JPWO2015132956A1 - ブレーキ付電動機 - Google Patents

Abstract

保持用ブレーキの機能を有するブレーキ付電動機であって、３つの抵抗器１，２，３を具備するブレーキ抵抗２３は、通常時には、３つの抵抗器１，２，３の各一端側および各他端側が共通接続されてブレーキ用ＤＣ電源２４に並列に接続され、非常時もしくは緊急停止時には、３つの抵抗器１，２，３の各一端側が共通接続されてＹ型に結線され、共通接続されない各他端が電動機２２のステータコイル２７の出力端もしくは当該出力端と同電位の端に電気的に接続される。

Description

本発明は、ブレーキ付電動機に関する。

例えばサーボモータなどの回転電動機（以下単に「電動機」という）においては、ブレーキの機能が付加されているものが多い。このブレーキは、一般的に、保持用ブレーキの用途で用いられるが、非常時もしくは緊急時において、保持用ブレーキが制動用として動作してしまう場合があった。

ここで、典型的な保持用ブレーキの構造としては、電動機のシャフトと嵌合構造にあるライニングを設けることが一般的である。この構造において、保持用ブレーキは、電動機の停止状態を維持する場合にはライニングに制動力を付与し、電動機を駆動する場合には、励磁コイルに通電し発生させた起磁力を利用して、ライニングに働く制動力をゼロにして、ブレーキ力を解放するように動作する。

なお、下記特許文献１に記載のブレーキ装置では、電動機の両端を短絡可能に接続される抵抗、ブレーキレバーに吸引力を与えるソレノイド、電動機駆動用電源により充電されてソレノイドに直流電圧を印加する充電装置などを設ける構成が開示されている。

特開昭６０−２２４４３号公報

上述のように、従来のブレーキ付電動機では、保持用ブレーキが制動ブレーキとして動作してしまう場合があった。保持用ブレーキが制動ブレーキとして動作してしまう回数が多くなると、摩耗、損耗によってライニングの寿命が短くなり、ライニングの交換頻度が高くなるため、製造コスト、管理コストが増加するという問題が出てくる。

なお、ブレーキの動作を遅らせる保護回路を設けるとか、追加で外付けのダイナミックブレーキを設けるなどの対策などを行って、ライニング自体の摩耗、損耗を防止することも可能であるが、新たな装置の追設が必要であり、製造コストおよび管理コストの増加は不可避である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、保持用ブレーキが制動ブレーキとして動作してしまうことを防止し、代替の制動力を得る構成を、コスト増を回避しつつ、効果的に実現できるブレーキ付電動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、本発明は、保持用ブレーキの機能を有するブレーキ付電動機であって、３つの抵抗器を具備するブレーキ抵抗が設けられ、前記ブレーキ抵抗は、通常時には、前記３つの抵抗器の各一端側および各他端側が共通接続されて直流電源に並列に接続され、非常時もしくは緊急停止時には、前記３つの抵抗器の各一端側が共通接続されてＹ型に結線され、共通接続されない各他端が電動機のステータコイルの出力端もしくは当該出力端と同電位の端に電気的に接続されることを特徴とする。

この発明によれば、保持用ブレーキが制動ブレーキとして動作してしまうことを防止でき、代替の制動力を、コスト増を回避しつつ、効果的に実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係るブレーキ付電動機を含む電動機システムの構成例を示す図である。 図２は、ブレーキ付電動機のブレーキ抵抗を非常時のダイナミックブレーキとして動作させる場合の回路図である。 図３は、ブレーキ付電動機のブレーキ抵抗を通常動作させる場合の回路図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るブレーキ付電動機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施の形態に係るブレーキ付電動機を含む電動機システムの構成を示す図であり、当該電動機システムをインバータにて駆動する場合の一構成例を示している。図１に示すように、実施の形態に係る電動機システム２０は、電動機２２およびブレーキ抵抗２３を具備するブレーキ付電動機２１、ブレーキ用ＤＣ電源２４、ブレーキ電源スイッチ２５ならびに、リレー素子２６を有してなり、インバータ３０にて電動機２２を駆動する構成である。

インバータ３０は、公知の回路構成であり、図１に示すように、高電位（Ｐ電位）側のＤＣライン３１ａと低電位（Ｎ電位）側のＤＣライン３１ｂとの間に接続される平滑コンデンサ３２が接続され、正側アームのスイッチング素子３４ａ（Ｕ^＋）と負側アームのスイッチング素子３４ｂ（Ｕ⁻）とが直列に接続され、この直列回路が３並列に接続されてＵＶＷ相（Ｕ^＋，Ｕ⁻，Ｖ^＋，Ｖ⁻，Ｗ^＋，Ｗ⁻）の三相インバータ回路が構成される。

