(57)【要約】【課題】ブレーキアセンブリの性能を最適化し、全体効率を増加させる。【解決手段】電磁石、永久磁石、ロータアセンブリ、及びブレーキパッドを有する電磁ブレーキを使用してモータを選択的に制動するための電磁的ブレーキシステム及び方法が提供される。ブレーキアセンブリは、電磁石が非励磁化されたときに利き、電磁石が励起されたときに解放する。利いているとき、永久磁石は、ブレーキパッドをハウジングと摩擦係合させ、解放されたとき、電磁石は、永久磁石の磁束を相殺して、板ばねがブレーキパッドを移動させてハウジングから離れるようにする。コントローラは、ある種のパラメータに基づいて主バス電圧ＶＭをより低い制動電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器を有する。その変換器は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を利用して制動電圧を調整する。ブレーキアセンブリが解放されたときに、ブレーキパッドと永久磁石の間に調整空隙が画定され、それはコントローラにより動的に変更される。【選択図】図１
2010279242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
高電圧バスからの第一電圧により選択的に励起されて前記ロータを回転させる巻き線を有したステータと、
電磁石、永久磁石、及び可動ブレーキパッドを有し、前記電磁石が第二電圧で励起されたときに前記ロータを解放し、前記電磁石が非励起化されたときに前記ロータを制動するように調整されたブレーキアセンブリと、
前記第一電圧を、その第一電圧よりも低い前記第二電圧に変換するためのＤＣ−ＤＣ変換器を有するコントローラと、
を備えたモータアセンブリであって、
前記コントローラは、一組の制動制御パラメータの関数として、前記第二電圧を最適化するように調整されたアルゴリズムを有していることを特徴とするモータアセンブリ。
【請求項２】
前記制動制御パラメータは、制動電流、制動電圧、制動温度、モータ速度、及びモータトルクのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のモータアセンブリ。
【請求項３】
前記コントローラは、前記第一電圧のデューティー比を変化させるようにパルス幅変調（ＰＷＭ）を適用し、それにより前記第二電圧を生成することを特徴とする請求項１に記載のモータアセンブリ。
【請求項４】
前記ブレーキパッドは、前記ブレーキアセンブリが解放状態にあるときに前記永久磁石との関連での調整サイズを有する空隙を画定し、前記制動制御パラメータは、前記空隙の調整サイズを含むことを特徴とする請求項１に記載のモータアセンブリ。
【請求項５】
前記コントローラと電気的に接続され、前記制動制御パラメータを使用して、前記空隙の調整サイズを選択的に変更するように調整されたアクチュエータを更に備えることを特徴とする請求項４に記載のモータアセンブリ。
【請求項６】
一組のばねを更に備え、そのばねは、前記ブレーキパッドと前記ロータの一面の間に位置し、それらに直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載のモータアセンブリ。
【請求項７】
前記ブレーキアセンブリの温度に応じて変化する出力信号を生成するように構成された第一センサと、前記制動電流を判定するための第二センサとを更に備え、前記制動制御パラメータは、前記第一及び第二センサのそれぞれの出力信号を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のモータアセンブリ。
【請求項８】
ロータと、励起されたときに前記ロータを回転させるように動作可能なステータとを有するモータアセンブリと共に使用される電磁的ブレーキアセンブリであって、
電磁石と、
永久磁石と、
可動ブレーキパッドと、
第一電圧を、その第一電圧の電圧レベルよりも低い電圧レベルの第二電圧に変換するように動作するＤＣ−ＤＣ変換器を有するコントローラと、
を備え、
前記電磁的ブレーキアセンブリは、前記電磁石が前記第二電圧で励起されたときに前記ブレーキパッドを前記ロータとの摩擦係合から解放し、前記電磁石が非励起化されたときに前記ロータとの摩擦係合により前記ブレーキパッドを制動するように調整され、
