TWI671477B - 摩擦制動器構造 - Google Patents

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TWI671477B TW104143568A TW104143568A TWI671477B TW I671477 B TWI671477 B TW I671477B TW 104143568 A TW104143568 A TW 104143568A TW 104143568 A TW104143568 A TW 104143568A TW I671477 B TWI671477 B TW I671477B
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日商東方馬達股份有限公司
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Abstract

減少摩擦制動器構造之異常聲音之發生。摩擦制動器構造之特徵在於包含有：煞車板，固定在旋轉電機之旋轉軸；環狀的煞車塊，與該煞車板相對向配置；及煞車塊支撐板，可軸向移動地卡合在前述旋轉電機之固定部，支撐前述煞車塊，並承受勢能作用，而將前述煞車塊滑接於前述煞車板。

Description

摩擦制動器構造 發明領域
本發明是有關於一種馬達等之旋轉電機用之摩擦制動器構造。
發明背景
將習知之馬達的摩擦制動器構造顯示在圖6。在馬達的電動機殼(motor case)100內設有定子101及轉子102。轉子102被支撐在旋轉軸103。旋轉軸103被支撐在輸出側軸承106a及輸出相反側軸承106b。在旋轉軸103固定有煞車板104。與該煞車板104相面對地設置有複數個煞車塊(brake shoe)105。煞車塊105插入穴108，該穴108是沿裝設有輸出相反側軸承106b之軸承殼部107之軸向貫穿形成。煞車塊105是藉螺旋彈簧109而朝煞車板104之方向賦予勢能，藉此滑接於煞車板104。螺旋彈簧109是支撐在彈簧壓板110。
依如此之摩擦制動器構造，將煞車塊105滑接於煞車板104，藉此可得到制動作用與停止時之固持扭力。
再者，將複數個前述煞車塊固定在環狀支撐體之 部分記載於專利文獻1。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本發明申請案公開公報第H11-89173號
發明概要
在習知之摩擦制動器構造中，隨著煞車板的旋轉，煞車塊亦隨之旋轉，因此會有時候發生被稱為制動器之鳴叫聲之異常聲音。
本發明是有鑑於上述問題點而所創建者，其目的在於減少摩擦制動器構造之異常聲音的發生。
為達成上述目的，依本發明一實施形態，提供一種摩擦制動器構造，包含有：煞車板，固定在旋轉電機之旋轉軸；環狀的煞車塊，與該煞車板相對向配置；及煞車塊支撐板，可軸向移動地卡合在前述旋轉電機之固定部，支撐前述煞車塊，並承受勢能作用，而將前述煞車塊滑接於前述煞車板。
其中，可在前述煞車塊中之與前述煞車板的滑接面相反側之面、及前述煞車塊支撐板之支撐面中的其中一面設有凸部，另一面設有與前述凸部卡合之卡合部。
其中，可將前述煞車板在較支撐前述旋轉軸之輸出相反側軸承更外側之位置上，固定於前述旋轉軸。
其中，可將前述煞車板之外徑小於前述輸出相反側軸承之外徑，並且前述煞車板是支撐在前述輸出相反側軸承之內輪部。
其中，可將前述煞車塊之外徑小於前述輸出相反側軸承之外徑。
前述摩擦制動器構造更可具有圓錐式螺旋彈簧，該圓錐式螺旋彈簧是作為對前述煞車塊支撐板賦予前述勢能作用之機構。
