電磁ブレーキ装置及びブレーキ用電源回路
【課題】大型クレーン等の巻上機に適用した場合であっても、点検や部品交換に伴う保守管理作業の負担を大幅に軽減することができ、かつ、ブレーキの動作速度を高速化することができる電磁ブレーキ装置及びブレーキ用電源回路を提供する。
【解決手段】ブレーキ用電源回路は、交流電源ＡＣが、電圧制御回路部３０及び急速減磁回路部４０を介して、ブレーキコイルＬ１１に接続されている。交流電源ＡＣの一端側が接続された端子ＮＡとブレーキコイルＬ１１の一端側が接続された端子ＮＣとの間には、電圧制御回路部３０を構成するサイリスタＳＣＲが設けられ、交流電源ＡＣの他端側が接続された端子ＮＢと端子ＮＣとの間には、ダイオードＤ１１と急速減磁回路部４０が直列に設けられている。急速減磁回路部４０は、切替スイッチＳＷ１１と放電抵抗Ｒ１１が並列に接続され、切替スイッチＳＷ１１は、ＩＧＢＴとＦＷＤが逆並列に接続されている。
【解決手段】ブレーキ用電源回路は、交流電源ＡＣが、電圧制御回路部３０及び急速減磁回路部４０を介して、ブレーキコイルＬ１１に接続されている。交流電源ＡＣの一端側が接続された端子ＮＡとブレーキコイルＬ１１の一端側が接続された端子ＮＣとの間には、電圧制御回路部３０を構成するサイリスタＳＣＲが設けられ、交流電源ＡＣの他端側が接続された端子ＮＢと端子ＮＣとの間には、ダイオードＤ１１と急速減磁回路部４０が直列に設けられている。急速減磁回路部４０は、切替スイッチＳＷ１１と放電抵抗Ｒ１１が並列に接続され、切替スイッチＳＷ１１は、ＩＧＢＴとＦＷＤが逆並列に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーンやエレベータの巻上機等に適用される電動機に付設される電磁ブレーキ装置、及び、当該電磁ブレーキ装置に適用可能なブレーキ用電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場やコンテナヤード等の大型クレーンや、ビル等に設置されるエレベータに適用される巻上機においては、停電等の予期しない電源遮断時に吊り上げた荷物や乗りかごが落下することを防ぐために電磁ブレーキ装置が採用されている。この種の電磁ブレーキ装置は、一般に、ブレーキコイルに通電しない状態では、電動機（モータ）の回転軸に取り付けられたブレーキハブやブレーキドラムに対して、スプリングの付勢力によりブレーキシューが押し付けられて、回転軸の回転を拘束する制動力が働くように構成されている。一方、電磁ブレーキ装置は、ブレーキコイルに通電した状態では、ブレーキコイルに発生する電磁力によりスプリングの付勢力に抗して、ブレーキシューを吸引してブレーキハブ等から離間させることにより、回転軸への制動力が開放（ブレーキが解除）されるように構成されている。
【０００３】
図１０は、従来技術における電磁ブレーキ装置に適用される電源回路の構成例を示す概略回路図である。
上述したような電磁ブレーキ装置に適用される電源回路は、例えば図１０（ａ）に示すように、商用の交流電源ＡＣに整流回路１１０を介してブレーキコイルＬ１１１を接続した構成が知られている。図１０（ａ）に示した整流回路１１０において、Ｄ１１１は半波整流用ダイオードであり、Ｄ１１２は還流用ダイオードである。このような電源回路は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
図１０（ａ）に示した電源回路においては、電動機の回転軸への制動力が開放された状態（ブレーキの解除状態）では、整流回路１１０における半波整流により生成される略一定の電流がブレーキコイルＬ１１１に継続的に供給される。ここで、大型クレーン等の巻上機に適用される電磁ブレーキ装置においては、回転軸への制動力を開放するためにブレーキ解除時に、大きなインダクタンスを持つブレーキコイルＬ１１１に大電流を流して強励磁状態にする必要がある。一方、一旦回転軸への制動力が開放された後においては、当該開放状態（ブレーキの解除状態）を保持するためにはブレーキコイルＬ１１１は弱励磁状態にあればよいので、上記のブレーキ解除時に比較して小さな電流をブレーキコイルＬ１１１に流せばよい。これに対して、上述した図１０（ａ）に示した電源回路においては、ブレーキ解除後の、当該解除状態の保持期間においても、ブレーキコイルＬ１１１に大電流が流れ続けるため、消費電流が増大して電力のロスが生じるという問題を有していた。
【０００５】
従来、このような問題を解決するために、例えば図１０（ｂ）に示すように、整流回路１２０にサイリスタＳＣＲを用いた構成が知られている。図１０（ｂ）に示した整流回路１２０において、Ｄ１２１は還流用ダイオードである。このような電源回路は、例えば特許文献２に開示されている。
【０００６】
図１０（ｂ）に示した電源回路においては、サイリスタＳＣＲの点弧位相を制御することにより、ブレーキ解除時とブレーキ解除状態の保持期間とで、ブレーキコイルＬ１２１に供給する電圧や電流を変化させる制御を行う。これにより、上述したようなブレーキ解除状態の保持期間における消費電流が削減されて電力ロスが低減される。
【０００７】
また、上述したような問題を解決するための他の構成としては、例えば図１０（ｃ）に示すように、整流回路１３０に、切替接点ＳＷ１３１と分圧抵抗Ｒ１３１が並列接続された回路部１３１を備えたものが知られている。図１０（ｃ）に示した整流回路１３０において、Ｄ１３１は半波整流用ダイオードであり、Ｄ１３２は還流用ダイオードである。このような電源回路は、例えば特許文献３に開示されている。
【０００８】
図１０（ｃ）に示した電源回路においては、回路部１３１の切替接点ＳＷ１３１の導通状態（オン、オフ状態）を制御することにより、ブレーキ解除時とブレーキ解除状態の保持期間とで、整流回路１３０への分圧抵抗Ｒ１３１の接続を切り替えて、ブレーキコイルＬ１２１に供給する電圧や電流を変化させる制御を行う。これにより、上述したようなブレーキ解除状態の保持期間における消費電流が削減されて電力ロスが低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３４９３５８号公報
【特許文献２】特開平０６−２００９６３号公報
【特許文献３】特開２００４−２６２５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献２や特許文献３に開示された電源回路を備えた電磁ブレーキ装置においては、特許文献１における電力ロスの問題を解決することができるが、これらの特許文献に開示された電源回路においては、次のような観点について考慮されていない。
【００１１】
すなわち、電磁ブレーキ装置においては、ブレーキコイルへの通電により、電動機の回転軸への制動力が開放（ブレーキが解除）されて、回転軸が回転し、一方、ブレーキコイルへの通電が遮断されると、回転軸への制動力が働き（ブレーキが動作して）、回転軸の回転が停止する。ここで、電磁ブレーキ装置において電源が遮断された場合であっても、ブレーキコイルの励磁状態が完全に消磁、又は、ある程度減磁されるまでには、ブレーキコイルのインダクタンスや巻線抵抗に基づく時定数に応じた所定時間が必要であった。このブレーキコイルの消磁や減磁に要する時間は、電磁ブレーキ装置の性能（ブレーキの動作速度）を規定するものであるため、極力短くすることが求められている。しかしながら、上述したような大型クレーン等の巻上機に適用される電磁ブレーキ装置の場合には、ブレーキコイルのインダクタンスが大きいため、上記消磁又は減磁のために、例えば０．５〜１秒程度の時間を必要としていた。
【００１２】
また、上述した特許文献３等に開示された電源回路においては、ブレーキコイルＬ１３１に供給する電圧や電流を制御するための回路部１３１の切替接点ＳＷ１３１として、リレー等の有接点スイッチが使用されている。ここで、有接点スイッチは、一般に、可動部の部品の消耗に伴う定期的な点検や部品交換を必要とする。しかしながら、上述したような大型クレーン等の巻上機は、一般に工場の天井部や屋外の高所等に設置されているため、その近傍に付設される電源回路の点検や修理等の保守管理作業を簡易かつ頻繁に行うことは困難であった。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、大型クレーン等の巻上機に適用した場合であっても、点検や部品交換に伴う保守管理作業の負担を大幅に軽減することができ、かつ、ブレーキの動作速度を高速化することができる電磁ブレーキ装置、及び、当該電磁ブレーキ装置に適用可能なブレーキ用電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、
原動機の回転軸への制動力を制御する電磁ブレーキ装置において、
前記回転軸の回転を拘束するための制動手段と、
前記制動手段による前記回転軸への制動力を開放するブレーキコイルと、
前記ブレーキコイルに電力を供給して、所定の励磁状態に設定する電源回路と、
を備え、
前記電源回路は、
少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを具備し、前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させる減磁手段を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電磁ブレーキ装置において、
前記減磁手段は、
前記ブレーキコイルへの前記電力の供給時には、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電磁ブレーキ装置において、
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁ブレーキ装置において、
前記電源回路は、
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電磁ブレーキ装置において、
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４記載の電磁ブレーキ装置において、
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の電磁ブレーキ装置において、
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、
電磁ブレーキ装置を駆動するための電力を供給するブレーキ用電源回路において、
ブレーキの開放状態から該ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキを開放させるブレーキコイルの励磁状態を減衰させる減磁手段を備え、
前記減磁手段は、少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを有し、前記ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させることを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項８記載のブレーキ用電源回路において、
前記減磁手段は、
前記ブレーキの開放状態においては、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキの動作状態への移行時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載のブレーキ用電源回路において、
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項８乃至１０のいずれかに記載のブレーキ用電源回路において、
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のブレーキ用電源回路において、
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載のブレーキ用電源回路において、
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載のブレーキ用電源回路において、
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、大型クレーン等の巻上機に適用した場合であっても、点検や部品交換に伴う保守管理作業の負担を大幅に軽減することができ、かつ、ブレーキの動作速度を高速化することができる電磁ブレーキ装置及びブレーキ用電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る電磁ブレーキ装置を適用した電動機ユニットの概略構成の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第１の実施形態を示す回路構成図である。
【図３】第１の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図である。
【図４】第１の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。
【図５】第１の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【図６】本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第２の実施形態を示す回路構成図である。
【図７】第２の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図である。
【図８】第２の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。
【図９】第２の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【図１０】従来技術における電磁ブレーキ装置に適用される電源回路の構成例を示す概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る電磁ブレーキ装置及びブレーキ用電源回路について、実施形態を示して詳しく説明する。
（電動機ユニット）
まず、本発明に係る電磁ブレーキ装置を適用した電動機ユニットの概略構成について説明する。なお、以下に示す電動機ユニットの構成は一例であって、本発明に係る電磁ブレーキ装置の適用対象は、これに限定されるものではない。
【００２５】
図１は、本発明に係る電磁ブレーキ装置を適用した電動機ユニットの概略構成の一例を示す斜視図である。図１（ａ）は、電動機に電磁ブレーキ装置が組み付けられた電動機ユニットの全体構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電動機ユニットにおける、電動機と電磁ブレーキ装置の組み付け構造を示す斜視図である。
【００２６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、電動機ユニット１は、大別して、電動機（モータ）１０と、電磁ブレーキ装置２０と、図示を省略した制御回路及び電源回路を有している。
電動機１０は、概略、電動機本体１１と、ブレーキドラム１３と、端子箱１４と、を有している。
【００２７】
