(57)【要約】【課題】ロボット等の自動機械を駆動するモータであってブレーキ機能を有するモータにおいて、モータの温度上昇を抑制する。【解決手段】  回転子２０２と、固定子２０４と、回転子２０２と固定子２０４とを収納するモータ本体ハウジング２８０と、空気圧によって固定子側に設けられた摩擦部材２２６を回転子２０２、もしくは回転子２０２とともに回転する回転部材２２２に当接させて摩擦力を作用させる空気圧ブレーキ２２０と、空気圧ブレーキ２２０を収納するブレーキハウジング２９０と、空気圧ブレーキ２２０に空気を供給し摩擦部材の回転子２０２もしくは回転部材２２２への当接を制御するブレーキ用空気供給装置２３０と、ブレーキ用空気供給装置２３０によって供給される空気の一部を、空気圧ブレーキを迂回させてモータ本体ハウジング内および／またはブレーキハウジング内に供給する冷却用空気供給装置２５２と、を備える。【選択図】  図２
2006054949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
固定子と、
前記回転子と前記固定子とを収納するモータ本体ハウジングと、
空気圧によって前記固定子側に設けられた摩擦部材を前記回転子もしくは該回転子とともに回転する回転部材に当接させて、該回転子に対してブレーキ力を作用させる空気圧ブレーキと、
前記空気圧ブレーキを収納するブレーキハウジングと、
前記空気圧ブレーキに空気を供給し前記摩擦部材の前記回転子もしくは前記回転部材への当接を制御するブレーキ用空気供給装置と、
前記ブレーキ用空気供給装置によって供給される空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給する冷却用空気供給装置と、
を備えることを特徴とする空気圧ブレーキ付きモータ。
【請求項２】
前記冷却用空気供給装置は、前記空気が流れる空気通路を有し、
前記空気通路において、通路断面積が絞られた絞り部が少なくとも一つ設けられることを特徴とする請求項１に記載の空気圧ブレーキ付きモータ。
【請求項３】
前記ブレーキ用空気供給装置は、電磁力によって開閉する電磁弁によって空気の供給を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気圧ブレーキ付きモータ。
【請求項４】
前記冷却用空気供給装置は、前記電磁弁の下流側の空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給することを特徴とする請求項３に記載の空気圧ブレーキ付きモータ。
【請求項５】
前記冷却用空気供給装置は、前記電磁弁の上流側の空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給することを特徴とする請求項３に記載の空気圧ブレーキ付きモータ。
【請求項６】
前記冷却用空気供給装置は、前記ブレーキ用空気供給装置によって前記空気圧ブレーキに供給される空気の圧力が所定圧を超えるときに、該空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の空気圧ブレーキ付きモータ。
【請求項７】
前記摩擦部材を前記回転子から離す方向に付勢する付勢装置を、更に備え、
前記空気圧ブレーキによる前記回転子に対する摩擦力を解消するときは、前記ブレーキ用空気供給装置によって大気圧の空気を供給するとともに、前記付勢装置によって前記摩擦部材と前記回転子とを離すことを特徴とする請求項６に記載の空気圧ブレーキ付きモータ。
【請求項８】
前記摩擦部材を前記回転子から離す方向に付勢する付勢装置を更に備え、
前記ブレーキ用空気供給装置による空気の供給と前記冷却用空気供給装置による空気の供給とは同時に進行し、且つ、前記空気圧ブレーキによる前記回転子に対する摩擦力を解消するときは、前記ブレーキ用空気供給装置による空気の供給と前記冷却用空気供給装置による空気の供給とは同時に遮断されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の空気圧ブレーキ付きモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット等の自動機械を駆動するモータ、特にブレーキ機能の付いたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット等の自動機械は、通常、電気モータ（以下、単に「モータ」という。）で駆動される。ここで、例えばロボットの特定の関節の動作を停止させる場合等の、モータの作動が必要ではないときは、モータへの供給電流を一時停止するとともにブレーキによってモータに制動をかける。そして、ブレーキはモータと一体に装着される場合があり、このブレーキの形態で一番多いのは電磁式ブレーキである。この電磁式ブレーキには、モータの作動時は電磁力でブレーキを解除しておき、モータの停止時は電磁力を消去してバネの力でブレーキが作動するタイプのブレーキが広く利用されている。
