JP7108394B2 - モータの保持ブレーキ寿命判定システム、モータの保持ブレーキ寿命判定装置及びモータの保持ブレーキ寿命判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの保持ブレーキ寿命判定技術に関し、より詳細には、サーボモータを駆動源とした機械ブレーキの寿命判定技術に関する。

制御用モータには、モータ停止時にその位置を保持するための保持ブレーキ（モータ用ブレーキ）を内蔵したもの、停止位置の保持にとどまらずモータの回転を積極的に制動するために制動用ブレーキ（モータ用ブレーキ）を内蔵したものなどがある。また、制御装置に異常が発生した時の制動に保持ブレーキを利用する技術も提案されている。

これらのモータ用は、例えば、モータ軸、即ちシャフトに固定されるディスクと、このディスクの表面に取り付けられたブレーキパッドと、バネ等によって付勢されてブレーキパッドと接触するアーマチュア（接触片）と、このアーマチュアを電磁吸引力で吸引してブレーキパッドから引き離す電磁コイルと、を備えている。モータ運転時は、電磁コイルに電流が通電されており、アーマチュアはブレーキパッドから引き離された状態に維持される。制動をかける際には、電磁コイルへの通電を停止する。これにより電磁力がなくなり、バネの付勢力によってアーマチュアがブレーキパッドに摺動接触し、その際に発生する摩擦力でシャフトを制動する。

ところで、保持ブレーキの寿命を判定することは極めて重要である。従来から、以下のような寿命判定技術が知られている。
特許文献１に記載の技術では、制動時におけるサーボモータの回転角度および角速度からブレーキの仕事量を算出し、制動する毎にその仕事量を積和して、そのブレーキの総仕事量に基づいて寿命判定する。或いは、ブレーキの総仕事量を記憶しておき、制動時の仕事量を算出して、ブレーキの総仕事量から仕事量を減算して寿命判断する。
また、特許文献２に記載の技術では、ブレーキ寿命を判断するための制動可能回数表、または総仕事量、制動時の累積データを制御装置（アンプ）に記憶する。

特開２００６－１５５１９９号公報 特開２００３－１３００９６号公報

特許文献１、２に記載の技術では、ブレーキ（モータ）ごとの制動可能回数表を作成するために、試験測定を実施しなければならない。また、寿命診断には、複雑な計算やデータテーブルの参照が必要になるという問題がある。
また、大量のデータを制御装置側のＣＰＵに記憶する必要があり、新規のモータ追加によるデータの追加変更、さらにモータとアンプの組み合わせ変更や交換時に、各データの消去やプリセットが必要になり、正確な寿命診断ができない可能性があるという問題がある。

本発明は、正確かつ簡単に保持ブレーキの寿命を診断することを目的とする。また、本発明は、モータ、モータ制御装置の入替や交換があっても、正確に保持ブレーキの寿命を診断することを目的とする。

本発明の一観点によれば、モータのシャフトに設けられモータ制御装置により制御され摩擦力により前記シャフトを制動或いは保持するモータの保持ブレーキの寿命判定システムであって、前記モータのエンコーダ内に設けられ前記保持ブレーキの寿命に関するパラメータ及びそれに基づく演算結果を記憶するエンコーダ記憶部を有することを特徴とするモータの保持ブレーキの寿命判定システムが提供される。
前記パラメータは、前記保持ブレーキの有無と、前記保持ブレーキの寿命を規定する許容回転量と、前記保持ブレーキの動作中、すなわち、保持ブレーキが、モータシャフトを保持した状態の前記シャフトの回転量の累積である累積回転量と、を含むことが好ましい。
累積回転量をエンコーダ側に記憶させることで、モータ、及びモータ制御装置の入替や交換があっても、寿命診断の精度を保持することができる。

前記モータ制御装置側に設けられ、前記エンコーダ記憶部内の前記パラメータを読み出して取得し、前記許容回転量と前記累積回転量とに基づいて寿命を推定する寿命診断部を有することが好ましい。
前記エンコーダ記憶部に記憶された前記累積回転量を継続して更新することが好ましい。

本発明は、モータのシャフトに設けられ、モータ制御装置により制御され摩擦力により前記シャフトを制動或いは、保持するモータの保持ブレーキの寿命判定システムにおけるモータの保持ブレーキ寿命判定装置であって、前記モータのエンコーダ内に設けられ前記保持ブレーキの寿命に関するパラメータ及びそれに基づく演算結果を記憶するエンコーダ記憶部から許容回転量と累積回転量とを取得して寿命診断する寿命診断部を有することを特徴とするモータの保持ブレーキ寿命判定装置である。

