(57)【要約】【課題】簡単な構成で電源供給遮断時に制動をすることができる電動モータを提供する。【解決手段】電動モータ１０であって、磁石１２５と、電磁コイル１２０と、前記電磁コイルの両端に接続された整流回路１４０と、前記電磁コイルと前記整流回路とともに閉回路を形成するとともに、前記モータに対して電源の供給がされている時には導通せず、電源の供給が遮断された時に導通するスイッチ回路１５０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】
電動モータであって、
磁石と、
電磁コイルと、
前記電磁コイルの両端に接続された整流回路と、
前記電磁コイルと前記整流回路とともに閉回路を形成するとともに、前記モータに対して電源の供給がされている時には導通せず、電源の供給が遮断された時に導通するスイッチ回路と、
を備える電動モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動モータにおいて、
前記整流回路は全波整流回路である、電動モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電動モータにおいて、
前記スイッチ回路は、
前記整流回路に接続された半導体スイッチ回路と、
前記半導体スイッチ回路の制御端子に接続され、前記モータに対して電源の供給がされている時に前記半導体スイッチ回路を非導通状態にし、電源の供給が遮断された時に前記半導体スイッチ回路を導通状態にする制御回路と、
を備える電動モータ。
【請求項４】
請求項３に記載の電動モータにおいて、
前記制御回路は、光学アイソレータ回路を含む、電動モータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電動モータにおいて、さらに、
前記磁石または電磁コイルの一方が設けられたロータと、
電源供給時に前記ロータから非接触状態にあり、電源供給遮断時に前記ロータと接触するロータ停止部とを備える、電動モータ。
【請求項６】
請求項５に記載の電動モータにおいて、さらに、
電源供給遮断時に前記ロータ停止部がロータとの非接触状態から接触状態に遷移するタイミングを遅らせる遅延回路を備える、電動モータ。
【請求項７】
電動モータの電源遮断制御回路であって、
電動モータの電磁コイルに接続された整流回路と、
前記電磁コイルと前記整流回路とともに閉回路を形成するとともに、前記モータに対して電源の供給がされている時には導通せず、電源の供給が遮断された時に導通するスイッチ回路と、
を備える電動モータの電源遮断制御回路。
【請求項８】
電動モータの電源遮断制御方法であって、
（ａ）電動モータへの電源の供給が遮断されたときに前記電動モータのコイルに接続された整流回路を用いて前記コイルに発生する逆誘起電力電流を整流する工程と、
（ｂ）前記整流回路に接続されたスイッチ回路を導通させて、前記コイルと前記整流回路と前記スイッチ回路とを含む閉回路を形成し、前記閉回路を流れる逆誘起電力電流を用いて前記モータに回転抵抗を生じさせる工程と、
を備える電動モータの電源遮断制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータに関し、特に、電源供給が遮断したときの時の電動モータの制動に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットや移動体には、様々なモータが使用される（例えば特許文献１）。これらのモータは、一般に減速機が付加され、減速機を介してロボットや移動体を動作させている。モータへの電源供給が遮断された時には、負荷の落下等を抑制するためにモータの制動を行うのが普通である。従来は、減速機を用いてモータの制動を行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９８９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、減速機が付加されない直接駆動モータでは、制動が難しいという問題があった。このような問題は、直接駆動モータに限らず電動モータに共通する問題であった。
【０００５】
本発明は上記課題の少なくとも１つを解決し、簡単な構成で電源供給遮断時に制動をすることができる電動モータ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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
電動モータであって、磁石と、電磁コイルと、前記電磁コイルの両端に接続された整流回路と、前記電磁コイルと前記整流回路とともに閉回路を形成するとともに、前記モータに対して電源の供給がされている時には導通せず、電源の供給が遮断された時に導通するスイッチ回路とを備える電動モータ。
この適用例によれば、電源の供給が遮断された時には、磁石と電磁コイルにより逆誘起電力電流が発生する。スイッチ回路が導通するので、逆誘起電力電流は、閉回路を流れる。これにより電動モータに回転抵抗を生じさせ、電動モータを制動することが可能となる。すなわち、電源の供給が遮断された時に電動モータの制動をすることができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の電動モータにおいて、前記整流回路は全波整流回路である、電動モータ。
