(57)【要約】【課題】ロボットアームを動かすモータのブレーキ用コイルの損失（発熱）を減らす。【解決手段】モータ駆動用電源とブレーキ駆動用電源とに共用されるモータ・ブレーキ駆動用直流電源６１を有するブレーキ付きモータ２を駆動し制動するモータ駆動装置６において、モータ・ブレーキ駆動用直流電源６１をモータ駆動用電源として用いる間、モータ・ブレーキ駆動用直流電源６１から受けた電圧をブレーキに印加する電圧変換回路６４は、ブレーキ３に印加する電圧を帰還し制御する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動用電源とブレーキ駆動用電源とに共用されるモータ・ブレーキ駆動用直流電源を有するブレーキ付きモータを駆動し制動するモータ駆動装置において、
前記モータ・ブレーキ駆動用直流電源を前記モータ駆動用電源として用いる間、該モータ・ブレーキ駆動用直流電源から受けた電圧をブレーキに印加する電圧変換回路は、該ブレーキに印加する電圧を帰還し制御する、ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記モータ・ブレーキ駆動用直流電源を前記モータ駆動用電源として用いる間、前記電圧変換回路は、ブレーキに印加する電圧をブレーキ解除直後の所定時間に高く、該所定時間経過後のブレーキ解除保持時に低くする、
請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記電圧変換回路の電圧制御をパルス幅変調ＰＷＭにより行う、
請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械、産業機械およびロボット等に使用されるブレーキ付きモータを駆動し制動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、産業機械およびロボット等に使用されるブレーキ付きモータを駆動し制動するモータ駆動装置には、モータ駆動電源用およびブレーキ駆動用電源として共有される直流電源を有するモータ駆動装置がある。
【０００３】
特許文献１に記載のロボットのブレーキ制御方式は、非常停止時や電源遮断時にロボットの例えば腕の落下を防止するため、ロボットの腕を動かすモータ内または回転軸部分にブレーキを設け、非常停止後や電源遮断時にブレーキのコイルを非励磁にして制動するものである。
【０００４】
図１は従来技術によるモータ駆動装置のブロック構成図である。モータ駆動装置１０１は、モータ１０２を駆動しブレーキ１０３を制動するための装置であり、制御部１１０と駆動部１２０とを有する。制御部１１０はモータ１０２の速度指令とブレーキ１０３のブレーキ指令またはブレーキ解除指令を駆動部１２０に入力する。ブレーキ１０３は非励磁ブレーキであり、ブレーキ１０３のコイルを非励磁にすることによりモータ１０２にブレーキがかけられる。駆動部１２０はモータ駆動用電源およびブレーキ駆動用電源として共有されるモータ・ブレーキ駆動用直流電源１２１と、制御部１１０からモータ１０２の速度指令を受け、この速度指令に応じた速度になるようにモータ１０２を駆動するモータ駆動回路１２２と、制御部１１０からブレーキ１０３のブレーキ指令またはブレーキ解除指令を受け、これらの指令に応じてブレーキ１０３を制動または制動解除するブレーキ駆動回路１２３とを有する。
【０００５】
特許文献２に記載の電磁ブレーキ制御装置は、電磁ブレーキ装置における可動板を吸着する（強制励磁状態）際、短時間で済む吸引ストローク中だけ大電流を流した後に、電磁ブレーキの電磁石の電流を可動板が吸着状態に保たれるのに必要な程度の比較的小さな電流に保持する（保持励磁状態）際、電磁ブレーキの使用状態に無関係に常に的確に電磁石の励磁電流を制御し、高信頼性とブレーキ動作の安定化と充分な省エネルギー化とが得られるように、電磁ブレーキの電磁石の励磁電流を適切に制御するものである。また、同電磁ブレーキ制御装置は、商用交流電源からサイリスタの位相制御により電磁ブレーキ作動用電磁石の励磁電流を制御する方式であり、電磁ブレーキの電磁石に供給された励磁電流を検出し、その検出値と基準値との偏差に応じてサイリスタの点弧角を制御するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２８９６６号公報（特許請求の範囲の［請求項１］、明細書の段落番号［０００２］、［０００７］、［００１１］、［００１２］および図面の［図１］参照）および要約書。
【特許文献２】特開平６−２００９６３号公報（明細書における［特許請求の範囲］の［請求項１］、明細書の段落番号［０００２］〜［００１２］、［００１５］〜［００１７］、［００５１］、［００５２］および図面の図１参照）および要約書。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のロボットのブレーキ制御方式では、モータ・ブレーキ駆動用直流電源がブレーキ駆動用電源とモータ駆動用電源とに共用されているが、モータ駆動時の電源電圧変動、特にモータ加減速による電源電圧の変動により、ブレーキの駆動用電源として使用されるブレーキコイルに加えられる電圧が不安定となり、最悪の場合ブレーキコイルにダメージを与える可能性がある。
【０００８】
