設備を動かすのに欠かせない機器の１つがモーター。
そして、そのモーターの動きを確実に停止させるために、重要な役割を果たしているのがブレーキです。
モーター用のブレーキは、モーターと一体構造となっていることがほとんどですが、使用環境や運転状況に応じて、いくつかある接続パターンの中から、最適な結線方法を選択する必要があります。
ただ、これを聞いて
新人まつもとブレーキの結線方法って何種類もあるんですか。。。？
このように感じた方も多いのではないでしょうか。
実はブレーキには結線方法が大きく分けて3パターンあり、それぞれの接続方法によって使い方や停止時間が異なったりするんです。
この記事では、ブレーキの結線方法にはどのような種類があって、どのように使い分ければいいのか？ぞれぞれの特徴とメリット・デメリットについて、初心者の方でも分かりやすく解説していきます。
ひでくん3パターンもあると何か難しそうに感じるね
なべ決して難しい違いではないので、是非覚えていただければと思います！
この記事で分かること
- 直流ブレーキの各結線方法の特徴について
- 各結線方法のメリット・デメリット
なんでブレーキのつなぎ方が3パターンもあるの？
ブレーキは、ブレーキのコイルに電気が流れている間はブレーキが開放され、コイルに電気が流れなくなるとバネの力でブレーキが掛かるという仕組みになっているのが一般的です。
つまり、ブレーキの電気をどのように切るかで、ブレーキの動き方（止まり方）が変わるという特性があります。
そのため、使用条件や目的に応じてブレーキの動きを使い分けられるよう、ブレーキの接続方法が何パターンも用意されているんです。
ブレーキのつなぎ方は主に次の3パターンです。
- 同時切り
- 別切り
- 直流切り（早切り）
それぞれどのような接続方法なのか、ひとつひとつ見ていきましょう。
ひでくん「どのように切るか？」だから、”○○切り”という表現になるんだね
ブレーキ結線方法のパターンについて
代表的な接続方法３パターンについて詳しく解説します。
同時切り
引用先：株式会社 大崎電業社「製品案内」
「同時切り」はブレーキの結線方法としては最も単純な接続方法です。
上の図を見ると、モーター（ＩＭ）は主電源（ＲＳＴ）から電磁接触器（ＭＣ）の接点を介して接続されています。
また、ブレーキ用の整流器（ＰＭ）の電源についても、電磁接触器（ＭＣ）の２次側に接続されています。
なので、電磁接触器（MC）を動作させると、モーター（ＩＭ）が回転するとともに、整流器（ＰＭ）にも電気が供給されて、ブレーキ（ＭＢ）が動作します。
次に、電磁接触器（ＭＣ）を切ると、モーター（ＩＭ）への電気の供給が止まるとともに、整流器（ＰＭ）への電気の供給も止まるため、ブレーキ（ＭＢ）が閉じてモーターの回転を完全に停止させます。
このように、モーターと同じ電源でブレーキを入れたり切ったりする回路のことを「同時切り」回路と言い、この結線方法を「同時切り接続」と呼びます。
なべモーターとブレーキの電源を同時に入り切りするから「同時切り」ですね
回転するわけですが、モーターに配線されている電源から整流器（PM）の電気を拝借し、ブレーキ（MB）を開閉するという配線方法です。つまりモーターから直接ブレーキの電源をとるわけです。モーターとブレーキが同じ電磁接触器の主接点で入り・切りされるので「同時切り」と言います。
尚、モーターを駆動するのにインバータを使う場合は「同時切り」は使えません。
ブレーキを解放するには一定以上の電圧が必要になるのですが、インバータはスタート時の電圧が低いので、そこにブレーキを繋いでしまうとブレーキが解放できないためです。
別切り
引用先：株式会社 大崎電業社「製品案内」
「別切り」もよく使われる結線方法です。
上の図の回路を見ると、モーター（ＩＭ）が主電源（ＲＳＴ）から電磁接触器（ＭＣ）の接点を介して接続されている点は同時切りと変わりません。
