JP7633004B2

JP7633004B2 - Motor drive device having brake device

Info

Publication number: JP7633004B2
Application number: JP2020118527A
Authority: JP
Inventors: 総齊藤; 真一水上; 東悟長幡
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2025-02-19
Anticipated expiration: 2040-07-09
Also published as: JP2022015590A

Description

本発明は、ブレーキ装置を有するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device having a brake device.

ロボットや工作機械内のモータを駆動するモータ駆動装置では、摩擦板をアマチュアと端板とで挟むことで摩擦力によりモータにブレーキをかける摩擦式のブレーキ装置が設けられる。このようなブレーキ装置においては、バネの弾性力にてアマチュアをモータシャフトが結合した摩擦板に押し付けることによりモータをロックし、ブレーキコイルにブレーキコイル電圧を印加することで発生する電磁力にて摩擦板からアマチュアを引き離すことでモータのロックを解除する。 Motor drive devices that drive motors in robots and machine tools are equipped with friction-type brake devices that apply brakes to the motor by using frictional force by sandwiching a friction plate between an armature and an end plate. In such brake devices, the motor is locked by pressing the armature against the friction plate connected to the motor shaft using the elastic force of a spring, and the motor is unlocked by pulling the armature away from the friction plate using electromagnetic force generated by applying a brake coil voltage to the brake coil.

例えば、可変速巻上機を駆動する電動機と、前記電動機に電流を供給して駆動し電動機の速度を制御するインバータと、前記インバータの出力と電動機の間に直列に挿入されたブレーキ回路であって無通電時に前記電動機をロックし通電時に電動機を開放するブレーキ回路と、を備えることを特徴とする可変速巻上機。知られている（例えば、特許文献１参照。）。 For example, a variable speed hoist is known that is characterized by comprising an electric motor that drives the variable speed hoist, an inverter that supplies current to the electric motor to drive it and control the speed of the electric motor, and a brake circuit that is inserted in series between the output of the inverter and the electric motor, and that locks the electric motor when no current is applied and opens the electric motor when current is applied (see, for example, Patent Document 1).

例えば、直流式無励磁作動形電磁ブレーキの同時開閉式パワーモジュールにおいて、三相全波整流回路と、カットオフ形定電圧回路を備え、この組み合わせにより三相交流の通電・遮断を高速に信号として検出する検出回路が知られている（例えば、特許文献２参照。）。 For example, in a simultaneous opening and closing power module for a DC non-excitation operated electromagnetic brake, a detection circuit is known that is equipped with a three-phase full-wave rectifier circuit and a cut-off type constant voltage circuit, and by combining these circuits, detects the energization and interruption of three-phase AC as a signal at high speed (see, for example, Patent Document 2).

特開平５－９７３９９号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-97399 実用新案登録第３０１３１１３号公報Utility Model Registration No. 3013113

従来、モータ駆動装置においては、モータのロックを解除するためのブレーキコイル電圧は、モータに駆動電力を供給するためのモータ動力線とは別の動力線（ブレーキ動力線）を介してブレーキ装置に供給されていた。すなわち、交流電源からモータ駆動装置に至る動力線と交流電源からブレーキ装置に至る動力線とは、別々に設けられていた。またさらに、交流電源からブレーキ装置に至る動力線には、ブレーキコイル電圧の供給の有無を制御するためのブレーキ制御部が設けられていた。このため、ブレーキ装置を有するモータ駆動装置のシステム構築に際しては、これら動力線に関する配線作業が複雑化する問題があった。例えば、一般的な多関節ロボットでは６個以上のモータを備えるが、モータごとにブレーキ装置が設けられることから動力線の数は膨大であり、配線作業はより複雑化する。したがって、ブレーキ装置に関する配線数が少ない構造容易で低コストのモータ駆動装置が望まれている。 In conventional motor drive devices, the brake coil voltage for unlocking the motor is supplied to the brake device via a power line (brake power line) separate from the motor power line for supplying drive power to the motor. That is, the power line from the AC power source to the motor drive device and the power line from the AC power source to the brake device are provided separately. Furthermore, the power line from the AC power source to the brake device is provided with a brake control unit for controlling whether or not the brake coil voltage is supplied. For this reason, when constructing a system of a motor drive device having a brake device, there is a problem that the wiring work related to these power lines becomes complicated. For example, a typical articulated robot has six or more motors, and since a brake device is provided for each motor, the number of power lines is enormous, and the wiring work becomes even more complicated. Therefore, there is a demand for a motor drive device that is easy to construct and has a low cost with a small number of wires related to the brake device.

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、入力された直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧をモータが接続されたモータ動力線へ出力するインバータと、モータ動力線に接続され、インバータから所定の電圧が供給されない時はモータをロックし、インバータからモータ動力線を介して所定の電圧が供給される時はモータのロックを解除するブレーキ装置とを備え、ブレーキ装置は、バネの弾性力にてアマチュアをモータのシャフトが結合した摩擦板に押し付けることでモータをロックし、インバータから出力された交流電圧がモータ動力線を介してブレーキコイルに印加されることで発生する電磁力である交流電圧の印加に基づく電磁力と、残存磁束によりブレーキコイルが設けられたコアに保持される電磁力である残存磁束に基づく電磁力とのうちの少なくとも１つにて摩擦板からアマチュアを引き離すことでモータのロックを解除し、インバータは、バネの弾性力を上回る電磁力を発生させる交流電流をブレーキコイルに流すための交流電圧を、モータ動力線へ出力し、ブレーキコイルに流れる交流電流の最大振幅が、バネ及びブレーキコイルが設けられたコアに発生する電磁力がバネの弾性力を上回るときの電流値を超えるものであり、交流電圧の印加に基づく電磁力の最大の絶対値は、バネの弾性力の絶対値を上回るものであり、交流電圧の位相の変化により交流電圧の印加に基づく電磁力の絶対値がバネの弾性力の絶対値を超えていないときの時間の長さは、交流電圧の印加に基づく電磁力の絶対値と残存磁束に基づく電磁力の絶対値とがバネの弾性力の絶対値を上回ることでモータのロックの解除が維持される電磁力保持時間を超えないものである。 According to one aspect of the present disclosure, a motor drive device includes an inverter that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to a motor power line to which the motor is connected, and a brake device that is connected to the motor power line and locks the motor when a predetermined voltage is not supplied from the inverter and unlocks the motor when the predetermined voltage is supplied from the inverter via the motor power line, the brake device locks the motor by pressing an armature against a friction plate to which the motor shaft is connected using the elastic force of a spring, and generates friction by at least one of an electromagnetic force based on application of an AC voltage, which is an electromagnetic force generated when the AC voltage output from the inverter is applied to a brake coil via the motor power line, and an electromagnetic force based on residual magnetic flux, which is an electromagnetic force held in a core to which the brake coil is provided by residual magnetic flux. The motor is unlocked by pulling the armature away from the plate, and the inverter outputs to the motor power line an AC voltage for causing an AC current to flow through the brake coil, which generates an electromagnetic force exceeding the elastic force of the spring, the maximum amplitude of the AC current flowing through the brake coil exceeds the current value when the electromagnetic force generated in the core in which the spring and brake coil are provided exceeds the elastic force of the spring, the maximum absolute value of the electromagnetic force based on the application of the AC voltage exceeds the absolute value of the elastic force of the spring, and the length of time during which the absolute value of the electromagnetic force based on the application of the AC voltage does not exceed the absolute value of the elastic force of the spring due to a change in the phase of the AC voltage does not exceed the electromagnetic force retention time during which the absolute value of the electromagnetic force based on the application of the AC voltage and the absolute value of the electromagnetic force based on the residual magnetic flux exceed the absolute value of the elastic force of the spring, thereby maintaining the unlocking of the motor .

本開示の一態様によれば、ブレーキ装置に関する配線数が少ない構造容易で低コストのモータ駆動装置を実現することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to realize a motor drive device that is simple in structure and has a low cost, with a small number of wirings related to the brake device.

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態）を示す図である。1 is a diagram showing a motor drive device (first mode) according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態及び第２の形態）におけるブレーキ装置の構造を示す断面図であって、（Ａ）は、モータ３をロックした状態を示し、（Ｂ）はモータ３のロックが解除された状態を示す。1A and 1B are cross-sectional views showing the structure of a brake device in a motor drive device (first and second forms) according to one embodiment of the present disclosure, in which (A) shows a state in which the motor 3 is locked, and (B) shows a state in which the motor 3 is unlocked. ブレーキコイルに流れる交流電流とコアに発生する電磁力との関係を例示する図である。4 is a diagram illustrating an example of the relationship between an AC current flowing through a brake coil and an electromagnetic force generated in a core. FIG. ブレーキコイルに流れる交流電流の波形を例示する図である。4 is a diagram illustrating an example of a waveform of an AC current flowing through a brake coil. FIG. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態）においてブレーキコイルに直流のブレーキコイル電圧を印加するためのインバータのスイッチング素子オンオフ駆動を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of on/off driving of a switching element of an inverter for applying a DC brake coil voltage to a brake coil in a motor drive device (first mode) according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態及び第２の形態）においてブレーキコイルに直流のブレーキコイル電圧を印加する場合における動作フローを示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an operation flow when a DC brake coil voltage is applied to a brake coil in a motor drive device (first and second modes) according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第２の形態）を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a motor drive device (second mode) according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第２の形態）においてブレーキコイルに直流のブレーキコイル電圧を印加するためのインバータのスイッチング素子オンオフ駆動を例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of on/off driving of a switching element of an inverter for applying a DC brake coil voltage to a brake coil in a motor drive device (second mode) according to an embodiment of the present disclosure.

