KR20160105929A - 브레이크를 구비한 전동기 - Google Patents

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Abstract

유지용 브레이크의 기능을 가지는 브레이크를 구비한 전동기로서, 3개의 저항기(1, 2, 3)를 구비하는 브레이크 저항(23)은, 통상시에는, 3개의 저항기(1, 2, 3)의 각 일단 측 및 각 타단 측이 공통 접속되어 브레이크용 DC 전원(24)에 병렬로 접속되고, 비상시 혹은 긴급 정지시에는, 3개의 저항기(1, 2, 3)의 각 일단 측이 공통 접속되어서 Y형으로 결선되고, 공통 접속되지 않는 각 타단이 전동기(22)의 스테이터 코일(27)의 출력단 혹은 당해 출력단과 동전위의 단에 전기적으로 접속된다.

Description

브레이크를 구비한 전동기{ELECTRIC MOTOR WITH BRAKE}
본 발명은 브레이크를 구비한 전동기에 관한 것이다.
예를 들면 서보 모터 등의 회전 전동기(이하 간단하게 「전동기」라고 함)에 있어서는, 브레이크의 기능이 부가되어 있는 것이 많다. 이 브레이크는 일반적으로, 유지용 브레이크의 용도로 이용되지만, 비상시 혹은 긴급시에 있어서, 유지용 브레이크가 제동용으로서 동작해 버리는 경우가 있었다.
여기서, 전형적인 유지용 브레이크의 구조로서는, 전동기의 샤프트와 감합(嵌合) 구조에 있는 라이닝을 마련하는 것이 일반적이다. 이 구조에 있어서, 유지용 브레이크는 전동기의 정지 상태를 유지하는 경우에는 라이닝에 제동력을 부여하고, 전동기를 구동하는 경우에는, 여자(勵磁) 코일에 통전(通電)하여 발생시킨 기자력(起磁力)을 이용하여, 라이닝에 작용하는 제동력을 제로로 하여, 브레이크력을 해방(release)하도록 동작한다.
또한, 하기 특허 문헌 1에 기재된 브레이크 장치에서는, 전동기의 양단을 단락 가능하게 접속되는 저항, 브레이크 레버에 흡인력(吸引力)을 주는 솔레노이드, 전동기 구동용 전원에 의해 충전되어 솔레노이드에 직류 전압을 인가하는 충전 장치 등을 마련하는 구성이 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개소 60－22443호 공보
상술한 바와 같이, 종래의 브레이크를 구비한 전동기에서는, 유지용 브레이크가 제동 브레이크로서 동작해 버리는 경우가 있었다. 유지용 브레이크가 제동 브레이크로서 동작해 버리는 횟수가 많아지면, 마모(磨耗), 손모(損耗)에 의해서 라이닝의 수명이 짧아져, 라이닝의 교환 빈도가 높아지기 때문에, 제조 코스트, 관리 코스트가 증가한다고 하는 문제가 생긴다.
또한, 브레이크의 동작을 늦추는 보호 회로를 마련하거나, 추가로 외부 장착의 다이나믹 브레이크를 마련하는 등의 대책 등을 행하여, 라이닝 자체의 마모, 손모를 방지하는 것도 가능하지만, 새로운 장치의 추가 설치가 필요하여, 제조 코스트 및 관리 코스트의 증가는 불가피하다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 유지용 브레이크가 제동 브레이크로서 동작해 버리는 것을 방지하고, 대체의 제동력을 얻는 구성을, 비용 증가를 회피하면서, 효과적으로 실현할 수 있는 브레이크를 구비한 전동기를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 유지용 브레이크의 기능을 가지는 브레이크를 구비한 전동기로서, 3개의 저항기를 구비하는 브레이크 저항이 마련되고, 상기 브레이크 저항은 통상시에는, 상기 3개의 저항기의 각 일단 측 및 각 타단 측이 공통 접속되어 직류 전원에 병렬로 접속되고, 비상시 혹은 긴급 정지시에는, 상기 3개의 저항기의 각 일단 측이 공통 접속되어 Y형으로 결선되고, 공통 접속되지 않는 각 타단이 전동기의 스테이터 코일(stator coil)의 출력단 혹은 당해 출력단과 동(同)전위의 단에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 유지용 브레이크가 제동 브레이크로서 동작해 버리는 것을 방지할 수 있어, 대체의 제동력을 비용 증가를 회피하면서, 효과적으로 실현할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 실시 형태에 따른 브레이크를 구비한 전동기를 포함하는 전동기 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 브레이크를 구비한 전동기의 브레이크 저항을 비상시의 다이나믹 브레이크로서 동작시키는 경우의 회로도이다.
