WO1997001215A1 - Procede et dispositif de freinage pour des moteurs lineaires - Google Patents

Description

明 細 書

リ ニアモー タのブレーキ方法及び装置

技 術 分 野

本発明は、 可動体を固定体に対 して駆動する駆動源と して使用する リ ニアモー タのブレーキ方法及び装置に関 する。

背 景 技 術

工作機械等の産業用機械あ るいはその他の機械に於い て可動体を固定体に対して駆動するための駆動源と して、 リ ニアモータが知られている。

一般に、 回転式の電動モータでは、 モー タ と は別途設 けた機械的ブレーキ機構によ って摩擦力を発生させる制 動方法や、 駆動用モータ 自身ま たは別のモー タ によ って 電気的にエネルギーを吸収するダイ ナ ミ ッ ク ブ レーキに よ る制動方法が知られている。 こ のよ う な制動方法を駆 動軸を有する駆動機構に適用する場合には、 モータ と連 結 しているボールネ ジ等の動力伝達機構に、 機械的摩擦 力を発生させる ブレーキ機構を設ける こ とがで き る。

しか しながら、 リ ニアモー タを利用 した駆動機構では、 回転式のモー タ によ る駆動機構と は異な り 、 ボールネ ジ 等の動力伝達機構がないため、 モー タ 自身の制動を利用 する ダイ ナ ミ ッ ク ブレーキが使用 されたり 、 あ るいは、 別途ブレーキ機構を設けて、 リ ニアモー タの駆動状態を 監視し、 電源オ フや異常が検出されたと き にブレーキを 作動させている。 従来の リ ニアモー タ のブレーキ シス テム には制動特性 や応答性の点で以下の如き問題点があ る。

ボールネ ジ等の動力伝達機構を持たない リ ニアモータ においてダイ ナ ミ ッ ク ブレーキによ っ て制動を行な う場 合には、 制動を開始してから停止する までの距離を多 く 必要と し、 特に、 高速移動時における制動距離が長 く な り 、 良好な制動特性を得る こ とがで き ない。 ま た、 リ ニ ァモー タによる駆動機構を鉛直方向に移動する可動体に 適用 した場合には、 電源がオ フの状態において、 ダイ ナ ミ ッ ク ブレーキは制動作用を奏する こ とができず可動体 が落下 して しま う。 可動体の落下を防止するためには、 カ ウ ンタバラ ンス等の別の機構が必要とな る。

ま た、 ブレーキ機構を、 モータの異常検出によ り 作動 させる場合には、 モー タ の異常を検出器で検出 し、 検出 器からの異常信号を制御装置が受取っ た後にブレーキ動 作が開始されるため、 電気的な遅れが生 じ、 良好な制動 応答性を得る こ とができ ない。 こ の電気的な応答遅れに よ り 、 特に高速で駆動される可動体や鉛直方向に移動す る可動体の場合には制動距離が長 く な る。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 制動特性や応答性の良好な リ ニアモ — 夕のブレーキ方法及び装置を提供する こ と にある。

本発明の一態様によれば、 リ ニアモー タ の制動方法は、 可動体を固定体に対 して機械的に制動する制動機構を設 け るステ ッ プと、 リ ニアモー タ の駆動コ イ ルに よ り 発生 する磁力によ って制動機構を駆動するステ ッ プとを備え る。 制動機構は、 リ ニアモー タ の駆動コ イ ルが発生する 磁力の低下によ って制動力を発生する こ とが出来る。

本発明の他の態様によれば、 リ ニアモー タのブレーキ 装置は、 可動体を固定体に対 して駆動する磁力を発生す る駆動コ イ ルと、 制動力を発生しない第 1 の位置と可動 体を固定体に対 して機械的に制動する制動力を発生する 第 2 の位置との間で移動可能に支持された制動部材とを 備え、 駆動コ イ ルが発生する磁力は、 制動部材を駆動 し て第 1 の位置と第 2 の位置との間で移動させる。