スイッチング素子３４ａとスイッチング素子３４ｂとの接続点からは、Ｕ相ＡＣ電圧用配線１５が引き出される。同様に、スイッチング素子３４ｃとスイッチング素子３４ｄとの接続点、および、スイッチング素子３４ｅとスイッチング素子３４ｆとの接続点からは、それぞれ、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６およびＷ相ＡＣ電圧用配線１７が引き出される。これらのＵ相ＡＣ電圧用配線１５、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６およびＷ相ＡＣ電圧用配線１７は電動機２２に接続される。

リレー素子２６は、共通端子（接点）群である共通端子６，７，８、一方側の切替端子（接点）群であるリレー端子９，１０，１１および、他方側の切替端子（接点）群であるリレー端子１２，１３，１４を有している。

ブレーキ付電動機２１には、電動機２２に加え、ブレーキ抵抗２３を有する。ブレーキ抵抗２３は、一端が共通接続されてブレーキ用ＤＣ電源２４の負極側に接続され、他端側は共通接続されずにリレー素子２６の共通端子６，７，８にそれぞれ接続される３つの抵抗器１，２，３を有している。すなわち、ブレーキ抵抗２３における３つの抵抗器はＹ型に結線され、中性点はブレーキ用ＤＣ電源２４の負極側に接続されている。なお、図１とは逆の接続構成、すなわち３つの抵抗器の中性点が、ブレーキ用ＤＣ電源２４の正極側に接続されていてもよいことは言うまでもない。

Ｕ相ＡＣ電圧用配線１５、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６およびＷ相ＡＣ電圧用配線１７は、リレー素子２６のリレー端子９，１０，１１にそれぞれ結線されており、リレー素子２６において、リレー端子９，１０，１１がメイクされることにより、図２にも示す通りのダイナミックブレーキ回路が構成される。

リレー素子２６のリレー端子１２，１３，１４は電気的に接続されて同電位の端子を成し、リレー端子１２，１３，１４がメイクされることにより、図３にも示す通りのブレーキ回路が構成される。

つぎに、本実施の形態に係るブレーキ付電動機の動作について、図１から図３の図面を参照して説明する。

インバータ３０は、平滑コンデンサ３２の電力を使用して電動機２２を駆動する。制御部３６は、インバータ３０をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調するための制御信号を生成してインバータ３０のスイッチング素子３４ａ〜３４ｆを制御する。

通常時、リレー素子２６は、リレー端子１２，１３，１４側に切り替えられており、図３に示すブレーキ回路が形成されている。このブレーキ回路を動作させる場合には、ブレーキ電源スイッチ２５をオンに制御する。

一方、非常時もしくは緊急時と判断されるような事象が発生した場合には、例えば制御部３６の端子１８，１９からダイナミックブレーキ信号が発信される。このダイナミックブレーキ信号は、リレー素子２６の信号入力端子４，５を通じて励磁コイル２８に入力される。ダイナミックブレーキ信号が入力されると、リレー素子２６のリレー接点は、リレー端子９，１０，１１側に切り替えられ、抵抗器１，２，３がダイナミックブレーキとして動作できる回路構成となる。

図２および図３を比較して見て特徴的なことは、ブレーキ抵抗２３がダイナミックブレーキとして動作するときには、３つの抵抗器のうちの２つが直列に接続されることである。例えば、図２において、Ｕ相ＡＣ電圧用配線１５から分岐してブレーキ抵抗２３に流れ込みＶ相ＡＣ電圧用配線１６に戻る電流は、抵抗器１，２を通る。同様に、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６から分岐してブレーキ抵抗２３に流れ込みＷ相ＡＣ電圧用配線１７に戻る電流は、抵抗器２，３を通り、Ｗ相ＡＣ電圧用配線１７から分岐してブレーキ抵抗２３に流れ込みＵ相ＡＣ電圧用配線１５に戻る電流は、抵抗器１，２を通る。したがって、回路上の抵抗値を大きくとることができ、その結果、抵抗器での発熱量を大きくできるので、回転エネルギーの消費を効果的、且つ効率的に行うことが可能となる。

また、ブレーキ抵抗２３を通常動作させる場合に、３つの抵抗器１，２，３がブレーキ用ＤＣ電源２４に対し並列に接続されることも特徴的なことである（図３参照）。３つの抵抗器１，２，３が並列に接続されるので、抵抗器が一つの場合に比べて電流を３倍流すことができるので、効率的、且つ効果的である。また、ブレーキ用ＤＣ電源２４から流れる電流を同じにするという条件であれば、ブレーキ用ＤＣ電源２４の電圧を１／３にすることができる。

なお、図１では、リレー素子２６のリレー端子９，１０，１１への接続を、Ｕ相ＡＣ電圧用配線１５、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６およびＷ相ＡＣ電圧用配線１７から引き出すように図示しているが、Ｕ相ＡＣ電圧用配線１５、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６およびＷ相ＡＣ電圧用配線１７は電動機２２のステータコイル２７に接続されており、ステータコイル２７の出力端もしくは当該出力端と同電位の端から引き出すことが可能である。