以下図面を参照して、ブレーキ装置を有するモータ駆動装置について説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は実施するための一つの例であり、図示された形態に限定されるものではない。 The motor drive device having a brake device will be described below with reference to the drawings. In each drawing, similar components are given similar reference symbols. In addition, the scale of these drawings has been appropriately changed to facilitate understanding. Furthermore, the form shown in the drawings is one example for implementation, and the invention is not limited to the form shown.

図１は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態）を示す図である。なお、詳細については後述するが、ブレーキ装置１２は、モータ動力線１３を介してモータ３に並列又は直列に接続される。ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介してモータ３に並列に接続される形態を第１の形態と称し、ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介してモータ３に直列に接続される形態を第２の形態と称する。第１の形態と第２の形態とは、ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介して、モータ３に並列に接続されるかモータ３に直列に接続されるかの点で相違する。 Figure 1 is a diagram showing a motor drive device (first form) according to one embodiment of the present disclosure. Note that, although details will be described later, the brake device 12 is connected in parallel or in series to the motor 3 via the motor power line 13. The form in which the brake device 12 is connected in parallel to the motor 3 via the motor power line 13 is referred to as the first form, and the form in which the brake device 12 is connected in series to the motor 3 via the motor power line 13 is referred to as the second form. The first form and the second form differ in that the brake device 12 is connected in parallel or in series to the motor 3 via the motor power line 13.

一例として、交流電源２に接続されたモータ駆動装置１により、モータ３を制御する場合について示す。本実施形態においては、モータ３の種類は特に限定されず、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。図示の例では、交流電源２及びモータ３をそれぞれ三相としている。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。モータ３が設けられる機械には、例えばロボットや工作機械などがある。 As an example, a case where a motor 3 is controlled by a motor drive device 1 connected to an AC power source 2 is shown. In this embodiment, the type of motor 3 is not particularly limited, and may be, for example, an induction motor or a synchronous motor. Furthermore, the number of phases of the AC power source 2 and the motor 3 is not particularly limited in this embodiment, and may be, for example, three-phase or single-phase. In the illustrated example, the AC power source 2 and the motor 3 are each three-phase. Examples of the AC power source 2 include a three-phase 400V AC power source, a three-phase 200V AC power source, a three-phase 600V AC power source, and a single-phase 100V AC power source. Machines in which the motor 3 is provided include, for example, robots and machine tools.

図１に示すように、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１は、インバータ１１と、ブレーキ装置１２と、モータ動力線１３と、コンバータ１４と、コンデンサ１５と、制御部１６とを備える。 As shown in FIG. 1, a motor drive device 1 according to one embodiment of the present disclosure includes an inverter 11, a brake device 12, a motor power line 13, a converter 14, a capacitor 15, and a control unit 16.

コンバータ１４は、交流電源２から入力された交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧をコンバータ１４の直流出力側であるＤＣリンクへ出力する。ＤＣリンクとは、コンバータ１４の直流出力側とインバータ１１の直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「ＤＣリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」または「直流中間回路」などとも称されることもある。コンバータ１４は、交流電源２が三相交流電源である場合は三相ブリッジ回路で構成され、交流電源２が単相交流電源である場合は単相ブリッジ回路で構成される。図１に示す例では、交流電源２を三相交流電源としたので、コンバータ１４は三相ブリッジ回路で構成される。コンバータ１４の例としては、ダイオード整流器、１２０度通電方式整流器、及びＰＷＭスイッチング制御方式整流器などがある。例えば、コンバータ１４がダイオード整流器で構成される場合は、ダイオードのブリッジ回路からなる。例えば、コンバータ１４が１２０度通電方式整流器及びＰＷＭスイッチング制御方式整流器で構成される場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、制御部１６から受信したスイッチング指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ駆動されて交直双方向に電力変換を行う。この場合、スイッチング素子の例としては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎ－ＯＦＦｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、トランジスタなどがあるが、その他の半導体素子であってもよい。 The converter 14 converts the AC voltage input from the AC power source 2 into a DC voltage and outputs the DC voltage to the DC link, which is the DC output side of the converter 14. The DC link refers to a circuit portion that electrically connects the DC output side of the converter 14 and the DC input side of the inverter 11, and is also called a "DC link section," "DC link," "DC link section," or "DC intermediate circuit." The converter 14 is configured as a three-phase bridge circuit when the AC power source 2 is a three-phase AC power source, and is configured as a single-phase bridge circuit when the AC power source 2 is a single-phase AC power source. In the example shown in FIG. 1, the AC power source 2 is a three-phase AC power source, so the converter 14 is configured as a three-phase bridge circuit. Examples of the converter 14 include a diode rectifier, a 120-degree conduction type rectifier, and a PWM switching control type rectifier. For example, when the converter 14 is configured as a diode rectifier, it is configured as a diode bridge circuit. For example, when the converter 14 is composed of a 120-degree conduction type rectifier and a PWM switching control type rectifier, it is composed of a bridge circuit of switching elements and diodes connected in inverse parallel to the switching elements, and each switching element is turned on and off according to a switching command received from the control unit 16 to perform power conversion in both directions. In this case, examples of switching elements include FETs, IGBTs, thyristors, GTOs (Gate Turn-OFF thyristors), transistors, etc., but other semiconductor elements may also be used.

コンデンサ１５は、コンバータ１４の直流出力側であるＤＣリンクに設けられる。コンデンサ１５は、「ＤＣリンクコンデンサ」または「平滑コンデンサ」とも称されることがある。コンデンサ１５は、コンバータ１４の直流出力の脈動分を抑える機能及びインバータ１１が交流電力を生成するために用いられる直流電力を蓄積する機能を有する。コンデンサ１５の例としては、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。 Capacitor 15 is provided in the DC link, which is the DC output side of converter 14. Capacitor 15 is sometimes called a "DC link capacitor" or a "smoothing capacitor." Capacitor 15 has the function of suppressing pulsation in the DC output of converter 14 and the function of storing DC power used by inverter 11 to generate AC power. Examples of capacitor 15 include an electrolytic capacitor and a film capacitor.

インバータ１１は、コンバータ１４の直流出力側にコンデンサ１５を介して接続される。インバータ１１は、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が高電位側の上アーム及び低電位側の下アームそれぞれに設けられるブリッジ回路を有する。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、トランジスタなどがあるが、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。インバータ１１は、モータ３が三相交流モータである場合は三相ブリッジ回路で構成され、モータ３が単相交流モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。図１に示す例では、モータ３を三相交流モータとしたので、インバータ１１は三相ブリッジ回路で構成される。インバータ１１は、制御部１６からのＰＷＭ制御方式に基づくスイッチング指令を受けてスイッチング素子をオンオフ駆動させることで、直流入力側であるＤＣリンクから入力された直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を交流出力側にあるモータ動力線１３へ出力する。また、詳細については後述するが、インバータ１１は、制御部１６の制御により、モータロック解除用直流電圧をモータ動力線１３へ出力することも可能である。 The inverter 11 is connected to the DC output side of the converter 14 via a capacitor 15. The inverter 11 has a bridge circuit in which switching elements with diodes connected in inverse parallel are provided on the upper arm on the high potential side and the lower arm on the low potential side. Examples of switching elements include FETs, IGBTs, thyristors, GTOs, transistors, etc., but other semiconductor switching elements may also be used. The inverter 11 is configured as a three-phase bridge circuit when the motor 3 is a three-phase AC motor, and as a single-phase bridge circuit when the motor 3 is a single-phase AC motor. In the example shown in FIG. 1, the motor 3 is a three-phase AC motor, so the inverter 11 is configured as a three-phase bridge circuit. The inverter 11 converts the DC voltage input from the DC link, which is the DC input side, into an AC voltage by turning on and off the switching elements in response to a switching command based on a PWM control method from the control unit 16, and outputs this AC voltage to the motor power line 13 on the AC output side. In addition, as will be described in detail later, the inverter 11 can also output a motor unlocking DC voltage to the motor power line 13 under the control of the control unit 16.

