(57)【要約】【課題】最小制動トルクと最大制動トルクとの差を大きくとることが可能で、しかも構造が簡単な励磁作動ブレーキを提供する。【解決手段】制動軸２と、制動軸２の軸方向における一端部に第１および第２の磁極面２１Ａ，２１Ｂが形成されたフィールドコア１１と、フィールドコア１１に設けられた励磁コイル２３とを備える。フィールドコア１１の第１および第２の磁極面２１Ａ，２１Ｂに向けて軸方向に並ぶように配置され、制動軸２に軸方向へ移動自在かつ制動軸２と一体に回転するように取付けられた複数のアーマチュア４，４を備える。フィールドコア１１に磁気によって吸引されるアーマチュア４の数は、励磁コイル２３に供給される電力の大きさに応じて変わる。【選択図】  図３
2020125761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制動部材としての制動軸と、
環状に形成されて中空部に前記制動軸が遊嵌状態で通され、前記制動軸の軸方向における一端部に磁極面が形成されたフィールドコアと、
前記フィールドコアに設けられた励磁コイルと、
前記フィールドコアの前記磁極面に向けて前記軸方向に並ぶように配置され、前記制動軸に前記軸方向へ移動自在かつ前記制動軸と一体に回転するように取付けられた複数のアーマチュアとを備え、
前記フィールドコアに磁気によって吸引されるアーマチュアの数は、前記励磁コイルに供給される電力の大きさに応じて変わることを特徴とする励磁作動ブレーキ。
【請求項２】
請求項１記載の励磁作動ブレーキにおいて、
さらに、前記複数のアーマチュアを前記フィールドコアに向けて付勢するばね部材を備えていることを特徴とする励磁作動ブレーキ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の励磁作動ブレーキにおいて、
前記複数のアーマチュアは、互いに同一の材料によって形成されているとともに同一の形状に形成されていることを特徴とする励磁作動ブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転部材や移動部材の制動またはその制動状態を保持する励磁作動ブレーキに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、励磁作動ブレーキ（以下、単に電磁ブレーキという）は、制動装置および制動保持装置を構成するものであり、様々な分野において安全装置として使用されている。この種の従来の電磁ブレーキは、励磁コイルを有するフィールドコアが移動できないように支持体に固定され、制動の対象となる制動軸にアーマチュアが設けられていることが多い。この電磁ブレーキにおいては、励磁コイルに通電されてアーマチュアがフィールドコアに磁気により吸着されることによって、制動軸の回転が制動される。
【０００３】
この種の電磁ブレーキに生じる摩擦トルクＴは、摩擦係数μ×軸方向の全圧力Ｐ×摩擦面の有効半径Ｒ×摩擦面の数Ｎという計算式によって求められる。このトルク値は、鉄心のＢ（磁束密度）−Ｈ（磁界の強さ）特性に沿った値になる。このため、電磁ブレーキの制動トルクは、図１２中に破線や二点鎖線で示すように、励磁コイルに印加する電圧の増大に伴って大きくなる。
【０００４】
図１２において破線は、制動トルクが相対的に低くなるように構成された電磁ブレーキ（以下、単に低トルク用電磁ブレーキという）の動作特性を示し、図１２において二点鎖線は、制動トルクが相対的に高くなるように構成された電磁ブレーキ（以下、単に高トルク用電磁ブレーキという）の動作特性を示す。
高トルク用電磁ブレーキは、低トルク用電磁ブレーキより磁気吸引力を大きくすることができるため、高い制動トルクが得られる。また、図１２から分かるように、高トルク用電磁ブレーキの最小制動トルクは、低トルク用電磁ブレーキの最小制動トルクより大きい。
【０００５】
一方、従来の電磁ブレーキとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に示す電磁ブレーキは、フィールドコアに磁気吸着される第１および第２のアーマチュアを有している。これらのアーマチュアのうち、第１のアーマチュアは、ばね力が相対的に弱い複数の板ばねを介して制動軸に支持され、第２のアーマチュアは、ばね力が相対的に強い複数の板ばねを介して制動軸に支持されている。
【０００６】
