(57)【要約】【課題】無励磁作動形の電磁ブレーキを複数軸で使用する場合に、必要とされるブレーキ電源容量を抑制可能な無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法を提案すること。【解決手段】無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法では、複数軸の電磁ブレーキ２（１）〜２（７）の電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の投入タイミングをずらすことで、同時に必要とされるブレーキ電流の総量Ｉを低減している。各電磁ブレーキ２（１）〜２（７）を、アーマチュア吸引動作時にはブレーキ電流（Ｉｒ）を供給し、その後のアーマチュア吸引継続時には低い値のブレーキ電流（ｋＩｒ）を供給することで駆動している。各電磁ブレーキ２（１）〜２（７）の電源投入の時間差Ｔ２を、アーマチュア吸引動作に必要な時間Ｔ１よりも長くしている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無励磁作動形の電磁ブレーキのそれぞれに対しては、第１ブレーキ電流を供給してブレーキ力を解除するアーマチュア吸引動作と、アーマチュア吸引後に前記第１ブレーキ電流よりも低い第２ブレーキ電流を供給してブレーキ解除状態を維持するアーマチュア吸引継続動作とを行い、
複数台の前記電磁ブレーキのブレーキ力を解除する際には、前記アーマチュア吸引動作に必要な時間よりも長い時間差で、各電磁ブレーキに対して、所定の順序で順次に前記第１ブレーキ電流を供給する電源投入動作を行うことを特徴とする無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法。
【請求項２】
請求項１において、
複数台の前記電磁ブレーキを複数のグループに分け、
前記電源投入動作を、グループ単位で、所定の順序で順次に行うことを特徴とする無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記電磁ブレーキの台数をＭ（Ｍは２以上の整数）とし、アーマチュア吸引動作時のブレーキ電流値Ｉｒに対するアーマチュア吸引継続時のブレーキ電流値の電流低減係数をｋ（ｋ：「１」未満の値）とすると、
Ｍ台の前記電磁ブレーキを全てブレーキ力解除状態に切り替える際に必要になるブレーキ電流値の最大値Ｉｍａｘは
Ｉｍａｘ＝｛１＋（Ｍ−１）×ｋ｝×Ｉｒ
であり、１つの前記グループに含まれる前記電磁ブレーキの最大数をＮ（Ｎは１以上の整数）とすると、Ｎは次式から求まる値以下の台数に設定することを特徴とする無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法。
Ｉｍａｘ／Ｉｒ＝１＋（Ｍ−１）×ｋ
【請求項４】
請求項１において、
複数台の前記電磁ブレーキの前記電源投入動作を、１台ずつ所定の順序で順次に行うことを特徴とする無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね力によって発生しているブレーキ力を磁気吸引力によって解除するように構成されている無励磁作動形電磁ブレーキに関する。更に詳しくは、多数の無励磁動作形の電磁ブレーキのブレーキ力を同時に解除する動作を容量の小さなブレーキ電源を用いて行う無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーボモータ等に使用される無励磁作動形の電磁ブレーキの駆動方法としては、発熱抑制のためにアーマチュア吸引動作時には２コイル通電し、アーマチュア吸引継続時には１コイル通電に切り替える２コイル方式や、アーマチュア吸引動作時には全電圧を印加し、アーマチュア吸引継続時にはチョッピング等により電圧を低下させる電圧切り替え方式等が知られている。特許文献１には前者の駆動方法が開示されており、特許文献２には後者の駆動方法が開示されている。これらの駆動方法では、大きな吸引力が必要とされる短い時間のアーマチュア吸引動作時には大きなブレーキ電流が供給され、これに比べて小さな吸引力で済むアーマチュア吸引継続時には低い値のブレーキ電流が供給されるので、全体として消費電力を小さくできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０４０７３号公報