制動部材は、 駆動コイルが発生する磁力が減少したと き に、 前記第 1 の位置から前記第 2 の位置に移動せ しめ られる。 制動部材は、 第 2 の位置に於いて可動体又は固 定体と接触 し、 機械的摩擦力を発生する こ とが出来る。 制動部材を前記駆動コイ ルから遠ざかる方向に付勢する 付勢手段を設け る こ とが出来る。 この付勢手段の付勢力 は、 リ ニアモー タの駆動時に駆動コイ ルが発生する磁力 が制動部材を吸引する力よ り も小さ く 設定される。

一般に、 リ ニアモー タ の駆動は、 リ ニアモー タ の駆動 コ イ ルに電力を供給 して、 駆動コ イ ルを励磁させ、 その 励磁位相を制御する こ と によ つて行なわれる。

本発明によ るブレーキ機構の制動部材は、 リ ニアモ一 夕の駆動時には、 駆動コ イ ルが発生する駆動用の磁力に よ っ て駆動コ イ ルに吸引 される。 こ れによ つて、 こ の制 動部材は、 駆動コ イ ルに対して相対的に移動する可動体 又は固定体とは接触せず、 離れた状態にあ り 、 摩擦力に よ る制動は行なわれない。 例えば、 駆動コ イ ルが可動体 に設け られてい る場合には、 制動部材は固定体と接触し ない状態で駆動コ イ ルと共に移動する。

リ ニアモータの非常停止時や電源がオフ とな っ た場合 には、 駆動コイ ルに供給される電力は遮断されるため、 駆動コ イ ルはその励磁を停止する。 駆動コイ ルの励磁が 停止する こ と によ って、 リ ニアモータの駆動力が無く な る と共に、 制動部材は駆動コ イ ルの磁力によ る吸引力を 受けな く な る。 そのため、 制動部材は、 駆動コ イ ルに対 して相対的に移動する可動体又は固定体と接触 して、 摩 擦力によ る制動が行なわれる。 こ のと き、 制動部材を可 動体又は固定体に付勢手段によ って付勢し、 摩擦力を発 生させる こ とが出来る。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の一実施例に係る リ ニアモー タのブレ ーキ装置の一部を切欠いた斜視図、

図 2 は、 本発明のブレーキ装置の駆動時における状態 を示す断面図、

図 3 は、 本発明のブレーキ装置の制動時における状態 を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態 図 1 に示す如 く 、 リ ニアモータ 4 0 は、 固定子 2 1 と 走行子 1 1 とを備え、 可動体 1 を固定体 2 に対 して移動 させるための駆動源を構成する。 固定体 2 は、 可動体 1 の移動方向に沿って延びるベー ス 2 0 を備え、 ベース 2 0上には複数個の磁石から成る 固定子 2 1 が可動体 1 の移動方向に配列されている。 ベ — ス 2 0 には、 可動体 1 を移動可能に支持する レール 2 3 が、 ベース 2 0 と一体又は別体の部材と して設けら れている。 図 1 に示す例では、 レール 2 3 はべ一ス 2 0 の両側部に長さ方向に沿って形成されている。

ベース 2 0上には、 ブレーキパ ッ ド 2 2 が固定子 2 1 に沿って配設されている。 ブ レーキパ ッ ド 2 2 は、 後述 する可動体 1 の機構と共に制動機構 3 0 を構成する。 な お、 ブレーキパ ッ ドと してベース 2 0 の面自体を用いる こ と もでき る。

リ ニアモータ 4 0 の走行子 1 1 は、 固定体 2 に対 して 移動する可動体 1 に取付け られ、 駆動コイ ル （図示 して いない） を有する。 走行子 1 1 は、 通常の リ ニアモータ と同様に、 駆動コイ ルによ って形成される磁束と、 固定 子 2 1 によ り形成される空間的に周期的な磁束との相互 作用 に よ っ て、 駆動力を受け る。 なお、 リ ニアモー タ 4 0 の構成については、 通常の リ ニアモマ 夕 と同様であ るので、 詳細な説明は省略する。

