JPS63157663A - ヒステリシスブレ−キ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばステッピングモータと組合わされて、
同モータのステップ波形改善のために低トルクのブレー
キ作用を上記モータに与えるのに使用されたり、または
トルク試験を行なうのに使用されるヒステリシスブレー
キに関する。

〔従来の技術〕

従来例を示す第５図中１はブレーキ設置用の取付は板で
、これには磁性材料からなるフィールド２がねじ３で固
定されている。フィールド２には、多数の励磁コイル４
（なお、図においては一つのみ図示）が組込まれている
とともに、リング形空隙５を形成して相対向する内側磁
極２ａおよび外側磁極２ｂが設けられている。内側磁極
２ａは極歯を一定間隔毎に設けて凹凸状をなしていると
ともに、外側磁極２ｂはリング形をなしている。そして
、フィールド２の中央部に設けた孔内にはロータ６が備
えるロータ軸６ａが軸受７を介して回転自在に支持され
ている。ロータ６は上記空隙５に挿入されて回転するカ
ップ８を備えているとともに、そのロータ軸６ａの一端
部は回転駆動１９に連結されるようになっている。上記
カップ８は磁気的ヒステリシス特性が大きな無ｖｉ磁の
永久磁石によりリング形をなして形成されている。なお
、図中６ｂはカップ連結用のリベットである。

このような構成のブレーキは、励磁コイル４に通電して
フィールド２を磁化することにより、内外両磁極２ａ、
　２ｂ間の空隙５に磁場を発生させて、この磁場でロー
タ６のカップ８を磁化する。

このため、磁気吸引力より大きな駆動力でロータ６が回
転すると、カップ８に対して既に磁化された磁極の極性
は、ロータ６の回転により空隙５内の磁場により異なる
極性に変化されるが、カップ８を形成している磁性材料
の磁気的とステリシス特性により、上記の極性変化が遅
れる。この際に費やされる磁気的なエネルギーにより、
フィールド２とカップ８とが磁気的に結合され、それに
より低トルクのブレーキ作用を生じる。そして、このよ
うな従来のヒステリシスブレーキは、その励磁コイル４
に流す電流の大きさを変えることで、ブレーキトルクを
調整する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来はロータ６に磁気的ヒステリシス特性が大
きく無着磁の磁性材料製カップ８を設けて、これを磁化
するために、多数の励磁コイル４をフィールド２に内蔵
した構成によれば、これら励磁コイル４の組込みにより
構造および組立てが複雑であるとともに、小形化を図る
には非常に不適当であるという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明のヒステリシスブレーキは、Ｓ。

Ｎ一対の磁極が少なくとも一組以上着磁されたリング形
永久磁石を、周部に備えて回転駆動源に連結されるロー
タと、このロータを軸受を介して回転自在に支持した制
動フレームとを具備し、この制動フレームの上記永久磁
石と磁気空隙を設けて対向する部分を磁気的ヒステリシ
ス特性の大な磁性材料で形成したことを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、制動フレームの磁気的ヒステリシス特
性の大な磁性材料で形成された部分を、上記制動フレー
ムに支持されたロータが備えるリング形永久磁石の磁力
で、磁化する。このため、ロータが磁気吸引力よりも大
きな駆動力で回転すると、その永久磁石の磁極位置の変
化に伴って、上記制動フレームの磁性材料製部分に上記
永久磁石の磁力で既に形成されている磁極の極性が、上
記永久磁石の磁力で異なる極性に変化されるが、上記磁
性材料の磁気的ヒステリシス特性により、上記の極性変
化が遅れる。この極性変化の際に費やされる磁気的なエ
ネルギーで制動フレーム、とロータとが磁気的に結合さ
れる。したがって１、励磁コイルを使用することなく、
磁気的ヒステリシス特性にもとすく低トルクのブレーキ
作用を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。

図中１１は制動フレームで、フレーム本体１２と、この
一端部に固定されたフレーム蓋１３とから形成されてい
る。フレーム本体１２は、略円筒状をなすとともに、磁
気的ヒステリシス特性が大きな磁性材料、例えば５ＵＳ
４１０等のマルテンサイト系のステンレス鋼で形成され
ていて、無着磁である。フレーム本体１２の他端部内側
には軸受１４が取付けられているとともに、フレーム蓋
１３の内部にも軸受１５が取付けられている。

これらの軸受１４．１５を介してロータ１６が上記制動
フレーム１１に回転自在に支持されている。ロータ１６
は、制動フレーム１１の中心部を軸方向に貫通して両軸
受１４．１５に支持されたロータ軸１７と、両軸受１４
．１５間に位置してロータ軸１７にヨーク１８を介して
取付けた永久磁石１９とから形成されている。永久磁石
１９の磁極はモータの径方向に沿って磁束を発生するよ
うになっている。〇−タ軸１７の一端部はステッピング
モータ等の回転駆動１１ｉ２１に接続されるようになっ
ている。ヨーク１８は５２０Ｃなどの材料で形成されて
いる。