特許文献２に記載の電磁ブレーキ制御装置では、ブレーキ動作の安定化、省エネルギー化は改善されるものの、ブレーキの解除時間、ブレーキ時間の短縮化は考慮されていない。
【０００９】
それゆえ本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ブレーキの駆動用電源およびモータの駆動用電源としてモータ・ブレーキ駆動用直流電源を共用することにより生じるモータ駆動時の電源電圧変動を抑制し、ブレーキ動作を安定化させ、かつブレーキコイルの劣化を防止し、さらにはブレーキの解除時間およびブレーキ時間を短縮するモータ駆動装置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】
【００１０】
上記目的を達成する請求項１に記載のモータ駆動装置は、モータ駆動用電源とブレーキ駆動用電源とに共用されるモータ・ブレーキ駆動用直流電源を有するブレーキ付きモータを駆動し制動するモータ駆動装置において、前記モータ・ブレーキ駆動用直流電源を前記モータ駆動用電源として用いる間、該モータ・ブレーキ駆動用直流電源から受けた電圧をブレーキに印加する電圧変換回路は、該ブレーキに印加する電圧を帰還し制御する、ことを特徴とする。
【００１１】
上記モータ駆動装置において、前記モータ・ブレーキ駆動用直流電源を前記モータ駆動用電源として用いる間、前記電圧変換回路は、ブレーキに印加する電圧をブレーキ解除直後の所定時間に高く、該所定時間経過後のブレーキ解除保持時に低くする。
【００１２】
上記モータ駆動装置において、前記電圧変換回路の電圧制御をパルス幅変調ＰＷＭにより行う。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、ブレーキ電源として電圧帰還による制御を有する電圧変換回路を設けることで、モータ駆動用電源が変動しても、安定したブレーキ電源をブレーキに供給でき、ブレーキコイルに加えられる電圧が安定となり、ブレーキコイルの損失を抑制できる。
また、電圧変換回路を設けることで、ブレーキの電源電圧仕様によらず、モータ駆動用電源とブレーキ駆動用電源とを共用することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、ブレーキ動作後のブレーキ解除時に電圧を高めかけることにより、ブレーキの解除時間を短くすることができ、ブレーキ解除中のブレーキ電圧保持時に電圧を低くしておくことで、ブレーキに移行する時間（ブレーキのクラッチ時間）を短縮できかつブレーキのコイルの損失を減らすことができる。
また、ブレーキ保持時に電圧を低くしておくことで、ブレーキコイルの損失を減らすことが出来ブレーキの小型化が可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、電圧変換回路の出力電圧の調整を精密にできるので、ブレーキのコイルの損失をさらに軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図２の（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置のブロック構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す電圧帰還回路の概要を示す図である。
【００１７】
図２の（Ａ）に示すモータ駆動装置１は、モータ２を駆動しブレーキ３を制動するための装置であり、制御部１０と駆動部２０とを有する。制御部１０はモータ２の速度指令とブレーキ３のブレーキ指令またはブレーキ解除指令を駆動部２０に入力する。ブレーキ３は非励磁ブレーキであり、ブレーキ３のコイルを非励磁することによりモータ２にブレーキがかけられる。駆動部２０は、モータ駆動用電源およびブレーキ駆動用電源に共用されるモータ・ブレーキ駆動用直流電源２１と、制御部１０からモータ２の速度指令を受け、この速度指令に応じた速度になるようにモータ２を駆動するモータ駆動回路２２と、制御部１０からブレーキ３のブレーキ指令またはブレーキ解除指令を受け、これらの指令に応じてブレーキ３を制動または制動解除するブレーキ駆動回路２３と、ブレーキ３のコイルを励磁することによりモータ２に対するブレーキを解除する間、ブレーキ３に加えられる電圧を一定に維持するための電圧変換回路２４とを有する。
【００１８】
モータ・ブレーキ駆動用直流電源２１は外部から三相電源を受けＡＣ／ＤＣ変換してなるＤＣ電源である。モータ駆動回路２２は制御部１０からモータ２の速度指令を受けＤＣ／ＡＣ変換して速度指令に応じてモータ２をＰＷＭ制御して駆動する。ブレーキ駆動回路２３はモータ・ブレーキ駆動用直流電源２１からＤＣ電源を受け直流電圧を制御部１０からブレーキ３のブレーキ指令またはブレーキ解除指令に応じて直接ブレーキ３のコイルに印加する。
【００１９】
図２の（Ａ）に示すように電圧変換回路２４はパワー・トランジスタＴＲと電圧帰還回路２４０とを有する。電圧変換回路２４は、モータ・ブレーキ駆動用直流電源２１からの入力をパワー・トランジスタＴＲのコレクタＣで受けＴＲのエミッタＥからブレーキ駆動回路２３に一定の電圧で出力するように電圧帰還回路２４０によりＴＲのベースＢに流れる電流を制御する。電圧変換回路２４によりブレーキ３に加えられる電圧は一定になるよう制御される。
【００２０】