電動機本体１１は、周知の商用の交流電源から供給される電力により回転する回転軸１２を備えている。ブレーキドラム１３は、回転軸１２の一端側（図面左端）に取り付けられ、回転軸１２の回転に応じて、円周方向に回転する円筒状の側面１３ｓを有している。端子箱１４は、例えば電動機本体１１の側部に設けられ、電動機本体１１に上記交流電源からの電力を供給するための配線（図示を省略）が接続される。
【００２８】
電磁ブレーキ装置２０は、ブレーキ基部２１上に、概略、ブレーキシュー２２と、ブレーキ用バネ２３と、ブレーキコイル２４と、アーム２５と、端子箱２６と、を有している。ここで、ブレーキシュー２２とブレーキ用バネ２３は、本発明における制動手段に対応する。また、図１に示した電磁ブレーキ装置２０の近傍には、図示を省略した制御回路及び電源回路が設置されている。
【００２９】
ブレーキシュー２２は、上記電動機１０の回転軸１２に取り付けられたブレーキドラム１３の側面１３ｓに対向するとともに、当該ブレーキドラム１３を挟み込むように一対設けられている。ブレーキ用バネ２３は、アーム２５を介して、各ブレーキシュー２２をブレーキドラム１３の側面１３ｓ方向に押し付ける付勢力を発生する。ブレーキコイル２４は、上記ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力に抗して、各ブレーキシュー２２をブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間させる吸引力を発生する。端子箱２６は、ブレーキコイル２４に後述する電源回路からの電力を供給するための配線（図示を省略）が接続される。
【００３０】
このような電磁ブレーキ装置２０において、ブレーキコイル２４に通電されていない状態では、ブレーキ用バネ２３の圧縮力（圧縮に対する反発力）によりアーム２５が押し縮められて、各ブレーキシュー２２がブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられ、回転軸１２の回転を拘束する制動力が働く。一方、ブレーキコイル２４に通電された状態では、ブレーキ用バネ２３の圧縮力に抗してアーム２５が押し広げられて、各ブレーキシュー２２がブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間して、回転軸１２の回転を拘束する制動力が開放される。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
（ブレーキ用電源回路）
次に、上述した電磁ブレーキ装置に適用可能なブレーキ用電源回路の第１の実施形態について説明する。
図２は、本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第１の実施形態を示す回路構成図である。
【００３２】
本実施形態に係るブレーキ用電源回路は、図２に示すように、概略、商用の交流電源ＡＣが、電圧制御回路部（電圧制御手段）３０及び急速減磁回路部（減磁手段）４０を介して、ブレーキコイルＬ１１に接続されている。電圧制御回路部３０は、サイリスタＳＣＲとダイオードＤ１１を備えている。また、急速減磁回路部４０は、切替スイッチＳＷ１１と放電抵抗（抵抗素子）Ｒ１１を備えている。ここで、ブレーキコイルＬ１１は、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキコイル２４に対応する。
【００３３】
具体的には、図２に示すように、商用の交流電源ＡＣは、一端側が端子ＮＡに接続され、他端側が端子ＮＢに接続されている。また、ブレーキコイルＬ１１は、一端側が端子ＮＣに接続され、他端側が端子ＮＤに接続されている。ここで、端子ＮＣ、ＮＤは、図１に示した端子箱２６に対応する。
【００３４】
端子ＮＡと端子ＮＣの間には、交流電源ＡＣからの電圧成分を点弧位相制御するためのサイリスタＳＣＲが設けられている。サイリスタＳＣＲは、アノード（Ａ）が端子ＮＡに接続され、カソード（Ｋ）が端子ＮＣ側に接続されている。サイリスタＳＣＲのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。
【００３５】
端子ＮＤ（又は、端子ＮＢ）と端子ＮＣの間には、ダイオードＤ１１と急速減磁回路部４０が直列に設けられている。ダイオードＤ１１は、上述したサイリスタＳＣＲと組み合わさることにより交流電源ＡＣからの電圧成分（交流電圧成分）を半波整流する整流手段として機能する。ダイオードＤ１１は、アノードが端子ＮＤ（又は、端子ＮＢ）に接続され、カソードが接点Ｎ１１に接続されている。急速減磁回路部４０は、接点Ｎ１１と端子ＮＣの間に、切替スイッチＳＷ１１と放電抵抗Ｒ１１が並列に接続されている。切替スイッチＳＷ１１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；無接点スイッチング素子）と、負荷電流を転流させるためのフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）が逆並列に接続されている。すなわち、接点Ｎ１１には、ＩＧＢＴのコレクタ（Ｃ）とＦＷＤのカソードが接続され、端子ＮＣには、ＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）とＦＷＤのアノードが接続されている。なお、ＩＧＢＴのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。
【００３６】
（ブレーキ制御動作）
次に、上述した回路構成を有するブレーキ用電源回路における制御動作について説明する。
図３は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図であり、図４は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。また、図５は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【００３７】
まず、図２に示したブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給されていない状態（非通電時）においては、ブレーキコイルＬ１１が励磁されていない状態（非励磁状態）であるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２は、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、電動機１０側のブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、電動機１０の回転軸１２が拘束された制動状態（ブレーキ動作状態）を維持する。
【００３８】
一方、ブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給された状態（通電時）においては、（１）当該電力が供給された直後のブレーキ解除時と、（２）当該ブレーキ解除状態を保持する期間（ブレーキ解除状態保持期間）において、各々、以下のような制御動作が実行される。さらに、本実施形態においては、ブレーキ用電源回路が上記（１）、（２）の通電状態から再び非通電状態となった場合に、以下のような（３）ブレーキ動作時の制御動作が実行される。
【００３９】
（１）ブレーキ解除時
ブレーキ解除時においては、まず、図３中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、図２に示した急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加することにより、ＩＧＢＴをオン動作させる。この状態で、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分（図３中の「交流電源電圧波形」）のうち、正の電圧成分（整流電圧）が供給される任意のタイミングｔａで、電圧制御回路部３０のサイリスタＳＣＲを点弧させることにより、図３中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分（励磁電圧）に基づく高電圧をブレーキコイルＬ１１に供給する。
【００４０】
ここで、電圧制御回路部３０のサイリスタＳＣＲを点弧させるタイミングｔａは、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分のうち、所定の高電圧がブレーキコイルＬ１１に供給されて、当該ブレーキコイルＬ１１が強励磁状態に設定されるように位相制御される。具体的には、図３中の「サイリスタ点弧位相制御」に示すように、交流電源ＡＣからの電圧成分において、１サイクルの正弦波形を規定する時間ｔ１１〜ｔ１２〜ｔ１３のうち、正の電圧となる時間ｔ１１〜ｔ１２の初期の任意のタイミング（時間ｔ１１寄りの任意のタイミング）ｔａで、サイリスタＳＣＲを点弧させるように設定される。これにより、サイリスタＳＣＲはフル導通するため、図３中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分に基づいて、ブレーキコイルＬ１１に正の高電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ１１に図３中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような大電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ１１が強励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ１１が強励磁状態に設定されると、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力に抗して、ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されて、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）される。
【００４１】
なお、タイミングｔａで点呼したサイリスタＳＣＲは、周知の通り、交流電源ＡＣから供給される電圧成分が正の電圧成分を有し、アノード（Ａ）からカソード（Ｋ）に順方向の電流が流れている期間（時間ｔａ〜ｔ１２）のみオン動作を持続し、交流電源ＡＣから負の電圧成分が供給されて、カソード（Ｋ）からアノード（Ａ）に逆方向の電流が流れた時点（概ね時間ｔ１２）でオフ動作する。
【００４２】
（２）ブレーキ解除状態保持期間
ブレーキ解除状態保持期間においては、図４中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、上述したブレーキ解除時と同様に、急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加してＩＧＢＴをオン動作させた状態で、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分（図４中の「交流電源電圧波形」）のうち、正の電圧成分が供給される任意のタイミングｔｂでサイリスタＳＣＲを点弧させることにより、図４中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分に基づく低電圧をブレーキコイルＬ１１に供給する。
【００４３】
ここで、電圧制御回路部３０のサイリスタＳＣＲを点弧させるタイミングｔｂは、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分のうち、所定の低電圧がブレーキコイルＬ１１に供給されて、当該ブレーキコイルＬ１１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態に設定されるように位相制御される。具体的には、図４中の「サイリスタ点弧位相制御」に示すように、交流電源ＡＣからの電圧成分において、１サイクルの正弦波形を規定する時間ｔ２１〜ｔ２２〜ｔ２３のうち、正の電圧となる時間ｔ２１〜ｔ２２の終期の任意のタイミング（時間ｔ２２寄りの任意のタイミング）ｔｂで、サイリスタＳＣＲを点弧させるように設定される。これにより、サイリスタＳＣＲは限定的に導通するため、図４中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分に基づいて、ブレーキコイルＬ１１に正の低電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ１１に図４中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような小電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ１１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ１１が上述したように強励磁状態に設定されたのち、所定の弱励磁状態に設定されると、一旦ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されたブレーキシュー２２はその状態を保持するので、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）された状態が維持される。
【００４４】
なお、タイミングｔｂで点呼したサイリスタＳＣＲは、上述したように、アノード（Ａ）からカソード（Ｋ）に順方向の電流が流れている期間（時間ｔｂ〜ｔ２２）のみオン動作を持続し、カソード（Ｋ）からアノード（Ａ）に逆方向の電流が流れた時点（概ね時間ｔ２２）でオフ動作する。
【００４５】
（３）ブレーキ動作時
ブレーキ動作時においては、上述したブレーキ解除状態保持期間において、ブレーキ操作により、あるいは、停電等により、図５中の「交流電源電圧波形」に示すように、交流電源ＡＣから供給される電力が任意のタイミングｔｃで遮断される。このとき、交流電源ＡＣからの電力の遮断に同期して、図５中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のゲート（Ｇ）にＯＦＦ電圧を印加してＩＧＢＴをオフ動作させて、切替スイッチＳＷ１１に並列に接続された放電抵抗Ｒ１１の配線経路を有効にする。
【００４６】
このように、急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１（すなわち、ＩＧＢＴ）がオフ動作されると、図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、ブレーキコイルＬ１１に流れる電流に急激な変化が生じて、図５中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような逆電圧Ｖｅが発生する。この逆電圧Ｖｅは、次の（１１）式で表される。そして、このときの放電時定数Ｔｃは、（１２）式で表される。（１１）、（１２）式において、ＬはブレーキコイルＬ１１のインダクタンスであり、ＲＬはブレーキコイルＬ１１の巻線抵抗であり、ＲＢは外部接続する放電抵抗Ｒ１１である。
【００４７】
【数１】
【００４８】