前記コントローラは、一組の制動制御パラメータの関数として、前記第二電圧を最適化するように調整されたアルゴリズムを有していることを特徴とする電磁的ブレーキアセンブリ。
【請求項９】
前記コントローラは、前記第一電圧のデューティー比を変化させるようにパルス幅変調（ＰＷＭ）を適用し、それにより前記第二電圧を生成することを特徴とする請求項８に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項１０】
前記ブレーキパッドは、前記永久磁石との関連での調整サイズを有する空隙を画定し、前記制動制御パラメータは、前記調整サイズを含むことを特徴とする請求項８に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項１１】
前記制動制御パラメータは、制動電流、制動電圧、制動温度、モータ速度、及びモータトルクのうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項１２】
前記コントローラと電気的に接続され、前記制動制御パラメータに基づいて、前記空隙の調整サイズを選択的に変更するように調整されたアクチュエータを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項１３】
前記ブレーキパッドは、単一部材の磁気材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項１４】
前記電磁石及び前記永久磁石を収容するハウジングを更に備え、前記ブレーキパッドは、前記電磁石が非励起化されたときに前記ハウジングと摩擦係合することを特徴とする請求項１３に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項１５】
モータアセンブリのロータを選択的に制動するように調整された可動ブレーキパッドと、電磁石及び永久磁石を収容するハウジングとを有する電磁的ブレーキアセンブリの効率を最適化するための方法であって、
一組の制動制御パラメータを検出し、
ＤＣ−ＤＣ変換器を使用して、高電圧バスからの第一電圧を、その第一電圧よりも低い第二電圧に変換し、
前記電磁石に前記第二電圧を印加して、前記永久磁石の磁束を実質的に相殺し、それにより前記ブレーキパッドを、前記ハウジングとの摩擦係合から離脱させて前記ロータを解放し、
前記第二電圧を遮断し、それに伴って前記永久磁石により、前記ブレーキパッドを、前記ハウジングと摩擦係合させて前記ロータを制動し、
前記一組の制動制御パラメータの関数として前記第二電圧を自動的に変化させ、それにより前記第二電圧の最適値を判定することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記永久磁石及び前記ブレーキパッドは、それらの間に調整されたサイズの空隙を画定し、アクチュエータを使用して、前記空隙のサイズを選択的に調整することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記空隙のサイズを選択的に調整するステップは、前記アクチュエータを駆動し、それにより前記ロータを回転の軸の軸方向に前記モータアセンブリの一構成を移動させるステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二電圧を連続的に最適化するステップは、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用してデューティー比を変化させ、前記第一電圧にそのデューティー比を適用して前記第二電圧を生成するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府により後援された研究又は開発に関する陳述
ここに記述された本発明は、ＮＡＳＡスペースアクトアグリーメント（Space Act Agreement）第SAA-AT-07-003号に基づく業務の実行においてなされたものであり、１９５８年に補正された国家航空宇宙法のセクション３０５の規定に従うものである。政府はこの発明に関し、いくつかの権利を有する。
【０００２】
