(57)【要約】【課題】  電気モータアセンブリに組み込まれた受動式ブレーキを提供する。【解決手段】  一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）が、１つ以上の磁界制御コイル（２０６）を備えたステータ（２０４）と、ステータ（２０４）の内径（２１２）内に配置されたロータシャフト（２１０）を備えたロータ（２０８）と、を含む。また電気モータ（１０２）は、ステータ（２０４）の内径（２１２）内にロータシャフト（２１０）の長手方向軸（２１４）に沿って配置されたブレーキシュー（３０２）を含む。ブレーキシュー（３０２）は、磁界制御コイル（２０６）によって生成される磁界強度に応じて、ロータシャフト（２１０）に制動力を継断するように動作可能である。１つ以上のスプリング（２２０）が制動力を受動的に印加する。【選択図】図３
2011130659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の磁界制御コイル（２０６）を備えたステータ（２０４）と、
前記ステータ（２０４）の内径（２１２）内に配置されたロータシャフト（２１０）を備えるとともに、該ロータシャフト（２１０）の長手方向軸（２１４）を中心として回転するように動作可能なロータ（２０８）と、
前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）内に、前記ロータシャフト（２１０）の前記長手方向軸（２１４）に沿って配置されたブレーキシュー（３０２）であって、前記１つ以上の磁界制御コイル（２０６）によって生成された磁界強度に応じて、前記ロータシャフト（２１０）に制動力を印加し、かつ前記ロータシャフト（２１０）から前記制動力を解放するように動作可能なブレーキシュー（３０２）と、
を備えた一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）。
【請求項２】
前記磁界強度が前記ブレーキシュー（３０２）を前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）へと引き付けるための閾値を超えない場合に、前記ブレーキシュー（３０２）と前記ロータシャフト（２１０）との間に前記制動力を受動的に印加するように、前記ブレーキシュー（３０２）に連結された１つ以上のスプリング（２２０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）。
【請求項３】
前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）内に、前記ロータシャフト（２１０）の前記長手方向軸（２１４）に沿って配置された第２のブレーキシュー（３０４）をさらに備えるとともに、前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）が１つ以上のピボット（２２２）に連結されることを特徴とする請求項２に記載の一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）。
【請求項４】
前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）が、複数の積層強磁性層から構成されることを特徴とする請求項３に記載の一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）。
【請求項５】
前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）が、前記１つ以上のスプリング（２２０）によって更に互いに連結されることを特徴とする請求項３に記載の一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）。
【請求項６】
前記１つ以上のスプリング（２２０）が、非強磁性であることを特徴とする請求項５に記載の一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）。
【請求項７】
機械的アクチュエータ（１０６）と、
前記機械的アクチュエータ（１０６）に連結されたギアトレーン（１０８）と、
前記ギアトレーン（１０８）に連結された、一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）であって、前記ギアトレーン（１０８）を介して機械的力を操作可能に供給して、前記機械的アクチュエータ（１０６）に機械的動作を加えたり、停止させたりする電気モータ（１０２）と、