前述摩擦制動器構造更可具有抵止部，該抵止部是在前述煞車塊之軸向的厚度成為一定值以下時，限制前述煞車塊支撐板朝前述煞車板側之軸向移動。
本發明一實施形態之摩擦制動器構造，如上述，其特徵在於包含有；煞車板，固定在旋轉電機之旋轉軸；環狀的煞車塊，與該煞車板相對向配置；及煞車塊支撐板，可軸向移動地卡合在前述旋轉電機之固定部，支撐前述煞車塊，並承受勢能作用，而將前述煞車塊滑接於煞車板。
如此，將環狀煞車塊滑接於煞車板，且使煞車塊不能與煞車板一起旋轉，藉此可抑制藉煞車塊之摩擦力所得到之旋轉力矩，且可使煞車塊與煞車板之結合部之彈簧常數不產生變化。結果能抑制煞車塊之自激振動，能減少制動器的鳴叫聲之異常聲音之發生。
1‧‧‧馬達
10‧‧‧電動機殼
10a‧‧‧軸承殼部
10b‧‧‧穴部
10b1‧‧‧平面部
10b2‧‧‧平面部
10c‧‧‧抵止部
11‧‧‧定子
12‧‧‧轉子
13‧‧‧輸出側軸承
14‧‧‧輸出相反側軸承
14a‧‧‧內輪部
15‧‧‧旋轉軸
20‧‧‧煞車板
20a‧‧‧穴部
30‧‧‧煞車塊
30a‧‧‧穴部
30b‧‧‧軸向端面
30c‧‧‧凸部
40‧‧‧煞車塊支撐板
40a‧‧‧第1穴部
40b‧‧‧外周部
40b1‧‧‧平面部
40b2‧‧‧平面部
40c‧‧‧第2穴部
40d‧‧‧外周緣部
50‧‧‧圓錐形螺旋彈簧
60‧‧‧圓錐形螺旋彈簧支撐板
61‧‧‧螺絲
100‧‧‧電動機殼
101‧‧‧定子
102‧‧‧轉子
103‧‧‧旋轉軸
104‧‧‧煞車板
105‧‧‧煞車塊
1051至1054‧‧‧煞車塊
105a‧‧‧滑接面
106a‧‧‧輸出側軸承
106b‧‧‧輸出相反側軸承
107‧‧‧軸承殼部
108‧‧‧穴
109‧‧‧螺旋彈簧
110‧‧‧彈簧壓板
G‧‧‧重心
ψ‧‧‧傾倒角
l0‧‧‧長度
l‧‧‧座標
Q‧‧‧交點
A1、A2、Y‧‧‧箭頭符號
圖1是顯示從輸出相反側所看到之煞車板及煞車塊之配置之說明圖。
圖2是顯示摩擦制動器構造中之結合系統之說明圖；(A)顯示著煞車塊不旋轉之狀態；(B)顯示著煞車塊旋轉之狀態。
圖3是本發明一實施形態之馬達之摩擦制動器構造之剖視圖。
圖4是圖2之局部放大圖。
圖5是摩擦制動器構造之分解立體圖。
圖6是顯示習知之馬達之摩擦制動器構造之剖視圖。
較佳實施例之詳細說明
[異常聲音的發生原理]
發明人首先對於異常聲音的發生原理進行檢討。如下詳細說明。
將圖6所示之馬達之煞車板104及複數個煞車塊105從該馬達的輸出相反側看到之樣子示於圖1。在該圖中，顯示了周向相等間隔設置之4個煞車塊105，為了將其等相互予以區別，附上符號1051至1054。又，藉箭頭符號A1顯示煞車板104之旋轉方向。
摩擦制動器構造之異常聲音是對結合系統之自激振動所分類之現象。包括煞車板104之一部分、煞車塊1052及螺旋彈簧109之結合系統從圖1之箭頭符號Y之方向來看之樣子示於圖2。令同一圖中之煞車板104之彈性為kB，煞車板 104之質量為mB，煞車板104之位置為xB。又，令煞車塊1052之彈性為k，煞車塊1052之質量為mS，煞車塊1052之位置為xS。進而，令螺旋彈簧109之彈性為kS。同一圖中之ψ是表示煞車板104旋轉，煞車板104之一部分朝箭頭符號A2之方向移動所形成之煞車塊1052之傾倒角。除此之外，令煞車塊1052之慣性力矩為JS，煞車板104與煞車塊1052之摩擦係數為μ，從煞車塊1052之重心G到滑接面105a之距離為l0，時間為t。又，令煞車板104與煞車塊1052之接觸面積為A，有關於煞車塊1052之重心G周圍之旋轉之彈簧常數為kψ。在平衡點附近之該等的量之間有下列關係成立。
