(57)【要約】作動制動位置と非作動位置との間で一時的な電流パルスにより切替えられる電磁ブレーキ。それは、電流がほとんど又はまったくない状態で、作動及び非作動の位置に受動的に保持される。これは、寸法測定装置でブレーキが使用される場合、測定の精度に影響する熱の発生を防ぐ。１つの形態では、永久及び半永久の磁石（５４、５６）が並列に配列され、この配列の磁気極性が、周囲コイル（５８）においての一時的な電流パルスによって反転される。コンデンサが、電力供給障害の場合にブレーキを作動させるための電流貯留部を提供し得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材を制動する制動システムであって、
可動部材に制動力を作用させる作動制動位置と制動力が解放される非作動位置とを有する制動素子、及び
電磁装置であって、その電磁力が前記制動素子に作用して前記制動素子を作動位置と非作動位置との間で切替えるように構成されている電磁装置、
を備え、前記電磁装置は、
前記制動素子を作動制動位置から非作動位置に、及び非作動位置から作動制動位置に切替えるべく、一時的な電流パルスによって励起可能な１つ以上の能動素子と、
前記一時的なパルスが前記能動素子から除去された後、前記制動素子を前記作動制動位置及び前記非作動位置に維持する１つ以上の受動素子と、を備えることを特徴とする制動システム。
【請求項２】
電力供給障害の場合に、前記一時的なパルスを前記能動素子の１つ以上に供給し、前記制動素子を前記非作動位置から前記作動制動位置に切替えるように構成されたエネルギー蓄積装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の制動システム。
【請求項３】
前記エネルギー蓄積装置はコンデンサであることを特徴とする請求項２に記載の制動システム。
【請求項４】
前記非作動位置において、前記１つ以上の能動素子は、電流の前記一時的なパルスよりも小さい電流によっては励起されないか、又は励起され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制動システム。
【請求項５】
前記１つ以上の受動素子は、１つ以上の磁石を含でいることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の制動システム。
【請求項６】
前記磁石は、軟質永久すなわち半永久の磁石であり、その磁気極性は、前記能動素子の１つ以上に一時的なパルスを印加することによって切替え可能であることを特徴とする、請求項５に記載の制動システム。
【請求項７】
前記１つ以上の能動素子は、前記軟質永久磁石に関連された電磁コイルを含むことを特徴とする、請求項６に記載の制動システム。
【請求項８】
硬質永久磁石をさらに含み、前記軟質磁石の前記磁気極性は、前記一時的なパルスによって、前記硬質磁石の前記磁気極性に整列する状態と前記磁気極性に反対側の状態との間で切替え可能であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の制動システム。
【請求項９】
前記１つ以上の受動素子は、ばねを含んでいることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の制動システム。
【請求項１０】
前記電磁装置は、双安定であるか、又は双安定機構を含み、それにより、作動及び非作動の制動位置の両方において、安定であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の制動システム。
【請求項１１】
可変振幅の一時的なパルスを生成することができる、一時的なパルスを生成する制御装置を含んでいることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の制動システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、異なる振幅の一続きの２つ以上の一時的なパルスを生成するようにプログラム可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の制動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
制動システムの使用が望まれる場合の１つの例は、例えば、寸法計測のための測定位決定装置にある。このような測定位決定装置は、ワークピースに対しての測定又は他の操作を行うために、固定部材又はベースに対して、１つ、２つ又は３つの次元で移動可能である、プローブ又は他の工具を保持するための可動部材を備えている。移動は、１つ以上のモータによって、又は手動で駆動されてもよい。
【０００３】