一方で、ブレーキ用整流器（ＰＭ）を見ると、主電源（ＲＳＴ）から直接電源をとりつつ、更にモーター（ＩＭ）とは別の接点（ＭＣの補助接点）を介して結線されているのが分かります。
このように、モーターを駆動する電源や電磁接触器とは別の回路でブレーキを入り切りする回路のことを「別切り」回路と言い、この結線方法を「別切り接続」と呼びます。
ひでくんモーターとブレーキを別々の回路で入り切りするから「別切り」だね
直流切り（早切り）
引用先：株式会社 大崎電業社「製品案内」
「直流切り」とは、別名「早切り」や「急制動回路」とも呼ばれ、主に巻上装置などの用途によく使われる接続方法です。
上の図に示すブレーキ用整流器（ＰＭ）では、①ー②の端子に交流電源、③ー④の端子にブレーキを接続して使用します。
また、⑤ー⑥の端子はブレーキに流れる直流の電気が流れる経路になっていて、通常は⑤ー⑥間を直接つないで使用します。
同時切りや別切りの場合は、交流の電気である①ー②の端子に接点を接続し、ブレーキの入り切りを行う結線方法ですが、直流切りの場合は接点で入り切りする電気の種類が異なります。
つまり直流切りは、上の図の⑤ー⑥間の端子に電磁接触器（ＭＣ）の補助接点等を接続することによって、ブレーキに流れる直流の電気を直接入り切りする結線方法です。
なべなぜ「早切り」や「急制動」と呼ばれるのかは、後の項で説明します
ブレーキの結線方法によって何が変わるの？｜それぞれの特徴・違いについて
それぞれのブレーキの結線方法には、大きく分けて次の3つの特徴・違いがあります。
ブレーキの制動遅れ時間が変化する
ブレーキの制動遅れ時間とは、ブレーキに供給した電気を切った瞬間から実際にブレーキが掛かるまでのタイムラグのことを言います。
引用先：株式会社 大崎電業社「製品案内」
一般的なモーター用ブレーキは、ブレーキコイルに電気が供給されると、可動鉄心（アーマチュア）と呼ばれる鉄の板がコイルに引きつけられて、制動バネから開放されてモーター軸が回転できるようになります。
ひでくん電磁石の力で可動鉄心が引き寄せられて、ブレーキの板がフリーの状態になるということだね
そして、電気を切るとブレーキコイルに可動鉄心（アーマチュア）を引き寄せる力がなくなり、制動バネがブレーキ板（ライニング）に可動鉄心（アーマチュア）を押しつけることでブレーキが掛かります。
このときに発生する制動遅れ時間（タイムラグ）がブレーキの結線方法によって変化し、停止精度や衝撃の大きさに影響してきます。
結線方法でどのように変化するのか見ていきましょう。
同時切り
各結線パターンの中で最も制動遅れ時間が大きくなるのが同時切りです。
メーカによって制動遅れ時間が多少異なりますが、概ね0.1秒〜0.5秒程度になります。
制動遅れ時間が一番大きくなる理由としては、電源を遮断してもモーターコイルとブレーキコイルに蓄えられた残留磁気により、ブレーキコイルに残留電流が流れる為です。
この残留電流によりブレーキコイルが可動鉄心（アーマチュア）を一瞬保持してしまう為、ブレーキを掛けるタイミングがその分遅れてしまうわけです。
モーター容量が大きくなると、それに比例してブレーキも大きくなるので、残留磁気や機械的な要素も加味されて、更に制動遅れ時間が長くなります。
別切り
別切りは、同時切りと比較して概ね2倍〜10倍程、制動遅れ時間が小さくなります。（0.03秒〜0.1秒程度）
別切りの場合は、モーターコイルとブレーキコイル、別々の回路でそれぞれ入り・切りする為、モーターコイル側の残留磁気の影響を受けなくなります。
そのため、ブレーキコイルの残留磁気による影響が残るものの、同時切りと比較して制動遅れ時間がかなり小さくなります。
なべ回路を分けるだけで、かなり変化しますね
直流切り
直流切りは、各結線パターンの中で最も制動遅れ時間が小さくなります。（0.005秒〜0.03秒程度）
直流切りはブレーキコイルの直流回路を直接入り・切りするため、残留電流の影響を受けません。