また、図１では、リレー素子２６をブレーキ付電動機２１の外部に設ける構成を例示したが、ブレーキ付電動機２１の内部に設ける構成であってもよい。ブレーキ用ＤＣ電源２４およびブレーキ電源スイッチ２５も、ブレーキ付電動機２１の内部に設けることが可能である。

また、リレー素子２６のリレー端子９，１０，１１は、それぞれがＵ相ＡＣ電圧用配線１５、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６およびＷ相ＡＣ電圧用配線１７との間で電気的接続がとれていればよく、インバータ３０内に設けるようにしてもよい。この場合、ブレーキ用ＤＣ電源２４およびブレーキ電源スイッチ２５も、インバータ３０の内部に設けることが可能である。

以上説明したように、本実施の形態に係るブレーキ付電動機によれば、各一端側を共通接続してＹ型に結線し３つの抵抗器をブレーキ抵抗に設け、通常時には、３つの抵抗器の各一端側および各他端側が共通接続されてブレーキ用ＤＣ電源に並列に接続され、非常時もしくは緊急停止時には、共通接続されない各他端が電動機のステータコイルの出力端もしくは当該出力端と同電位の端に電気的に接続されるように構成したので、保持用ブレーキが制動ブレーキとして動作してしまうことを防止でき、代替の制動力を、コスト増を回避しつつ、実現することが可能となる。

また、保持用ブレーキが制動ブレーキとして動作するのを防止できるので、保持用ブレーキのライニングの摩耗、損耗を抑制でき、ライニングの寿命を長くすることが可能となり、製造コスト、管理コストの増加を抑制することが可能となる。

保持用ブレーキ抵抗をダイナミックブレーキとして動作させることができるので、ダイナミックブレーキ抵抗の外部への追設を回避することができ、製造コストおよび管理コストの増加や、システム規模の増加を抑制することが可能となる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明に係るブレーキ付電動機は、保持用ブレーキが制動ブレーキとして動作してしまうことを防止し、代替の制動力を得る構成を、コスト増を回避しつつ、効果的に実現できる発明として有用である。

１，２，３ 抵抗器、４，５ 信号入力端子、６，７，８ 共通端子、９〜１４ リレー端子、１５ Ｕ相ＡＣ電圧用配線、１６ Ｖ相ＡＣ電圧用配線、１７ Ｗ相ＡＣ電圧用配線、１８，１９ 端子、２０ 電動機システム、２１ ブレーキ付電動機、２２ 電動機、２３ ブレーキ抵抗、２４ ブレーキ用ＤＣ電源、２５ ブレーキ電源スイッチ、２６ リレー素子、２７ ステータコイル、２８ 励磁コイル、３０ インバータ、３１ａ 高電位側のＤＣライン、３１ｂ 低電位側のＤＣライン、３２ 平滑コンデンサ、３４ａ〜３４ｆ スイッチング素子、３６ 制御部。

図２および図３を比較して見て特徴的なことは、ブレーキ抵抗２３がダイナミックブレーキとして動作するときには、３つの抵抗器のうちの２つが直列に接続されることである。例えば、図２において、Ｕ相ＡＣ電圧用配線１５から分岐してブレーキ抵抗２３に流れ込みＶ相ＡＣ電圧用配線１６に戻る電流は、抵抗器１，２を通る。同様に、Ｖ相ＡＣ電圧用配線１６から分岐してブレーキ抵抗２３に流れ込みＷ相ＡＣ電圧用配線１７に戻る電流は、抵抗器２，３を通り、Ｗ相ＡＣ電圧用配線１７から分岐してブレーキ抵抗２３に流れ込みＵ相ＡＣ電圧用配線１５に戻る電流は、抵抗器１，３を通る。したがって、回路上の抵抗値を大きくとることができ、その結果、抵抗器での発熱量を大きくできるので、回転エネルギーの消費を効果的、且つ効率的に行うことが可能となる。

Claims (4)

1. 保持用ブレーキの機能を有するブレーキ付電動機であって、
   ３つの抵抗器を具備するブレーキ抵抗が設けられ、
   前記ブレーキ抵抗は、
   通常時には、前記３つの抵抗器の各一端側および各他端側が共通接続されて直流電源に並列に接続され、
   非常時もしくは緊急停止時には、前記３つの抵抗器の各一端側が共通接続されてＹ型に結線され、共通接続されない各他端が電動機のステータコイルの出力端もしくは当該出力端と同電位の端に電気的に接続される
   ことを特徴とするブレーキ付電動機。
2. 前記ブレーキ抵抗は、非常時もしくは緊急停止時には、ダイナミックブレーキとして働くことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ付電動機。
3. 励磁コイルを具備するリレー素子が設けられ、
   前記励磁コイルは、ダイナミックブレーキ信号によって作動し、
   前記リレー素子は、前記ダイナミックブレーキ信号に従って、前記ブレーキ抵抗における３つの抵抗器の接続を切り替える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキ付電動機。
4. 前記リレー素子は、前記ブレーキ付電動機に内蔵されることを特徴とする請求項３に記載のブレーキ付電動機。

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