【特許文献２】特開２００９−１４１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、無励磁作動形の電磁ブレーキを多数軸で使用する場合には、各軸の電磁ブレーキの全てをブレーキ状態からブレーキ解放状態に切り替える際に、同時に全ての電磁ブレーキに電源が投入される。この場合に投入されるブレーキ電流は、各電磁ブレーキのアーマチュア吸引動作時に必要とされるブレーキ電流の軸数倍となる。これに対応できるように容量の大きなブレーキ電源を用意しておく必要があり、従来における上記特許文献に開示の駆動方法はブレーキ電源の容量の抑制には効果が無い。
【０００５】
このように、従来においては、複数軸で電磁ブレーキを使用する場合に大きな容量のブレーキ電源が必要であり、ブレーキ電源のコストが高い等の問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、この点に鑑みて、無励磁作動形の電磁ブレーキを複数軸で使用する場合に、必要とされるブレーキ電源の容量を抑制することのできる無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法では、複数の電磁ブレーキの電源投入のタイミングをずらすことで、同時に必要とされるブレーキ電流の総量を低減するようにしている。また、各電磁ブレーキを、アーマチュア吸引動作時には大きなブレーキ電流を供給し、その後のアーマチュア吸引継続時には低い値のブレーキ電流を供給することで駆動している。さらに、各電磁ブレーキの電源投入の時間差を、アーマチュア吸引動作に必要な時間よりも長くとるようにしている。
【０００８】
ここで、複数の電磁ブレーキを複数のグループに分け、グループ毎に順次にブレーキ電流を供給するようにしてもよい。このようにすれば、同時に必要とされるブレーキ電流は、１台ずつ順次に駆動する場合に比べて大きくなるが、全てを同時に駆動する場合に比べてブレーキ電流を低減することができ、１台ずつタイミングをずらして駆動する場合に比べて、全ての電磁ブレーキのブレーキ解除動作が終了するまでに必要な動作時間を短縮できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の駆動方法では、複数の電磁ブレーキを駆動してブレーキ力を解除する動作において、予め定めた順序および時間差で各電磁ブレーキにブレーキ電流が供給されるので、同時に必要とされるブレーキ電流を低減できる。また、ブレーキ電流を供給する時間差をアーマチュア吸引動作時間よりも長くしてあるので、ブレーキ電流を供給する際には、既にブレーキ力解除状態（アーマチュア吸引継続状態）に保持されている電磁ブレーキに供給されているブレーキ電流値は既に小さくなっている。よって、同時に必要とされるブレーキ電流は、駆動対象の電磁ブレーキの台数にアーマチュア吸引動作に必要なブレーキ電流を掛け合わせた電流量よりも少なくて済む。
【００１０】
従って、本発明によれば、複数の無励磁作動形電磁ブレーキを駆動する場合におけるブレーキ電源の容量を従来に比べて小さくすることができ、電磁ブレーキの駆動機構の小型・コンパクト化および低コスト化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した駆動システムの全体構成図である。
【図２】図１の各軸の駆動システムの部分を示す概略ブロック図およびブレーキ電流の変化を示すグラフである。
【図３】図１の駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】図１の駆動システムの動作の別の例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明を適用した無励磁作動形電磁ブレーキの駆動方法を説明する。なお、無励磁作動形の電磁ブレーキの機構部分は一般的に使用されているものと同様であり、モータ回転軸と一体回転するディスクと、このディスクにばね力によって押し付けられているアーマチュア（摩擦板）と、ヨークおよび励磁コイルからなる電磁石とを備えている。無励磁状態では、ばね力によってモータ回転軸にブレーキ力が作用している。励磁コイルに通電することにより発生する磁気吸引力によって、アーマチュアをばね力に逆らってヨークに吸引すると、モータ回転軸に作用しているブレーキ力が解除される。
