になり、モータ部２のトルクに寄与しない漏れ磁束を低減することができる。

実施の形態４．
次に、図６を参照して、実施の形態４にかかる回転機１Ｃについて説明する。図６は、実施の形態４にかかる回転機１Ｃのブレーキ解放時を示す拡大断面図である。本実施の形態では、内側円筒部８１と外側円筒部８２とを薄肉部８４で一体化した点が前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態４では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

ヨーク８は、内側円筒部８１と外側円筒部８２とを接続する薄肉部８４を含んでいる。薄肉部８４は、内側円筒部８１および外側円筒部８２のうち軸方向のモータ部２を向く端部同士を接続している。薄肉部８４は、内側円筒部８１および外側円筒部８２とモータ部２との間に配置されている。薄肉部８４は、軸方向においてモータ部２の隣に配置されている。

内側円筒部８１の厚さを第１の厚さＴ１、外側円筒部８２の厚さを第２の厚さＴ２、薄肉部８４の厚さを第３の厚さＴ３とする。第３の厚さＴ３は、第１の厚さＴ１および第２の厚さＴ２よりも薄い。

本実施の形態では、ヨーク８は、内側円筒部８１と外側円筒部８２とを接続する薄肉部８４を含んでいることにより、内側円筒部８１と外側円筒部８２とが薄肉部８４を介して一体化されるため、部品点数を削減することが可能になり、コストの低減と組立性の向上とを図ることができる。本実施の形態では、薄肉部８４の第３の厚さＴ３は、内側円筒部８１の第１の厚さＴ１および外側円筒部８２の第２の厚さＴ２よりも薄いことにより、ブレーキ磁束は薄肉部８４では磁気飽和を生じ、薄肉部８４を通ってロータコア２７およびステータコア２４に流れるため、モータ部２のトルクに寄与しない漏れ磁束を抑制することができる。

実施の形態５．
次に、図７を参照して、実施の形態５にかかる回転機１Ｄについて説明する。図７は、実施の形態５にかかる回転機１Ｄのブレーキ解放時を示す拡大断面図である。本実施の形態では、薄肉部８４の位置が前記した実施の形態４と相違する。なお、実施の形態５では、前記した実施の形態４と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

薄肉部８４は、内側円筒部８１および外側円筒部８２のうち軸方向のスライド板５を向く端部同士を接続している。薄肉部８４は、内側円筒部８１とフランジ部８２ｂとの間において径方向に延びている。薄肉部８４は、軸方向においてブレーキコイル９とスライド板５との間に配置されている。薄肉部８４は、軸方向においてスライド板５のアーマチュア５２の隣に配置されている。第３の厚さＴ３は、第１の厚さＴ１および第２の厚さＴ２よりも薄い。

本実施の形態では、内側円筒部８１と外側円筒部８２とを接続する薄肉部８４がアーマチュア５２の隣に配置されることにより、薄肉部８４をモータ部２の隣に配置する場合よりも、ブレーキ磁束は内側円筒部８１からロータコア２７およびステータコア２４に流れやすくなる。そのため、モータ部２のトルクに寄与しない漏れ磁束を抑制することができる。

実施の形態６．
次に、図８を参照して、実施の形態６にかかる回転機１Ｅについて説明する。図８は、実施の形態６にかかる回転機１Ｅのブレーキ解放時を示す拡大断面図である。図８では、理解の容易化のため、ハッチングの図示を省略している。なお、実施の形態６では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

ブレーキコイル９の外径Ｒ１とロータコア２７の外径Ｒ２とは、同径である。外側円筒部８２の外径Ｒ３とステータコア２４の外径Ｒ４とは、同径である。本明細書において同径とは、外径が完全に同じである場合の他、製造誤差、組立誤差などにより外径が僅かに異なる場合も含む意味である。

本実施の形態では、ブレーキコイル９の外径Ｒ１とロータコア２７の外径Ｒ２とが同径であることにより、ブレーキコイル９の外径の大型化を抑制しつつ、内側円筒部８１からロータコア２７へブレーキ磁束を有効に流すことができる。また、本実施の形態では、外側円筒部８２の外径Ｒ３とステータコア２４の外径Ｒ４とが同径であることにより、モータ部２の外径の大型化を抑制しつつ、ステータコア２４から外側円筒部８２へブレーキ磁束を有効に流すことができる。