走行子 1 1 には、 固定子 2 1 と対向する側に コア 1 2 を設け、 磁束密度を向上させる こ とができ る。

可動体 1 は、 走行子 1 1 に取付け られたテーブル 1 0 を備えており 、 固定体 2 の レール 2 3 に沿って摺動する ガイ ド 1 6 が設け られている。 ガイ ド 1 6 は、 例えば、 ベア リ ング機構を備えた構成とする こ とができ る。

制動機構 3 0 は、 固定体 2 に設け られたブレーキパ ッ ド 2 2 と、 ブレーキパ ッ ド 2 2 と対向する よ ό配置され、 可動体 1 に対 して移動可能に取付け られたブレーキ シュ 一 1 3 を備える。 ブレーキシュ一 1 3 は、 テーブル 1 0 から延びるブレーキガイ ド 1 4 とパネ 1 5 とを備え、 テ 一ブル 1 0 に形成された開口部 （図示せず） に取付けら れてい る。 ブレーキガイ ド 1 4 は、 ブレーキパ ッ ド 2 2 との間の距離を可変とする方向にブレーキ シュ一 1 3 を 案内する。 ノ ネ 1 5 は、 ブレーキシュ一 1 3 をブレーキ バ ッ ド 2 2 に向かって付勢する。 ブレーキ シュ一 1 3 は、 少な く と も一部が磁性体によ って構成され、 磁性体部分 が走行子 1 1 と対向するよ う配設されている。 ブレーキ シュ一 1 3 に磁力が作用 していないと き には、 ブレーキ シユー 1 3 はブ レーキパ ッ ド 2 2 と接触する。

リ ニアモータ 4 0 の駆動時には、 走行子 1 1 内の駆動 コ イルに電力が供給されて励磁され、 磁束が形成される。 こ の磁束は、 可動体 1 に駆動力を与え る と共に、 パネ 1 5 の付勢力に抗 してブレーキシュ一 1 3 を走行子 1 1 に向かって引付け、 ブレーキ シュ一 1 3 力 ブレーキパ ッ ド 2 2 と接触する こ とを防いでいる。

リ ニアモータ 4 0 の制動時には、 走行子 1 1 の駆動コ ィ ルへの電力の供給が停止し、 励磁が停止する。 これに よ って、 ブレーキ シ ュ一 1 3 は、 バネ 1 5 の付勢力によ つてブレーキパ ッ ド 2 2 と接触し、 機械的な摩擦力が発 生 し、 制動力が生じ る。

次に、 図 1 に示 した一実施例の作用について、 図 2及 び図 3 を参照 して説明する。

リ ニアモータ 4 0 の駆動時には、 図 2 に示す如く 、 走 行子 1 1 に設け られたコ イ ルに駆動電流が供給され、 こ れによ って駆動磁界が形成される。 こ の駆動磁界は、 走 行子 1 1 と対向 してベース 2 0 上に設け られた固定子 2 1 の磁束との間で相互に作用する。 こ の相互作用によ つて、 走行子 1 1 は駆動力を受ける。 テーブル 1 0 は レ 一ノレ 2 3 とガイ ド 1 6 によ ってスラ イ ド可能に支持され ているため、 こ の駆動力によ ってテーブル 1 0 は図 2 に 於いて紙面と垂直な方向に駆動される。

走行子 1 1 によ って形成される磁力は、 ブレーキシュ — 1 3 の磁性体部分を引 きつける。 パネ 1 5 がブレーキ シユー 1 3 をブ レーキパ ッ ド 2 2 に向かって付勢する付 勢力は、 走行子 1 1 によ る吸引力よ り 小さ な強さ に設定 されているので、 ブレーキシ ュ一 1 3 は、 ブレーキガイ ド 1 4 によ って案内され、 バネ 1 5 の付勢力に抗して走 行子 1 1 に引寄せられる。