ひでくん残留電流の通り道ごと、回路を切ってしまうからだね
そのため、ブレーキコイルが可動鉄心（アーマチュア）を拘束しないため、電源を遮断した瞬間にブレーキを掛けることができます。
装置の停止精度を高めたい場合や、巻上装置のようにブレーキを開放した瞬間重力で下がってくるような装置などに、ピッタリの結線方法です。
なべ一番早くブレーキを掛けることができるので、「早切り」や「急制動」と呼ばれているわけですね
配線の手間・コストが違う
それぞれの結線方法は、配線の手間やそれに掛かるコストが異なります。
用途や掛かる手間を考えて、最適な結線方法を選択しましょう。
同時切り
同時切りは、モーターの電源から直接ブレーキの電源を取るので、制御盤からモーターまでの配線が一番少なくて済みます。
モーター用の配線「UVW」とアース線「E」の計4芯あれば、モーターとブレーキどちらも入り・切りすることが可能です。
制動遅れ時間が許容できるのであれば、配線工数や追加部品などのコストを抑えることができます。
ひでくん一番簡単な結線方法だから、コストも一番低くできるんだね
別切り
別切りの場合は、モーターの電源とは別にブレーキの電源をモーターまで持ってくる必要があるので、「同時切り」よりも使用する配線が増えます。
一般にはモーター用のケーブルとブレーキ用のケーブル、計2本敷設することが多いですね。
また、ブレーキを入り・切りするための回路を別途設ける必要もあります。
配線工数や部品点数が少し多くなるのが「別切り」の特徴です。
なべ場合によっては、ブレーキ用の電磁接触器を別で設ける必要になります
直流切り
直流切りについても、同時切りより使用する配線が増えます。
整流器が盤の中にあるか、モーターの端子箱の中にあるかでも変わってきますが、モーターの電源用配線とブレーキの電源用配線に加えて、ブレーキの直流回路を切るための配線も必要になります。
ひでくん整流器が盤内にあれば、現場までの配線は別切りとあまり変わらないかな
また、直流切りは直流回路を直接入り切りすることから、接点にアークが発生しやすく、同時切りや別切りのように交流回路を入り切りする接点よりも摩耗が早くなる場合があります。
なべ電圧がプラスマイナス周期的に変化する交流に比べて、直流は常に一定の電圧が掛かっている（電圧がゼロの瞬間がない）ので、接点で切ったときにアークが発生しやすくなります
そのため、直流切りで使用する接点を保護するために保護素子を別途追加する必要があります。
このように、直流切りは直流回路を切るための配線や電磁接触器の接点、アーク吸収用の保護素子など、配線や部品点数が最も多くなります。
インバータ駆動で使える結線方法・使えない結線方法がある
モーターを駆動させるときによく使われる制御機器がインバータですが、インバータとモーターを組み合わせる際、使える結線方法と使えない結線方法があります。
同時切りの場合
モーター（Ｍ）をインバータ（ＩＮＶ）駆動する場合、ブレーキの配線を同時切りにすることができません。
理由は、インバータがモーターに供給する電圧の大きさが周波数によって変化するためで、一定の電圧を必要とするブレーキの電源に使うことができないからです。
ひでくんインバータの２次側にブレーキの電源をつないでしまうと、ブレーキが開かないというトラブルが発生するよ
インバータを使う場合は、同時切り以外の結線方法を選択するようにしましょう。
別切りの場合
モーター（Ｍ）をインバータ（ＩＮＶ）で駆動する際は、ブレーキの配線を別切りにすることによって正常にブレーキを動作させることができます。
図のように、インバータの１次側から電磁接触器（ＭＣＢ）を介してブレーキ用整流器の電源を接続することで、インバータの出力状態に影響されることなくブレーキの制御が可能となります。
なべインバータを使う場合は、必ずブレーキの電源を入り切りする接触器が必要になります
直流切りの場合
モーター（Ｍ）をインバータ（ＩＮＶ）で駆動する際、直流切りもよく使われる結線方法です。