本発明は、電気モータの制動に関し、特に、電気モータのロータ部分の回転に選択的に制動をかけるための、電磁的ブレーキシステムの電源の能動的制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気モータは、多くのロボットの、又は他の自動システムに使用されており、システムにおける有用な作業を実行するための適切なトルクを提供している。電気モータは、ステータとロータを有しており、これらの部材のいずれか、又は双方は、電源により選択的に励起されたときに磁束を生成するための巻き線又はコイルを有している。ステータ及びロータの対向磁束が、最終的に、ロータの所望の回転を生み出す。その回転力は、必要に応じて、駆動システム内で所望のトルクを生成すべく利用される。
【０００４】
電気モータは、交流（ＡＣ）及び直流（ＤＣ）の各種設計において採用される。ＤＣモータは、特に、ブラシタイプ、ブラシレスタイプ、又はステッパーモータタイプがあり、それぞれの設計は、相対的な性能利点がある。それらのうち、ブラシレスＤＣ、すなわちＢＬＤＣモータは、ロータからの巻き線が排除され、それにより、他のモータ設計に対して、ある程度の効率、耐性、及び雑音に関する性能利点を呈する。
【０００５】
ＢＬＤＣモータと共に使用されるタイプのフェールセーフ電磁ブレーキシステムにおいては、ブレーキアセンブリの設計に応じて、ブレーキを操作又は解放するために、電力が選択的に電磁石に印加される。例えば、ある設計においては、ある電圧を、ブレーキアセンブリの電磁石部分のコイルに印加し、その電磁石により生成された磁束は、最終的には、ブレーキアセンブリの永久磁石部分の磁束を相殺する。このようにそれぞれの磁束が相殺されると、ブレーキパッドが、ロータとの摩擦係合から解放される。同様に、電磁石への電力伝達が遮断されることにより、永久磁石の磁束がブレーキパッドを動かして、それをロータと摩擦係合させ、それにより制動がかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電磁ブレーキシステムにおいては、モータに電力を供給する主ＤＣ電源は、ブレーキアセンブリを励起するために使用される電源からは、通常分離されている。これは、大部分、モータ電圧と必要とされるブレーキ解放電圧との間の実質的な相違による。任意の電磁的ブレーキアセンブリの性能を最適にするために、コントローラが、専用ブレーキ電源により供給されたＤＣ電力を使用して、一定バイアス力を印加している。しかしながら、この実現方法により、ブレーキアセンブリに過度の熱を発生させる結果となり、熱せられた面に近接して配置された、ある程度の感熱性構成部品に影響を与える結果となった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
しかして、上述のようにＢＬＤＣモータと共に使用される電磁的ブレーキアセンブリが提供される。そのブレーキアセンブリは、そこで発生する熱量を大幅に減少させる低電力制動状態を有する。本発明の範囲内において、コントローラは、ブレーキアセンブリが解放されて実質的に解放状態に維持されると、制動電圧を制御するためのアルゴリズムを実行する。そうするために、コントローラは、主バス電圧を、ブレーキアセンブリの制御により適した電圧レベルに減圧するように調整されたパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を有するＤＣ／ＤＣ降圧型変換器を利用する。つまり、コントローラは、ＰＷＭ回路を利用して適したＰＷＭ電圧レベル（ＶＰＷＭ）を生成し、制動制御パラメータの組に基づいて必要とされるように、ブレーキアセンブリに配される電圧レベルを自動的に調整する。
【０００８】
制動制御パラメータは、ブレーキアセンブリの温度、ブレーキアセンブリに印加される電圧又は電流、モータ速度、モータトルク等を直接的又は間接的に記述する値を含み、他の環境及び／又は動的パラメータも、共に、又は択一的に本発明の意図した範囲内で使用できる。コントローラのＰＷＭ回路は任意に一組のジャンパーを含んでおり、それにより、モータ又はブレーキアセンブリの保守のときのように、必要に応じて、ブレーキアセンブリを手動で解放できるようになっている。
【０００９】
