(57)【要約】【課題】摩擦式ブレーキ装置の寿命を低消費電力で予測できる小型で低コストのモータ駆動装置を実現する。【解決手段】ブレーキ装置を備えるモータ駆動装置１は、モータ電流を検出するモータ電流検出部１１と、ブレーキ解除指令受信時にブレーキコイルに電圧を印加して所定負荷にてモータを運転したときに検出されたモータ電流が、ブレーキ正常解除時電流よりも大きい場合、ブレーキは解除されていないと判定し、ブレーキ正常解除時電流以下の場合、ブレーキは解除されたと判定するブレーキ解除判定部１２と、ブレーキは解除されていないと判定されたときブレーキコイルに印加する電圧をより大きい値に変更するブレーキコイル電圧変更部１３と、変更後の電圧および変更日時を記憶する変更履歴記憶部１４と、変更後の電圧および変更日時と予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づきブレーキ装置の予測寿命を計算する寿命予測部１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることによりモータにブレーキをかけ、ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力にて前記摩擦板から前記アマチュアを引き離すことでモータのブレーキを解除するブレーキ装置を備えるモータ駆動装置であって、
前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部と、
ブレーキ解除指令を受信したとき、前記ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加した状態において前記所定負荷にてモータを運転したときに前記モータ電流検出部が検出したモータ電流が、予め記憶されたブレーキ正常解除時電流よりも大きい場合、ブレーキは解除されていないと判定し、前記ブレーキ正常解除時電流以下の場合、ブレーキは解除されたと判定するブレーキ解除判定部と、
前記ブレーキ解除判定部がブレーキは解除されていないと判定したとき、前記ブレーキコイルに印加するブレーキコイル電圧を、前記ブレーキ解除指令を前回受信したときに印加したときよりも大きい値に変更するブレーキコイル電圧変更部と、
前記ブレーキコイル電圧変更部による変更後のブレーキコイル電圧およびその変更日時を記憶する変更履歴記憶部と、
前記変更履歴記憶部に記憶された前記ブレーキコイル電圧および前記変更日時と、予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、前記ブレーキ装置の予測寿命を計算する寿命予測部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記モータのブレーキが正常に解除されている状態において所定負荷にてモータを運転したときに前記モータ電流検出部が検出したモータ電流である前記ブレーキ正常解除時電流が予め記憶されたモータ電流記憶部と、
前記ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力によっても前記摩擦板から前記アマチュアを引き離すことができないときの当該ブレーキコイル電圧である前記故障時ブレーキコイル電圧が予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧記憶部と、
をさらに備える請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記寿命予測部により計算された予測寿命を表示する表示部をさらに備える請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ブレーキコイル電圧変更部による変更後のブレーキコイル電圧が、前記故障時ブレーキコイル電圧を超えたとき、前記ブレーキ装置が故障したと警報する警報部をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記寿命予測部は、前記変更履歴記憶部に記憶された前記ブレーキコイル電圧および前記変更日時と、予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、線形近似もしくは最小二乗法を用いて前記ブレーキ装置の予測寿命を計算する請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦板を用いてモータにブレーキをかける摩擦式ブレーキ装置を備えるモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動装置では、摩擦板をアマチュアと端板とで挟むことでモータにブレーキをかける摩擦式ブレーキ装置が従来より用いられている。図３は、一般的な摩擦式ブレーキ装置の構造を示す断面図である。
【０００３】
摩擦式ブレーキ装置１００において、アマチュア１１２と端板１１３との間には摩擦板１１１が配置される。摩擦板１１１にはハブ１２２がスプライン結合され、さらにハブ１２２とモータのシャフト１２１とは焼き嵌めにより一体化されているので、モータのシャフト１２１の回転に連動して摩擦板１１１も回転する。端板１１３とスペーサ１１７とはボルト１１８によって結合され、アマチュア１１２が摩擦板１１１に近づく方向および遠ざかる方向に移動可能となるようにスペーサ１１７に結合される。コア１１６内にはバネ１１４およびブレーキコイル１１５が設けられる。ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧が印加されていない状態においては、アマチュア１１２はバネ１１４の弾性力により摩擦板１１１に強く押し付けられ、摩擦板１１１がアマチュア１１２と端板１１３とで挟まれて回転できない。この結果、摩擦板１１１に結合されたシャフト１２１も回転できなくなり、モータにブレーキがかかった状態となる。一方、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧が印加されると、アマチュア１１２を摩擦板１１１に押し付けていたバネ１１４の弾性力に打ち勝つ電磁力がコア１１６に発生し、これによりアマチュア１１２がコア１１６に引きつけられて摩擦板１１１はアマチュア１１２および端板１１３との接触から解放される。この結果、摩擦板１１１ひいてはシャフト１２１は自由に回転できるようになり、モータのブレーキが解除された状態となる。