実施の形態７．
次に、図９を参照して、実施の形態７にかかる回転機１Ｆについて説明する。図９は、実施の形態７にかかる回転機１Ｆのブレーキ解放時を示す拡大断面図である。なお、実施の形態７では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

ここでは、内側円筒部８１とロータコア２７との間に形成される軸方向に沿う隙間を第１の隙間Ｇ１、ロータコア２７とステータコア２４との間に形成される径方向に沿う隙間を第２の隙間Ｇ２とする。また、外側円筒部８２とスライド板５との間に形成される軸方向に沿う隙間を第３の隙間Ｇ３、内側円筒部８１とスライド板５との間に形成される軸方向に沿う隙間を第４の隙間Ｇ４とする。ブレーキコイル９が通電された状態で、第２の隙間Ｇ２＞第１の隙間Ｇ１＞第３の隙間Ｇ３≧０ｍｍ、かつ第２の隙間Ｇ２＞第１の隙間Ｇ１＞第４の隙間Ｇ４≧０ｍｍの関係を満たすように、内側円筒部８１、ロータコア２７、ステータコア２４、外側円筒部８２およびスライド板５が配置されている。ブレーキ作動時には、スライド板５が内側円筒部８１および外側円筒部８２から軸方向に離隔するように移動するため、第３の隙間Ｇ３および第４の隙間Ｇ４は、ブレーキ作動時よりもブレーキ解放時の方が小さい。第３の隙間Ｇ３および第４の隙間Ｇ４の大小関係は、特に制限されない。なお、図９では、理解を容易にするため、各隙間Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を極端に大きく描いている。

本実施の形態では、ブレーキコイル９が通電された状態で、第２の隙間Ｇ２＞第１の隙間Ｇ１＞第３の隙間Ｇ３、第４の隙間Ｇ４≧０ｍｍの関係を満たすことにより、ブレーキ磁束が外側円筒部８２からスライド板５に流れる際の漏れ磁束を低減できるとともに、ブレーキ磁束がスライド板５から内側円筒部８１に流れる際の漏れ磁束を低減できる。そのため、ブレーキ磁束をモータ部２のトルクにより一層利用することができる。また、本実施の形態では、第２の隙間Ｇ２が第１の隙間Ｇ１よりも大きいことにより、コギングトルクの増加を抑制することができる。

実施の形態８．
次に、図１０を参照して、実施の形態８にかかる回転機１Ｇについて説明する。図１０は、実施の形態８にかかる回転機１Ｇのロータ２２を示す断面斜視図である。なお、実施の形態８では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

ロータ２２は、クローポール型のロータである。ロータ２２は、ロータコア２７と、永久磁石２８とを有する。ロータコア２７は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて形成されている。本実施の形態では、２つの電磁鋼板を図示しているが電磁鋼板の数を限定する趣旨ではない。以下、２つの電磁鋼板を区別する場合には、一方の電磁鋼板を第１のロータコア２７ａと称し、他方の電磁鋼板を第２のロータコア２７ｂと称する。隣り合う第１のロータコア２７ａと第２のロータコア２７ｂとの間には、軸方向に着磁された永久磁石２８が配置されている。

第１のロータコア２７ａの外周面には、複数の突起部２７ｃが周方向に等角度離れて設けられている。第２のロータコア２７ｂの外周面には、複数の突起部２７ｄが周方向に等角度離れて設けられている。突起部２７ｃと突起部２７ｄとは、周方向にずれて配置されている。つまり、軸方向に沿ってロータコア２７を見たときに、突起部２７ｃと突起部２７ｄとが周方向に交互に配置されている。