ただし、整流器の電源をインバータの２次側（出力側）からとるような配線方法は、同時切りと同様、ブレーキの動作不良の原因になります。
そのため、別切りと同じようにインバータの１次側からブレーキ用整流器の電源をとり、電磁接触器（ＭＣＢ）の接点を直流回路に接続して入り切りすることで、インバータの出力状態に影響されることなくブレーキの制御が可能となります。
ひでくんインバータの１次側からブレーキの電源をとるということを忘れないようにしよう！
各結線方法のメリットについて
各結線方法のメリットについて解説します。
同時切りのメリット
配線が少なくて済む
同時切りは、モーターとブレーキを同時に入り・切り出来るので、接続する配線や回路が最小限で済みます。
ブレーキ用整流器がモーター本体に取り付いている場合は、現場の配線はモーターの電源だけなので、更に配線工数や部品費などのコストを抑えることが可能です。
制御が簡単
ブレーキ用の回路を盤の中に別途設ける必要が無く、モーターの入り・切りだけでブレーキの制御も同時に行うことができます。
ひでくん簡単かつ低コストなのが同時切り最大のメリットだね
別切りのメリット
停止精度が高い
「同時切り」と比較して制動遅れ時間が短くなる為、ある程度の停止精度を得ることが出来ます。
自重で落下する昇降装置にはあまり向いていませんが、クレーンや台車の走行装置の位置決めなどは、この「別切り」で充分対応することが可能です。
様々な運転方法に対応出来る
「別切り」は直入れ駆動・インバータ駆動に関係なく適用できる結線方法なので、例えば将来的にインバータ駆動にする可能性がある場合でも、事前に「別切り」回路にしておけば後の手間を省くことが出来ます。
なべ最初から結線方法を別切りにしておけば、後からでも様々なパターンに対応ができます
直流切りのメリット
制動遅れ時間が最も少ない
ブレーキの結線方法を直流切りにすると、制動遅れ時間がほとんど無いため、ブレーキの機械的性能を最大限に活かすことが出来ます。
そのため、自重落下する昇降装置を駆動する際でも、装置が重力でずり下がる前にブレーキを掛けることが出来るので、安全にかつ精度よく装置を停止させることが可能となります。
ひでくん各昇降装置で使用する場合は、ブレーキの結線方法を「直流切り」にするよう各メーカーからもアナウンスされているよ
停止精度が一番高い
制動遅れ時間が最も少ないということは、必然的に停止精度が最も高くなります。
そのため、「別切り」回路でも位置決め精度が出ないような場合であっても、「直流切り」で結線することでより停止精度を追い込むことが可能となります。
各結線方法のデメリットについて
つづいて、各結線パターンのデメリットについて解説します。
同時切りのデメリット
停止精度が出にくい
同時切りは制動遅れ時間が最も長い為、モーターを停止させてから実際にブレーキが掛かるまで時間が掛かります。
そのため、同時切りの回路で走行中のクレーンや台車をブレーキで停止させようとすると、完全に停止するまでに惰性で大きく流れてしまうというデメリットがあります。
この惰性で流れる距離を考慮して停止位置を決めようとしても、環境や条件（坂道になっている・負荷にバラツキがある・・・etc）によって停止する位置が変わってしまうため、安定した位置決めが難しくなります。
同時切りは、停止精度を求められない用途にて使用するようにしましょう。
後から改造する時の手間が増える
同時切りは、特にモーターに整流器が組み込まれている場合、モーターへ配線されているのはＵ・Ｖ・Vの3本と、アースの計4本のみであることが一般的です。
そのため、後からインバータ制御に変更したい・交換したモーターのブレーキでは停止精度が出ないといった問題が発生した場合、配線の引き直しや回路変更が必要となるため、対応に手間がかかります。
なべ予備線がモーターの近くにない場合は、制御盤から配線をモーターまで敷設する必要が出てきます