制御部１６は、インバータ１１内のスイッチング素子のオンオフ駆動を制御するためのスイッチング指令を生成する。また、コンバータ１４が１２０度通電方式整流器及びＰＷＭスイッチング制御方式整流器で構成される場合は、制御部１６は、コンバータ１４内のスイッチング素子のオンオフ駆動を制御するためのスイッチング指令も生成する。制御部１６は、アナログ回路と演算処理装置との組み合わせで構成されてもよく、あるいは演算処理装置のみで構成されてもよく、あるいはアナログ回路のみで構成されてもよい。制御部１６を構成し得る演算処理装置には、例えばＩＣ、ＬＳＩ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰなどがある。例えば、制御部１６をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、制御部１６の機能を実現することができる。またあるいは、制御部１６の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路または記憶媒体を構築してもよい。またあるいは、また、制御部１６は、例えば、ロボットを制御するロボットコントローラ内に設けられてもよく、工作機械の数値制御装置内に設けられてもよい。 The control unit 16 generates switching commands for controlling the on/off drive of the switching elements in the inverter 11. In addition, when the converter 14 is configured with a 120-degree conduction type rectifier and a PWM switching control type rectifier, the control unit 16 also generates switching commands for controlling the on/off drive of the switching elements in the converter 14. The control unit 16 may be configured with a combination of an analog circuit and a processor, or may be configured with only a processor, or may be configured with only an analog circuit. The processor that can configure the control unit 16 includes, for example, an IC, an LSI, a CPU, an MPU, a DSP, etc. For example, when the control unit 16 is constructed in a software program format, the function of the control unit 16 can be realized by operating the processor according to the software program. Alternatively, a semiconductor integrated circuit or a storage medium in which a software program that realizes the function of the control unit 16 is written may be constructed. Alternatively, the control unit 16 may be provided, for example, in a robot controller that controls a robot, or in a numerical control device of a machine tool.

インバータ１１とモータ３とはモータ動力線１３を介して接続される。インバータ１１から出力された電圧は、モータ動力線１３を介してモータ３の入力端子に印加される。これにより、モータ３には、インバータ１１からモータ動力線１３を介して交流の駆動電流が供給される。モータ３は、供給された交流の駆動電流によって回転駆動される。 The inverter 11 and the motor 3 are connected via the motor power line 13. The voltage output from the inverter 11 is applied to the input terminal of the motor 3 via the motor power line 13. As a result, an AC drive current is supplied to the motor 3 from the inverter 11 via the motor power line 13. The motor 3 is driven to rotate by the supplied AC drive current.

ブレーキ装置１２は、モータ動力線１３に接続される。特に、第１の形態では、ブレーキ装置１２内のブレーキコイル及びその抵抗成分とモータ３のモータコイル及びその抵抗成分とが並列になるように、ブレーキ装置１２とモータ３とがモータ動力線１３を介して並列に接続される。インバータ１１とブレーキ装置１２との間は、モータ動力線１３以外の回路構成要素は設けられない。図１に示す例では、モータ３を三相交流モータとしたので、モータ動力線１３は３相分設けられるが、ブレーキ装置１２の入力端子は、モータ動力線１３の３相のうちのいずれか２相分に接続される。モータ３が単相交流モータである場合は、ブレーキ装置１２の入力端子は、モータ動力線１３の２相のそれぞれに接続される。なお、ブレーキ装置１２内のブレーキコイルのインダクタンス成分及びその抵抗成分、並びにモータ３のモータコイルのインダクタンス成分及びその抵抗成分は、比較的小さい値である。 The brake device 12 is connected to the motor power line 13. In particular, in the first embodiment, the brake device 12 and the motor 3 are connected in parallel via the motor power line 13 so that the brake coil and its resistance component in the brake device 12 and the motor coil and its resistance component of the motor 3 are in parallel. No circuit components other than the motor power line 13 are provided between the inverter 11 and the brake device 12. In the example shown in FIG. 1, the motor 3 is a three-phase AC motor, so the motor power line 13 is provided for three phases, but the input terminals of the brake device 12 are connected to any two of the three phases of the motor power line 13. If the motor 3 is a single-phase AC motor, the input terminals of the brake device 12 are connected to each of the two phases of the motor power line 13. Note that the inductance component and its resistance component of the brake coil in the brake device 12, and the inductance component and its resistance component of the motor coil of the motor 3 are relatively small values.

ブレーキ装置１２においてモータ３のロックを解除するためにブレーキコイルに印加するブレーキコイル電圧は、インバータ１１からモータ動力線１３を介して供給される。ブレーキ装置１２は、ブレーキ装置１２は、インバータ１１からモータ動力線１３を介して所定の電圧すなわちブレーキコイル電圧が供給されない時はモータ３をロックしてブレーキをかけ、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキコイル電圧が供給される時はモータのロックを解除してブレーキを解除する。 The brake coil voltage applied to the brake coil in order to unlock the motor 3 in the brake device 12 is supplied from the inverter 11 via the motor power line 13. When a predetermined voltage, i.e., the brake coil voltage, is not supplied from the inverter 11 via the motor power line 13, the brake device 12 locks the motor 3 and applies the brakes, and when the brake coil voltage is supplied from the inverter 11 via the motor power line 13, the brake device 12 unlocks the motor and releases the brakes.

図２は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態及び第２の形態）におけるブレーキ装置の構造を示す断面図であって、（Ａ）は、モータ３をロックした状態を示し、（Ｂ）はモータ３のロックが解除された状態を示す。図２に示すブレーキ装置は、後述する第２の形態にも適用可能である。 Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of a brake device in a motor drive device (first and second modes) according to one embodiment of the present disclosure, where (A) shows a state in which the motor 3 is locked, and (B) shows a state in which the motor 3 is unlocked. The brake device shown in Figure 2 can also be applied to the second mode described below.

ブレーキ装置１２において、アマチュア１１２と端板１１３との間には摩擦板１１１が配置される。摩擦板１１１にはハブ１２２がスプライン結合され、さらにハブ１２２とモータ３のシャフト１２１とは焼き嵌めにより一体化されているので、モータ３のシャフト１２１の回転に連動して摩擦板１１１も回転する。端板１１３とスペーサ１１７とはボルト１１８によって結合され、アマチュア１１２が摩擦板１１１に近づく方向及び遠ざかる方向に移動可能となるようにスペーサ１１７に結合される。コア１１６内にはバネ１１４及びブレーキコイル１１５が設けられる。図２（Ａ）に示すように、インバータ１１からのブレーキコイル電圧がモータ動力線１３を介してブレーキコイル１１５に印加されていない状態においては、アマチュア１１２はバネ１１４の弾性力により摩擦板１１１に強く押し付けられ、摩擦板１１１がアマチュア１１２と端板１１３とで挟まれて回転できない。この結果、摩擦板１１１に結合されたシャフト１２１も回転できなくなり、モータ３がロックされた状態すなわちモータ３にブレーキがかかった状態となる。一方、図２（Ｂ）に示すように、インバータ１１からのブレーキコイル電圧がモータ動力線１３を介してブレーキコイル１１５に印加された状態においては、アマチュア１１２を摩擦板１１１に押し付けていたバネ１１４の弾性力に打ち勝つ電磁力がコア１１６に発生し、これによりアマチュア１１２がコア１１６に引きつけられて摩擦板１１１はアマチュア１１２及び端板１１３との接触から解放される。この結果、摩擦板１１１ひいてはシャフト１２１は自由に回転できるようになり、モータ３のロックが解除された状態すなわちモータ３のブレーキが解除された状態となる。 In the brake device 12, a friction plate 111 is disposed between the armature 112 and the end plate 113. The hub 122 is splined to the friction plate 111, and the hub 122 and the shaft 121 of the motor 3 are integrated by shrink fitting, so that the friction plate 111 also rotates in conjunction with the rotation of the shaft 121 of the motor 3. The end plate 113 and the spacer 117 are connected by a bolt 118, and the armature 112 is connected to the spacer 117 so that it can move toward and away from the friction plate 111. A spring 114 and a brake coil 115 are provided in the core 116. As shown in FIG. 2(A), when the brake coil voltage from the inverter 11 is not applied to the brake coil 115 via the motor power line 13, the armature 112 is strongly pressed against the friction plate 111 by the elastic force of the spring 114, and the friction plate 111 is sandwiched between the armature 112 and the end plate 113 and cannot rotate. As a result, the shaft 121 coupled to the friction plate 111 cannot rotate either, and the motor 3 is locked, i.e., the motor 3 is braked. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the brake coil voltage from the inverter 11 is applied to the brake coil 115 via the motor power line 13, an electromagnetic force is generated in the core 116 that overcomes the elastic force of the spring 114 that presses the armature 112 against the friction plate 111, and the armature 112 is attracted to the core 116, and the friction plate 111 is released from contact with the armature 112 and the end plate 113. As a result, the friction plate 111 and therefore the shaft 121 can rotate freely, and the motor 3 is unlocked, i.e., the brake of the motor 3 is released.