こ の よ う に、 リ ニアモータ 4 0 の通常の駆動状態にお いて、 走行子 1 1 が発生する磁力はパネ 1 5 の付勢力よ り 大き いため、 ブ レーキ シ ュ一 1 3 はブ レーキパ ッ ド 2 2 と接触する こ とはな く 、 ブレーキシュ一 1 3 とブレ 一キパ ッ ド 2 2 の制動機構 3 0 の摩擦力による制動は行 なわれない。 リ ニアモータ 4 0 の非常停止時や電源がオフ とな った と き には、 走行子 1 1 に設け られる コイ ルに電源からの 駆動電流の供給はな く な り、 走行子 1 1 による駆動磁界 は消失する。 駆動磁界の消失によ って、 ベース 2 0上に 設け られた固定子 2 1 の磁束との間における相互作用は な く な り、 駆動力が消失する。

これと同時に、 ブレーキシュ一 1 3 を走行子 1 1 に引 付けていた磁力 も消失する。 そのため、 ブレーキシュ一 1 3 はバネ 1 5 によ るブレーキパ ッ ド 2 2方向への付勢 力によ り 、 図 3 に示すよ う に、 バネ 1 5 の付勢力によ り ブレーキパ ッ ド 2 2 に向かって押される。

押されたブレーキ シュ一 1 3 はブレーキ ッ ド 2 2 と 接触 し、 機械的摩擦力が発生する。 こ の摩擦力は、 走行 子 1 1 及びテーブル 1 0 の移動を停止する方向の力と し て働き、 制動力が形成される。

リ ニアモータ 4 0 の非常停止時や電源がオフ とな る以 外の場合で も、 走行子 1 1 に設け られたコ イ ルに対する 駆動電流が減少 し、 発生する磁力が減少して、 充分な磁 力が形成されない場合に も、 本発明のブレーキ機構 3 0 は作動 して可動体 1 を制動する。 つま り、 ブレーキ シュ 一 1 3 は、 常に 1 5 によ ってブレーキノ、 · ッ ド 2 2 に 向かって付勢されているため、 走行子 1 1 によ る磁力が 1 5 の付勢力よ り 小さ く な る と、 ブ レーキ シ ュ一 1 3 はバネ 1 5 の付勢力によ ってブレーキパ ッ ド 2 2 に 向かって移動 し、 制動が行なわれる。 こ の よ う に、 ブ レー キ シ ュ一 1 3 に設け られたノく ネ 1 5 は、 ブレーキシュ一 1 3 をブレーキパ ッ ド 2 2 に向 かって移動させる機能を有する と共に、 リ ニアモー タの 磁界状態を検出する検出器と しての機能を有する。

ブレ一キ シュ一 1 3 のブレーキパ ッ ド 2 2 へ向かう移 動は、 走行子 1 1 によ り 発生する磁力とバネ 1 5 の付勢 力との大小関係で決定され、 バネ 1 5 の付勢力が走行子 1 1 によ り 発生する磁力を超える と、 直ちにブレーキシ ユー 1 3 の移動が開始されるため、 電気的遅れを生 じ る こ とな く 、 良好な応答性が得られる。

従って、 リ ニアモータの駆動電流あ るいは駆動磁力の 変化によ る制動開始の時点は、 パネ 1 5 の強さ を調節す る こ と によ って調節する こ とができ る。

ま た、 リ ニアモー タ 4 0 の始動時、 あるいは、 制動が 行なわれた後の再起動時においては、 走行子 1 1 によ り 発生する磁力は、 パネ 1 5 の付勢力に抗してブ レーキ シ ュ一 1 3 をブレーキパ ッ ド 2 2 か ら走行子 1 1 に向力、つ て引付け、 これによ つて制動状態が解除され、 リ ニアモ 一 夕 4 0 による駆動が行なわれる。