調整空隙は、ブレーキアセンブリのブレーキパッドと電磁石により、又はそれらの間で画定される。空隙サイズは、ブレーキアセンブリの特定の設計に応じて必要とされる大きさである。一実施形態においては、空隙サイズは、アクチュエータを利用して、動的に修正され、最適化される。本発明によるその最適化された空隙は、永久磁石の磁気効果を減らし、及び／又は、ばねの引く力を増大させ、それにより永久磁石の磁束を相殺するための、電磁石への、より低い相対レベルの電力供給のみを必要とさせることができる。制動制御パラメータは、連続的フィードバック値としてコントローラに渡され、それによりコントローラは、ブレーキアセンブリに供給される必要な電圧及び／又は電流を能動的に調整でき、最終的にブレーキアセンブリの全体効率を増加させる。
【００１０】
特に、ここではモータアセンブリが提供されるが、それは、ロータアセンブリと、ロータアセンブリの回転させるために、高電圧バスからの第一電圧により選択的に励起される巻き線を有するステータと、ブレーキアセンブリと、コントローラとを備えている。ブレーキアセンブリは、電磁石、永久磁石、及びブレーキパッドを有し、電磁石が第二電圧を使用して励起されると、ロータを解放し、電磁石が非励起化されると、ロータを制動するように調整されている。コントローラは、第一電圧を、その第一電圧よりも低い第二電圧に変換するように調整されたＤＣ−ＤＣ変換器と、制御パラメータの関数として第二電圧を最適化するように調整されたアルゴリズムとを備えている。
【００１１】
また、電磁石及び永久磁石を含むハウジングを有すると共に、モータアセンブリのロータを選択的に制動するために調整された可動ブレーキパッドを有する電磁的ブレーキアセンブリの効率を最適化するための方法が、ここでは提供される。その方法によれば、一組の制動制御パラメータを検出し、ＤＣ−ＤＣ変換器を使用して第一電圧をその第一電圧よりも低い第二電圧に変換し、電磁的ブレーキアセンブリの電磁石に第二電圧を印加して、永久磁石の磁束を実質的に相殺している。その磁束相殺により、ブレーキパッドが、ハウジングの表面との摩擦係合から解き放たれ、それによりロータが回転する。磁束相殺がなければ、ブレーキパッドの、ハウジングとの摩擦係合により、ロータは制動状態となる。本方法は、制動制御パラメータの組の関数として第二電圧を変化させ、それにより第二電圧の最適値を決定している。
【００１２】
本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付図面及び付随の請求の範囲と併せてみれば、発明を実施するための好適な実施形態及びベストモードの以下の詳細記述から容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、電気モータを有するモータ制御回路と、本発明の方法により制御可能な電磁的ブレーキアセンブリの概略図である。
【図２】図２は、図１のモータ及びブレーキの概略部分断面図である。
【図３】図３は、図１に示した回路のコントローラと共に使用できるパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を記述した概略回路図である。
【図４】図４は、図１に示した回路のコントローラと共に使用できる制御アルゴリズムを記述したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面について、同様の参照番号は、それらの図を通して同一又は類似の構成部を参照している。そこで、図１から見ていくと、モータ制御回路１０は、電気モータアセンブリ（Ｍ）１２を含んでいる。モータアセンブリ１２は、高電圧バス２２を介して、エネルギー供給部（ＥＳ）１４から、主バス電圧（ＶＭ）である電力を入力する。モータアセンブリ１２は、また、以下に詳述する電磁的ブレーキアセンブリ（Ｂ）の連続的電圧制御のために、コントローラ（Ｃ）内にある、又はそれによりアクセス可能なＤＣ／ＤＣ変換器１８から制動電圧（ＶＰＷＭ）を受け取る。
【００１５】
モータアセンブリ１２及びコントローラは、モータ駆動ロボット、機械、又は他の何らかのモータ駆動機器の動き制御の所望レベルを提供するように構成できる。コントローラ１６は、例えば中央ロボットプロセッサ、ユーザーインターフェース、ホストマシン等から、一組の制御入力を受け取り、中央処理ユニット（ＣＰＵ）又はプロセッサ２０を使用して以下のようにその制御入力を処理する。図４を参照して後に記述される制動制御アルゴリズム１００は、プロセッサ２０を使用してコントローラ１６により実行され、それによりモータアセンブリ１２の制動動作が制御される。