【０００４】
上述のように、摩擦式ブレーキ装置１００では、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加しないことでモータにブレーキをかけ、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加することでモータのブレーキを解除する。摩擦板１１１とアマチュア１１２および端板１１３との摩擦によりブレーキをかけるので、ブレーキの度に摩擦板１１１は摩耗していき、その結果、ブレーキ解除状態におけるアマチュア１１２とコア１１６との間の距離が徐々に広がっていく。摩擦板１１１が摩耗しすぎると、より大きなブレーキコイル電圧をブレーキコイル１１５に印加して大きな吸引力を発生させなければ摩擦板１１１をアマチュア１１２および端板１１３との接触から解放されなくなり、つまりはブレーキを解除できなくなる。このようにブレーキが解除できない状態は、一般的には「摩擦式ブレーキ１００に寿命が到来した状態」あるいは「摩擦式ブレーキ１００が故障した状態」と認識されている。
【０００５】
ブレーキを解除できなくなる状況を回避するために、摩擦板１１１が薄くなっても十分な吸引力を発生できるようブレーキコイル１１５に大きなブレーキコイル電圧を印加するといった方法を採用することも可能である。しかしながら、この方法によると、摩擦式ブレーキ装置１００の使用日数がまだ浅い摩擦板１１１の摩耗が少ない状態において無駄に大きなブレーキコイル電圧を印加してブレーキ解除を行っていることになり、電力を無駄に消費しており、好ましいとはいえない。
【０００６】
このような理由から、摩擦式ブレーキ装置においては、摩擦板の摩耗の度合いひいては摩擦板の寿命到来の時期を的確に把握し、ブレーキ解除を確実にかつ効率よく行えるようにすることが重要である。
【０００７】
例えば、ブレーキが正常に解除された状態においてモータに所定負荷をかけてこのときのモータ電流を予め記憶しておき、ブレーキの解除毎に上記所定負荷をかけてこのときのモータ電流が、予め記憶したモータ電流よりも大きい場合にブレーキ故障が発生したと判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、ブレーキが解除できていない状態でモータを無理やり動かそうとする場合には、モータに大きな電流を流す必要があるという性質を利用するものである。
【０００８】
また例えば、ブレーキ解除指令後にモータが回転しないとき、ブレーキに印加する電圧を上げ、これにモータが回転した場合はブレーキは正常に解除されたと判定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
また例えば、車両用ブレーキ素子の寿命を知ることができる装置として、ブレーキ素子のライニングが所定量摩耗した事を検知する検出回路と車両の走行距離を測定する測定回路をブレーキ装置に備え、ブレーキ素子のライニングが所定量摩耗した時点での残り厚さと、この所定量摩耗するまでの車両の走行距離とから、摩耗許容限度厚さに達するまでの寿命を求める装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３１９２８１７号公報
【特許文献２】特開２０１５−４６６号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、摩擦板とアマチュアおよび端板との摩擦によりブレーキをかける摩擦式ブレーキ装置においては、ブレーキの回数が増えるにつれ摩擦板は徐々に摩耗していき、摩擦板が摩耗しすぎるとブレーキを解除できなくなるので、摩擦板の摩耗を的確に把握することが重要である。
【００１２】
しかしながら、特許文献１および２に記載された発明によれば、摩擦式ブレーキ装置における摩擦板の摩耗による寿命到来（換言すれば、故障の発生）を検知することはできるものの、摩擦式ブレーキ装置の寿命到来の時期を前もって予測することができない。例えば、摩擦式ブレーキ装置の寿命到来の時期を予測できれば、業務終了時などの摩擦式ブレーキ装置を使用しない時間帯に修理や交換などの保守作業を行うことができるので効率的であるが、特許文献１に記載された発明によると、摩擦式ブレーキ装置の故障の発生を検知してから保守作業を行うことになり、効率が悪い。また、特許文献１に記載された発明によれば、摩擦板の劣化状態に関わらずブレーキコイルに印加するブレーキコイル電圧は一定であるので、特に、摩擦式ブレーキ装置の使用日数がまだ浅く摩擦板の摩耗が少ない状態においても無駄に大きなブレーキコイル電圧を印加して故障検知を行うことになるので、電力を無駄に消費しており、好ましいとはいえない。また、特許文献３に記載された発明によれば、車両用ブレーキ素子を予測するために、摩擦板の厚さに対応する車両の走行距離を測定する回路をブレーキ装置に別途設けなければならず、部品点数が増え、装置の大型化およびコストの増大を招くという問題がある。