도 3은 브레이크를 구비한 전동기의 브레이크 저항을 통상 동작시키는 경우의 회로도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 브레이크를 구비한 전동기에 대해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실시 형태에 따른 브레이크를 구비한 전동기를 포함하는 전동기 시스템의 구성을 나타내는 도면이며, 당해 전동기 시스템을 인버터로 구동하는 경우의 일 구성예를 나타내고 있다. 도 1에 도시하는 것처럼, 실시 형태에 따른 전동기 시스템(20)은 전동기(22) 및 브레이크 저항(23)을 구비하는 브레이크를 구비한 전동기(21), 브레이크용 DC 전원(24), 브레이크 전원 스위치(25) 및, 릴레이 소자(26)를 가지고 이루어지고, 인버터(30)에 의해 전동기(22)를 구동하는 구성이다.
인버터(30)는 공지의 회로 구성이며, 도 1에 도시하는 것처럼, 고전위(P전위) 측의 DC 라인(31a)과 저전위(N전위) 측의 DC 라인(31b)의 사이에 접속되는 평활 콘덴서(32)가 접속되고, 양측(positive-side) 암의 스위칭 소자(34a)(U＋)와 음측(negative-side) 암의 스위칭 소자(34b)(U－)가 직렬로 접속되고, 이 직렬 회로가 3 병렬로 접속되어 UVW상(U＋, U－, V＋, V－, W＋, W－)의 삼상 인버터 회로가 구성된다.
스위칭 소자(34a)와 스위칭 소자(34b)의 접속점으로부터는, U상 AC 전압용 배선(15)이 인출(引出)된다. 마찬가지로, 스위칭 소자(34c)와 스위칭 소자(34d)의 접속점, 및, 스위칭 소자(34e)와 스위칭 소자(34f)의 접속점으로부터는, 각각, V상 AC 전압용 배선(16) 및 W상 AC 전압용 배선(17)이 인출된다. 이들 U상 AC 전압용 배선(15), V상 AC 전압용 배선(16) 및 W상 AC 전압용 배선(17)은 전동기(22)에 접속된다.
릴레이 소자(26)는 공통 단자(접점) 그룹인 공통 단자(6, 7, 8), 한쪽 측의 전환 단자(접점) 그룹인 릴레이 단자(9, 10, 11) 및, 다른 쪽 측의 전환 단자(접점) 그룹인 릴레이 단자(12, 13, 14)를 가지고 있다.
브레이크를 구비한 전동기(21)에는 전동기(22)에 더하여, 브레이크 저항(23)을 가진다. 브레이크 저항(23)은 일단이 공통 접속되어 브레이크용 DC 전원(24)의 음극 측에 접속되고, 타단 측은 공통 접속되지 않고 릴레이 소자(26)의 공통 단자(6, 7, 8)에 각각 접속되는 3개의 저항기(1, 2, 3)를 가지고 있다. 즉, 브레이크 저항(23)에 있어서의 3개의 저항기는 Y형으로 결선되고, 중성점은 브레이크용 DC 전원(24)의 음극 측에 접속되어 있다. 또한, 도 1과는 반대의 접속 구성, 즉 3개의 저항기의 중성점이, 브레이크용 DC 전원(24)의 양극 측에 접속되어 있어도 되는 것은 말할 필요도 없다.
U상 AC 전압용 배선(15), V상 AC 전압용 배선(16) 및 W상 AC 전압용 배선(17)은, 릴레이 소자(26)의 릴레이 단자(9, 10, 11)에 각각 결선되어 있고, 릴레이 소자(26)에 있어서, 릴레이 단자(9, 10, 11)가 메이크업됨으로써, 도 2에도 도시하는 대로의 다이나믹 브레이크 회로가 구성된다.
릴레이 소자(26)의 릴레이 단자(12, 13, 14)는 전기적으로 접속되어 동전위의 단자를 이루고, 릴레이 단자(12, 13, 14)가 메이크업됨으로써, 도 3에도 도시하는 대로의 브레이크 회로가 구성된다.
