(57)【要約】  モータ装置は、回転子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用する複数の巻線と、該巻線に連結された複数のモータ入力と、を有するモータと、前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該巻線のうち、少なくとも一番目と二番目の巻線をコモンレールに連続的に接続することによって閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回路と、を含んで構成されており、前記制御回路は、故障状態を示す前記モータの外部で発生したトリガーに反応して前記制動モードに入ることを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用する複数の巻線と、該巻線に連結された複数のモータ入力と、を有するモータと、
前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該巻線のうち、少なくとも一番目と二番目の巻線をコモンレールに連続的に接続することによって閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回路と、を含んで構成されており、
前記制御回路は、故障状態を示す前記モータの外部で発生したトリガーに反応して前記制動モードに入ることを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
該制御回路が前記駆動モードにあるときに、前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動回路と、
前記制御回路が前記制動モードで作動しているときに活性化されて前記一番目と二番目の巻線を前記コモンレールに連続的に接続し、さらに該制御回路が前記駆動モードで作動しているときに非活性化されて前記モータから切り離される制動回路と、を含んで構成されている請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記制動回路が複数の電圧制御スイッチング素子を含んで構成されており、該制動回路が活性化されたときに、該電圧制御スイッチング素子がそれぞれ対応する前記巻線を前記コモンレールに接続するようになっている請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記制動回路は、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、前記スイッチング素子を活性化させて、それぞれ対応する前記巻線を前記コモンレールに連続的に接続する電圧供給源をさらに含んで構成されている請求項３に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記電圧供給源がコンデンサである請求項４に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記コンデンサは、前記駆動回路、および前記制動回路の前記電圧制御スイッチング素子に連結されており、前記制御回路が前記駆動モードにあるときに、該駆動回路が該コンデンサを充電する一方、該制御回路が前記制動モードにあるときに、該コンデンサが放電して該制動回路の該スイッチング素子を活性化させる請求項５に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記駆動回路は、
一対の端子からなる駆動回路動力源と、
各前記モータ入力を一方の前記端子に選択的に連結する一連の電圧制御スイッチング素子と、
前記制御回路が前記駆動モードにあるときに、前記スイッチング素子を活性化させ、各前記モータ入力を選択された一方の前記端子に連結させることによって前記巻線に動的に通電する整流回路と、を含んで構成されている請求項２〜６の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項８】
前記制動回路の前記電圧制御スイッチング素子が、前記駆動回路の前記電圧制御スイッチング素子とは別のものである請求項４に従属する場合の請求項７に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記電圧制御スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴである請求項１〜８の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１０】
前記故障状態が、前記制御回路の供給電圧が所定値を下回る値に低減することである請求項１〜９の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１１】
トリガー回路を含んで構成されており、該トリガー回路が、前記故障状態を示す前記トリガーに反応して前記制御回路を前記制動モードに移行させるようになっている請求項１〜１０の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１２】
トリガー回路を含んで構成されており、該トリガー回路が、前記故障状態を示す前記トリガーに反応して前記制動回路を活性化させて、前記制御回路を前記制動モードに移行させるようになっている請求項２〜１０の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１３】
前記トリガー回路が、故障状態の検出が無いことを示すハートビート信号を受信するように作動可能とされており、該ハートビート信号が無いことを前記トリガーとして解釈するようになっている請求項１１または１２に記載のモータ装置。
【請求項１４】
前記トリガー回路が、それぞれ故障状態が存在しないことを示す複数のハートビート信号を受信し、少なくとも１つの該ハートビート信号が無いことを前記トリガーとして解釈するように作動可能とされている請求項１１〜１３の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１５】
前記故障状態が、前記モータの外部で発生したものである請求項１〜１４の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１６】
前記故障状態が、前記モータの部品の１つにおける故障である請求項１〜１５の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１７】
前記トリガーが、故障状態が存在しないことを示す信号が無いことである請求項１〜１６の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項１８】
前記トリガー回路が、前記駆動回路動力源の一方の前記端子に連結されたツェナーダイオードを含んで構成されており、該ツェナーダイオードには対応付けられた降伏電圧があると共に、前記供給電圧が所定値を下回ることにより該ツェナーダイオードの電圧が該降伏電圧より小さくなったときに、該トリガー回路が前記制御回路を作動の前記制動モードに移行させるようになっている請求項１２に記載のモータ装置。
【請求項１９】
前記制御回路が、該制御回路が前記駆動モードにあるときに、前記複数の巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動回路を含んで構成されており、該駆動回路が３相ＭＯＳＦＥＴブリッジを含んで構成されている請求項１〜１８の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項２０】
関節でつながれたジョイントによって相互に接続された一連の結合物からなるロボットアームと、
少なくとも１つの該関節でつながれたジョイントを駆動するモータ装置であって、回転子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用する複数の巻線と、該巻線に連結された複数のモータ入力と、を有するモータと、前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該巻線のうち、少なくとも一番目と二番目の巻線をコモンレールに連続的に接続することによって閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回路と、を含んで構成されており、前記制御回路は、故障状態を示す前記モータの外部で発生したトリガーに反応して前記制動モードに入るモータ装置と、
を含んで構成されていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２１】
関節でつながれたジョイントによって相互に接続された一連の結合物からなるロボットアームと、
少なくとも１つの該関節でつながれたジョイントを駆動するモータ装置であって、回転子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用し、それぞれ一方の端部を対応するモータ入力に連結されている、複数の巻線とを有するモータと、前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該巻線のうち一番目と二番目の巻線を動力源に連続的に連結することによって該動力源および該一番目と二番目の巻線を含む閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回路と、を含んで構成されており、前記制御回路は、故障状態を示す前記モータの外部で発生したトリガーに反応して前記制動モードに入るモータ装置と、
を含んで構成されていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２２】
前記動力源が、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、１つの前記モータ入力と別の前記モータ入力の間に連続的に電流を印加し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっている請求項２１に記載のロボットシステム。
【請求項２３】
前記制御回路は、
該制御回路が前記駆動モードにあるときに、前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動回路と、
前記制御回路が前記制動モードで作動しているときに活性化されて前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結し、さらに該制御回路が前記駆動モードで作動しているときに非活性化されて前記モータから切り離される制動回路と、を含んで構成されている請求項２１または２２に記載のロボットシステム。
【請求項２４】
前記駆動回路は、
一対の端子からなる駆動回路動力源と、
各前記モータ入力を一方の前記端子に選択的に連結する一連の電圧制御スイッチング素子と、
前記制御回路が前記駆動モードにあるときに、前記スイッチング素子を活性化させ、各前記モータ入力を選択された一方の前記端子に連結させることによって前記巻線に動的に通電する整流回路と、を含んで構成されている請求項２３に記載のロボットシステム。
【請求項２５】
前記制動回路は、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、前記駆動回路の前記スイッチング素子のサブセットを活性化させて前記一番目と二番目の巻線を選択された一方の前記端子にそれぞれ連続的に連結し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっている請求項２４に記載のロボットシステム。
【請求項２６】
前記制動回路は、前記制御回路が作動の前記制動モードにあるときに、三番目の前記巻線を、前記駆動回路の選択された一方の前記端子に連続的に連結するようになっている請求項２４または２５に記載のロボットシステム。
【請求項２７】
前記制動回路が制御ロジックを含んで構成されており、該制御ロジックが、前記スイッチング素子のサブセットに制御信号を出力して該スイッチング素子を活性化させて、前記制御回路を前記駆動モードから前記制動モードに切り替えるようになっている請求項２５に記載のロボットシステム。
【請求項２８】
前記制御ロジックが、前記スイッチング素子のデフォルトサブセットに前記制御信号を出力して、前記制御回路を前記駆動モードから前記制動モードに切り替えるようになっている請求項２５に記載のロボットシステム。
【請求項２９】
前記制御ロジックが、前記制動モードにおいて、前記電圧制御スイッチング素子または前記巻線の故障に反応して、前記スイッチング素子の前記デフォルトサブセットとは異なる前記スイッチング素子のサブセットを活性化させ、一番目と二番目の前記巻線を前記動力源に連続的に連結することによって前記閉電流路を形成し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっている請求項２８に記載のロボットシステム。
【請求項３０】
前記駆動回路動力源が、供給電圧によって分離された上側電源レールと下側電源レールを含んで構成された電圧供給源である請求項２４〜２９の何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項３１】
前記駆動回路における前記一連の電圧制御スイッチング素子が、各前記巻線を前記電源レールの上側電圧レールに連結する一連のハイサイドスイッチング素子と、各前記巻線を前記電源レールの下側電圧レールに連結する一連のローサイドスイッチング素子とを含んで構成されていると共に、前記制動回路は、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、該ハイサイドスイッチング素子の１つを活性化させて該巻線のうち一番目の巻線を該駆動回路の該上側電圧レールに連続的に連結する独自の電圧供給源を含んで構成されている請求項２０に記載のロボットシステム。
【請求項３２】
前記制動回路の前記電圧供給源が、前記駆動回路の前記電源レールに直列に接続されている請求項３１に記載のロボットシステム。
【請求項３３】
前記動力源が、電流電源を含んで構成されている請求項２４〜２９の何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項３４】
前記制御回路が、前記駆動回路の前記一連の電圧制御スイッチング素子とは別の一連の電圧制御スイッチング素子からなる制動回路を含んで構成されており、該制動回路が、該制御回路が前記制動モードにあるときに、該制動回路の該スイッチング素子の少なくともサブセットを活性化させて前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結することによって前記閉電流路を形成し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっている請求項２４に記載のロボットシステム。
【請求項３５】
前記制動回路が、一対の端子からなる制動回路動力源を含んで構成されており、該制動回路が、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、該制動回路の前記スイッチング素子の少なくともサブセットを活性化させて前記一番目と二番目の巻線のそれぞれを該制動回路動力源の選択された一方の該端子に連続的に連結することによって前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっている請求項３４に記載のロボットシステム。
【請求項３６】
前記制動回路は、前記制御回路が作動の前記制動モードにあるときに、該制動回路の前記スイッチング素子の少なくともサブセットを活性化させて三番目の前記巻線を前記制動回路動力源の選択された一方の前記端子に連続的に連結するようになっている請求項３５に記載のロボットシステム。
【請求項３７】
前記制動回路が、制御ロジックを含んで構成されており、該制御ロジックが、該制動回路のスイッチング素子の少なくともサブセットに制御信号を出力して該スイッチング素子を活性化させるようになっている請求項３４〜３６の何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項３８】
前記制御ロジックは、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、前記制御信号を出力して全ての前記制動回路のスイッチング素子を活性化させることによって前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結させ、前記閉電流路を形成するようになっている請求項３７に記載のロボットシステム。
【請求項３９】
前記制御ロジックは、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、前記制御信号を出力して前記制動回路のスイッチング素子のデフォルトサブセットを活性化させることによって前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結させ、前記閉電流路を形成するようになっている請求項３７に記載のロボットシステム。
【請求項４０】
前記制御ロジックが、前記制動モードにおいて、前記制動回路のスイッチング素子または前記巻線の故障に反応して、前記スイッチング素子の前記デフォルトサブセットとは異なる前記スイッチング素子のサブセットを活性化させ、一番目と二番目の前記巻線を前記動力源に連続的に連結することによって前記閉電流路を形成し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっている請求項３９に記載のロボットシステム。
【請求項４１】
前記制動回路動力源が、前記駆動回路の前記電源レールとは別の一対の電源レールを含んで構成されており、該電源レールが制動供給電圧によって分離されている請求項３５または３６に記載のロボットシステム。
【請求項４２】
前記制動回路の前記電源レールが、前記駆動回路の前記電源レールと並列に配置されている請求項４１に記載のロボットシステム。
【請求項４３】
前記制動回路動力源が、電流電源を含んで構成されている請求項３５または３６に記載のロボットシステム。
【請求項４４】
