特許 6391431 ブレーキトルク測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6391431

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】ブレーキトルク測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/28 20060101AFI20180910BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/28 Z

   G01L5/00 H

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-226713(P2014-226713)

(22)【出願日】2014年11月7日

(65)【公開番号】特開2016-90454(P2016-90454A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】特許業務法人 エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 至雄

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−１２６０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公平６−１８２６３（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１７４６４７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ５

Ｈ０２Ｐ

Ｆ１６Ｄ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブレーキ測定対象モータの軸に外部から回転トルクを加える駆動部と、
前記駆動部が前記ブレーキ測定対象モータの軸に加える回転トルクを検出し、検出した回転トルクの値を出力するトルクセンサと、
前記トルクセンサから出力された回転トルクの値を入力する直流電圧計及びアナログ・デジタル変換部と、
直流電圧計及びアナログ・デジタル変換部のいずれかにより入力された回転トルクが所定値以上になると前記ブレーキ測定対象モータの駆動を停止させる制御部と、を有する
ブレーキトルク測定装置。

【請求項2】

前記ブレーキ測定対象モータと前記駆動部との間にギアヘッドを有し、
前記ギアヘッドは、該ギアヘッドにおけるギア軸の回転角度を絶対位置として検出できるアブソリュートセンサを有する
請求項１に記載のブレーキトルク測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブレーキ測定対象モータのブレーキ力を測定するブレーキトルク測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータを有する機械（例えば、産業用ロボット等）は、何らかの原因（例えば、停電等）で緊急停止する事がある。
この時、モータを使用する機械によっては、重力及びその他の力によって、電力供給が無いにもかかわらずモータが回転してしまうことがある。例えば、産業用ロボットの場合には、ロボットアームが落下してしまう。
そのようなモータの回転を防止する必要がある機械においては、モータにブレーキが付与されている。
そのような、ブレーキ付きのモータは、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−０６０１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような、ブレーキ付きのモータにおいては、そのブレーキが所定の性能を保持しているか測定する必要がある。所定の性能とは、例えば、ブレーキを作動させている時に、所定の回転トルクが加わってもモータが回転しないことである。つまり、このようなブレーキ測定対象モータにおいては、これを提供するメーカは所定の回転トルクが加わってもモータが回転しないことを測定によって確認してユーザに提供する必要がある。
ここで、回転をしないことを測定によって確認する回転トルクを、保持回転トルクという。
そのような測定を自動化したブレーキトルク測定装置は、回転トルクが所定値以上となると、測定装置等を破損するおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、上記課題を解消するためになされたものであり、その課題の一例は、保持回転トルクの測定を自動化できるブレーキトルク測定装置において、回転トルクが所定値以上となっても測定装置が破損しないブレーキトルク測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の測定装置は、ブレーキ測定対象モータの軸に外部から回転トルクを加える駆動部と、前記駆動部が前記ブレーキ測定対象モータの軸に加える回転トルクを検出し、検出した回転トルクの値を出力するトルクセンサと、前記トルクセンサから出力された回転トルクの値を入力する直流電圧計及びアナログ・デジタル変換部と、直流電圧計及びアナログ・デジタル変換部のいずれかにより入力された回転トルクが所定値以上になると前記ブレーキ測定対象モータの駆動を停止させる制御部と、を有する。

【0007】

好適には、前記ブレーキ測定対象モータと前記駆動部との間にギアヘッドを有し、前記ギアヘッドは、該ギアヘッドにおけるギア軸の回転角度を絶対位置として検出できるアブソリュートセンサを有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によって、保持回転トルクの測定を自動化できるブレーキトルク測定装置において、回転トルクが所定値以上となっても測定装置が破損しないブレーキトルク測定装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について説明する。
図１は、実施形態の説明図である。

【0011】

図１のように、測定装置１は、トルクセンサ３、駆動部５、制御部７、ギアヘッド９、第１カップリング１１ａ、第２カップリング１１ｂ、第３カップリング１１ｃ、接続軸１３、アンプ１５、液晶モニタ１７を有している。
また、測定装置１は、測定対象の複数のブレーキ測定対象モータ１０１を順次取り付けて、それぞれのブレーキ測定対象モータ１０１の保持回転トルクを測定する。
なお、図１に置いては、ブレーキ測定対象モータ１０１が取り付けられている図を記載しているが、測定装置１が販売等される際には、このブレーキ測定対象モータ１０１は接続されていない。