【００１６】
更に図１を参照し、コントローラ１６は、マイクロプロセッサ又は中央処理ユニット（ＣＰＵ）、すなわち上記プロセッサ２０、各種電子及び／又は磁気メモリ位置又は領域、１つ以上のネットワークコネクタ、及び、制御されるプロセスによりコントローラ１６に取り込まれる各種Ｉ／Ｏ制御信号を送受信するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）部を有するコンピュータベースの制御機器として構成されている。コントローラ１６は、所望の制御応答を生成するために、１つ以上の入力制御変数に応じて所定の動き制御シーケンスを実行するための適当な制御回路を含んでいる。コントローラ１６は、通常、要求される動的又は環境センサにより判定された値を読むことにより、各種制御入力のステータスを自動的にチェックするように使用され、一機能を実行し、出力ステータスを更新し、そして必要に応じてそのサイクルを繰り返す。
【００１７】
ブレーキアセンブリ３０は、上述のように、設計上、電磁石であり、コントローラ１６を介して、エネルギー供給部１４及び高電圧バス２２に電気的に接続される。変換器１８と、１つ以上のセンサ１５を使用して検出された温度信号（Ｔ）を含み、最終的にブレーキアセンブリ３０と、望まれるのであればモータアセンブリ１２のモータ部の温度を記述する所定の制動制御パラメータの組とを使用して、コントローラ１６は、以下に記述するようなパルス幅変調（ＰＷＭ）制動電圧（ＶＰＷＭ）を、ブレーキアセンブリ３０に与える。一実施形態においては、ブレーキアセンブリ３０は、励起されたときに解放され、励起されないときにエネルギーが加えられて係合され、それにより、フェールセーフ電磁制動設計が提供される。
【００１８】
図２を参照すると、一実施形態によるモータアセンブリ１２は、ステータアセンブリ４０、ロータアセンブリ４２、及びブレーキアセンブリ３０を含んでいる。ステータアセンブリ４０は、一組のステータ巻き線４１を含んでいる。当業者であれば理解できるように、ステータ巻き線４１が、図１に示したエネルギー供給部１４により、又は他の適したエネルギー源により、励起されると、巻き線４１に磁束が生成される。ロータアセンブリ４２は、磁石４７が取り付けられたスチールハブを含んでいる。ロータアセンブリ４７の磁束は、ステータアセンブリ４０の磁束と対抗し、それによりロータアセンブリ４２が軸１１について回転する。
【００１９】
ブレーキアセンブリ３０は、永久磁石３２と、一組のコイル３３を伴った電磁石３４とを備えている。永久磁石３２及び電磁石３４は、ハウジング３１内に収容されている。ロータアセンブリ４２は、ハブ４４を含んでいる。ハブ４４は、ロータアセンブリ４２を駆動部材（図示せず）、例えば、ロボットのリンク又は他のモータ駆動構成部、に取り付けるのに適した搭載孔８２を有している。一実施形態によれば、ハブ４４は、アルミニウム、又は他の軽量非磁性材料で形成できるが、本発明の意図した範囲から逸脱することがなく、他の材料又は設計手法が採用できる。
【００２０】
ブレーキアセンブリ３０は、また、ブレーキパッド３５又は他の適した摩擦部材を有しており、それは、第一鉄又は他の磁化可能材料で構成されている。ブレーキパッド３５は、一実施形態においては、単一の、すなわち固体単一片磁性材料で形成されているが、多片設計も採用できる。ブレーキパッド３５は、弾性部材、例えば一組の板ばね３８、を使用してハブ４４に接続されており、その弾性部材は、ブレーキアセンブリ３０が解放又は非係合状態にあるときはいつでも、ブレーキパッド３５を矢印Ｒの方向（すなわち、“解放”すべく）に移動させ、ブレーキパッド３５をハブ４４に対して当接するよう維持している。ブレーキパッド３５は、ブレーキアセンブリ３０が解放又は非係合状態にあるとき、ハブ４４と、ロータアセンブリ４２の残りの部材に対して自由に回転できる。
【００２１】