本実施の形態では、第１のロータコア２７ａの突起部２７ｃと第２のロータコア２７ｂの突起部２７ｄとは、周方向に交互に配置されていることにより、ここでは図示は省略するが、ブレーキ磁束を、内側円筒部８１、第１のロータコア２７ａ、ステータコア２４、外側円筒部８２の順に円滑に流すことができるため、モータ部２のトルクを向上させることができる。

なお、ロータコア２７に軟磁性体の一体部品を用いてもよい。このようにすると、ロータコア２７のうちステータコア２４を向く面のみを径方向に延ばした三角形にロータコア２７を製造することが容易になる。また、永久磁石２８を省略してもよいし、永久磁石２８の代わりに直流励磁コイルを配置してもよい。ロータ２２に永久磁石２８を用いないことで、より安価にモータ部２を製造することができるとともに、ロータ２２の強度を向上させてロータ２２の回転速度を上げることが可能になる。

実施の形態９．
次に、図１１を参照して、実施の形態９にかかる回転機１Ｈについて説明する。図１１は、実施の形態９にかかる回転機１Ｈのロータ２２を示す図である。なお、実施の形態９では、前記した実施の形態８と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

ロータ２２は、コンシクエントポール型のロータである。ロータ２２は、ロータコア２７と、永久磁石２８とを有する。ロータコア２７の外周面には、突起部２７ｅと、一方向に着磁された永久磁石２８とが周方向に交互に配置されている。このようにすると、ここでは図示は省略するが、ブレーキ磁束を、内側円筒部８１、ロータコア２７、ステータコア２４、外側円筒部８２の順に円滑に流すことができるため、モータ部２のトルクを向上させることができる。

実施の形態１０．
次に、図１２を参照して、実施の形態１０にかかる回転機１Ｉについて説明する。図１２は、実施の形態１０にかかる回転機１Ｉのロータ２２を示す斜視図である。なお、実施の形態１０では、前記した実施の形態８と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

ロータ２２は、クローポール型とコンシクエントポール型との混合型のロータである。ロータ２２は、ロータコア２７と、永久磁石２８とを有する。第１のロータコア２７ａの外周面には、突起部２７ｄと、一方向に着磁された永久磁石２８ａとが周方向に交互に配置されている。第２のロータコア２７ｂの外周面には、突起部２７ｅと、一方向に着磁された永久磁石２８ｂとが周方向に交互に配置されている。第１のロータコア２７ａの突起部２７ｄと第２のロータコア２７ｂの永久磁石２８ｂとが軸方向で重なるように、かつ、第１のロータコア２７ａの永久磁石２８ａと第２のロータコア２７ｂの突起部２７ｅとが軸方向で重なるように、第１のロータコア２７ａおよび第２のロータコア２７ｂが配置されている。永久磁石２８ａの着磁方向と永久磁石２８ｂの着磁方向とは、互いに逆になっている。

本実施の形態では、第１のロータコア２７ａの突起部２７ｄと第２のロータコア２７ｂの永久磁石２８ｂとが軸方向で重なるように、かつ、第１のロータコア２７ａの永久磁石２８ａと第２のロータコア２７ｂの突起部２７ｅとが軸方向で重なるように、第１のロータコア２７ａおよび第２のロータコア２７ｂが配置されている。これにより、図示しないシャフト２３が軸方向に磁化することを防げるため、シャフト２３の軸方向の端部に軟磁性体を配置することが容易となる。

実施の形態１１．
次に、図１３を参照して、実施の形態１１にかかる回転機１Ｊについて説明する。図１３は、実施の形態１１にかかる回転機１Ｊの制御ブロック図である。なお、実施の形態１１では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

回転機１Ｊは、モータ部駆動電源１２と、ブレーキ電源１３と、制御部１４と、モータコイル２５と、ブレーキコイル９とを備える。

モータ部駆動電源１２は、モータコイル２５に電力を供給する外部電源である。ブレーキ電源１３は、ブレーキコイル９に電力を供給する外部電源である。

制御部１４は、モータ部駆動電源１２、ブレーキ電源１３、モータコイル２５およびブレーキコイル９と電気的に接続されている。制御部１４には、モータコイル２５の制御回路とブレーキコイル９の制御回路とが一体化されている。