【０００３】
ここで、ロボットの関節を駆動するモータに装着されるブレーキであって、ロボットの姿勢を維持するために消費されるエネルギーを抑制するための空気圧作動によるブレーキ（以下、「空気圧ブレーキ」という。）に関する技術が公開されている（例えば、特許文献１、２を参照。）。上記の電磁ブレーキではブレーキの解除時は常にブレーキに電磁力を発生させるために電流を供給する必要があるが、空気圧ブレーキではモータの外部から供給される空気圧によってブレーキ力を発生させるため、ブレーキを小型化、軽量化することが可能となり、以て消費エネルギーの抑制が図られる。
【特許文献１】特開２００２−９６２８３号公報
【特許文献２】特開２００３−１１０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータのトルク特性を示すパラメータとして、定格トルクと瞬時最大トルクが挙げられる。定格トルクとは、その値のトルクでは長時間運転してもモータにはなんらの熱害が生じないレベルのトルクである。即ち、定格トルクは、連続駆動が可能なモータのトルクを意味する。これに対して瞬時最大トルクとは、短い時間ならば、前記の定格トルクのＫ倍のトルクまでは許容されるモータの発揮するトルクである。この定数Ｋを、以下、デューティ比と称する。
【０００５】
この定格トルクは、モータの発熱と放熱とが均衡した時点の温度がモータを損傷しないレベルのものである。一方で、モータを瞬時最大トルクで使用すると、モータの発熱量が大きいためにモータ温度が上昇して焼損する可能性があるが、短時間の使用ならば温度上昇が起きる前にトルクレベルを下げることで、モータの焼損を回避することができる。このモータの焼損には、文字通りコイル絶縁体の焼損もあれば、内部の磁石が発熱により磁力を失うことによる熱劣化も含まれる。
【０００６】
ここで、モータの作動が必要ではないときにモータに制動をかけるために上述の電磁式ブレーキを利用すると、モータの駆動時には電磁式ブレーキには電流が供給され電磁力が発生している。そのため、電磁式ブレーキのコイルでの発熱により、駆動中のモータの定格トルクが低下する虞がある。そして、モータの定格トルクが低下すると、ロボット等の自動機械を駆動するためのモータのサイズが大型化し、自動機械の駆動に要するエネルギーが増加し得る。また、モータの駆動時には当然に電力が消費されるため電流による発熱で、またブレーキによる制動時には摩擦熱で、モータの焼損に対するマージンが低下する。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、ロボット等の自動機械を駆動するモータであってブレーキ機能を有するモータにおいて、モータの温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、上記した課題を解決するために、モータに装着するブレーキを空気圧ブレーキとして電磁力発生のための電流を不必要とするとともに、ブレーキ力を発生させるための空気（高圧空気）を利用して、モータの冷却を行うこととした。
【０００９】
より詳細には、本発明に係るモータは、回転子と、固定子と、前記回転子と前記固定子とを収納するモータ本体ハウジングと、空気圧によって前記固定子側に設けられた摩擦部材を前記回転子もしくは該回転子とともに回転する回転部材に当接させて、該回転子に対してブレーキ力を作用させる空気圧ブレーキと、前記空気圧ブレーキを収納するブレーキハウジングと、前記空気圧ブレーキに空気を供給し前記摩擦部材の前記回転子もしくは前記回転部材への当接を制御するブレーキ用空気供給装置と、前記ブレーキ用空気供給装置によって供給される空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給する冷却用空気供給装置と、を備える空気圧ブレーキ付きモータである。
【００１０】