本発明の他の観点によれば、モータのシャフトに設けられ、モータ制御装置により制御され摩擦力により前記シャフトを制動或いは、保持するモータの保持ブレーキの寿命判定システムにおけるモータの保持ブレーキ寿命判定方法であって、前記モータのエンコーダ内に設けられ前記保持ブレーキの寿命に関するパラメータ及びそれに基づく演算結果を記憶するエンコーダ記憶部から許容回転量と累積回転量とを取得して寿命診断する寿命診断ステップを有することを特徴とするモータの保持ブレーキ寿命判定方法が提供される。

本発明によれば、簡単かつ精度良くブレーキ寿命を診断することができる。
また、本発明によれば、モータ、及びモータ制御装置の入替や交換があっても、精度良くブレーキ寿命を診断することができる。

本発明の一実施の形態によるモータの保持ブレーキ寿命判定システムの一構成例を示す機能ブロック図である。 事前準備処理の流れを示すフローチャート図である。 モータ制御装置の初期化処理の流れを示すフローチャート図である。 残り寿命算出、表示処理の流れを示すフローチャート図である。 本実施の形態によるデータ記憶手順の一例を示す図である。

本明細書において、保持ブレーキの寿命は、保持ブレーキの摩擦板の摩耗量から決定される。保持ブレーキの摩耗量は保持ブレーキがモータシャフトを保持した状態でシャフトが回転したときの総回転量から判断することができる。
したがって、この総回転量（以下、「許容回転量」と称する。）に至ったタイミングを保持ブレーキ寿命とする。
尚、許容回転量は保持ブレーキの仕様によって異なるため、モータに付属している保持ブレーキ毎に予め算出する。

保持ブレーキの寿命判定処理は、以下の手順で行う。
１）保持ブレーキがモータシャフトを保持した状態におけるモータシャフトの回転量を累積する。
２）寿命までの残り期間（残り寿命＝許容回転量－累積した回転量）

情報の保持について：
保持ブレーキ寿命に関連するパラメータや演算結果をエンコーダ内蔵の不揮発性メモリに保存する。記憶されるデータは、例えば、「保持ブレーキの有無」、「許容回転量」、「累積回転量」などである。

保持ブレーキがモータシャフトを保持した状態の間にモータシャフトが回転する条件としては以下の１）から３）までの条件を満たす場合である。
１）モータ回転中に異常が発生し、モータを停止させなければならない事態が発生した場合
２）サーボモータに通電しない状態に外力でシャフトが無理に回転させられた場合
３）サーボモータを励磁してから保持ブレーキがシャフトを開放するまでの間にモータが回転した場合

以下に、本発明の一実施の形態によるモータの保持ブレーキ寿命判定技術について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施の形態によるモータの保持ブレーキ寿命判定システムの一構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すように、本実施の形態によるモータの保持ブレーキ寿命判定システムＡは、モータ制御装置１と保持ブレーキ付きサーボモータ２１とを有している。モータ制御装置１は、保持ブレーキの制御を行うための保持ブレーキ制御信号ＳＧ１を受信し、保持ブレーキ動作を制御する保持ブレーキ制御回路３に接続されている。

保持ブレーキ付きサーボモータ２１は、モータＭと、モータＭの保持ブレーキＢと、エンコーダ２３と、を有している。エンコーダ２３は、エンコーダ側の記憶部２３－１と、返信データ生成部２３－２と、通信部２３－３と、要求コマンド解析部２３－４と、位置データ算出部２３－５と、を有している。エンコーダ側の記憶部２３－１は、保持ブレーキの有無Ｄ１３と、許容回転量Ｄ１４と、累積回転量Ｄ１５と、を記憶する。
モータ制御装置１は、保持ブレーキ制御部１－１と、エンコーダ通信部１－２と、返信データ解析部１－３と、保持ブレーキ状態判定部１－４と、保持ブレーキ回転量算出部１－５と、保持ブレーキ回転量累積部１－６と、寿命診断部１－７と、寿命表示部１―８と、要求コマンド生成部１－９と、を有している。
以下に、図２から図５までのフローチャート図を参照して、本実施の形態による保持ブレーキ寿命判定処理について詳細に説明する。上記の図１の各機能ブロックを参照しながら説明する。