本実施の形態では、回転機１Ｊがモータコイル２５の制御回路とブレーキコイル９の制御回路とが一体化された制御部１４を備えることにより、駆動用の制御回路とブレーキ用の制御回路とを共有化できる。そのため、回転機１Ｊの小型化を図りつつ、モータコイル２５とブレーキコイル９とに最適な電流の配分を行って回転機１Ｊの高効率化を図ることができる。例えば、モータ部２の回転速度が遅い場合は、ロータ２２の磁束を強める方向にブレーキコイル９に通電し、モータ部２の回転速度が速い場合は、モータ部２の端子電圧を低減させるためにロータ２２の磁束を弱める方向にブレーキコイル９に通電することで、回転機１Ｊの高効率化を図ることができる。

実施の形態１２．
次に、図１４を参照して、実施の形態１２にかかる回転機１Ｋについて説明する。図１４は、実施の形態１２にかかる回転機１Ｋのブレーキ解放時を示す断面図である。なお、実施の形態１２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態８にかかるロータ２２を用いる場合を想定している。回転機１Ｋは、軸方向においてモータ部２を挟んでブレーキコイル９と反対側に配置されている励磁コイル１５と、励磁コイル１５を収容する円筒形状の励磁ヨーク１６とを備える。ブレーキコイル９の通電方向は、実施の形態１におけるブレーキコイル９の通電方向とは逆である。ブレーキコイル９の通電方向と励磁コイル１５の通電方向とは、同じである。以下、励磁コイル１５が通電されることで発生する磁束を励磁磁束と称する。

ブレーキ磁束は、本実施の形態では内側円筒部８１、アーマチュア５２、外側円筒部８２、ステータコア２４、ロータコア２７の順に流れた後、内側円筒部８１に戻る。一方、励磁磁束は、励磁ヨーク１６、ロータコア２７、ステータコア２４、励磁ヨーク１６の順に流れる。

本実施の形態では、回転機１Ｋは、軸方向においてモータ部２を挟んでブレーキコイル９と反対側に配置されている励磁コイル１５を備えることにより、励磁コイル１５から発生する励磁磁束をモータ部２のトルクに利用することができる。これにより、ブレーキコイル９から発生するブレーキ磁束のみを利用する場合と比較して、モータ部２の軸方向の両側にバランスよく磁束を流すことができる。そのため、モータ部２の軸方向への電磁力を低減できる。また、本実施の形態では、ロータ２２がクローポール型のロータであるとともに、ブレーキコイル９の通電方向と励磁コイル１５の通電方向とが同じであることにより、モータコイル２５を鎖交しない漏れ磁束を低減することができる。

なお、本実施の形態では、実施の形態８にかかるロータ２２を例にしたが、実施の形態１０のロータ２２を用いた場合でも同様の効果を奏することができる。すなわち、モータ部２の軸方向への電磁力を低減できる。また、ロータ２２がクローポール型とコンシクエントポール型との混合型であるとともに、ブレーキコイル９の通電方向と励磁コイル１５の通電方向とが同じであることにより、モータコイル２５を鎖交しない漏れ磁束を低減することができる。

実施の形態１３．
次に、図１５を参照して、実施の形態１３にかかる回転機１Ｌについて説明する。図１５は、実施の形態１３にかかる回転機１Ｌのブレーキ解放時を示す断面図である。なお、実施の形態１３では、前記した実施の形態１２と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態９にかかるロータ２２を用いる場合を想定している。ブレーキコイル９の通電方向は、実施の形態１２におけるブレーキコイル９の通電方向と同じ向きである。ブレーキコイル９の通電方向と励磁コイル１５の通電方向とは、互いに逆である。

ブレーキ磁束は、本実施の形態では内側円筒部８１、アーマチュア５２、外側円筒部８２、ステータコア２４、ロータコア２７の順に流れた後、内側円筒部８１に戻る。一方、励磁磁束は、励磁ヨーク１６、ステータコア２４、ロータコア２７、励磁ヨーク１６の順に流れる。