第(1)式是針對煞車板位置之運動方程式，第(2)式是針對煞車塊位置之運動方程式，第(3)式是針對煞車塊旋轉之運動方程式。
在此，被積分函數f(l)是表現煞車板104與煞車塊1052間之壓力之函數。l是以煞車塊1052之軸線與滑接面105a之交點Q為基準之滑接面105a之座標。f(l)是可如下近似地表示。
(數2)f(l)=k(x B -x S -lφ)
統合該等式子能得到下列的聯立方程式。
依該聯立方程式之拉普拉斯轉換(Laplace transform)所得到之特性方程式如下表示。
惟，S是拉普拉斯運算符。
一般來說已知，上述特性方程式中之矩陣是對稱式矩陣時，不成為自激振動系統，在列號與行號調換之要素彼此成為不同符號時，則成為自激振動系統。在此所示的情形下，有關於煞車塊之旋轉之成分不是對稱，有可能成為不同符號。即，引發煞車塊的旋轉方向之自激振動，得為異常聲音之原因之所在。
如上述，在專利文獻1記載有將各煞車塊固定在環狀之支撐體之內容。此時，煞車塊隨著煞車板之旋轉而在與環狀的支撐體之間進行微小旋轉，有可能發生自激振動。結果會發生異常聲音。
[實施形態]
基於說明到現在之異常聲音之發生原理，如下說明本發明一實施形態。
如圖3至圖5所示，馬達1具有作為殼體用之電動機殼10。電動機殼10內設有定子11及轉子12。轉子12是藉輸出側軸承13及輸出相反側軸承14所支撐之旋轉軸15所支撐。
輸出相反側軸承14是裝設在與電動機殼10一體設置之軸承殼部10a。在軸承殼部10a設有連通於電動機殼10之外部且軸向貫穿之穴部10b。穴部10b是略長圓形，在外周部形成有相互面對之2個平面部10b1及10b2。如此，穴部10b是形成為所謂呈D字形切割形狀。
在旋轉軸15，較輸出相反側軸承14更外側的位置上，固定有環狀的煞車板20。旋轉軸15貫穿煞車板20之穴部20a。煞車板20，又藉輸出相反側軸承14之內輪部14a所支撐。煞車板20之外徑小於輸出相反側軸承14之外徑。該煞車板20與旋轉軸15一起旋轉。
環狀的煞車塊30設置成與該煞車板20相面對。旋轉軸15貫穿煞車塊30之穴部30a。煞車塊30之外徑小於輸出相反側軸承14之外徑。在煞車塊30，於與煞車板20滑接之軸向端面相反之軸向端面30b以周向等間隔設有4個凸部30c。煞車塊30的材質，可利用諸如PPS(聚苯硫)樹脂或PTFE(聚四氟乙烯)樹脂等。
煞車塊30是支撐在可軸向移動之環狀的煞車塊支撐板40。旋轉軸15貫穿設在煞車塊支撐板板40的中心之 第1穴部40a。
在煞車塊支撐板40之外周部40b形成有隔著第1穴部40a相面對之2個平面部40b1及40b2。該2個平面部40b1及40b2分別設成與前述2個平面部10b1及10b2卡合。如此，煞車塊支撐板40形成為略長圓形之所謂D字形切割形狀。煞車塊支撐板40之2個平面部40b1及40b2與前述2個平面部10b1及10b2分別卡合，藉此煞車塊支撐板40構成為可軸向移動且不能繞軸旋轉。
進而，煞車塊支撐板40以周向等間隔而設有與4個前述凸部30c分別卡合之4個第2穴部40c。藉使4個第2穴部40c分別卡合於4個凸部30c，使得煞車塊30固定在煞車塊支撐板40。
在煞車塊支撐板40之外側之軸向端面，即與煞車塊30之支撐面相反側之面設有圓錐形螺旋彈簧50。該圓錐形螺旋彈簧50是藉螺絲61而被支撐在安裝在電動機殼10之圓錐形螺旋彈簧支撐板60。煞車塊支撐板40受到圓錐形螺旋彈簧50之勢能作用，而將煞車塊30滑接於煞車板20。