昔、僕が保全を担当していた設備で交流ブレーキのモーターから直流ブレーキのモーターへ更新したとき、停止精度が悪くなって不具合が起きたことがあります。
交流ブレーキは直流ブレーキと比べて同時切りの停止精度が高い（制動遅れ時間が短い）ので、更新前は同時切りでも対応出来ていました。
しかし、更新時にそのまま直流ブレーキのモーターに同時切りで結線してしまった為、停止タイミングが遅れたことによる不具合が発生しました。
運良く別の予備線がモーターの近くまできていたため、大きな改造をしなくて済んだという経験があります。
同時切りは後々のことも考慮して選択するようにしましょう。
ひでくん交流ブレーキと直流ブレーキは同じ同時切りでも制動遅れ時間が違うんだね
なべいや〜、苦い経験の１つですね
別切りのデメリット
部品点数・資材が増える
別切りには、必ずブレーキ電源を入り・切りする電磁接触器の接点や接続用のケーブルが必要になります。
その為、同時切りと比較すると資材や配線工数が多くなるというデメリットが存在します。
とは言え、最近ではモーターはインバータ駆動が当たり前になってきていますし、装置の停止精度を求められる場合も多くなっていますので、出来れば最初の段階で別切りを選択する方が良いでしょう。
ひでくん多少コストがかかったとしても、別切りにした方が無難だよね
直流切りのデメリット
直流回路を切る接点が痛みやすい
直流切りで使用する電磁接触器の接点は、交流電源を入り切りする接点と比べてアークの影響を受けやすく、接点が摩耗しやすくなります。
そのため、接点に適切な対策を施さないと、摩耗の進行によってブレーキの動作不良を起こす場合があります。
対策の１つとして、直流成分の回路を電磁接触器の主接点に並列に繋いで接点の負担を分散するという方法も有りますが、一番効果が有るのが接点へ並列にバリスタ等の保護素子を取り付ける方法です。
バリスタは一定以上の電圧が掛かると急激に抵抗値が低くなるという特性を持つ電子部品です。
このバリスタを接点に並列に取り付けておくことで、ブレーキを遮断したときに高電圧が発生してもバリスタの方へエネルギーが流れていくので、接点を保護することが出来ます。
引用先：日本ケミコン株式会社「製品ラインナップ」
「直流切り」を選択する場合は必ず電磁接触器の接点にバリスタを取り付けるようにしましょう。
なべこれだけで、かなり接点の負担を軽減することができます
機械的な負荷が掛かりやすい
直流切りは”急制動”回路とも呼ばれるように、モーターをブレーキによって早く停止させることが出来る点がメリットです。
一方で、停止時の衝撃や機械的な負荷が大きくなりやすいというデメリットもあります。
ただし、インバータを用いて電気的に充分減速してから停止させるよう制御を行うことで、機械的な負荷をある程度軽減させることはできます。
なるべくソフトな運転になるよう制御方法を充分に検討するようにしてください。
機械的な設備の寿命は、制御の仕方によって大きく左右される場合があります。
直流切りでないと対応できない場合を除き、できれば別切りなどの結線方法で対応することをおすすめします。
ひでくん直流切りは、使用条件や要求される精度に応じて使い分けるようにしよう
各結線方法のまとめ
以上、モーター用ブレーキの結線方法について、それぞれの特徴やメリット・デメリットを解説しました。
下記の選定ポイントを参考に、最適な結線方法を選択するようにしましょう。
| 結線 | 停止精度 | ｺｽﾄ | ｲﾝﾊﾞｰﾀ駆動 | 主な用途 | 選定ポイント |
| 同時切り | × | ◎ | × | ・コンベア ・当止めの搬送装置 | ・停止精度を求められない ・コストを抑えたい |
| 別切り | 〇 | 〇 | ◎ | 位置決めを行う装置 （走行装置等） | ・インバータで駆動したい |
| 直流切り | ◎ | △ | ◎ | 昇降装置 （巻上装置等） | ・停止精度を求められる ・自重落下する機器で使用する |