電圧帰還回路２４０は、図２の（Ｂ）にその全体を示すように内部に設けられた回路から得られる基準電圧とブレーキ駆動回路２３へ入力される電圧である帰還電圧とを比較し、これらの電圧を差動増幅器２４１を介して電圧変換回路２４内のパワー・トランジスタＴＲのベース電流の制御電圧を得て、その制御電圧をパワー・トランジスタＴＲのベースＢへ入力することによりブレーキ駆動回路２３に入力される電圧が一定になるように制御する。
【００２１】
上記第１実施形態のモータ駆動装置１によれば、モータ２の駆動によりモータ・ブレーキ駆動用直流電源２１の出力電圧に変動があっても、電圧変換回路２４によりブレーキ駆動回路２３への入力電圧を一定に保つことでブレーキ３に印加される電圧を一定に保つことができる。また、ブレーキ３の電源電圧仕様にかかわらず、電圧変換回路２４を設けることによりブレーキ３への印加電圧を可変できるので、モータ・ブレーキ駆動用直流電源をブレーキ駆動用電源とモータ駆動用電源とに共用することが可能となる。
【００２２】
図３は図２に示す本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。横軸は時間ｔを示す。モータ２を駆動するときは、制御部１０からモータ駆動回路２２にモータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力される。モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると、モータ２は即座に励磁され、モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されてから一定時間遅延後に制御部１０からブレーキ駆動回路２３へのブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がブレーキ駆動回路２３に入力される。ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると、ブレーキ３は即座に励磁され、ブレーキ動作は所定時間経過後にブレーキ入り（クラッチ）の状態からブレーキ解除（リリース）の状態に切換わる。
【００２３】
モータ２を停止するときは、制御部１０からブレーキ駆動回路２３へのブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなり、ブレーキ動作は所定時間経過後にブレーキ解除（リリース）の状態からブレーキ入り（クラッチ）の状態に切換わる。ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなった後の一定時間遅延後に制御部１０からモータ駆動回路２２へのモータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなりモータ駆動回路２２に入力される。モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオフになると、モータ２は即座に非励磁され停止に至る。
【００２４】
なお、上記一定時間遅延する、すなわちモータ励磁とブレーキ非励磁を一定時間重複させる理由は、ロボットの腕などでは、モータ励磁とブレーキ非励磁とを同時に開始または終了すると、ロボットの腕の自重で落下することがあるからである。自重で落下する心配のない負荷に対しては上記一定時間遅延する必要はない。
【００２５】
図４は本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。図４に示すモータ駆動装置４は、図２の（Ａ）に示すモータ駆動装置１と比して、電圧変換回路４４が異なる点と制御部３０から電圧変換回路４４に制御信号が送られる点とを除きモータ駆動装置１と実質的に同じである。すなわち、図４に示す制御部３０、駆動部４０、モータ・ブレーキ駆動用直流電源４１、モータ駆動回路４２およびブレーキ駆動回路４３は、それぞれ図２に示す制御部１０、駆動部２０、モータ・ブレーキ駆動用直流電源２１、モータ駆動回路２２およびブレーキ駆動回路２３と実質的に同じである。
【００２６】
図４に示す電圧変換回路４４は、ブレーキ駆動回路４３への入力電圧を制御する構成となっており、モータ２の駆動時にはブレーキ３の解除時間を短くするため充分高めの電圧を出力し、モータ２駆動後の所定時間経過後はブレーキ３のコイルの消耗を減らすため低めの電圧に保持するようにブレーキ駆動回路４３への入力電圧を制御する。
【００２７】
図５は図４に示す本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。横軸は時間ｔを示す。モータ２を駆動するときは、制御部３０からモータ駆動回路４２にモータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力される。モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると、モータ２は即座に励磁され、モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されてから一定時間遅延後に制御部３０からブレーキ駆動回路４３へのブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がブレーキ駆動回路４３に入力される。ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると、ブレーキ３は即座に励磁され、ブレーキ動作は所定時間経過後にブレーキ入り（クラッチ）の状態からブレーキ解除（リリース）の状態に切換わる。