本明細書内において、添付の図面を参照して説明されているように実質的に説明されているモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動の駆動モードと作動の制動モードを有するモータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動機器では、モータを制動する必要があることが多い。それは、外部駆動力に抗してモータの動作を阻止することによって、またはモータの駆動トルクを停止することによって行われる。
【０００３】
一例として、ロボットアームのようなロボットのジョイントを駆動するためにモータ装置を適用する場合がある。アームは、他の物体に押される、もしくはアームの遠位ジョイントに作用する重力に起因することによるアームの誤動作を防止するために、所定の位置に保持されることが望ましい場合がある。例えば、外科用ロボットの分野においては、ロボットアームは、手術器具を所定の位置に保持し、器具の誤動作を防止することが望ましいであろう。
【０００４】
モータを制動することが望ましい他の状況は、電源故障等の故障状態が発生した場合のセーフティ機能の一部となる場合であろう。ロボットアームの場合、故障発生時に、アームが患者に接近していたり、さらには患者の体内にある器具を保持していたりすれば、モータ装置は制動状態に入り、怪我を防止することが望ましい場合がある。
【０００５】
モータの動作を阻止する１つのアプローチは、駆動系に機械的制動装置を含めることである。しかし、モータの駆動系に機械的制動装置を追加すると、駆動系の質量が増加し、消費電力を増大させる等の不都合が生じる可能性がある。また、用途によっては、制動装置の作動を制御するための追加の回路が必要となることもある。従って、モータを制動するための改良された装置の需要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第一の態様は、回転子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用し、それぞれ一方の端部を対応するモータ入力に連結されている、複数の巻線とを有するモータと、前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該巻線のうち一番目と二番目の巻線を動力源に連続的に連結することによって閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回路と、を含んで構成されていることを特徴とするモータ装置である。制御回路は、モータの３つの巻線をコモンレールに連続的に連結するようになっていてもよい。
【０００７】
前記動力源は、前記制御回路が制動モードにあるときに、１つの前記モータ入力と別の前記モータ入力の間に連続的に電流を印加し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっていてもよい。
【０００８】
前記制御回路は、該制御回路が駆動モードにあるときに、前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動回路と、前記制御回路が制動モードで作動しているときに活性化されて前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結し、さらに該制御回路が駆動モードで作動しているときに非活性化されて前記モータから切り離される制動回路と、を含んで構成されていてもよい。
【０００９】
前記駆動回路は、一対の端子からなる駆動回路動力源と、各前記モータ入力を対応する前記端子にそれぞれ選択的に連結する一連の電圧制御スイッチング素子と、前記制御回路が駆動モードにあるときに、前記スイッチング素子を活性化させ、各前記モータ入力を選択された一方の前記端子に連結させることによって前記巻線に動的に通電する整流回路と、を含んで構成されていてもよい。
【００１０】
前記制動回路は、前記制御回路が制動モードにあるときに、前記駆動回路の前記スイッチング素子のサブセットを活性化させて前記一番目と二番目の巻線を選択された一方の前記端子にそれぞれ連続的に連結し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっていてもよい。
【００１１】
前記制動回路は、前記制御回路が作動の制動モードにあるときに、三番目の巻線を、前記駆動回路の選択された一方の前記端子に連続的に連結するようになっていてもよい。
【００１２】
前記制動回路が制御ロジックを含んで構成されており、該制御ロジックが、前記スイッチング素子のサブセットに制御信号を出力して該スイッチング素子を活性化させて、前記制御回路を駆動モードから制動モードに切り替えるようになっていてもよい。
【００１３】
前記制御ロジックは、前記スイッチング素子のデフォルトサブセットに前記制御信号を出力して、前記制御回路を駆動モードから制動モードに切り替えるようになっていてもよい。
【００１４】
前記制御ロジックは、制動モードにおいて、前記電圧制御スイッチング素子または前記巻線の故障に反応して、前記スイッチング素子の前記デフォルトサブセットとは異なる前記スイッチング素子のサブセットを活性化させ、一番目と二番目の前記巻線を前記動力源に連続的に連結することによって閉電流路を形成し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっていてもよい。
【００１５】
前記駆動回路動力源は、供給電圧によって分離された上側電源レールと下側電源レールを含んで構成された電圧供給源であってもよい。
【００１６】
前記駆動回路における前記一連の電圧制御スイッチング素子は、各前記巻線を前記電源レールの上側電圧レールに連結する一連のハイサイドスイッチング素子と、各前記巻線を前記電源レールの下側電圧レールに連結する一連のローサイドスイッチング素子とを含んで構成されていると共に、前記制動回路は、前記制御回路が制動モードにあるときに、該ハイサイドスイッチング素子の１つを活性化させて該巻線のうち一番目の巻線を該駆動回路の該上側電圧レールに連続的に連結する独自の電圧供給源を含んで構成されていてもよい。
【００１７】
前記制動回路の前記電圧供給源は、前記駆動回路の前記電源レールに直列に接続されていてもよい。
【００１８】
前記動力源は、電流電源を含んで構成されていてもよい。
【００１９】
前記制御回路は、前記駆動回路の前記一連の電圧制御スイッチング素子とは別の一連の電圧制御スイッチング素子からなる制動回路を含んで構成されており、該制動回路は、該制御回路が制動モードにあるときに、該制動回路の該スイッチング素子の少なくともサブセットを活性化させて前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結することによって前記閉電流路を形成し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっていてもよい。
【００２０】
前記制動回路は、一対の端子からなる制動回路動力源を含んで構成されており、該制動回路は、前記制御回路が制動モードにあるときに、該制動回路の前記スイッチング素子を活性化させて前記一番目と二番目の巻線のそれぞれを該制動回路動力源の選択された一方の該端子に連続的に連結することによって前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっていてもよい。
【００２１】
また、前記制動回路は、前記制御回路が作動の制動モードにあるときに、該制動回路の前記スイッチング素子を活性化させて三番目の巻線を前記制動回路動力源の選択された一方の前記端子に連続的に連結するようになっていてもよい。
【００２２】
前記制動回路は、制御ロジックを含んで構成されており、該制御ロジックは、該制動回路のスイッチング素子に制御信号を出力して該スイッチング素子を活性化させるようになっていてもよい。
【００２３】
前記制御ロジックは、前記制御回路が制動モードにあるときに、制御信号を出力して全ての前記制動回路のスイッチング素子を活性化させることによって前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結させ、前記閉電流路を形成するようになっていてもよい。
【００２４】
前記制御ロジックは、前記制御回路が制動モードにあるときに、制御信号を出力して前記制動回路のスイッチング素子のデフォルトサブセットを活性化させることによって前記一番目と二番目の巻線を前記動力源に連続的に連結させ、前記閉電流路を形成するようになっていてもよい。
【００２５】
前記制御ロジックは、制動モードにおいて、前記制動回路のスイッチング素子または前記巻線の故障に反応して、前記スイッチング素子の前記デフォルトサブセットとは異なる前記スイッチング素子のサブセットを活性化させ、一番目と二番目の前記巻線を前記動力源に連続的に連結することによって閉電流路を形成し、前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっていてもよい。
【００２６】
前記制動回路動力源は、前記駆動回路の前記電源レールとは別の一対の電源レールを含んで構成されており、該電源レールは制動供給電圧によって分離されている。
【００２７】
前記制動回路の前記電源レールは、前記駆動回路の前記電源レールと並列に配置されていてもよい。
【００２８】
前記制動回路動力源は、電流電源を含んで構成されていてもよい。
【００２９】
本開示の第二の態様は、回転子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用し、それぞれ一方の端部を対応するモータ入力に連結されている、複数の巻線とを有するモータと、前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該巻線のうち一番目と二番目の巻線をコモンレールに連続的に直接接続することによって閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回路と、を含んで構成されていることを特徴とするモータ装置である。
【００３０】
前記制御回路は、該制御回路が駆動モードにあるときに、前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動回路と、前記制御回路が制動モードで作動しているときに活性化されて前記一番目と二番目の巻線を前記コモンレールに連続的に直接接続し、さらに該制御回路が駆動モードで作動しているときに非活性化されて前記モータから切り離される制動回路と、を含んで構成されていてもよい。
【００３１】
前記駆動回路は、一対の端子からなる駆動回路動力源と、各前記モータ入力を対応する前記端子にそれぞれ選択的に連結する一連の電圧制御スイッチング素子と、前記制御回路が駆動モードにあるときに、前記スイッチング素子を活性化させ、各前記モータ入力を選択された一方の前記端子に連結させることによって前記巻線に動的に通電する整流回路と、を含んで構成されていてもよい。
【００３２】
前記制動回路は、前記駆動回路の前記一連の電圧制御スイッチング素子とは別の一連の電圧制御スイッチング素子を含んで構成されており、該制動回路は、前記制御回路が制動モードにあるときに、該制動回路の該スイッチング素子を活性化させて各前記モータ入力を前記コモンレールに連続的に直接接続することによって該駆動回路を前記モータから切り離し、閉電流路を形成して前記回転子の前記固定子に対する相対制動を惹起するようになっていてもよい。
【００３３】
前記制動回路は、前記制御回路が制動モードにあるときに、該制動回路のスイッチング素子を活性化させる独自の電圧供給源を含んで構成されていてもよい。電圧供給源は、コンデンサであってもよい。
【００３４】
前記制動回路は、前記制御回路が駆動モードにあるときに、前記コンデンサが前記駆動回路動力源から充電されるようになっていてもよい。
【００３５】
前記コンデンサは、前記制御回路が制動モードにあるときに、放電されるようになっていてもよい。
【００３６】
前記電圧制御スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴであってもよい。
【００３７】
前記制御回路は、トリガー状態に反応して制動モードに入るようになっていてもよい。
【００３８】
前記トリガー状態は、前記制御回路の供給電圧が所定値を下回る値に低減することであってもよい。
【００３９】
前記モータ装置がトリガー回路を含んで構成されており、該トリガー回路が、前記トリガー状態に反応して前記制御回路を制動モードに移行させるようになっていてもよい。
【００４０】
前記モータ装置がトリガー回路を含んで構成されており、該トリガー回路が、前記トリガー状態に反応して前記制動回路を活性化させて、前記制御回路を制動モードに移行させるようになっていてもよい。
【００４１】
前記トリガー回路が、前記駆動回路動力源の一方の前記端子に連結されたツェナーダイオードを含んで構成されており、該ツェナーダイオードには対応付けられた降伏電圧があると共に、前記供給電圧が所定値を下回ることにより該ツェナーダイオードの電圧が該降伏電圧より小さくなったときに、該トリガー回路が前記制御回路を作動の制動モードに移行させるようになっていてもよい。
【００４２】
あるいは、前記トリガー回路は、現在および過去の供給電圧、前記電圧制御スイッチング素子の現在および過去の状態、位置センサおよび／またはトルクセンサの現在および過去の状態等の入力のより複雑な組み合わせに依存してもよい。そのような、より複雑な実施形態はプログラマブルロジックおよび／またはマイクロプロセッサを必要とする可能性がある。
【００４３】
前記制御回路が、該制御回路が駆動モードにあるときに、前記複数の巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動回路を含んで構成されており、該駆動回路が３相ＭＯＳＦＥＴブリッジを含んで構成されていてもよい。
【００４４】
本開示の別の態様は、回転子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用する複数の巻線と、該巻線に連結された複数のモータ入力とを有するモータと、前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該巻線のうち少なくとも一番目と二番目の巻線をコモンレールに連続的に接続することによって閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回路と、を含むモータ装置において、前記制御回路は、故障状態を示す前記モータの外部で発生したトリガーに反応して前記制動モードに入ることを特徴とするモータ装置である。
【００４５】
前記制動回路が複数の電圧制御スイッチング素子を含んで構成されており、該制動回路が活性化されたときに、該電圧制御スイッチング素子がそれぞれ対応する前記巻線を前記コモンレールに接続するようになっていてもよい。
【００４６】
前記制動回路は、前記制御回路が制動モードにあるときに、前記スイッチング素子を活性化させて、それぞれ対応する前記巻線を前記コモンレールに連続的に接続する電圧供給源をさらに含んで構成されていてもよい。電圧供給源はコンデンサであってもよい。
【００４７】
前記コンデンサは、前記駆動回路、および前記制動回路の前記電圧制御スイッチング素子に連結されており、前記制御回路が駆動モードにあるときに、該駆動回路が該コンデンサを充電する一方、該制御回路が制動モードにあるときに、該コンデンサが放電して該制動回路の該スイッチング素子を活性化させるようになっていてもよい。
【００４８】
前記トリガー回路が、故障状態の検出が無いことを示すハートビート信号を受信するように作動可能とされており、該ハートビート信号が無いことを前記トリガーとして解釈するようになっている請求項１１または１２に記載のモータ装置。
【００４９】
前記トリガー回路は、それぞれ故障状態が存在しないことを示す複数のハートビート信号を受信し、少なくとも１つの該ハートビート信号が無いことを前記トリガーとして解釈するように作動可能とされていてもよい。
【００５０】
前記故障状態は、前記モータの外部で発生したものであってもよい。
【００５１】
前記故障状態は、前記モータの部品の１つにおける故障であってもよいし、前記モータの外部の部品において検出されてもよい。
【００５２】
前記トリガーは、故障状態が存在しないことを示す信号が無いことであってもよい。
【００５３】
前記態様のいずれも、関節でつながれたジョイントによって相互に接続された一連の結合物を有するロボットを含んで構成されたロボットシステムにおいて実施されてもよい。本開示の前記態様のいずれのモータ装置も、ロボットアームの関節でつながれたジョイントの少なくとも１つを駆動するために使用され得る。
【００５４】
以下、本発明を、例示としての図面を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】モータ装置のブロック図を示す。
【図２Ａ】制動モード中におけるモータの動力源への連結の実施例を示す。
【図２Ｂ】制動モード中におけるモータの動力源への連結の別の実施例を示す。
【図３】制動モード中に制動回路が駆動回路を制御してモータ巻線を動力源に連結しているモータ装置の概略図を示す。
【図４】制動モード中に制動回路が駆動回路を制御してモータ巻線を動力源に連結しているモータ装置の回路図を示す。
【図５】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の概略図を示す。
【図６】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の回路図を示す。
【図７】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の別の概略図を示す。
【図８】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の別の回路図を示す。
【図９】モータの巻線配置例のセットを示す。
【図１０】トリガー回路が、信号が無いことを制動回路を活性化させるためのトリガーとして検出する方法の例を示す。