を備え、
前記一体型受動ブレーキ（１０４）は、前記電気モータ（１０２）内に配置されるとともに、磁気的に制御されることを特徴とする電気機械システム（１００）。
【請求項８】
前記一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）が、
１つ以上の磁界制御コイル（２０６）を備えたステータ（２０４）と、
前記ステータ（２０４）の内径（２１２）内に配置されたロータシャフト（２１０）を備えるとともに、該ロータシャフト（２１０）の長手方向軸（２１４）を中心として回転するように動作可能なロータ（２０８）と、
前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）内に、前記ロータシャフト（２１０）の前記長手方向軸（２１４）に沿って配置されたブレーキシュー（３０２）であって、前記１つ以上の磁界制御コイル（２０６）によって生成された磁界強度に応じて、前記ロータシャフト（２１０）に制動力を印加し、かつ前記ロータシャフト（２１０）から前記制動力を解放するように動作可能なブレーキシュー（３０２）と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の電気機械システム（１００）。
【請求項９】
前記一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）は、
前記磁界強度が前記ブレーキシュー（３０２）を前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）へと引き付けるための閾値を超えない場合に、前記ブレーキシュー（３０２）と前記ロータシャフト（２１０）との間に前記制動力を受動的に印加するように、前記ブレーキシュー（３０２）に連結された１つ以上のスプリング（２２０）をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の電気機械システム（１００）。
【請求項１０】
前記一体型受動ブレーキ（１０４）を備えた電気モータ（１０２）が、
前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）内に、前記ロータシャフト（２１０）の前記長手方向軸（２１４）に沿って配置された第２のブレーキシュー（３０４）をさらに備えるとともに、前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）が１つ以上のピボット（２２２）に連結されることを特徴とする請求項９に記載の電気機械システム（１００）。
【請求項１１】
前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）が、複数の積層強磁性層から構成されることを特徴とする請求項１０に記載の電気機械システム（１００）。
【請求項１２】
前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）が、前記１つ以上のスプリング（２２０）によって更に互いに連結されることを特徴とする請求項１０に記載の電気機械システム（１００）。
【請求項１３】
前記１つ以上のスプリング（２２０）が、非強磁性であることを特徴とする請求項１２に記載の電気機械システム（１００）。
【請求項１４】
ロータシャフト（２１０）からなるとともに、該ロータシャフト（２１０）の長手方向軸（２１４）を中心として回転するように動作可能なロータ（２０８）を、１つ以上の磁界制御コイル（２０６）を備えたステータ（２０４）の内径（２１２）内に配置し、
ブレーキシュー（３０２）を、前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）内に、前記ロータシャフト（２１０）の前記長手方向軸（２１４）に沿って配置し、
前記１つ以上の磁界制御コイル（２０６）によって生成される磁界強度が閾値を下回るのに応じて、前記ブレーキシュー（３０２）と、前記ロータシャフト（２１０）との間に制動力を印加し、
前記磁界強度が前記閾値を上回るのに応じて、前記ブレーキシュー（３０２）と、前記ロータシャフト（２１０）との間の前記制動力を解放することを備えた、電気モータ（１０２）の一体型受動ブレーキ制動方法。
【請求項１５】
前記磁界強度が前記閾値を下回るのに応じて、前記ブレーキシュー（３０２）と前記ロータシャフト（２１０）との間に前記制動力を受動的に印加するための１つ以上のスプリング（２２０）を、前記ブレーキシュー（３０２）に連結することをさらに備え、