다음에, 본 실시 형태에 따른 브레이크를 구비한 전동기의 동작에 대해서, 도 1 내지 도 3의 도면을 참조하여 설명한다.
인버터(30)는 평활 콘덴서(32)의 전력을 사용하여 전동기(22)를 구동한다. 제어부(36)는 인버터(30)를 PWM(Pulse Width Modulation) 변조하기 위한 제어 신호를 생성하여 인버터(30)의 스위칭 소자(34a~34f)를 제어한다.
통상시, 릴레이 소자(26)는 릴레이 단자(12, 13, 14) 측으로 전환되어 있어, 도 3에 도시하는 브레이크 회로가 형성되어 있다. 이 브레이크 회로를 동작시키는 경우에는, 브레이크 전원 스위치(25)를 온으로 제어한다.
한편, 비상시 혹은 긴급시라고 판단되는 이벤트가 발생했을 경우에는, 예를 들면 제어부(36)의 단자(18, 19)로부터 다이나믹 브레이크 신호가 발신된다. 이 다이나믹 브레이크 신호는 릴레이 소자(26)의 신호 입력 단자(4, 5)를 통해서 여자 코일(28)에 입력된다. 다이나믹 브레이크 신호가 입력되면, 릴레이 소자(26)의 릴레이 접점은, 릴레이 단자(9, 10, 11) 측으로 전환되어, 저항기(1, 2, 3)가 다이나믹 브레이크로서 동작할 수 있는 회로 구성이 된다.
도 2 및 도 3을 비교해볼 때 특징적인 것은, 브레이크 저항(23)이 다이나믹 브레이크로서 동작할 때에는, 3개의 저항기 중 2개가 직렬로 접속되는 것이다. 예를 들면, 도 2에 있어서, U상 AC 전압용 배선(15)으로부터 분기하여 브레이크 저항(23)으로 유입되어 V상 AC 전압용 배선(16)으로 돌아오는 전류는, 저항기(1, 2)를 통과한다. 마찬가지로, V상 AC 전압용 배선(16)으로부터 분기하여 브레이크 저항(23)으로 유입되어 W상 AC 전압용 배선(17)으로 돌아오는 전류는, 저항기(2, 3)을 통과하고, W상 AC 전압용 배선(17)으로부터 분기하여 브레이크 저항(23)으로 유입되어 U상 AC 전압용 배선(15)으로 돌아오는 전류는, 저항기(1, 2)를 통과한다. 따라서 회로상의 저항치를 크게 취할 수 있고, 그 결과, 저항기에서의 발열량을 크게 할 수 있으므로, 회전 에너지의 소비를 효과적이고, 또한 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.
또, 브레이크 저항(23)을 통상 동작시키는 경우에, 3개의 저항기(1, 2, 3)가 브레이크용 DC 전원(24)에 대해 병렬로 접속되는 것도 특징적인 것이다(도 3 참조). 3개의 저항기(1, 2, 3)가 병렬로 접속되므로, 저항기가 하나인 경우에 비해 전류를 3배 흘릴 수 있으므로, 효율적이고, 또한 효과적이다. 또, 브레이크용 DC 전원(24)으로부터 흐르는 전류를 같게 한다고 하는 조건이면, 브레이크용 DC 전원(24)의 전압을 1/3로 할 수 있다.
또한, 도 1에서는, 릴레이 소자(26)의 릴레이 단자(9, 10, 11)로의 접속을, U상 AC 전압용 배선(15), V상 AC 전압용 배선(16) 및 W상 AC 전압용 배선(17)으로부터 인출하도록 도시하고 있지만, U상 AC 전압용 배선(15), V상 AC 전압용 배선(16) 및 W상 AC 전압용 배선(17)은 전동기(22)의 스테이터 코일(27)에 접속되어 있고, 스테이터 코일(27)의 출력단 혹은 당해 출력단과 동전위의 단으로부터 인출하는 것이 가능하다.
또, 도 1에서는, 릴레이 소자(26)를 브레이크를 구비한 전동기(21)의 외부에 마련하는 구성을 예시했지만, 브레이크를 구비한 전동기(21)의 내부에 마련하는 구구성이어도 된다. 브레이크용 DC 전원(24) 및 브레이크 전원 스위치(25)도, 브레이크를 구비한 전동기(21)의 내부에 마련하는 것이 가능하다.