換言すれば、電磁石３４の磁束は、永久磁石３２の磁束を相殺するために、選択的に誘導又は生成でき、それにより、板ばね３８がブレーキパッド３５を解放し、ブレーキアセンブリ３０を解放状態に保持する。同様に、ブレーキアセンブリ３０は、コイル３３を選択的に非励起化することにより、印加状態にできる。コイル３３が非励起化されると、永久磁石３２の磁束は、板ばね３８の復帰力に打ち勝ち、磁気ブレーキパッド３５を、矢印Ａの方向（すなわち、“印加”すべく）に引き付ける。このように、ブレーキアセンブリ３０は、ブレーキパッド３５とハウジング３１の間の直接的な摩擦的接触を利用して印加状態にできる。
【００２２】
図１に再び戻り、ブレーキアセンブリ３０にかかる力は、コントローラ１６により制御でき、専用の制動力供給を追加的に加えることなく低圧力状態を提供する。例えば、略２４Ｖの電圧が、初期的にブレーキアセンブリ３０を解放するために必要とされる。その後は、略１４Ｖ〜１７Ｖの低電圧が、解放された状態を保持するために使用される。コントローラ１６は、限定されるものではないが、制動電流、時間、及び、ブレーキ及び／又はモータ温度などの送信された一組の制動制御パラメータを受け取る。コントローラ１６は、それから、その制動制御パラメータを使用して、解放時及びそれに引き続く解放状態の間、ブレーキアセンブリ３０の電圧レベルを最適化する。
【００２３】
当業者であれば理解できるであろうように、温度は、ブレーキアセンブリ３０の性能や効率に影響を与える。ブレーキ温度は、センサ１５、例えば、比例電圧センサ、可変抵抗、算出等、を使用して決定でき、ブレーキアセンブリ３０に送られた電圧及び／又は電流は、逆温度関連効果を改善するように制御される。つまり、ブレーキアセンブリ３０の効率は、ブレーキアセンブリの解放期間の保持電流を制御することにより、大幅に改善でき、それが今度は、周りのシステムにもたらされる熱を軽減することになる。必要なモータ電力の配給として予め確保されている、図１のＨＶバス２２からの主バス電圧（ＶＭ）の階段状下降又は変調部分を使用してブレーキアセンブリ３０を制御することにより、独立の制動力をシステム全体、例えばロボットや他のモータ駆動システム、に導く必要性をなくしている。
【００２４】
ＨＶバス２２は、エネルギー供給部１４に接続され、モータアセンブリ１２に動力を与えている。ブレーキアセンブリ３０に動力を与えるため、ＨＶバス２２により導通される主バス電圧（ＶＭ）は、変換器１８により階段状に降下され、適切なパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧（ＶＰＷＭ）として提供される。つまり、コントローラ１６は、以下に記述するアルゴリズム１００及び変換器１８を使用し、特に、ブレーキアセンブリが解放状態を維持しているとき、ブレーキアセンブリ３０の制御により適した電圧レベルに主バス電圧（ＶＭ）を選択的に降下させる。一実施形態においては、解放状態を維持するための電圧レベルは、ブレーキアセンブリ３０を解放させるときに使用される電圧の略７０％以下である。しかしながら、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、他の値も使用できる。コントローラ１６は、制動制御パラメータを使用して、電圧（ＶＰＷＭ）の値を動的に調整し、ブレーキアセンブリ３０の性能を最適化する。
【００２５】
図２を再び参照し、制動空隙（矢印Ｇ）は、ブレーキパッド３５と永久磁石３２との間に生じ、それらにより定義される。その空隙は、調整された大きさを有している。一実施形態においては、アクチュエータ８０は、図１のコントローラ１６により選択的に制御されて、その空隙（矢印Ｇ）の大きさを変化させている。例えば、アクチュエータ８０は、図２に実施形態に示すように、軸１１に沿ってハウジング３１を動かすように構成される。あるいは、アクチュエータ８０は、同様の空隙サイズ変更効果を達成するため、ブレーキパッド３５及び／又はロータアセンブリ４２、又はそれらの適当な箇所を移動するように構成され、それにより、制動制御パラメータに応じて、空隙（矢印Ｇ）の大きさを最適化している。例えば、空隙サイズは、ブレーキアセンブリ３０が印加状態にあるときのようにモータアセンブリ１２が待機状態、又は低電力状態にあるときには、増加され、モータアセンブリが動作状態にあるときには、減少される。アクチュエータ８０は、ハウジング３１又は永久磁石３２をブレーキパッド３５に対して移動可能な電気機械的、油圧式、空気圧式、圧電式、形状記憶合金（ＳＭＡ）、又は他の適したアクチュエータ機器として、具現化される。
【００２６】