この従来の電磁ブレーキによれば、励磁コイルに通電する電流値が相対的に小さい場合は第１のアーマチュアがフィールドコアに磁気吸着されて相対的に小さい制動力が生じる。励磁コイルに通電する電流値が相対的に大きい場合には、第１のアーマチュアと第２のアーマチュアとがそれぞれフィールドコアに磁気吸着されて制動力が増大する。このため、最小制動トルクと最大制動トルクとの差を大きくとることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の電磁ブレーキの中には、最小制動トルクが生じている状態において制動軸を回すことができ、しかも、制動軸を停止させるときには大きな最大制動トルクで完全に止めることができる性能を求められているものがある。この要請に応えるためには、大きな最大制動トルクを得るために高トルク用電磁ブレーキを使用する必要がある。しかし、従来の高トルク用電磁ブレーキでは、最小制動トルクが低トルク用電磁ブレーキの最小制動トルクより大きくなってしまうために、最小制動トルクが生じている状態で制動軸が回り難くなってしまい、上述した要請に応えることはできなかった。
【０００９】
このような不具合は、特許文献１に開示されているような、最小制動トルクと最大制動トルクとの差を大きくとることが可能な電磁ブレーキを使用することにより、ある程度は解消する。しかし、特許文献１に示す電磁ブレーキでは、二つのアーマチュアを個別に支持するために、ばね力が異なる複数の板ばねが必要であるから、構造が複雑になるとともに部品数が多くなるという新たな問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、最小制動トルクと最大制動トルクとの差を大きくとることが可能で、しかも構造が簡単な励磁作動ブレーキを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明に係る励磁作動ブレーキは、被制動部材としての制動軸と、環状に形成されて中空部に前記制動軸が遊嵌状態で通され、前記制動軸の軸方向における一端部に磁極面が形成されたフィールドコアと、前記フィールドコアに設けられた励磁コイルと、前記フィールドコアの前記磁極面に向けて前記軸方向に並ぶように配置され、前記制動軸に前記軸方向へ移動自在かつ前記制動軸と一体に回転するように取付けられた複数のアーマチュアとを備え、前記フィールドコアに磁気によって吸引されるアーマチュアの数は、前記励磁コイルに供給される電力の大きさに応じて変わるものである。
【００１２】
本発明は、前記励磁作動ブレーキにおいて、さらに、前記複数のアーマチュアを前記フィールドコアに向けて付勢するばね部材を備えていてもよい。
【００１３】
本発明は、前記励磁作動ブレーキにおいて、前記複数のアーマチュアは、互いに同一の材料によって形成されているとともに同一の形状に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明において、励磁コイルに供給される電力（例えば励磁コイルを流れる電流）が相対的に小さい場合は、複数のアーマチュアのうち、フィールドコアに最も近い内側のアーマチュアが磁気によって吸引され、この内側のアーマチュアがフィールドコアの磁極面に磁気によって吸着される。このようにアーマチュアが磁極面に吸着されることにより制動軸が制動される。この場合は、実質的に低トルク用電磁ブレーキとして機能し、相対的に小さい最小制動トルクが得られる。
【００１５】
励磁コイルに供給される電流が増大することにより、この内側のアーマチュアより外側（フィールドコアとは反対側）に位置するアーマチュアもフィールドコアに磁気によって吸引されるようになる。この外側のアーマチュアは、フィールドコアに吸引されることによって、内側のアーマチュアをフィールドコアに向けて押す。このため、内側のアーマチュアが外側のアーマチュアによって付勢されて磁極面に強く押し付けられるようになり、制動力が増大する。
【００１６】
この場合は、実質的に高トルク用電磁ブレーキとして機能し、高トルク用電磁ブレーキと同等の最大制動トルクが得られる。
複数のアーマチュアを軸方向に移動自在に支持する部材は制動軸であるから、複数のアーマチュアを支持するために専用の部品は不要である。
したがって、本発明によれば、最小制動トルクと最大制動トルクとの差を大きくとることが可能で、しかも構造が簡単な励磁作動ブレーキを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る励磁作動ブレーキの正面図である。
【図２】本発明に係る励磁作動ブレーキの背面図である。
【図３】図２におけるIII−III線断面図である。
【図４】フィールドコアの正面図である。
【図５】フィールドコアの背面図である。
【図６】図５におけるVI−VI線断面図である。
【図７】制動軸とアーマチュアの断面図である。
【図８】低電流が供給されているときの磁束の状態を示す要部の断面図である。
【図９】高電流が供給されているときの磁束の状態を示す要部の断面図である。