【００２８】
モータ２を停止するときは、制御部３０からブレーキ駆動回路４３へのブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなり、ブレーキ動作は所定時間経過後にブレーキ解除（リリース）の状態からブレーキ入り（クラッチ）の状態に切換わる。ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなった後の一定時間遅延後に制御部３０からモータ駆動回路４２へのモータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなりモータ駆動回路４２に入力される。モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオフになると、モータ２は即座に非励磁され停止に至る。
【００２９】
電圧変換回路４４は、制御部３０からブレーキ駆動回路４３にブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると同時に制御部３０から電圧変換回路４４に出力電圧制御信号が入力され所定時間保持される。電圧変換回路４４は、ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されている間のみブレーキ駆動回路４３に電圧を供給する。電圧変換回路４４は、制御部３０から電圧変換回路４４に出力電圧制御信号が入力された後の所定時間には出力電圧制御信号が入力されなくなる間と比して高めの電圧をブレーキ駆動回路４３に供給するよう制御する。電圧変換回路４４は、出力電圧制御信号が入力されなくなると、同出力電圧制御信号が入力されている間と比してブレーキ駆動回路４３に低めの電圧を供給するよう制御する。このように、電圧変換回路４４からブレーキ駆動回路４３に供給される電圧を制御することによりブレーキ３の動作時間を短縮することができる。
【００３０】
図６は本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置のブロック構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す電圧帰還回路の概要を示す図である。図６に示すモータ駆動装置６は図２の（Ａ）に示すモータ駆動装置１と比して、電圧変換回路６４が異なる点とモータ駆動装置６の制御部５０から電圧変換回路６４に出力電圧制御信号が送られる点とを除きモータ駆動装置１と実質的に同じである。すなわち、図６に示す制御部５０、駆動部６０、モータ・ブレーキ駆動用直流電源６１、モータ駆動回路６２およびブレーキ駆動回路６３はそれぞれ図２の（Ａ）に示す制御部１０、駆動部２０、モータ・ブレーキ駆動用直流電源２１、モータ駆動回路２２およびブレーキ駆動回路２３と実質的に同じである。
【００３１】
図６の（Ａ）に示す電圧変換回路６４はブレーキ駆動回路６３への入力電圧を制御する構成となっており、モータ２の駆動時にはブレーキ３の解除時間を短くするため充分高めの電圧を出力し、モータ２駆動後の所定時間経過後はブレーキ３のコイルの消耗を減らすため低めの電圧に保持するようにブレーキ駆動回路６３への入力電圧を制御する。
【００３２】
図６の（Ａ）に示すように電圧変換回路６４はＩＧＢＴと電圧帰還回路６４０とを有する。電圧変換回路６４は、モータ・ブレーキ駆動用直流電源６１からの入力をＩＧＢＴのコレクタＣで受けＩＧＢＴのゲートＧへのパルス信号に応じたパルス電圧をＩＧＢＴのエミッタＥからブレーキ駆動回路６３に出力する。ＩＧＢＴのゲートＧへのパルス信号は電圧帰還回路６４０により制御される。
【００３３】
図６の（Ｂ）にその全体を示すように、電圧帰還回路６４０は、内部に設けられた回路から得られる基準電圧とブレーキ駆動回路６３へ入力される（ＩＧＢＴのエミッタＥから出力される）電圧を受けパルスデューティ比に比例した電圧を出力するＣＲ回路６４２からの出力電圧、すなわち帰還電圧とを比較し、これらの電圧を差動増幅器６４１を介して得られた制御電圧を内部に設けられた回路から発生されるＰＷＭ制御用の三角波と比較器６４３で比較し、比較結果のパルス幅電圧指令をＩＧＢＴのゲートＧへ入力することによりブレーキ駆動回路６３に入力される電圧を制御する。ＣＲ回路６４２は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の時定数Ｃ１Ｒ１で充電し、コンデンサＣ１に充電された電荷は抵抗Ｒ２を通って放電する回路であり、高周波数のパルスが入力され、パルスのデューティ比に比例した電圧が出力される。
【００３４】