前記ブレーキシュー（３０２）は、前記磁界強度が前記閾値を上回るのに応じて、前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）へと引き付けられることを特徴とする請求項１４に記載の一体型受動ブレーキ制動方法。
【請求項１６】
第２のブレーキシュー（３０４）を、前記ステータ（２０４）の前記内径（２１２）内に、前記ロータシャフト（２１０）の前記長手方向軸（２１４）に沿って配置し、
前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）を、１つ以上のピボット（２２２）に連結することをさらに備えた請求項１５に記載の一体型受動ブレーキ制動方法。
【請求項１７】
前記ブレーキシュー（３０２）および前記第２のブレーキシュー（３０４）が、複数の積層強磁性層から構成されることを特徴とする請求項１６に記載の一体型受動ブレーキ制動方法。
【請求項１８】
前記ブレーキシュー（３０２）と、前記第２のブレーキシュー（３０４）と、を互いに前記１つ以上のスプリング（２２０）により連結することをさらに備えた請求項１６に記載の一体型受動ブレーキ制動方法。
【請求項１９】
前記１つ以上のスプリング（２２０）が、非強磁性であることを特徴とする請求項１８に記載の一体型受動ブレーキ制動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電気機械システムに関し、特に一体型受動ブレーキを備えた電気モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械的アクチュエータの特定の応用例では、その電気機械的アクチュエータを作動させる電力を遮断した後に、負荷を静止位置に保つことが要求される。電力がない状態で静止位置に保たせるための一つのアプローチは、常に制動させるための摩擦装置を用いることである。摩擦装置の例は、摩擦パッド、ボールランプ、重い予負荷がかけられた転動体軸受、および斜め（ｓｋｅｗｅｄ）ローラベアリングを含む。一般的に、これらの摩擦装置によって生じる常在する制動力（ｄｒａｇ）により大型の駆動モータが必要となり、アクチュエータ効率を減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
アクティブ制御ブレーキ（ａｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｂｒａｋｅ）を用いることにより、継続的に制動力を与えるブレーキに伴う効率の悪さが低減されるが、それを作動させるための制御装置が必要となることにより、アクティブ制御ブレーキは複雑なものとなる。一部のアクティブ制御ブレーキはブレーキを係合させるために電力を使用するが、他のアクティブ制御ブレーキは、ブレーキを解放するために追加の電力を使用する。電気機械的アクチュエーションシステムにアクティブ制御ブレーキを含めると、システムの全体の大きさや総重量が増加し、アクティブ制御ブレーキを加えたり外したりするために余分な電力が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様では、一体型受動ブレーキ（ｐａｓｓｉｖｅ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｂｒａｋｅ）を備えた電気モータが提供される。一体型受動ブレーキを備えた電気モータは、１つ以上の磁界制御コイルを備えたステータと、ステータの内径内部に配置されるロータシャフトを備えたロータと、を含む。ロータは、ロータシャフトの長手方向軸を中心として回転するように動作可能である。また一体型受動ブレーキを備えた電気モータは、ステータの内径内部に、ロータシャフトの長手方向軸に沿って配置されたブレーキシューを含む。ブレーキシューは、１つ以上の磁界制御コイルによって生成される磁界強度に応じて、ロータシャフトに制動力を印加したり、ロータシャフトから制動力を解放したりするように動作可能である。
【０００５】
さらに本発明の別の態様では、電気機械システムが提供される。電気機械システムは、機械的アクチュエータと、機械的アクチュエータに連結されたギアトレーンと、ギアトレーンに連結された、一体型受動ブレーキを備えた電気モータと、を含む。電気モータは、ギアトレーンを介して機械的力を操作可能に供給して、機械的アクチュエータに機械的動作を加えたり、停止させたりするとともに、その一体型受動ブレーキは、電気モータ内部に配置されるとともに、磁気的に制御される。
【０００６】