【0012】

ブレーキ測定対象モータ１０１は、モータ部１０３、ブレーキ部１０５、モータ出力軸１０７を有している。
モータ出力軸１０７はモータ部１０３のロータと機械的に接続されており、ロータの回転と一緒に回転する。
また、ブレーキ部１０５は、モータ出力軸１０７の回転を停止させる制動機構である。
このブレーキ部１０５は、ブレーキ電源８７からの電力によって、制動状態と制動の解除状態（以下、「非制動状態」）との切り替えが可能である。

【0013】

測定装置１は、このブレーキ部１０５が、制動状態において、所定の保持回転トルクでも制動状態を維持できるかの測定（以下、この測定を「保持回転トルク測定」という）を行う。なお、制動状態を維持できるかとは、より具体的には、モータ出力軸１０７が回転しない状態を維持できるかということである。
また、ブレーキ部１０５は、ブレーキ電源８７からの電圧が低い場合には非制動状態であり、ブレーキ電源８７からの電圧が高い場合には制動状態となる。その為、ブレーキ電源８７からの電圧が低い状態から徐々に上昇する場合には、最初の非制動状態から、一定の電圧以上となると制動状態に移行することになる。この非制動状態から制動状態に移行する際の電圧を吸引電圧という。
また逆に、ブレーキ電源８７からの電圧が高い状態から徐々に下降する場合には、最初の制動状態から、一定の電圧以下になると非制動状態に移行することになる。この制動状態から非制動状態に移行する際の電圧を釈放電圧という。
測定装置１は、吸引電圧の測定（以下、この測定を「吸引電圧測定」という）及び釈放電圧の測定（以下、この測定を「釈放電圧測定」という）をする。

【0014】

また、測定装置１は、ブレーキ電源８７の電圧を徐々にではなく、瞬時に上昇させた際に、非制動状態から制動状態に移行する際にかかる時間も測定する（以下、この測定を「吸引時間測定」という）。
逆に、測定装置１は、ブレーキ電源８７の電圧を徐々にではなく、瞬時に下降させた際に、制動状態から非制動状態に移行する際にかかる時間も測定する（以下、この測定を「釈放時間測定」という）。

【0015】

保持回転トルク測定は、モータ出力軸１０７が正回転（ＣＷ）と逆回転（ＣＣＷ）した場合のそれぞれについて行われる。
ここで、保持回転トルクについて測定の必要が生ずるのは、モータ出力軸１０７が一定の角度である場合だけではない。可能であれば、モータ出力軸１０７が回転可能なすべての角度（＝３６０度）で測定する必要が生ずる。なぜなら、ブレーキ部１０５を動作させて制動状態とする可能性があるのは、モータ出力軸１０７の全ての角度であるからである。
しかし、すべての角度について保持回転トルクを測定することは、コストの面で適切では無い。そして、ある程度のモータ出力軸１０７の角度毎に測定して問題なければ、その間のモータ出力軸１０７の角度についても問題が無いと高い確率で推定できる。
その為、測定装置１は、ある一定角度毎に、ブレーキ測定対象モータ１０１の正回転（ＣＷ）と逆回転（ＣＣＷ）について保持回転トルクを測定する。なお、ここでいうある一定角度毎とは、例えば、４５度毎、３０度毎、２２．５度毎、１５度毎をいう。本実施形態では、２２．５度毎、つまり１６地点において、ブレーキ測定対象モータ１０１の正回転（ＣＷ）と逆回転（ＣＣＷ）について保持回転トルクを測定している。

【0016】

駆動部５は、サーボアンプ８３からの電力によって駆動される。より具体的には、駆動部５は、制御ボックス８１によって制御された電力供給に従ってサーボアンプ８３を駆動される。
つまり、駆動部５は、制御ボックス８１によって、回転角度が制御されている。

【0017】

駆動部５は、ギアヘッド９を介して、ギア軸９ａに接続されている。
そして、ギアヘッド９は、駆動部の回転を数分の１〜数十分の１に減速して出力している。
このギアヘッド９が介在することによって、駆動部５の回転をより滑らかにトルクセンサ３側に提供する事が可能となる。
また、このギアヘッド９は、アブソリュートセンサを備えている。
このアブソリュートセンサは、ギア軸９ａの回転角度を絶対位置として検出できる。
このアブソリュートセンサによって、２２．５度毎を正確に検出して、それぞれの位置におけるブレーキ測定対象モータ１０１の正回転（ＣＷ）と逆回転（ＣＣＷ）について保持回転トルクを測定することが可能となっている。