【図１１】トリガー回路が、複数の故障状態のうちの１つを示すモータ外部で発生したトリガーを検出し得る方法の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明の実施形態は、モータ装置に関するものであり、モータを含んで構成されている。モータは、回転子と、固定子と、回転子または固定子の一方に装着されて他方に作用する複数の巻線とを有している。各巻線は、一方の端部がそれぞれモータ入力に連結されている。さらに、装置には、２つの作動モードを有する制御回路が含まれている。第一のモードは駆動モードであり、制御回路がモータ入力を介して巻線に動的に通電することによって回転子を固定子に対して相対回転させるものである。第二のモードは制動モードであり、制御回路が一番目と二番目の巻線を電圧電源またはコモンレールに連続的に連結することによって閉電流路を形成し、回転子の固定子に対する相対的な制動を惹起するものである。
【００５７】
回転子と固定子から成るモータにおいては、回転子と固定子の磁場の相互作用によって回転子が固定子に対して相対回転し、トルクを生成する。多くのモータでは、発達したトルクは数１に従って生成され得る。
【００５８】
【数１】
2018510604.tif 000003
【００５９】
ここにおいて、Ｉはモータを流れる電流であり、Ｋは回転子と固定子の間の空隙における半径方向の磁束密度に比例する定数であり、δは回転子の磁場と固定子の磁場の角度差である。回転子を回転させるには、固定子の巻線のサブセットが通電されてもよい。固定子の巻線は、巻線に電流を流すことによって通電もしくは活性化され得る。巻線に電流を印加すると、巻線の周囲に磁場が発生する。回転子が回転してその磁場を固定子の磁場と整列させると、次の巻線のサブセットが通電され、トルクを生成し続ける。巻線のサブセットは１つ以上の巻線を含んでもよい。このように各巻線間で位相オフセットをもって巻線に電流を印加することを、巻線に動的に通電すると言ってもよい。巻線に動的に通電するとは、電流が順序に従って巻線を流れ得る、即ち、巻線が順次、活性化されることを意味する。このようにして、固定子の巻線に動的に通電することにより、回転子が連続的に回転してモータを駆動することができる。このような巻線への通電は、電子的に制御されてもよい。当業者にはよく理解されるように、固定子の巻線への通電を制御する周知の方法が多数存在する。
【００６０】
このように電子的に整流されるモータの例としては、ブラシレス直流モータ、スイッチトリラクタンスモータ、ステップモータ等がある。
【００６１】
ある用途では、モータの最大トルク伝達性能が、その用途に必要とされる最大の制動トルクより大きくなる。そのため、モータは、それ自体が制動装置として用いられる技術的機能を備えており、それによって駆動系に制動装置を追加する必要がなくなる。
【００６２】
モータ装置は、少なくとも２つの巻線が連続的に動力源またはコモンレールに連結されて、閉電流路または閉回路を形成する作動の制動モードを有していてもよい。動力源は電圧電源、または電流電源であってもよい。電圧電源は０Ｖであってもよい。コモンレールは接地されていてもよい。動力源から閉回路を形成することにより、モータ装置が作動の制動モードの状態にある時は、動力源に連結された巻線が連続的に通電され得る。巻線を連続的にコモンレールソースに連結することにより、モータが短絡されて、順番にモータの制動を惹起する。従って、モータの制動作動が向上する。理由を以下に説明する。
【００６３】
モータの巻線を連続的に電圧電源に連結して閉回路を形成するとは、モータはもはや電気的に整流されていないことを意味しており、固定子によって生成された磁場の振幅は角度空間において実質的に固定される。そのような実質的に固定された磁場の存在下において回転子が固定子に対して相対回転すると、逆起電力（ＥＭＦ）が発生する。これにより、固定子の巻線に電流が流れるが、レンツの法則に従い、電流の向きは回転子の動作を妨げる磁場を生成する方向となり、それによって回転子の動作は阻止される。巻線が零電位の電圧電源に連結された場合、回転子の固定子に対する相対回転は同様に阻止される。この時、固定子によって生成された磁場の大きさはゼロとなるが、次に回転子が固定子に対して相対回転すると、巻線によって、回転子の回転を妨げる向きの磁場が生成される。
【００６４】
また、モータは、外部トルクに抗して回転子の回転を阻止する抑速ブレーキとして機能してもよい。例えば、外部駆動トルクＴDを生成する外力がモータに及ぼされた状況を考える。このトルクは、モータ装置がロボットジョイントに適用されたと仮定すると、例えば、遠位ロボットリンク機構の質量に起因する可能性がある。制動モードにおいて（即ち、δ＝９０度の時）、モータ入力間に電流が流れた際に、駆動トルクＴDがモータによって生成され得る最大トルクＴmaxよりも小さい場合、回転子はモータによって生成されたトルクが駆動トルクＴDと等しくかつ反対である平衡角δEまで回転する。従って、モータ装置は、回転子の制動を惹起するよう作動して、外部トルクに抗して回転子の動作を阻止しかつ回転子の回転を防止することができる。
【００６５】
上述のモータ装置は、ロボットシステム内で用いられてもよく、特に、ロボットアーム内で適用され得る。ロボットアーム（例えば、外科用ロボットアーム）は関節でつながれたジョイントによって相互に接続された一連の結合物を含んで構成されていてもよい。ジョイントにより並進および／または回転の自由が許容されており、それによってアームの関節化が可能とされている。アームの結合物は、硬質であってもよい。ロボットアームのジョイントは関節トルクを及ぼすモータによって駆動されてもよい。モータは、本明細書で説明されるモータ装置のうちのいずれかの一部を構成し得る。
【００６６】
以下に言及する図面において、同一の部品には同一の参照符号が付されている。
【００６７】
図１は、モータ装置を概略的に示した図である。モータ装置１００は、モータ１０１と、全体を１０３で示した制御回路とを含んで構成されている。制御回路１０３は、全体を１０５で示した駆動回路と、全体を１０７で示した制動回路とを含んで構成されている。モータ１０１は、回転子と、固定子と、複数の巻線と、複数のモータ入力とを含んで構成されている。ある実施例では、各巻線は、一方の端部がそれぞれモータ入力に連結されている。別の実施例では、各端部がモータ入力に連結されていてもよい。モータ１０１は、電子的整流が機能することを必要とする任意の適切なモータとされていてもよく、例えば、ブラシレス直流モータ、スイッチトリラクタンスモータ、ステップモータ等であってもよい。モータ１０１は、３相モータであってもよく、例えば、Ｙ字状または三角形状の巻線配置とされる。また、モータ１０１は、３つを超える巻線を備えた多相モータであってもよいし、２相モータ等であってもよい。図９に、考えられるモータ巻線のいくつかの例を示す。巻線９０１は、Ｙ字状配置を示しており、各巻線がそれぞれ一方の端部をモータ入力に連結されている（例えば、モータ入力９０３）。巻線９０５は、三角形状配置を示している。巻線９０７は、各コイルが独立して通電され得る配置を示している。この巻線では、各コイルの各端部がモータ入力に連結されていてもよい。もちろん、他の巻線配置も可能である。
【００６８】
制御回路１０３は、作動の駆動モードと作動の制動モードとを有している。作動の駆動モードでは、制御回路１０３はモータ入力を介して巻線に動的に通電することによって回転子を固定子に対して相対回転させる。駆動モードでの巻線への通電は、駆動回路１０５によって制御される。駆動回路１０５は、Ｈブリッジ、３相ブリッジ等のようなブリッジ回路で構成されていてもよい。駆動回路１０５は、制御回路１０３が駆動モードにあるときに巻線に動的に通電する駆動回路動力源を含んで構成されていてもよい。駆動回路動力源は、電圧電源および／または電流電源であってもよい。
【００６９】
第一の実施例のセットでは、作動の制動モードにおいて制御回路１０３は一番目と二番目の巻線を動力源に連続的に連結させて閉電流路を形成するようになっている。閉電流路は、適切な電位がある場合に電流が流れる経路であり、動力源と、動力源に連結された巻線とを含んでいる。動力源と動力源に連結された巻線とを含んだ閉回路を形成することにより、回転子の固定子に対する相対制動を惹起し得る。各巻線は同じ動力源に連結されていてもよい。動力源は駆動回路１０５の一部を構成してもよい（例えば、駆動モードにおいて巻線への通電に使用される動力源とされていてもよい）。あるいは、動力源は制動回路１０７の一部を構成してもよい。動力源は、制御回路１０３の作動モードとは関係なくモータ１０１に連結されていてもよい。巻線は１つより多くの動力源に連結されていてもよく、例えば、駆動回路１０５の動力源と、制動回路１０７の動力源とに連結され得る。動力源は電圧電源または電流電源であってもよく、零電位の電圧電源であってもよい。
【００７０】
制動モードにおいて一番目と二番目の巻線を動力源に連続的に連結すると、モータ装置１００が、巻線の故障に影響を受けにくくなり得る。例えば、動力源に連結された巻線のうちの１つが故障した場合、動力源は、残っている連結された巻線に引き続き通電し得るのであり、それによってモータ１０１は制動装置として作動することが可能となる。
【００７１】
別の実施例のセットでは、作動の制動モードにおいて制御回路１０３はモータ１０１の少なくとも一番目と二番目の巻線をコモンレールに連結させることによって閉電流路を形成し、回転子の固定子に対する相対制動を惹起する。制御回路１０３は、故障状態を示すモータ外部で発生したトリガーに反応して制動モードに入ってもよい。即ち、その故障はモータ外部で検出されたが、故障そのものはモータ外部のものである可能性もあるし、モータ外部のものではない可能性もある。例えば、故障がモータの一部を構成していない部品において検出される可能性もあるし、または、パラメータの値がモータの外部あるいはモータ外部の部品において感知されたが実際の故障部品はモータの部品である可能性もある。
【００７２】
図２Ａおよび２Ｂは、制御回路１０３が制動モードで作動している場合にモータ１０１の巻線がどのように動力源に連結されているかを示す２つの実施例である。これらの実施例では、動力源は電圧電源である。両実施例において、モータ１０１は巻線をＹ字状に配置した３相モータである。言うまでもなく、これはあくまでも説明のためであり、他の巻線配置（例えば、図９に示される巻線のうちの１つ）も可能である。また同様に、動力源は電流電源であってもよい。
【００７３】
図示されているように、モータ１０１は第一の巻線２０１と、第二の巻線２０３と、第三の巻線２０５とを含んで構成されている。モータ１０１は、さらに、巻線に連結された複数のモータ入力２０７，２０９，２１１を含んでいる。具体的には、本実施例では、各巻線２０１，２０３，２０５は一方の端部がそれぞれモータ入力に連結されている。図２Ａでは、第一の巻線２０１および第二の巻線２０３が電圧電源２１３に連結されている。第三の巻線２０５は電圧電源２１３には連結されていない。第三の巻線２０５の故障という単一故障状態下では、回転子の固定子に対する相対制動を惹起するモータ装置１００の性能は変わらない。もし、第一の巻線２０１または第二の巻線２０３で故障が発生した場合には、故障した巻線の代わりに第三の巻線２０５を電圧電源２１３に連結することによって、惹起されたモータ１０１の制動を維持することが可能となる。第三の巻線２０５は、電圧電源２１３のいずれの端子にも巻線を接続可能な切替装置を介して電圧電源２１３に連結されてもよい。切替装置は、制御回路１０３からの制御信号に反応して第三の巻線２０５を電圧電源２１３に接続するよう作動してもよい。第三の巻線２０５は、第一の巻線２０１または第二の巻線２０３で故障が発生したと検出したことに反応して電圧電源２１３に連結されてもよい。巻線の故障は、例えば、巻線を流れる電流を測定することによって検出され得る。
【００７４】
図２Ｂでは、各巻線が電圧電源２１３に連結されている。即ち、巻線２０１がモータ入力２０７を介して電圧電源２１３の正端子またはレールに連結されていると共に、巻線２０３，２０５がそれぞれモータ入力２０９，２１１を介して電圧電源２１３の負端子またはレールに連結されている。もし、巻線２０３，２０５のいずれかが故障した単一故障状態となった場合には、モータ１０１の制動を惹起するモータ装置１００の性能は実質的に変わらない。例えば、巻線２０３が故障した場合は、電圧電源２１３と巻線２０１，２０５を含む閉回路が存続している。また、巻線２０５が故障した場合は、電圧電源２１３と巻線２０１，２０３を含む閉回路が存続している。図２Ａの装置と同様に、巻線２０１が故障した場合は残された巻線２０３，２０５のうちの一方が代わりに電圧電源２１３に連結されることが必要となるが、これは、図２Ａに関して説明した切替装置と同様の装置を介して行ってもよい。
【００７５】
制御回路１０３は、制動回路１０７を接続することによって制動モードで作動する。制動回路１０７は、トリガーに反応して自動的に接続されてもよい。トリガーは、故障状態を示すものであってもよい。トリガーは、モータ外部で発生したものであってもよい。即ち、故障の兆候はモータの外部で検出されてもよい。故障状態そのものがモータ外部で発生する場合がある。例えば、制動回路１０７は、駆動回路１０５からモータ１０１に供給される電圧が所定値を下回ったことを検出したことに反応して自動的に接続されて、制御回路１０３を駆動モードから制動モードに切り替えるようになっていてもよい。これは、例えば、モータ装置１００が外科用ロボットアームに適用された場合に、セーフティ機能として有用となり得る。制御回路１０３の作動を駆動モードから制動モードに切り替えるには、他の各種のトリガー状態（即ち、故障状態を示さないもの）が利用され得る。そのようなトリガー状態の一種としては、使用者の手動操作、例えばボタン、レバーや他の何らかの安全制御機構を操作することであってもよい。あるいは、トリガー状態は、動体センサによって検出されたものであってもよい。例えば、モータ装置１００が機械類に適用された場合は、動体センサを採用して人の存在を検出し、それに反応して制御回路１０３を制動モードで作動させるようにしてもよい。これは、人が機械の部品を動かす際に怪我をするのを防止したり、または、モータ装置１００が外科用ロボットアームに適用された場合に、アームの不要な動作や誤動作を防止したりするのに有用なセーフティ機能となり得る。
【００７６】
モータ装置１００は、例えば、駆動回路１０５の動力源が故障した場合のように、駆動回路１０５において停電が発生した場合でも制動回路１０７を接続させることが可能な回路を含んで構成されていてもよい。この回路は、バッテリを含んで構成されていてもよいし、それに代えてあるいは加えて、制動回路１０７を接続させるための電圧を供給するコンデンサを含んで構成されていてもよい。この回路は、制動回路１０７の一部を構成していてもよい。以下に更なる詳細を説明する。
【００７７】
モータ装置１００は、制御回路１０３が制動モードにあるときに巻線の電圧電源への連結を制御する制御ロジックを含んでいてもよい。制御ロジックは、一連の電圧制御スイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴの形をとっていてもよい。制御ロジックは、制動回路１０７の一部を構成していてもよい。制御ロジックは、制動モード中に、複数のモータ巻線を動力源またはコモンレールに連続的に連結させるように駆動回路１０５を制御するようになっていてもよい。例えば、駆動回路１０５は、駆動モードにおいてモータの巻線に動的に通電する一連のスイッチング素子を含んで構成されていてもよい。制御ロジックは、制動モード中に、少なくとも２つのモータ巻線が動力源に連続的に連結されるように、駆動回路１０５におけるこれらのスイッチング素子を制御するようになっていてもよい。要するに、制御ロジックは、制御回路１０３が制動モードにあるときに駆動回路１０５のスイッチング素子を制御して、制動機能を実行するようになっていてもよい。
【００７８】
あるいは、制動回路１０７は、制動モードにおいて複数の巻線を動力源またはコモンレールに連結させる追加の回路を含んで構成されていてもよい。追加の回路は、駆動回路１０５のスイッチング素子とは別の一連のスイッチング素子の形をとっていてもよい。追加の回路は、制御回路１０３が制動モードにあるときに駆動回路１０５をモータ１０１から切り離すように作動してもよい。
【００７９】
以下に、モータ装置１００の各種実施例を説明する。以下の実施例では、制御回路が制動モードにあるときにモータ巻線に連続的に連結される動力源は電圧電源である。これはあくまでも説明のためであり、動力源は各種の形態をとり得ることが理解されるべきである。動力源は、例えば、電流電源であってもよい。また、これらの実施形態はあくまでも例示であって、特許請求の範囲内で他の種々の改変がなされ得ることも理解されるべきである。
【００８０】
図３には、モータ装置１００の実施例が概略的に示されている。図３に示されたモータ装置３００は、全体を３０１で示したモータと、全体を３０３で示した制御回路とを含んで構成されている。本実施例において、モータ３０１は巻線をＹ字状に配置した３相モータである。モータ３０１は、３つの巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃを含んで構成されている。モータ３０１は更に、巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃに連結された３つの入力３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃを含んで構成されている。ここにおいて、各巻線は一方の端部をそれぞれモータ入力３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃに連結されている。
【００８１】
制御回路３０３は、駆動回路３０９と制動回路３１１を含んで構成されている。駆動回路３０９は、駆動回路動力源３１３を含んで構成されている。駆動回路３０９は更に、３相ブリッジ配置に配置された一連の電圧制御スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｆを含んで構成されている。スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｃは、モータ入力３０７ａ〜３０７ｃをそれぞれ上側電源レール３１７に連結するハイサイドスイッチング素子である。スイッチング素子３１５ｄ〜３１５ｆは、モータ入力３０７ａ〜３０７ｃをそれぞれ下側電源レール３１９に連結するローサイドスイッチング素子である。スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｆは、例えば、ＦＥＴ（例えば、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、ＴＲＩＡＣ、ＳＣＲ、ＩＧＢＴ、ＳｉＣ系デバイス等であってもよい。