図２は、事前準備処理の流れを示すフローチャート図である。図２に示すように、事前準備処理が開始され（スタート）、ステップＳ１において、保持ブレーキＢ毎に「許容回転量」を算出する。ステップＳ２において、エンコーダ内部の記憶部２３－１に、外部の設定部１１から「保持ブレーキの有無」の情報を設定する。ステップＳ３において、エンコーダ内部の記憶部２３－１に、外部の設定部１１から「許容回転量」の情報を設定する。ステップＳ４において、エンコーダ内部の記憶部２３－１内の、累積回転量情報Ｄ１５をクリアする。
これにより、事前準備の処理が終了する。すなわち、エンコーダ側の記憶部２３－１に、保持ブレーキの有無情報Ｄ１３、許容回転量情報Ｄ１４が記憶される。

図３は、モータ制御装置１の初期化処理の流れを示すフローチャート図である。初期化処理が開始し（スタート）、ステップＳ１１において、エンコーダ内部の記憶部２３－１から、保持ブレーキの有無情報Ｄ１３を取得し、返信データ生成部２３－２、通信部２３－３、エンコーダ通信部１－２、返信データ解析部１－３を介して、これを寿命表示部１－８のメモリ１―８ａに記憶する。
次いで、ステップＳ１２において、エンコーダ内部の記憶部２３－１から、許容回転量情報Ｄ１４を取得し、これを寿命診断部１－７のメモリ１―７ａに記憶する。さらに、ステップＳ１３において、エンコーダ内部の記憶部２３－１から、累積回転量情報Ｄ１５が記憶されていればこの累積回転量情報Ｄ１５を取得し、これを寿命診断部１－７のメモリ１―７ａに記憶する。
以上の処理により、モータ制御装置１の初期化処理が完了する。
なお、返信データ生成部２３－２は、要求コマンド解析部２３－４からの返信データ選択信号ＳＧ１２により、返信データＤ２１を選択する。

初期化された後の処理について簡単に説明する。
初期化処理の後には、位置データＤ１６が返信データＤ２１になる。そして、後述する図４のフローチャートの処理に移り、保持ブレーキ制御部１－１から保持ブレーキ制御信号ＳＧ１の出力をモニタする。

図４は、残り寿命算出、表示処理の流れを示すフローチャート図である。
処理が開始される（スタート）と、まず、ステップＳ２１において、保持ブレーキ状態判定部１－４が、保持ブレーキ制御部１－１からの保持ブレーキ制御信号ＳＧ１をモニタし、保持ブレーキ制御信号ＳＧ１が動作状態（Ｙｅｓ）の場合は、累積回転量の算出処理Ｓａを行なう。
Ｎｏの場合には、後述するステップＳｃに進む。
累積回転量の算出処理ステップＳａは、以下の処理を含む。

（ステップＳａ）
１）ステップＳ２２において、位置データ算出部２３－５が算出した位置データＤ１６に基づいて得られた位置データＤ１により、保持ブレーキ制御信号ＳＧ１が動作開始状態に変化した時の位置データを保持する。
２）ステップＳ２３において、保持ブレーキ回転量算出部１－５が、保持ブレーキ動作開始時に保持した位置から「保持ブレーキ動作中の回転量」を求める。
３）ステップＳ２４において、保持ブレーキ回転量累積部１－６が、返信データ解析部１－３からの前回までの「累積回転量」Ｄ２に、「保持ブレーキ動作中の累積回転量」Ｄ３を加算して回転量累積値を算出し、メモリ１－６ａにこれを保持する。
尚、保持ブレーキ動作中とは、保持ブレーキＢがモータシャフトを保持した状態を言う。

（ステップＳｂ）
次いで、ステップＳｂに進む。ステップＳｂは残りの寿命を算出する処理を行う。
この処理では、ステップＳ２５において、寿命診断部１－７が、残りの寿命を算出する。すなわち、ステップＳ２５に示すように、寿命診断部１－７が、返信データ解析部１－３からの「許容回転量」Ｄ４より「累積回転量」Ｄ３を減算し、「残り寿命」Ｄ５を算出する。メモリ１－７ａにこれを保持する。
ステップＳ２１でＮｏの場合、および、ステップＳ２５に続いて、ステップＳｃにおいて、例えば残り寿命の表示処理を行う。