ここで、本実施形態におけるブレーキ動作時（電源遮断時）のブレーキコイル電流と、図２に示した回路構成において急速減磁回路部４０（又は、放電抵抗Ｒ１１）を備えていない電源回路（以下、便宜的に「比較例」と記す）におけるブレーキコイル電流の挙動（放電特性）とを比較する。図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示した点線ＣＥは、比較例となる電源回路において、電源遮断後にブレーキコイルに流れる電流の変化を示すものである。なお、比較例となる電源回路は、図１０（ｂ）に示した電源回路の回路構成に対応する。
【００４９】
比較例となる電源回路において、上述したようなブレーキ動作により交流電源ＡＣからの電力の供給が遮断された場合の放電時定数Ｔｃは、次の（１３）式で表される。
【００５０】
【数２】
【００５１】
この場合のブレーキコイル電流の放電特性は、図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示した点線ＣＥのように、タイミングｔｃで電源が遮断されたのち、上記（１３）式で表される放電時定数Ｔｃに基づいて徐々に放電が進んで電流値が低下し、タイミングｔｅで放電が完了してブレーキコイルに流れる電流がゼロになる。ここで、比較例となる電源回路においては、放電時定数Ｔｃを規定する抵抗成分がブレーキコイルの巻線抵抗ＲＬのみであるため、放電時定数Ｔｃの値が相対的に大きくなる。そのため、放電時間（タイミングｔｃ〜ｔｅ間の時間）が、例えば０．５〜１秒程度を要する場合がある。
【００５２】
これに対して、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においては、電源遮断時（タイミングｔｃ）に急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のＩＧＢＴをオフ動作させることにより、放電抵抗Ｒ１１の配線経路が有効にされる。これにより、上記（１２）式で表されるように、放電時定数Ｔｃを規定する抵抗成分が、ブレーキコイルの巻線抵抗ＲＬと放電抵抗Ｒ１１（＝ＲＢ）の和（ＲＬ＋ＲＢ）となるので、放電時定数Ｔｃの値を上述した比較例となる電源回路の場合（（１３）式）に比較して小さく設定することができる。すなわち、本実施形態によれば、図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、電源が遮断されたタイミングｔｃから放電が完了するタイミングｔｄまでの放電時間を、比較例となる電源回路に比較して、タイミングｔｄ〜ｔｅ間の時間Ｔdifだけ短縮することができる。
【００５３】
このように、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においては、電源遮断直後にブレーキコイルＬ１１に流れる電流を短時間で放電して、その励磁状態を急速に減衰（すなわち、残留磁束を急激に減磁又は消磁）させることができるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、ブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、電動機１０の回転軸１２の回転が略瞬時に拘束されて制動状態（ブレーキ動作状態）に移行する。すなわち、本実施形態によれば、ブレーキの動作速度を向上させることができる。
【００５４】
また、上述したように、本実施形態によれば、ブレーキ解除直後においては、ブレーキコイルＬ１１に大電流を供給して強励磁状態に設定することにより、ブレーキシュー２２が迅速に吸引されて回転軸１２への制動力が開放され、また、その後のブレーキ解除状態保持期間においては、ブレーキコイルＬ１１に小電流を供給して所定の弱励磁状態に設定することにより、当該ブレーキ解除状態が維持されるので、ブレーキ解除中の消費電流を削減して電力ロスを低減することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態によれば、ブレーキ用電源回路に設けられる切替スイッチＳＷ１１として、リレー等の有接点スイッチではなく、ＩＧＢＴ等の無接点スイッチを使用している。これにより、有接点スイッチを使用した場合に必須となる、可動部の部品の消耗に伴う点検や部品交換等の保守管理作業を行う必要がなくなる、又は、その頻度を大幅に削減することができる。また、サイリスタやＩＧＢＴを使用してブレーキ用電源回路を構成することにより、大電力に対する耐圧を高めることができるので、部品の故障修理等の保守管理作業の頻度を削減することもできる。したがって、本実施形態に係るブレーキ用電源回路を備えた電動機ユニットを、工場の大型クレーン等の巻上機のように保守管理作業が困難な場所に設置した場合であっても、保守管理作業の負担を軽減しつつ、長期にわたり良好に電磁ブレーキ装置を動作させることができる。
【００５６】
加えて、本実施形態に係るブレーキ用電源回路によれば、図２に示したように、サイリスタＳＣＲのカソード（Ｋ）と、切替スイッチＳＷ１１のＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）が共通の配線又は接点に接続された回路構成を有している。これにより、サイリスタＳＣＲとＩＧＢＴのゲート（Ｇ）に制御電圧を供給する各ゲート回路の回路電源を共通化することができるので、当該回路電源を簡易かつ安価に構成することができる。
【００５７】
＜第２の実施形態＞
（ブレーキ用電源回路）
次に、本発明に係るブレーキ用電源回路の第２の実施形態について説明する。
【００５８】
上述した第１の実施形態においては、サイリスタＳＣＲを備えた電圧制御回路部３０と、ＩＧＢＴからなる切替スイッチＳＷ１１を備えた急速減磁回路部４０を使用してブレーキ用電源回路を構成することにより、ブレーキ解除時に交流電源ＡＣからの電圧成分を点弧位相制御してブレーキコイルＬ１１の励磁状態を制御するとともに、ブレーキ動作時に急速減磁する場合について説明した。第２の実施形態においては、電圧制御回路部にサイリスタを使用することなく、ＩＧＢＴを使用した回路構成により、ブレーキコイルに最適な電圧を安定的に供給することを特徴とする。
【００５９】
図６は、本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第２の実施形態を示す回路構成図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同等の符号を付して説明する。
【００６０】
本実施形態に係るブレーキ用電源回路は、図６に示すように、概略、商用の交流電源ＡＣが、整流回路部（整流手段）５０、電圧制御回路部（電圧制御手段）６０及び急速減磁回路部（減磁手段）７０を介して、ブレーキコイルＬ２１に接続されている。整流回路部５０は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４を備え、交流電源ＡＣからの電圧成分を全波整流する。また、電圧制御回路部６０は、電圧制御スイッチＳＷ２１とダイオードＤ２５を備えている。急速減磁回路部７０は、切替スイッチＳＷ２２と放電抵抗Ｒ２１を備えている。ここで、ブレーキコイルＬ２１は、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキコイル２４に対応する。
【００６１】
具体的には、図６に示すように、上述した第１の実施形態と同様に、商用の交流電源ＡＣの一端側が端子ＮＡに接続され、他端側が端子ＮＢに接続され、また、ブレーキコイルＬ２１の一端側が端子ＮＣに接続され、他端側が端子ＮＤに接続されている。
【００６２】
端子ＮＡと接点Ｎ２１の間には、ダイオードＤ２１が設けられ、端子ＮＡと接点Ｎ２２の間には、ダイオードＤ２３が設けられている。また、端子ＮＢと接点Ｎ２１の間には、ダイオードＤ２２が設けられ、端子ＮＢと接点Ｎ２２の間には、ダイオードＤ２４が設けられている。ダイオードＤ２１は、アノードが端子ＮＡに接続され、カソードが接点Ｎ２１に接続されている。ダイオードＤ２２は、アノードが端子ＮＢに接続され、カソードが接点Ｎ２１に接続されている。ダイオードＤ２３は、アノードが接点Ｎ２２に接続され、カソードが端子ＮＡに接続されている。ダイオードＤ２４は、アノードが接点Ｎ２２に接続され、カソードが端子ＮＢに接続されている。
【００６３】
接点Ｎ２１と接点Ｎ２３の間には、電圧制御回路部６０を構成する電圧制御スイッチＳＷ２１が設けられている。電圧制御スイッチＳＷ２１は、ＩＧＢＴ（無接点スイッチング素子）とＦＷＤが逆並列に接続されている。すなわち、接点Ｎ２１には、ＩＧＢＴのコレクタ（Ｃ）とＦＷＤのカソードが接続され、接点Ｎ２３には、ＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）とＦＷＤのアノードが接続されている。なお、ＩＧＢＴのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。また、接点Ｎ２２と接点Ｎ２３の間には、ダイオードＤ２５が設けられている。ダイオードＤ２５は、アノードが接点Ｎ２２に接続され、カソードが接点Ｎ２３に接続されている。
【００６４】
接点Ｎ２３と端子ＮＣの間には、急速減磁回路部７０が設けられている。急速減磁回路部７０は、接点Ｎ２３と端子ＮＣの間に、切替スイッチＳＷ２２と放電抵抗Ｒ２１が並列に接続されている。切替スイッチＳＷ２２は、ＩＧＢＴ（無接点スイッチング素子）とＦＷＤが逆並列に接続されている。すなわち、接点Ｎ２３には、ＩＧＢＴのコレクタ（Ｃ）とＦＷＤのカソードが接続され、端子ＮＣには、ＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）とＦＷＤのアノードが接続されている。なお、ＩＧＢＴのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。
【００６５】
（ブレーキ制御動作）
次に、上述した回路構成を有するブレーキ用電源回路における制御動作について説明する。ここで、上述した第１の実施形態と同等の制御動作については、その説明を簡略化する。
【００６６】
図７は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図であり、図８は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。また、図９は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【００６７】
まず、図６に示したブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給されていない状態（非通電時）においては、上述した第１の実施形態と同様に、ブレーキコイルＬ２１が励磁されていない状態（非励磁状態）であるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２は、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、電動機１０のブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、回転軸１２が拘束された制動状態（ブレーキ動作有効状態）を維持する。
【００６８】
一方、ブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給された状態（通電時）、及び、通電状態から再び非通電状態となった場合においては、上述した第１の実施形態と同様の（１）ブレーキ解除時と、（２）ブレーキ解除状態保持期間と、（３）ブレーキ動作時において、各々、以下のような制御動作が実行される。
【００６９】
（１）ブレーキ解除時
ブレーキ解除時においては、図７中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、図６に示した電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１をパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）方式で動作制御することにより、図７中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に供給する電圧成分を設定する。また、図７中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加することにより、ＩＧＢＴをオン動作させる。
【００７０】
そして、このような設定状態において、まず、図７中の「交流電源電圧波形」及び「整流後電圧波形」に示すように、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分（交流電圧成分）が、整流回路部５０により全波整流される。次いで、図７中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１のゲート（Ｇ）に対して、ＰＷＭ制御されたＯＮ電圧を印加することにより、ＩＧＢＴを断続的にオン動作させる。ここで、本実施形態においては、交流電源ＡＣから供給される電圧成分の周波数に対して、電圧制御スイッチＳＷ２１を、例えば１０倍以上の周波数でＰＷＭ制御する。具体的には、図７中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、時間ｔ１１〜ｔ１３の交流電源ＡＣからの電圧成分の電圧波形の１周期中に、１０周期以上のパルス信号を設定して、電圧制御スイッチＳＷ２１のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加する。また、このブレーキ解除時においては、各パルス信号の幅（ＯＮ電圧となるパルス幅）Ｔpaを、例えば当該パルス信号の周期と同等、もしくは、それに近似する時間幅（例えばパルス周期の８０〜１００％）になるようにデューティ比を設定する。
【００７１】
これにより、図７中の「整流後電圧波形」及び「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、整流回路部５０により全波整流された電圧成分（整流電圧）と略同等（例えばデューティ比８０〜１００％）の電圧成分が、電圧制御回路部６０及び急速減磁回路部７０を介して、ブレーキコイルＬ２１に印加される。このとき、図７中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に印加される実質電圧（励磁電圧）Ｖｃは、略均一な高電圧に設定される。
【００７２】
このように、高いデューティ比で電圧制御回路部６０（電圧制御スイッチＳＷ２１）をＰＷＭ制御することにより、ブレーキコイルＬ２１に正の高電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ２１に図７中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような大電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ２１が強励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ２１が強励磁状態に設定されると、電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力に抗して、ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されて、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）される。