【0018】

トルクセンサ３は、一端３ｂと他端３ａとを有している。一端３ｂ及び他端３ａは軸形状を有して、同じ軸線上に形成されている。この一端３ｂ及び他端３ａとの間に回転トルクが生じると、トルクセンサ３が歪む。
この歪みの量に応じたトルクセンサ値が、アンプ１５に出力される。
一端３ｂとギア軸９ａは、第１カップリング１１ａによって、接続される。
ここで、第１カップリング１１ａは、ねじりによる歪みが少ないものが使用される。歪みが多いと、正確な測定が困難であるからである。

【0019】

他端３ａは、第２カップリング１１ｂ、接続軸１３、第３カップリング１１ｃを介してモータ出力軸１０７に接続される。
第２カップリング１１ｂ、第３カップリング１１ｃは、ねじりによる歪みが少ないものが使用される。歪みが多いと、正確な測定が困難であるからである。
なお、他端３ａが１つのカップリングではなく、２つのカップリングを介して接続されているのは、測定対象のブレーキ測定対象モータ１０１の大きさが異なっても対応を可能とするためである。
つまり、ブレーキ測定対象モータ１０１の長さが長い場合には、短い接続軸１３を使用する又はそもそも接続軸１３使用しないという事が可能である。他方、ブレーキ測定対象モータ１０１の長さが短い場合には、長い接続軸１３を使用する。これによって、大きさの異なるブレーキ測定対象モータ１０１を測定することが可能となる。

【0020】

以上の様に、トルクセンサ３の一端３ｂがねじり歪みが生じないようにギアヘッド９を介して駆動部５の軸に接続されている。
他方、トルクセンサ３の他端３ａがねじり歪みが生じないように、第２カップリング１１ｂ、接続軸１３、第３カップリング１１ｃを介してモータ出力軸１０７に接続される。
そして、モータ出力軸１０７の回転を止めるように、ブレーキ部１０５を制動状態とする。その上で、駆動部５を駆動させる。
そうすると、トルクセンサ３に加わっている回転トルク＝ブレーキ部１０５に加わっている回転トルクとなる。
その為、トルクセンサ３に加わっている回転トルクを検出すれば、保持回転トルクを検出することが可能となる。
より具体的には、トルクセンサ３が出力する値が徐々に大きくなるように、駆動部５を回転させる。
そして、トルクセンサ３が出力した値が所定の保持回転トルクの値となるまで、駆動部の回転を継続する。
そして、保持回転トルクまでトルクセンサ３の値が上昇可能であった場合、測定対象のブレーキ測定対象モータ１０１はその保持回転トルクまで確かに回転せずに制動状態を維持できるということになる。
これによって、実測によって、保持回転トルクまでブレーキ部１０５が制動状態を維持できることを測定することが可能となる。
なお、逆に、トルクセンサ３の値を上昇させても、保持回転トルクまでトルクセンサ３が上昇しない場合には、測定対象のブレーキ測定対象モータ１０１はその保持回転トルクまでの保持力がないことになる。そのようなブレーキ測定対象モータ１０１は、破棄、又は、再度調整・製造等されることになる。

【0021】

トルクセンサ３から出力される回転トルクセンサ値は微小であるためにこれを増幅するために、アンプ１５が用いられる。
アンプ１５は、入力された回転トルクセンサ値を増幅して、検出部７１の直流電圧計７１ａ及びアナログ・デジタル変換部７３に対して出力する。

【0022】

制御部７は、検出部７１、パソコン７２、制御ボックス８１、サーボアンプ８３、電源制御部８５、ブレーキ電源８７を有している。
検出部７１は、直流電圧計７１ａ及びＩ／Ｏ操作回路７１ｂを有している。
また、パソコン７２は、パソコン本体７５、ＰＩＯボード７７、アナログ・デジタル変換部７３、通信部７９を有している。

【0023】

検出部７１の直流電圧計７１ａはアンプ１５からの出力値を検出し、Ｉ／Ｏ操作回路７１ｂに出力する。
Ｉ／Ｏ操作回路７１ｂは、直流電圧計７１ａからの出力値が、予め定められた所定値以下の場合は出力値がゼロであるが、所定値以上となった場合にＰＩＯボード７７に対して出力を行う。