【図１０】複数のアーマチュアの変形例を示す断面図である。
【図１１】複数のアーマチュアの変形例を示す断面図である。
【図１２】励磁作動ブレーキの制動トルクと電圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る励磁作動ブレーキの一実施の形態を図１〜図９を参照して詳細に説明する。
図１に示す励磁作動ブレーキ１（以下、単に電磁ブレーキという）１は、図１および図２の中心部に位置する制動軸２を被制動部材とし、この制動軸２の回転を制動するノーギャップ方式の電磁ブレーキである。この電磁ブレーキ１は、制動軸２と、この制動軸２が貫通するフィールドコア組立体３と、このフィールドコア組立体３の一端側に配置された複数のアーマチュア４，４と、この複数のアーマチュア４，４をフィールドコア組立体３に向けて付勢するばね部材５（図３参照）などを備えている。以下において、この電磁ブレーキ１の構成を説明するうえで方向を示すにあたっては、便宜上、複数のアーマチュア４，４が位置する一端側を前側として説明する。
【００１９】
フィールドコア組立体３は、図３に示すように、図３において最も外側に位置する有底円筒状のフィールドコア１１に各種の部品を組付けて形成されている。フィールドコア１１は、環状に形成されて中空部に制動軸２が遊嵌状態で通されている。詳述すると、フィールドコア１１は、図３〜図６に示すように、径方向の内側に位置する円筒状の内側円筒部１２と、この内側円筒部１２と同一軸線上に位置付けられて内側円筒部１２より径方向の外側に位置する円筒状の外側円筒部１３と、内側円筒部１２の前端と外側円筒部１３の前端とを接続する環状の円板部１４とを有している。
【００２０】
内側円筒部１２の内周部には、図３に示すように、第１および第２の滑り軸受１５，１６が設けられている。内側円筒部１２は、これらの第１および第２の滑り軸受１５，１６を介して制動軸２を回転自在かつ軸方向へ移動自在に支持している。第１および第２の滑り軸受１５，１６は、フィールドコア１１を通る磁束Φが制動軸２に漏洩することを防ぐために、非磁性材料によって形成されている。
第１および第２の滑り軸受１５，１６のうち、後側に位置する第１の滑り軸受１５は、制動軸２に取付けられた抜け止めリング１７と接触し、制動軸２の前側への移動を規制している。
【００２１】
内側円筒部１２の外周面であって後側の端部には、円環状のコア板１８が嵌合状態で固着されている。このコア板１８の外周面と外側円筒部１３の内周面との間には断磁用の空隙Ｓが形成されている。
外側円筒部１３は、内側円筒部１２より後側に突出するように形成されている。この外側円筒部１３の後端には、径方向の外側へ延びる取付用フランジ１９が一体に形成されている。
【００２２】
円板部１４は、制動軸２の軸方向においてフィールドコア１１の一端部（前端部）に位置している。この円板部１４の前面は、フィールドコア１１の磁極面２１である。この磁極面２１には、後述する複数のアーマチュア４，４のうち、フィールドコア１１と隣り合う内側のアーマチュア４Ａがばね部材５のばね力で押し付けられている。この円板部１４は、内側円筒部１２および外側円筒部１３と協働して環状溝２２を形成している。この環状溝２２の中には、励磁コイル２３がボビン２４とともに収容されている。
励磁コイル２３は、給電用ケーブル２５（図１および図２参照）を介して電源装置（図示せず）に接続されており、電源装置によって給電されることにより励磁し、磁束Φを発生させる。給電用ケーブル２５は、外側円筒部１３の貫通孔２６（図６参照）に通されてフィールドコア１１の外に導出されている。
【００２３】
フィールドコア１１の円板部１４は、励磁コイル２３が通電されることにより発生した磁束Φが複数のアーマチュア４，４を通って迂回するように、磁束Φを通り難くする断磁部３１を有している。
断磁部３１は、図３に示すように、円板部１４の前面に開口する溝３２を含んでいる。この溝３２は、図４に示すように、前側から見て環状に形成されており、円板部１４の前面(磁極面２１）を径方向の内側と外側とに分けている。円板部１４の前面であって溝３２より径方向の内側には、平坦な第１の磁極面２１Ａが形成されている。円板部１４の前面であって溝３２より径方向の外側には、平坦な第２の磁極面２１Ｂが形成されている。第１の磁極面２１Ａと第２の磁極面２１Ｂは、制動軸２の軸方向において同一位置に形成されている。
【００２４】
溝３２の中には、図３に示すように、摩擦板３３が設けられている。摩擦板３３は、環状に形成されて溝３２の中に嵌合状態で固着されている。また、摩擦板３３は、溝３２に取付けられた状態で第１および第２の磁極面２１Ａ，２１Ｂより僅かに突出するように構成されている。