【００７３】
（２）ブレーキ解除状態保持期間
ブレーキ解除状態保持期間においては、図８中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、上述したブレーキ解除時とは異なるデューティ比で、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御するとともに、図８中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、上述したブレーキ解除時と同様に、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加してＩＧＢＴをオン動作させる。ここで、ブレーキ解除状態保持期間においては、電圧制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御する際の、各パルス信号の幅（パルス幅）Ｔpbが、上述したブレーキ解除時のパルス幅Ｔpaよりも小さい時間幅（例えばパルス周期の１０〜３０％）になるようにデューティ比を設定する。
【００７４】
これにより、図８中の「整流後電圧波形」及び「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、整流回路部５０により全波整流された電圧成分の一部分（例えばデューティ比１０〜３０％）の電圧成分が、電圧制御回路部６０及び急速減磁回路部７０を介して、ブレーキコイルＬ２１に印加される。このとき、図８中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に印加される実質電圧Ｖｃは、略均一な低電圧に設定される。
【００７５】
このように、低いデューティ比で電圧制御回路部６０（電圧制御スイッチＳＷ２１）をＰＷＭ制御することにより、ブレーキコイルＬ２１に正の低電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ２１に図８中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような小電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ２１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ２１が上述したように強励磁状態に設定されたのち、所定の弱励磁状態に設定されると、一旦ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されたブレーキシュー２２はその状態を保持するので、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）された状態が維持される。このように、ブレーキ解除状態保持期間において、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御する際のデューティ比は、ブレーキコイルＬ２１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態を実現することができる程度の電圧成分（低電圧）が、ブレーキコイルＬ２１に印加されるように適宜設定される。
【００７６】
（３）ブレーキ動作時
ブレーキ動作時においては、上述したブレーキ解除状態保持期間において、ブレーキ操作により、あるいは、停電等により、図９中の「交流電源電圧波形」に示すように、交流電源ＡＣから供給される電力が任意のタイミングｔｃで遮断される。このとき、交流電源ＡＣからの電力の遮断に同期して、図９中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１、及び、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２の各ゲート（Ｇ）にＯＦＦ電圧を印加して各ＩＧＢＴをオフ動作させる。これにより、急速減磁回路部７０において、切替スイッチＳＷ２２に並列に接続された放電抵抗Ｒ２１の配線経路を有効にする。
【００７７】
このように、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２（すなわち、ＩＧＢＴ）がオフ動作されると、上述した第１の実施形態と同様に、図９中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に流れる電流に急激な変化が生じて、図９中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような逆電圧Ｖｅが発生する。この逆電圧Ｖｅは、上記（１１）式で表される。また、このときの放電時定数Ｔｃは、上記（１２）式で表される。
【００７８】
したがって、上述した第１の実施形態と同様に、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においては、電源遮断時（タイミングｔｃ）に急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２のＩＧＢＴをオフ動作させて、放電抵抗Ｒ２１の配線経路を有効にすることにより、上記（１２）式で表された放電時定数Ｔｃに基づいて、ブレーキコイルＬ２１の放電時間が設定される。ここで、本実施形態における放電時定数Ｔｃ（上記（１２）式）は、急速減磁回路部７０（又は、放電抵抗Ｒ２１）を備えていない電源回路における放電時定数Ｔｃ（上記（１３）式）に比較して小さく設定することができるので、本実施形態によれば、図９中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、電源が遮断されたタイミングｔｃから放電が完了するタイミングｔｄまでの放電時間を、急速減磁回路部７０（又は、放電抵抗Ｒ２１）を備えていない電源回路における放電時間（図９中の「ブレーキコイル電流波形」に示した点線ＣＥの放電完了タイミングｔｅ）に比較して、時間Ｔdifだけ短縮することができる。
【００７９】
このように、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においても、上述した第１の実施形態と同様に、電源遮断後にブレーキコイルＬ２１に流れる電流を短時間で放電して、その励磁状態を急速に減衰（すなわち、残留磁束を急激に減磁又は消磁）させることができるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、ブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、電動機１０の回転軸１２の回転が略瞬時に拘束されて制動状態（ブレーキ動作状態）に移行する。すなわち、本実施形態においても、ブレーキの動作速度を向上させることができる。
【００８０】
また、本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、ブレーキ解除直後に、ブレーキコイルＬ２１が強励磁状態に設定されることにより、回転軸１２への制動力が開放され、また、その後のブレーキ解除状態保持期間に、ブレーキコイルＬ２１が所定の弱励磁状態に設定されることにより、当該ブレーキ解除状態が維持されるので、ブレーキ解除中の消費電流を削減して電力ロスを低減することができる。
【００８１】
さらに、本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、ブレーキ用電源回路に設けられる電圧制御スイッチＳＷ２１及び切替スイッチＳＷ２２として、リレー等の有接点スイッチではなく、ＩＧＢＴ等の無接点スイッチを使用しているので、可動部の部品の消耗に伴う保守管理作業を軽減することができる。また、ＩＧＢＴを使用してブレーキ用電源回路の電圧制御回路部６０及び急速減磁回路部７０を構成することにより、大電力に対する耐圧を高めることができるので、部品の故障修理等の保守管理作業の頻度を削減することもできる。したがって、本実施形態に係るブレーキ用電源回路を備えた電動機ユニットを、工場の大型クレーン等の巻上機のように保守管理作業が困難な場所に設置した場合であっても、保守管理作業の負担を軽減しつつ、長期にわたり良好に電磁ブレーキ装置を動作させることができる。
【００８２】
加えて、本実施形態に係るブレーキ用電源回路によれば、電圧制御回路部６０の電源制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御することにより、ブレーキコイルＬ２１に印加される実質電圧Ｖｃを略一定に制御することができるので、ブレーキコイルＬ２１にリップルの少ない電流を流すことができる。したがって、このときのブレーキコイルＬ２１に印加される電圧（端子ＮＣの電圧）の値を適切に制御することにより、交流電源ＡＣの電源周波数や電圧変動に影響されることなく、ブレーキコイルＬ２１に略一定の電圧を供給して、安定した励磁状態を実現することができる。
【００８３】
すなわち、図２や図１０（ｂ）に示したように、サイリスタを使用してブレーキコイルに印加される電圧を制御する電源回路においては、商用の交流電源の電源周波数である５０Ｈｚと６０Ｈｚに対応するために、電源周波数に応じて回路機能を切り替えるための切替回路を別個に設けたり、その切替操作を行う必要がある。また、一般的な電源回路においては、交流電源ＡＣに電圧変動が生じると、その変動が出力電圧（すなわち、ブレーキコイルに印加される電圧）に影響を与える問題を有している。
【００８４】
これに対して、本実施形態においては、上述したように、電圧制御回路部６０においてＰＷＭ制御を行い、ブレーキコイルＬ２１に印加される電圧を任意の値に制御することができる。したがって、本実施形態によれば、電源周波数の切替回路を設けたり、その切替操作を行うことなく、商用電源の周波数の違いに対応することができ、ブレーキコイルＬ２１に略一定の電圧を供給することができる。また、本実施形態により生成される略一定の電圧をフィードバックして、電圧制御回路部６０における電圧制御に取り込むことにより、交流電源ＡＣの電圧変動に関わらず、ブレーキコイルに常時最適な電圧を供給することができる。
【００８５】
なお、本実施形態においては、ブレーキ用電源回路の回路構成例として、図６に示したように、電圧制御回路部６０を構成する電圧制御スイッチＳＷ２１、及び、急速減磁回路部７０を構成する切替スイッチＳＷ２２を、説明の都合上、ＩＧＢＴを備えた個別のスイッチング部品として示した。本発明の回路構成は、これに限定されるものではなく、上記の個別の部品に替えて、少なくとも、これらのスイッチＳＷ２１及びＳＷ２２を含む回路素子及び接続配線が１つのパッケージに収納されたＩＰＭ（Intelligent Power Module）と呼ばれる電子部品を適用するものであってもよい。これによれば、回路構成のモジュール化による利便性の向上や接続配線の短縮によるインピーダンスの低下、装置構成の小型化や信頼性の向上等、種々の効果に寄与することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 電動機ユニット
１０ 電動機
１１ 電動機本体
１２ 回転軸
１３ ブレーキドラム
２０ 電磁ブレーキ装置
２２ ブレーキシュー
２３ ブレーキ用バネ
２４ ブレーキコイル
３０ 電圧制御回路部
４０ 急速減磁回路部
５０ 整流回路部
６０ 電圧制御回路部
７０ 急速減磁回路部
ＡＣ 交流電源
Ｌ１１、Ｌ２１ ブレーキコイル
ＳＣＲ サイリスタ
ＳＷ１１、ＳＷ２２ 切替スイッチ
ＳＷ２１ 電圧制御スイッチ
Ｒ１１、Ｒ２１ 放電抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーンやエレベータの巻上機等に適用される電動機に付設される電磁ブレーキ装置、及び、当該電磁ブレーキ装置に適用可能なブレーキ用電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場やコンテナヤード等の大型クレーンや、ビル等に設置されるエレベータに適用される巻上機においては、停電等の予期しない電源遮断時に吊り上げた荷物や乗りかごが落下することを防ぐために電磁ブレーキ装置が採用されている。この種の電磁ブレーキ装置は、一般に、ブレーキコイルに通電しない状態では、電動機（モータ）の回転軸に取り付けられたブレーキハブやブレーキドラムに対して、スプリングの付勢力によりブレーキシューが押し付けられて、回転軸の回転を拘束する制動力が働くように構成されている。一方、電磁ブレーキ装置は、ブレーキコイルに通電した状態では、ブレーキコイルに発生する電磁力によりスプリングの付勢力に抗して、ブレーキシューを吸引してブレーキハブ等から離間させることにより、回転軸への制動力が開放（ブレーキが解除）されるように構成されている。
【０００３】
図１０は、従来技術における電磁ブレーキ装置に適用される電源回路の構成例を示す概略回路図である。
上述したような電磁ブレーキ装置に適用される電源回路は、例えば図１０（ａ）に示すように、商用の交流電源ＡＣに整流回路１１０を介してブレーキコイルＬ１１１を接続した構成が知られている。図１０（ａ）に示した整流回路１１０において、Ｄ１１１は半波整流用ダイオードであり、Ｄ１１２は還流用ダイオードである。このような電源回路は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
図１０（ａ）に示した電源回路においては、電動機の回転軸への制動力が開放された状態（ブレーキの解除状態）では、整流回路１１０における半波整流により生成される略一定の電流がブレーキコイルＬ１１１に継続的に供給される。ここで、大型クレーン等の巻上機に適用される電磁ブレーキ装置においては、回転軸への制動力を開放するためにブレーキ解除時に、大きなインダクタンスを持つブレーキコイルＬ１１１に大電流を流して強励磁状態にする必要がある。一方、一旦回転軸への制動力が開放された後においては、当該開放状態（ブレーキの解除状態）を保持するためにはブレーキコイルＬ１１１は弱励磁状態にあればよいので、上記のブレーキ解除時に比較して小さな電流をブレーキコイルＬ１１１に流せばよい。これに対して、上述した図１０（ａ）に示した電源回路においては、ブレーキ解除後の、当該解除状態の保持期間においても、ブレーキコイルＬ１１１に大電流が流れ続けるため、消費電流が増大して電力のロスが生じるという問題を有していた。
【０００５】
従来、このような問題を解決するために、例えば図１０（ｂ）に示すように、整流回路１２０にサイリスタＳＣＲを用いた構成が知られている。図１０（ｂ）に示した整流回路１２０において、Ｄ１２１は還流用ダイオードである。このような電源回路は、例えば特許文献２に開示されている。
【０００６】
図１０（ｂ）に示した電源回路においては、サイリスタＳＣＲの点弧位相を制御することにより、ブレーキ解除時とブレーキ解除状態の保持期間とで、ブレーキコイルＬ１２１に供給する電圧や電流を変化させる制御を行う。これにより、上述したようなブレーキ解除状態の保持期間における消費電流が削減されて電力ロスが低減される。
【０００７】