さらに本発明の別の態様では、電気モータ内での一体型受動ブレーキ制動の生成方法が提供される。その方法は、ロータシャフトを備えたロータを、ステータの内径内部に配置することを含む。ステータは、１つ以上の磁界制御コイルを含む。ロータは、ロータシャフトの長手方向軸を中心として回転するように動作可能である。この方法は、さらにブレーキシューを、ステータの内径内にロータシャフトの長手方向軸に沿って配置することを含む。この方法はまた、１つ以上の磁界制御コイルによって生成される磁界強度が閾値を下回るのに応じて、ブレーキシューと、ロータシャフトとの間に制動力を印加することを含む。さらにこの方法は、その磁界強度が閾値を上回るのに応じて、ブレーキシューと、ロータシャフトとの間の制動力を解放することを含む。
【０００７】
これらおよびその他の利点および特徴は、図面とともに以下の記載からより明らかとなるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる対象は、明細書の末尾にある請求項に特定して指摘されるとともに明確にクレームされる。本発明の上記のおよびその他の特徴、利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一体型受動ブレーキを備えた電気モータを含む、電気機械システムの実施例を示す図である。
【図２】図１の一体型受動ブレーキを備えた電気モータの側面断面図である。
【図３】図１，２の一体型受動ブレーキを備えた電気モータの正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書中に詳述する本発明は、電気モータアセンブリに組み込まれた受動式の、スプリング締め（ｓｐｒｉｎｇ  ｓｅｔ）されたブレーキを提供する。電気モータアセンブリは、機械的アクチュエータと一体化されて一体型受動ブレーキを備えた電気機械的アクチュエータを形成する。一体型受動ブレーキは、電気モータから電力が遮断されたときに、電気モータ内のロータの回転を制動する。
【００１１】
図１は、一体型受動ブレーキ１０４を備えた電気モータ１０２を含んだ電気機械システム１００の実施例を示す。また電気機械システム１００は、機械的アクチュエータ１０６、および機械的アクチュエータ１０６に連結されたギアトレーン１０８を含む。電気機械システム１００は、機械的アクチュエータ１０６の閉ループ制御を可能にする位置フィードバック装置１１０をさらに含んでもよい。また電気モータ１０２がギアトレーン１０８に連結され、ギアトレーン１０８を介して機械的力を操作可能に供給して、機械的アクチュエータ１０６に機械的動作を加えたり、停止させたりする。一体型受動ブレーキ１０４は、電気モータ１０２内部に配置されるとともに磁気的に制御されている。レゾルバ１１２は、モータ位置フィードバックを提供するとともに、電気コネクタ１１４を通して電気モータ１０２の整流を制御するように用いられる。電気機械システム１００はハウジング内に収容されて、電気機械的アクチュエータを作動させるための電力が遮断された後にその負荷を静止位置に保つことが可能な、一体型の電気機械的アクチュエータを形成する。
【００１２】
図２は、図１の一体型受動ブレーキ１０４を備えた電気モータ１０２の側面断面図である。モータアセンブリハウジング２０２内では、電気モータ１０２は、１つ以上の磁界制御コイル２０６を有するステータ２０４を含む。また電気モータ１０２は、ロータ２０８を含み、そのロータシャフト２１０がステータ２０４の内径２１２内部に配置される。ロータ２０８は、ロータシャフト２１０の長手方向軸２１４を中心として回転するように動作可能である。またロータは、１つ以上の磁界制御コイル２０６によって生成される磁場と相互作用する永久磁石２１６を含み、これによりロータシャフト２１０が長手方向軸２１４を中心として回転する。
【００１３】
一体型受動ブレーキ１０４は、ステータ２０４の内径２１２内に、ロータシャフト２１０の長手方向軸２１４に沿って配置された１つ以上のブレーキシュー２１８を含む。１つ以上のブレーキシュー２１８は、１つ以上の磁界制御コイル２０６によって生成される磁界強度に応じてロータシャフト２１０に制動力を加えたり、ロータシャフト２１０から制動力を解放したりするように動作可能である。１つ以上のブレーキシュー２１８に連結された１つ以上のスプリング２２０は、磁界強度がそれらのブレーキシュー２１８をステータ２０４の内径２１２へと引き付けるための閾値を超えない場合に、ブレーキシュー２１８とロータシャフト２１０との間に制動力を受動的に印加する。それら１つ以上のブレーキシュー２１８は１つ以上のピボット２２２に連結されて、ブレーキシュー２１８の動作を制御する。