溝３２の溝底３２ａ（図６参照）には、複数のスリット３４が形成されている。この実施の形態においては、溝３２の中に３つのスリット３４が形成されている。スリット３４の開口形状は、制動軸２の軸心を中心とする円弧状の長円である。３つのスリット３４は、円板部１４を周方向に３等分する位置にそれぞれ形成されており、それぞれ溝底３２ａを前後方向に貫通している。３つのスリット３４が溝３２に形成されることにより、溝３２の溝底３２ａであってスリット３４どうしの間にはブリッジ部３５が形成される。
【００２５】
複数のアーマチュア４，４は、図７に示すように、それぞれ円板状に形成されており、フィールドコア１１の第１および第２の磁極面２１Ａ，２１Ｂに向けて制動軸２の軸方向に並ぶように配置されている。図７の破断位置は図３中にVII−VII線によって示す位置である。この実施の形態による複数のアーマチュア４，４は、互いに同一の磁性材料によって形成されているとともに、同一の形状に形成されている。ここでいう同一の形状とは、厚みおよび外径が同一であって、外形も同一であることをいう。この実施の形態においては、２枚のアーマチュア４が互いに重なる状態で使用されている。以下においては、便宜上、２枚のアーマチュア４，４のうち、フィールドコア１１に近い一方のアーマチュア４を内側のアーマチュア４Ａといい、他方のアーマチュア４を外側のアーマチュア４Ｂという。
この実施の形態による内側のアーマチュア４Ａと外側のアーマチュア４Ｂは、最終形状に形成された後に硬化処理が施されている。
【００２６】
内側および外側のアーマチュア４Ａ，４Ｂの軸心部は、図７に示すように、制動軸２の一対のカット面３６を有する連結部２ａに制動軸２の軸方向へ移動可能に嵌合している。このため、内側および外側のアーマチュア４Ａ，４Ｂは、制動軸２に軸方向へ移動自在かつ制動軸２と一体に回転するように取付けられている。
外側のアーマチュア４Ｂは、図３に示すように、制動軸２の前端側のスプリングシート４１との間に設けられたばね部材５によって、制動軸２に対して後側に付勢されている。
【００２７】
このようにばね部材５によって後方に向けて押された外側のアーマチュア４Ｂは、内側のアーマチュア４Ａの前面に当接し、内側のアーマチュア４Ａをフィールドコア１１に向けて押す。この実施の形態においては、内側のアーマチュア４Ａが本発明でいう「他のアーマチュア」に相当し、外側のアーマチュア４Ｂが本発明でいう「フィールドコアとの間に他のアーマチュアが存在するアーマチュア」に相当する。
この実施の形態によるばね部材５は、圧縮コイルばねによって構成されている。スプリングシート４１は、制動軸２が貫通するリングからなり、制動軸２に係合したスナップリング４２に後側から重ねられている。
【００２８】
このように構成された電磁ブレーキ１においては、内側のアーマチュア４Ａがフィールドコア１１の摩擦板３３に接触した状態で回転することによって、制動軸２に摩擦抵抗が付与され、制動軸２が制動される。励磁コイル２３が励磁されていない状態においては、内側のアーマチュア４Ａはばね部材５のばね力のみによって摩擦板３３に押し付けられる。この電磁ブレーキ１においては、このように内側のアーマチュア４Ａがばね部材５のばね力のみで摩擦板３３に押し付けられることにより最小制動トルクが得られる。このため、この電磁ブレーキ１の最小制動トルクは、励磁コイル２３に通電して得られる最小の制動トルクより小さくなる。
【００２９】
励磁コイル２３が通電されて磁束Φが生じ、この磁束Φが内側のアーマチュア４Ａを通るようになると、内側のアーマチュア４Ａに磁気吸引力が作用し、内側のアーマチュア４Ａが磁気吸引力によって助勢されて摩擦板３３に押し付けられるようになる。このため、内側のアーマチュア４Ａと摩擦板３３との接触部分に生じる摩擦抵抗が増大する。このとき、内側のアーマチュア４Ａを摩擦板３３に押し付ける力は、励磁コイル２３に供給される電流（電圧）の大きさに応じて変化する。
【００３０】
励磁コイル２３に供給される電力が相対的に小さい場合（低電流が供給される場合）は、図８に示すように、磁束Φが円板部１４の断磁部３１を避けて第１および第２の磁極面２１Ａ，２１Ｂを通って内側のアーマチュア４Ａに迂回する。このように供給電力が小さいときには、内側のアーマチュア４Ａから外側のアーマチュア４Ｂに磁束Φが迂回することはないか、迂回したとしてもきわめて少なくなる。このため、この場合は、電磁ブレーキ１が実質的に低トルク用電磁ブレーキとして機能する。
【００３１】
励磁コイル２３に供給される電力が相対的に大きい場合（高電流が供給される場合）は、図９に示すように、内側のアーマチュア４Ａを通過して外側のアーマチュア４Ｂを通る磁束Φａが増える。そして、外側のアーマチュア４Ｂも磁気吸引力で円板部１４に吸引されるようになり、外側のアーマチュア４Ｂが内側のアーマチュア４Ａをフィールドコア１１に向けて押すようになる。すなわち、フィールドコア１１に磁気によって吸引されるアーマチュア４の数は、励磁コイル２３に供給される電力の大きさに応じて変わる。