上記空気圧ブレーキ付きモータにおいては、ブレーキ用空気供給装置によって供給される空気の圧力を利用することで、摩擦部材を介して回転子にブレーキ力を作用させて回転子の回転停止、または減速を行う。従って、電磁式ブレーキのように、ブレーキを制御するために電力を消費する必要はなく、以て供給電流による発熱は回避される。
【００１１】
ここで、空気圧ブレーキ付きモータの発熱として、モータ本体ハウジング側では、主に回転子または固定子において流される電流で発生する発熱（いわゆる銅損による発熱）や、回転子または固定子に装着された磁石の磁界によって発生する渦電流に起因する発熱（いわゆる鉄損による発熱）が挙げられ、ブレーキハウジング側では、主に摩擦部材と回転子との間に生じる摩擦熱が挙げられる。
【００１２】
そこで、ブレーキ用空気供給装置によって供給される空気をブレーキ動作目的だけに使うのではなく、冷却用空気供給装置によってこれら発熱の生じる部位に該空気の一部を供給することで、該部位の放熱が促進されモータの温度上昇が抑制される。
【００１３】
また、上記の空気圧ブレーキ付きモータにおいては、冷却用空気供給装置によってブレーキハウジング内にも冷却用の空気が供給されるため、ブレーキ動作をより積極的に利用することも可能である。即ち、摩擦部材と回転子もしくは摩擦部材と回転部材との間に冷却用の空気が供給されることで、両者の間に生じる摩擦熱を抑制できるため、例えば積極的にブレーキによる制動を行いながら空気圧ブレーキ付きモータを駆動させるような、より苛酷なブレーキ動作も可能となる。
【００１４】
そして、この結果、当該空気圧ブレーキ付きモータにおいてはデューティ比をより高くすることが可能となり、より小型軽量な空気圧ブレーキ付きモータでロボットや自動機械を設計できることが可能となる。そして、空気圧ブレーキ付きモータが小型容量化すると、ロボットや自動機械自体が小型になり、特にロボットの場合には関節部が小さく設計できることになるから関節の可動範囲を広げることが可能になる。また関節自身の重量も軽くなるため、当該関節よりベースに近い他の関節のモータの負荷が小さくなり、該モータも相乗的に小型容量化され、ロボットをより安価な仕様で提供できるようになる。
【００１５】
また、工場等で使用するロボットや自動機械の場合、工場内部に張りめぐらされた空気
圧配管から高圧空気を引くことで、容易に空気圧ブレーキに高圧空気を供給することが可能である。
【００１６】
ここで上記の空気圧ブレーキ付きモータにおいて、前記冷却用空気供給装置は、前記空気が流れる空気通路を有し、前記空気通路において、通路断面積が絞られた絞り部が少なくとも一つ設けられるようにしてもよい。空気が絞り部を通ることで、該空気が断熱膨張に曝され空気温度が下げられる。そのため、モータ本体ハウジング内および／またはブレーキハウジング内の発熱部位の温度上昇をより効果的に抑制することが可能となる。
【００１７】
更に、上述までの空気圧ブレーキ付きモータにおいて、前記ブレーキ用空気供給装置は、電磁力によって開閉する電磁弁によって空気の供給を行うようにしてもよい。これにより、容易にモータ本体ハウジング内および／またはブレーキハウジング内の発熱部位に冷却用の空気を供給することが可能となる。
【００１８】
ここで、上記の空気圧ブレーキ付きモータにおいて、前記冷却用空気供給装置は、前記電磁弁の下流側の空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給するようにしてもよい。即ち、空気圧ブレーキへの空気の供給と、モータ本体ハウジングおよび／またはブレーキハウジングへの空気の供給を電磁弁の動作でまとめて制御することが可能となる。
【００１９】
また、上記の空気圧ブレーキ付きモータにおいて、前記冷却用空気供給装置は、前記電磁弁の上流側の空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給するようにしてもよい。即ち、モータ本体ハウジングおよび／またはブレーキハウジングへの空気の供給を、空気圧ブレーキへの空気の供給にかかわらず行うことが可能となる。換言すると、モータの駆動中においても、モータ本体ハウジング内および／またはブレーキハウジング内の発熱部位に冷却用の空気を供給することが可能となる。
【００２０】
ここで、上述までの空気圧ブレーキ付きモータにおいて、前記冷却用空気供給装置は、前記ブレーキ用空気供給装置によって前記空気圧ブレーキに供給される空気の圧力が所定圧を超えるときに、該空気の一部を、前記空気圧ブレーキを迂回させて前記モータ本体ハウジング内および／または前記ブレーキハウジング内に供給するようにしてもよい。