또, 릴레이 소자(26)의 릴레이 단자(9, 10, 11)는 각각이 U상 AC 전압용 배선(15), V상 AC 전압용 배선(16) 및 W상 AC 전압용 배선(17)의 사이에서 전기적 접속을 취하고 있으면 좋고, 인버터(30) 내에 마련하도록 해도 된다. 이 경우, 브레이크용 DC 전원(24) 및 브레이크 전원 스위치(25)도, 인버터(30)의 내부에 마련하는 것이 가능하다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 따른 브레이크를 구비한 전동기에 의하면, 각 일단 측을 공통 접속하여 Y형으로 결선하여 3개의 저항기를 브레이크 저항에 마련하고, 통상시에는, 3개의 저항기의 각 일단 측 및 각 타단 측이 공통 접속되어 브레이크용 DC 전원에 병렬로 접속되고, 비상시 혹은 긴급 정지시에는, 공통 접속되지 않는 각 타단이 전동기의 스테이터 코일의 출력단 혹은 당해 출력단과 동전위의 단에 전기적으로 접속되도록 구성했으므로, 유지용 브레이크가 제동 브레이크로서 동작해 버리는 것을 방지할 수 있고, 대체의 제동력을, 비용 증가를 회피하면서, 실현되는 것이 가능해진다.
또, 유지용 브레이크가 제동 브레이크로서 동작하는 것을 방지할 수 있으므로, 유지용 브레이크의 라이닝의 마모, 손모를 억제할 수 있어, 라이닝의 수명을 길게 하는 것이 가능해져, 제조 코스트, 관리 코스트의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
유지용 브레이크 저항을 다이나믹 브레이크로서 동작시킬 수 있으므로, 다이나믹 브레이크 저항의 외부로의 추가 설치를 회피할 수 있어, 제조 코스트 및 관리 코스트의 증가나, 시스템 규모의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 구성의 일례이며, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 일부를 생략하는 등 변경하여 구성하는 것도 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 따른 브레이크를 구비한 전동기는 유지용 브레이크가 제동 브레이크로서 동작해 버리는 것을 방지하고, 대체의 제동력을 얻는 구성을, 비용 증가를 회피하면서 효과적으로 실현할 수 있는 발명으로서 유용하다.
1, 2, 3: 저항기, 4, 5: 신호 입력 단자,
6, 7, 8: 공통 단자, 9~14: 릴레이 단자,
15: U상 AC 전압용 배선, 16: V상 AC 전압용 배선,
17: W상 AC 전압용 배선, 18, 19: 단자,
20: 전동기 시스템, 21: 브레이크를 구비한 전동기,
22: 전동기, 23: 브레이크 저항,
24: 브레이크용 DC 전원, 25: 브레이크 전원 스위치,
26: 릴레이 소자, 27: 스테이터 코일,
28: 여자 코일, 30: 인버터,
31a: 고전위측의 DC 라인, 31b: 저전위측의 DC 라인,
32: 평활 콘덴서, 34a~34f: 스위칭 소자,
36: 제어부.

Claims (4)

  1. 유지용 브레이크의 기능을 가지는 브레이크를 구비한 전동기로서,
    3개의 저항기를 구비하는 브레이크 저항이 마련되고,
    상기 브레이크 저항은
    통상시에는, 상기 3개의 저항기의 각 일단 측 및 각 타단 측이 공통 접속되어 직류 전원에 병렬로 접속되고,
    비상시 혹은 긴급 정지시에는, 상기 3개의 저항기의 각 일단 측이 공통 접속되어서 Y형으로 결선되고, 공통 접속되지 않는 각 타단이 전동기의 스테이터 코일의 출력단 혹은 당해 출력단과 동전위의 단에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 브레이크를 구비한 전동기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 브레이크 저항은 비상시 혹은 긴급 정지시에는, 다이나믹 브레이크로서 기능하는 것을 특징으로 하는 브레이크를 구비한 전동기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    여자 코일을 구비하는 릴레이 소자가 마련되고,
    상기 여자 코일은 다이나믹 브레이크 신호에 의해서 작동하고,
    상기 릴레이 소자는 상기 다이나믹 브레이크 신호에 따라서, 상기 브레이크 저항에 있어서의 3개의 저항기의 접속을 전환하는 것을 특징으로 하는 브레이크를 구비한 전동기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 릴레이 소자는 상기 브레이크를 구비한 전동기에 내장되는 것을 특징으로 하는 브레이크를 구비한 전동기.
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