上述したように、インバータ１１は、直流入力側であるＤＣリンクから入力された直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を交流出力側に接続されたモータ動力線１３へ出力する。インバータ１１には、モータ動力線１３を介してモータ３及びブレーキ装置１２が接続される。インバータ１１からモータ動力線１３を介してモータ３に供給される交流電圧は、モータ３の駆動電圧として利用される。一方、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２に供給される電圧は、ブレーキ装置１２においてモータ３のロックを解除するためにブレーキコイルに印加されるブレーキコイル電圧として利用される。 As described above, the inverter 11 converts the DC voltage input from the DC link, which is the DC input side, into an AC voltage and outputs this AC voltage to the motor power line 13 connected to the AC output side. The motor 3 and the brake device 12 are connected to the inverter 11 via the motor power line 13. The AC voltage supplied from the inverter 11 to the motor 3 via the motor power line 13 is used as the drive voltage for the motor 3. Meanwhile, the voltage supplied from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 is used as a brake coil voltage applied to the brake coil in the brake device 12 to unlock the motor 3.

ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介してモータ３に並列に接続される第１の形態によるモータ駆動装置１において、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２にブレーキコイル電圧として供給される電圧は、交流電圧または直流電圧のいずれであってもよい。以下、ブレーキコイル電圧が交流電圧である例と直流電圧である例について分けて説明する。 In the motor drive device 1 according to the first embodiment in which the brake device 12 is connected in parallel to the motor 3 via the motor power line 13, the voltage supplied as the brake coil voltage from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 may be either an AC voltage or a DC voltage. Below, we will separately explain examples in which the brake coil voltage is an AC voltage and an example in which the brake coil voltage is a DC voltage.

まず、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２にブレーキコイル電圧として供給される電圧が交流電圧である例について説明する。 First, we will explain an example in which the voltage supplied as the brake coil voltage from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 is an AC voltage.

インバータ１１にはモータ動力線１３を介してモータ３及びブレーキ装置１２の両方が接続されているので、インバータ１１からモータ動力線１３に出力された交流電圧は、モータ３の駆動電圧及びブレーキ装置１２によるモータ３のロックの解除（ブレーキの解除）のためのブレーキコイル電圧として利用される。すなわち、モータ３のロックが解除した状態でモータ３が駆動される際には、インバータ１１から出力される交流電圧により、モータ３及びブレーキ装置１２の各入力インピーダンスに応じた大きさの交流電流が、モータ動力線１３を介してモータ３及びブレーキ装置１２のそれぞれに流れることになる。 Since both the motor 3 and the brake device 12 are connected to the inverter 11 via the motor power line 13, the AC voltage output from the inverter 11 to the motor power line 13 is used as the drive voltage for the motor 3 and the brake coil voltage for unlocking the motor 3 (releasing the brake) by the brake device 12. In other words, when the motor 3 is driven in a state where the motor 3 is unlocked, the AC voltage output from the inverter 11 causes an AC current of a magnitude according to the input impedance of the motor 3 and the brake device 12 to flow through each of the motor 3 and the brake device 12 via the motor power line 13.

モータ３のロックを解除（モータ３のブレーキを解除）するために、インバータ１１は、バネ１１４の弾性力を上回る電磁力をコア１１６に発生させる交流電流をブレーキコイル１１５に流すための交流電圧を、ブレーキコイル電圧としてモータ動力線１３へ出力する必要がある。インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキコイル電圧が供給されない時はブレーキ装置１２内のアマチュア１１２とコア１１６との間には空乏があり、この空乏から磁束が漏れる。このため、ブレーキ装置１２へブレーキコイル電圧を供給してアマチュア１１２とコア１１６とを接触させ摩擦板１１１がアマチュア１１２及び端板１１３との接触から解放されることによりモータ３のロックが解除されるためには、ブレーキコイル１１５に大きな交流電流を流すためのブレーキコイル電圧が必要がある。ただし、アマチュア１１２とコア１１６とが一旦接触すると、アマチュア１１２とコア１１６との間の空乏がなくなりアマチュア１１２とコア１１６とで一体化した磁性体が構成されるので、磁束漏れはほぼなくなる。したがって、アマチュア１１２とコア１１６とが接触した後は、アマチュア１１２とコア１１６とを最初に接触させるためにブレーキコイル１１５に流した交流電流の大きさよりも小さい交流電流がブレーキコイル１１５に流れても、アマチュア１１２とコア１１６との接触を維持することができる（すなわちモータ３のロックの解除を維持することができる）。 To unlock the motor 3 (to release the brake of the motor 3), the inverter 11 needs to output, as a brake coil voltage, an AC voltage to the motor power line 13 for passing an AC current to the brake coil 115, which generates an electromagnetic force in the core 116 that exceeds the elastic force of the spring 114. When the brake coil voltage is not supplied from the inverter 11 via the motor power line 13, there is a void between the armature 112 and the core 116 in the brake device 12, and magnetic flux leaks from this void. For this reason, in order to unlock the motor 3 by supplying a brake coil voltage to the brake device 12 to bring the armature 112 into contact with the core 116 and releasing the friction plate 111 from contact with the armature 112 and the end plate 113, a brake coil voltage is required for passing a large AC current to the brake coil 115. However, once the armature 112 and the core 116 come into contact, the gap between them disappears and the armature 112 and the core 116 form an integrated magnetic body, so there is almost no magnetic flux leakage. Therefore, after the armature 112 and the core 116 come into contact, even if an AC current smaller than the AC current passed through the brake coil 115 to initially bring the armature 112 and the core 116 into contact flows through the brake coil 115, the armature 112 can maintain contact with the core 116 (i.e., the motor 3 can remain unlocked).

交流電圧及び交流電流は、時間とともに周期的に大きさ及び正負が変化する。ここで、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流によるモータ３のロックの解除の維持について、図３及び図４を参照してより詳細に説明する。 The magnitude and sign of the AC voltage and AC current change periodically over time. Here, the maintenance of unlocking of the motor 3 by the AC current flowing through the brake coil 115 will be described in more detail with reference to Figures 3 and 4.

図３は、ブレーキコイルに流れる交流電流とコアに発生する電磁力との関係を例示する図である。図３において、横軸はブレーキコイル１１５に流れる交流電流Ｉを示し、縦軸はコア１１６に発生する電磁力Ｆを示す。ブレーキコイル１１５に流れる交流電流Ｉとコア１１６に発生する電磁力Ｆとの関係は、図３に示すようなヒステリシス曲線で表される。バネ１１４の弾性力をＦ_bで示す。コア１１６に発生する電磁力がバネ１１４の弾性力Ｆ_bを上回ればモータ３のロックを解除（モータ３のブレーキを解除）できることから、Ｆ_bは、モータ３のロックの解除に必要な力の大きさと言い換えることができる。 Fig. 3 is a diagram illustrating the relationship between the AC current flowing through the brake coil and the electromagnetic force generated in the core. In Fig. 3, the horizontal axis represents the AC current I flowing through the brake coil 115, and the vertical axis represents the electromagnetic force F generated in the core 116. The relationship between the AC current I flowing through the brake coil 115 and the electromagnetic force F generated in the core 116 is represented by a hysteresis curve as shown in Fig. 3. The elastic force of the spring 114 is represented by _Fb . If the electromagnetic force generated in the core 116 exceeds the elastic force _Fb of the spring 114, the motor 3 can be unlocked (the brake of the motor 3 can be released), so _Fb can be said to be the magnitude of the force required to unlock the motor 3.

