JP5471502B2

JP5471502B2 - 無励磁作動型電磁ブレーキ

Info

Publication number: JP5471502B2
Application number: JP2010012792A
Authority: JP
Inventors: 慎介灰山
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011149527A

Description

本発明は無励磁作動型電磁ブレーキに関する。

従来から、サーボモータや各種ロボットに用いられる無励磁作動型電磁ブレーキに関して、小型化、低消費電力化及び高トルク化に向けて、種々の無励磁作動型電磁ブレーキの構造が提案されている。

現在、無励磁作動型電磁ブレーキは、例えば３０φ程度の直径を有する程度までに小型化が実現しており、例えば特許文献１記載のような無励磁作動型電磁ブレーキがあり、また、例えば図２に表わされるような構造が採用されている。図２は、従来の小型無励磁作動型電磁ブレーキの構造を示す概略縦断面図である。

従来の小型無励磁作動型電磁ブレーキ１００は、図２に示すように、ヨーク１０２、ヨーク１０２に内蔵されたコイル体１０４、ヨーク１０２に対向配置されたプレート１０６、ヨーク１０２とプレート１０６との間に配置されヨーク１０２の基準軸線Ｃ回りに回動可能に設けられた制動部１０８、ヨーク１０２と制動部１０８との間に配置され基準軸線Ｃ回りに回動不能かつ基準軸線Ｃ方向に移動可能に配置されたアーマチュア１１０、プレート１０６及びアーマチュア１１０をヨーク１０２に締結するボルト１１２、を具備している。

ヨーク１０２は、基準軸線Ｃ回りにおいて中心部に設けられた開口部１０２ａと、基準軸線Ｃからみて開口部１０２ａの外側に設けられた環状の凹部１０２ｂと、で構成されており、凹部１０２ｂに内蔵されたコイル体１０４は、ボビン（芯体）１０４ａとボビン１０４ａに捲回された励磁コイル１０４ｂとで構成されている。

また、基準軸線Ｃからみて凹部１０２ｂの外側には、開口部１０２ｃが設けられており、ここには、図示しないが、アーマチュア１１０を制動部１０８に対して付勢する圧縮バネが内蔵されている。更に、ボルト１１２は、カラー１１６を介してプレート１０６及びアーマチュア１１０をヨーク１０２に締め付けている。

特願平５−２２７３０号公報

しかし、上記のような従来の小型無励磁作動型電磁ブレーキ１００では、基準軸線に略直交する方向からみて、コイル体１０４と締結部材１１２とが重なるような位置関係を有するように構成されており、また、ボルト１１２がカラー１１６を介して取り付けられていることから、基準軸線Ｃ方向においても基準軸線Ｃからみた径方向においても小型化に限界があるという問題があった（小型化）。

更に、上記の従来の小型無励磁作動型電磁ブレーキ１００においては、凹部１０２ｂに内蔵されたコイル体１０４が、ボビン１０４ａを含んでいるところ、小型化のためには、基準軸線Ｃからみた径方向においてヨーク１０２の中心の円筒形部分１０２ｄの幅や凹部１０２ｂの幅（即ち、励磁コイル１０４ｂのスペース）を確保しにくい。

その結果、励磁コイル１０４ｂの捲回数を増大させることができず、圧縮バネの付勢力より大きな磁気吸引力をアーマチュア１１０に作用させるためには、励磁コイル１０４ｂに大きな電流を流すしかなく、消費電力及び発熱量を増大するという問題があった（小型化に相反する、大磁気吸引力、低消費電力及び低発熱量）。

そこで、本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、十分な磁路及び磁気吸引力を確保することができ、消費電力及び発熱量を増大させにくく、従来に比べてより小型化された無励磁作動型電磁ブレーキの新規な構造を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、無励磁作動型電磁ブレーキの構造において、ヨークの縦断面の略法線方向からみて、コイルとボルトとが重ならない位置関係を有するような構成を採用することができれば、基準軸線Ｃ方向においても基準軸線Ｃからみて径方向においても小型化を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記の課題を解決すべく、本発明は、
励磁コイルを備えたヨークと、
前記ヨークに対向配置されたプレートと、
前記ヨークと前記プレートとの間に配置され前記ヨークの基準軸線回りに回動可能に設けられた制動部と、
前記ヨークと前記制動部との間に配置され前記基準軸線回りに回動不能かつ前記基準軸方向に移動可能に配置されたアーマチュアと、
前記プレートを前記ヨークに締結する締結部材と、
を具備し、
前記基準軸線に略直交する方向からみて、前記励磁コイルと前記締結部材とが重ならず、前記基準軸線方向からみて、前記励磁コイルと前記締結部材の少なくとも一部とが重なっている構成を有し、
前記ヨークに形成した凹部に前記締結部材が締め付けられ、当該締結部材の先端部分を収容可能な前記凹部の内部空間を、前記励磁コイルの配置空間と隔離している無励磁作動型電磁ブレーキを提供する。