このような測定位決定装置の例には、座標測定機械（ＣＭＭ）、比較ゲージングマシン、工作機械、手動座標測定アーム、及びロボットが含まれる。この装置は、プローブ又は他の工具を支持する可動部材が、３つの直交する方向Ｘ、Ｙ、Ｚにそれぞれ移動可能な３つの直列に接続されたキャリッジを介して取り付けられている、いわゆるデカルト式機械であってもよい。これは、「シリアル運動学的」運動システムの例である。あるいは、測定装置は、例えば、可動部材と相対的に固定された部材又はベースとの間にそれぞれ平行に接続されている３つ又は６つの伸張性ストラットを含む「パラレル運動学的」運動システムを有する非デカルト式機械であってもよい。次に、Ｘ、Ｙ、Ｚ作業容積内における可動部材（したがって、プローブ又は工具）の動きは、３つ又は６つのストラットのそれぞれの伸張を調整することによって制御される。非デカルト式機械の例は、特許文献１（ＷＯ０３／００６８３７）及び特許文献２（ＷＯ２００４／０６３５７９）に示されている。
【０００４】
このような装置には、不使用時に、可動部材の動きを防止するために、制動システムが設けられてもよい。例えば、これは、重力の下での沈降を防ぐかもしれない。場合によっては、停電の場合などにおいて、フェイルセーフな方法で動作を停止させるべく制動システムを適用することも重要である。これにより、可動部材（又はそのプローブ又は工具）が何か又は誰かにぶつかり、損害又は損傷を引き起こす可能性を抑え得る。
【０００５】
他のタイプの装置用制動システムが知られており、そこでは、制動素子を作動可能な制動位置に付勢するために、永久磁石又はばねなどの受動素子によって制動素子に付勢力が加えられる。制動素子を解放するためには、電磁コイルのような能動素子が励磁され、受動素子の付勢力に反作用する。これは、フェイルセーフ動作を提供する。何故なら、能動素子への電力がフェイルすると、受動素子が制動素子に付勢力を再印加し、装置が制動されるからである。一例は、特許文献３（ＷＯ２０１４／１３２３６２号（これは、米国特許出願ＵＳ２０１６／００１５３４２号、後に２０１６年１月２１日に公開、に関連））に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０３／００６８３７号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０６３５７９号公報
【特許文献３】国際公開第２０１４／１３２３６２号公報
【特許文献４】米国特許第５８１３２８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、そのような構成では、装置が使用されている間、能動素子（例えば、電磁コイル）を常に励磁する必要がある。測定位決定装置の場合、これは、装置の部品の熱成長を引き起こす可能性がある。そのような熱成長は、寸法測定の精度に悪影響を与える。エネルギー効率が重要である場合、例えば、携帯型測定装置のようなバッテリ駆動機器では、連続通電もまた問題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、可動部材を制動する制動システムであって、
可動部材に制動力を作用させる作動制動位置と制動力が解放される非作動位置とを有する制動素子、及び
前記制動素子を作動位置と非作動位置との間で切替えるように構成されている電気的に操作される装置、を備え、電気的に操作される装置は、
制動素子を作動制動位置から非作動位置に、及び非作動位置から作動制動位置に切替えるべく、一時的な電流パルスによって励起可能な１つ以上の能動素子と、
一時的なパルスが能動素子から除去された後、制動素子を作動制動位置及び非作動位置に維持する１つ以上の受動素子と、を備えることを特徴とする制動システムを提供する。
【０００９】
少なくとも好ましい実施形態において、これは、可動部材の通常の動作中に、制動素子を非作動位置に保持するための連続的な励起の必要性を回避、又は低減させる。結果の可能性のある利点は、熱成長の制限及び／又はエネルギー効率の向上を含んでいる。
【００１０】
電気的に操作される装置は、電磁的であってもよく、この場合、その電磁的な力が制動素子に作用して、それを作動位置と非作動位置との間で切替えるように構成されてもよい。及び／又は、電気的に操作される装置が制動素子に機械的に結合されてもよい。
【００１１】
１つの好ましい実施形態では、制動装置は、電力供給障害の場合に、一時的なパルスを能動素子の１つ以上に供給し、制動素子を非作動位置から作動制動位置に切替えるように構成された（コンデンサのような）エネルギー蓄積装置を備えている。これは、電力供給障害の場合に、可動部材の動きを制動するフェイルセーフ作用を提供し得る。例えば、エネルギー蓄積装置はコンデンサであってもよい。
【００１２】
好ましくは、不作動位置において、１つ以上の能動素子は励起されない。しかしながら、それらは電流の一時的なパルスよりも小さい電流によって励起されてもよい。
【００１３】