図３に示すように、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流が０から増加してＩ_aになるまでは、コア１１６に発生する電磁力は、バネ１１４の弾性力（換言すればモータ３のロックの解除に必要な力）Ｆ_bよりも小さく、モータ３はロックされた状態を維持する。ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がさらに増加してＩ_aになると、ブレーキコイル１１５に発生する電磁力はＦ_bに達し、モータ３のロックは解除される。ヒステリシスが存在するので、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流が、Ｉ_aをさらに超えて最大値まで増加しその後減少に転じてＩ_aより小さいＩ_bになるまでの間は、コア１１６に発生する電磁力はＦ_bよりも大きく、モータ３のロックの解除は維持される。ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がさらに減少してＩ_bになると、コア１１６に発生する電磁力はＦ_bを下回るが、コア１１６に発生する電磁力は残存磁束により即座には消えず、ある程度の期間は保持される。本明細書では、バネ１１４の弾性力を上回る残存磁束に基づく電磁力をコア１１６が保持することができる最大時間を、「電磁力保持時間ｔ_b」と定義する。ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がさらに減少して－Ｉ_aになると、コア１１６に発生する電磁力は－Ｆ_bに達する。したがって、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がＩ_bから－Ｉ_aまで減少するまでの時間ｔ_sの間においても、コア１１６に発生している残存磁束に基づく電磁力がバネ１１４の弾性力を上回るようにすれば、モータ３のロックの解除を維持することができる。 As shown in Fig. 3, until the AC current flowing through the brake coil 115 increases from 0 to _Ia , the electromagnetic force generated in the core 116 is smaller than the elastic force _Fb of the spring 114 (in other words, the force required to unlock the motor 3), and the motor 3 maintains the locked state. When the AC current flowing through the brake coil 115 further increases to _Ia , the electromagnetic force generated in the brake coil 115 reaches _Fb , and the motor 3 is unlocked. Due to the presence of hysteresis, until the AC current flowing through the brake coil 115 further exceeds _Ia and increases to a maximum value and then starts to decrease to _Ib, which is smaller than _Ia , the electromagnetic force generated in the core 116 is larger than _Fb , and the motor 3 remains unlocked. When the AC current flowing through the brake coil 115 further decreases to _Ib , the electromagnetic force generated in the core 116 falls below _Fb , but the electromagnetic force generated in the core 116 does not disappear immediately due to the residual magnetic flux, and is maintained for a certain period of time. In this specification, the maximum time during which core 116 can hold the electromagnetic force based on the residual magnetic flux that exceeds the elastic force of spring 114 is defined as "electromagnetic force holding time t _b ." When the AC current flowing through brake coil 115 further decreases to -I _a , the electromagnetic force generated in core 116 reaches -F _b . Therefore, even during time t _s until the AC current flowing through brake coil 115 decreases from I _b to -I _a , if the electromagnetic force based on the residual magnetic flux generated in core 116 is made to exceed the elastic force of spring 114, the motor 3 can be kept unlocked.

ブレーキコイル１１５に流れる交流電流が、－Ｉ_aをさらに下回り最小値まで減少しその後増加に転じて－Ｉ_aより大きい－Ｉ_bになるまでの間は、コア１１６に発生する電磁力はＦ_bよりも大きく、モータ３のロックの解除は維持される。ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がさらに増加して－Ｉ_bになると、コア１１６に発生する電磁力は－Ｆ_bを上回るが、コア１１６に発生する電磁力は残存磁束により即座には消えず、少なくとも電磁力保持時間ｔ_bの間は保持される。ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がさらに増加してＩ_aになると、コア１１６に発生する電磁力はＦ_bに達する。したがって、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流が－Ｉ_bからＩ_aまで増加するまでの時間ｔ_sの間においても、コア１１６に発生している残存磁束に基づく電磁力がバネ１１４の弾性力を上回るようにすれば、モータ３のロックの解除を維持することができる。 During the time period in which the AC current flowing through the brake coil 115 falls below _-Ia , decreases to a minimum value, and then starts to increase to _-Ib, which is greater than _-Ia , the electromagnetic force generated in the core 116 is greater than _Fb , and the unlocking of the motor 3 is maintained. When the AC current flowing through the brake coil 115 further increases to _-Ib , the electromagnetic force generated in the core 116 exceeds _-Fb , but the electromagnetic force generated in the core 116 does not disappear immediately due to the residual magnetic flux, and is maintained for at least the electromagnetic force holding time _tb . When the AC current flowing through the brake coil 115 further increases to _Ia , the electromagnetic force generated in the core 116 reaches _Fb . Therefore, even during the time period _ts in which the AC current flowing through the brake coil 115 increases from _-Ib to _Ia , if the electromagnetic force based on the residual magnetic flux generated in the core 116 exceeds the elastic force of the spring 114, the unlocking of the motor 3 can be maintained.

図４は、ブレーキコイルに流れる交流電流の波形を例示する図である。図４に示すように、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキコイル１１５に供給される交流電流は、時間とともに周期的に大きさ及び正負が変化する。図３を参照して説明したように、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がＩ_aを超えて最大値まで増加しその後減少に転じてＩ_bになるまでの間及び－Ｉ_aを下回り最小値まで減少しその後増加に転じて－Ｉ_bになるまでの間は、コア１１６に発生する電磁力の絶対値はバネ１１４の弾性力（換言すればモータ３のロックの解除に必要な力）の絶対値よりも大きいので、モータ３のロックの解除は確実に維持される。したがって、これ以外の期間、すなわちブレーキコイル１１５に流れる交流電流がＩ_bから－Ｉ_aまで減少するまでの時間ｔ_sの間及び－Ｉ_bからＩ_aまで増加するまでの時間ｔ_sの間においても、残存磁束によりコア１１６に保持されている電磁力の絶対値がバネ１１４の弾性力の絶対値よりも大きくなるようにすれば、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流の全ての周期にわたって、モータ３のロックの解除を維持し続けることができる。換言すれば、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がＩ_bから－Ｉ_aまで減少するまでの時間ｔ_sの長さ、及び－Ｉ_bからＩ_aまで増加するまでの時間ｔ_sの長さのそれぞれが、バネ１１４の弾性力を上回る残存磁束に基づく電磁力をコア１１６が保持することができる最大時間である電磁力保持時間ｔ_bを超えないようにすれば、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流の全ての周期にわたって、モータ３のロックの解除を維持し続けることができる。 Fig. 4 is a diagram illustrating an example of a waveform of the AC current flowing through the brake coil. As shown in Fig. 4, the AC current supplied from the inverter 11 to the brake coil 115 via the motor power line 13 periodically changes in magnitude and sign over time. As described with reference to Fig. 3, during the period in which the AC current flowing through the brake coil 115 exceeds _Ia , increases to a maximum value, and then starts to decrease to _Ib , and during the period in which the AC current flowing through the brake coil 115 falls below _-Ia , decreases to a minimum value, and then starts to increase to _-Ib , the absolute value of the electromagnetic force generated in the core 116 is greater than the absolute value of the elastic force of the spring 114 (in other words, the force required to unlock the motor 3), so that the unlocking of the motor 3 is reliably maintained. Therefore, if the absolute value of the electromagnetic force held in the core 116 by the residual magnetic flux is made larger than the absolute value of the elastic force of _the _spring 114 during the other periods, i.e., during the time _ts until the AC current flowing through the brake coil 115 decreases from _Ib to _-Ia and during the time _ts until the AC current flowing through the brake coil 115 increases from -Ib to Ia, the motor 3 can be kept unlocked throughout all periods of the AC current flowing through the brake coil 115. In other words, if the length of the time _ts until the AC current flowing through the brake coil 115 decreases from _Ib to _-Ia and the length of the time ts until the AC current flowing through the brake coil 115 increases from _-Ib _to _Ia are each set so as not to exceed the electromagnetic force holding time _tb , which is the maximum time during which the core 116 can hold an electromagnetic force based on the residual magnetic flux that exceeds the elastic force of the spring 114, the motor 3 can be kept unlocked throughout all periods of the AC current flowing through the brake coil 115.

全ての周期にわたってモータ３のロックの解除を維持し続けることができるブレーキコイル１１５に流す交流電流がどのようなものであるかについては、図３に示すようなヒステリシス曲線とモータ３のロックの解除に必要な力Ｆ_bとに基づいて、事前に求めることができる。例えば、実験によりモータ駆動装置１内のブレーキ装置１２を動作させてヒステリシス曲線を測定したり、あるいは、コア１１６の規格表に規定されているヒステリシス曲線を用いたり、コア１１６の製造業者からデータとして提供されるヒステリシス曲線を用いてもよい。モータ３のロックの解除に必要な力Ｆ_bは、バネ１１４の弾性力であるので、バネ１１４のバネ定数ｋとモータ３のロック解除時におけるバネ１１４の縮み長さｘとから事前に求めることができる。ヒステリシス曲線及びモータ３のロックの解除に必要な力Ｆ_bが定まれば、Ｉ_a及びＩ_bも定まる。 The type of AC current to be passed through the brake coil 115 that can keep the motor 3 unlocked throughout all cycles can be determined in advance based on the hysteresis curve as shown in FIG. 3 and the force _Fb required to unlock the motor 3. For example, the hysteresis curve may be measured by operating the brake device 12 in the motor drive device 1 through an experiment, or a hysteresis curve specified in a specification table for the core 116 may be used, or a hysteresis curve provided as data by the manufacturer of the core 116 may be used. The force _Fb required to unlock the motor 3 is the elastic force of the spring 114, and therefore can be determined in advance from the spring constant k of the spring 114 and the contraction length x of the spring 114 when the motor 3 is unlocked. If the hysteresis curve and the force _Fb required to unlock the motor 3 are determined, _Ia and _Ib are also determined.