【００１３】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、摩擦式ブレーキ装置の寿命を低消費電力で予測することができる小型で低コストのモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を実現するために、本発明においては、バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることによりモータにブレーキをかけ、ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力にて摩擦板からアマチュアを引き離すことでモータのブレーキを解除するブレーキ装置を備えるモータ駆動装置は、モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部と、ブレーキ解除指令を受信したとき、ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加した状態において所定負荷にてモータを運転したときにモータ電流検出部が検出したモータ電流が、予め記憶されたブレーキ正常解除時電流よりも大きい場合、ブレーキは解除されていないと判定し、ブレーキ正常解除時電流以下の場合、ブレーキは解除されたと判定するブレーキ解除判定部と、ブレーキ解除判定部がブレーキは解除されていないと判定したとき、ブレーキコイルに印加するブレーキコイル電圧を、ブレーキ解除指令を前回受信したときに印加したときよりも大きい値に変更するブレーキコイル電圧変更部と、ブレーキコイル電圧変更部による変更後のブレーキコイル電圧およびその変更日時を記憶する変更履歴記憶部と、変更履歴記憶部に記憶されたブレーキコイル電圧および変更日時と、予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、ブレーキ装置の予測寿命を計算する寿命予測部と、を備える。
【００１５】
また、モータ駆動装置は、モータのブレーキが正常に解除されている状態において所定負荷にてモータを運転したときにモータ電流検出部が検出したモータ電流であるブレーキ正常解除時電流が予め記憶されたモータ電流記憶部と、ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力によっても摩擦板からアマチュアを引き離すことができないときの当該ブレーキコイル電圧である故障時ブレーキコイル電圧が予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧記憶部と、をさらに備えてもよい。
【００１６】
また、モータ駆動装置は、寿命予測部により計算された予測寿命を表示する表示部をさらに備えてもよい。
【００１７】
また、モータ駆動装置は、ブレーキコイル電圧変更部による変更後のブレーキコイル電圧が、故障時ブレーキコイル電圧を超えたとき、ブレーキ装置が故障したと警報する警報部をさらに備えてもよい。
【００１８】
また、寿命予測部は、変更履歴記憶部に記憶されたブレーキコイル電圧および変更日時と、予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、線形近似もしくは最小二乗法を用いてブレーキ装置の予測寿命を計算してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、摩擦式ブレーキ装置の寿命を低消費電力で予測することができる小型で低コストのモータ駆動装置を実現することができる。
【００２０】
本発明によれば、作業者は、摩擦式ブレーキ装置の摩擦板の予測寿命を知ることができるので、摩擦板の寿命が到来する前に（換言すれば、摩擦式ブレーキ装置が故障する前に）、摩擦板を交換することができる。求められた予測寿命を参考にして、例えば業務終了時などの摩擦式ブレーキ装置を使用しない時間帯に摩擦板の修理や交換などの保守作業を行うといったことが可能となる。摩擦板の交換を適切な時期に行うことができるようになることで、保守作業の効率化を図ることができるとともに、予備用の摩擦板の在庫を減らすこともできる。
【００２１】
また、本発明によれば、摩擦式ブレーキ装置の摩擦板の摩耗の度合いに応じてブレーキコイル電圧を徐々に変更してブレーキ解除および摩擦板の寿命予測を行うので、従来のようにブレーキ解除のためにあるいいは摩擦板の寿命予測のために無駄に電力を消費することはない。また、ブレーキコイルに無駄なブレーキコイル電圧を印加しないため、従来に比べてブレーキコイルの寿命が延びるという利点もある。
【００２２】
また、本発明によれば、特に追加のハードウェア部品を必要としないので、寿命予測のために装置が大型化したりコストが増大するといったことはない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例によるモータ駆動装置の原理ブロック図である。
【図２】本発明の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図３】一般的な摩擦式ブレーキ装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施例によるモータ駆動装置の原理ブロック図である。ここでは、モータ２をモータ駆動装置１で制御する場合について説明する。なお、図１に示す実施例ではモータ２を交流モータとしたが、モータ２の種類は本発明を限定するものではなく、直流モータであってもよい。また、モータ２が交流モータである場合は、誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、モータ２の駆動方法は本発明を限定するものではなく、公知の駆動方法でよい。
【００２５】
モータ駆動装置１は、モータ電力供給部２０および摩擦式ブレーキ装置１００を備える。
【００２６】
モータ電力供給部２０は、直流電力を交流電力に変換してモータ２へ供給する。これにより、モータ２は、供給された交流電力に基づいて動作することになる。モータ電力供給部２０は、例えばＰＷＭインバータがある。ここでは図示しないが、ＰＷＭインバータからなるモータ電力供給部２０の直流側であるＤＣリンクには、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する整流器が設けられる。なお、モータ２が直流モータである場合は、モータ電力供給部２０は直流電源、または、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器（整流器）で構成される。
【００２７】