１つ以上の受動素子は、１つ以上の磁石を含むことができる。磁石は、軟質永久磁石（ｓｏｆｔ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ）であり、その磁気極性は、能動素子の１つ以上に一時的なパルスを印加することによって切替え可能であってもよい。１つ以上の能動素子は、軟質永久磁石に関連された電磁コイルを含んでいてもよい。制動装置は、硬質永久磁石をさらに含んでいてもよく、軟質磁石の磁気極性は、一時的なパルスによって、硬質磁石（ｈａｒｄ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ）の磁気極性に整列する状態と当該磁気極性に反対側の状態との間で切替え可能である。
【００１４】
他の実施形態では、１つ以上の受動素子がばねを含んでいてもよい。
【００１５】
電磁気装置は、双安定であるか、又は双安定機構を含んでもよく、それにより、作動及び非作動の制動位置の両方において、安定である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して、例として以下に説明される。
【図１】図１は、パラレル運動学を用いた運動システムを有する比較ゲージング機械の作動部分を示す図である。
【図２】図２は、図１の機械におけるアクチュエータ及び制動システムの一部の等角図である。
【図３】図３は、図２の断面図である。
【図４】図４は、制動システムの一部の概略図である。
【図５】図５は、制動システムの一部の概略図である。
【図６】図６は、制動システムのための電力供給回路の概略回路図である。
【図７】図７は、図２及び図３に対する別の制動システムを示している。
【図８】図８は、図２及び図３に対する別の制動システムを示している。
【図９】図９は、図２及び図３に対する別の制動システムを示している。
【図１０】図１０は、図２及び図３に対する別の制動システムを示している。
【図１１】図１１は、軟質（半永久）磁石の磁束密度を示すグラフである。
【図１２】図１２は、図２乃至図５の永久電磁石（ｅｌｅｃｔｒｏｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ）装置における磁束密度を示すグラフである。
【図１３ａ】図１３ａは、図２乃至図５による構成において作動又は一時的なパルス振幅の変化を示すグラフである。
【図１３ｂ】図１３ｂは、図２乃至図５による構成において作動又は一時的なパルス振幅の変化を示すグラフである。
【図１４】図１４は、制動システムを制御するための代替回路の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、座標測定装置の一部の図である。この装置は、本出願人のレニショー（Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ｐｌｃ）によって、商標ＥＱＵＡＴＯＲの下で販売されている比較ゲージングマシン１０である。それは、非デカルト式のパラレル運動学的運動システムによって、可動プラットフォーム３２に接続された固定プラットフォーム３０を備えている。本例では、パラレル運動学的運動システムは、固定プラットフォームと可動プラットフォームとの間で平行に作用する３つのストラット３４を備えている。３つのストラット３４は、３つのそれぞれのアクチュエータ３６を通過し、これらのアクチュエータによって伸縮することができる。各ストラット３４の一端は、普遍的に旋回可能なジョイントによって可動プラットフォーム３２に取り付けられ、アクチュエータ３６も固定プラットフォーム３０に同様に普遍的に旋回可能に取り付けられている。
【００１８】
アクチュエータ３６はそれぞれ、各ストラットを伸縮させるためのモータと、各ストラット３４の伸びを測定するトランスデューサとを備えている。各アクチュエータ３６において、トランスデューサは、スケールと読取ヘッドとを備え、読取ヘッドの出力用のカウンタを有するエンコーダであってもよい。
各モータ及びトランスデューサは、制御装置又はコンピュータ８によって制御されるそれぞれのサーボループの一部を形成している。モータは、ラック及びピニオンのような、ストラットを伸縮させるための任意の適切な機構を介して、作用してもよい。１つの好ましい機構は、モータのスピンドル上のピニオンの周りに巻かれた歯付きベルトを備え、例えば、１つ又は複数のアイドラホイールによって維持されるΩ形状の低ヒステリシス駆動である。
【００１９】