【００８２】
制動回路３１１は、制御ロジック３１９とトリガー回路３２１を含んで構成されている。制御ロジック３１９は、制御回路３０３が制動モードで作動している場合に、モータ巻線の駆動回路動力源３１３への連結を制御するようになっている。制御ロジック３１９は、駆動回路３０９におけるスイッチング素子のセレクションまたはサブセットに制御信号を与えて、各モータ入力を選択的に電源レールのうちの１つに連結するようになっている。図３に示した実施例においては、制御信号は、実線で示されているように、スイッチング素子３１５ａ，３１５ｅ，３１５ｆに入力される。制御ロジック３１９は、トリガー回路３２１に連結されている。トリガー回路３２１は、トリガー状態に反応して、制御ロジック３１９に制御信号を出力させるようになっている。トリガー回路３２１は、破線３２３で示されているように、駆動回路３０９に連結されていてもよい。
【００８３】
制動回路３１１は、図示しない独自の電圧供給源を含んで構成されていてもよく、それによって制御ロジック３１９に動力を供給し、制御信号を生成させてスイッチング素子３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃを活性化させる。この電源は、駆動回路動力源３１３から独立していてもよく、それによって、制御回路３０３は駆動回路動力源３１３の作動から独立した形で（例えば、駆動回路動力源３１３が故障した場合に）制動回路３１１を接続して制動モードに移行することが可能となる。
【００８４】
モータ装置３００の制御回路３０３は、駆動モードと制動モードの両方で作動するようになっている。駆動モードでは、制動回路３１１は駆動回路３０９から切り離されており、駆動回路３０９のスイッチング素子は図示しない整流回路によって駆動される。整流回路が各駆動入力に制御信号を送信すると、各スイッチング素子３１９ａ〜３１９ｆは閉設定または開設定を採用する。このようにスイッチを活性化させることで、駆動回路動力源３１３の端子が１つのモータ入力と別のモータ入力の間に電流を印加することができ、モータの巻線が通電される。
【００８５】
例えば、スイッチング素子３１９ａ，３１９ｆが閉じており残りのスイッチング素子が開いている場合、モータ入力３０７ａが上側電源レールに連結されると共にモータ入力３０７ｃが下側電源レールに連結される。従って、これら２つの入力間に電流が印加され、それによって巻線３０５ａ，３０５ｃが通電される。
【００８６】
整流回路は、スイッチング素子３１９ａ〜３１９ｆを選択的に活性化させ、モータ入力を駆動回路動力源３１３の端子のうちの１つに連結することによってモータの巻線に動的に通電することができる。このように動的にゲートを活性化させることにより、回転子が固定子に対して連続的に回転可能となる。
【００８７】
制御回路３０３が駆動モードにあるときは、制御ロジック３１９から駆動回路３０９に制御信号は入力されない。
【００８８】
制御回路３０３が制動モードにあるときは、制動回路３１１が駆動回路３０９に連結されることによって複数のモータ巻線が駆動回路動力源３１３に連結され、閉電流路が形成されて回転子の固定子に対する相対制動が惹起される。巻線を駆動回路動力源３１３に連結して閉電流路を形成すると、結果として、１つのモータ入力と別のモータ入力の間に電流が連続的に印加され得る。制動モードにおいてモータの入力間に電流が連続的に印加されることによって、モータ３０１の選択された巻線が連続的に通電される（即ち、モータ３０１は電気的に整流されていない）。
【００８９】
巻線を連続的に駆動回路動力源３１３に連結するために、制御ロジック３１９によって駆動回路３０９の選択されたスイッチング素子３１５が活性化されて、選択されたモータ入力がそれぞれ駆動回路３０９の電源レールに連続的に連結される。図３に示される装置では、スイッチング素子３１５ａ，３１５ｅ，３１５ｆが活性化されて、モータ入力３０７ａを上側電源レールに、モータ入力３０７ｂ，３０７ｃを下側電源レールに連続的に連結する。従って、本実施例では、制御回路３０３が制動モードにあるときに、制御ロジック３１９が駆動回路３０９のスイッチング素子を活性化させて、回転子の固定子に対する相対制動を惹起する。
【００９０】
制御回路３０３は、トリガー状態に反応して制動モードに入るようになっていてもよい。トリガー状態は、トリガー回路３２１によって検出されてもよい。トリガー回路３２１は、トリガー状態に反応して制御ロジック３１９に信号を出力し、駆動回路３０９の選択されたスイッチング素子を活性化するようになっていてもよく、それによって、制御回路３０３が制動モードに切り替えられる。トリガー状態は故障状態を示すものであってもよい。トリガーは、モータ３０１の外部で発生したものであってもよく、その場合、故障を示すものがモータ３０１の外部で検出される。故障状態は、モータ外部の部品で発生した故障である可能性もあるが、（モータ外部で検出されていても）モータの部品で発生した故障である可能性もある。ある実施例においては、トリガー状態は、駆動回路３０９からの供給電圧が所定値を下回ることであってもよく、即ち、故障状態（供給電圧の故障）はモータ３０１の外部で発生したものである。
【００９１】
供給電圧が所定値を下回ることに反応して自動的に制動モードに切り替わることで、駆動回路３０９の停電に反応して回転子の動作を阻止するという利点がある場合がある。これは、特に有用なセーフティ機能となり得る。例えば、モータ装置３００が外科用ロボットアームに適用された場合、停電が起きた際にアームがジョイント周りで自由に動くことは極めて好ましくないであろう。メインの供給電圧が低下したことに反応して制御回路３０３を制動モードに移行させることで、アームは適切な位置に有利に保持され得る。
【００９２】
制御ロジック３１９は、任意に、１組以上のハイサイドおよびローサイドスイッチング素子に制御信号を与えるようになっていてもよい。制御ロジック３１９は、駆動回路３０９の６つのスイッチング素子のうち５つに制御信号を与えることが可能とされていてもよい。制御ロジック３１９は、全てのローサイドスイッチング素子に制御信号を与えることが可能とされていてもよい。制御ロジック３１９は、１つを除く全てのハイサイドスイッチング素子に制御信号を与えることが可能とされていてもよい。例えば、制御ロジック３１９は、スイッチング素子３１５ａ，３１５ｅ，３１５ｆに与えられる制御信号に加えて、（破線で示されているように）スイッチング素子３１５ｂ，３１５ｄに制御信号を与えるようになっていてもよい。これらの追加の制御信号を与えることにより、スイッチング素子やモータ巻線のうちの１つが故障した場合に、（制御ロジック３１９自体が単一故障耐性であれば）制御回路３０３全体を単一故障耐性とすることができる。
【００９３】
制御回路は、制動モードにおいて、制動回路スイッチング素子のセレクションがデフォルトで活性化されて、残りのスイッチング素子は活性化されない（即ち、開設定となる）ようになっていてもよい。デフォルトで活性化されるのは、例えば、スイッチング素子３１５ａ，３１５ｅ，３１５ｆであってもよい。制御ロジックは、スイッチング素子またはモータ巻線のうちの１つが故障したことに反応して、活性化されている制動回路スイッチング素子のサブセットを変更するようになっていてもよい。こうすることにより、モータ巻線の少なくとも２つが動力源に連結されたままとなり、閉電流路を形成することが確実になる。
【００９４】
例えば、スイッチング素子３１５ａが故障した場合、制御ロジックはそれに反応して、スイッチング素子３１５ｄ，３１５ｂを活性化させて、スイッチング素子３１５ｅを不活性化させることができる。これにより、モータ入力３０７ａの連結が上側電源レールから下側電源レールに切り替えられて、モータ入力３１７ｂの連結が下側電源レールから上側電源レールに切り替えられる。同様に、モータ巻線３０５ａが故障した場合、制御ロジックはそれに反応して、スイッチング素子３１５ｂ，３１５ｄを活性化させて、スイッチング素子３１５ａ，３１５ｅを不活性化させることができる。こうすることにより、巻線３０５ｂ，３０５ｃが動力源に連結されたままとなり、閉電流路を形成することが確実になる。
【００９５】
あるいは、制御ロジックは、全てのスイッチング素子（即ち、全てのハイサイドスイッチング素子と全てのローサイドスイッチング素子）に制御信号を与えることが可能とされていてもよい。単一故障耐性を実現するためには（上記の例で説明したように）全てのスイッチング素子に制御信号を供給可能であることは必要ではないが、万一スイッチング素子の１つが故障した場合には代替の巻線接続のセレクションを提供し得る。例えば、スイッチング素子３１５ａまたは巻線３０５ａが故障した状況の例に戻ると、制御ロジックはｉ）スイッチング素子３１５ｄ，３１５ｂを活性化させて、スイッチング素子３１５ｅを不活性化させる（上記のとおり）、またはｉｉ）スイッチング素子３１５ｄ，３１５ｃを活性化させて、スイッチング素子３１５ｆを不活性化させる、のいずれかによってモータ巻線の少なくとも２つを動力源に連結されたままとし、閉電流路を形成することを確実にすることができる。この後者の構成により、モータ入力３０７ａの連結が上側電源レールから下側電源レールに切り替えられて、モータ入力３０５ｃの連結が下側電源レールから上側電源レールに切り替えられる。これにより、巻線３０５ｂ，３０５ｃは動力源に連結されたままとなり、閉電流路を形成することが確実になる。制御ロジックが全てのスイッチング素子に制御信号を与えることを可能にすることにより、制御回路は、スイッチング素子に関して、有利に、二重故障耐性とされる（即ち、スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｆのうちのいずれか２つが故障したとしてもなお、残りのスイッチング素子のサブセットを活性化させて少なくとも２つのモータ巻線を動力源に連結し、閉電流路を形成することが可能ということである）。
【００９６】
従って、制御ロジックは、モータ入力の、駆動回路の電源レールへの連結を再設定もしくは切り替えることにより、スイッチング素子の故障に反応することが可能であり、それによって、モータ巻線が動力源に連結されたままで閉電流路が形成される。
【００９７】
図４Ａ，４Ｂに、図３に示したモータ装置３００の実施例を示す。図４Ａ，４Ｂに示されたモータ装置４００は、全体を４０１で示したモータと、全体を４０３で示した制御回路とを含んで構成されている。本実施例においては、モータ４０１は巻線をＹ字状に配置した３相モータである。モータ４０１は３つの巻線４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃを含んで構成されている。各巻線は、一方の端部がそれぞれモータ入力４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃに連結されている。各巻線は、図に抵抗器４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃおよびインダクタ４１３ａ，４１３ｂ，４１３ｃで概略的に示すように、付随した抵抗とインダクタンスを有している。モータ４０１はさらに、図示しない固定子に対して回転作動可能な、図示しない回転子を含んで構成されている。巻線は、回転子と固定子の一方に装着可能とされており、それによって、回転子と固定子の他方に作用する。
【００９８】
制御回路４０３は、駆動回路４１５と制動回路４１７を含んで構成されている。駆動回路４１５は、駆動回路動力源４３５を含んで構成されている。駆動回路動力源４３５は電圧電源であり、供給電圧Ｖ３によって分離された端子を含んで構成されている。本実施例では、動力源の端子は電源レールの形をとっている。駆動回路４１５は、３相ブリッジ配置に配置された一連の電圧制御スイッチング素子４１９ａ〜４１９ｆを含んで構成されている。この装置では、スイッチング素子は３つの並列セットに配置されており、各セットは、電源レール間に直列に接続された２つのスイッチング素子を含んで構成されている。本実施例では、スイッチング素子４１９ａ〜４１９ｆはＮ−ＭＯＳＦＥＴである。しかし、これはあくまでも説明のためであり、例えば、ＦＥＴ（例えば、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、ＴＲＩＡＣ、ＳＣＲ、ＩＧＢＴ、ＳｉＣ系デバイス等、他の多くの切替装置を利用してもよいことが当業者には理解されるべきである。
【００９９】
各スイッチング素子４１９ａ，４１９ｂ，４１９ｃのドレインは駆動回路４１５の上側電源レールに接続されていると共に、ソースはそれぞれスイッチング素子４１９ｄ，４１９ｅ，４１９ｆのドレインに接続されている。スイッチング素子４１９ｄ，４１９ｅ，４１９ｆのソースは駆動回路４１５の下側電源レールに接続されている。スイッチング素子は、モータ入力が電源レールの１つに選択的に連結可能となるように、モータ入力に連結されている。図示されているように、スイッチング素子４１９ａのソースとスイッチング素子４１９ｄのドレインは第１のモータ入力４０７ａに接続されており、スイッチング素子４１９ｂのソースとスイッチング素子４１９ｅのドレインは第２のモータ入力４０７ｂに接続されており、スイッチング素子４１９ｃのソースとスイッチング素子４１９ｆのドレインは第３のモータ入力４０７ｃに接続されている。
【０１００】
駆動回路４１５は、さらに、スイッチング素子４１９ａ〜４１９ｆのそれぞれのゲートを駆動する複数の駆動入力４３１ａ〜４３１ｆを含んで構成されている。駆動入力は、ハイサイドスイッチング素子４１９ａ，４１９ｂ，４１９ｃのゲートを駆動する３つのハイサイド入力と、ローサイドスイッチング素子４１９ｄ，４１９ｅ，４１９ｆのゲートを駆動する３つのローサイド入力とを含んで構成されている。駆動入力は、巻線４０５ａ〜４０５ｃを動的に通電してモータ４０１を電気的に整流するために、図示しない整流回路に連結されている。整流回路は、スイッチング素子を活性化させて、各モータ入力を駆動回路動力源４３５の対応する端子に選択的に連結するように動作可能である。
【０１０１】
各スイッチング素子４１９は、任意に、ＭＯＳＦＥＴのゲートを保護するために、対応するツェナーダイオード４３３ａ〜４３３ｆに接続されていてもよい。これらツェナーダイオード４３３ａ〜４３３ｆの利用は任意であり、例えば、特定の実施のために選択された電圧やＭＯＳＦＥＴに依存し得ることが理解されるべきである。
【０１０２】
制動回路４１７は、電圧供給源４２１を含んで構成されている。電圧供給源４２１は、駆動回路４１５の電源レールに直列に接続されており、電圧レベルＶ３＋Ｖ５に保持された上側電源レールに電圧Ｖ５を供給する。制動回路４１７はまた、全体を４３７で示された制御ロジックを含んで構成されている。制御ロジック４３７は、制御回路４０３が制動モードで作動している際に、モータ巻線の駆動回路動力源４３５への連結を制御するよう作動する。制御ロジック４３７は、複数のスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄを含んで構成されている。
【０１０３】
制動装置はさらに、全体を４３９で示されたトリガー回路を含んで構成されている。トリガー回路４３９は、ツェナーダイオード４２７と並列に接続されたスイッチング素子４２３ａを含んで構成されている。トリガー回路４３９はさらに、ツェナーダイオード４２７と直列に接続された抵抗器４２９を含んで構成されている。抵抗器４２９の他端は上側電源レールに接続されている。スイッチング素子４２３ａのゲートは、抵抗器４２９とツェナーダイオード４２７の間に位置するノードによって駆動される。
【０１０４】
制動回路４１７の各スイッチング素子は、上側電源レールに接続されていると共に、それぞれ抵抗器４２５ａ，４２５ｂ，４２５ｃ，４２５ｄと直列に接続されている。図示されているように、各スイッチング素子４２３は、そのソースが制動回路４１７の上側電源レールに接続されていると共に、そのドレインがそれぞれの抵抗器に接続されるように配置されている。スイッチング素子は、さらに、トリガー回路４３９のスイッチング素子４２３ａが制御ロジック４３７の並列に配置されたスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄのそれぞれに接続されるように配置されている。本実施例では、スイッチング素子４２３ａのドレインがスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄのゲートを駆動するように、スイッチング素子が配置されている。トリガー回路４３９と制御ロジック４３７は、スイッチング素子４２３ａの論理状態（即ち、スイッチが開いているか閉じているか）によってスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄの論理状態が制御されるように、配置されている。
【０１０５】
制動回路４１７は、制御ロジック４３７のスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄを介して駆動回路４１５に連結されている。スイッチング素子４２３ｂのドレインは（抵抗器４２５ｂを介して）ハイサイド入力に接続され、駆動回路４１５においてスイッチング素子４１９ａを活性化させる。スイッチング素子４２３ｃ，４２３ｄのドレインは（それぞれ抵抗器４２５ｃ，４２５ｄを介して）対応するローサイド入力に接続され、スイッチング素子４１９ｅ，４１９ｆをそれぞれ活性化させる。
【０１０６】
抵抗器４２９は、抵抗器４２５ａ〜４２５ｄよりも実質的に低い抵抗を有するようになっていてもよい。示された実施例では、抵抗器４２９は１００ｋオームの抵抗を有しており、抵抗器４２５は１Ｍオームの抵抗を有している。これはあくまでも説明のためであり、モータ装置の抵抗器には任意の適切な抵抗が使用され得ることが理解されるべきである。
【０１０７】
本実施例においては、制動回路４１７のスイッチング素子はＰ−ＭＯＳＦＥＴの形をとっている。これはあくまでも説明のためであり、スイッチがハイサイド電圧に対する相対的な制御電圧によって決定される場合、任意の適切な切替装置が使用され得ることが理解されるべきである。