このような構成を有する本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、基準軸線に略直交する方向からみて、励磁コイルと締結部材とが重ならない位置関係を有することから、基準軸線Ｃからみて径方向において、励磁コイルと締結部分とが重なる構成となって、無励磁作動型電磁ブレーキの幅が励磁コイルの幅と締結部分との幅の合計よりも小さくなり、小型化を実現することが可能である。

上記の本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、前記ヨークが、フランジ状部分を有する筒状部材で構成された第一ヨーク部と、前記第一ヨーク部を覆う筒状部材で構成された第二ヨーク部と、で構成されており、前記励磁コイルが、前記第一ヨーク部の前記筒状部分に直接捲回されていることが好ましい。なお、ここでいう「筒状部分に直接捲回」とは、励磁コイルがボビン等の芯体に捲回されていないことを意味し、例えば膜状絶縁体等を介して筒状部分に捲回されている態様を含むものである。

このような構成を有する本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、励磁コイルが、第一ヨーク部の筒状部分に直接捲回されていることから、ヨークの縦断面の略法線方向からみて、基準軸線Ｃからみた径方向において更なる小型化を実現することが可能であり、また、これまで使用されていたボビンの容積や幅の分だけ、基準軸線Ｃからみた径方向においてヨークの幅やコイルスペースを確保することができ、小型化を犠牲にせずに大磁気吸引力、低消費電力及び低発熱量を実現することができる。

また、上記の本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、前記第一ヨーク部２ａと前記第二ヨーク部２ｂとが一体的になって前記ヨーク２を構成していてもよい。

このような構成を有する本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、部品点数を削減することができ、例えば製造工程・管理においてメリットがある。

本発明によれば、十分な磁路及び磁気吸引力を確保することができ、消費電力及び発熱量を増大させにくく、従来に比べてより小型化された無励磁作動型電磁ブレーキの新規な構造を提供することができる。

本発明の無励磁作動型電磁ブレーキの一実施形態の概略縦断面図である。従来の無励磁作動型電磁ブレーキの概略縦断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の代表的な実施形態について説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。また、各図面における各部材の形状や寸法は、実際に本発明の作用効果を奏するための形状や寸法を必ずしも高精度で表していない場合もある。

図１に示すように、本実施形態の無励磁作動型電磁ブレーキ１は、励磁コイル４を備えたヨーク２と、ヨーク２に対向配置されたプレート６と、ヨーク２とプレート６との間に配置されヨーク２の基準軸線Ｃ回りに回動可能に設けられた制動部８と、ヨーク２と制動部８との間に配置され基準軸線Ｃ回りに回動不能かつ基準軸線Ｃ方向に移動可能に配置されたアーマチュア１０と、プレート６をヨーク２に締結する締結部材であるボルト１２と、励磁コイル４に通電するための電源に接続されるリード線１４と、アーマチュア１０を制動部８に圧接するように付勢する付勢部である圧縮バネ１８と、を具備している。

また、ボルト１２は、カラー１６を介してプレート６及びアーマチュア１０をヨーク２（２ａ）に締め付けている。

ヨーク２は、鉄等の強磁性体からなり、第一ヨーク部２ａと第二ヨーク部２ｂとで構成された、いわゆる２体構造を有しており、第一ヨーク部２ａに捲回された励磁コイル４を第一ヨーク部２ａと第二ヨーク部２ｂとの間において内蔵されている。第一ヨーク部２ａと第二ヨーク部２ｂとは、例えば、接着剤等の化学的な連結手段、ボルトとナットの組合せ、又は凹部と凸部の組合せ若しくはこれらと嵌合部との組合せ、圧入、焼きばめ等の物理的な連結手段等、従来公知の接合手段で連結すればよい。