また、上述したような問題を解決するための他の構成としては、例えば図１０（ｃ）に示すように、整流回路１３０に、切替接点ＳＷ１３１と分圧抵抗Ｒ１３１が並列接続された回路部１３１を備えたものが知られている。図１０（ｃ）に示した整流回路１３０において、Ｄ１３１は半波整流用ダイオードであり、Ｄ１３２は還流用ダイオードである。このような電源回路は、例えば特許文献３に開示されている。
【０００８】
図１０（ｃ）に示した電源回路においては、回路部１３１の切替接点ＳＷ１３１の導通状態（オン、オフ状態）を制御することにより、ブレーキ解除時とブレーキ解除状態の保持期間とで、整流回路１３０への分圧抵抗Ｒ１３１の接続を切り替えて、ブレーキコイルＬ１２１に供給する電圧や電流を変化させる制御を行う。これにより、上述したようなブレーキ解除状態の保持期間における消費電流が削減されて電力ロスが低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３４９３５８号公報
【特許文献２】特開平０６−２００９６３号公報
【特許文献３】特開２００４−２６２５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献２や特許文献３に開示された電源回路を備えた電磁ブレーキ装置においては、特許文献１における電力ロスの問題を解決することができるが、これらの特許文献に開示された電源回路においては、次のような観点について考慮されていない。
【００１１】
すなわち、電磁ブレーキ装置においては、ブレーキコイルへの通電により、電動機の回転軸への制動力が開放（ブレーキが解除）されて、回転軸が回転し、一方、ブレーキコイルへの通電が遮断されると、回転軸への制動力が働き（ブレーキが動作して）、回転軸の回転が停止する。ここで、電磁ブレーキ装置において電源が遮断された場合であっても、ブレーキコイルの励磁状態が完全に消磁、又は、ある程度減磁されるまでには、ブレーキコイルのインダクタンスや巻線抵抗に基づく時定数に応じた所定時間が必要であった。このブレーキコイルの消磁や減磁に要する時間は、電磁ブレーキ装置の性能（ブレーキの動作速度）を規定するものであるため、極力短くすることが求められている。しかしながら、上述したような大型クレーン等の巻上機に適用される電磁ブレーキ装置の場合には、ブレーキコイルのインダクタンスが大きいため、上記消磁又は減磁のために、例えば０．５〜１秒程度の時間を必要としていた。
【００１２】
また、上述した特許文献３等に開示された電源回路においては、ブレーキコイルＬ１３１に供給する電圧や電流を制御するための回路部１３１の切替接点ＳＷ１３１として、リレー等の有接点スイッチが使用されている。ここで、有接点スイッチは、一般に、可動部の部品の消耗に伴う定期的な点検や部品交換を必要とする。しかしながら、上述したような大型クレーン等の巻上機は、一般に工場の天井部や屋外の高所等に設置されているため、その近傍に付設される電源回路の点検や修理等の保守管理作業を簡易かつ頻繁に行うことは困難であった。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、大型クレーン等の巻上機に適用した場合であっても、点検や部品交換に伴う保守管理作業の負担を大幅に軽減することができ、かつ、ブレーキの動作速度を高速化することができる電磁ブレーキ装置、及び、当該電磁ブレーキ装置に適用可能なブレーキ用電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、
原動機の回転軸への制動力を制御する電磁ブレーキ装置において、
前記回転軸の回転を拘束するための制動手段と、
前記制動手段による前記回転軸への制動力を開放するブレーキコイルと、
前記ブレーキコイルに電力を供給して、所定の励磁状態に設定する電源回路と、
を備え、
前記電源回路は、
少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを具備し、前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させる減磁手段を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電磁ブレーキ装置において、
前記減磁手段は、
前記ブレーキコイルへの前記電力の供給時には、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電磁ブレーキ装置において、
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁ブレーキ装置において、
前記電源回路は、
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電磁ブレーキ装置において、
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４記載の電磁ブレーキ装置において、
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の電磁ブレーキ装置において、
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、
電磁ブレーキ装置を駆動するための電力を供給するブレーキ用電源回路において、
ブレーキの開放状態から該ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキを開放させるブレーキコイルの励磁状態を減衰させる減磁手段を備え、
前記減磁手段は、少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを有し、前記ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させることを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項８記載のブレーキ用電源回路において、
前記減磁手段は、
前記ブレーキの開放状態においては、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキの動作状態への移行時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載のブレーキ用電源回路において、
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項８乃至１０のいずれかに記載のブレーキ用電源回路において、
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のブレーキ用電源回路において、
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載のブレーキ用電源回路において、
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載のブレーキ用電源回路において、
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、大型クレーン等の巻上機に適用した場合であっても、点検や部品交換に伴う保守管理作業の負担を大幅に軽減することができ、かつ、ブレーキの動作速度を高速化することができる電磁ブレーキ装置及びブレーキ用電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る電磁ブレーキ装置を適用した電動機ユニットの概略構成の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第１の実施形態を示す回路構成図である。
【図３】第１の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図である。
【図４】第１の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。
【図５】第１の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【図６】本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第２の実施形態を示す回路構成図である。
【図７】第２の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図である。
【図８】第２の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。
【図９】第２の実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【図１０】従来技術における電磁ブレーキ装置に適用される電源回路の構成例を示す概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る電磁ブレーキ装置及びブレーキ用電源回路について、実施形態を示して詳しく説明する。
（電動機ユニット）
まず、本発明に係る電磁ブレーキ装置を適用した電動機ユニットの概略構成について説明する。なお、以下に示す電動機ユニットの構成は一例であって、本発明に係る電磁ブレーキ装置の適用対象は、これに限定されるものではない。
【００２５】
図１は、本発明に係る電磁ブレーキ装置を適用した電動機ユニットの概略構成の一例を示す斜視図である。図１（ａ）は、電動機に電磁ブレーキ装置が組み付けられた電動機ユニットの全体構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電動機ユニットにおける、電動機と電磁ブレーキ装置の組み付け構造を示す斜視図である。
【００２６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、電動機ユニット１は、大別して、電動機（モータ）１０と、電磁ブレーキ装置２０と、図示を省略した制御回路及び電源回路を有している。
電動機１０は、概略、電動機本体１１と、ブレーキドラム１３と、端子箱１４と、を有している。
【００２７】
電動機本体１１は、周知の商用の交流電源から供給される電力により回転する回転軸１２を備えている。ブレーキドラム１３は、回転軸１２の一端側（図面左端）に取り付けられ、回転軸１２の回転に応じて、円周方向に回転する円筒状の側面１３ｓを有している。端子箱１４は、例えば電動機本体１１の側部に設けられ、電動機本体１１に上記交流電源からの電力を供給するための配線（図示を省略）が接続される。
【００２８】
電磁ブレーキ装置２０は、ブレーキ基部２１上に、概略、ブレーキシュー２２と、ブレーキ用バネ２３と、ブレーキコイル２４と、アーム２５と、端子箱２６と、を有している。ここで、ブレーキシュー２２とブレーキ用バネ２３は、本発明における制動手段に対応する。また、図１に示した電磁ブレーキ装置２０の近傍には、図示を省略した制御回路及び電源回路が設置されている。
【００２９】
ブレーキシュー２２は、上記電動機１０の回転軸１２に取り付けられたブレーキドラム１３の側面１３ｓに対向するとともに、当該ブレーキドラム１３を挟み込むように一対設けられている。ブレーキ用バネ２３は、アーム２５を介して、各ブレーキシュー２２をブレーキドラム１３の側面１３ｓ方向に押し付ける付勢力を発生する。ブレーキコイル２４は、上記ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力に抗して、各ブレーキシュー２２をブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間させる吸引力を発生する。端子箱２６は、ブレーキコイル２４に後述する電源回路からの電力を供給するための配線（図示を省略）が接続される。
【００３０】
このような電磁ブレーキ装置２０において、ブレーキコイル２４に通電されていない状態では、ブレーキ用バネ２３の圧縮力（圧縮に対する反発力）によりアーム２５が押し縮められて、各ブレーキシュー２２がブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられ、回転軸１２の回転を拘束する制動力が働く。一方、ブレーキコイル２４に通電された状態では、ブレーキ用バネ２３の圧縮力に抗してアーム２５が押し広げられて、各ブレーキシュー２２がブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間して、回転軸１２の回転を拘束する制動力が開放される。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
（ブレーキ用電源回路）
次に、上述した電磁ブレーキ装置に適用可能なブレーキ用電源回路の第１の実施形態について説明する。
図２は、本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第１の実施形態を示す回路構成図である。
【００３２】
本実施形態に係るブレーキ用電源回路は、図２に示すように、概略、商用の交流電源ＡＣが、電圧制御回路部（電圧制御手段）３０及び急速減磁回路部（減磁手段）４０を介して、ブレーキコイルＬ１１に接続されている。電圧制御回路部３０は、サイリスタＳＣＲとダイオードＤ１１を備えている。また、急速減磁回路部４０は、切替スイッチＳＷ１１と放電抵抗（抵抗素子）Ｒ１１を備えている。ここで、ブレーキコイルＬ１１は、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキコイル２４に対応する。
【００３３】
具体的には、図２に示すように、商用の交流電源ＡＣは、一端側が端子ＮＡに接続され、他端側が端子ＮＢに接続されている。また、ブレーキコイルＬ１１は、一端側が端子ＮＣに接続され、他端側が端子ＮＤに接続されている。ここで、端子ＮＣ、ＮＤは、図１に示した端子箱２６に対応する。
【００３４】
端子ＮＡと端子ＮＣの間には、交流電源ＡＣからの電圧成分を点弧位相制御するためのサイリスタＳＣＲが設けられている。サイリスタＳＣＲは、アノード（Ａ）が端子ＮＡに接続され、カソード（Ｋ）が端子ＮＣ側に接続されている。サイリスタＳＣＲのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。
【００３５】
端子ＮＤ（又は、端子ＮＢ）と端子ＮＣの間には、ダイオードＤ１１と急速減磁回路部４０が直列に設けられている。ダイオードＤ１１は、上述したサイリスタＳＣＲと組み合わさることにより交流電源ＡＣからの電圧成分（交流電圧成分）を半波整流する整流手段として機能する。ダイオードＤ１１は、アノードが端子ＮＤ（又は、端子ＮＢ）に接続され、カソードが接点Ｎ１１に接続されている。急速減磁回路部４０は、接点Ｎ１１と端子ＮＣの間に、切替スイッチＳＷ１１と放電抵抗Ｒ１１が並列に接続されている。切替スイッチＳＷ１１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；無接点スイッチング素子）と、負荷電流を転流させるためのフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）が逆並列に接続されている。すなわち、接点Ｎ１１には、ＩＧＢＴのコレクタ（Ｃ）とＦＷＤのカソードが接続され、端子ＮＣには、ＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）とＦＷＤのアノードが接続されている。なお、ＩＧＢＴのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。