（ステップＳｃ）
まず、ステップＳ２６において、寿命表示部１－８が残り寿命Ｄ５を受け取り、返信データ解析部１－３から保持ブレーキ有無信号ＳＧ２の保持ブレーキ有りの信号を受け取ると（Ｙｅｓ）、ステップＳ２７に進み、寿命表示部１－８が残り寿命Ｄ５を表示する。表示のためのデータをメモリ１－８ａに記憶しても良い。
ステップＳ２６において、寿命表示部１－８が残り寿命Ｄ５を受け取っても、返信データ解析部１－３から保持ブレーキ有無信号ＳＧ２の保持ブレーキ無しの信号を受け取ると（Ｎｏ）、ステップＳ２８に進み、寿命表示部１－８が残り寿命Ｄ５を表示しない。
以上により、寿命判定・表示処理を終了する（エンド）。

図５は、本実施の形態によるデータ記憶手順の一例を示す図である。
図５に示すように、処理が開始されると（スタート）、ステップＳ３１において、保持ブレーキ回転量累積部１－６が、累積回転量Ｄ３が変化したか否かを判定し（ステップＳ３１）、Ｙｅｓの場合には、ステップＳｄの累積回転量の記憶更新処理Ｓｄに進み、Ｎｏの場合には、処理を終了する（エンド）。
累積回転量の記憶更新処理Ｓｄは、以下の手順で行われる。
（ステップＳｄ）
まず、ステップＳ３２において、保持ブレーキ回転量累積部１－６は、新たな「累積回転量」Ｄ３を要求コマンド生成部１－９に出力する。
ステップＳ３３において、要求コマンド生成部１－９は、エンコーダへの書き込み要求コマンドＣ１を生成して、エンコーダ通信部１－２に通知する。要求コマンドＣ１は、累積回転量に変化があったときに出力される。
ステップＳ３４において、エンコーダ通信部１－２は、エンコーダに「累積回転量」Ｄ１２を送信し、エンコーダ内部の記憶部２３－１に記憶させる。
以上により、累積回転量のエンコーダ内部への記憶処理を終了する（エンド）。

このように、本実施の形態によれば、モータ制御装置により制御されるサーボモータ側のエンコーダ２３に設けられた記憶部２３－１に「保持ブレーキの有無」、「保持ブレーキの寿命値」の情報を予め保持するとともに、「保持ブレーキの現在までの累積回転量」を保存しておく。
累積回転量をエンコーダ側に記憶させることで、モータ、及びモータ制御装置の入替や交換があっても、寿命診断の精度を保持することができる。
すなわち、モータの変更があっても、モータ制御装置の保持ブレーキ寿命値を変更する必要がない。また、モータ制御装置を取り替えても残りの寿命を引き継いで正しく推定できる。

本実施の形態では、予め保持ブレーキの寿命を許容回転量により算出し規定する。次いで、保持ブレーキが、モータシャフトを保持した状態のモータ回転量を監視し、モータ回転量を累積して、これを許容回転量と比較することで、複雑な計算の必要がなくなり、簡単に保持ブレーキの寿命を診断することができる。
許容回転量と保持ブレーキが、モータシャフトを保持した状態の累積回転量、さらに保持ブレーキ有無をモータエンコーダの記憶保持手段に記憶することで、大量のデータをモータ制御装置側に記憶する必要がなくなる。また、モータ、モータ制御装置の組み合わせ変更や交換による作業の手間や寿命の誤診断、誤表示の問題を無くすことが可能になる。

（まとめ）
本実施の形態によれば、以下の利点がある。
１）複雑な演算を必要とせずに、保持ブレーキの許容回転量と保持ブレーキが、モータシャフトを保持した状態で回転した累積回転量を比較することで寿命を簡単に推定できる。
２）“許容回転量”（保持ブレーキの寿命）をエンコーダ内蔵の不揮発性メモリに記憶することで以下の利点がある。

２－１）サーボモータに取り付けられる保持ブレーキはサイズや保持力などの違いにより多種多様であり、寿命値もそれぞれ異なる。モータ制御装置に“許容回転量”を記憶させる方法では、保持ブレーキの変更により、その都度、モータ制御装置に“許容回転量”を記憶させる変更が生じる。
そこで、エンコーダ内蔵の不揮発性メモリに記憶してあれば、保持ブレーキの変更により、その都度、モータ制御装置に“許容回転量”を記憶させる変更が生じる。の変更が不要となる。
２－２）量産中のモータでも保持ブレーキの仕様が途中で変更される場合がある。その場合、保持ブレーキの変更前後で“許容回転量”が異なってしまうため、モータ制御装置に設定されている“許容回転量”を変更する必要がある。さらに、仕様変更前の保持ブレーキと“許容回転量”変更後のモータ制御装置（またその逆）を接続してしまうと寿命を正しく算出することができない。
そこで、エンコーダ内蔵の不揮発性メモリに記憶してあれば、どちらを交換しても常に正しく残り寿命を算出することができる。
３）“累積回転量”をエンコーダ内蔵の不揮発性メモリに保存することで以下の利点がある。