この適用例によれば、閉回路を流れる逆誘起電力電流を大きくできるので、制動力を大きくすることが可能となる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１又は適用例２に記載の電動モータにおいて、前記スイッチ回路は、前記整流回路に接続された半導体スイッチ回路と、前記半導体スイッチ回路の制御端子に接続され、前記モータに対して電源の供給がされている時に前記半導体スイッチ回路を非導通状態にし、電源の供給が遮断された時に前記半導体スイッチ回路を導通状態にする制御回路とを備える電動モータ。
この適用例によれば、スイッチ回路はリレーではなく半導体スイッチ回路を備えるので、機械的接点が無く、動作の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１０】
［適用例４］
適用例３に記載の電動モータにおいて、前記制御回路は、光学アイソレータ回路を含む、電動モータ。
この適用例によれば、制御回路を光学的に動作させることができるので、動作の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１１】
［適用例５］
適用例１から適用例４のいずれかに記載の電動モータにおいて、さらに、前記磁石または電磁コイルの一方が設けられたロータと、電源供給時に前記ロータから非接触状態にあり、電源供給遮断時に前記ロータと接触するロータ停止部を備える、電動モータ。
この適用例によれば、電動モータの発電ブレーキによる制動に加えてロータを摩擦で制動するので、制動力を大きくすることが可能となる。
【００１２】
［適用例６］
適用例５に記載の電動モータにおいて、さらに、電源供給遮断時に前記ロータ停止部がロータとの非接触状態から接触状態に遷移するタイミングを遅らせる遅延回路を備える、電動モータ。
この適用例によれば、電動モータの発電ブレーキによる制動により、ロータの回転が小さくなってからロータを摩擦力で制動するので、摩擦力が小さくてもロータを制動することができる。
【００１３】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電動モータの他、  電動モータの電源遮断制御回路、電源遮断制御方法等、様々な形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施例に係る電動モータを模式的に示す説明図である。電動モータ１０は、駆動制御部１００と、H型ブリッジ回路１１０と、電磁コイル１２０と、磁石１２５と、ロータ１３０と、整流回路１４０と、制動制御部１５０を備える。H型ブリッジ回路１１０は、直列に接続されたトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と、直列に接続されたトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を備える。駆動制御部１００からは２つの駆動信号ＤＲ１、ＤＲ２が出力されている。駆動信号ＤＲ１はトランジスタＴｒ１、Ｔｒ４を駆動し、駆動信号ＤＲ２はトランジスタＴｒ２、Ｔｒ３を駆動するために用いられる。電磁コイル１２０の両端はそれぞれ、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の中間のノードＮ１１１と、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の中間のノードＮ１１２とに接続されている。磁石１２５は、電磁コイル１２０の内側に配置され、ロータ１３０と接続されている。整流回路１４０の入力端は、電磁コイル１２０の両端、すなわちノードＮ１１１とＮ１１２に接続されている。制動制御部１５０は、整流回路１４０の出力端（ノードＮ１４１、Ｎ１４２）と接続されている。
【００１５】
図２は、制動制御部１５０の構成を示す説明図である。制動制御部１５０は、トランジスタＴｒ５と、光学アイソレータ１５２を備える。トランジスタＴｒ５は、エミッタとコレクタがそれぞれノードＮ１４１、Ｎ１４２に接続されたＰＮＰ型パワートランジスタである。光学アイソレータ１５２は、フォトダイオードＤ１とフォトトランジスタＴｒ６を備える。フォトトランジスタＴｒ６のエミッタは、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴｒ５のベースと接続され、さらに、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴｒ５のコレクタと接続されている。また、フォトトランジスタＴｒ６のコレクタは、トランジスタＴｒ５のエミッタと接続されている。
【００１６】
電動モータ１０への電源の供給が遮断されたときの動作について説明する。図１において、電動モータ１０への電源の供給が遮断されると、駆動制御部１００から出力される駆動信号ＤＲ１、ＤＲ２の出力はゼロとなる。また、H型ブリッジ回路１１０の電源とグランドもゼロとなる。したがって、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４はオフとなる。
【００１７】
一方、電源の供給が遮断されても、ロータ１３０は、慣性力により回転運動を維持しようとする。その結果、磁石１２５の回転が維持され、フレミング右手の法則により電磁コイル１２０に逆誘起電力電流Ｉ１、Ｉ２が発生する。この逆誘起電力電流は、電磁コイル１２０では磁石１２５の位相によりＩ１の向きとＩ２の向きに交互に流れるが、整流回路１４０により整流され、制動制御部１５０には同じ向きの電流が供給される。