【０１０８】
制御回路４０３は、作動の駆動モードと作動の制動モードとの両方で作動するようになっている。作動の駆動モードでは、制動回路４１７は駆動回路４１５およびモータ４０１から切り離され、駆動回路４１５のスイッチング素子４１９は整流回路のみによって制御されている。制動回路４１７を駆動回路４１５から切り離すために、スイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄは開設定を採用する。本実施例では、スイッチング素子４２３はＰ−ＭＯＳＦＥＴであることから、ゲートが制動回路４１７の上側電源レールによってハイに引かれると、開設定を採用する。従って、示された実施例では、スイッチング素子４２３ａが閉設定にあるとき、スイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄは開設定を採用する。
【０１０９】
制動回路４１７が駆動モードにあるとき、整流回路が各駆動入力に制御信号を送信することで、各スイッチング素子４１９ａ〜４１９ｆが閉設定または開設定を採用する。整流回路は、スイッチング素子４１９ａ〜４１９ｆを選択的に活性化させてモータ入力を駆動回路動力源４３５の端子のひとつに連結させることにより、モータ４０１の巻線を動的に通電することができる。このようにゲートを動的に活性化させることにより、回転子は固定子に対して連続的に回転することが可能となる。
【０１１０】
制御回路４０３が制動モードにあるとき、制動回路４１７は駆動回路４１５に連結されて、複数のモータ巻線を駆動回路動力源４３５に連続的に連結させ、閉電流路を形成し、回転子の固定子に対する相対回転の制動を惹起する。巻線を電圧電源に連結させて閉電流路を形成すると、結果として１つのモータ入力と別のモータ入力との間で連続的に電流が印加され得る。巻線を駆動回路動力源４３５に連続的に連結させるために、駆動回路４１５の選択されたスイッチング素子４１９が制御ロジック４３７によって活性化され、選択されたモータ入力を駆動回路４１５の電源レールに連続的に連結させる。
【０１１１】
駆動回路４１５に制動回路４１７を連結させるために、制動回路４１７のスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄは閉設定を採用する。これにより、選択されたスイッチング素子４１９ａ，４１９ｂ，４１９ｃのゲートが制動回路４１７の上側電源レールによりハイに引かれる。すると今度は選択された駆動回路４１５のスイッチング素子を活性化させ、それによって各モータ入力を駆動回路４１５の電源レールのひとつに連結させる。
【０１１２】
本実施例では、駆動回路４１５のスイッチング素子はＮ−ＭＯＳＦＥＴである。駆動回路４１５のハイサイドスイッチング素子（スイッチング素子４１９ａ〜４１９ｃ）をオンに切り替えるためには、ハイサイドドライバが必要であることが理解されるべきである。このハイサイドドライバは、スイッチング素子の供給電圧（この場合は電圧Ｖ３）よりも、素子のゲートの閾値電圧に等しい量だけ大きな電圧でハイサイドスイッチング素子のゲートを駆動する。制動回路４１７の電源４２１はこのハイサイドドライバ電圧の一部を供給する（残りの電圧は駆動回路動力源４３５によって供給される）。従って、電源４２１は、駆動回路４１５のハイサイドスイッチング素子４１９ａを駆動し、制動回路４１７を接続するように部分的な役割を果たす。
【０１１３】
電源４２１はさらに、駆動回路４１５の動力源から独立して、制動回路４１７に駆動回路４１５を接続させて、モータの制動を惹起することが可能な機能を有していてもよい。これは、制動回路４１７が駆動回路４１５の動力なしで接続されることが可能であることを意味する。この機能が達成できる理由としては、スイッチング素子４１９ａの供給電圧が駆動回路４１５の動力源から供給される一方、ゲートを駆動する電圧は駆動回路４１５の動力源と制動回路４１７の電源の両方から供給されるからである。従って、制動回路４１７の電源から供給される電圧は、駆動回路４１５によって供給される電圧の値とは関係なく、供給電圧よりもゲートの閾値電圧分だけ大きい電圧によって、スイッチング素子４１９ａのゲートを駆動させる。
【０１１４】
制動モード中は、制動回路４１７によって活性化されていない残りのスイッチング素子４１９ｂ，４１９ｃ，４１９ｄがオフ、言い換えれば開設定となるように、整流回路が無効化されていることが望ましい場合がある。制動モードにおいて整流回路が無効化されている場合、図４Ａ，４Ｂのモータ装置４００は、図２Ｂに示した回路において電圧電源２１３がＶ３に等しい電圧を供給している場合と機能的に等しくなる。モータ装置は、制動回路４１７の接続と整流回路の無効化を連係させるための追加のロジックを含んで構成されていてもよい。この連係ロジックは、制動回路４１７が接続されることに反応して自動的に整流回路を無効化するようになっていてもよい。
【０１１５】
制御回路４０３は、トリガー状態に反応して制動モードに入るようになっていてもよい。１つの例としては、トリガー状態は、駆動回路４１５によって供給される供給電圧が所定値を下回ったことであってもよい。従って、ここでは、トリガー状態は故障状態を示している。駆動モードと制動モードとの間の作動の切り替えは、トリガー回路４３９によって制御されてもよい。
【０１１６】
モータ装置４００が駆動モードにあるとき、駆動回路４１５によって供給される電圧Ｖ３は所定値より大きいことから、ツェナーダイオード４２７の電圧が降伏電圧より大きくなり、それによって電流がグランドに流れる。従って、スイッチング素子４２３ａのゲートがグランドに引かれて、スイッチを閉じる。これは、次にスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄのゲートが制動回路４１７の上側電源レールまでハイに引かれて、これらの各スイッチング素子に開位置を採用させ、上述したように制動回路４１７を駆動回路４１５から切り離させることを意味する。
【０１１７】
供給電圧Ｖ３が所定値を下回ると、ツェナーダイオードの電圧は降伏電圧より小さくなり、スイッチング素子４２３ａのゲートをハイに引いてスイッチを開く。すると今度はスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄのゲートが抵抗器４２５ａを通ってグランドに引かれる。スイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄをグランドに引くことによりこれらのスイッチは閉じられ、上述したように制動回路４１７が駆動回路４１５に連結される。従って、トリガー回路４３９は、駆動回路４１５の供給電圧が所定値を下回ったことに反応して、制御ロジック４３７が駆動回路４１５の選択されたスイッチング素子を活性化させるように作動する。
【０１１８】
駆動回路の供給電圧が所定値を下回ったことに反応して自動的に制動モードに切り替わることは、駆動回路の停電に反応して回転子の動作を阻止するという利点を有し得る。これは、特に有用なセーフティ機能となり得る。例えば、モータ装置が外科用ロボットアームに適用された場合、停電が起きた際にアームがジョイント周りで自由に動くことは極めて好ましくないであろう。メインの供給電圧が低下したことに反応して制御回路を制動モードに移行させることで、アームは適切な位置に有利に保持され得る。
【０１１９】
選択されたツェナーダイオードおよび所定の電圧の値が、モータ装置の実施態様に応じて自由に選択し得る設計の実施態様であり、特に、供給電圧の最大値、抵抗器の選択された抵抗値等に依存することは明らかであろう。
【０１２０】
図５に、図１に示したモータ装置１００の別の実施例の概略図を示す。
【０１２１】
モータ装置５００は、全体を３０１で示したモータと、全体を５０３で示した制御回路とを含んで構成されている。制御回路５０３は、駆動モードと制動モードで作動するようになっている。モータ３０１は、３つの巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃを含んで構成される３相モータとして図示されている。本実施例では、巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃはＹ字状に配置されている。モータ３０１は、さらに、巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃに連結されたモータ入力３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃを含んで構成されている。具体的には、本実施例では、各巻線は、一方の端部が対応するモータ入力３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃにそれぞれ連結されている。モータ３０１は、図示しない固定子に対して回転作動可能な、図示しない回転子を含んで構成されている。巻線は、回転子と固定子の一方に装着可能とされており、それによって、回転子と固定子の他方に作用する。
【０１２２】
制御回路５０３は、図３に示した駆動回路と同様の駆動回路３０９と、制動回路５０９とを含んで構成されている。制動回路５０９は、一対の端子からなる制動回路動力源５１１を含んで構成されている。本実施例では、制動回路動力源５１１は電圧電源であり、端子は、供給電源Ｖ１で分離された一対の電源レール５１３ａ，５１３ｂの形をとっている。制動回路動力源５１１は、駆動回路３０９の動力源３１３と並列に配置されている。制動回路５０９は、さらに、駆動回路３０９のスイッチング素子とは別の複数の追加のスイッチング素子５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃを含んで構成されている。各スイッチング素子は、制動回路５０９の電源レールの一方と、対応するモータ入力３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃとに連結されるように配置されており、それによって、各モータ入力を制動回路５０９の一方の電源レールに選択的に連結する。
【０１２３】
制動回路５０９は、さらに制御ロジック５１７を含んで構成されている。制御ロジック５１７は、制御回路５０３が制動モードで作動しているときに、モータ巻線の制動回路動力源５１１への連結を制御するようになっている。制御ロジック５１７は、制動回路５０９のスイッチング素子に制御信号を与え、それによって各モータ入力を制動回路動力源５１１の一方の電源レールに選択的に連結するようになっている。制御ロジック５１７は、トリガー回路５１９に連結されている。トリガー回路５１９は、トリガーに反応して制御ロジック５１７に制御信号を出力させるようになっている。トリガーは、故障（モータ装置５００内部の部材または図示しない外部の部材で発生したもの）を示すものであってもよい。また、トリガーは、以下により詳細に説明するように、モータ３０１の外部で検出されたものであってもよい。トリガー回路５１９は、破線５２１で示すように、駆動回路３０９に連結されていてもよい。
【０１２４】
制御回路５０３が駆動モードで作動しているときは、制御ロジック５１７からスイッチング素子５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃに制御信号は出力されない。制御ロジック５１７からの制御信号がなければ、スイッチング素子は開設定となり、それにより制動回路５０９はモータ３０１から切り離されている。従って、駆動モードでは、モータ巻線は、整流回路の制御下で駆動回路３０９によって通電される。
【０１２５】
制御回路５０３が制動モードで作動しているときは、制御ロジック５１７から制御信号が出力されてスイッチング素子５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃが活性化され、それによって対応するモータ巻線が制動回路動力源５１１に連続的に連結される。この特定の実施例においては、制御回路５０３が制動モードで作動しているときは、モータ入力３０７ａが電源レール５１３ａに連続的に連結される一方、モータ入力３０７ｂ，３０７ｃが電源レール５１３ｂに連続的に連結される。従って、本実施例の装置では、制御回路５０３が制動モードで作動しているときは、制御ロジック５１７は、モータ巻線を動力源に連続的に連結するために、駆動回路３０９のスイッチング素子とは別に制動回路５０９のスイッチング素子を制御する。これは、図３に示した実施例の装置、即ち、制動モード中に、制御ロジックが駆動回路のスイッチング素子を制御してモータ巻線を動力源に連続的に連結する装置とは対照的である。
【０１２６】
制御ロジック５１７は、トリガー回路５１９からの信号を受信したことに反応して、スイッチング素子に制御信号を出力するようになっていてもよい。トリガー回路５１９は、それ自体が、トリガー状態に反応して制御ロジック５１７に制御信号を出力するようになっていてもよい。トリガー状態は、駆動回路３０９から供給される供給電圧が所定値を下回ったことであってもよい。
【０１２７】
制動回路５０９は、任意に、（破線で示した）追加のスイッチング素子５１５ｄ，５１５ｅを含んで構成されていてもよい。スイッチング素子５１５ｄはローサイドスイッチング素子であり、スイッチング素子５１５ｄはハイサイドスイッチング素子である。制御ロジック５１７は、（破線で示した）制御ラインに沿って、これらのスイッチング素子に制御信号を与えるようになっていてもよい。これらの追加のスイッチング素子を設けることにより、制動回路スイッチング素子のうちの１つやモータ巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃのうちの１つが故障した場合に、（制御ロジック５１７自体が単一故障耐性であれば）制御回路５０３全体を単一故障耐性とすることができる。
【０１２８】
制御回路５０３は、制動モードにおいて、制動回路スイッチング素子のセレクションまたはサブセットがデフォルトで活性化されて、残りのスイッチング素子は活性化されない（即ち、開設定となる）ようになっていてもよい。デフォルトで活性化されるのは、例えば、スイッチング素子５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃであってもよい。制御ロジック５１７は、スイッチング素子またはモータ巻線のうちの１つが故障したことに反応して、活性化されている制動回路スイッチング素子のサブセットを変更するようになっていてもよい。こうすることにより、モータ巻線のうちの２つが動力源に連結されたままとなり、閉電流路を形成することが確実になる。
【０１２９】
例えば、スイッチング素子５１５ａが故障した場合、制御ロジック５１７はそれに反応して、スイッチング素子５１５ｄ，５１５ｅを活性化させて、スイッチング素子５１５ｂを不活性化させることができる。これにより、モータ入力３０７ａの連結が上側電源レール５１３ａから下側電源レール５１３ｂに、モータ入力３０７ｂの連結が下側電源レール５１３ｂから上側電源レール５１３ａに切り替えられる。同様に、モータ巻線３０５ａが故障した場合、制御ロジック５１７はそれに反応して、スイッチング素子５１５ｄ，５１５ｅを活性化させて、スイッチング素子５１５ａ，５１５ｂを不活性化させることができる。このようにモータ巻線の連結を切り替えることにより、モータ巻線のうちの少なくとも２つが動力源５１１に連結されたままとなり、閉電流路を形成することが確実になる。これにより、単一故障状態が発生した場合に、モータ３０１の制動を継続することが可能になる。
【０１３０】
図６Ａ〜６Ｃに、図５に示したモータ装置５００の実施例を示す。
【０１３１】
図６Ａ〜６Ｃに示されているのは、モータ装置６００であり、全体を４０１で示したモータと、全体を６０３で示した制御回路を含んで構成されている。モータ４０１は、３つの巻線４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃからなる３相モータとして図示されている。巻線４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃは、Ｙ字状に配置されている。これはあくまでも説明のためである。モータ４０１は、図示しない固定子に対して回転作動可能な、図示しない回転子を含んで構成されている。巻線は、回転子と固定子の一方に装着可能とされており、それによって、回転子と固定子の他方に作用する。
【０１３２】
制御回路６０３は、図４Ａに示されたものと同様の駆動回路４１５と、制動回路６１７とを含んで構成されている。図４Ａに示された制動回路とは異なり、制動回路６１７は一対の端子からなる制動回路動力源６２１を含んで構成されている。本実施例では、制動回路動力源６２１は電圧電源であり、端子は、供給電圧Ｖ１によって分離された一対の電源レール６１９ａ，６１９ｂの形をとっている。制動回路動力源６２１は、駆動回路４１５の動力源４３５と並列に配置されている。制動回路６１７は、全体を４３７で示した制御ロジックと、全体を４３９で示したトリガー回路とを含んで構成されている。制御ロジック４３７とトリガー回路４３９に関しては、図４Ａを参照しつつ説明済みであるため、ここでは説明を繰り返さない。
【０１３３】
制動回路６１７は、さらに、駆動回路４１５のスイッチング素子とは別の３つの追加のスイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃを含んで構成されており、スイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃは、それぞれ制御ロジック４３７のスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄに接続されている。スイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃは、例えば、ＦＥＴ（例えば、図示されたＮ−ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、ＴＲＩＡＣ、ＳＣＲ、ＩＧＢＴ、ＳｉＣ系デバイス等であってもよい。スイッチング素子は、スイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃのゲートが、それぞれスイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄのドレインからの制御ラインによって（対応する抵抗器４２５ｂ，４２５ｃ，４２５ｄを介して）駆動されるように、配置されている。