摩擦式ブレーキ装置１００は、バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることによりモータ２にブレーキをかけ、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力にて摩擦板からアマチュアを引き離すことでモータ２のブレーキを解除する。摩擦式ブレーキ装置１００の構成およびその動作は図３を参照して説明した通りである。
【００２８】
本実施例によるモータ駆動装置１は、モータ電流検出部１１と、ブレーキ解除判定部１２と、ブレーキコイル電圧変更部１３と、変更履歴記憶部１４と、寿命予測部１５と、モータ電流記憶部１６と、故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７と、表示部１８と、警報部１９とを備える。
【００２９】
モータ電流検出部１１は、モータ電力供給部２０からモータ２へ流れ込むモータ電流を検出する。モータ電流検出部１１により検出されたモータ電流の値は、ブレーキ解除判定部１２へ送られる。
【００３０】
モータ電流記憶部１６は、ブレーキ正常解除時電流の値を記憶する。ブレーキ正常解除時電流の値は、モータ駆動装置１を実際に運用する前に、予め実験により取得されるものである。実験は、摩擦式ブレーキ装置１００が新品状態（すなわち摩擦板の摩耗が無い状態）もしくはそれに近い状態にあるときに行われるのが好ましい。実験では、モータ２のブレーキが正常に解除されている状態において所定負荷にてモータ２を運転し、このときモータ電力供給部２０からモータ２へ流れ込むモータ電流をモータ電流検出部１１により検出し、この検出値に所定のマージンを加えた値を「ブレーキ正常解除時電流」として設定し、これをモータ電流記憶部１６に記憶する。ブレーキ正常解除時電流を、モータ電流検出部１１により電流検出値に所定のマージンを加えた値として設定するのは、ブレーキ正常解除時電流をブレーキ解除の判断基準に用いる際に、ブレーキ解除の誤検出を防ぐためである。
【００３１】
ブレーキ解除判定部１２は、モータ２の駆動を統括制御する制御部（図示せず）からブレーキ解除指令を受信したとき、ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加した状態において所定負荷にてモータ２を運転したときにモータ電流検出部１１が検出したモータ電流が、モータ電流記憶部１６に予め記憶されたブレーキ正常解除時電流よりも大きい場合、ブレーキは解除されていないと判定し、ブレーキ正常解除時電流以下の場合、ブレーキは解除されたと判定する。ブレーキ解除判定部１２による判定結果は、ブレーキコイル電圧判定部１３へ送られる。ここで、「所定負荷」とは、モータ電流記憶部１６に記憶されたブレーキ正常解除時電流の値を取得する際に用いられたものと同一のものである。上述のように摩擦式ブレーキ装置１００の摩擦板が摩耗して薄くなるにつれ、バネにより摩擦板がアマチュアおよび端板を押し付ける力がより一層強くなるので、ブレーキ解除の際には、ブレーキコイル１１５により大きなブレーキコイル電圧を印加しなければ摩擦板をアマチュアおよび端板から引き離す電磁力を発生させることができなくなる。すなわち、摩擦板の摩耗の度合いが、ブレーキ解除指令受信時に所定負荷にてモータ２を運転したときにモータ電流検出部１１が検出したモータ電流の大きさにそのまま現れる。そこで、本発明では、ブレーキ解除指令を受信したときブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加した状態において所定負荷にてモータ２を運転したときのモータ電流を観測し、これとブレーキ正常解除時電流との大小関係に基づいてブレーキが解除できたか否かを判定する。
【００３２】
ブレーキコイル電圧変更部１３は、ブレーキ解除判定部１２がブレーキは解除されていないと判定したとき、ブレーキコイル１１５に印加するブレーキコイル電圧を、ブレーキ解除指令を前回受信したときに印加したときよりも大きい値に変更する。摩擦板が摩耗して薄くなるにつれてブレーキ解除にはより大きなブレーキコイル電圧が必要となるので、本発明においては、ブレーキコイル電圧変更部１３は、ブレーキ解除判定部１２がブレーキは解除されていないと判定する度に、ブレーキコイル電圧を、前回よりも大きな値に変更する。変更後のブレーキコイル電圧は、ブレーキを解除できる値に設定され、当該「ブレーキを解除できる値」と「前回印加したブレーキコイル電圧の値」との差分は小さいほど好ましい。このように、本発明では、摩擦板の摩耗の度合いに応じてブレーキコイル電圧を徐々に大きな値に変更していくので、従来のようにブレーキ解除のためにあるいいは摩擦板の寿命予測のために無駄に電力を消費することはない。また、不必要に大きなブレーキコイル電圧をブレーキコイル１１５に印加しないため、従来に比べてブレーキコイル１１５の寿命が延びるという利点もある。変更後のブレーキコイル電圧の値は、変更履歴記憶部１４、警報部１９およびブレーキコイル１１５へ送られる。なお、ブレーキコイル１１５に関しては、ブレーキコイル電圧変更部１３は、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加する直流電源装置（図示せず）に対し、ブレーキ解除指令を前回受信したときに印加したときよりも大きい値のブレーキコイル電圧を出力するような指令を行うことになる。
【００３３】
変更履歴記憶部１４は、ブレーキコイル電圧変更部１３による変更後のブレーキコイル電圧およびそのときの変更日時を記憶する。変更履歴記憶部１４に記憶する「変更日時」としては、例えば「年」、「年月」もしくは「年月日」に関する情報であり、より詳細に変更履歴を記録するとすれば、これに加えてさらに「時」、「時分」もしくは「時分秒」に関する情報を含めてもよい。
【００３４】