【００２１】
前記所定圧とは、空気圧ブレーキが正常にブレーキとして機能するためにブレーキ用空気供給装置によって供給される空気の圧力をいう。従って、空気圧ブレーキに供給される空気の圧力が所定圧以下であると、空気圧ブレーキが十分にブレーキとして機能せず、そのような場合にまで、冷却用空気供給装置によってモータ本体ハウジングおよび／またはブレーキハウジングに空気を供給すると、空気圧ブレーキのブレーキ機能の低下が更に顕著となる。そこで、上記の空気圧ブレーキ付きモータにおいては、冷却よりもブレーキ作動の方を優先させ、ブレーキの機能を確保してから冷却が行われる。
【００２２】
更に、上記の空気圧ブレーキ付きモータにおいて、前記摩擦部材を前記回転子から離す方向に付勢する付勢装置を、備える場合、前記空気圧ブレーキによる前記回転子に対する摩擦力を解消するときは、前記ブレーキ用空気供給装置によって大気圧の空気を供給するとともに、前記付勢装置によって前記摩擦部材と前記回転子とを離すようにしてもよい。
【００２３】
即ち、空気圧ブレーキによるブレーキ力を解消するには、ブレーキ用空気供給装置によってブレーキ作動時の空気圧より低い大気圧に空気圧ブレーキを開放する。これにより空気圧ブレーキ内の空気圧によって生じる力が付勢手段の付勢力に負け、直ちに摩擦部材と回転子もしくは回転部材との当接状態が解消される。その結果、空気圧ブレーキによるブ
レーキ力を反応性よく解消することが可能となる。
【００２４】
また、上述までの空気圧ブレーキ付きモータにおいて、前記摩擦部材を前記回転子から離す方向に付勢する付勢装置を更に備える場合、前記ブレーキ用空気供給装置による空気の供給と前記冷却用空気供給装置による空気の供給とは同時に進行し、且つ、前記空気圧ブレーキによる前記回転子に対する摩擦力を解消するときは、前記ブレーキ用空気供給装置による空気の供給と前記冷却用空気供給装置による空気の供給とは同時に遮断されるようにしてもよい。
【００２５】
空気圧ブレーキへの空気の供給と冷却用空気の供給を同時に行うことで、空気圧ブレーキへ供給される単位時間あたりの空気量は、空気圧ブレーキへの空気の供給のみを行う場合と比べて低下するため、空気圧ブレーキによるブレーキ力の増加は緩慢となる。換言すると、空気圧ブレーキによるブレーキ力を徐々に効かせることが可能となる。また、空気圧ブレーキへの空気の供給の遮断と冷却用空気の供給の遮断を同時に行うことで、空気圧ブレーキの中に供給された空気が一時的に滞留した状態となる。この滞留した空気は時間の経過とともに外部に漏れ出すが、その結果、付勢装置の付勢力によって空気圧ブレーキによるブレーキ力を徐々に減少させていくことが可能となる。即ち、当該空気圧ブレーキ付きモータは、空気圧ブレーキのブレーキ力を徐々に及ぼし、または解消させたい場合に有用である。尚、ここでいう同時とは、空気圧ブレーキへの空気の供給、遮断と冷却用空気の供給、遮断とが行われるタイミングが実質的に同時であることを意味する。従って、空気の供給路の容量等によって若干の空気供給、遮断のタイミングのずれが生じる場合でも、気圧ブレーキへの空気の供給と冷却用空気の供給とのタイミングは同時と言い得る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によって、ロボット等の自動機械を駆動するモータであってブレーキ機能を有するモータにおいて、モータの温度上昇を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
ここで、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は空気圧ブレーキをモータに一体に組み込んだ空気圧ブレーキ付きモータ１００の基本的な概念図を示す。図１に示す空気圧ブレーキ付きモータ１００は、本発明係る空気圧ブレーキ付きモータではなく、その基礎となる構成を有する一般的な空気圧ブレーキ付きモータである。空気圧ブレーキ付きモータ１００は通常の直流モータ（ＤＣモータ）であり、外部から回転子１０２に電力が供給されると、固定子１０４に装着された磁石との間でフレミングの法則の回転力が発生してモータ軸１０６に取り付けたベルトプーリー１０８等の駆動手段を介して外部の自動機械（図示せず）を駆動する。この回転子１０２や固定子１０４等はモータ本体ハウジング１８０に収納されており、モータ本体ハウジング１８０の内部にモータ空間１５４が形成されている。