【０１３４】
スイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃは、さらに、制動回路６１７の電源レール６１９ａ，６１９ｂの一方と、対応するモータ入力４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃとに接続されるように配置されており、それによって、モータ入力を制動回路６１７の一方の電源レールに選択的に連結する。要するに、制動回路６１７は、駆動回路４１５のスイッチング素子とは別のスイッチング素子を含んで構成されており、それによって、制御回路６０３が制動モードにあるときに、モータ巻線を動力源に連続的に連結する。
【０１３５】
図示された装置では、スイッチング素子６２３ａのドレインは上側電源レール６１９ａに接続され、ソースは抵抗器６２５ａを介してモータ入力４０７ａに接続されている。スイッチング素子６２３ｂのドレインはモータ入力４０７ｂに接続され、ソースは抵抗器６２５ｂを介して下側電源レール６１９ｂに接続されている。また、スイッチング素子６２３ｃのドレインはモータ入力４０７ｃに接続され、ソースは抵抗器６２５ｃを介して下側電源レール６１９ｂに接続されている。図示されているように、スイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃのゲートは、任意に、ツェナーダイオード６２９ａ，６２９ｂ，６２９ｃにも接続されていてもよい。ツェナーダイオードは、実施態様の電圧や、選択されたスイッチング素子に応じて必要とされない場合もある。
【０１３６】
制動回路６１７は、さらに、駆動回路４１５の上側電源レールと制動回路６１７の電源４２１との間にダイオード６２７を含んで構成されており、制動回路６１７から駆動回路４１５への電流漏れを防止している。
【０１３７】
制御回路６０３が駆動モードにあるとき、スイッチング素子４２３ａは閉じている一方、スイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄは開いており、これは図４Ａ，４Ｂを参照しつつ説明した実施例と同様である。従って、スイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃのゲートには電圧は印加されないため、これらの各スイッチング素子は開設定とされており、それによって制動回路６１７がモータ４０１から切り離されている。
【０１３８】
制御回路６０３が制動モードにあるときは、スイッチング素子４２３ａが開設定を採用することに反応して、各スイッチング素子４２３ｂ，４２３ｃ，４２３ｄは閉設定を採用する。これにより、スイッチング素子６２３ａ，６２３ｂ，６２３ｃは、それらのゲートが電位Ｖ３＋Ｖ５で制動回路６１７の上側電源レールまでハイに引かれるため、閉設定に移行する。従って、モータ入力は、制動回路６１７の電源レール６１９ａ，６１９ｂの１つに連結されて、モータ４０１の複数の巻線を制動回路６１７の動力源に連続的に連結させる。
【０１３９】
制御回路６０３は、トリガー状態に反応して駆動モードから制動モードに切り替わるようになっていてもよい。トリガー状態は、トリガー回路４３９によって検出されてもよい。トリガー状態は、故障を示すものであってもよい。その故障は、モータ４０１の外部で発生したもの、例えば、駆動回路の供給電圧の故障であってもよい。図４Ａ，４Ｂを参照しつつ上述した例と同様に、トリガー状態に反応して、トリガー回路４３９は、制御ロジック４３７に制動回路６１７の選択されたスイッチング素子を活性化させ、モータ４０１の制動を惹起してもよい。
【０１４０】
図６Ａ〜６Ｃのモータ装置６００を使用して、単一故障状態下であっても、回転子の固定子に対する相対制動を惹起し得る。単一故障状態は、例えば、巻線の停電であってもよい。制動モードにおいては、モータ４０１の各巻線が電圧電源に連続的に連結されて閉電流路を形成するため、回路は巻線故障に対して耐性がある。図６Ａ〜６Ｃから理解されるように、制御回路６０３が制動モードにあるとき、電流は１つのモータ入力（４０７ａ）と他の２つのモータ入力（４０７ｂ，４０７ｃ）との間に印加される。巻線４０５ｂが故障しても、電流は依然としてモータ入力４０７ａ，４０７ｃ間に連続的に印加され得るため、モータ４０１の制動を継続させることができる。同様に、巻線４０５ｃが故障しても、電流は依然としてモータ入力４０７ａ，４０７ｂ間に印加され得るため、モータ４０１の制動を継続させることができる。
【０１４１】
図７に、図１に示したモータ装置１００の別の実施例の概略図を示す。
【０１４２】
図７に示されているのは、モータ装置７００であり、全体を３０１で示したモータと、全体を７０１で示した制御回路を含んで構成されている。制御回路７０１は、駆動回路３０９と制動回路７０３を含んで構成されている。制御回路７０１は、詳細を以下に説明するように、制動モードと駆動モードで作動するようになっている。モータ装置と駆動回路は図５に示したものと同様であるので、その構造や配置についての説明はここでは繰り返さない。
【０１４３】
制動回路７０３は、駆動回路３０９のスイッチング素子とは別の複数のスイッチング素子７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃを含んで構成されている。各スイッチング素子は、それぞれモータ入力３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃおよびグランドに接続され得るコモンレール７１３に連結されている。スイッチング素子のセットは、モータ入力をグランドに連結作動可能とされている。ここで示されている実施例においては、制御回路７０１が制動モードにあるときは、各スイッチング素子は、対応するモータ入力をコモンレール７１３に連結するようになっている。
【０１４４】
制動回路７０３は、さらに制御ロジック７０７と、制御ロジック７０７に連結されたトリガー回路７０９を含んで構成されている。制御ロジック７０７は、制御回路７０１が制動モードにあるときに、制御信号を出力してスイッチング素子７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃを活性化させ、それによって各モータ入力をコモンレール７１３に連結するようになっている。制御ロジック７０７は、制御回路７０１を駆動モードから制動モードに切り替えるような制御信号を出力してもよい。制御ロジック７０７は、トリガー回路７０９からの信号に反応して制御信号を出力するようになっていてもよい。また、トリガー回路７０９自体が、トリガー状態に反応して制御ロジック７０７に信号を出力するようになっていてもよい。トリガーは、故障状態を示すものであってもよい。この故障状態は、以下でより詳細に説明するように、モータ３０１の外部で発生したものであってもよい。トリガーは、モータ３０１の外部で発生したものであってもよく、故障の兆候は、（例えば、モータ装置７００の一部を形成していない部品を感知することによって）モータ３０１の外部で検出され得る。トリガー回路７０９は、破線７１１で示されているように、任意に、駆動回路３０９に連結されていてもよい。
【０１４５】
制動回路７０３は、図示しない独自の電圧供給源を含んでいてもよく、それによって制御ロジック７０７に動力を供給し、制御信号を生成させてスイッチング素子７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃを活性化させる。この電源は、駆動回路動力源から独立していてもよく、それによって、（例えば、駆動回路動力源が故障するという外部で発生した故障状態の場合に）制御回路７０１は駆動回路動力源の作動から独立した形で制動回路７０３を接続して制動モードに移行することが可能となる。
【０１４６】
制御回路７０１が駆動モードにあるときは、各スイッチング素子は非活性化された状態、即ち開位置にある。これにより、制御回路７０１が駆動モードにあるときは、制動回路７０３は断続されてモータ３０１から切り離され、モータ巻線は、図示しない整流回路の制御下で駆動回路３０９によって通電される。
【０１４７】
制御回路７０１が制動モードにあるときは、制御ロジック７０７は、制御信号を出力してスイッチング素子７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃを活性化させ、各モータ入力を連続的にコモンレール７１３に直接接続して、駆動回路３０９をモータ３０１から切り離す。このように各スイッチング素子を閉じることにより、各モータ巻線が他のモータ巻線と連続的に接続されて、コモンレール７１３を介して閉電流路を形成し、固定子に対する回転子の相対制動を惹起する。この装置は、スイッチング素子７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃの１つが故障した場合に、全体が単一故障耐性となる。これは、制動回路スイッチング素子のいずれか１つが故障した場合、２つのモータ巻線とコモンレールとの間で閉電流路が存続するからである。
【０１４８】
モータ装置７０１は、モータ巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃの１つが故障した場合にも単一故障耐性となる。巻線のいずれか１つが故障しても、残りの機能している巻線とコモンレール７１３との間で依然として閉電流路が形成されることから、モータ３０１の制動を継続させることができる。例えば、巻線３０５ａが故障した場合、巻線３０５ｂ，３０５ｃと、スイッチング素子７０５ｂ，７０５ｃと、コモンレール７１３との間で閉電流路が形成される。また、巻線３０５ｂ，３０５ｃのいずれかが故障した場合（かつ、巻線３０５ａは故障していない場合）、同様に閉電流路が形成されることが理解されるべきである。
【０１４９】
モータ巻線は、スイッチング素子７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃによってコモンレール７１３に直接接続されている。回転子が固定子に対して相対回転すると、逆起電力が惹起され、モータ巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃとスイッチング素子７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃを通じて電流が流れる。この電流によって発生したトルクは、モータ３０１の動作を妨げる。スイッチング素子は、モータ入力をコモンレール７１３に直接接続し得る。即ち、モータ巻線とコモンレール７１３との間の回路上において、実質的な抵抗がなくてもよい。モータ巻線とコモンレール７１３との間には回路構成部品が介在しなくてもよい。例えば、モータ入力は、スイッチング素子とコモンレール７１３との間に抵抗器を介在することなくコモンレール７１３に接続されていてもよい。制動時に発生する電気エネルギーは、巻線の抵抗だけを利用して消費することができる。これにより、回路内の必要な部品の数が減るため有利である。
【０１５０】
制御回路７０１は、トリガーに反応して駆動モードから制動モードに移行するようになっていてもよい。トリガーは、トリガー回路７０９によって検出されてもよい。トリガーは、モータ３０１の外部で発生した故障状態を示すものであってもよく、例えば、駆動回路動力源３１３によって供給された電圧が所定値を下回ったことであってもよい。あるいは、故障状態は、モータ３０１の外部で発生したものではないが、トリガーはモータ３０１の外部で発生したものであってもよい（例えば、モータ３０１の部品における故障が、モータ３０１の外部の部品のパラメータを監視することによって検出された場合）。この故障状態を検出するために、トリガー回路７０９は、図示されているように、駆動回路３０９に連結されていてもよい。
【０１５１】
もちろん、トリガー回路７０９は、多くの他の故障状態を検出するようになっていてもよい。これらの各故障状態は、モータ３０１の外部で検出され得る。要するに、故障は、モータ３０１の外部の部品（例えば、回転子、固定子、巻線の一部を構成していないもの）を監視することにより検出されてもよい。故障自体がモータ３０１の外部で発生したものであってもよく、これは、外部で発生した故障状態が、モータ３０１を構成していない任意の部品に存在し得ることを意味する。従って、故障状態は、モータ部品（例えば、回転子、固定子、巻線等）の動作状態とは独立していてもよい。
【０１５２】
トリガーは、以下のような故障状態を示してもよい。例えば、モータ装置７００への電力の損失（例えば、駆動回路動力源３１３）、駆動回路３０９による電圧の誤供給（例えば、電圧が高すぎる、低すぎる、あまりに多くのノイズ／リップルを含んでいる）、モータ３０１における巻線の故障、電子部品の故障（例えば、駆動回路スイッチング素子の１つや整流回路におけるもの）、などである。
【０１５３】
上述のように、本明細書に記載されたモータ装置は、（例えば、ロボットアームのジョイントを駆動するための）ロボットシステムの一部を形成していてもよい。トリガー回路は、ロボットアームの任意の部品（即ち、アーム内の、モータ装置の外部の部品）における故障を示すトリガーを検出するようになっていてもよい。故障状態は、以下のものであってもよい。例えば、制御システム（例えば、ユーザ入力コントローラの動作に反応してロボットアームの動作を制御する制御システム）におけるソフトウェア障害、ロボットアーム内の制御電子機器の故障、通信障害（例えば、アームの姿勢を定義する状態データや、入力コントローラから受信した制御データ等のデータの損失や破損）などがある。あるいは、故障状態は、ロボットアームの不測の動作、例えば入力コントローラの動作に対応していない動作（例えば、動作が小さすぎる、大きすぎる、全く動かない、命令されていない動作を行う等）であってもよいし、温度状態（例えば、ロボットアームの電子機器や他の部分が過度に熱くなる、特定の閾値変化率よりも高い温度になる等）であってもよい。また、故障状態は、外科用ロボットが設置されている手術室内の大気の状態（例えば、明るすぎる、または暗すぎる）であってもよく、ロボットはこの状態を検出するためにトリガー回路に連結された光学センサを有していてもよい。別の例では、故障状態は、ロボットシステムの１つ以上のセンサ（例えば、位置センサ、関節トルクセンサ等）の故障であってもよい。また、故障状態は、ロボットシステムの１つ以上のコンピュータメモリの故障、または予期しない機械的な力や関節トルクを感知したことであってもよい。これらの各故障状態は、モータの外部で検出されてもよい。これらの各故障状態を検出したことに反応して、信号の形で（または、後述するように、無信号の形で）トリガーが生成されてもよい。
【０１５４】
また別の例では、トリガーは、音響状態の検出（例えば、故障を示し得るクリック音、きしり音、ガリガリいう音等のロボットアーム内の不要な異音の検出）であってもよいし、トリガーは、音響状態を検出したことに反応して生成された信号（または無信号）であってもよい。また、トリガーは、ロボットアームの予期せぬ向き（例えば、ロボットが所定の位置に確実に配置されていない、または転倒していることを示す向き）の検出であってもよい。トリガーは、外科手術処置特有のもの（例えば、最良のプラクティスと一致しない、または規定パラメータ外のユーザ命令の検出）であってもよい。
【０１５５】
従って、図７に示されたモータ装置（実際には図３〜６Ｃに示されたものも）は、様々な故障状態を示す外部発生のトリガーに反応して制御モードに入るようになっていてもよい。
【０１５６】
トリガー回路は、故障状態が存在しないこと（または、故障状態が検出されていないこと）を示す信号を出力するようになっているスイッチを含んで構成されていてもよいし、あるいはそのようなスイッチに連結されていてもよい。当該スイッチはデッドマンスイッチと呼ぶことができる。デッドマンスイッチは、モータ装置の一部であってもよいし、モータ装置の外部にあってもよい。スイッチが信号を出力している間は、トリガー回路は、これをトリガーが無いものと解釈する（即ち、トリガー回路は何も行わず、制御回路は駆動モードから制動モードに切り替わらない）。故障状態の検出に反応すると、スイッチは信号生成を中止する。トリガー回路は無信号を検出し、これをトリガーと解釈して制御回路を制動モードに切り替える。
【０１５７】
換言すれば、トリガーは、故障状態が存在しないことを示す信号が生成されないことである。この信号は、ハートビートと呼ぶことができる。従って、この場合、トリガー回路は、感知した信号を検出したことに反応して制御回路を制動モードに切り替えるのではなく、むしろ無信号を検出したことに反応して制御回路を制動モードに切り替えるのである。
【０１５８】
図１０に、デッドマンスイッチの適用方法の実施例を示す。ここでは、分かりやすさのために、トリガー回路７０９と制御ロジック７０７を除いて、モータ装置７００の残りの部分は省略されている。トリガー回路７０９は、信号１００３を受信しているところが示されている。信号１００３は、故障状態が存在しないことを示している。この信号１００３は、その性質から、否定的イベント信号と呼ぶことができる（即ち、信号が存在することが、システムやロボットアーム内に故障イベントが起きていないことを示している）。信号１００３は、システムの外部の部品（例えば、関節トルクセンサ、温度センサ等のロボットアーム上のセンサ）によって生成されてもよい。別の例では、制御システム（例えば、ロボットアームの制御システム）がメモリーから周期的に実行用の通常の指令セットを送信する（例えば、２０マイクロ秒毎）。制御システムは、その指令セット内に、正常に機能していること、即ち、故障が検出されていないことを示すもの（例えば、信号）を含めてもよい。この信号もまた、ハートビートと呼ぶことができる。トリガー回路７０９は、このハートビートを受信し、もしハートビートを受信しなかった場合は制御回路７０１を制動モードに切り替えることによって制動をトリガーするようになっていてもよい。
【０１５９】
トリガー回路７０９は、否定的イベント信号（例えば、ハートビート）を受信している間は常にアイドル状態となるようにされており、即ち、この間は、トリガー回路７０９は、制御ロジック７０７に対していかなる信号も出力しない。さらに、トリガー回路７０９は、信号１００３が無いことをトリガーと解釈して、それに反応して制御回路７０１を制動モードに切り替えるようになっている。