パラレル運動学的運動システムはまた、固定プラットフォームと可動プラットフォームとの間で平行して作用する、３つの受動回転防止装置３８、３９を備えている。各回転防止装置は、固定プラットフォーム３０にヒンジ結合された剛性プレート３９と、剛性プレート３９と可動プラットフォーム３２との間に普遍的に旋回可能に連結された、平行で間隔を置いて配置された一対のロッド３８とを備えている。回転防止装置は、３つの回転自由度の全ての動きに対して可動プラットフォーム３２を拘束するべく協働する。したがって、可動プラットフォーム３２は、３つの並進自由度Ｘ、Ｙ、Ｚのみで動くように制約されている。ストラット３４の適切な伸長を要求することによって、制御装置／コンピュータ８は、可動プラットフォームの任意の所望のＸ、Ｙ、Ｚの変位、すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚの位置決めを生じさせることができる。
【００２０】
このようなパラレル運動学的運動システムの動作原理は、特許文献４（米国特許第５，８１３，２８７号（ＭｃＭｕｒｔｒｙ等））に記載されている。これは（３本の延伸ストラット３４を有する）三脚機構の例である。例えば、三脚又は六脚のパラレル運動学的機構を備える、他の運動システムが用いられてもよい。
【００２１】
３つのアクチュエータのトランスデューサが一緒になって、位置測定システムを形成する。これは、制御装置又はコンピュータ８内での適切な計算によって、固定プラットフォーム３０に対する可動プラットフォーム３２のＸ、Ｙ、Ｚ位置を決定する。これらの計算は当業者には周知である。
【００２２】
他のタイプのプローブ（接触トリガプローブを含む）が使用され得るが、典型的には、ワークピースに接触する先端部２２を備える偏位可能なスタイラス２０を有するアナログプローブ１６が、機械の可動プラットフォーム３２に取り付けられる。機械は、ワークピースの特徴の測定を実行するために、テーブル１２上のワークピース１４に対して、プローブ１６を移動させる。ワークピース表面上の点のＸ、Ｙ、Ｚ位置は、アナログプローブ１６の出力と共に、サーボシステム内のトランスデューサからの計算によって導き出される。これは全て、制御装置／コンピュータ８によって制御される。あるいは、接触トリガプローブを用いて、プローブがワークピースの表面に接触したことを示す信号が、トランスデューサからの出力から計算されたＸ、Ｙ、Ｚの位置値を凍結させ、そしてコンピュータは、ワークピースの表面の座標を読み取る。通常の生産使用中の測定作業のためには、必要に応じて、ロボット（図示せず）などの自動手段が、生産ランからの実質的に同一のワークピースの連続の各々を、少なくとも公称上、テーブル上の同じ位置及び向きに配置することができる。
【００２３】
図１のパラレル運動学的測定装置は、本発明が使用される装置のタイプの一例に過ぎない。他の例には、ＸＹＺ方向に直角に移動可能な３つの直列に接続されたキャリッジを備える従来のデカルト式ＣＭＭのような、シリアル運動学的運動システムを有する測定装置が含まれる。これは、コンピュータ制御又は手動操作であってもよい。もう１つの可能なシリアル運動学的機械は、複数の関節アーム部材が複数の回転ジョイントによって連続して接続されている、検査ロボット又は手動関節アームである。本発明はまた、１つ又は２つの方向のみの直線運動、及び／又は、１つ以上の軸を中心とする回転運動を有するシステムにも適用可能である。
【００２４】
どのようなタイプの機械が用いられてもよく、典型的には、それは、自動製造プロセスからの産出ワークピースを検査するために、ワークショップ環境に置かれる。
【００２５】
図２及び図３は、アクチュエータ３６の各々内に含まれている制動システムを示している。アクチュエータ内のモータは、ハウジング４０内で回転するように取り付けられているロータ４２を有している。平面ばね４６がハウジング４０の端部に取り付けられ、そして、環状のブレーキパッド４４が平面ばねの一方のロータに面した側に取り付けられている。平面ばね４６は、ばねが、ブレーキパッドがロータに向かって及びロータから離れて軸方向に動くのを許容するように、螺旋状の切欠き４８を有している。他の力が作用していない通常の緩和状態においては、平面ばね４６は、ブレーキパッド４４をロータ４２から離して保持する受動的な要素として作用し、その結果、モータは自由に回転し、ストラット３４を伸縮させる。
【００２６】
永久電磁石アセンブリ５０は、ロータとは反対側の、平面ばねの反対側に取り付けられている。それは、ロータ４２と磁気回路を形成するために、平面ばねを貫通して延在する２つの端部プレート５２を有している。永久電磁石が後述するように磁力を加えるとき、端部プレートはロータに向かって軸方向に引っ張られ、平面ばねを偏位させ、そしてブレーキパッド４４のロータ４２との摩擦係合を生じさせ、制動力を加える。
【００２７】
図３、図４、及び図５に見られるように、永久電磁石アセンブリ５０は、並列配置で並んで配置されている硬質（永久）磁石５４及び軟質（半永久）磁石５６を備えている。それらは、能動素子を形成する電磁コイル５８によって取囲まれている。図４及び図５において、矢印は硬質磁石５４及び軟質磁石５６の磁気極性を示している。硬質磁石５４は、焼結されたニオディユームのような材料から作られてもよい。軟質（半永久）磁石５６は、ＡＩＮｉＣｏ合金などの材料で作られてもよく、飽和保磁力は、その磁気極性がコイル５８を通る電流の一時的な切替パルス（すなわち、活性化パルス）の印加によって、一方向から他方向に往復して切替えられるように、選択される。その磁気極性は、その後、反対極性の電流の別の一時的な切替パルスの印加が、再びその逆方向に切替え戻すまで、電流が印加されていない反転状態にとどまる。一方、硬質磁石５４の磁気極性は、これらの電流パルスの影響を受けない。