３－１）“累積回転量”をモータ制御装置に記憶していると、モータ制御装置を交換したときに交換後のモータ制御装置の“累積回転量”が０のため、交換前のモータ制御装置の値を設定する必要がある。
そこで、エンコーダ内蔵の不揮発性メモリに記憶してあれば、どのモータ制御装置と接続されても残り寿命を正しく算出することができる。
３－２）同様にサーボモータとモータ制御装置の組合せを入れ替えた時にも残り寿命を正しく算出することができる。
４）エンコーダメモリに「保持ブレーキの有無」情報を保存してあるため、ユーザがモータ制御装置に対して保持ブレーキの有無を設定する必要が無く、モータ制御装置が自動的に判断することができる。

上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、モータの保持ブレーキ寿命診断装置に利用可能である。

Ａ…モータの保持ブレーキ寿命判定システム
Ｂ…保持ブレーキ
Ｍ…モータ
１…モータ制御装置
１－１…保持ブレーキ制御部
１－２…エンコーダ通信部
１－３…返信データ解析部
１－４…保持ブレーキ状態判定部
１－５…保持ブレーキ回転量算出部
１－６…保持ブレーキ回転量累積部
１－７…寿命診断部
１－８…寿命表示部
１－９…要求コマンド生成部
３…保持ブレーキ制御回路
２１…保持ブレーキ付きサーボモータ
２３…エンコーダ
２３－１…記憶部
２３－２…返信データ生成部
２３－３…通信部
２３－４…要求コマンド解析部
２３－５…位置データ算出部

Claims (4)

1. モータのシャフトに設けられ、モータ制御装置により制御され摩擦力により前記シャフトを制動或いは保持するモータの保持ブレーキの寿命判定システムであって、
   前記モータのエンコーダ内に設けられ前記保持ブレーキの寿命に関するパラメータ及びそれに基づく演算結果を記憶し、前記パラメータは、前記保持ブレーキの有無と、前記保持ブレーキの寿命を規定する許容回転量と、前記保持ブレーキが、モータシャフトを保持した状態の前記シャフトの回転量の累積である累積回転量と、を含む、エンコーダ記憶部 と、
   前記モータ制御装置側に設けられ、前記エンコーダ記憶部内の前記パラメータを読み出して取得し、前記許容回転量と前記累積回転量とに基づいて寿命を推定する寿命診断部とを有する 、
   ことを特徴とするモータの保持ブレーキの寿命判定システム。
2. 前記エンコーダ記憶部に記憶された前記累積回転量を継続して更新することを特徴とする請求項１に記載のモータの保持ブレーキの寿命判定システム。
3. モータのシャフトに設けられ、モータ制御装置により制御され摩擦力により前記シャフトを制動或いは、保持するモータの保持ブレーキの寿命判定システムにおけるモータの保持ブレーキ寿命判定装置であって、
   前記モータのエンコーダ内に設けられ前記保持ブレーキの寿命に関するパラメータ及びそれに基づく演算結果を記憶するエンコーダ記憶部から許容回転量と累積回転量とを取得して寿命診断する寿命診断部を有し、
   前記パラメータは、
   前記保持ブレーキの有無と、前記保持ブレーキの寿命を規定する許容回転量と、前記保持ブレーキが、モータシャフトを保持した状態の前記シャフトの回転量の累積である累積回転量と、を含むことを特徴とするモータの保持ブレーキ寿命判定装置。
4. モータのシャフトに設けられ、モータ制御装置により制御され摩擦力により前記シャフトを制動或いは、保持するモータの保持ブレーキの寿命判定システムにおけるモータの保持ブレーキ寿命判定方法であって、
   前記モータのエンコーダ内に設けられ前記保持ブレーキの寿命に関するパラメータ及びそれに基づく演算結果を記憶するエンコーダ記憶部から許容回転量と累積回転量とを取得して寿命診断する寿命診断ステップを有し、
   前記パラメータは、
   前記保持ブレーキの有無と、前記保持ブレーキの寿命を規定する許容回転量と、前記保持ブレーキが、モータシャフトを保持した状態の前記シャフトの回転量の累積である累積回転量と、を含むことを特徴とするモータの保持ブレーキ寿命判定方法。

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