第一ヨーク部２ａは、基準軸（中心軸乃至はモータの回転軸と一致する。）線Ｃに略直交し互いに略平行に対向する外側端面２ａ₁と係合端面２ａ₂とを有しかつフランジ状部分を有する筒状部材で構成されている。また、第二ヨーク部２ｂは、第一ヨーク部２ａのフランジ状部分に当接して第一ヨーク部２ａを覆う筒状部材と、当該筒状部材のアーマチュア１０側の端部に設けられており、ボルト１２を受ける凹部２ｂ₁及び圧縮バネ１８を内蔵する凹部２ｂ₂を有する段差部２ｂ₃と、で構成されている。段差部２ｂ₃のアーマチュア１０側には係合端面２ｂ₄が位置する。

励磁コイル４は、ボビン等には捲回されず、第一ヨーク部２ａを構成する筒状部材に直接捲回されている。励磁コイル４を構成する金属線としては、種々の断面を有するものを採用することができるが、捲回密度や第一ヨーク部２ａの筒状部材との接触面積を最大限にして磁気吸引力を高めることができるという観点から、断面矩形のいわゆる平角線を用いるのが好ましい。

プレート６は略円盤状に形成されたものであり、第一ヨーク部２ａの係合端面２ａ₂及第二ヨーク部２ｂのび２ｂ₄側に対向させて配置されており、基準軸線Ｃ上においてプレート６の中心部にはモータの回転軸を挿通するための貫通した開口６ａが形成されている。本発明はこれに限定されるわけではないが、本実施形態におけるこの開口６ａの開口径はヨーク２の開口２ｃの開口径よりも大きい。そして、プレート６のヨーク２側には基準軸線Ｃ回りに制動部８が設けられている。

制動部８は、プレート６よりも外径が小さい略円盤状であり、基準軸線Ｃ上において制動部８の中心部には、モータの回転軸を挿通するための貫通した開口８ａが形成されている。本発明はこれに限定されるわけではないが、本実施形態におけるこの開口８ａの開口径は、ヨーク２の開口２ｃの開口径よりも大きくプレート６の開口６ａの開口径よりも小さい。

第一ヨーク部２ａの係合端面２ａ₂及び第二ヨーク部２ｂの２ｂ₄と制動部８との間には、ヨーク２に対して基準軸線Ｃ回りに回動不能で、かつ、基準軸線Ｃ方向に移動可能に支持されたアーマチュア１０が配置されている。アーマチュア１０は、円盤状に形成された鉄等の強磁性体からなり、基準軸線Ｃ上においてアーマチュア１０の中心部には、モータの回転軸を挿通するための貫通した開口１０ａが形成されている。本発明はこれに限定されるわけではないが、本実施形態におけるこの開口１０ａの開口径は、第一ヨーク２ａの開口２ｃと略一致している。

第二ヨーク部２ｂの係合端面２ｂ₄には凹部２ｂ₂が形成されており、アーマチュア１０に対する付勢部である圧縮バネ１８が内蔵されている。基準軸線Ｃ方向に移動可能に支持されたアーマチュア１０は、この圧縮バネ１８によって、制動部８に押圧されることになる。図１においては、便宜上、１つの凹部２ｂ₂及び圧縮バネ１８が表わされているが、実際には、複数個の１つの凹部２ｂ₂及び圧縮バネ１８が、第二ヨーク部２ｂの係合端面２ｂ₄において周方向に等間隔に配置されている。この圧縮バネ１８の数や圧縮強度、配置等については、無励磁作動型電磁ブレーキ１の本来の作用効果を奏するように適宜選択すればよい。

そして、第二ヨーク部２ｂの係合端面２ｂ₄には別に凹部２ｂ₁が形成されており、プレート６に設けられた貫通孔６ｂ及びアーマチュア１０に設けられた貫通孔１０ｂを挿通されたボルト１２がこの凹部２ｂ₁に締め付けられており、プレート６及びアーマチュア１０をヨーク２に固定している。