【００２８】
図４及び図５は、永久電磁石アセンブリ５０の２つの可能な双安定状態を示している。
【００２９】
図４において、磁石５４、５６の極性は整列状態にあり、それらの磁力は互いに強め合っている。磁気回路が端部プレート５２及びロータ４２を通って形成され、ブレーキパッド４４をロータと摩擦係合させる。磁石５４、５６は、その後、ストラット３４の動きを阻止するブレーキをかけるための受動素子として作用する。
【００３０】
図５においては、軟質磁石５６の極性がコイル５８の電流のパルスによって切替えられた後の、２つの磁石５４、５６の極性が互いに反対の状態にある。磁気回路は、アセンブリ５０内にとどまり、端部プレート５２を介して一方の磁石から他方の磁石に通過するが、最早、ロータ４２を通過しない。この状態では、平面ばね４６がブレーキパッド４４をロータ４２から離して受動的に保持するので、ブレーキは解放される。
【００３１】
アセンブリ５０のための他の構成も可能である。例えば、電磁コイル５８は、磁石５４にではなく、磁石５６にのみ巻き付けられてもよい。及び／又は、硬質及び軟質の磁石５４、５６は、それらの極性が反対の状態にあるときには好ましい磁気回路を生成しないが、並列に代えて端部対端部の直列にも配置され得る。
【００３２】
永久電磁石を一方の状態から他方の状態に切り替えるためには、電流のパルスが必要とされるのみであり、それ以降に、どちらの状態にも保持しないことが注目に値する。これは、ブレーキが解放された状態での座標測定装置の通常の使用中に、ストラット３４の熱成長を引き起こし、その長さの増加を生じさせ、結果としてプローブ１６の位置が不正確となる、連続的な電流の流れがないことを意味する。それはまた、制動されたときに、停電があったとしても運動を防ぎ得ることを意味する。
【００３３】
しかしながら、一部の用例では、これらの問題はそれほど重要ではなく、それで、一時的な切替パルスの後に、より小さな残留電流が流れ続けることがある。例えば、特定の用途では、生成される熱が、装置の必要とされる精度に悪影響を与えるのに十分な熱成長を引き起こすであろう熱よりも低い場合、コイル５８内に連続的なトリクル電流が存在し得る。
【００３４】
図６は、図４及び図５に示す２つの状態の間で永久電磁石アセンブリ５０を切り替えるために、電流の一時的な切替パルスを供給する回路を示している。これらの回路の１つが、３つのアクチュエータ３６のそれぞれに設けられている。
【００３５】
この回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）６８を含んでいる。ＦＰＧＡ６８は、通信バス７０を介して機械制御装置８と（直接又は中間のマスタ回路を介して）通信し、モータ制御装置７２を介して、それぞれのアクチュエータ３６内のモータを有効又は無効にする。通常の動作では、ＦＰＧＡは、制御装置８からのコマンドに作用し、モータが駆動されるべきときにそれぞれのブレーキを解放し、モータが停止されるときにブレーキを作動させるように構成されている。選択肢として、それはまた、例えば、緊急時にモータのスイッチを切りブレーキをかける、緊急停止ボタンからの手動入力を受け取ることもできる。
【００３６】
ＦＰＧＡ６８は、ブレーキが作動されるべきときにはライン６０上に、また解放されるべきときにはライン６２上に信号を発生させる。これらの信号は、トランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４を備えている駆動ブリッジを介して、電磁コイル５８を駆動する。コイル５８は、ＦＰＧＡよりもより高い動作電圧を使用しているので、駆動ブリッジの高電圧側トランジスタＴ１、Ｔ３への信号は、ゲートドライバ６４、６６を通過する。
【００３７】
駆動ブリッジの電力は、抵抗Ｒ１及びそれぞれのショットキーダイオードＤ１、Ｄ２を介してトリクル充電される２つの蓄電コンデンサＣ１、Ｃ２から生じる。コンデンサは各々、充電されると、予め設定された量のエネルギーを蓄える。
【００３８】
ＦＰＧＡからライン６２上の「解放」信号が受信されると、トランジスタＴ１及びＴ２がスイッチオンされ、コンデンサＣＩがコイル５８を介して放電する。これは、コイル内に電流のパルスを生成し、軟質磁石５６を図４に示される状態から図５に示される状態に反転させる。ブレーキパッド４４は、モータのロータ４２から解放される。機械１０の通常の非制動動作が可能である。
【００３９】