【００２９】
モータ軸１０６には支持用のベアリング１１０、１１１が用意されている。空気圧ブレーキ付きモータ１００の左側には、空気圧ブレーキ１２０が空気圧ブレーキ付きモータ１００と同軸に配置されている。空気圧ブレーキ１２０には、モータ軸１０６に固定されて回転子１０２と一体に回転するブレーキ円盤１２２と、その左側には空気圧によって右側に押し出されるドーナツ状のピストン１２４とが備えられている。そして、ピストン１２４とブレーキ円盤１２２との間には、モータ軸１０６方向には移動可能であるが回転半径方向には固定されている摩擦パット１２６が用意される。ピストン１２４は、その背面にあるシリンダー部１２８に収められ、シリンダー部１２８に供給される空気の圧力によっ
て、摩擦パット１２６をブレーキ円盤１２２に当接させて摩擦力を発生させ、もってブレーキ円盤１２２を介して回転子１０２の回転の制動を行う。ここで、ブレーキ円盤１２２、摩擦パット１２６、ピストン１２４、シリンダー部１２８等はブレーキハウジング１９０に収納されることで空気圧ブレーキ１２０が構成され、またブレーキハウジング１９０の内部にはブレーキ空間１５６が形成されている。
【００３０】
また、ピストン１２４の背面にあるシリンダー部１２８に高圧空気を選択的に送るソレノイド弁１３０が用意されている。ソレノイド弁１３０は、消磁されている図示の状態ではシリンダー部１２８を大気に接続し、また励磁されるとシリンダー部１２８を高圧空気に接続する。
【００３１】
空気圧ブレーキ１２０の更に左側には、点線で示すエンコーダ１４０が用意される。エンコーダ１４０では、モータ軸１０６の左端部に光学スリットのついた円盤が固定され、発光素子と受光素子が該円盤を挟んで設けられる。これによりモータ軸１０６の回転角を検出することが可能となる。
【００３２】
空気圧ブレーキ付きモータ１００は、停止しているときは、ソレノイド弁１３０を励磁することでモータ軸１０６を固定し、次いで、空気圧ブレーキ付きモータ１００への供給電力を停止することで、空気圧ブレーキ付きモータ１００に流れて発熱に使われる電力を阻止、モータの温度上昇を防止できる。また、空気圧ブレーキ付きモータ１００が減速状態にあるときは、ソレノイド弁１３０を励磁してブレーキをかけて回転エネルギーを摩擦エネルギーに転換することで、空気圧ブレーキ付きモータ１００に逆方向に流す電力を減らすことができ、以て空気圧ブレーキ付きモータ１００での発熱を抑制することができる。
【００３３】
しかし、空気圧ブレーキ１２０によってブレーキを掛けている場合には、摩擦パット１２６とブレーキ円盤１２２との間に摩擦熱が発生しており、また空気圧ブレーキ付きモータ１００の駆動時に電流が流される回転子１０２は電流による発熱で高温状態となっている。そこで、これら発熱部位での発熱による空気圧ブレーキ付きモータ１００の温度上昇を抑制する空気圧ブレーキ付きモータの実施例を図２および図３に示す。
【００３４】
図２には本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータの第一実施例の概念図が示されている。尚、図１を含む本発明に係る図での参照番号について、参照される部品等の機能が同じもの同士は同じ下二桁の番号を用いることにし、最初の桁（百の位）の番号を実施例毎に変えて詳細な説明を省略する。例えば、第一実施例では、部品の参照に最初の桁の番号を２とし、その参照番号の下二桁目が図１と同じ部品は該部品と同じ機能の部品を示しているものとする。後述する第二実施例、第三実施例についても同様である。
【００３５】
ソレノイド弁２３０の出力側から分岐して絞り部２５０を介してリリーフ弁２５２が接続されている。リリーフ弁２５２は、リリーフ弁２５２の上流の圧力が所定の空気圧以下のときは上記絞り部２５０を空気は流れないようにする。一方で、リリーフ弁２５２の上流の圧力が所定の空気圧を超えると、リリーフ弁２５２は開き、ソレノイド弁２３０の出力である高圧空気の一部をモータ空間２５４及びブレーキ空間２５６に導き入れる。即ち、本実施例においては、リリーフ弁２５２は本来の安全弁として使われておらず、ソレノイド弁２３０が励磁されたときに、シリンダー部２２８に先ずある程度のレベル、即ち空気圧ブレーキがブレーキとして機能するために必要なレベルの空気圧が伝えられるまでは、モータ空間２５４およびブレーキ空間２５６に空気を送らないと言う優先弁としての機能を実現する。
【００３６】