進而，在煞車塊支撐板40，於第2穴部40c之徑向外側之外周緣部40d與輸出相反側軸承14之間，從軸承殼部10a之穴部10b之內壁朝徑向內側突出地設有抵止部10c。抵止部10c，由於起因於與煞車板20之滑接之磨損，而使煞車塊30之軸向厚度變成一定值以下時，是為了限制煞車塊支撐板40朝軸向煞車板20側之移動所設置。
[作用及效果]
如上述，煞車塊30是固定在煞車塊支撐板40，該煞車塊支撐板40構成為可軸向移動，且不能繞軸旋轉。為此，馬達1在驅動時，煞車塊30不會隨著旋轉軸15及煞車板20之旋轉而旋轉，可制動旋轉軸15之旋轉。馬達1之驅動一停止，藉由煞車塊30之制動力，就能迅速地停止旋轉軸15之旋轉。在該停止上，關於旋轉軸15，可得到一定的固持力。如此，可得到驅動時之制動作用及停止時之固持扭力。
藉將能確保滑接面積之環狀的煞車塊30滑接於煞車板20，使得煞車塊30不會與煞車板20一起旋轉。為此，可構成為抑制藉煞車塊30之摩擦力所得到之旋轉力矩，不使煞車塊30與煞車板20之結合部之彈簧常數發生變化。
在此，在表示結合振動之第(4)至(6)式每一式中，右邊第1項是表現出發生單振動之回復力，該係數是一般所說的彈簧常數。自第2項之後的項包括傾倒角ψ，藉此依圖6所示之習知技術，有彈簧常數已發生變化之情形相同之效果產生。
依上述實施形態，可以做到不讓煞車塊30與煞車板20之結合部之彈簧常數發生變化，以此可抑制煞車塊30之自激振動，且可減少被稱為制動器之鳴叫聲之異常聲音之發生。
以與第(7)式之關係說明該異常聲音發生之減少效果。因為很難照樣處理3變數之第(7)式，因此可以減少要素之2變數來考慮穩定性的判斷。假定方程式可以如下表現。
在該方程式中，非對角要素之乘積為負，即知就是自激振動系統。
依上述實施形態，煞車塊30為環狀，藉此能確保滑接面積，因此可抑制煞車塊30與煞車板20一起旋轉。即，與圖6所示之習知技術不同，傾倒角ψ成為零或者是非常接近於零。在第(7)式中，以除了針對煞車塊旋轉之運動方程式之部分來考慮時，成為如下者。
在第(9)式中，2個非對角要素之乘積成為正，就不成為自激振動系統。為此，依上述實施形態，可減少制動器之異常聲音的發生。
對此，依如圖6所示之習知技術，在第(7)式中，以移除XB之部分來考慮時，成為如下者。
依習知技術，產生傾倒角ψ，因此被包括在非對角要素。
(數8)kʃldA
是可取得正負兩者的值。為此，有2個非對角要素之乘積成為負之情形。即，依習知技術，發生自激振動，有可能發生制動器之異常聲音。
因與煞車板20之摩擦，使得煞車塊30慢慢磨損，造成煞車塊30之軸向厚度減少。隨著該減少，受到圓錐形螺旋彈簧50之勢能之煞車塊支撐板40移動到煞車板20側。煞車塊支撐板40每一個抵接到抵止部10c，再更進一步之朝煞車板20側之移動是藉抵止部10c所限定。煞車塊30更進一步磨損時，煞車塊30就不會滑接於煞車板20。為此，能抑制由於磨損已到達某程度之狀態下之滑接起因之火花的發生。
對此，在不設置上述抵止部10c之圖6中，就算在煞車塊105有所磨損之狀態下，要對螺旋彈簧109之自由高度設限，螺旋彈簧109不會被壓縮，以此可抑制火花的發生。惟，此時，隨著煞車塊105磨損，螺旋彈簧109的壓縮高度隨之變高，便有螺旋彈簧109的勢能降低，制動力也會降低之虞。
依設有抵止部10c之上述實施形態，便不需要上述限制，能選定具有可足以得到使煞車塊支撐板40接觸到 抵止部10c之勢能之自由高度之圓錐形螺旋彈簧50。為此，直至煞車塊支撐板40接觸到抵止部10c間可得到穩定的制動力。