この一時的な切替パルスの後、ＦＰＧＡはライン６０から「解放」信号を除去し、トランジスタＴ１、Ｔ２はオフになり、そしてコンデンサＣ１は再充電される。上述したように、機械１０の通常動作中には、コイル５８を通る電流はそれ以上流れない。したがって、ストラット３４及び機械の他の部分の熱的成長は回避され、そしてエネルギーが保存される（これは、電池作動装置において有利である）。
【００４０】
ＦＰＧＡからライン６０上の「作動」信号が受信されると、トランジスタＴ３及びＴ４がスイッチオンされ、そしてコンデンサＣ２は逆の意味で電流が流れる状態でコイル５８を介して放電する。これは、コイル内に別のパルス電流を発生させ、軟質磁石５６を図５に示される状態から図４に示される状態への反転を生じさせる。端部プレート５２は、ロータ４２に向かって引っ張られ、ブレーキパッド４４が、ロータ４２の動きを制動するべく適用される。再度、この一時的な切替パルスの後、ＦＰＧＡは、ライン６０から「作動」信号を除去し、トランジスタＴ３、Ｔ４はオフになり、そしてコンデンサＣ２は再充電される。さらなる電流がコイル５８を通過することはない。
【００４１】
制動システムが解放されている間に停電が発生した場合には、次のようにフェイルセーフ方式で再作動される。
【００４２】
アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）７４は、機械１０への電力供給電圧Ｖ＋（例えば、４８Ｖ及び２０Ｖ）を適切な分圧器（図示せず）を介して監視している。ＡＤＣ７４は、対応するデジタル値をＦＰＧＡ６８に入力する。停電が発生した場合、ＦＰＧＡは、このデジタル値が、例えば、Ｖ＋すなわち２０Ｖよりも低い所定の電圧に対応する特定の閾値以下に低下したとき、ライン６０上に「作動」信号を出すようにプログラムされている。それはまた、モータ制御装置７２に信号を送り、モータを無効にする。ＦＰＧＡ及びＡＤＣは、自らの電源がより低い電圧、例えば、３．３Ｖで調整されているので、これを行うことができる。これは全て、電源電圧Ｖ＋が３．３Ｖを下回って、そして、ＦＰＧＡの動作が中断される前の、短時間で非常に迅速に起こる。
【００４３】
したがって、停電の場合、この「作動」信号は、トランジスタＴ３及びＴ４をスイッチオンする。（ゲートドライバ６４は、電力が低下するとＴ３をスイッチオンするのに十分なエネルギーを蓄積する、図示しない蓄電コンデンサを含んでいる）。コンデンサＣ２は、Ｔ３及びＴ４を経由しコイル５８を介して放電し、軟質磁石５６を図４に示される状態に反転させ、ブレーキを作動させるのに十分な電流パルスを供給する。軟質磁石を図４に示される状態に維持するためには、それ以上の電流は必要ないので、これは、機械１０の動作を停止させ、クラッシュを防止する、フェイルセーフ動作を保証する。
【００４４】
上記の回路は、停電を検出するためにＡＤＣ及びＦＰＧＡを使用するが、所望ならば、より単純な電子機器、例えば、電源電圧を監視するコンパレータ回路を使用して、同じ機能を達成することができる。しかしながら、ＦＰＧＡは、制動システムが作動される電圧閾値がプログラム可能であるという利点を有している。
【００４５】
図７は、図２及び図３の制動システムの代替例を示す。前と同様に、モータのロータ４２がハウジング４０内で回転するように取り付けられている。ブレーキパッド８０は、平面ばね８２の下面に取り付けられている。この実施形態では、平面ばね８２は、双安定ダイヤフラムの形態である。それは、２つのバックル位置のいずれかを自然に取ることができる受動的な要素として作用する。実線で示されている位置では、ばね８２がブレーキパッド８０をロータ４２に対して押し付け、機械のストラット３４の動きを制動する。破線８２ａで示される位置では、ばね８２がブレーキパッドをロータ４２から離して保持し、ブレーキが解放される。
【００４６】
ブレーキを作動させるために、ダイヤフラムばねは、（能動素子を形成する）ソレノイドコイル８４内の電流の一時的な切替パルスによって、実線で示されている位置に反転される。ブレーキを解放するためには、それは、逆の意味で、コイル８４内の電流の別の一時的な切替パルスによって破線８２ａによって示されている位置に反転される。したがって、ダイヤフラムばね８２は、連続的な動力の供給なしに、ブレーキが作動状態又は解放状態に保持されるのを可能にする。コイル８４への電流のパルスは、前述の実施形態のようなフェイルセーフ回路によって供給されてもよく、これにより、電力供給障害の場合にブレーキが作動されることを保証している。
【００４７】