故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７は、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力によっても摩擦板からアマチュアを引き離すことができないときの当該ブレーキコイル電圧を、故障時ブレーキコイル電圧として記憶する。故障時ブレーキコイル電圧は、摩擦式ブレーキ装置１００内の摩擦板の寿命に対応するものである。例えば、過去に寿命が到来した（すなわち摩擦板が薄くなってブレーキ解除ができなくなった）摩擦式ブレーキ装置１００について、実験により、摩擦板からアマチュアを引き離すことができたときのブレーキコイル電圧を測定し、この測定値よりも少し小さい値を、「故障時ブレーキコイル電圧」として設定すればよい。故障時ブレーキコイル電圧の設定の際には、摩擦式ブレーキ装置１００の規格表に規定された寿命データについても参考にしてもよい。
【００３５】
寿命予測部１５は、変更履歴記憶部１４に記憶されたブレーキコイル電圧および変更日時と、故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、摩擦式ブレーキ装置１００の予測寿命を計算する。すなわち、変更履歴記憶部１４に記憶されたブレーキコイル電圧Ｖxおよび変更日時ｔxについて情報に基づき、ブレーキコイル電圧変更部１３により変更されるブレーキコイル電圧が、いつ、故障時ブレーキコイル電圧Ｖfに達するかを予測計算する。予測計算には、線形近似もしくは最小二乗法などの統計学的手法を用いればよい。線形近似を予測計算に用いた例を説明すると、故障時ブレーキコイル電圧Ｖfを３０［Ｖ］としたときにおいて、ブレーキコイル電圧Ｖ1＝２４［Ｖ］およびこのときの変更日時ｔx1＝２０１５年４月、ブレーキコイル電圧Ｖ2＝２５［Ｖ］およびこのときの変更日時ｔx2＝２０１５年１０月の場合、線形的に考えるとブレーキコイル電圧が１［Ｖ］上昇に６ヶ月かかっているため、寿命が到来するのは５［Ｖ］上昇する３０ヶ月後であると予測できる。ここでは、線形近似について説明したが、この線形近似において例えばある電圧区間は重み付けをするとった変形を加えてもよい。
【００３６】
表示部１８は、寿命予測部１５により計算された予測寿命を表示する。またさらに、表示部１８は、寿命予測部１５により計算された予測寿命に基づき、摩擦式ブレーキ装置１００の摩擦板の交換を促す情報を表示するようにしてもよい。表示部１８により、作業者は、摩擦式ブレーキ装置１００の摩擦板の予測寿命を知ることができるので、摩擦板の寿命が到来する前に（摩擦式ブレーキ装置１００が故障する前に）、摩擦板を交換することができる。摩擦板の交換を適切な時期に行うことができるようになることで、保守作業を効率化することができるとともに、予備用の摩擦板の在庫を減らすこともできる。表示部１８として、例えば、パソコン、携帯端末、タッチパネルなどのディスプレイやモータ駆動装置１に付属のディスプレイなどがあり、例えば予測寿命を文字や絵柄にてディスプレイに表示する。またあるいは、表示部１８について、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。また、表示部１８に代えて、もしくは表示部１８とともに、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて予測寿命を作業者に通知してもよい。
【００３７】
警報部１９は、ブレーキコイル電圧変更部１３による変更後のブレーキコイル電圧が、故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧を超えたとき、「ブレーキ装置が故障した」と警報する。警報は表示や音によって行われる。警報部１９の具体例としては、パソコン、携帯端末、タッチパネルなどのディスプレイやモータ駆動装置１に付属のディスプレイ、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器などがある。また例えば、警報部１９を、上述の表示部１８と一体のものとして実現してもよい。
【００３８】
なお、本実施例では、モータ駆動装置１に表示部１８および警報部１９の両方を設けたが、いずれか一方を省略してもよい。
【００３９】
図２は、本発明の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。
【００４０】
まず、ステップＳ１０１において、ブレーキ正常解除時電流の値をモータ電流記憶部１６に記憶する。上述のようにブレーキ正常解除時電流の値は、モータ駆動装置１を実際に運用する前に、予め実験により取得されるものである。実験では、モータ２のブレーキが正常に解除されている状態において所定負荷にてモータ２を運転し、このときモータ電力供給部２０からモータ２へ流れ込むモータ電流をモータ電流検出部１１により検出し、この検出値に所定のマージンを加えた値を「ブレーキ正常解除時電流」として設定し、これをモータ電流記憶部１６に記憶しておく。
【００４１】
次いで、ステップＳ１０２において、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力によっても摩擦板からアマチュアを引き離すことができないときの当該ブレーキコイル電圧を、故障時ブレーキコイル電圧として故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に記憶する。例えば、過去に寿命が到来した（すなわち摩擦板が薄くなってブレーキ解除ができなくなった）摩擦式ブレーキ装置１００について、実験により、摩擦板からアマチュアを引き離すことができたときのブレーキコイル電圧を測定し、この測定値よりも少し小さい値を、「故障時ブレーキコイル電圧」として設定し、これを故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に記憶しておく。
【００４２】
なお、上述のステップＳ１０１とＳ１０２とは入れ替えて実行してもよい。
【００４３】