そして、リリーフ弁２５２が開弁してモータ空間２５４およびブレーキ空間２５６に高
圧空気が送られることで、それぞれの空間内で高温状態となっている発熱部位の冷却が行われる。これにより、発熱部位の放熱が促進されモータの温度上昇が抑制され得る。
【００３７】
ここで、図３には図２に示した概念を、特に空気圧ブレーキ２２０の構成に重点を置いて、より具体的に示している。尚、説明を簡略にするために、エンコーダは省いた例を示している。従ってモータ軸２０６は空気圧ブレーキ２２０の部分まで延長しているが、エンコーダまでは延長していない。
【００３８】
図３において、空気圧ブレーキ２２０はモータ軸２０６と一体に回転するブレーキ円盤２２２が軸方向には移動自在に組み立てられている。このような機能を持つ機械要素としてはスプラインなどが公知である。このブレーキ円盤２２２を挟んで一対の摩擦パット２２６、２２７がカラーパイプ２４０で相対距離を一定に保持した状態でビス２４２により固定されている。この機構では空気圧によりピストン２２４が右に移動すると、摩擦パット２２６が右へ押され、２枚の摩擦パットの間にブレーキ円盤２２２を挟み込み、制動力を発生させる。
【００３９】
ピストン２２４はドーナツ状をしており、気密性を確保するために適切なシール２２５が用意される。ピストン２２４の左側はシリンダー部２２８を形成し、ここにエルボ型の供給ポート２２９を介してソレノイド弁２３０からの高圧空気が供給されてくる。供給ポート２２９の下側には絞り部２５０が設けられており、その絞り部２５０の右側にはバネ２６０で付勢されたボール２６２が弁座に押しつけられた状態で組み立てられる。バネ２６０の右側には空気通路が形成され、第二の絞り部２６３を介してモータ空間２５４に通じている。これらのバネ２６０、ボール２６２による構成は、供給ポート２２９側の圧力レベルが所定の空気圧以下のときはボール２６２が弁座に密着して空気の流れを阻止し、当該圧力レベルが所定の空気圧を越えるとボール２６２が弁座から離れることで、リリーフ弁２５２としての機能を発揮する。
【００４０】
また、バネ２６０を空間に保持する目的と、空気の通路を形成する目的とを兼ねてパイプ２６４が、ブレーキ空間２５６の左右の固定壁の間を橋渡ししている。尚、パイプ２６４に対して、一対の摩擦パット２２６、２２７は、モータ軸２０６方向に摺動可能に設置されている。パイプ２６４の一部には第三の絞り部２６６が開けられており、この第三の絞り部２６６を介して、パイプ２６４内に導入された高圧空気の一部がブレーキ空間２５６に導入される。
【００４１】
この第二の絞り部２６３および第三の絞り部２６６の開口面積の比率で、リリーフ弁２５２から出た空気がモータ空間２５４及びブレーキ空間２５６に配分されることになる。ここで、モータ空間２５４とブレーキ空間２５６に供給された空気の逃がし回路のために、モータ空間２５４とブレーキ空間２５６を仕切る壁の一部に溝２４４が設けられている。高圧空気はこの溝２４４を介して外部に放出される。また、パイプ２６４の外側には摩擦パット２２６、２２７を押し戻す為の戻りバネ２６８が用意される。
【００４２】
図３に示す空気圧ブレーキ付きモータ２００においては、ソレノイド弁２３０が励磁されると、供給ポート２２９に高圧空気が送られてくる。そして、ピストン２２４までの途中の配管内部にこの圧力が発生するには、配管内部の空気が圧縮される必要があり、その分時間遅れが生ずる。更に、ピストン２２４が右に移動するために、移動量に応じた体積変化の分だけ圧力上昇が遅れる。その遅れ時間を少しでも抑えるためには、空気の漏れが生じないようにする必要がある。そこで、本実施例ではバネ２６０、ボール２６２等で構成されるリリーフ弁２５２によりモータ空間２５４およびブレーキ空間２５６に空気が流れるのを回避することで、圧力の立ち上がり応答速度を確保し、以て空気圧ブレーキ２２０の応答性を確保している。
【００４３】
ピストン２２４側の圧力レベルがリリーフ弁２５２の規定する所定の空気圧にまで上昇した時点で、即ち、ピストン２２４側の圧力レベルが、ボール２６２が弁座から離れ始めた時点で、高圧空気の一部はモータ空間２５４およびブレーキ空間２５６に供給され、２つの空間の冷却を行う。この冷却操作により、それまで温度上昇が続いていたモータが効果的に冷却され、更に制動による摩擦パット２２６、２２７とブレーキ円盤２２２間の摩擦熱も効果的に冷却されることになる。この冷却は、ソレノイド弁２３０が励磁されている間続く。
【００４４】