そして、永久磁石１９はＳ、Ｎ一対のｒａ極が少なくと
も一組以上着磁されたリング形をなしており、必要とす
るブレーキトルクに応じてフェライトマグネット、サマ
リウム・コバルトφマグネット等適宜なマグネット材料
により形成されている。

このリング形永久磁石１９の外周面は、磁気的ヒステリ
シス特性が大きい磁性材料屏からなる上記フレーム本体
１２の内周面に近接して対向され、これら内外両局面間
には磁気空隙２０が形成されている。

上記構成のラジアルギャップ形のヒステリシスブレーキ
は、ロータ１６を回転自在に支持した制動フレーム１１
の磁気的ヒステリシス特性の大な磁性材料で形成された
部分、つまり〇−タ１６が備えるリング形永久磁石１９
と対向する内周面を有したフレーム本体１２を、上記ロ
ータ１６の周部に設けられたリング形永久磁石１９の磁
力で磁化する。なお、この磁化に際して形成される磁気
回路は、第２図中矢印で代表して示す通りである。

このため、ロータ１６が回転駆動源”２１の回転に連動
して磁気吸引力よりも大きな駆動力で回転すると、永久
磁石１９の磁極位置の変化に伴って、フレーム本体１２
に上記磁気回路で既に形成されている磁極の極性が、ロ
ータ１６の永久磁石１９の磁力で異なる極性に変化され
る。この場合、フレーム本体１２を形成している磁性材
料の磁気的ヒステリシス特性が大きいから、その特性に
より上記の極性変化が遅れる。この磁性変化の際に費や
される磁気的なエネルギーで制動フレーム１１のフレー
ム本体１２とロータ１６とが磁気的に結合される。つま
り、以上のよう社して磁気的ヒステリシス特性にもとす
くブレーキ作用を得ることができる。

なお、この際のブレーキトルクは低トルクであることは
勿論であり、このような低いブレーキトルクは本実施例
の場合回転駆動ＩＩｌ！２またるステッピングモータの
ロータが１ステップ角回転するたびに作用する。ところ
で、ステップ特性のダンピング、つまりステップ特性を
波形で表わせば理想波形は階段状であるが、実際上は各
ステップの波形の立上がりのピークが高過ぎてダンピン
グを生じながら落着くという現象を生じている。しかし
、上記低ブレーキトルクの作用によって、上記階段状波
形の立上がりを多少斜めにして、そのピークが高過ぎな
いように波形成形してダンピングを抑制し、理想波形に
ちかずけることができる。

そして、上記の構成によれば、既述のようにロータ１６
が備える永久磁石１９で、磁気的ヒステリシス特性を有
したフレーム本体１２を磁化するようにしたから、励磁
コイルを必要とすることな（ブレーキトルクを得ること
ができる。したがって、多数の励磁コイルを使用する既
述の従来例に比較して、多くの部品点数を削減して構造
および組立てを簡単にできる。これに伴って、コストを
大幅に低減できるとともに、励磁コイルの配設スペース
が必要なくなり小形に形成できる。

なお、本実施例の構成において、ブレーキトルクを変え
るには、フレーム本体１２の内径またはリング形永久磁
石１９の外径を変えて、磁気空隙２０の大きさを調整す
ればよい。

また、本発明は第３図のようにして実施してもよい。

この第２実施例においては、フレーム１１３がフレーム
本体１２に対して軸方向に沿って進退可能に螺合されて
いる。軸受１５の外輪１５ａはフレーム蓋１３に対して
接着材等で固定されているとともに、軸受１５の内輪１
５ｂはロータ軸１７に対して接着材等で固定されている
。他方の軸受１４の外輪１４ａはフレーム本体１２に対
して接着材等で固定されているが、軸受１４の内輪１４
ｂにはロータ軸１７が摺動可能に挿通されている。また
、ロータ１６の永久磁石１９と対向するフレーム本体１
２の内周面は、段部２２を有し、これを境にした大径内
周面と小径内周面とにより形成されていて、これら大小
両内周面の少なくとも一部と永久磁石１９の外周面とよ
り磁気空隙２０を形成している。なお、以上説明した点
以外の部分の構成は上記第１実施例と同様である。

したがって、この第２実施例の構成でも励磁コイルを必
要とすることなくブレーキトルクを得ることができるこ
とは勿論であるが、その他に、フレーム１１３を進退さ
せることにより、ロータ１６全体を軸方向に移動させて
、そのリング形永久磁石１９のフレーム本体１２内周面
に対向する位置を変えて、磁気空隙２０の大きさを調節
できる。なお、この空隙２０の大きさを調節は、磁気空
１２０の径方向に沿う寸法変化を伴う場合もあるが、空
隙２０の容積変化による。したがって、このような磁気
空隙２０の調節により、第１実施例に比較してブレーキ
トルクの調整を容易にすることができる。勿論、この調
整後にはフレーム蓋１３が不用意に動くことがないよう
に接着等の適宜な固定措置が施されることは言うまでも
ない。