ステップＳ１０３では、ブレーキ解除判定部１２は、モータ２の駆動を統括制御する制御部（図示せず）からブレーキ解除指令を受信したか否かを判定する。ブレーキ解除指令を受信した場合、ステップＳ１０４へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０４において、モータ電力供給部１２は、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加した状態において、モータ２に交流電力を供給してモータ２を所定負荷にて運転する。ここで、「所定負荷」とは、ステップＳ１０１においてモータ電流記憶部１６に記憶されたブレーキ正常解除時電流の値を取得する際に用いられたものと同一のものである。
【００４５】
ステップＳ１０５では、モータ電流検出部１１は、モータ電力供給部２０からモータ２へ流れ込むモータ電流を検出する。
【００４６】
ステップＳ１０６は、警報部１９は、ブレーキコイル電圧が、故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧より大きいか否かを判別する。ブレーキコイル電圧が、故障時ブレーキコイル電圧より大きいと判定された場合はステップＳ１１９へ進み、故障時ブレーキコイル電圧以下と判定された場合はステップＳ１０７へ進む。
【００４７】
ステップＳ１１９では、警報部１９は、「ブレーキ装置が故障した」と警報する。
【００４８】
ステップＳ１０７では、ブレーキ解除判定部１２は、ステップＳ１０５においてモータ電流検出部１１が検出したモータ電流が、モータ電流記憶部１６に予め記憶されたブレーキ正常解除時電流よりも大きいか否かを判別する。ステップＳ１０５においてモータ電流検出部１１が検出したモータ電流がブレーキ正常解除時電流よりも大きいと判定された場合はブレーキは解除されていないと判定してステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０５においてモータ電流検出部１１が検出したモータ電流がブレーキ正常解除時電流以下と判定された場合、ブレーキは解除されたと判定してステップＳ１１３へ進み、ステップＳ１１３においてモータ電力供給装置２０によりモータ２に交流電力を供給してモータ２を通常運転する。
【００４９】
ステップＳ１０８では、ブレーキコイル電圧変更部１３は、ブレーキコイル１１５に印加するブレーキコイル電圧を、ブレーキ解除指令を前回受信したときに印加したときよりも大きい値に変更する。上述のように、変更後のブレーキコイル電圧は、ブレーキを解除できる値に設定されるので、当該「変更後のブレーキコイル電圧」により、摩擦式ブレーキ装置１００の摩擦板はアマチュアおよび端板からの接触から解放され、モータ２は交流電力が供給されれば自由に回転できる（ステップＳ１１３の通常運転）。
【００５０】
続くステップＳ１０９では、変更履歴記憶部１４は、ステップＳ１０８におけるブレーキコイル電圧変更部１３による変更後のブレーキコイル電圧およびそのときの変更日時を記憶する。
【００５１】
ステップＳ１１０では、寿命予測部１５は、寿命予測指令を受信したか否かを判別する。寿命予測指令は、例えば、作業者によるキーボード、マウスもしくはタッチパネルなどの入力装置の操作またはスイッチ押下によって出力される。寿命予測指令を受信したと判定された場合はステップＳ１１１へ進む。寿命予測指令を受信しなかったと判定された場合はステップＳ１１３へ進む。なお、ステップＳ１１０を省略し、ステップＳ１０９の後は直接ステップＳ１１１へ進むようにしてもよい。
【００５２】
ステップＳ１１１では、寿命予測部１５は、変更履歴記憶部１４に記憶されたブレーキコイル電圧および変更日時と、故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、摩擦式ブレーキ装置１００の予測寿命を計算する。
【００５３】
ステップＳ１１２では、表示部１８は、寿命予測部１５により計算された予測寿命を表示する。その後、ステップＳ１１３へ進む。
【００５４】
ステップＳ１１３の開始時点では、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧が印加されているので、摩擦式ブレーキ装置１００の摩擦板はアマチュアおよび端板からの接触から解放されており、モータ２の通常運転として交流電力が供給されればモータ２は自由に回転できる。
【００５５】
ステップＳ１１４では、摩擦式ブレーキ装置１１０は、モータ２の駆動を統括制御する制御部（図示せず）からブレーキ指令を受信したか否かを判別する。ブレーキ指令を受信したと判定された場合、ステップＳ１１５において、摩擦式ブレーキ装置１１０は、ブレーキコイル１１５へのブレーキコイル電圧の印加を止める。これにより、アマチュアはバネの弾性力により摩擦板に強く押し付けられることになり、摩擦板はアマチュアと端板とで挟まれて回転できなくなり、モータ２にブレーキがかかった状態となる。
【００５６】
ステップＳ１１６では、寿命予測部１５は、寿命予測指令を受信したか否かを判別する。寿命予測指令を受信したと判定された場合はステップＳ１１７へ進む。寿命予測指令を受信しなかったと判定された場合はステップＳ１０３へ戻る。なお、ステップＳ１１６を省略し、ステップＳ１１５の後は直接ステップＳ１１７へ進むようにしてもよい。
【００５７】
ステップＳ１１７では、寿命予測部１５は、変更履歴記憶部１４に記憶されたブレーキコイル電圧および変更日時と、故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、摩擦式ブレーキ装置１００の予測寿命を計算する。
【００５８】
ステップＳ１１８では、表示部１８は、寿命予測部１５により計算された予測寿命を表示する。その後、ステップＳ１０３へ戻る。なお、本実施例では、ステップＳ１１６〜Ｓ１１８の処理群を、ステップＳ１１５の後に実行するものとしたが、これに代えて、ステップＳ１１３とステップＳＳ１１４との間、あるいはステップＳ１１４とステップＳＳ１１５との間で実行するようにしてもよい。
【００５９】
なお、本実施例では、寿命予測処理として、ステップＳ１１０〜Ｓ１１２の処理群とステップＳ１１６〜Ｓ１１８の処理群の２つを設けたが、いずれか一方の処理群を省略してもよい。
【００６０】