上述したように、モータ３のロックが解除した状態でモータ３が駆動される際には、インバータ１１から出力される交流電圧により、モータ３及びブレーキ装置１２の各入力インピーダンスに応じた大きさの交流電流が、モータ動力線１３を介してモータ３及びブレーキ装置１２のそれぞれに流れることになる。例えば、実験によりモータ駆動装置１を動作させてブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５に流れる交流電流を測定してヒステリシス曲線を求め、このヒステリシス曲線とモータ３のロックの解除に必要な力Ｆ_bとからＩ_a及びＩ_bを求める。「ブレーキコイル１１５に流れる交流電流が、コア１１６に発生する電磁力がバネ１１４の弾性力を上回るＩ_aを超える振幅を有するものであること（第１の要件）」、「当該交流電流がＩ_bから－Ｉ_aまで減少するまでの時間ｔ_sの長さが電磁力保持時間ｔ_bを超えないものであること（第２の要件）」、「－Ｉ_bからＩ_aまで増加するまでの時間ｔ_sの長さが電磁力保持時間ｔ_bを超えないものであること（第３の要件）」の３つの要件を満たす場合は、当該交流電流の全ての周期にわたってモータ３のロックの解除を維持し続けることができるので、当該交流電流をブレーキ装置１２によるモータ３のロックの解除のための電流として利用することができる。 As described above, when the motor 3 is driven in an unlocked state, an AC current having a magnitude according to the input impedance of the motor 3 and the brake device 12 flows through the motor 3 and the brake device 12 via the motor power line 13 due to the AC voltage output from the inverter 11. For example, the motor drive device 1 is operated by an experiment to measure the AC current flowing through the brake coil 115 of the brake device 12 to obtain a hysteresis curve, and _Ia and _Ib are obtained from this hysteresis _curve and the force Fb required to unlock the motor 3. When the following three requirements are satisfied: "the AC current flowing through the brake coil 115 has an amplitude exceeding _Ia , which is the electromagnetic force generated in the core 116 that exceeds the elastic force of the spring 114 (first requirement),""the length of time _ts during which the AC current decreases from _Ib to _-Ia does not exceed the electromagnetic force holding time _tb (second requirement)," _and "the length of time _ts during which the AC current increases from _-Ib _{to Ia} does not exceed the electromagnetic force holding time tb (third requirement)," the motor 3 can be kept unlocked over all periods of the AC current, and therefore the AC current can be used as a current for unlocking the motor 3 by the brake device 12.

一方、実験で測定したブレーキコイル１１５に流れる交流電流が、第１の要件、第２の要件及び第３の要件のいずれかを満たさないものであった場合は、全ての要件を満たすようにブレーキコイル１１５に流れる交流電流を調整したり、ブレーキ装置１２内のバネ１１４やコア１１６を選定したりすることで、第１の要件、第２の要件及び第３の要件の全てを満たすようにすればよい。いくつか具体例を挙げると次の通りである。 On the other hand, if the AC current flowing through the brake coil 115 measured in the experiment does not satisfy any of the first, second, and third requirements, the AC current flowing through the brake coil 115 can be adjusted to satisfy all the requirements, or the spring 114 and core 116 in the brake device 12 can be selected to satisfy all the requirements. Some specific examples are as follows.

例えば、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流の周波数を高くすれば、当該交流電流がＩ_bから－Ｉ_aまで減少するまでの時間ｔ_sの長さ及び－Ｉ_bからＩ_aまで増加するまでの時間ｔ_sの長さが短くなるので、第２の要件及び第３の要件を満たし易くなる。 For example, if the frequency of the AC current flowing through the brake coil 115 is increased, the length of the time _ts during which the AC current decreases from _Ib to _-Ia and the length of the time _ts during which the AC current increases from _-Ib to _Ia are shortened, making it easier to satisfy the second and third requirements.

例えば、ブレーキ装置１２内のバネ１１４として、バネ定数ｋが小さいバネやモータ３のロック解除時におけるバネ１１４の縮み長さｘが短いバネを選定すればＦ_bが小さくなるので、Ｉ_a及びＩ_bが小さくなり、第１の要件を満たし易くなる。また、Ｉ_a及びＩ_bが小さくなることで、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がＩ_bから－Ｉ_aまで減少するまでの時間ｔ_sの長さ及び－Ｉ_bからＩ_aまで増加するまでの時間ｔ_sの長さが短くなるので、第２の要件及び第３の要件も満たし易くなる。 For example, if a spring with a small spring constant k or a spring with a short contraction length x of the spring 114 when the motor 3 is unlocked is selected as the spring 114 in the brake device 12, _Fb will be small, and _Ia and _Ib will be small, making it easier to satisfy the first requirement. Also, by reducing _Ia and _Ib , the length of time _ts until the AC current flowing through the brake coil 115 decreases from _Ib to _-Ia and the length of time _ts until it increases from _-Ib to _Ia will be shortened, making it easier to satisfy the second and third requirements.

例えば、ブレーキ装置１２内のコア１１６として、電磁力保持時間ｔ_bが長い磁性体からなるコアを選定すれば、第２の要件及び第３の要件を満たし易くなる。電磁力保持時間ｔ_bが長い磁性体としては、例えば、鉄、コバルト及びニッケルなどの強磁性体、並びに、ネオジウム及びフェライトなどの永久磁石などがある。 For example, the second and third requirements can be easily satisfied by selecting a core made of a magnetic material with a long electromagnetic force holding time _tb as the core 116 in the brake device 12. Examples of magnetic materials with a long electromagnetic force holding time _tb include ferromagnetic materials such as iron, cobalt, and nickel, and permanent magnets such as neodymium and ferrite.

例えば、ブレーキ装置１２内のコア１１６として、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流Ｉとコア１１６に発生する電磁力Ｆとの関係におけるヒステリシス幅が大きい磁性体からなるコアを選定することでＩ_bを小さくすれば、ブレーキコイル１１５に流れる交流電流がＩ_bから－Ｉ_aまで減少するまでの時間ｔ_sの長さ及び－Ｉ_bからＩ_aまで増加するまでの時間ｔ_sの長さが短くなるので、第２の要件及び第３の要件を満たし易くなる。ヒステリシス幅が大きい磁性体としては、例えば、鉄、コバルト及びニッケルなどの強磁性体、並びに、ネオジウム及びフェライトなどの永久磁石などがある。 For example, if _Ib is reduced by selecting, as the core 116 in the brake device 12, a core made of a magnetic material having a large hysteresis width in the relationship between the AC current I flowing through the brake coil 115 and the electromagnetic force F generated in the core 116, the length of the time _ts until the AC current flowing through the brake coil 115 decreases from _Ib to _-Ia and the length of the time _ts until it increases from _-Ib to _Ia will be shortened, making it easier to satisfy the second and third requirements. Examples of magnetic materials with a large hysteresis width include ferromagnetic materials such as iron, cobalt, and nickel, and permanent magnets such as neodymium and ferrite.

また、モータ３のロックが解除した状態でモータ３が駆動される際には、インバータ１１から出力される交流電圧により、モータ３及びブレーキ装置１２の各入力インピーダンスに応じた大きさの交流電流が、モータ動力線１３を介してモータ３及びブレーキ装置１２のそれぞれに流れる。よって、第１の要件、第２の要件及び第３の要件を満たすようにモータ３及びブレーキ装置１２の各入力インピーダンスを調整することもできる。 When the motor 3 is driven in an unlocked state, the AC voltage output from the inverter 11 causes an AC current having a magnitude corresponding to the input impedance of the motor 3 and the brake device 12 to flow through the motor 3 and the brake device 12 via the motor power line 13. Therefore, the input impedance of the motor 3 and the brake device 12 can be adjusted to satisfy the first, second, and third requirements.

続いて、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２にブレーキコイル電圧として供給される電圧が直流電圧である例について説明する。 Next, we will explain an example in which the voltage supplied as the brake coil voltage from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 is a DC voltage.

図５は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態）においてブレーキコイルに直流のブレーキコイル電圧を印加するためのインバータのスイッチング素子オンオフ駆動を例示する図である。図５において、交流電源２及びコンバータ１４の図示は省略している。 Figure 5 is a diagram illustrating the on/off driving of the switching elements of an inverter for applying a DC brake coil voltage to a brake coil in a motor drive device (first embodiment) according to one embodiment of the present disclosure. In Figure 5, the AC power source 2 and converter 14 are omitted.

インバータ１１の上アーム及び下アームに設けられたスイッチング素子のオンオフ駆動を適切に制御することによって、バネ１１４の弾性力を上回る電磁力をコア１１６に発生させる直流電流をブレーキコイル１１５に流すための直流電圧である「モータロック解除用直流電圧」を、インバータ１１からモータ動力線１３へ出力させることができる。 By appropriately controlling the on/off driving of the switching elements provided on the upper and lower arms of the inverter 11, it is possible to output a "motor unlocking DC voltage" from the inverter 11 to the motor power line 13. The DC voltage is used to pass a DC current through the brake coil 115, which generates an electromagnetic force in the core 116 that exceeds the elastic force of the spring 114.