このように、本実施形態においては、基準軸線Ｃに略直交する方向からみて、励磁コイル４とボルト１２及び圧縮バネ１８（更にはボルト１２を内蔵する凹部２ｂ₁及び圧縮バネ１８を内蔵する凹部２ｂ₂）とが重ならない位置関係（基準軸線Ｃ方向からみて、励磁コイル４とボルト１２及び圧縮バネ１８（更にはボルト１２を内蔵する凹部２ｂ₁及び圧縮バネ１８を内蔵する凹部２ｂ₂）とが重なる位置関係）を有しているため、基準軸線Ｃからみた径方向において小型化を実現されている。

また、本実施形態においては、ヨーク２が、第一ヨーク部２ａと第二ヨーク部２ｂとで構成されており、励磁コイル４がボビン等を用いず第一ヨーク部２ａの筒状部分に直接捲回されているため、基準軸線Ｃからみた径方向において更なる小型化を実現されており、また、省略されたボビンの容積や幅の分だけ、基準軸線Ｃからみた径方向においてヨーク２の幅やコイルスペースが確保されており、小型化を犠牲にせずに大磁気吸引力、低消費電力及び低発熱量が実現されている。

以上、本発明の無励磁作動型電磁ブレーキの代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において種々の設計変更が可能である。

例えば第一ヨーク２ａに、基準軸線Ｃ方向からみて励磁コイル４と重なる位置に、他の機器へ無励磁作動型電磁ブレーキ１をネジで固定するためのネジ穴や、このネジ穴を形成するためのネジ穴しろが形成されている態様であってもよい。図２に示す従来の無励磁作動型電磁ブレーキ１００に比べて、図１に示す無励磁作動型電磁ブレーキ１においては、第一ヨーク２ａの左側部分が厚肉であるため、このような態様も好適に採用することができる。

また、例えば、上記実施形態においては、便宜上図１の同じ縦断面図において、同じ断面位置に、ボルト１２を内蔵する凹部２ｂ１及び圧縮バネ１８を内蔵する凹部２ｂ２が表れるように図示される態様について説明したが、圧縮バネ１８の数や位置及びボルト１２の位置は、適宜変更可能である。

また、上記実施形態においては、第一ヨーク２ａと第二ヨーク２ｂとが別部材である態様について説明したが、第一ヨーク２ａと第二ヨーク２ｂとが一体的な構造を有していてもよい。

本発明の無励磁作動型電磁ブレーキは、小型無励磁作動型電磁ブレーキとして、特にサーボモータやロボット用モータ等の小型モータの無励磁作動型電磁ブレーキとして好適に用いることができる。

１、１００・・・無励磁作動型電磁ブレーキ、
２、１０２・・・ヨーク、
２ａ・・・第一ヨーク、
２ｂ・・・第二ヨーク、
４、１０４ｂ・・・励磁コイル、
６、１０６・・・プレート、
８、１０８・・・制動部、
１０、１１０・・・アーマチュア、
１２、１１２・・・ボルト、
１４、１１４・・・リード線、
１６、１１６・・・カラー、
１８・・・圧縮バネ、
１０４ａ・・・ボビン。

Claims

励磁コイルを備えたヨークと、
前記ヨークに対向配置されたプレートと、
前記ヨークと前記プレートとの間に配置され前記ヨークの基準軸線回りに回動可能に設けられた制動部と、
前記ヨークと前記制動部との間に配置され前記基準軸線回りに回動不能かつ前記基準軸方向に移動可能に配置されたアーマチュアと、
前記プレートを前記ヨークに締結する締結部材と、
を具備し、
前記基準軸線に略直交する方向からみて、前記励磁コイルと前記締結部材とが重ならず、前記基準軸線方向からみて、前記励磁コイルと前記締結部材の少なくとも一部とが重なっている構成を有し、
前記ヨークに形成した凹部に前記締結部材が締め付けられ、当該締結部材の先端部分を収容可能な前記凹部の内部空間を、前記励磁コイルの配置空間と隔離している無励磁作動型電磁ブレーキ。
前記ヨークが、フランジ状部分を有する筒状部材で構成された第一ヨーク部と、前記第一ヨーク部を覆う筒状部材で構成された第二ヨーク部と、で構成されており、
前記励磁コイルが、前記第一ヨーク部の前記筒状部分に直接捲回されている、
請求項１記載の無励磁作動型電磁ブレーキ。
前記第一ヨーク部と前記第二ヨーク部とが一体的に前記ヨークを構成している、
請求項１又は２記載の無励磁作動型電磁ブレーキ。