【００１３】
図１は７軸の無励磁作動形の電磁ブレーキを備えたブレーキ駆動システムの全体構成図である。駆動システム１は、７軸のアクチュエータＪ１〜Ｊ７のそれぞれに取り付けた無励磁作動形の電磁ブレーキ２（１）〜２（７）を駆動するためのシステムである。各アクチュエータＪ１〜Ｊ７は、例えば、モータと減速機を備えており、各電磁ブレーキ２（１）〜２（７）によって各アクチュエータＪ１〜Ｊ７のモータ回転軸にブレーキ力が加えられている。
【００１４】
駆動システム１はブレーキ電源３を備えており、このブレーキ電源３には各電磁ブレーキ２（１）〜２（７）の励磁コイル４（１）〜４（７）が並列に接続されている。ブレーキ電源３は、例えば交流電源から供給される交流電流を整流回路、定電圧回路等を介して一定電圧の直流電流として供給する構成のものである。各電磁ブレーキ２（１）〜２（７）に対する電力供給路５（１）〜５（７）には、電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ７および電圧制御回路６（１）〜６（７）がそれぞれ介挿されている。また、駆動システム１は制御回路７を備えており、制御回路７は開閉スイッチＳＷ１〜ＳＷ７を制御することで、各軸の電磁ブレーキ２（１）〜２（７）に対するブレーキ電流の供給を制御する。
【００１５】
図２（ａ）は駆動システム１における１つの軸の電磁ブレーキ、例えば電磁ブレーキ２（１）に対する制御部分を取り出して示す概略ブロック図であり、図２（ｂ）は供給されるブレーキ電流の変化を示すグラフである。
【００１６】
電磁ブレーキ２（１）のブレーキ力を解除する場合には、制御回路７は電源スイッチＳＷ１を閉じて、電力供給路５（１）を介して電圧制御回路６（１）に電流（Ｉ）を供給する。電圧制御回路６（１）では、ブレーキ電源がオンされると、予め定めた一定時間Ｔ１だけ、電流値がＩｒのアーマチュア吸引動作用のブレーキ電流を励磁コイル４（１）に通電する。これにより、アーマチュアをばね力に逆らってヨークに吸引するのに必要な磁気吸引力が発生する。アーマチュア吸引動作用のブレーキ電流を一定時間Ｔ１だけ通電して、アーマチュアがヨークに吸引されると、ブレーキ力が解除された状態が形成される。
【００１７】
一定時間Ｔ１が経過した後は、電圧制御回路６（１）は、アーマチュア吸引動作用のブレーキ電流の代わりに、これよりも低い電流値（ｋ×Ｉｒ）（ｋは「１」未満の値の電流低減係数）のアーマチュア吸引継続用のブレーキ電流を生成して、励磁コイル４（１）に通電する。このアーマチュア吸引継続用のブレーキ電流によって、アーマチュアがヨークに吸引された状態を保持するのに必要な磁気吸引力が発生し、電磁ブレーキ２（１）はブレーキ力解除状態が継続する。なお、他の軸の電磁ブレーキ２（２）〜２（７）の場合も同様であるので、それらの説明は省略する。
【００１８】
図３は７軸の全ての電磁ブレーキ２（１）〜２（７）のブレーキ力を解除する際の第１解除動作モードを示すタイミングチャートである。制御回路７には第１解除動作モードが設定されており、第１解除動作モードでは、同時駆動の場合におけるブレーキ電源の投入順序が予め設定されており、本例では電磁ブレーキ２（１）〜２（７）の順にブレーキ電源がオンされる。すなわち、時点ｔ１において電磁ブレーキ２（１）の電源スイッチＳＷ１がオンされてブレーキ電流が供給される。
【００１９】
電磁ブレーキ２（１）には時点ｔ１から一定時間Ｔ１の間はアーマチュア吸引動作用のブレーキ電流が流れ、一定時間Ｔ１が経過した時点ｔ１ａからはアーマチュア吸引継続用のブレーキ電流が流れる。電磁ブレーキ２（２）へのブレーキ電流の投入は、時点ｔ１ａよりも後の時点ｔ２で開始される。換言すると、時点ｔ１から一定時間Ｔ１よりも長い時間差Ｔ２で電磁ブレーキ２（２）を駆動する。以下、同様にして、時間差Ｔ２で、電磁ブレーキ２（３）〜２（７）に対して順次にブレーキ電流を投入する。
【００２０】
この結果、投入電流値の合計値Ｉは、図３の最下行から２番目の行に記載されているように、時間差Ｔ２でＩｒからｋＩｒずつ増加する。投入電流値の最大値は７軸目の電磁ブレーキ２（７）に電流を投入した際の（１＋６ｋ）Ｉｒであり、この投入時点ｔ７から一定時間Ｔ１が経過した後の時点ｔ７ａ以後は、投入電流値の合計が（１−ｋ）Ｉｒだけ下がって、７ｋＩｒになる。例えば、電流低減係数ｋが「０．５」の場合には、図３の最下行に記載されているように、投入電流の最大値は４Ｉｒになる。また、このように時間差Ｔ２で７軸の電磁ブレーキ２（１）〜２（７）のブレーキ力解除動作を行う場合には、これら全てがブレーキ力解除状態になるまでに７×Ｔ２の時間を要する。この所要時間の短縮化を図るためには、例えば、図４に示すようにブレーキ力の解除動作を行えば良い。