【００３２】
このため、内側のアーマチュア４Ａが外側のアーマチュア４Ｂによって押されて磁極面２１（摩擦板３３）に強く押し付けられるようになり、制動力が増大する。この場合は、実質的に高トルク用電磁ブレーキとして機能し、高トルク用電磁ブレーキと同等の最大制動トルクが得られる。
この電磁ブレーキ１において、複数のアーマチュア４，４を軸方向に移動自在に支持する部材は制動軸２であるから、複数のアーマチュア４，４を支持するために専用の部品は不要である。
したがって、この実施の形態によれば、最小制動トルクと最大制動トルクとの差を大きくとることが可能で、しかも構造が簡単な電磁ブレーキ（励磁作動ブレーキ）を提供することができる。
【００３３】
この電磁ブレーキ１の制動トルクは、励磁コイル２３に印加される電圧の変化に伴って図１２中に実線で示すように変化する。図１２に示すように、この実施の形態の電磁ブレーキ１においては、電流（電圧）値が低いときには、低トルク用電磁ブレーキの制動トルクの最小値に近似した制動トルクを得ることができるとともに、電流（電圧）値が高くなったときには、高トルク用電磁ブレーキの制動トルクの最大値に近似した制動トルクを得ることができる。また、この実施の形態を採ることにより、電圧が低い状態から高い状態に移行する過程において、従来の低トルク用電磁ブレーキおよび高トルク用電磁ブレーキより制動トルクの増加率が高くなる動作特性が得られることが分かった。なお、電磁ブレーキ１の励磁コイル２３の巻数などの設計上の数値は、高トルク用電磁ブレーキの数値とは相異する。
【００３４】
この実施の形態による電磁ブレーキ１は、複数のアーマチュア４，４をフィールドコア１１に向けて付勢するばね部材５を備えている。このため、ばね部材５のばね力を変えることによって、励磁コイル２３が励磁されていない状態で得られる制動トルクの大きさを変えることができる。したがって、最小制動トルクの調整幅が広い電磁ブレーキを提供することができる。
【００３５】
この実施の形態による電磁ブレーキ１の複数のアーマチュア４，４は、互いに同一の材料によって形成されているとともに、同一の形状に形成されている。このため、部品の共通化が図られ、製造コストを低減することができる。
【００３６】
（複数のアーマチュアの変形例）
複数のアーマチュアは、図１０および図１１に示すように構成することができる。
図１０に示す電磁ブレーキ１は、内側のアーマチュア４Ａと、外側のアーマチュア４Ｂと、これらの内側のアーマチュア４Ａと外側のアーマチュア４Ｂとの間に挟まれた中央のアーマチュア４Ｃとを備えている。このように、複数のアーマチュア４を装備するにあたって、制動軸２の軸方向に並ぶアーマチュア４の枚数は２枚に限定されることはなく、３枚以上であってもよい。
【００３７】
図１１に示す内側のアーマチュア４Ａは、外側のアーマチュア４Ｂより厚く形成されている。これらの内側のアーマチュア４Ａと外側のアーマチュア４Ｂは、厚みが異なる他は同一の構成となるように形成されている。
このようにアーマチュア４の枚数を変えたり、一部のアーマチュア４の厚みを変えることにより、制動時に低トルク用電磁ブレーキの特性から高トルク用電磁ブレーキの特性に移行する際の電圧や制動トルクの増加率などが変わるから、所望の特性を有する電磁ブレーキを容易に製造することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…電磁ブレーキ（励磁作動ブレーキ）、２…制動軸、３…フィールドコア組立体、４…アーマチュア、４Ａ…内側のアーマチュア、４Ｂ…外側のアーマチュア、５…ばね部材、１１…フィールドコア、２１Ａ…第１の磁極面、２１Ｂ…第２の磁極面、２３…励磁コイル、Φ，Φａ…磁束。
【図１】
2020125761.tif 000003
【図２】
2020125761.tif 000004
【図３】
2020125761.tif 000005
【図４】
2020125761.tif 000006
【図５】
2020125761.tif 000007
【図６】
2020125761.tif 000008
【図７】
2020125761.tif 000009
【図８】
2020125761.tif 000010
【図９】
2020125761.tif 000011
【図１０】
2020125761.tif 000012
【図１１】
2020125761.tif 000013
【図１２】
2020125761.tif 000014