リ ニアモータが備える駆動コ イ ルの磁力を利用 して制 動が行なわれるため、 別途ブレーキ用 コ イ ルを必要と し ない。 また、 リ ニアモー タの異常検出のための電気的機 構を用いていないため、 電気的遅れがな く 、 良好な応答 性を得る こ とができ る。 また、 リ ニアモー タを鉛直方向 に移動する可動体に適用 した場合には、 摩擦力によ る制 動であ るため、 カ ウ ンタ ノ ラ ンスを用いる こ とな く 可動 体の保持を行な う こ とができ る。

前記実施例では、 固定子 2 1 に磁石を、 走行子 1 1 に 駆動コ イ ルを用いた リ ニアモータ に本発明のブレーキ機 構 3 0 を適用 した例を示 したが、 固定子 2 1 に駆動コィ ルを、 走行子 1 1 に磁石を用いた リ ニアモ一夕 に適用す る こ と もでき る。

ま た、 前記実施例では、 ブレーキパ ッ ド 2 2 をベース 2 0 の上面に設置 し、 ブレーキ シ ュ一 1 3 をベース 2 0 に対 して鉛直方向に移動可能と した構成を示 したが、 ブ レーキパ ッ ド 2 2 を レール 2 3 の壁面に設置 し、 ブレー キ シュ一 1 3 をベース 2 0 に対 して横方向に移動させる 構成とする こ と もで き る。

また、 前記実施例では、 ブレーキシ ュ一 1 3 とブレー キパ ッ ド 2 2 によ る制動機構 3 0 を固定子 2 1 の片側に 沿って設けた例を示 しているが、 両側に沿って設ける こ と もでき る。

以上説明 したよ う に、 本発明によれば、 摩擦力によ る 制動を行な って、 制動距離を短く して制動特性を向上さ せ、 電気的遅れをな く して良好な応答性を得る こ とがで き る

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 可動体を固定体に対して駆動する磁力を発生する駆 動コ イ ルを有する リ ニアモー タ の制動方法であ って、

( a ) 前記可動体を前記固定体に対 して機械的に制動 する制動機構を設けるステ ッ プと、

( b ) 前記リ ニアモー タの前記駆動コ イ ルが発生する 磁力によ って前記制動機構を駆動するステ ッ プと、 を備 えた リ ニアモー タ のブレーキ方法。

2 . 前記ステ ッ プ （ b ) に於いて、 前記制動機構は、 前 記駆動コイ ルが発生する磁力の低下によ っ て制動力を発 生する、 請求の範囲第 1 項に記載の リ ニアモータのブレ —キ方法。

3 . 可動体を固定体に対 して駆動する磁力を発生する駆 動コィ ノレと、

制動力を発生 しない第 1 の位置と前記可動体を前記固 定体に対 して機械的に制動する制動力を発生する第 2 の 位置との間で移動可能に支持された制動部材とを備え、 前記駆動コイ ルが発生する磁力は、 前記制動部材を駆 動 して前記第 1 の位置と前記第 2 の位置との間で移動さ せる、 リ ニアモー タ のブ レーキ装置。

4 . 前記制動部材は、 前記駆動コ イ ルが発生する磁力が 減少したと きに、 前記第 1 の位置から前記第 2 の位置に 移動せ しめ られる、 請求の範囲第 3項に記載の リ ニアモ 一 夕のブレーキ装置。

5 . 前記制動部材は、 前記第 2 の位置に於いて前記可動 体と前記固定体の何れか一方と接触 し、 機械的摩擦力を 発生する、 請求の範囲第 4項に記載の リ ニアモータのブ レ一キ装置。

6 . 前記制動部材を前記駆動コイ ルから遠ざかる方向に 付勢する付勢手段を更に備える、 請求の範囲第 5項に記 載の リ ニアモー タのブレーキ装置。

7 . 前記付勢手段の付勢力は、 前記 リ ニアモー タの駆動 時に前記駆動コ イ ルが発生する磁力が前記制動部材を吸 引する力よ り も小さ く 設定されている、 請求の範囲第 6 項に記載の リ ニアモー タ のブレーキ装置。