【００１８】
図２において、電源の供給が遮断されると、フォトダイオードＤ１はオン状態からオフ状態となり、発光しなくなる。その結果、フォトトランジスタＴｒ６はオン状態からオフ状態になる。一方、ノードＮ１４２からは整流回路１４０を介して電磁コイル１２０に向かって電流が流れるため、フォトトランジスタＴｒ６のエミッタ（ノードＮ１５１）の電位が下がり、トランジスタＴｒ５のベース−エミッタ間に電位差が生じる。この電位差がトランジスタＴｒ５の閾値を超えると、ベース−エミッタ間に電流が流れ、トランジスタＴｒ５がオン状態となり、エミッタ−コレクタ間に電流が流れる。この状態では、電磁コイル１２０、整流回路１４０、トランジスタＴｒ５は、閉回路を形成しており、電動モータ１０は、発電ブレーキとして機能する。すなわち、発生した逆誘起電力は、例えばトランジスタＴｒ５により消費され、電動モータ１０に回転抵抗を生じさせる。この回転抵抗が、電動モータ１０に対する制動力となり、電動モータ１０の回転運動を制動することが可能となる。一般に発電ブレーキは、抵抗が小さい方が、制動力が大きいので、トランジスタＴｒ５は、オン抵抗が小さい方が好ましい。
【００１９】
図３は、電磁コイルに生じる電圧を示す説明図である。電源の供給が遮断されるまでは、電磁コイル１２０には、駆動制御部１００からの駆動により、ほぼ正弦波の電圧波形が生じている。その後、電源の供給が遮断されると、電磁コイル１２０には、ほぼ正弦波の誘起電圧波形が生じる。誘起電圧の大きさは、ロータ１３０の回転速度に依存する。電源の供給が遮断されると、上述したように発電ブレーキがかかるため、ロータ１３０の回転速度が少なくなる。したがって、誘起電圧波形は、段々と減衰していく。また、正弦波の周期も長くなる。
【００２０】
以上、本実施例によれば、電源の供給が遮断されると、制動制御部１５０のトランジスタＴｒ５が導通して、電磁コイル１２０と整流回路１４０とともに閉回路を形成する。その結果、電動モータ１０は発電ブレーキとして機能するので、電動モータ１０の制動を行うことが可能となる。
【００２１】
また、本実施例では整流回路１４０として全波整流回路を用いているため、閉回路を流れる逆誘起電力電流を大きくすることが可能である。その結果、制動力を大きくすることが可能となる。なお、本実施例では、整流回路１４０として全波整流回路を用いているが、半波整流回路や他の整流回路を用いてもよい。ただし、電源供給が遮断されたときの制動力は、全波整流回路を用いた方が大きいため、全波整流回路を用いた方が好ましい。
【００２２】
また、本実施例では、電源の供給が遮断されたときに導通するスイッチとして、トランジスタＴｒ５を用いている。このように半導体のスイッチを用いることにより、機械的接点が無くなるため、動作の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、本実施例では、トランジスタＴｒ５のオン・オフの制御に光学アイソレータ１５２を用いている。これにより、簡単な構成でトランジスタＴｒ５のオン・オフの制御をすることができ、動作の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２４】
第２の実施例：
図４は、第２の実施例に係る電動モータの構成を模式的に示す説明図である。第２の実施例は、３相モータである点が異なる。このように３相モータであっても、電源の供給が遮断されたときに、制動制御部１５０のトランジスタＴｒ５が導通させ、電磁コイル１２０と整流回路１４０とともに閉回路を形成することができる。そして、第１の実施例と同様に、電動モータ１０を発電ブレーキとして機能させて、電動モータ１０を制動させることが可能である。なお、３相モータの場合、電磁コイル１２０を図４（ａ）のようにＹ結線（スター結線、星形結線）で結線してもよく、図４（ｂ）のようにΔ結線（三角結線、デルタ結線）で結線してもよい。
【００２５】
第３の実施例：
図５は、第３の実施例に係る電動モータの構成を模式的に示す説明図である。第３の実施例の電動モータ１０は、第１の実施例の構成に加えて、ロータ停止部１６０と、光学アイソレータ１６２と、遅延回路１８０とを備える。ロータ停止部１６０は、電流が流れなくなると、ロータ１３０を物理的に制動する制動装置である。光学アイソレータ１６２は、フォトダイオードＤ２とフォトトランジスタＴｒ７を備える。遅延回路１８０は、ダイオードＤ３と、抵抗Ｒ３と、コンデンサＣ１を備える。
【００２６】
電源の供給が遮断されると、フォトダイオードＤ２がオン状態からオフ状態となり、発光しなくなる。その結果、フォトトランジスタＴｒ７はオン状態からオフ状態になる。一方、電源の供給が遮断されても、コンデンサＣ１が充電されている。したがって、時定数（Ｒ３・Ｃ１）で定まる一定時間は、コンデンサＣ１からの放電によりロータ停止部１６０に電流が流れる。すなわち、本実施例では、電源の供給が遮断されたのち、一定時間経過してからロータ停止部１６０による制動が開始する。なお、ダイオードＤ３は、コンデンサＣ１からの放電電流をロータ停止部１６０に流し、電源側に流さない様にしている。
【００２７】
図６は、ロータとロータ停止部の構成を模式的に示す説明図である。ロータ停止部１６０は、ロータ１３０を例えば摩擦力で物理的に制動する。