【００３６】
（ブレーキ制御動作）
次に、上述した回路構成を有するブレーキ用電源回路における制御動作について説明する。
図３は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図であり、図４は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。また、図５は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【００３７】
まず、図２に示したブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給されていない状態（非通電時）においては、ブレーキコイルＬ１１が励磁されていない状態（非励磁状態）であるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２は、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、電動機１０側のブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、電動機１０の回転軸１２が拘束された制動状態（ブレーキ動作状態）を維持する。
【００３８】
一方、ブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給された状態（通電時）においては、（１）当該電力が供給された直後のブレーキ解除時と、（２）当該ブレーキ解除状態を保持する期間（ブレーキ解除状態保持期間）において、各々、以下のような制御動作が実行される。さらに、本実施形態においては、ブレーキ用電源回路が上記（１）、（２）の通電状態から再び非通電状態となった場合に、以下のような（３）ブレーキ動作時の制御動作が実行される。
【００３９】
（１）ブレーキ解除時
ブレーキ解除時においては、まず、図３中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、図２に示した急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加することにより、ＩＧＢＴをオン動作させる。この状態で、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分（図３中の「交流電源電圧波形」）のうち、正の電圧成分（整流電圧）が供給される任意のタイミングｔａで、電圧制御回路部３０のサイリスタＳＣＲを点弧させることにより、図３中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分（励磁電圧）に基づく高電圧をブレーキコイルＬ１１に供給する。
【００４０】
ここで、電圧制御回路部３０のサイリスタＳＣＲを点弧させるタイミングｔａは、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分のうち、所定の高電圧がブレーキコイルＬ１１に供給されて、当該ブレーキコイルＬ１１が強励磁状態に設定されるように位相制御される。具体的には、図３中の「サイリスタ点弧位相制御」に示すように、交流電源ＡＣからの電圧成分において、１サイクルの正弦波形を規定する時間ｔ１１〜ｔ１２〜ｔ１３のうち、正の電圧となる時間ｔ１１〜ｔ１２の初期の任意のタイミング（時間ｔ１１寄りの任意のタイミング）ｔａで、サイリスタＳＣＲを点弧させるように設定される。これにより、サイリスタＳＣＲはフル導通するため、図３中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分に基づいて、ブレーキコイルＬ１１に正の高電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ１１に図３中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような大電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ１１が強励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ１１が強励磁状態に設定されると、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力に抗して、ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されて、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）される。
【００４１】
なお、タイミングｔａで点呼したサイリスタＳＣＲは、周知の通り、交流電源ＡＣから供給される電圧成分が正の電圧成分を有し、アノード（Ａ）からカソード（Ｋ）に順方向の電流が流れている期間（時間ｔａ〜ｔ１２）のみオン動作を持続し、交流電源ＡＣから負の電圧成分が供給されて、カソード（Ｋ）からアノード（Ａ）に逆方向の電流が流れた時点（概ね時間ｔ１２）でオフ動作する。
【００４２】
（２）ブレーキ解除状態保持期間
ブレーキ解除状態保持期間においては、図４中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、上述したブレーキ解除時と同様に、急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加してＩＧＢＴをオン動作させた状態で、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分（図４中の「交流電源電圧波形」）のうち、正の電圧成分が供給される任意のタイミングｔｂでサイリスタＳＣＲを点弧させることにより、図４中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分に基づく低電圧をブレーキコイルＬ１１に供給する。
【００４３】
ここで、電圧制御回路部３０のサイリスタＳＣＲを点弧させるタイミングｔｂは、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分のうち、所定の低電圧がブレーキコイルＬ１１に供給されて、当該ブレーキコイルＬ１１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態に設定されるように位相制御される。具体的には、図４中の「サイリスタ点弧位相制御」に示すように、交流電源ＡＣからの電圧成分において、１サイクルの正弦波形を規定する時間ｔ２１〜ｔ２２〜ｔ２３のうち、正の電圧となる時間ｔ２１〜ｔ２２の終期の任意のタイミング（時間ｔ２２寄りの任意のタイミング）ｔｂで、サイリスタＳＣＲを点弧させるように設定される。これにより、サイリスタＳＣＲは限定的に導通するため、図４中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような電圧成分に基づいて、ブレーキコイルＬ１１に正の低電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ１１に図４中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような小電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ１１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ１１が上述したように強励磁状態に設定されたのち、所定の弱励磁状態に設定されると、一旦ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されたブレーキシュー２２はその状態を保持するので、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）された状態が維持される。
【００４４】
なお、タイミングｔｂで点呼したサイリスタＳＣＲは、上述したように、アノード（Ａ）からカソード（Ｋ）に順方向の電流が流れている期間（時間ｔｂ〜ｔ２２）のみオン動作を持続し、カソード（Ｋ）からアノード（Ａ）に逆方向の電流が流れた時点（概ね時間ｔ２２）でオフ動作する。
【００４５】
（３）ブレーキ動作時
ブレーキ動作時においては、上述したブレーキ解除状態保持期間において、ブレーキ操作により、あるいは、停電等により、図５中の「交流電源電圧波形」に示すように、交流電源ＡＣから供給される電力が任意のタイミングｔｃで遮断される。このとき、交流電源ＡＣからの電力の遮断に同期して、図５中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のゲート（Ｇ）にＯＦＦ電圧を印加してＩＧＢＴをオフ動作させて、切替スイッチＳＷ１１に並列に接続された放電抵抗Ｒ１１の配線経路を有効にする。
【００４６】
このように、急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１（すなわち、ＩＧＢＴ）がオフ動作されると、図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、ブレーキコイルＬ１１に流れる電流に急激な変化が生じて、図５中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような逆電圧Ｖｅが発生する。この逆電圧Ｖｅは、次の（１１）式で表される。そして、このときの放電時定数Ｔｃは、（１２）式で表される。（１１）、（１２）式において、ＬはブレーキコイルＬ１１のインダクタンスであり、ＲＬはブレーキコイルＬ１１の巻線抵抗であり、ＲＢは外部接続する放電抵抗Ｒ１１である。
【００４７】
【数１】
【００４８】
ここで、本実施形態におけるブレーキ動作時（電源遮断時）のブレーキコイル電流と、図２に示した回路構成において急速減磁回路部４０（又は、放電抵抗Ｒ１１）を備えていない電源回路（以下、便宜的に「比較例」と記す）におけるブレーキコイル電流の挙動（放電特性）とを比較する。図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示した点線ＣＥは、比較例となる電源回路において、電源遮断後にブレーキコイルに流れる電流の変化を示すものである。なお、比較例となる電源回路は、図１０（ｂ）に示した電源回路の回路構成に対応する。
【００４９】
比較例となる電源回路において、上述したようなブレーキ動作により交流電源ＡＣからの電力の供給が遮断された場合の放電時定数Ｔｃは、次の（１３）式で表される。
【００５０】
【数２】
【００５１】
この場合のブレーキコイル電流の放電特性は、図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示した点線ＣＥのように、タイミングｔｃで電源が遮断されたのち、上記（１３）式で表される放電時定数Ｔｃに基づいて徐々に放電が進んで電流値が低下し、タイミングｔｅで放電が完了してブレーキコイルに流れる電流がゼロになる。ここで、比較例となる電源回路においては、放電時定数Ｔｃを規定する抵抗成分がブレーキコイルの巻線抵抗ＲＬのみであるため、放電時定数Ｔｃの値が相対的に大きくなる。そのため、放電時間（タイミングｔｃ〜ｔｅ間の時間）が、例えば０．５〜１秒程度を要する場合がある。
【００５２】
これに対して、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においては、電源遮断時（タイミングｔｃ）に急速減磁回路部４０の切替スイッチＳＷ１１のＩＧＢＴをオフ動作させることにより、放電抵抗Ｒ１１の配線経路が有効にされる。これにより、上記（１２）式で表されるように、放電時定数Ｔｃを規定する抵抗成分が、ブレーキコイルの巻線抵抗ＲＬと放電抵抗Ｒ１１（＝ＲＢ）の和（ＲＬ＋ＲＢ）となるので、放電時定数Ｔｃの値を上述した比較例となる電源回路の場合（（１３）式）に比較して小さく設定することができる。すなわち、本実施形態によれば、図５中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、電源が遮断されたタイミングｔｃから放電が完了するタイミングｔｄまでの放電時間を、比較例となる電源回路に比較して、タイミングｔｄ〜ｔｅ間の時間Ｔdifだけ短縮することができる。
【００５３】
このように、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においては、電源遮断直後にブレーキコイルＬ１１に流れる電流を短時間で放電して、その励磁状態を急速に減衰（すなわち、残留磁束を急激に減磁又は消磁）させることができるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、ブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、電動機１０の回転軸１２の回転が略瞬時に拘束されて制動状態（ブレーキ動作状態）に移行する。すなわち、本実施形態によれば、ブレーキの動作速度を向上させることができる。
【００５４】
また、上述したように、本実施形態によれば、ブレーキ解除直後においては、ブレーキコイルＬ１１に大電流を供給して強励磁状態に設定することにより、ブレーキシュー２２が迅速に吸引されて回転軸１２への制動力が開放され、また、その後のブレーキ解除状態保持期間においては、ブレーキコイルＬ１１に小電流を供給して所定の弱励磁状態に設定することにより、当該ブレーキ解除状態が維持されるので、ブレーキ解除中の消費電流を削減して電力ロスを低減することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態によれば、ブレーキ用電源回路に設けられる切替スイッチＳＷ１１として、リレー等の有接点スイッチではなく、ＩＧＢＴ等の無接点スイッチを使用している。これにより、有接点スイッチを使用した場合に必須となる、可動部の部品の消耗に伴う点検や部品交換等の保守管理作業を行う必要がなくなる、又は、その頻度を大幅に削減することができる。また、サイリスタやＩＧＢＴを使用してブレーキ用電源回路を構成することにより、大電力に対する耐圧を高めることができるので、部品の故障修理等の保守管理作業の頻度を削減することもできる。したがって、本実施形態に係るブレーキ用電源回路を備えた電動機ユニットを、工場の大型クレーン等の巻上機のように保守管理作業が困難な場所に設置した場合であっても、保守管理作業の負担を軽減しつつ、長期にわたり良好に電磁ブレーキ装置を動作させることができる。
【００５６】
加えて、本実施形態に係るブレーキ用電源回路によれば、図２に示したように、サイリスタＳＣＲのカソード（Ｋ）と、切替スイッチＳＷ１１のＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）が共通の配線又は接点に接続された回路構成を有している。これにより、サイリスタＳＣＲとＩＧＢＴのゲート（Ｇ）に制御電圧を供給する各ゲート回路の回路電源を共通化することができるので、当該回路電源を簡易かつ安価に構成することができる。
【００５７】
＜第２の実施形態＞
（ブレーキ用電源回路）