【0024】

パソコン７２のパソコン本体７５と、ＰＩＯボード７７、アナログ・デジタル変換部７３及び通信部７９とは電気的に接続されている。
パソコン本体７５は、この測定装置１の制御を統括的に行っている。
具体的には、パソコン本体７５は、ＰＩＯボード７７からの入力を受ける。
パソコン本体７５は、アナログ・デジタル変換部７３からの入力を受ける。
パソコン本体７５は、通信部７９に対して所定の制御信号を送信する旨の命令信号を発信する。
また、パソコン本体７５は、液晶モニタ１７に対して、ユーザが測定結果を確認するための画像情報信号を発信する。
液晶モニタ１７は、その画像情報信号に基づいて、ユーザが測定結果を確認するための画像を表示している。

【0025】

ＰＩＯボード７７は、入力が有った場合その旨を知らせる信号をパソコン本体７５に対して出力する。
アナログ・デジタル変換部７３は、アンプ１５が出力したアナログ値をデジタル値に変換して、パソコン本体７５に出力する。
パソコン本体７５は、このアナログ・デジタル変換部７３が出力したデジタル値を実際の回転トルク値に換算して、この値に基づき制御を行う。
通信部７９は、パソコン本体７５からの各指令をアンプ１５及び制御ボックス８１に対して出力する。

【0026】

ところで、アナログ・デジタル変換部７３は、アナログ値の正確な値を計測するものであるため、直流電圧計７１ａ及びＩ／Ｏ操作回路７１ｂを介してＰＩＯボード７７が所定値以上を出力するよりもかなり時間的な遅れが生ずる。
例えば、トルクセンサ３が、緊急停止しなければならない様な極めて大きな値を出力してきたとしても、そのような大きな値となっていることを、検出するには、アナログ・デジタル変換部７３は、Ｉ／Ｏ操作回路７１ｂと比べると極めて長時間を必要とする。
ここで、測定装置１が緊急停止しなければならない様な場合を説明する。
前述のように、測定装置は、ブレーキ測定対象モータ１０１の一定角度毎に、正回転（ＣＷ）と逆回転（ＣＣＷ）について保持回転トルクを測定する。
そのためには、ブレーキ部１０５を非制動状態として、駆動部５を回転させることによって、モータ出力軸１０７をその所定の角度回転させる必要が生ずる。
その際に、ブレーキ部１０５が何らかの異常によって非制動状態とならない場合がありうる。
他方、駆動部５はギアヘッド９を介しているため、駆動部５はトルクセンサ３側に極めて大きな回転トルクを加えることができる。
その為、ブレーキ部１０５が非制動状態で駆動部５が回転すると、トルクセンサ３に極めて大きな回転トルクが加わってしまうことになる。
その場合には、緊急に駆動部５の回転を停止させなければ、トルクセンサ３を破損してしまうおそれが高い。
しかし、前述のように、アナログ・デジタル変換部７３はトルクセンサ３の出力が上昇してもその事実を検出するのに多くの時間を必要とする。その為、本実施形態の測定装置１は、アナログ・デジタル変換部７３に加えて検出部７１を有して、そのような事態に対応している。
つまり、本実施形態の測定装置１は、検出部７１を有することから、より測定装置１の安全性を高めることが可能となっている。

【0027】

また、測定装置１は、従来は、人が行っていた正回転・逆回転における保持回転トルク測定、吸引電圧測定、釈放電圧測定、吸引時間測定及び釈放時間測定を自動で行えるようにした。それによって、測定装置１は、従来に比して、低コスト、短時間、かつ、正確な測定が可能となった。

【符号の説明】

【0028】

１ 測定装置（ブレーキトルク測定装置）
３ トルクセンサ
３ａ 他端
３ｂ 一端
５ 駆動部
７ 制御部
９ ギアヘッド
９ａ ギア軸
１１ａ 第１カップリング
１１ｂ 第２カップリング
１１ｃ 第３カップリング
１３ 接続軸
１５ アンプ
１７ 液晶モニタ
７１ 検出部
７１ａ 直流電圧計
７１ｂ Ｉ/Ｏ操作回路
７２ パソコン
７３ アナログ・デジタル変換部
７５ パソコン本体
７７ ＰＩＯボード
７９ 通信部
８１ 制御ボックス
８３ サーボアンプ
８５ 電源制御部
８７ ブレーキ電源
１０１ ブレーキ測定対象モータ
１０３ モータ部
１０５ ブレーキ部
１０７ モータ出力軸（軸）

【図1】