実施の形態９のロータ２２を用いた場合には、本実施の形態のように、ブレーキコイル９の通電方向と励磁コイル１５の通電方向とを互いに逆にすることにより、前記した実施の形態１２と同様に、モータ部２の軸方向への電磁力を低減できる。また、本実施の形態では、ロータ２２がコンシクエントポール型のロータであるとともに、ブレーキコイル９の通電方向と励磁コイル１５の通電方向とが互いに逆であることにより、ブレーキコイル９から発生するブレーキ磁束のうちシャフト２３の軸方向を通る成分が打ち消されて、シャフト２３が磁化されない。そのため、シャフト２３の軸方向の端部に鉄などの磁性体材料を取り付ける際に、磁性体材料がシャフト２３に吸引されないというメリットを得ることができる。

実施の形態１４．
次に、図１６を参照して、実施の形態１４にかかる回転機１Ｍについて説明する。図１６は、実施の形態１４にかかる回転機１Ｍのブレーキ解放時を示す断面図である。図１６では、ブレーキ解放時にブレーキコイル９から発生する磁束の流れと回転磁界による磁束Ｍの流れとを模式的に示している。なお、実施の形態１４では、前記した実施の形態１２と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

モータ部２は、シャフト２３を回転可能に支持する軸受１７を有する。ブレーキコイル９が通電されることで発生するブレーキ磁束の一部の流れ方向は、回転磁界で発生する磁束の一部を打ち消す方向と一致する。

一般論として、分布巻モータ、８極１２スロットなどの一部の集中巻モータでは、モータコイルに三相交流電流が通電されると、ステータにおいて回転機の回転方向に磁界が発生し、軸受に電位差が生じる。この電位差で軸受の内部に放電が生じ、電蝕によって軸受が損傷する。本実施の形態では、ブレーキ磁束の一部が回転磁界による磁束の一部を打ち消す方向に流れるようにブレーキコイル９に通電することで、軸受１７の電位差を低減させることができ、軸受１７の損傷を抑制することができる。このような効果は、ブレーキコイル９と励磁コイル１５とを備える両側ブレーキタイプの回転機１Ｍだけではなく、実施の形態１のようにブレーキコイル９のみを備える片側ブレーキタイプの回転機１でも奏することができる。

実施の形態１５．
次に、図１７を参照して、実施の形態１５にかかる回転機１Ｎについて説明する。図１７は、実施の形態１５にかかる回転機１Ｎのブレーキ作動時を示す断面図である。なお、実施の形態１５では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

回転機１Ｎは、シャフト２３に取り付けられた減速機１８と、減速機１８の出力側に設けられてモータ部２の回転角度を検出する角度検出器１９と、モータ部２の電圧またはモータ部２の電流に基づきモータ部２の回転角度を推定する制御部１４と、モータ部駆動電源１２とを備える。モータ部駆動電源１２は、モータコイル２５に電力を供給する外部電源である。制御部１４は、モータ部駆動電源１２と電気的に接続されている。減速機１８は、軸方向においてモータ部２を挟んでブレーキ部３と反対側に配置されている。

本実施の形態では、減速機１８の入力側をセンサレス制御にすることで、減速機１８の入力側の角度検出器を削減できるため、回転機１の小型化を図ることができる。一方で、減速機１８の出力側に角度検出器１９を設けることで、減速機１８のバックラッシの影響を低減して、角度検出器１９の位置検出精度を高めることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ，１Ｎ 回転機、２ モータ部、３ ブレーキ部、４ 回転板、５ スライド板、６ ばね部材、７ 電磁石、８ ヨーク、９ ブレーキコイル、１０ 固定板、１０ａ，５１ａ，５２ａ 通孔、１１ ハブ、１２ モータ部駆動電源、１３ ブレーキ電源、１４ 制御部、１５ 励磁コイル、１６ 励磁ヨーク、１７ 軸受、１８ 減速機、１９ 角度検出器、２１ ステータ、２２ ロータ、２３ シャフト、２４ ステータコア、２５ モータコイル、２６ コイルエンド部、２７ ロータコア、２７ａ 第１のロータコア、２７ｂ 第２のロータコア、２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ 突起部、２８，２８ａ，２８ｂ 永久磁石、４１ 取付孔、５１ ブレーキ板、５２ アーマチュア、８１ 内側円筒部、８２ 外側円筒部、８２ａ 外側円筒部本体、８２ｂ フランジ部、８３ 空間、８４ 薄肉部、Ｂ ボルト。