インバータ１１からモータ動力線１３へ出力されるモータロック解除用直流電圧は、モータ動力線１３に接続されたモータ３のモータコイル及びブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５の両方に印加されるが、モータ３は交流モータであるので、モータロック解除用直流電圧によってはモータ３は回転しない。一方、ブレーキ装置１２においては、バネ１１４の弾性力を上回る電磁力をコア１１６に発生させるモータロック解除用直流電圧がブレーキコイル１１５に印加されると、アマチュア１１２を摩擦板１１１に押し付けていたバネ１１４の弾性力に打ち勝つ電磁力がコア１１６に発生し、これによりアマチュア１１２がコア１１６に引きつけられて摩擦板１１１はアマチュア１１２及び端板１１３との接触から解放される。この結果、摩擦板１１１ひいてはシャフト１２１は自由に回転できるようになり、モータ３のロックが解除された状態すなわちモータ３のブレーキが解除された状態となる。アマチュア１１２とコア１１６とが一旦接触すると、アマチュア１１２とコア１１６との間の空乏がなくなりアマチュア１１２とコア１１６とで一体化した磁性体が構成されるので、モータロック解除用直流電圧に代えて、モータ３を駆動するための交流電圧をブレーキコイル１１５に印加しても、アマチュア１１２とコア１１６との接触を維持することができる（すなわちモータ３のロックの解除を維持することができる）。なお、モータ３を駆動するための交流電圧をブレーキコイル１１５に印加している間においてモータ３のロックの解除を維持し続けることができるようにするために、図３及び図４を参照して説明した第１の要件、第２の要件及び第３の要件の全てを満たすことが好ましい。インバータ１１から出力されたモータロック解除用直流電圧をブレーキコイル１１５に印加することによりアマチュア１１２とコア１１６とが最初に接触してから所定時間の経過後、制御部１６の制御により、インバータ１１からモータ動力線１３へ出力される電圧を、モータロック解除用直流電圧からモータ３を駆動するための交流電圧へ切り替える。 The motor unlocking DC voltage output from the inverter 11 to the motor power line 13 is applied to both the motor coil of the motor 3 connected to the motor power line 13 and the brake coil 115 of the brake device 12, but since the motor 3 is an AC motor, the motor unlocking DC voltage does not rotate the motor 3. On the other hand, in the brake device 12, when the motor unlocking DC voltage that generates an electromagnetic force in the core 116 that exceeds the elastic force of the spring 114 is applied to the brake coil 115, an electromagnetic force that overcomes the elastic force of the spring 114 that pressed the armature 112 against the friction plate 111 is generated in the core 116, and the armature 112 is attracted to the core 116, and the friction plate 111 is released from contact with the armature 112 and the end plate 113. As a result, the friction plate 111 and therefore the shaft 121 can rotate freely, and the motor 3 is unlocked, that is, the brake of the motor 3 is released. Once the armature 112 and the core 116 come into contact, there is no gap between the armature 112 and the core 116, and the armature 112 and the core 116 form an integrated magnetic body. Therefore, even if an AC voltage for driving the motor 3 is applied to the brake coil 115 instead of the DC voltage for unlocking the motor, the contact between the armature 112 and the core 116 can be maintained (i.e., the unlocking of the motor 3 can be maintained). In order to keep the unlocking of the motor 3 while the AC voltage for driving the motor 3 is being applied to the brake coil 115, it is preferable to satisfy all of the first, second, and third requirements described with reference to FIG. 3 and FIG. 4. After a predetermined time has elapsed since the armature 112 and the core 116 first came into contact by applying the DC voltage for unlocking the motor output from the inverter 11 to the brake coil 115, the voltage output from the inverter 11 to the motor power line 13 is switched from the DC voltage for unlocking the motor to the AC voltage for driving the motor 3 under the control of the control unit 16.

制御部１６は、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧が出力され始めたタイミングから上記「所定時間」の計測を開始する。モータロック解除用直流電圧がブレーキコイル１１５に印加されると、すぐにアマチュア１１２とコア１１６とが接触する。上記「所定時間」は、モータロック解除用直流電圧がブレーキコイル１１５に印加されることによるアマチュア１１２とコア１１６との最初の接触が確保できる程度の長さに設定すればよく、例えば数ミリ秒から数秒に設定される。上記「所定時間」は、制御部１６を構築するソフトウェアプログラム上に規定しておく。あるいは、上記「所定時間」の値を例えば制御部１６内の記憶部（図示せず）に記憶しておき、制御部１６この記憶された「所定時間」を読み込ませて計時を行わせてもよい。記憶部は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成される。なお、書き換え可能なメモリで記憶部を実現すれば、一旦「所定時間」を設定した後であっても、必要に応じて適切な値に変更することができる。 The control unit 16 starts measuring the "predetermined time" from the timing when the inverter 11 starts to output the motor unlocking DC voltage. When the motor unlocking DC voltage is applied to the brake coil 115, the armature 112 and the core 116 immediately come into contact. The "predetermined time" may be set to a length sufficient to ensure the initial contact between the armature 112 and the core 116 due to the application of the motor unlocking DC voltage to the brake coil 115, and may be set to, for example, several milliseconds to several seconds. The "predetermined time" is specified in a software program that configures the control unit 16. Alternatively, the value of the "predetermined time" may be stored, for example, in a memory unit (not shown) in the control unit 16, and the control unit 16 may read the stored "predetermined time" to measure time. The memory unit may be composed of an electrically erasable and recordable non-volatile memory such as an EEPROM (registered trademark), or a random access memory that can be read and written at high speed such as a DRAM or SRAM. Furthermore, if the storage unit is implemented using rewritable memory, even after the "predetermined time" has been set, it can be changed to an appropriate value as needed.

モータロック解除用直流電圧は、制御部１６の制御により、モータ動力線１３を介してブレーキ装置１２に接続されたインバータ１１内の上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子をオンさせるとともに、これら以外のスイッチング素子は全てオフさせることで、インバータ１１から出力させることができる。図５に示す例では、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５はｖ相及びｗ相に接続されているので、制御部１６の制御により、例えば、ｖ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_v1及びｗ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_w2をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_u2、Ｓ_v2、及びＳ_w1をオフさせることで、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させることができる。あるいは、ここでは図示していないが、制御部１６の制御により、ｖ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_v2及びｗ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_w1をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_u2、Ｓ_v1、及びＳ_w2をオフさせることによっても、インバータ１１から同様のモータロック解除用直流電圧を出力させることができる。 The motor unlocking DC voltage can be output from the inverter 11 by controlling the control unit 16 to turn on the upper arm switching element and the lower arm switching element in the inverter 11 connected to the brake device 12 via the motor power line 13 and to turn off all other switching elements. In the example shown in Fig. 5, since the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to the v-phase and the w-phase lower arm switching element _Sv1 is turned on and the switching elements _Su1 , _Su2 , _Sv2 , and _Sw1 are turned off under the control of the control unit ₁₆ , for example, the motor unlocking DC voltage can be output from the inverter 11. Alternatively, although not shown here, a similar DC voltage for releasing the motor lock can also be output from the inverter 11 by controlling the control unit 16 to turn on the switching element _{Sv2 of the lower arm of the v-} phase and the switching element _Sw1 of the upper arm of the w-phase and turn off the switching elements S _u1 , S _u2 , S _v1 , and S _w2 .

図５では、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５はｖ相及びｗ相に接続される例を示した。ここでは図示しないが、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５がｕ相及びｖ相に接続される場合は、制御部１６の制御により、ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_u1及びｖ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_v2をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u2、Ｓ_v1、Ｓ_w1、及びＳ_w2をオフさせるか、あるいは、ｕ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_u2及びｖ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_v1をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_v2、Ｓ_w1、及びＳ_w2をオフさせることによって、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させる。 5 shows an example in which the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to the v-phase and the w-phase. Although not shown here, when the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to _the u-phase and the v-phase, the control unit 16 controls the inverter 11 to output a motor lock release DC voltage by turning on the switching element _Su1 of the upper arm of the _u -phase and the switching element _Sv2 of the lower arm of the v-phase and turning off the switching elements _Su2 , _Sv1 , _Sw1 , and Sw2, or by turning on the switching element _Su2 of the lower arm of the u-phase and the switching element Sv1 of the upper arm of the v-phase and turning off the switching elements _Su1 , _Sv2 , _Sw1 , and _Sw2 .

また、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５がｕ相及びｗ相に接続される場合は、制御部１６の制御により、ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_u1及びｗ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_w2をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u2、Ｓ_v1、Ｓ_v2、及びＳ_w1をオフさせるか、あるいは、ｕ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_u2及びｗ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_w1をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_v1、Ｓ_v2、及びＳ_w2をオフさせることによって、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させる。 In addition, when the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to the u phase and w phase, the control unit 16 controls the switching element _Su1 of the upper arm of the u phase and the switching element _Sw2 of the lower arm of the w phase to be turned on and the switching elements _Su2 , _Sv1 , _Sv2 , and _Sw1 to be turned off, or the switching element _Su2 of the lower arm of the u phase and the switching element _Sw1 of the upper arm of the w phase to be turned on and the switching elements _Su1 , _Sv1 , _Sv2 , and _Sw2 to be turned off, thereby outputting a DC voltage for releasing the motor lock from the inverter 11.