次に、本発明に係るブレーキ用電源回路の第２の実施形態について説明する。
【００５８】
上述した第１の実施形態においては、サイリスタＳＣＲを備えた電圧制御回路部３０と、ＩＧＢＴからなる切替スイッチＳＷ１１を備えた急速減磁回路部４０を使用してブレーキ用電源回路を構成することにより、ブレーキ解除時に交流電源ＡＣからの電圧成分を点弧位相制御してブレーキコイルＬ１１の励磁状態を制御するとともに、ブレーキ動作時に急速減磁する場合について説明した。第２の実施形態においては、電圧制御回路部にサイリスタを使用することなく、ＩＧＢＴを使用した回路構成により、ブレーキコイルに最適な電圧を安定的に供給することを特徴とする。
【００５９】
図６は、本発明に係る電磁ブレーキ装置に適用されるブレーキ用電源回路の第２の実施形態を示す回路構成図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同等の符号を付して説明する。
【００６０】
本実施形態に係るブレーキ用電源回路は、図６に示すように、概略、商用の交流電源ＡＣが、整流回路部（整流手段）５０、電圧制御回路部（電圧制御手段）６０及び急速減磁回路部（減磁手段）７０を介して、ブレーキコイルＬ２１に接続されている。整流回路部５０は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４を備え、交流電源ＡＣからの電圧成分を全波整流する。また、電圧制御回路部６０は、電圧制御スイッチＳＷ２１とダイオードＤ２５を備えている。急速減磁回路部７０は、切替スイッチＳＷ２２と放電抵抗Ｒ２１を備えている。ここで、ブレーキコイルＬ２１は、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキコイル２４に対応する。
【００６１】
具体的には、図６に示すように、上述した第１の実施形態と同様に、商用の交流電源ＡＣの一端側が端子ＮＡに接続され、他端側が端子ＮＢに接続され、また、ブレーキコイルＬ２１の一端側が端子ＮＣに接続され、他端側が端子ＮＤに接続されている。
【００６２】
端子ＮＡと接点Ｎ２１の間には、ダイオードＤ２１が設けられ、端子ＮＡと接点Ｎ２２の間には、ダイオードＤ２３が設けられている。また、端子ＮＢと接点Ｎ２１の間には、ダイオードＤ２２が設けられ、端子ＮＢと接点Ｎ２２の間には、ダイオードＤ２４が設けられている。ダイオードＤ２１は、アノードが端子ＮＡに接続され、カソードが接点Ｎ２１に接続されている。ダイオードＤ２２は、アノードが端子ＮＢに接続され、カソードが接点Ｎ２１に接続されている。ダイオードＤ２３は、アノードが接点Ｎ２２に接続され、カソードが端子ＮＡに接続されている。ダイオードＤ２４は、アノードが接点Ｎ２２に接続され、カソードが端子ＮＢに接続されている。
【００６３】
接点Ｎ２１と接点Ｎ２３の間には、電圧制御回路部６０を構成する電圧制御スイッチＳＷ２１が設けられている。電圧制御スイッチＳＷ２１は、ＩＧＢＴ（無接点スイッチング素子）とＦＷＤが逆並列に接続されている。すなわち、接点Ｎ２１には、ＩＧＢＴのコレクタ（Ｃ）とＦＷＤのカソードが接続され、接点Ｎ２３には、ＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）とＦＷＤのアノードが接続されている。なお、ＩＧＢＴのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。また、接点Ｎ２２と接点Ｎ２３の間には、ダイオードＤ２５が設けられている。ダイオードＤ２５は、アノードが接点Ｎ２２に接続され、カソードが接点Ｎ２３に接続されている。
【００６４】
接点Ｎ２３と端子ＮＣの間には、急速減磁回路部７０が設けられている。急速減磁回路部７０は、接点Ｎ２３と端子ＮＣの間に、切替スイッチＳＷ２２と放電抵抗Ｒ２１が並列に接続されている。切替スイッチＳＷ２２は、ＩＧＢＴ（無接点スイッチング素子）とＦＷＤが逆並列に接続されている。すなわち、接点Ｎ２３には、ＩＧＢＴのコレクタ（Ｃ）とＦＷＤのカソードが接続され、端子ＮＣには、ＩＧＢＴのエミッタ（Ｅ）とＦＷＤのアノードが接続されている。なお、ＩＧＢＴのゲート（Ｇ）は、図示を省略したゲート回路（制御回路）に接続されている。
【００６５】
（ブレーキ制御動作）
次に、上述した回路構成を有するブレーキ用電源回路における制御動作について説明する。ここで、上述した第１の実施形態と同等の制御動作については、その説明を簡略化する。
【００６６】
図７は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除時の制御動作を示す動作波形図であり、図８は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ解除状態保持期間の制御動作を示す動作波形図である。また、図９は、本実施形態に係るブレーキ用電源回路におけるブレーキ動作時の制御動作を示す動作波形図である。
【００６７】
まず、図６に示したブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給されていない状態（非通電時）においては、上述した第１の実施形態と同様に、ブレーキコイルＬ２１が励磁されていない状態（非励磁状態）であるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２は、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、電動機１０のブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、回転軸１２が拘束された制動状態（ブレーキ動作有効状態）を維持する。
【００６８】
一方、ブレーキ用電源回路に交流電源ＡＣから電力が供給された状態（通電時）、及び、通電状態から再び非通電状態となった場合においては、上述した第１の実施形態と同様の（１）ブレーキ解除時と、（２）ブレーキ解除状態保持期間と、（３）ブレーキ動作時において、各々、以下のような制御動作が実行される。
【００６９】
（１）ブレーキ解除時
ブレーキ解除時においては、図７中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、図６に示した電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１をパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）方式で動作制御することにより、図７中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に供給する電圧成分を設定する。また、図７中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加することにより、ＩＧＢＴをオン動作させる。
【００７０】
そして、このような設定状態において、まず、図７中の「交流電源電圧波形」及び「整流後電圧波形」に示すように、交流電源ＡＣから供給される正弦波形を有する電圧成分（交流電圧成分）が、整流回路部５０により全波整流される。次いで、図７中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１のゲート（Ｇ）に対して、ＰＷＭ制御されたＯＮ電圧を印加することにより、ＩＧＢＴを断続的にオン動作させる。ここで、本実施形態においては、交流電源ＡＣから供給される電圧成分の周波数に対して、電圧制御スイッチＳＷ２１を、例えば１０倍以上の周波数でＰＷＭ制御する。具体的には、図７中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、時間ｔ１１〜ｔ１３の交流電源ＡＣからの電圧成分の電圧波形の１周期中に、１０周期以上のパルス信号を設定して、電圧制御スイッチＳＷ２１のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加する。また、このブレーキ解除時においては、各パルス信号の幅（ＯＮ電圧となるパルス幅）Ｔpaを、例えば当該パルス信号の周期と同等、もしくは、それに近似する時間幅（例えばパルス周期の８０〜１００％）になるようにデューティ比を設定する。
【００７１】
これにより、図７中の「整流後電圧波形」及び「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、整流回路部５０により全波整流された電圧成分（整流電圧）と略同等（例えばデューティ比８０〜１００％）の電圧成分が、電圧制御回路部６０及び急速減磁回路部７０を介して、ブレーキコイルＬ２１に印加される。このとき、図７中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に印加される実質電圧（励磁電圧）Ｖｃは、略均一な高電圧に設定される。
【００７２】
このように、高いデューティ比で電圧制御回路部６０（電圧制御スイッチＳＷ２１）をＰＷＭ制御することにより、ブレーキコイルＬ２１に正の高電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ２１に図７中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような大電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ２１が強励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ２１が強励磁状態に設定されると、電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力に抗して、ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されて、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）される。
【００７３】
（２）ブレーキ解除状態保持期間
ブレーキ解除状態保持期間においては、図８中の「電圧制御スイッチＰＷＭ制御」に示すように、上述したブレーキ解除時とは異なるデューティ比で、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御するとともに、図８中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、上述したブレーキ解除時と同様に、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２のゲート（Ｇ）にＯＮ電圧を印加してＩＧＢＴをオン動作させる。ここで、ブレーキ解除状態保持期間においては、電圧制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御する際の、各パルス信号の幅（パルス幅）Ｔpbが、上述したブレーキ解除時のパルス幅Ｔpaよりも小さい時間幅（例えばパルス周期の１０〜３０％）になるようにデューティ比を設定する。
【００７４】
これにより、図８中の「整流後電圧波形」及び「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、整流回路部５０により全波整流された電圧成分の一部分（例えばデューティ比１０〜３０％）の電圧成分が、電圧制御回路部６０及び急速減磁回路部７０を介して、ブレーキコイルＬ２１に印加される。このとき、図８中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に印加される実質電圧Ｖｃは、略均一な低電圧に設定される。
【００７５】
このように、低いデューティ比で電圧制御回路部６０（電圧制御スイッチＳＷ２１）をＰＷＭ制御することにより、ブレーキコイルＬ２１に正の低電圧が印加され、これに応じてブレーキコイルＬ２１に図８中の「ブレーキコイル電流波形」に示すような小電流が継続的に流れて、ブレーキコイルＬ２１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態に設定される。ブレーキコイルＬ２１が上述したように強励磁状態に設定されたのち、所定の弱励磁状態に設定されると、一旦ブレーキドラム１３の側面１３ｓから離間するように吸引されたブレーキシュー２２はその状態を保持するので、回転軸１２への制動力が開放（ブレーキが解除）された状態が維持される。このように、ブレーキ解除状態保持期間において、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御する際のデューティ比は、ブレーキコイルＬ２１が上述したブレーキ解除状態を保持するのに十分な弱励磁状態を実現することができる程度の電圧成分（低電圧）が、ブレーキコイルＬ２１に印加されるように適宜設定される。
【００７６】
（３）ブレーキ動作時
ブレーキ動作時においては、上述したブレーキ解除状態保持期間において、ブレーキ操作により、あるいは、停電等により、図９中の「交流電源電圧波形」に示すように、交流電源ＡＣから供給される電力が任意のタイミングｔｃで遮断される。このとき、交流電源ＡＣからの電力の遮断に同期して、図９中の「切換スイッチ動作状態」に示すように、電圧制御回路部６０の電圧制御スイッチＳＷ２１、及び、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２の各ゲート（Ｇ）にＯＦＦ電圧を印加して各ＩＧＢＴをオフ動作させる。これにより、急速減磁回路部７０において、切替スイッチＳＷ２２に並列に接続された放電抵抗Ｒ２１の配線経路を有効にする。
【００７７】
このように、急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２（すなわち、ＩＧＢＴ）がオフ動作されると、上述した第１の実施形態と同様に、図９中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、ブレーキコイルＬ２１に流れる電流に急激な変化が生じて、図９中の「ブレーキコイル電圧波形」に示すような逆電圧Ｖｅが発生する。この逆電圧Ｖｅは、上記（１１）式で表される。また、このときの放電時定数Ｔｃは、上記（１２）式で表される。
【００７８】
したがって、上述した第１の実施形態と同様に、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においては、電源遮断時（タイミングｔｃ）に急速減磁回路部７０の切替スイッチＳＷ２２のＩＧＢＴをオフ動作させて、放電抵抗Ｒ２１の配線経路を有効にすることにより、上記（１２）式で表された放電時定数Ｔｃに基づいて、ブレーキコイルＬ２１の放電時間が設定される。ここで、本実施形態における放電時定数Ｔｃ（上記（１２）式）は、急速減磁回路部７０（又は、放電抵抗Ｒ２１）を備えていない電源回路における放電時定数Ｔｃ（上記（１３）式）に比較して小さく設定することができるので、本実施形態によれば、図９中の「ブレーキコイル電流波形」に示すように、電源が遮断されたタイミングｔｃから放電が完了するタイミングｔｄまでの放電時間を、急速減磁回路部７０（又は、放電抵抗Ｒ２１）を備えていない電源回路における放電時間（図９中の「ブレーキコイル電流波形」に示した点線ＣＥの放電完了タイミングｔｅ）に比較して、時間Ｔdifだけ短縮することができる。