このように、第一実施例は、空気圧ブレーキ２２０の応答性を重視する場合に最適な構成である。
【００４５】
以上より、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータ２００においては、空気圧ブレーキ２２０を装着したモータを設計・製造する場合に僅かな構造変更によりモータおよび/またはブレーキの冷却を有効に行うことが可能となり、以て、モータの温度上昇を効果的に抑えることが可能となる。その結果、モータのデューティ比を高めることが可能になり、結果的に自動機械やロボットを小型軽量化し得る。
【００４６】
なお、開示した実施例ではモータをＤＣモータとしているが、ＡＣモータでも本発明の適用に支障はない。また、ソレノイド弁も励磁のときに回路を開くノーマリークローズド型を開示したが、その逆に消磁の時に回路を開くノーマリーオープン型のものであっても構わない。
【００４７】
また、図３に開示のブレーキは回転するブレーキ円盤を２枚の摩擦パットが挟むことで制動力を発生する形式のものを例示したが、図２の概念図に示すように１枚の摩擦パットをブレーキ円盤に押さえつける形式のものであっても構わない。
【実施例２】
【００４８】
図４に、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータの第二実施例が示されている。図４には、図２と同様に、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータの概念図が示されている。第二実施例が第一実施例と異なる点は、ソレノイド弁３３０が、三方向弁から二方向弁になっている点、第一実施例に示すリリーフ弁２５２が省略されている点の２点である。第一の絞り部３５０、第二の絞り部３６３、第三の絞り部３６６は、本実施例においてもそのまま設けられる。
【００４９】
本実施例ではリリーフ弁が無いため、ソレノイド弁３３０が励磁されると、第一実施例と異なり高圧空気の一部は直ちにこれら複数の絞りを介してモータ空間３５４およびブレーキ空間３５６にも送られる。従って、空気圧ブレーキ３２０に供給される空気圧の立ち上がりはその分だけ鈍くなる。また、ソレノイド弁３３０か消磁されると、空気圧ブレーキの空気圧は、これらの絞りを介して一度モータ空間３５４やブレーキ空間３５６に流れた後、溝３４４を介して外部に放出される。従って、ブレーキ開放もその分遅れ、徐々に解除されることになる。
【００５０】
そこで、本実施例に係る空気圧ブレーキ付きモータ３００は、大きなブレーキ力が突然にかかると衝撃が大きくなり、不都合である場合に推奨できるモータである。尚、本実施例ではソレノイド弁３３０として、二方向弁を例示したが、第一実施例と同様に三方向弁を用いることも可能である。その場合、制動開始のときは本実施例と同じく徐々に制動がかかるが、ブレーキの解除のときは速やかに解除できる。
【００５１】
また、本実施例において、ソレノイド弁３３０を三方向弁として、ソレノイド弁３３０
に印加する電圧パターンを図５に示すようにＰＷＭ制御で与えると、ブレーキに加わる制動力を可変制御できる。ＰＷＭ制御そのものは既に公知で、その原理は、時間Ｔ０を単位として、その時間の内ｔだけ通電して残り時間は通電しないように構成し、この時間ｔを可変に構成しておく。このＰＷＭ制御を用いてソレノイド弁３３０を励磁すると、短い時間ｔの間だけ高圧空気が供給され、そしてその圧力が高まる前に消磁され、減圧される。これ動作を繰り返すことで、結局、空気圧ブレーキ３２０に供給される空気の圧力レベルはある一定の範囲に納まるようになる。当然、時間ｔを長く設定すれば、より高い圧力が発生し、短くすればより低い圧力が発生することになる。ＰＷＭ制御を適用する場合、本実施例のように圧力上昇が比較的ゆっくりとした空気圧ブレーキ付きモータに特に有用である。
【００５２】
以上より、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータ３００においては、空気圧ブレーキ３２０を装着したモータを設計・製造する場合に僅かな構造変更によりモータおよび/またはブレーキの冷却を有効に行うことが可能となり、以て、モータの温度上昇を効果的に抑えることが可能となる。その結果、モータのデューティ比を高めることが可能になり、結果的に自動機械やロボットを小型軽量化し得る。
【実施例３】
【００５３】