図８は、図７の実施形態の修正版を示し、同様の部分には同じ参照番号が付与されている。ダイヤフラムの平面ばねの代わりに、それは、作動位置と解放位置との間で反転され得る、鋼のような磁性材料のプレート８６を有している。１つ以上のブレーキパッド８８がプレート８６の下側に取り付けられている。作動状態では、ロータ４２上の１つ以上の磁石９０が受動素子として作用してプレート８６を引き付け、ブレーキパッドをロータに対して押し付ける。解放された状態では、ハウジングのカバー４１の１つ以上の磁石９２が同様に受動素子として作用しプレート８６を吸引し、パッドをロータから離して保持する。プレート８６は、電源が故障した場合にブレーキを作動させる同様のフェイルセーフ回路を用いて、図７のように、ソレノイドコイルの電流の一時的な切替パルス（反対方向）によって作動位置と解放位置との間で反転される。これは双安定機構を形成している。勿論、鋼プレートの代わりに、磁石９０、９２が、非磁性材料製のプレートに設けられた磁気インサートに作用してもよい。あるいは、磁石がプレートの中又は上に取り付けられ、ロータ４２及びハウジングのカバー４１の磁性材料に作用してもよい。
【００４８】
図９は、双安定機構を有する別の変形実施形態を示している。１つ以上のブレーキパッド８８が、再度、作動位置（実線）と解放位置（破線９４ａ）との間で反転され得るプレート９６に取り付けられている。これは、回転可能なホイール９６及びばね９８を備えるオーバーセンター（ｏｖｅｒ−ｃｅｎｔｒｅ）機構によって、これらの２つの安定した位置の間で反転される。作動位置では、ばね９８の力がオーバーセンター機構のアーム１００を介してプレート９４に作用し、モータのロータ４２の動きを制動するべくブレーキパッドを付勢する。解放された位置（破線）では、オーバーセンター機構がブレーキパッドをロータから離して保持する。当該機構は、図示しないソレノイドによって、２つの位置の間で反転され、フェイルセーフ回路を含んでいる、図７及び図８と同様のものとすることができる。
【００４９】
図１０は、さらなる双安定な実施形態を示す。ここでは、モータのロータ４２には、その外周部又は当該ロータに取り付けられる要素のいずれかにラチェット１０２が設けられている。これは、ピボット点１０６を中心としてヒンジ止めされている歯止め１０４と協働する。図示された位置において、歯止めはラチェットと係合して、ロータの動きを制動している。それは、単に、ヒンジピボット点１０６での摩擦によって、この位置に保持される。歯止め１０４は、ソレノイドコイル８４によって作動位置と解放位置との間で移動される。ブレーキを解放するためには、電流の一時的なパルスがコイルに供給され、歯止めをラチェットから外す。再度、ピボット点における摩擦が、この位置に歯止めを保持する。ブレーキを作動させるために、反対方向の電流の一時的なパルスが歯止めをラチェットに係合させる。ソレノイドは、フェイルセーフ回路を含む図７及び図８と同様のものでもよい。
【００５０】
図１０の実施形態は、ラチェットの代わりにロータの周囲の穴に係合する、歯止めの代わりのピンを設けることによって、修正されてもよい。あるいは、穴は、ロータに取り付けられた要素に、又は機械の別の可動部分に設けられてもよい。あるいは、ピンは、機械の可動部分に取り付けられ、固定部分の穴に係合してもよい。歯止め又はピンには、摩擦に頼ってそれを作動位置及び解放位置に保持する代わりに、ソレノイドによって作動及び解放されるロック機構が設けられてもよい。
【００５１】
もちろん、他の双安定機構も可能である。例えば、油圧機構が、ブレーキパッドを適用及び解放させ、そして作動中の連続電流を必要とせずに、それを作動及び解放状態に保つための１つの電磁弁又は複数の電磁弁を有することができる。
【００５２】
ここで、本発明のさらなる実施形態が説明される。
【００５３】
図２乃至図５の実施形態による実験では、作動パルス電流が減少されたとき、永久電磁石からの利用可能な力の量が減少することが観察された。この磁力における減少は、利用可能な力を増加又は減少させるようにコイルに再びパルスが与えられるまで一定のままである。以下に説明されるさらなる実施形態では、ブレーキ機能に対する高度な制御を与えるために、この特性が使用される。従来技術においては、電磁ブレーキ（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｒａｋｅ）システムは、典型的に、オン又はオフのデジタルである。電気永久ブレーキ（ｅｌｅｃｔｒｏｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｂｒａｋｅ）を使用すると、力は飽和に至るまでの任意の点に設定され得る。
【００５４】
図２−５に示されるような永久電磁石からの最大磁場強度は、硬質（永久）ニオディユーム磁石５４と軟質（半永久）ＡＩＮｉＣｏ磁石５６との完全な極性整合があるとき（図４）に達成される。磁極が反対（図５）になると、磁場強度は事実上ゼロに低下する。
【００５５】
図１１は、軟質磁石単独についての磁化力対磁束密度の簡略化されたＢ／Ｈ曲線を示している。図２乃至図５の電気永久構成では、軟質磁石が正の磁束領域から負の磁束領域へと通過するとき、永久電磁石からの力は事実上ゼロになる。力を５０％に減少させるためには、理論上、軟質磁石を図１１に見られるゼロ磁束点に持っていかなければならない。