【００２８】
図７は、ロータ停止部の具体的な構成を示す説明図である。図７（ａ）は圧電素子を用いた構成を示す説明図である。圧電素子を用いた構成では、ロータ停止部１６０は、摩擦材１６４と圧電素子１６６を備える。圧電素子１６６は、電流が流れていると摩擦材１６４をロータ１３０から浮かせ、電流が流れていないと摩擦材１６４をロータ１３０に押しつける。これによりロータ１３０の回転を制動することが可能となる。図７（ｂ）は電磁コイルを用いた構成を示す説明図である。電磁コイルを用いた構成では、ロータ停止部１６０は、摩擦材１６４と、電磁コイル１６８と、磁石１７０と、バネ１７２を備える。電流が流れていると、電磁コイル１６８は、電磁石となって磁石１７０を電動モータの筐体１７４側に移動させ、摩擦材１６４をロータ１３０から浮かせる。一方、電流が流れていないときは、電磁コイル１６８は電磁石になっていないので、バネ１７２が摩擦材１６４をロータ１３０に押しつける。これによりロータ１３０の回転を制動することが可能となる。
【００２９】
図８は、電磁コイルに生じる電圧を示す説明図である。摩擦材１６４による制動が始まるまでの動作は、図３に示した動作と同じである。摩擦材１６４による制動が始まると、ロータ１３０は急速に制動され、逆誘起電圧はゼロとなる。
【００３０】
以上、本実施例によれば、発電ブレーキ機能に加えて、ロータ１３０を物理的に制動する摩擦材１６４を備えている。その結果、電動モータ１０の発電ブレーキによる制動に加えて摩擦材１６４による制動が加わるため制動力を大きくできる。
【００３１】
また、本実施例では、摩擦材１６４による制動を遅らせる遅延回路１８０を備えている。これにより、発電ブレーキによりロータ１３０の回転速度が低下してから摩擦材１６４で制動を行うので、摩擦材１６４による摩擦力が小さくても制動することが可能となる。
【００３２】
なお、本実施例は、遅延回路１８０を備えているが、備えない構成であってもよい。発電ブレーキによる制動と、摩擦材１６４による制動を同時に行うことができるので、急速に制動することが可能となる。
【００３３】
変形例：
図９は、変形例に係る制動制御部の説明図である。本実施例では、制動制御部１５０のトランジスタＴｒ５はＰＮＰ型のパワートランジスタであったが、ＮＰＮ型のパワートランジスタを用いることも可能である。図９は、変形例に係る制動制御部の説明図である。制動制御部１５０は、ＮＰＮ型のパワートランジスタであるトランジスタＴｒ８と光学アイソレータ１５２を備える。トランジスタＴｒ８は、エミッタとコレクタがそれぞれノードＮ１４２、Ｎ１４１に接続されている。フォトトランジスタＴｒ６のコレクタは、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＴｒ８のベースと接続され、さらに、抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴｒ８のコレクタと接続されている。また、フォトトランジスタＴｒ６のエミッタは、トランジスタＴｒ８のエミッタと接続されている。このように、ＮＰＮ型のパワートランジスタを用いてもよい。一般に、多数キャリアが電子であるＮＰＮ型のトランジスタの方が、多数キャリアが正孔であるＰＮＰ型のトランジスタよりもオン抵抗を小さくすることが可能である。したがって、ＮＰＮ型のトランジスタを用いる方が好ましい。
【００３４】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電動モータを模式的に示す説明図である。
【図２】制動制御部１５０の構成を示す説明図である。
【図３】電磁コイルに生じる電圧を示す説明図である。
【図４】第２の実施例に係る電動モータの構成を模式的に示す説明図である。
【図５】第３の実施例に係る電動モータの構成を模式的に示す説明図である。
【図６】ロータとロータ停止部の構成を模式的に示す説明図である。
【図７】ロータ停止部の具体的な構成を示す説明図である。
【図８】電磁コイルに生じる電圧を示す説明図である。
【図９】変形例に係る制動制御部の説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…電動モータ
１００…駆動制御部
１１０…Ｈ型ブリッジ回路
１２０…電磁コイル
１２５…磁石
１３０…ロータ
１４０…整流回路
１５０…制動制御部
１５２…光学アイソレータ
１６０…ロータ停止部
１６２…光学アイソレータ
１６４…摩擦材
１６６…圧電素子
１６８…電磁コイル
１７０…磁石
１７２…バネ
１７４…筐体
１８０…遅延回路
Ｃ１…コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２…フォトダイオード
Ｄ３…ダイオード
ＤＲ１…駆動信号
ＤＲ２…駆動信号
Ｉ１、Ｉ２…逆誘起電力電流
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６…抵抗
Ｎ１１１…ノード
Ｎ１１２…ノード
Ｎ１４１…ノード
Ｎ１４２…ノード
Ｎ１５１…ノード
Ｔｒ１〜５、Ｔｒ８…トランジスタ
Ｔｒ６、Ｔｒ７…フォトトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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