図６に、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータの第三実施例が示されている。図６には、図２と同様に、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータの概念図が示されている。第三実施例が第一実施例と異なる点は、モータ空間４５４およびブレーキ空間４５６へ供給される空気が流れる冷却回路が、ソレノイド弁４３０の上流より分岐している点である。
【００５４】
この冷却回路の配置の利点は、ソレノイド弁４３０の励磁・消磁に関係なくモータ空間４５４およびブレーキ空間４５６に冷却用の空気を供給できることである。即ち、モータの駆動中にもモータ空間４５４およびブレーキ空間４５６を冷却することができる。これは、かなり過酷な負荷運転を行うモータに対しても、必要な冷却性能が確保できる点にある。また、リリーフ弁４５２が設けられているため、ソレノイド弁４３０の励磁によってその出力側に空気が送られようとする瞬間でも、既にある程度のレベルの圧力がシリンダー部４２８側に確保されているので、速やかに制動力が立ち上がり、空気圧ブレーキ４２０の制動の応答性が確保できる。
【００５５】
このような構成にするには、ソレノイド弁４３０が空気圧ブレーキ付きモータ４００と一体に組み立てられるのが好ましい。現在市販のソレノイド弁はかなり小型化さてきており、例えば幅×長さ×高さが 10.5 ×27.5×19.5（いずれもミリメートル）のものが入手可能である。適用する空気圧ブレーキ付きモータ４００が比較的大型のものであれば、ソレノイド弁４３０を一体に装着することは容易である。しかも小型のソレノイド弁の消費電力は極めて低いため、一体化によってソレノイド弁４３０の励磁の際に発生する発熱も無視し得る。
【００５６】
そこで、第三実施例は、比較的大型のモータに空気圧ブレーキを装着する場合に有用な冷却システムである。このような比較的大型のモータの場合は、発生する熱量に対して放熱する表面積の比率が小さくなるのが原理上避けられないため、空気圧による冷却はモータのデューティ比を高める上で極めて有効な対策である。そして、モータに空気圧ブレーキが装着されることで、当然にモータの直ぐ側まで冷却機能を有する高圧空気がきており、僅かなモータの構造変更を行うことで、より過酷な負荷運転に耐えるモータを提供することが可能になる。
【００５７】
以上より、本発明に係る空気圧ブレーキ付きモータにおいては、空気圧ブレーキを装着したモータを設計・製造する場合に僅かな構造変更によりモータおよび/またはブレーキ
の冷却を有効に行うことが可能となり、以て、モータの温度上昇を効果的に抑えることが可能となる。その結果、モータのデューティ比を高めることが可能になり、結果的に自動機械やロボットを小型軽量化し得る。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】空気圧ブレーキ付きモータの基礎的な概念を表す図である。
【図２】本発明の第一実施例に係る空気圧ブレーキ付きモータの基礎的な概念を示す図である。
【図３】本発明の第一実施例に係る空気圧ブレーキ付きモータの詳細な構造を示す図である。
【図４】本発明の第二実施例に係る空気圧ブレーキ付きモータの基礎的な概念を表す図である。
【図５】ＰＷＭ制御の基本概念を示す図である。
【図６】本発明の第三実施例に係る空気圧ブレーキ付きモータの基礎的な概念を表す図である。
【符号の説明】
【００５９】
２００、３００、４００・・・・空気圧ブレーキ付きモータ
２０２、３０２、４０２・・・・回転子
２０４、３０４、４０４・・・・固定子
２２０、３２０、４２０・・・・空気圧ブレーキ
２２２、３２２、４２２・・・・ブレーキ円盤
２２４、３２４、４２４・・・・ピストン
２２６、３２６、４２６・・・・摩擦パット
２２８、３２８、４２８・・・・シリンダー部
２３０、３３０、４３０・・・・ソレノイド弁
２５２、４５２・・・・リリーフ弁
２５０、３５０、４５０・・・・第一の絞り部
２５４、３５４、４５４・・・・モータ空間
２５６、３５６、４５６・・・・ブレーキ空間
２６３、３６３、４６３・・・・第二の絞り部
２６６、３６６、４６６・・・・第三の絞り部
２８０、３８０、４８０・・・・モータ本体ハウジング
２９０、３９０、４９０・・・・ブレーキハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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