図７は図６に示す本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。横軸は時間ｔを示す。モータ２を駆動するときは、制御部５０からモータ駆動回路６２にモータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力される。モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると、モータ２は即座に励磁され、モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されてから一定時間遅延後に制御部５０からブレーキ駆動回路６３へのブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がブレーキ駆動回路６３に入力される。ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると、ブレーキ３は即座に励磁され、ブレーキ動作は所定時間経過後にブレーキ入り（クラッチ）の状態からブレーキ解除（リリース）の状態に切換わる。
【００３５】
モータ２を停止するときは、制御部５０からブレーキ駆動回路６３へのブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなり、ブレーキ動作は所定時間経過後にブレーキ解除（リリース）の状態からブレーキ入り（クラッチ）の状態に切換わる。ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなった後の一定時間遅延後に制御部５０からモータ駆動回路６２にモータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなり、へのモータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオンからオフとなりモータ駆動回路６２に入力される。モータ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号がオフになると、モータ２は即座に非励磁され停止に至る。
【００３６】
電圧変換回路６４は、制御部５０からブレーキ駆動回路６３にブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されると同時に制御部５０から電圧変換回路６４に出力電圧制御信号が入力され所定時間保持される。電圧変換回路６４は、ブレーキ励磁イネーブルＥＮＢＬ信号が入力されている間のみブレーキ駆動回路６３に電圧を供給する。電圧変換回路６４は、制御部５０から電圧変換回路６４に出力電圧制御信号が入力された後の所定時間には出力電圧制御信号が入力されなくなる間と比して高めのデューティ比のパルス電圧をブレーキ駆動回路６３に供給するよう制御する。電圧変換回路６４は、出力電圧制御信号が入力されなくなると、同出力電圧制御信号が入力されている間と比してブレーキ駆動回路６３に低めのデューティ比のパルス電圧を供給するよう制御する。このように、電圧変換回路６４からブレーキ駆動回路６３に供給されるパルス電圧のデューティ比を制御することによりブレーキ３の動作時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来技術によるモータ駆動装置のブロック構成図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置のブロック構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す電圧帰還回路の概要を示す図である。
【図３】図２に示す本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。
【図５】図４に示す本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）は本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置のブロック構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す電圧帰還回路の概要を示す図である。
【図７】図６に示す本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１、４、６    モータ駆動装置
２    モータ
３    ブレーキ
１０、３０、５０    制御部
２０、４０、６０    駆動部
２１、４１、６１    モータ・ブレーキ駆動用直流電源
２２、４２、６２    モータ駆動回路
２３、４３、６３    ブレーキ駆動回路
２４、６４    電圧変換回路
２４０、６４０    電圧帰還回路
【図１】
2008131759.tif 000003
【図２】
2008131759.tif 000004
【図３】
2008131759.tif 000005
【図４】
2008131759.tif 000006
【図５】
2008131759.tif 000007
【図６】
2008131759.tif 000008
【図７】
2008131759.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月13日(2007.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2008131759.tif 000010