上述のブレーキ解除判定部１２、ブレーキコイル電圧変更部１３、および寿命予測部１５は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置１がモータ２を駆動制御するためにモータ駆動装置１内に設けられる演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。また、上述の変更履歴記憶部１４、モータ電流記憶部１６、および故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７は、モータ駆動装置１がモータ２を駆動制御するためにモータ駆動装置１内に設けられるメモリ（記憶装置）内に構築すればよい。また、上述のモータ電流検出部１１も、モータ駆動装置１がモータ２を駆動制御するためにモータ駆動装置１内に設けられるものである。また、上述の表示部１８および警報部１９についても、モータ駆動装置１に既に設けられているものを流用してもよい。このように、本発明は、特に追加のハードウェア部品を必要としないので、装置が大型化することはなく低コストである。また、新たなハードウェア部品を別途設ける必要がないことから、既存のモータ駆動装置にも後付けで適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１    モータ駆動装置
２    モータ
１１    モータ電流検出部
１２    ブレーキ解除判定部
１３    ブレーキコイル電圧変更部
１４    変更履歴記憶部
１５    寿命予測部
１６    モータ電流記憶部
１７    故障時ブレーキコイル電圧記憶部
１８    表示部
１９    警報部
２０    モータ電力供給部
１００    摩擦式ブレーキ装置
１１５    ブレーキコイル
【図１】
2017074837.tif 000003
【図２】
2017074837.tif 000004
【図３】
2017074837.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
上述のように、摩擦式ブレーキ装置１００では、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加しないことでモータにブレーキをかけ、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加することでモータのブレーキを解除する。摩擦板１１１とアマチュア１１２および端板１１３との摩擦によりブレーキをかけるので、ブレーキの度に摩擦板１１１は摩耗していき、その結果、ブレーキ解除状態におけるアマチュア１１２とコア１１６との間の距離が徐々に広がっていく。摩擦板１１１が摩耗しすぎると、より大きなブレーキコイル電圧をブレーキコイル１１５に印加して大きな吸引力を発生させなければ摩擦板１１１をアマチュア１１２および端板１１３との接触から解放されなくなり、つまりはブレーキを解除できなくなる。このようにブレーキが解除できない状態は、一般的には「摩擦式ブレーキ装置１００に寿命が到来した状態」あるいは「摩擦式ブレーキ装置１００が故障した状態」と認識されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
しかしながら、特許文献１および２に記載された発明によれば、摩擦式ブレーキ装置における摩擦板の摩耗による寿命到来（換言すれば、故障の発生）を検知することはできるものの、摩擦式ブレーキ装置の寿命到来の時期を前もって予測することができない。例えば、摩擦式ブレーキ装置の寿命到来の時期を予測できれば、業務終了時などの摩擦式ブレーキ装置を使用しない時間帯に修理や交換などの保守作業を行うことができるので効率的であるが、特許文献１に記載された発明によると、摩擦式ブレーキ装置の故障の発生を検知してから保守作業を行うことになり、効率が悪い。また、特許文献１に記載された発明によれば、摩擦板の劣化状態に関わらずブレーキコイルに印加するブレーキコイル電圧は一定であるので、特に、摩擦式ブレーキ装置の使用日数がまだ浅く摩擦板の摩耗が少ない状態においても無駄に大きなブレーキコイル電圧を印加して故障検知を行うことになるので、電力を無駄に消費しており、好ましいとはいえない。また、特許文献３に記載された発明によれば、車両用ブレーキ素子の寿命を予測するために、摩擦板の厚さに対応する車両の走行距離を測定する回路をブレーキ装置に別途設けなければならず、部品点数が増え、装置の大型化およびコストの増大を招くという問題がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ブレーキ解除判定部１２は、モータ２の駆動を統括制御する制御部（図示せず）からブレーキ解除指令を受信したとき、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加した状態において所定負荷にてモータ２を運転したときにモータ電流検出部１１が検出したモータ電流が、モータ電流記憶部１６に予め記憶されたブレーキ正常解除時電流よりも大きい場合、ブレーキは解除されていないと判定し、ブレーキ正常解除時電流以下の場合、ブレーキは解除されたと判定する。ブレーキ解除判定部１２による判定結果は、ブレーキコイル電圧変更部１３へ送られる。ここで、「所定負荷」とは、モータ電流記憶部１６に記憶されたブレーキ正常解除時電流の値を取得する際に用いられたものと同一のものである。上述のように摩擦式ブレーキ装置１００の摩擦板が摩耗して薄くなるにつれ、バネにより摩擦板がアマチュアおよび端板を押し付ける力がより一層強くなるので、ブレーキ解除の際には、ブレーキコイル１１５により大きなブレーキコイル電圧を印加しなければ摩擦板をアマチュアおよび端板から引き離す電磁力を発生させることができなくなる。すなわち、摩擦板の摩耗の度合いが、ブレーキ解除指令受信時に所定負荷にてモータ２を運転したときにモータ電流検出部１１が検出したモータ電流の大きさにそのまま現れる。そこで、本発明では、ブレーキ解除指令を受信したときブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加した状態において所定負荷にてモータ２を運転したときのモータ電流を観測し、これとブレーキ正常解除時電流との大小関係に基づいてブレーキが解除できたか否かを判定する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