【００２１】
図４は７軸の全ての電磁ブレーキ２（１）〜２（７）のブレーキ力を解除する際の第２解除動作モードを示すタイミングチャートである。第２解除動作モードも制御回路７に予め設定されており、図示の第２解除動作モードでは、予め電磁ブレーキ２（１）〜２（７）が３つのグループに分けられており、第１グループは電磁ブレーキ２（１）〜２（４）の４つであり、第２グループは電磁ブレーキ２（５）および２（６）の２つであり、第３グループは電磁ブレーキ２（７）の１つである。制御回路７の制御の下で、まず、時点ｔ１１において、第１グループの電磁ブレーキ２（１）〜２（４）の電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオンされ、ブレーキ電流がこれらに投入される。
【００２２】
この後は、時点ｔ１１から時間差Ｔ２を置いた時点ｔ１２において、第２グループの電磁ブレーキ２（５）、２（６）の電源スイッチＳＷ５、ＳＷ６がオンされ、これらにブレーキ電流が投入される。さらに時間差Ｔ２を置いた時点ｔ１３において第３グループの電磁ブレーキ２（７）の電源スイッチＳＷ７がオンされてブレーキ電流が投入される。この場合においても投入電流の最大値は（１＋６ｋ）Ｉｒであり、ｋの値が「０．５」の場合には、最大値Ｉは４Ｉｒである。すなわち、図３に示すように電磁ブレーキ２（１）〜２（７）を１つずつ順次に駆動する場合に比べて、投入電流の最大値Ｉを同一の値のままとし、全ての軸の電磁ブレーキ２（１）〜２（７）をブレーキ解除状態に切り替えるために必要とされる所要時間の短縮化を図ることができる。換言すると、全軸のブレーキ力解除動作のための所要時間を短縮でき、かつ、電源容量を効率的に利用することができる。
【００２３】
ここで、同時にブレーキ力を解除する電磁ブレーキの台数をＭ（Ｍは「２」以上の整数）とし、上記のように、アーマチュア吸引動作時のブレーキ電流値Ｉｒに対するアーマチュア吸引継続時のブレーキ電流値の電流低減係数をｋ（ｋ：「１」未満の値）とすると、Ｍ台の電磁ブレーキを全てブレーキ力解除状態に切り替える際に必要になるブレーキ電流値の最大値Ｉｍａｘは次式により表すことができる。
Ｉｍａｘ＝｛１＋（Ｍ−１）×ｋ｝×Ｉｒ
【００２４】
したがって、電磁ブレーキをグループ分けする場合において、ブレーキ解除動作を短縮し、かつ、電源容量を効率良く利用するためには、１つのグループに含まれる電磁ブレーキの最大数Ｎを次式から求まる値以下の数に設定することが望ましい。上記の例では電磁ブレーキの台数が７台であり、ｋ＝０．５であるので、図４に示すように、Ｎ＝４とすることが望ましい。
Ｉｍａｘ／Ｉｒ＝１＋（Ｍ−１）×ｋ
【００２５】
なお、制御回路７に、第１解除動作モードおよび第２解除動作モードを予め設定しておき、いずれか一方を選択的に駆動して動作を行うようにすることも可能である。例えば、短時間での動作が要求される場合には第２解除動作モードを設定し、そうでない場合には第１解除動作モードを設定しておくことができる。
【符号の説明】
【００２６】
１    駆動システム
２（１）〜２（７）  電磁ブレーキ
３    ブレーキ電源
４（１）〜４（７）  励磁コイル
５（１）〜５（７）  電流供給路
６（１）〜６（７）  電圧制御回路
７    制御回路
Ｉ    最大値（総量）
Ｉｒ  アーマチュア吸引動作用のブレーキ電流
ｋＩｒ  アーマチュア吸引継続用のブレーキ電流
Ｔ１  一定時間（アーマチュア吸引動作用のブレーキ電流の通電時間）
Ｔ２  時間差
ｔ１〜ｔ７  ブレーキ電流の投入時点
ｔ１１〜ｔ１３  ブレーキ電流の投入時点
ｔ１ａ  時点ｔ１から一定時間Ｔ１が経過した後の時点
ｔ７ａ  時点ｔ７から一定時間Ｔ１が経過した後の時点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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