図３を参照すると、コントローラ１６の変換器１８（図１も参照）は、パルス幅変調（ＰＷＭ）の処理を使用して主バス電圧（ＶＭ）を段階的に降下させ、得られた電圧（矢印ＶＰＷＭ）をブレーキアセンブリ３０の低圧側に印加するように動作可能である。ここで使用する語句“高圧側”は、図３における“制動電力”線のことをいっており、後述のように、ジャンパー７０により２４Ｖ電力が印加されるのでなければ、それは、図３に実施形態においては通常９６Ｖレベルである。語句“低圧側”は、図３における“制動回帰”のことをいっており、以下で説明するように、９６Ｖ接地に接続したり、非接続としたりすることができる。
【００２７】
２種類のバス電圧が提供される。すなわち、各種必要なプロセッサ、センサ等を動作させるための２４Ｖと、図１に示すモータアセンブリ１２のモータ部分に電力を供給するための９６Ｖの主バス電圧（ＶＭ）である。２４Ｖバスは、“論理電力”として言及され、例えば、コントローラ１６（図１参照）のプロセッサとして、又はそれとともに使用されるフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の場合には略３Ｖ〜略４Ｖというように、各種論理チップの要求に基づいて、異なる電圧レベルに調整される。その電圧信号（矢印ＶＰＷＭ）は、適式な抵抗５４を介して、信号線５２により、コントローラ１６（図１）から電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）５６に送られる。
【００２８】
電圧信号（矢印ＶＰＷＭ）の変調により、最終的にＦＥＴ５６がオン／オフする。ＦＥＴ５６がオフのときには、ブレーキアセンブリ３０の低圧側が切断され、ブレーキアセンブリ３０への電力供給が終結する。ＦＥＴ５６がオンになると、ブレーキアセンブリ３０の低圧側が、９６Ｖ接地に接続される。すなわち、ブレーキアセンブリ３０は直接ＨＶバス２２（図１参照）に接続され、そのバスは、この特定の実施形態では、最大値の略９６Ｖである。その後、コントローラ１６は、必要に応じて電圧信号（ＶＰＷＭ）のデューティー比を変更するようにＰＷＭを適用し、それにより、ブレーキアセンブリ３０に送られる電圧レベルを最適化している。
【００２９】
特に、コントローラ１６は、ブレーキアセンブリ３０を外すのに適した状態を維持する低電圧にＨＶバス２２の９６Ｖを選択的に調整する。最初は、略２４Ｖの電圧が、ブレーキアセンブリ３０を解放するのに十分である。すなわち、２４／９６＝０．２５のデューティー比である。ブレーキアセンブリ３０が解放された後、コントローラ１６は、制動制御パラメータを使用し、電圧レベルを更に低くする。すなわち、例えば、一実施形態においては、略１４Ｖ〜略１７Ｖ、又はそれ以下である。対応するデューティー比は、例えば１７／９６＝０．１７７となる。しかし、実際の値は、制動制御パラメータの値と共に、図２の空隙（矢印Ｇ）の大きさに応じて変わる。図２のアクチュエータ８０を使用するときは、その図面に示された空隙（矢印Ｇ）は、前記規定の制動制御パラメータの値に基づいて選択的に変えられる。
【００３０】
図３を更に参照して、ブレーキアセンブリ３０は、雑音を濾過する、すなわち除去するデカップリング容量５８に電気的に接続される。比例電圧感知又は他の適した電流感知機器のいずれを用いてもよいが、センサ６０は、制動電流（矢印ＩＢ）に基づいて出力電圧（ＶＯＵＴ）を中継するように調整されており、その出力電圧は、電気的リード６５のところのアナログ／デジタルチップ（図示せず）又は他の機器を使用して読まれる。センサ６０は、電源６３を有している。図の実施形態に示すように、電源６３は、容量６７及び６９を有しており、容量６７は、デカップリング容量として動作し、容量６９は、センサ６０のバンド幅を設定するためのものである。また、適式な抵抗６４及び容量６６は、電気的リード６５のところで読むことが可能な濾過後電圧値（ＶＯＵＴ）を最終的に提供するために使用される。
【００３１】