寿命予測部１５は、変更履歴記憶部１４に記憶されたブレーキコイル電圧および変更日時と、故障時ブレーキコイル電圧記憶部１７に予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、摩擦式ブレーキ装置１００の予測寿命を計算する。すなわち、寿命予測部１５は、変更履歴記憶部１４に記憶されたブレーキコイル電圧Ｖxおよび変更日時ｔxについて情報に基づき、ブレーキコイル電圧変更部１３により変更されるブレーキコイル電圧が、いつ、故障時ブレーキコイル電圧Ｖfに達するかを予測計算する。予測計算には、線形近似もしくは最小二乗法などの統計学的手法を用いればよい。線形近似を予測計算に用いた例を説明すると、故障時ブレーキコイル電圧Ｖfを３０［Ｖ］としたときにおいて、ブレーキコイル電圧Ｖ1＝２４［Ｖ］およびこのときの変更日時ｔx1＝２０１５年４月、ブレーキコイル電圧Ｖ2＝２５［Ｖ］およびこのときの変更日時ｔx2＝２０１５年１０月の場合、線形的に考えるとブレーキコイル電圧が１［Ｖ］上昇に６ヶ月かかっているため、寿命が到来するのは５［Ｖ］上昇する３０ヶ月後であると予測できる。ここでは、線形近似について説明したが、この線形近似において例えばある電圧区間は重み付けをするとった変形を加えてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
ステップＳ１０４において、モータ電力供給部２０は、ブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧を印加した状態において、モータ２に交流電力を供給してモータ２を所定負荷にて運転する。ここで、「所定負荷」とは、ステップＳ１０１においてモータ電流記憶部１６に記憶されたブレーキ正常解除時電流の値を取得する際に用いられたものと同一のものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
ステップＳ１１８では、表示部１８は、寿命予測部１５により計算された予測寿命を表示する。その後、ステップＳ１０３へ戻る。なお、本実施例では、ステップＳ１１６〜Ｓ１１８の処理群を、ステップＳ１１５の後に実行するものとしたが、これに代えて、ステップＳ１１３とステップＳ１１４との間、あるいはステップＳ１１４とステップＳ１１５との間で実行するようにしてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることによりモータにブレーキをかけ、ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力にて前記摩擦板から前記アマチュアを引き離すことでモータのブレーキを解除するブレーキ装置を備えるモータ駆動装置であって、
前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部と、
ブレーキ解除指令を受信したとき、前記ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加した状態において所定負荷にてモータを運転したときに前記モータ電流検出部が検出したモータ電流が、予め記憶されたブレーキ正常解除時電流よりも大きい場合、ブレーキは解除されていないと判定し、前記ブレーキ正常解除時電流以下の場合、ブレーキは解除されたと判定するブレーキ解除判定部と、
前記ブレーキ解除判定部がブレーキは解除されていないと判定したとき、前記ブレーキコイルに印加するブレーキコイル電圧を、前記ブレーキ解除指令を前回受信したときに印加したときよりも大きい値に変更するブレーキコイル電圧変更部と、
前記ブレーキコイル電圧変更部による変更後のブレーキコイル電圧およびその変更日時を記憶する変更履歴記憶部と、
前記変更履歴記憶部に記憶された前記ブレーキコイル電圧および前記変更日時と、予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、前記ブレーキ装置の予測寿命を計算する寿命予測部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記モータのブレーキが正常に解除されている状態において前記所定負荷にてモータを運転したときに前記モータ電流検出部が検出したモータ電流である前記ブレーキ正常解除時電流が予め記憶されたモータ電流記憶部と、
前記ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力によっても前記摩擦板から前記アマチュアを引き離すことができないときの当該ブレーキコイル電圧である前記故障時ブレーキコイル電圧が予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧記憶部と、
をさらに備える請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記寿命予測部により計算された予測寿命を表示する表示部をさらに備える請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ブレーキコイル電圧変更部による変更後のブレーキコイル電圧が、前記故障時ブレーキコイル電圧を超えたとき、前記ブレーキ装置が故障したと警報する警報部をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記寿命予測部は、前記変更履歴記憶部に記憶された前記ブレーキコイル電圧および前記変更日時と、予め記憶された故障時ブレーキコイル電圧とに基づいて、線形近似もしくは最小二乗法を用いて前記ブレーキ装置の予測寿命を計算する請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。