【０１６０】
例えば、センサは、駆動回路の電圧を測定する電圧センサであってもよい。電圧が閾値を上回っている時は、センサはトリガー回路７０９に対して、供給電圧内に故障状態が存在しないことを示す信号１００３を出力し、従ってトリガー回路７０９はアイドル状態となる（即ち、制御回路７０１は制動モードに切り替わらない）。電圧が閾値を下回ると、センサは信号１００３を出力しない。トリガー回路７０９は、信号１００３が無いことをトリガーと解釈して、それに反応して制御回路７０１を制動モードに切り替える。
【０１６１】
別の例では、トリガー回路は、複数の信号を、それぞれ対応するセンサから受信するようになっていてもよく、各信号は、システムの対応する部位において故障状態が存在しないことを示している。トリガー回路は、複数のハートビートの各々を受信したことを条件にアイドル状態となるようにされていてもよく、もし、少なくとも１つのハートビートを受信しない場合は、トリガー回路はこれをトリガーと解釈し、制御回路を制動モードに切り替える。
【０１６２】
図１１に、モータ外部のトリガーを検出するさらに別の構成を示す。ここでは、トリガー回路７０９は、故障状態検出ロジック１１０１に連結されている。故障状態検出ロジック１１０１は、故障状態が存在しないことを示す信号１１０３を生成するようになっている（即ち、ハートビート信号を生成し得る）。この信号もまた、否定的イベント信号と呼ぶことができる（即ち、信号が存在することが、システムやロボットアーム内に故障イベントが起きていないことを示している）。トリガー回路７０９は、否定的イベント信号を受信している間は常にアイドル状態となるようにされており、即ち、この間は、トリガー回路７０９は、制御ロジック７０７に対していかなる信号も出力しない。さらに、トリガー回路７０９は、信号１１０３が無いことをトリガーと解釈して、それに反応して制御回路７０１を制動モードに切り替えるようになっている。
【０１６３】
故障状態検出ロジック１１０１は、故障状態が検出されたかどうかを決定するための回路を含んで構成されていてもよい。故障状態検出ロジック１１０１は、故障状態が検出されないときは、デフォルトで信号１１０３を出力し、故障状態が検出されたことを条件に、トリガー回路７０９に対して信号１１０３が伝達されるのを阻止するようになっていてもよい。
【０１６４】
故障状態検出ロジック１１０１は、全体を１１０５で示した複数の入力信号を受信するようになっていてもよい。各入力信号１１０５は、それぞれの故障状態が検出されたことを示していてもよいし、それぞれの故障状態が検出されなかったことを示していてもよい。例えば、故障状態検出ロジック１１０１は、（温度状態を検出するために）温度センサに連結されていてもよいし、駆動回路の電圧センサや、関節トルクセンサ等に連結されていてもよい。入力信号１１０５が故障状態の検出を示している場合は、故障状態検出ロジック１１０１は、少なくとも１つの入力信号１１０５を受信したことに反応して、信号１１０３の出力を中止するようになっていてもよい。
【０１６５】
入力信号１１０５が、故障状態が存在しないことを示している場合は、制御ロジック１１０３は、少なくとも１つの入力信号１１０５を受信しなかったことに反応して、信号１１０３の出力を中止するようになっていてもよい。
【０１６６】
有利な点として、図１１の構成によれば、故障が複数のセンサのいずれかによって検出されることで、故障状態検出ロジック１１０１は信号１００３がトリガー回路７０９に伝達されるのを阻止することができる。要するに、多数の故障状態のいずれでも、制動回路を活性化させるトリガーとなることができる。これは、モータ装置の制動機能がセーフティ機能として使用されている場合に特に好都合である。その理由としては、多くの種類の潜在的に危険なイベントを、モータ外部のセンサを用いて検出することが可能になるからである。
【０１６７】
信号を検出しないことがトリガーであるようにシステムを構成することは、モータ装置の制動モードがシステム内でセーフティ機能として適用される場合に特に好都合である。これは、信号が検出されることをトリガーとすることを要求すると、感知した信号に欠陥があった場合にモータ装置の制動モードが無効になってしまうという欠点があるからである。一方、信号を検出しないことがトリガーであるシステムにおいては、このような問題は起こらない。
【０１６８】
トリガー（例えば、故障の検出）がモータ外部のものであるようにモータ装置を整備することにより、モータ装置は、モータ部品内の故障に限定されるのではなく、様々な潜在的な故障状態の下で駆動モードから制動モードに切り替わるように構成することができる（モータ部品内の故障とは、モータ装置が適用される、ロボットアーム等のより大きなシステム内で起こり得る故障のうち、ほんの一部の故障にしか相当しない）。これは、複数のモータが含まれるシステムにとって、各個別のモータに指示する必要がなく、比較的容易に全てのモータを制動させることができることから、都合の良い構成となり得る。
【０１６９】
図８Ａ〜８Ｃに、図７に示したモータ装置７００の実施態様の例を示す。
【０１７０】
図８Ａ〜８Ｃに示されているのは、モータ装置８００であり、全体を４０１で示したモータと、全体を８０１で示した制御回路を含んで構成されている。制御回路８０１は、制動回路８０３と駆動回路４１５とを含んで構成されている。モータ４０１は、図４Ｂおよび図６Ｃに示したものと同様であり、駆動回路４１５は図４Ａに示したものと同様であるので、その構造や配置についての説明はここでは繰り返さない。制御回路８０１は、駆動モードと制動モードで作動するようになっている。
【０１７１】
制動回路８０３は、全体を８２５で示した制御ロジックと、全体を８２９で示したトリガー回路とを含んで構成されている。制動回路８０３は、さらに、下側コモンレール８２７とモータ入力４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃの間にそれぞれ接続された３つのスイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃを含んで構成されている。スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃは、例えば、ＦＥＴ（例えば、図示されたＮ−ＭＯＳＦＥＴ）であってもよいし、あるいは、バイポーラトランジスタ、ＴＲＩＡＣ、ＳＣＲ、ＩＧＢＴ、ＳｉＣ系デバイス等であってもよい。スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃは、ドレインが対応するモータ入力４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃにそれぞれ接続されていると共に、ソースが下側コモンレール８２７に接続されている。下側コモンレール８２７は、図示されているように、グランドに接続されていてもよい。スイッチング素子は、制御回路８０１が制動モードで動作しているときには、各モータ入力が下側コモンレール８２７に直接接続されるように設定されている。
【０１７２】
トリガー回路８２９は、ツェナーダイオード８０７と抵抗器８０９を含んで構成されている。ツェナーダイオード８０７は、一方の入力が駆動回路４１５の上側電源レールに接続されていると共に、他方の入力が抵抗器８０９を介してグランドに接続されている。トリガー回路８２９は、さらに、スイッチング素子８１７を含んで構成されている。スイッチング素子８１７のゲートは、ツェナーダイオード８０７と抵抗器８０９の間に位置するノードからの制御ラインによって駆動され、スイッチング素子８１７のソースはグランドに接続されている。
【０１７３】
制御ロジック８２５は、複数のスイッチング素子８２１，８１９を含んで構成されおり、さらに、抵抗器８２３を含んで構成されていてもよい。スイッチング素子８２１のソースはスイッチング素子８１９のドレインに接続されている。スイッチング素子８２１のゲートはスイッチング素子８１７のドレインから駆動される。スイッチング素子８１９のソースはグランドに接続され、ゲートはツェナーダイオード８０７と抵抗器８０９の間に位置するノードから駆動される。スイッチング素子８２１のドレインはコンデンサ８１３に連結されている。抵抗器８２３は、スイッチング素子８２１のドレインをコンデンサ８１３に連結する制御ラインと、スイッチング素子８１７のドレインをスイッチング素子８２１のゲートに連結する制御ラインとの間に接続されている。スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃのゲートは、スイッチング素子８２１のソースとスイッチング素子８１９のドレインの間に位置するノード８３１から駆動される。
【０１７４】
コンデンサ８１３は、ダイオード８１５を介して駆動回路４１５の上側電源レールに電気的に連結されており、上側電源レールからの電圧がコンデンサ８１３に印加されるが、蓄積された電荷がコンデンサ８１３から上側電源レールにリークバックしないようになっている。モータ装置８００は、制御回路８０１が制動モードで作動しているときに、コンデンサ８１３が駆動回路動力源４３５によって充電されるようになっている。
【０１７５】
制御ロジック８２５は、制御回路８０１が制動モードにあるときに、スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃを活性化させて、複数のモータ入力をコモンレール８２７に直接接続するようになっている。複数のモータ入力をコモンレール８２７に直接接続することによって、モータ入力に連結され、閉電流路を形成することとなる複数のモータ巻線がモータ４０１の制動を惹起する。制御ロジック８２５は、トリガー状態に反応して、トリガー回路８２９の制御下でスイッチング素子８１１を活性化してもよい。詳細を以下に説明する。
【０１７６】
制御回路８０１が駆動モードにあるとき、電流はダイオード８１５を流れて、駆動回路４１５の上側電源レールからコンデンサ８１３に電圧が供給され、それによってコンデンサ８１３が充電される。電流がツェナーダイオード８０７を流れると、スイッチング素子８１７のゲートがハイに引かれて閉設定を採用する。スイッチング素子のゲートは駆動回路動力源の上側電源レールによってハイに引かれる。これは、次にスイッチング素子８２１のゲートがグランドまでローに引かれて、開設定を採用することを意味する。スイッチング素子８１９のゲートはダイオード８０７を介してハイに引かれ、活性化されて閉設定を採用する。スイッチング素子８１９を活性化させることにより、各スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃはグランドに引かれる。従って、スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃは制動回路８０３をモータ４０１から切り離す設定を採用する。
【０１７７】
駆動回路４１５の供給電圧Ｖ３が所定値を下回ると、制御回路８０１が制動モードに入るようになっていてもよい。以下に説明するように、制動モードにおいては、制御ロジック８２５はスイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃを活性化させ、各モータ入力をグランドに接続するようになっている。
【０１７８】
駆動回路動力源４３５の供給電圧が所定値を下回ると、電流はダイオード８０７を流れなくなる。すると今度は、スイッチング素子８１７，８１９のゲートがグランドに引かれ、これらのスイッチが開く。スイッチング素子８２１のゲートは、放電するコンデンサ８１３によって抵抗器８２３を介して駆動される。放電するコンデンサ８１３はスイッチング素子８２１を活性化させ、次に各コンデンサ８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃのゲートがコンデンサ８１３によって駆動されて、これらのスイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃが活性化される。
【０１７９】
選択されたスイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃが活性化されると、各モータ入力が下側コモンレール８２７に直接接続される。すると、各モータ入力が互いに連続的に連結されて、閉電流ループを形成し、それによって回転子の固定子に対する相対制動を惹起する。図示されているように、モータ入力は抵抗器を必要とすることなくグランドに直接接続することが可能である。本発明者は、モータ装置が、巻線の抵抗だけを利用して、回転子の制動中に発生した電気エネルギーを消費することができることを見出した。これにより、例えば、スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃとグランドとの間のダンプ抵抗器が不要となり得る。従って、モータ装置の製造時における複雑さや部品コストを低減し得る。
【０１８０】
図８Ａ〜８Ｃに示す装置は、コンデンサ８１３の電荷を使用して制動回路８０３のスイッチング素子を活性化させ、そうすることにより、制動回路８０３におけるバッテリが不要になるという利点がある。コンデンサ８１３がスイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃのゲートを閉じたままに保持できる時間は、静電容量を増やすことにより任意に増加可能である。
【０１８１】
本発明の実施形態によれば、駆動系に別体の制動装置を必要とすることなく、モータ装置が制動モードで作動することが可能となる。また、制動機能は、標準の３相ブリッジとのインターフェースに制動回路を追加することによって実現可能であり、標準の電気的整流モータを使用することによって、実施コストの低減につながる可能性がある。制動回路は、３相ブリッジのスイッチング素子を制御して制動機能を実行するようにしてもよいし、制動回路がこの機能を実行するために別途専用のスイッチング素子を含んで構成されていてもよい。
【０１８２】
しかも、本発明の実施形態に従うモータ装置によれば、巻線の抵抗だけを利用して、回転子の制動中に発生した電気エネルギーを消費することが可能であり、それによって、ダンプ抵抗器が不要となる。従って、複雑さや部品コストをさらに低減し得る。
【０１８３】
本説明においては、スイッチング素子がＮ−ＭＯＳＦＥＴおよびＰ−ＭＯＳＦＥＴである例について説明した。これはあくまでも説明のためであり、代替の実施形態が可能であることが理解されるべきである。即ち、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴをＰ−ＭＯＳＦＥＴに置き換えてもよいし、その逆でもよい。前述のように、スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、任意の適切なスイッチング素子であってよい。
【０１８４】
本明細書に記載された実施例のいくつかでは、供給電圧が所定値を下回ったことを示すトリガー状態に基づいて制御回路が制動モードに切り替わるようにされていたが、追加の論理素子や別個のトランジスタを追加することによって他のトリガー状態が可能であることが理解されるべきである。トリガー状態を検出するメカニズムは、任意の適切な方法で構成することができる。本明細書では、トリガーや故障状況の様々な例について説明した。これらは、上述したモータ装置（例えば、図３〜８Ｃに示したモータ装置）のいずれに適用してもよい。本明細書に記載されたいずれのモータ装置も、トリガーに反応して制御回路を駆動モードから制動モードに切り替えるトリガー回路を含んで構成することができる。このトリガーは、ハートビートが無いことであってもよい。ハートビートは、システムの１つ以上の部品によって生成され得る。ハートビート信号は周期的なもの（即ち、周期的に伝達されるもの）であってもよく、トリガー回路が所定時間内に受信しなければ（即ち、連続したハートビート間の時間が閾値を超えた場合は）無いものと見なされてもよい。
【０１８５】
本明細書に記載された実施形態は、モータが３相モータである例を参照して説明した。３相モータの巻線は、例えば、Ｙ字状や三角形状の配置とされ得る。本発明には、他の種類のモータも同様に適用可能であることが理解されるべきである。モータは、例えば、３つを超える巻線を備えた多相モータであってもよいし、２相モータであってもよい。
【０１８６】
出願人はこれによって、ここに記載の分離した各個別の特徴および２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを開示しており、そのような特徴または特徴の組み合わせが当業者の共通の一般的な知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な程度に開示している。なお、そのような特徴または特徴の組合せが本明細書に開示される任意の問題を解決するかどうかは関係がなく、またかかる具体的記載が特許請求の範囲を限定するものでもない。出願人は、本発明の態様は、このような個々の特徴または特徴の組み合わせから成ってもよいことを示している。以上の説明に鑑みて、種々の改変が本発明の範囲内でなされ得ることは当業者にとって明らかであろう。
【図１】
2018510604.tif 000004
【図２Ａ】
2018510604.tif 000005
【図２Ｂ】
2018510604.tif 000006
【図３】
2018510604.tif 000007
【図４Ａ】
2018510604.tif 000008
【図４Ｂ】
2018510604.tif 000009
【図５】
2018510604.tif 000010
【図６Ａ】
2018510604.tif 000011
【図６Ｂ】
2018510604.tif 000012
【図６Ｃ】
2018510604.tif 000013
【図７】
2018510604.tif 000014
【図８Ａ】
2018510604.tif 000015
【図８Ｂ】
2018510604.tif 000016
【図８Ｃ】
2018510604.tif 000017
【図９】
2018510604.tif 000018
【図１０】
2018510604.tif 000019
【図１１】