Claims (9)

1. 円筒形状のステータと、前記ステータの内周側に前記ステータと隙間を空けて設けられたロータと、前記ロータを貫通するように設けられたシャフトとを有するモータ部と、
   前記モータ部を制動するブレーキ部と、を備え、
   前記ブレーキ部は、
   前記シャフトの外周面に固定されて前記シャフトの回転に伴って回転する回転板と、
   前記モータ部の回転軸の軸方向に沿って前記回転板に接近および離隔する方向にスライド可能に設けられたスライド板と、
   ばね力によって前記スライド板を前記回転板に向かって付勢するばね部材と、
   前記軸方向において前記ばね部材を挟んで前記スライド板と反対側に配置されて、前記ばね部材の前記ばね力に抗して前記スライド板を前記回転板から離隔する方向に吸引可能な電磁石と、を有し、
   前記電磁石は、
   前記シャフトが通される円筒形状の内側円筒部と、前記内側円筒部の外周側に前記内側円筒部と空間を介して設けられた円筒形状の外側円筒部とを含むヨークと、
   前記内側円筒部と前記外側円筒部との間に形成された前記空間に配置されたブレーキコイルと、を有し、
   前記ヨークは、前記軸方向において前記スライド板と前記ロータとの間に、前記スライド板および前記ロータと隙間を空けて配置され、
   前記ブレーキコイルは、前記軸方向において前記ロータと隣接して配置され、
   前記ブレーキコイルが通電されると、前記スライド板は、前記内側円筒部および前記外側円筒部の両方に接近することを特徴とする回転機。
2. 前記ヨークは、前記内側円筒部と前記外側円筒部とを接続して、前記内側円筒部の厚さおよび前記外側円筒部の厚さよりも薄い薄肉部を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
3. 前記ブレーキコイルの外径と前記ロータの外径とは、同径であり、
   前記外側円筒部の外径と前記ステータの外径とは、同径であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機。
4. 前記内側円筒部と前記ロータとの間に形成される前記軸方向に沿う隙間を第１の隙間、前記ロータと前記ステータとの間に形成される径方向に沿う隙間を第２の隙間、前記外側円筒部と前記スライド板との間に形成される前記軸方向に沿う隙間を第３の隙間、前記内側円筒部と前記スライド板との間に形成される前記軸方向に沿う隙間を第４の隙間としたときに、
   前記ブレーキコイルが通電された状態で、第２の隙間＞第１の隙間＞第３の隙間≧０ｍｍ、かつ第２の隙間＞第１の隙間＞第４の隙間≧０ｍｍの関係を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機。
5. 前記モータ部の制御回路と前記ブレーキコイルの制御回路とが一体化された制御部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転機。
6. 前記軸方向において前記モータ部を挟んで前記ブレーキコイルと反対側に配置されている励磁コイルを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転機。
7. 前記ロータは、クローポール型、または、前記クローポール型とコンシクエントポール型との混合型であり、永久磁石を有し、
   前記ブレーキコイルの通電方向と前記励磁コイルの通電方向とは、同じであることを特徴とする請求項６に記載の回転機。
8. 前記ロータは、コンシクエントポール型であり、永久磁石を有し、
   前記ブレーキコイルの通電方向と前記励磁コイルの通電方向とは、互いに逆であることを特徴とする請求項６に記載の回転機。
9. 前記シャフトに取り付けられた減速機と、
   前記減速機の出力側に設けられて前記モータ部の回転角度を検出する角度検出器と、
   前記モータ部の電圧または前記モータ部の電流に基づき前記モータ部の回転角度を推定する制御回路と、を備え、
   前記減速機は、前記軸方向において前記モータ部を挟んで前記ブレーキ部と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の回転機。

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