又，在圖6中，煞車板104，從輸出相反側軸承106b來看是設在軸向內側。再者，煞車塊105，為了構成為與輸出相反側軸承106b不受到干擾，是配置在輸出相反側軸承106b之徑向外側。隨此，煞車板104之外徑變得較大。即，在較遠離旋轉軸103之軸心之位置上，會使煞車塊105滑接於煞車板104。滑接部分之周速度必然地會變得較快。
煞車塊之磨損量是與藉彈簧之勢能F所發生之接觸壓P[MPa]及煞車塊之滑接面之周速度V[m/s]之乘積PV之值成正比，但與此另外，在周速度V為某值以上時，不管P如何，會成為很大的磨損量。結果在圖6中制動力之長壽化即有所困難。
依上述實施形態，煞車板20之外徑及煞車塊30之外徑每一個都比輸出相反側軸承14之外徑更小。為此，滑接部分比較靠近旋轉軸15之軸心，可抑制滑接部分中之周速度V之增加。為了在滑接部分靠近軸心時要得到所期望的制動力，有必要增加彈簧的勢能F，但在上述實施形態中，將煞車塊30形成為環狀，來確保滑接面積，也能使P的值有所抑制。結果可降低乘積PV之值，可延長制動力之壽命。
也可以一體式構成，而不是設置複數個煞車塊，對應該一體式構成，使用作為賦予勢能機構之圓錐形螺旋 彈簧只有1個，便能提昇組裝的作業性。
以使用圓錐形螺旋彈簧，可抑制由於輸出相反側軸承之軸向外側設有制動器構造所造成之馬達之軸向大小之增加。
[其他形態]
也可設置通常的螺旋彈簧等之任意的賦予勢能機構或者彈跳機構，來代替圓錐形螺旋彈簧50。
顯示了凸部30c為4個之例，其個數可任意設定。再者，設置第2穴部40c與凸部30c之個數相同的個數時即可。第2穴部40c只要是與凸部30c卡合之卡合部時即可，也可為從煞車塊支撐板40之支撐面迄至相反側之面貫穿之形狀及不貫穿地凹陷形成之形狀任一者。進而，也可將凸部30c設於煞車塊支撐板40，且將第2穴部40c設於煞車塊30。
煞車塊支撐板40不限於就算驅動馬達1也不會動的馬達1內之固定部即軸承殼部10a，也可卡合於其他的固定部。
上述摩擦制動器構造也可設在馬達1以外的旋轉電機。
在上述中，已具體說明了摩擦制動器構造之特定的實施形態。惟，本發明並不限定於如此之實施形態，對該業者得以明白之變更、修正全部涵蓋在本發明之技術性範圍。

Claims (7)

  1. 一種摩擦制動器構造，包含有：煞車板，固定在旋轉電機之旋轉軸；環狀的煞車塊，與該煞車板相對向配置；及煞車塊支撐板，可軸向移動地卡合在前述旋轉電機之固定部，支撐前述煞車塊，並承受勢能作用，而將前述煞車塊滑接於前述煞車板；並且該摩擦制動器構造在前述旋轉電機驅動時得到對前述旋轉電機的旋轉軸之制動作用，在前述旋轉電機停止時得到對前述旋轉電機的旋轉軸之固持扭力。
  2. 如請求項1之摩擦制動器構造，其中在前述煞車塊中之與前述煞車板的滑接面相反側之面、及前述煞車塊支撐板之支撐面中的其中一面設有凸部，另一面設有與前述凸部卡合之卡合部。
  3. 如請求項1之摩擦制動器構造，其中前述煞車板是在較支撐前述旋轉軸之輸出相反側軸承更外側之位置上，固定於前述旋轉軸。
  4. 如請求項3之摩擦制動器構造，其中前述煞車板之外徑是小於前述輸出相反側軸承之外徑，前述煞車板是支撐在前述輸出相反側軸承之內輪部。
  5. 如請求項3之摩擦制動器構造，其中前述煞車塊之外徑是小於前述輸出相反側軸承之外徑。
  6. 如請求項1之摩擦制動器構造，其中更具有圓錐式螺旋彈簧，該圓錐式螺旋彈簧是作為對前述煞車塊支撐板賦予前述勢能作用之機構。
  7. 如請求項1之摩擦制動器構造，其中更具有抵止部，該抵止部是在前述煞車塊之軸向的厚度成為一定值以下時，限制前述煞車塊支撐板朝前述煞車板側之軸向移動。
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