2018510604.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月24日(2018.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節でつながれたジョイントによって相互に接続された一連の結合物からなるロボット
アームと、
少なくとも１つの該関節でつながれたジョイントを駆動するモータ装置であって、回転
子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用する少なくとも３つ
の巻線と、該巻線に連結された複数のモータ入力と、を有するモータと、前記モータ入力
を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定子に対して相対回
転させる駆動モードと、さらに、該少なくとも３つの巻線をコモンレールに連続的に接続
することによって閉電流路を形成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制
動モードと、で作動する制御回路と、を含んで構成されており、前記制御回路は、故障状
態を示す前記モータの外部で発生したトリガーに反応して前記制動モードに入るモータ装
置と、
を含んで構成されていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記制御回路は、
該制御回路が前記駆動モードにあるときに、前記巻線に動的に通電することによって前
記回転子を前記固定子に対して相対回転させる駆動回路と、
前記制御回路が前記制動モードで作動しているときに活性化されて前記少なくとも３つ
の巻線を前記コモンレールに連続的に接続し、さらに該制御回路が前記駆動モードで作動
しているときに非活性化されて前記モータから切り離される制動回路と、を含んで構成さ
れている請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記制動回路が複数の電圧制御スイッチング素子を含んで構成されており、該制動回路
が活性化されたときに、該電圧制御スイッチング素子がそれぞれ対応する前記巻線を前記
コモンレールに接続するようになっている請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記制動回路は、前記制御回路が前記制動モードにあるときに、前記スイッチング素子
を活性化させて、それぞれ対応する前記巻線を前記コモンレールに連続的に接続する電圧
供給源をさらに含んで構成されている請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記駆動回路は、
一対の端子からなる駆動回路動力源と、
各前記モータ入力を一方の前記端子に選択的に連結する一連の電圧制御スイッチング素
子と、
前記制御回路が前記駆動モードにあるときに、前記スイッチング素子を活性化させ、各
前記モータ入力を選択された一方の前記端子に連結させることによって前記巻線に動的に
通電する整流回路と、を含んで構成されている請求項２〜４の何れか１項に記載のロボッ
トシステム。
【請求項６】
前記制動回路の前記電圧制御スイッチング素子が、前記駆動回路の前記電圧制御スイッ
チング素子とは別のものである請求項３に従属する場合の請求項５に記載のロボットシス
テム。
【請求項７】
前記電圧供給源がコンデンサとされており、該コンデンサは、前記駆動回路、および前
記制動回路の前記電圧制御スイッチング素子に連結されており、前記制御回路が前記駆動
モードにあるときに、該駆動回路が該コンデンサを充電する一方、該制御回路が前記制動
モードにあるときに、該コンデンサが放電して該制動回路の該スイッチング素子を活性化
させる請求項４に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記故障状態が、前記制御回路の供給電圧が所定値を下回る値に低減することである請
求項１〜７の何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記モータ装置がトリガー回路を含んで構成されており、該トリガー回路が、前記故障
状態を示す前記トリガーに反応して前記制動回路を活性化させて、前記制御回路を前記制
動モードに移行させるようになっている請求項２〜８の何れか１項に記載のロボットシス
テム。
【請求項１０】
前記トリガー回路が、故障状態の検出が無いことを示す１つのハートビート信号、また
はそれぞれ故障状態が存在しないことを示す複数のハートビート信号を受信するように作
動可能とされており、少なくとも１つの該ハートビート信号が無いことを前記トリガーと
して解釈するようになっている請求項９に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記故障状態が、前記モータの外部で発生したものである請求項１〜１０の何れか１項
に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記故障状態が、前記モータの部品の１つにおける故障である請求項１〜１０の何れか
１項に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記トリガーが、故障状態が存在しないことを示す信号が無いことである請求項１〜１
２の何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記トリガー回路が、前記駆動回路動力源の一方の前記端子に連結されたツェナーダイ
オードを含んで構成されており、該ツェナーダイオードには対応付けられた降伏電圧があ
ると共に、前記供給電圧が所定値を下回ることにより該ツェナーダイオードの電圧が該降
伏電圧より小さくなったときに、該トリガー回路が前記制御回路を作動の前記制動モード
に移行させるようになっている請求項９に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
関節でつながれたジョイントによって相互に接続された一連の結合物からなるロボット
アームと、
少なくとも１つの該関節でつながれたジョイントを駆動するモータ装置であって、回転
子と、固定子と、該回転子と該固定子の一方に装着されて他方に作用し、それぞれ一方の
端部を対応するモータ入力に連結されている、少なくとも３つの巻線とを有するモータと
、前記モータ入力を介して前記巻線に動的に通電することによって前記回転子を前記固定
子に対して相対回転させる駆動モードと、さらに、該少なくとも３つの巻線を動力源に連
続的に連結することによって該動力源および該少なくとも３つの巻線を含む閉電流路を形
成し、該回転子の該固定子に対する相対制動を惹起する制動モードと、で作動する制御回
路と、を含んで構成されており、前記制御回路は、故障状態を示す前記モータの外部で発
生したトリガーに反応して前記制動モードに入るモータ装置と、
を含んで構成されていることを特徴とするロボットシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、作動の駆動モードと作動の制動モードを有するモータ装置を含んで構成され
るロボットシステムに関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
前記トリガー回路は、故障状態の検出が無いことを示すハートビート信号を受信するよ
うに作動可能とされており、該ハートビート信号が無いことを前記トリガーとして解釈す
るようになっていてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
【図１】モータ装置のブロック図を示す。
【図２Ａ】制動モード中におけるモータの動力源への連結の実施例を示す。
【図２Ｂ】制動モード中におけるモータの動力源への連結の別の実施例を示す。
【図３】制動モード中に制動回路が駆動回路を制御してモータ巻線を動力源に連結しているモータ装置の概略図を示す。
【図４Ａ】制動モード中に制動回路が駆動回路を制御してモータ巻線を動力源に連結しているモータ装置の回路図を示しており、図４Ｂと連続した図面である。
【図４Ｂ】図４Ａと連続した図面である。
【図５】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の概略図を示す。
【図６Ａ】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の回路図を示しており、図６Ｂ，６Ｃと連続した図面である。
【図６Ｂ】図６Ａ，６Ｃと連続した図面である。
【図６Ｃ】図６Ａ，６Ｂと連続した図面である。
【図７】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の別の概略図を示す。
【図８Ａ】制動モード中に制動回路がモータ巻線の動力源への連結を制御しているモータ装置の別の回路図を示しており、図８Ｂ，８Ｃと連続した図面である。
【図８Ｂ】図８Ａ，８Ｃと連続した図面である。
【図８Ｃ】図８Ａ，８Ｂと連続した図面である。
【図９】モータの巻線配置例のセットを示す。
【図１０】トリガー回路が、信号が無いことを制動回路を活性化させるためのトリガーとして検出する方法の例を示す。
【図１１】トリガー回路が、複数の故障状態のうちの１つを示すモータ外部で発生したトリガーを検出し得る方法の例を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
制御回路３０３は、駆動回路３０９と制動回路３１１を含んで構成されている。駆動回
路３０９は、駆動回路動力源３１３を含んで構成されている。駆動回路３０９は更に、３
相ブリッジ配置に配置された一連の電圧制御スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｆを含ん
で構成されている。スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｃは、モータ入力３０７ａ〜３０
７ｃをそれぞれ上側電源レール３１７に連結するハイサイドスイッチング素子である。ス
イッチング素子３１５ｄ〜３１５ｆは、モータ入力３０７ａ〜３０７ｃをそれぞれ下側電
源レール３１８に連結するローサイドスイッチング素子である。スイッチング素子３１５
ａ〜３１５ｆは、例えば、ＦＥＴ（例えば、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラトランジス
タ、ＴＲＩＡＣ、ＳＣＲ、ＩＧＢＴ、ＳｉＣ系デバイス等であってもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
モータ装置３００の制御回路３０３は、駆動モードと制動モードの両方で作動するよう
になっている。駆動モードでは、制動回路３１１は駆動回路３０９から切り離されており
、駆動回路３０９のスイッチング素子は図示しない整流回路によって駆動される。整流回
路が各駆動入力に制御信号を送信すると、各スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｆは閉設
定または開設定を採用する。このようにスイッチを活性化させることで、駆動回路動力源
３１３の端子が１つのモータ入力と別のモータ入力の間に電流を印加することができ、モ
ータの巻線が通電される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
例えば、スイッチング素子３１５ａ，３１５ｆが閉じており残りのスイッチング素子が
開いている場合、モータ入力３０７ａが上側電源レールに連結されると共にモータ入力３
０７ｃが下側電源レールに連結される。従って、これら２つの入力間に電流が印加され、
それによって巻線３０５ａ，３０５ｃが通電される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
整流回路は、スイッチング素子３１５ａ〜３１５ｆを選択的に活性化させ、モータ入力
を駆動回路動力源３１３の端子のうちの１つに連結することによってモータの巻線に動的
に通電することができる。このように動的にゲートを活性化させることにより、回転子が
固定子に対して連続的に回転可能となる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
例えば、スイッチング素子３１５ａが故障した場合、制御ロジックはそれに反応して、
スイッチング素子３１５ｄ，３１５ｂを活性化させて、スイッチング素子３１５ｅを不活
性化させることができる。これにより、モータ入力３０７ａの連結が上側電源レールから
下側電源レールに切り替えられて、モータ入力３０７ｂの連結が下側電源レールから上側
電源レールに切り替えられる。同様に、モータ巻線３０５ａが故障した場合、制御ロジッ
クはそれに反応して、スイッチング素子３１５ｂ，３１５ｄを活性化させて、スイッチン
グ素子３１５ａ，３１５ｅを不活性化させることができる。こうすることにより、巻線３
０５ｂ，３０５ｃが動力源に連結されたままとなり、閉電流路を形成することが確実にな
る。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
あるいは、制御ロジックは、全てのスイッチング素子（即ち、全てのハイサイドスイッ
チング素子と全てのローサイドスイッチング素子）に制御信号を与えることが可能とされ
ていてもよい。単一故障耐性を実現するためには（上記の例で説明したように）全てのス
イッチング素子に制御信号を供給可能であることは必要ではないが、万一スイッチング素
子の１つが故障した場合には代替の巻線接続のセレクションを提供し得る。例えば、スイ
ッチング素子３１５ａまたは巻線３０５ａが故障した状況の例に戻ると、制御ロジックは
ｉ）スイッチング素子３１５ｄ，３１５ｂを活性化させて、スイッチング素子３１５ｅを
不活性化させる（上記のとおり）、またはｉｉ）スイッチング素子３１５ｄ，３１５ｃを
活性化させて、スイッチング素子３１５ｆを不活性化させる、のいずれかによってモータ
巻線の少なくとも２つを動力源に連結されたままとし、閉電流路を形成することを確実に
することができる。この後者の構成により、モータ入力３０７ａの連結が上側電源レール
から下側電源レールに切り替えられて、モータ入力３０７ｃの連結が下側電源レールから
上側電源レールに切り替えられる。これにより、巻線３０５ｂ，３０５ｃは動力源に連結
されたままとなり、閉電流路を形成することが確実になる。制御ロジックが全てのスイッ
チング素子に制御信号を与えることを可能にすることにより、制御回路は、スイッチング
素子に関して、有利に、二重故障耐性とされる（即ち、スイッチング素子３１５ａ〜３１
５ｆのうちのいずれか２つが故障したとしてもなお、残りのスイッチング素子のサブセッ
トを活性化させて少なくとも２つのモータ巻線を動力源に連結し、閉電流路を形成するこ
とが可能ということである）。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４８】
モータ装置７００は、モータ巻線３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃの１つが故障した場合
にも単一故障耐性となる。巻線のいずれか１つが故障しても、残りの機能している巻線と
コモンレール７１３との間で依然として閉電流路が形成されることから、モータ３０１の
制動を継続させることができる。例えば、巻線３０５ａが故障した場合、巻線３０５ｂ，
３０５ｃと、スイッチング素子７０５ｂ，７０５ｃと、コモンレール７１３との間で閉電
流路が形成される。また、巻線３０５ｂ，３０５ｃのいずれかが故障した場合（かつ、巻
線３０５ａは故障していない場合）、同様に閉電流路が形成されることが理解されるべき
である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６５】
入力信号１１０５が、故障状態が存在しないことを示している場合は、故障状態検出ロ
ジック１１０１は、少なくとも１つの入力信号１１０５を受信しなかったことに反応して
、信号１１０３の出力を中止するようになっていてもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６６】
有利な点として、図１１の構成によれば、故障が複数のセンサのいずれかによって検出
されることで、故障状態検出ロジック１１０１は信号１１０３がトリガー回路７０９に伝
達されるのを阻止することができる。要するに、多数の故障状態のいずれでも、制動回路
を活性化させるトリガーとなることができる。これは、モータ装置の制動機能がセーフテ
ィ機能として使用されている場合に特に好都合である。その理由としては、多くの種類の
潜在的に危険なイベントを、モータ外部のセンサを用いて検出することが可能になるから
である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７４】
コンデンサ８１３は、ダイオード８１５を介して駆動回路４１５の上側電源レールに電
気的に連結されており、上側電源レールからの電圧がコンデンサ８１３に印加されるが、
蓄積された電荷がコンデンサ８１３から上側電源レールにリークバックしないようになっ
ている。モータ装置８００は、制御回路８０１が駆動モードで作動しているときに、コン
デンサ８１３が駆動回路動力源４３５によって充電されるようになっている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７８】
駆動回路動力源４３５の供給電圧が所定値を下回ると、電流はダイオード８０７を流れ
なくなる。すると今度は、スイッチング素子８１７，８１９のゲートがグランドに引かれ
、これらのスイッチが開く。スイッチング素子８２１のゲートは、放電するコンデンサ８
１３によって抵抗器８２３を介して駆動される。放電するコンデンサ８１３はスイッチン
グ素子８２１を活性化させ、次に各スイッチング素子８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃのゲ
ートがコンデンサ８１３によって駆動されて、これらのスイッチング素子８１１ａ，８１
１ｂ，８１１ｃが活性化される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2018510604.tif 000021
【国際調査報告】
2018510604.tif 000022
2018510604.tif 000023