【００５６】
永久電磁石のＢ／Ｈ曲線は図１１とは全く異なる。何故なら、硬質（永久）磁石は、コイル５８の磁場によっては影響されないからである。図１２は、図２乃至図５に示されるような永久電磁石配列において測定された磁束密度を示すグラフである。電流パルスが、永久電磁石のコイルに多数の異なる電流値で印加された。各パルスの後に、コイルはゼロ磁束密度にリセットされた。図１２は、電流の値に対する各特定の電流パルス値によって生成された磁束密度をプロットする曲線である。
【００５７】
図１３ａ及び図１３ｂは、一時的な作動すなわち切替パルスの振幅を如何に変化させると、永久電磁石からより大きな又はより小さな力、したがって制動力を与えることができるかの例を示している。図１３ａにおいて、４０Ａの電流を有する第１のパルス１０８が正方向に印加されると、図１３ｂの１１２に示されるように、１００％の制動力で制動する。続いて、２０Ａのより小さい電流の第２パルス１１０が負方向に印加される。これは、図１３ｂにおいて１１４に示されるように、制動力を５０％に減少させる。
【００５８】
これは、負パルスと正パルスとが同じ電流値（振幅）を有している図２乃至図５の上記の説明と対照的である。その場合、第２のパルスは、制動力をゼロに減少させ、ブレーキを完全に解放している。
【００５９】
作動（切替）パルスの振幅を変化させることにより、必要に応じて、制動力を０〜１００％に設定することが可能である。これは、従来公知の電磁制動システムに勝る大きな利点である。
【００６０】
図１４は、この実施形態を実施するために、可変電流パルスを生成する回路の概略ブロック図である。これは、図６の回路の修正版であってもよい。図６と同様に、図１の機械の制御装置８は、ＦＰＧＡ６８などのプログラマブル制御装置と通信する。これは、永久電磁石のコイル５８を駆動するために可変振幅電流パルス（正及び負）を生成する駆動ブリッジ１１６を制御するための信号を生成する。プログラマブル制御装置６８は、任意の所望の振幅及び符号の電流パルスを生成するようにプログラムされる。それはまた、必要に応じて、変化する振幅及び符号を有するこのような電流パルスのプログラム可能なシーケンスを生成することもできる。
【００６１】
異なる正及び負の値で電流パルスを生成するために、駆動ブリッジは、例えば、図６のトランジスタＴ１−Ｔ４に加えて、さらなる駆動トランジスタを含むことができる。これらは、要求されている電流パルスの値に応じて、中間電圧又は制限抵抗を介して電流パルスを要望通り供給するべく、スイッチオンされ得る。任意の数の電流レベル（正又は負のいずれか）が提供され得る。
【００６２】
代わりに、駆動ブリッジ１１６が、プログラマブル制御装置６８によって設定されるように、任意の所望の振幅及び符号の電流パルスを生成する、完全に可変の電流パルス発生器によって置き換えられてもよい。
【００６３】
電気永久ブレーキ（ｅｌｅｃｔｒｏｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｂｒａｋｅ）からの利用可能な制動力を変化させることは、以下のために使用され得よう。
・  減速プロファイル：  例えば、高い初期制動力がより低い力に低下し、最大減速度を与えるが、後退駆動を可能にする。
・  均一な低減された制動力：  製造を簡単にするために、全てが高い力の能力を有している同一のブレーキを製造することができる。しかしながら、ブレーキの設置又は初期化時に、特定の保持力を達成させるため、作動パルス振幅がプログラマブル制御装置６８に後で設定されてもよい。
・  出荷及び設置：  図１に示されるような完全なシステムをブレーキの作動状態で出荷することは、システムの開梱を妨げるので、必ずしも望ましくはない。しかしながら、可動のプラットフォーム３２が位置を保持し、設置を補助するのを許容する何等かの抵抗をシステム内に有することは有利である。これは、出荷前にブレーキを所望の制動力を有して予め設定することによって、達成される。
・  低減された制動要求の釣合い：  図１に示されるような機械は、可動プラットフォーム３２の重力下での沈降を防止するために、典型的には、釣合い機構を含み得る。釣合い錘を取り付けるとき、可動プラットフォームの質量は減少され、制動力学を変化させる。制動力を変化させることは、この結果に対抗している。
【００６４】
説明された実施形態では、制動システムが、モータのロータ４２に直接に作用している。もちろん、そのためには、制動されるべき装置又は機械の全ての他の可動部分に作用させることが可能であり、この部分は直線運動又は回転運動のいずれかを有していてもよい。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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