【００１４】
１つ以上のブレーキシュー２１８と、１つ以上の磁界制御コイル２０６との間に、磁界強度の閾値を上回る十分な磁力が存在する場合、その１つ以上のスプリング２２０の圧縮力に打ち勝って、ブレーキシュー２１８がピボット２２２の周りをステータ２０４の内径２１２に向かって回動し、それによりロータシャフト２１０から制動力が解放される。磁界強度が閾値を下回る場合、スプリング２２０の圧縮力がそれら１つ以上のブレーキシュー２１８と１つ以上の磁界制御コイル２０６との間の磁力を上回り、それによりブレーキシュー２１８がピボット２２２の周りをロータシャフト２１０に向かって回動し、制動力を印加する。
【００１５】
実施例では、１つ以上のブレーキシュー２１８は、それぞれ、複数の積層強磁性層から構成される。固形体構造ではなく、スチールラミネーションなどの積層強磁性層を用いることにより、加熱の問題をより良く軽減して、ブレーキシュー２１８の過熱を防ぐ。ブレーキシュー２１８の強磁性物質により、ブレーキシュー２１８を、１つ以上の磁界制御コイル２０６によって生成される磁界に磁気的に引き付けることができる。一方、スプリング２２０は、磁界制御コイル２０６に引き付けられるのを防ぐように非強磁性である。
【００１６】
図３は、図１，２の一体型受動ブレーキ１０４を備えた電気モータ１０２の正面断面図である。さらに図３は、モータアセンブリハウジング２０２内に１つ以上の磁界制御コイル２０６を有するステータ２０４を示す。図３はまた、ステータ２０４の内径２１２内部に配置されたロータシャフト２１０と、１つ以上のスプリング２２０および１つ以上の１つ以上のピボット２２２に連結された１つ以上のブレーキシュー２１８と、を図示する。図３の例では、１つ以上のブレーキシュー２１８が、第１のブレーキシュー３０２および第２のブレーキシュー３０４として示される。１つ以上のスプリング２２０が縮むときに、第１および第２のブレーキシュー３０２，３０４における摩擦材料３０６，３０８がロータシャフト２１０に制動力を印加する。
【００１７】
ロータシャフト２１０を有するロータ２０８をステータ２０４の内径２１２内に配置し、第１および第２のブレーキシュー３０２，３０４をステータ２０４の内径２１２内にロータシャフト２１０の長手方向軸２１４に沿って配置することにより、一つ以上の磁界制御コイル２０６によって生成される磁界強度が閾値を下回るのに応じて、第１および第２のブレーキシュー３０２，３０４と、ロータシャフト２１０との間に制動力を受動的に印加する。磁界強度が閾値を上回るのに応じて、１つ以上のブレーキシュー２１８がステータ２０６の内径２１２へと引き付けられるため、第１および第２のブレーキシュー３０２，３０４と、ロータシャフト２１０との間の制動力が解放される。
【００１８】
図３の例では、２つの異なるピボット２２２を有するとともに２つのスプリング２２０によって連結された第１および第２のブレーキシュー３０２，３０４が示されるが、その他の変形例が本発明の範囲に含まれることを理解されたい。例えば、単一のブレーキシュー３０２もしくは３０４が、ステータ２０６に固定された単一のスプリング２２０に連結されてもよい。別の代替例としては、第１および第２のブレーキシュー３０２，３０４が、単一のピボット２２２に連結されてもよい。一体型受動ブレーキ１０４の複数の例が、冗長性や、段階的な制動、および／または荷重の分散のために電気モータ１０２内に含まれてもよい。
【００１９】
限られた数の実施例のみに関して本発明を詳述したが、本発明がこうした開示の実施例に限定されないことが容易に理解できるであろう。むしろ本発明は、本明細書中に記載された任意の変形例、変更、置換、もしくは同等の配置だけでなく、本発明の真意およびその範囲に応じた任意の変形例、変更、置換、もしくは同等の配置を含むように変更しうる。さらに、本発明の種々の実施例について記載したが、当然のことながら、本発明の態様は記載の実施例の一部だけを含んでもよい。したがって、本発明は上述の記載に限定されるものではなく、付記の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２０】
１０２…電気モータ
１０４…一体型受動ブレーキ
２０２…モータアセンブリハウジング
２０４…ステータ
２０６…磁界制御コイル
２１０…ロータシャフト
２１２…内径
２２０…スプリング
３０２…ブレーキシュー
【図１】
2011130659.tif 000003
【図２】
2011130659.tif 000004
【図３】
2011130659.tif 000005