【００７９】
このように、本実施形態に係るブレーキ用電源回路においても、上述した第１の実施形態と同様に、電源遮断後にブレーキコイルＬ２１に流れる電流を短時間で放電して、その励磁状態を急速に減衰（すなわち、残留磁束を急激に減磁又は消磁）させることができるので、図１に示した電磁ブレーキ装置２０のブレーキシュー２２が、ブレーキ用バネ２３により生じる付勢力により、ブレーキドラム１３の側面１３ｓに押し付けられて、電動機１０の回転軸１２の回転が略瞬時に拘束されて制動状態（ブレーキ動作状態）に移行する。すなわち、本実施形態においても、ブレーキの動作速度を向上させることができる。
【００８０】
また、本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、ブレーキ解除直後に、ブレーキコイルＬ２１が強励磁状態に設定されることにより、回転軸１２への制動力が開放され、また、その後のブレーキ解除状態保持期間に、ブレーキコイルＬ２１が所定の弱励磁状態に設定されることにより、当該ブレーキ解除状態が維持されるので、ブレーキ解除中の消費電流を削減して電力ロスを低減することができる。
【００８１】
さらに、本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、ブレーキ用電源回路に設けられる電圧制御スイッチＳＷ２１及び切替スイッチＳＷ２２として、リレー等の有接点スイッチではなく、ＩＧＢＴ等の無接点スイッチを使用しているので、可動部の部品の消耗に伴う保守管理作業を軽減することができる。また、ＩＧＢＴを使用してブレーキ用電源回路の電圧制御回路部６０及び急速減磁回路部７０を構成することにより、大電力に対する耐圧を高めることができるので、部品の故障修理等の保守管理作業の頻度を削減することもできる。したがって、本実施形態に係るブレーキ用電源回路を備えた電動機ユニットを、工場の大型クレーン等の巻上機のように保守管理作業が困難な場所に設置した場合であっても、保守管理作業の負担を軽減しつつ、長期にわたり良好に電磁ブレーキ装置を動作させることができる。
【００８２】
加えて、本実施形態に係るブレーキ用電源回路によれば、電圧制御回路部６０の電源制御スイッチＳＷ２１をＰＷＭ制御することにより、ブレーキコイルＬ２１に印加される実質電圧Ｖｃを略一定に制御することができるので、ブレーキコイルＬ２１にリップルの少ない電流を流すことができる。したがって、このときのブレーキコイルＬ２１に印加される電圧（端子ＮＣの電圧）の値を適切に制御することにより、交流電源ＡＣの電源周波数や電圧変動に影響されることなく、ブレーキコイルＬ２１に略一定の電圧を供給して、安定した励磁状態を実現することができる。
【００８３】
すなわち、図２や図１０（ｂ）に示したように、サイリスタを使用してブレーキコイルに印加される電圧を制御する電源回路においては、商用の交流電源の電源周波数である５０Ｈｚと６０Ｈｚに対応するために、電源周波数に応じて回路機能を切り替えるための切替回路を別個に設けたり、その切替操作を行う必要がある。また、一般的な電源回路においては、交流電源ＡＣに電圧変動が生じると、その変動が出力電圧（すなわち、ブレーキコイルに印加される電圧）に影響を与える問題を有している。
【００８４】
これに対して、本実施形態においては、上述したように、電圧制御回路部６０においてＰＷＭ制御を行い、ブレーキコイルＬ２１に印加される電圧を任意の値に制御することができる。したがって、本実施形態によれば、電源周波数の切替回路を設けたり、その切替操作を行うことなく、商用電源の周波数の違いに対応することができ、ブレーキコイルＬ２１に略一定の電圧を供給することができる。また、本実施形態により生成される略一定の電圧をフィードバックして、電圧制御回路部６０における電圧制御に取り込むことにより、交流電源ＡＣの電圧変動に関わらず、ブレーキコイルに常時最適な電圧を供給することができる。
【００８５】
なお、本実施形態においては、ブレーキ用電源回路の回路構成例として、図６に示したように、電圧制御回路部６０を構成する電圧制御スイッチＳＷ２１、及び、急速減磁回路部７０を構成する切替スイッチＳＷ２２を、説明の都合上、ＩＧＢＴを備えた個別のスイッチング部品として示した。本発明の回路構成は、これに限定されるものではなく、上記の個別の部品に替えて、少なくとも、これらのスイッチＳＷ２１及びＳＷ２２を含む回路素子及び接続配線が１つのパッケージに収納されたＩＰＭ（Intelligent Power Module）と呼ばれる電子部品を適用するものであってもよい。これによれば、回路構成のモジュール化による利便性の向上や接続配線の短縮によるインピーダンスの低下、装置構成の小型化や信頼性の向上等、種々の効果に寄与することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 電動機ユニット
１０ 電動機
１１ 電動機本体
１２ 回転軸
１３ ブレーキドラム
２０ 電磁ブレーキ装置
２２ ブレーキシュー
２３ ブレーキ用バネ
２４ ブレーキコイル
３０ 電圧制御回路部
４０ 急速減磁回路部
５０ 整流回路部
６０ 電圧制御回路部
７０ 急速減磁回路部
ＡＣ 交流電源
Ｌ１１、Ｌ２１ ブレーキコイル
ＳＣＲ サイリスタ
ＳＷ１１、ＳＷ２２ 切替スイッチ
ＳＷ２１ 電圧制御スイッチ
Ｒ１１、Ｒ２１ 放電抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機の回転軸への制動力を制御する電磁ブレーキ装置において、
前記回転軸の回転を拘束するための制動手段と、
前記制動手段による前記回転軸への制動力を開放するブレーキコイルと、
前記ブレーキコイルに電力を供給して、所定の励磁状態に設定する電源回路と、
を備え、
前記電源回路は、
少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを具備し、前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させる減磁手段を有することを特徴とする電磁ブレーキ装置。
【請求項２】
前記減磁手段は、
前記ブレーキコイルへの前記電力の供給時には、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする請求項１記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項３】
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項４】
前記電源回路は、
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項５】
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項４記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項６】
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項４記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項７】
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする請求項６記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項８】
電磁ブレーキ装置を駆動するための電力を供給するブレーキ用電源回路において、
ブレーキの開放状態から該ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキを開放させるブレーキコイルの励磁状態を減衰させる減磁手段を備え、
前記減磁手段は、少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを有し、前記ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させることを特徴とするブレーキ用電源回路。
【請求項９】
前記減磁手段は、
前記ブレーキの開放状態においては、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキの動作状態への移行時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする請求項８記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１０】
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする請求項８又は９記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１１】
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１２】
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項１１記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１３】
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項１１記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１４】
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする請求項１３記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１】
原動機の回転軸への制動力を制御する電磁ブレーキ装置において、
前記回転軸の回転を拘束するための制動手段と、
前記制動手段による前記回転軸への制動力を開放するブレーキコイルと、
前記ブレーキコイルに電力を供給して、所定の励磁状態に設定する電源回路と、
を備え、
前記電源回路は、
少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを具備し、前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させる減磁手段を有することを特徴とする電磁ブレーキ装置。
【請求項２】
前記減磁手段は、
前記ブレーキコイルへの前記電力の供給時には、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキコイルへの前記電力の遮断時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする請求項１記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項３】
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項４】
前記電源回路は、
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項５】
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項４記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項６】
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項４記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項７】
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする請求項６記載の電磁ブレーキ装置。
【請求項８】
電磁ブレーキ装置を駆動するための電力を供給するブレーキ用電源回路において、
ブレーキの開放状態から該ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキを開放させるブレーキコイルの励磁状態を減衰させる減磁手段を備え、
前記減磁手段は、少なくとも、無接点スイッチング素子と、該無接点スイッチング素子に並列に接続された放電用の抵抗素子とを有し、前記ブレーキの動作状態への移行時に、前記ブレーキコイルに流れる電流を、前記抵抗素子を介して放電することにより、前記ブレーキコイルの前記励磁状態を減衰させることを特徴とするブレーキ用電源回路。
【請求項９】
前記減磁手段は、
前記ブレーキの開放状態においては、前記無接点スイッチング素子を導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を無効にし、
前記ブレーキの動作状態への移行時には、前記無接点スイッチング素子を非導通状態に設定して、前記抵抗素子が接続された配線経路を有効にすることを特徴とする請求項８記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１０】
前記無接点スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子であることを特徴とする請求項８又は９記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１１】
交流電源からの交流電圧成分を整流して整流電圧を生成する整流手段と、
前記整流電圧の電圧値を制御して励磁電圧として前記ブレーキコイルに印加する電圧制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１２】
前記電圧制御手段は、サイリスタを具備し、該サイリスタを点弧位相制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項１１記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１３】
前記電圧制御手段は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む半導体素子を具備し、該半導体素子をパルス幅変調制御することにより、前記励磁電圧の電圧値を設定することを特徴とする請求項１１記載のブレーキ用電源回路。
【請求項１４】
前記減磁手段及び前記電圧制御手段を構成する前記半導体素子は、１つのパッケージに収納されたモジュール化された電子部品であることを特徴とする請求項１３記載のブレーキ用電源回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２５５４６８（Ｐ２０１２−２５５４６８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７９４９（Ｐ２０１１−１２７９４９）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（５９２０４６１５０）トライテック株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（５９２０４６１５０）トライテック株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]