例えば、図１及び２のモータアセンブリ１２の何らかの部分の保守の間、又はモータアセンブリの出力に接続された何らかの保守の間、のように、必要に応じて、手動でブレーキアセンブリ３０を解放するために、選択的に一組のジャンパー７０及び７２が使用できる。つまり、ジャンパー７０は、通常動作の間は、位置２−３のままの位置とされ、手動制動解放のときには位置１−２に移動される。一方、ジャンパー７２は、かかる手動制動解放のときのみ、図３に示すような位置に維持される。コントローラ１６が、例えば保守の間、導通していなければ、又はダウンしていれば、２４Ｖ論理電圧は、ブレーキアセンブリ３０を解放するために使用される。図３に示したフライバックダイオード７４又は他の適した機器を使用して、付加的回路保護が提供されている。
【００３２】
図４を参照して、ステップ１０２から始めて、図１及び２のブレーキアセンブリ３０は、初期的にはアイドル状態又は係合状態にある。アルゴリズム１００は、次にステップ１０４に移行する。
【００３３】
ステップ１０４において、アルゴリズム１００は、ブレーキアセンブリ３０が離脱の指令を受け取ったか否かを判定する。かかる指令は、図１のモータアセンブリ１２を制御するために使用される別の制御アルゴリズム（図示せず）に応じて、コントローラ１６により提供される。かかる指令が検出されると、アルゴリズム１００は、ステップ１０６に移行し、そうでなければステップ１０２に戻る。
【００３４】
ステップ１０６では、アルゴリズム１００は、制動制御パラメータの調整された組の値を検出、測定、さもなければ判定する。例えば、ステップ１０６は、図１のセンサ１５を必然的に使用し、ブレーキアセンブリ３０及び／又はモータアセンブリ１２の他の部分の温度（Ｔ）を判断する。図３のセンサ６０は、制動電流を判断するために使用される。制動制御パラメータは、加えて、又は択一的に、限定されるわけではないが、制動電圧、モータ速度、モータトルク等を含む他の有用な値を含んでいる。故に、ステップ１０６は、制動制御パラメータのために使用される値のそれぞれの測定を含んでいる。ステップ１０６では、コントローラ１６は、構成に応じて、例えば速度及びトルク測定を行って、モータアセンブリ１２を使用したロボットの特定の関節の状態を記述した他の既知の値の処理も行う。そして、アルゴリズム１００は、ステップ１０８に移行する。
【００３５】
ステップ１０８においては、ステップ１０６で判定された各種制動制御パラメータの値が、コントローラ１６に送られ、そこで受け取られ、その内部のメモリに一時的に格納される。そして、アルゴリズム１００は、ステップ１１０に移行する。
【００３６】
ステップ１１０では、コントローラ１６は、ステップ１０８からの値を処理し、制動制御パラメータに応じて、適切なＰＷＭ信号（図３の矢印ＶＰＷＭ）を生成する。ブレーキアセンブリ３０は、ステップ１０８からのＰＷＭ信号（ＶＰＷＭ）を使用して制御される。ステップ１１０では、図３のＦＥＴ５６は、ブレーキアセンブリ３０の低圧側の所定のデューティー比で、オンとオフの交互の状態で駆動され、そのデューティー比は、とりわけ解放状態において、究極的にブレーキアセンブリ３０に配される電圧レベルを決定している。そして、アルゴリズム１００は、ステップ１１２に移行する。
【００３７】
ステップ１１２においては、アルゴリズム１００は、変化する環境、すなわち、温度（Ｔ）、制動電流（ＩＢ）、制動電圧、モータ速度、モータトルク等の究極的に記述するパラメータを含む制動制御パラメータの変化に基づいて、必要に応じてブレーキアセンブリ３０を調整する。ステップ１１２は、構成に応じて、アクチュエータ８０を使用して、図２の空隙（矢印Ｇ）を自動的に調整することを含んでおり、コントローラ１６は、制動制御パラメータの値に基づいて、空隙サイズを調整する。必要に応じてブレーキアセンブリ３０が調整されると、アルゴリズム１００は、ステップ１０４に戻り、ステップ１０４〜１１２を連続ループで繰り返す。
【００３８】
アルゴリズム１００は、例えば論理電力が任意のときに除去されたときのように、強制的に終結されない限り、閉ループで継続される。かかる強制終了が起こると、すべてのプロセッサ、チップ、センサは、自動的にシャットダウンし、アルゴリズム１００は、継続できなくなり、ブレーキの係合が生ずる。
【００３９】
本発明を実施するためのベストモードを詳細に記述してきたが、本発明の関連技術に精通した者であれば、本発明を実施するための他の各種デザイン及び実施形態が、添付の請求の範囲内にあることが認識できるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2010279242000001.pdf