さらに、本発明は第４図に示すアキシャルギャップ形の
ヒステリシスブレーキとしても実施できる。

この第３実施例においても制動フレーム１１は、フレー
ム本体１２とフレーム蓋１３とから形成されるが、その
フレーム蓋１３は磁気的ヒステリシス特性が大きな５Ｕ
Ｓ４１０などの磁性材料製で、かつ無着磁である。そし
て、このフレーム蓋１３の中央部には軸受ホルダ２３が
軸方向に沿って進退可能に螺合されていて、その内側に
軸受１４が取付けられている。また、フレーム本体１２
の中心部には他の軸受１５が取付けられていて、上記両
軸受１４．１５を介して制動フレーム１１にはロータ１
６が回転自在に支持されている。ロータ１６は、両軸受
１４，１５に支持されて制動フレーム１１の中心部を貫
通したロータ軸１７に、軸受１４．１５間に位置される
ロータ円板２４を取付け、この円板２４の上記ステータ
蓋１３の内面に対向する周部側面にリング形をなすヨー
ク１８を介してリング形永久磁石１９を取付けて形成さ
れている。この永久磁石１９にはＳ、Ｎ一対の磁極が少
なくとも一組以上着磁されている。これらの磁極は、軸
方向に沿って磁束を発生するようになっているとともに
、磁気的ヒステリシス特性が大きな磁性材料製の上記ス
テータ蓋１３の内面に、磁気空隙２０を形成して近接対
向されている。上記軸受１４の外輪１４ａは軸受ホルダ
２３に接着材等で固定されているとともに、軸受１４の
内輪１４ｂもロータ軸１７に接着材等で固定されている
。また、他方の軸受１５の外輪１５ａはフレーム本体１
２に接着材等で固定されているとともに、軸受１５の内
輪１５ｂにはロータ軸１７が摺動可能に挿通されている
。

このような構成の第３実施例においても、ロータ１６−
が備える永久磁石１９で、磁気的ヒステリシス特性を有
したフレーム蓋１３を磁化するようにしたから、励磁コ
イルを必要とすることなく低いブレーキトルクを得るこ
とができる。しかも、軸受ホルダ２３を回転させること
により、ロータ１６全体を軸方向に進退させることがで
きるから、それにより磁気空隙２０の大きさくなお、こ
の場合はステータ蓋１３と永久磁石１８との離間寸法の
大きさ）を変化させて、ブレーキトルクの調整を行なう
こともできる。

なお、この第３実施例においては、フレーム蓋１３をフ
レーム本体１２に直接進退可能に螺合させて軸受ホルダ
を省略するようにしてもよい。また、この軸受ホルダ２
３および軸受１４をフレーム本体１２に取付けるととも
に、軸受１５をフレーム蓋１３に取付けて実施してもよ
い。

また、上記各実施例は夫々以上のように構成したが、本
発明の実施に当っては、発明の要旨に反しない限り、制
動フレームおよびその磁性体製部分、ロータ、永久磁石
、軸受、磁気空隙等の具体的な構造、形状、位置、およ
び材質等は、上記各実施例に制約されることなく、種々
の態様に構成して実施できることは勿論である。

〔発明の効果〕

上記特許請求の範囲に記載の構成を要旨とする本発明に
よれば、励磁コイルを使用することなく、磁気的ヒステ
リシス特性にもとずくブレーキ作用を得ることができる
とともに、部品点数が少なく構造および組立てが簡単で
あって小形に形成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は縦断側面図、第２図は第１図中■−■線に沿う断面
図である。第３図は本発明の第２実施例を示す縦断側面
図である。第４図は本発明の第３実施例を示す縦断側面
図である。第５図は従来例を一部断面して示す略側面で
ある。 １１・・・制動フレーム、１４．１５・・・軸受、１６
・・・ロータ、１９・・・永久磁石、２０・・・磁気空
隙、２１・・・回転駆動源。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　愚弟２図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓ、Ｎ一対の磁極が少なくとも一組以上着磁され
   たリング形永久磁石を、周部に備えて回転駆動源に連結
   されるロータと、このロータを軸受を介して回転自在に
   支持した制動フレームとを具備し、この制動フレームの
   上記永久磁石と磁気空隙を設けて対向する部分を磁気的
   ヒステリシス特性の大な磁性材料で形成したことを特徴
   とするヒステリシスブレーキ。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項の記載において、磁気
   空隙の大きさがロータの軸方向移動で可変されるもので
   あることを特徴とするヒステリシスブレーキ。