また、モータ３が単相交流モータである場合は、ブレーキ装置１２の入力端子は、モータ動力線１３の２相それぞれに接続される。したがって、制御部１６の制御により、一方の相の上アームのスイッチングをオンさせるとともにもう一方の相のスイッチングオフさせることによって、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させる。 In addition, when the motor 3 is a single-phase AC motor, the input terminals of the brake device 12 are connected to each of the two phases of the motor power line 13. Therefore, under the control of the control unit 16, the upper arm of one phase is switched on and the other phase is switched off, causing the inverter 11 to output a DC voltage for unlocking the motor.

図６は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第１の形態及び第２の形態）においてブレーキコイルに直流のブレーキコイル電圧を印加する場合における動作フローを示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、後述する第２の形態にも適用可能である。 Figure 6 is a flowchart showing an operation flow when a DC brake coil voltage is applied to the brake coil in a motor drive device (first and second embodiments) according to one embodiment of the present disclosure. The flowchart shown in Figure 6 is also applicable to the second embodiment described below.

ステップＳ１０１において、インバータ１１からのブレーキコイル電圧はブレーキコイル１１５に印加されておらず、したがって、アマチュア１１２はバネ１１４の弾性力により摩擦板１１１に強く押し付けられて摩擦板１１１がアマチュア１１２と端板１１３とで挟まれて回転できず、摩擦板１１１に結合されたシャフト１２１を有するモータ３はロックされた状態にある。 In step S101, the brake coil voltage from the inverter 11 is not applied to the brake coil 115, and therefore the armature 112 is pressed strongly against the friction plate 111 by the elastic force of the spring 114, so that the friction plate 111 is sandwiched between the armature 112 and the end plate 113 and cannot rotate, and the motor 3 having the shaft 121 connected to the friction plate 111 is in a locked state.

ステップＳ１０２において、制御部１６は、上位制御装置（図示せず）からモータ３のロックを解除するためのロック解除指令を受信したか否かを判定する。上位制御装置は、ロボットを制御するロボットコントローラ内に設けられてもよく、工作機械の数値制御装置内に設けられてもよい。ステップＳ１０２においてロック解除指令を受信したと判定されると、ステップＳ１０３へ進む。 In step S102, the control unit 16 determines whether or not an unlock command to unlock the motor 3 has been received from a higher-level control device (not shown). The higher-level control device may be provided in a robot controller that controls the robot, or may be provided in a numerical control device of the machine tool. If it is determined in step S102 that an unlock command has been received, the process proceeds to step S103.

ステップＳ１０３において、インバータ１１は、制御部１６の制御により、ブレーキコイル電圧として、ブレーキ装置１２内のバネ１１４の弾性力を上回る電磁力をコア１１６発生させる直流電流をブレーキコイル１１５に流すためのモータロック解除用直流電圧を、モータ動力線１３へ出力する。 In step S103, the inverter 11, under the control of the control unit 16, outputs to the motor power line 13 a motor unlocking DC voltage as a brake coil voltage to pass a DC current through the brake coil 115 that generates an electromagnetic force in the core 116 that exceeds the elastic force of the spring 114 in the brake device 12.

ステップＳ１０４では、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５にブレーキコイル電圧であるモータロック解除用直流電圧が印加されることで、アマチュア１１２を摩擦板１１１に押し付けていたバネ１１４の弾性力に打ち勝つ電磁力がコア１１６に発生し、これによりアマチュア１１２がコア１１６に引きつけられて摩擦板１１１はアマチュア１１２及び端板１１３との接触から解放される。この結果、摩擦板１１１ひいてはシャフト１２１は自由に回転できるようになり、モータ３のロックが解除された状態すなわちモータ３のブレーキが解除された状態となる。 In step S104, a DC voltage for unlocking the motor, which is the brake coil voltage, is applied to the brake coil 115 of the brake device 12, and an electromagnetic force is generated in the core 116 that overcomes the elastic force of the spring 114 that presses the armature 112 against the friction plate 111, and this attracts the armature 112 to the core 116, and the friction plate 111 is released from contact with the armature 112 and the end plate 113. As a result, the friction plate 111 and therefore the shaft 121 can rotate freely, and the motor 3 is unlocked, i.e., the brake of the motor 3 is released.

ステップＳ１０５では、制御部１６は、ステップＳ１０３においてインバータ１１からモータロック解除用直流電圧が出力され始めたタイミングから所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ１０５において所定時間が経過したと判定された場合はステップＳ１０６へ進む。 In step S105, the control unit 16 determines whether a predetermined time has elapsed since the inverter 11 started to output the motor lock release DC voltage in step S103. If it is determined in step S105 that the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S106.

ステップＳ１０６では、インバータ１１は、制御部１６の制御により、モータ３を駆動するための交流電圧をモータ動力線１３へ出力する。これにより、モータ３は回転駆動される。 In step S106, the inverter 11 outputs an AC voltage for driving the motor 3 to the motor power line 13 under the control of the control unit 16. This causes the motor 3 to rotate.

ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介してモータ３に並列に接続される第１の形態によるモータ駆動装置１の構成及び動作は以上説明した通りである。続いて、ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介してモータ３に直列に接続される第２の形態によるモータ駆動装置１について説明する。 The configuration and operation of the motor drive device 1 in the first embodiment, in which the brake device 12 is connected in parallel to the motor 3 via the motor power line 13, have been described above. Next, we will explain the motor drive device 1 in the second embodiment, in which the brake device 12 is connected in series to the motor 3 via the motor power line 13.

図７は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第２の形態）を示す図である。 Figure 7 is a diagram showing a motor drive device (second form) according to one embodiment of the present disclosure.

第２の形態では、ブレーキ装置１２内のブレーキコイル１１５及びその抵抗成分とモータ３のモータコイル及びその抵抗成分とが直列になるように、ブレーキ装置１２とモータ３とがモータ動力線１３を介して直列に接続される。図７に示すようにモータ３が三相交流モータである場合、モータコイルの両端のうち、モータ動力線１３が接続される一端とは反対側の一端は中性点が接続される。図７に示すように、モータ３の中性点と、１相分のモータコイルのモータ動力線１３が接続される一端とは反対側の一端と、の間に、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５及びその抵抗成分が挿入されるように、ブレーキ装置１２の入力端子とモータ３のモータコイルとが接続される。なお、ここでは図示しないが、モータ３が単相交流モータである場合、モータコイルの両端のうち、２相分のモータコイルについてモータ動力線１３が接続される一端とは反対側の一端のそれぞれに、ブレーキ装置１２の入力端子が接続される。ブレーキ装置１２内の構成については図１を参照して説明した通りである。また、ブレーキ装置１２以外の回路構成要素については図１に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。 In the second embodiment, the brake device 12 and the motor 3 are connected in series via the motor power line 13 so that the brake coil 115 and its resistance component in the brake device 12 and the motor coil and its resistance component of the motor 3 are connected in series. When the motor 3 is a three-phase AC motor as shown in FIG. 7, the neutral point is connected to one end of the motor coil opposite to the end to which the motor power line 13 is connected. As shown in FIG. 7, the input terminal of the brake device 12 and the motor coil of the motor 3 are connected so that the brake coil 115 and its resistance component of the brake device 12 are inserted between the neutral point of the motor 3 and one end of the motor coil of one phase opposite to the end to which the motor power line 13 is connected. Although not shown here, when the motor 3 is a single-phase AC motor, the input terminal of the brake device 12 is connected to each of the ends of the motor coil opposite to the end to which the motor power line 13 is connected for the motor coil of two phases. The configuration inside the brake device 12 is as described with reference to FIG. 1. In addition, the circuit components other than the brake device 12 are similar to the circuit components shown in FIG. 1, so the same circuit components are given the same reference numerals and detailed descriptions of those circuit components are omitted.

ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介してモータ３に直列に接続される第２の形態によるモータ駆動装置１においても、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２にブレーキコイル電圧として供給される電圧は、交流電圧または直流電圧のいずれであってもよい。 Even in the second form of motor drive device 1 in which the brake device 12 is connected in series to the motor 3 via the motor power line 13, the voltage supplied as the brake coil voltage from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 may be either an AC voltage or a DC voltage.

第２の形態において、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２にブレーキコイル電圧として供給される電圧が交流電圧である場合は、図３及び図４を参照して説明した第１の形態におけるインバータ１１の動作と同様であるので、説明は省略する。 In the second embodiment, when the voltage supplied as the brake coil voltage from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 is an AC voltage, the operation of the inverter 11 in the first embodiment described with reference to Figures 3 and 4 is the same as that described above, and therefore will not be described.

図８は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置（第２の形態）においてブレーキコイルに直流のブレーキコイル電圧を印加するためのインバータのスイッチング素子オンオフ駆動を例示する図である。図８において、交流電源２及びコンバータ１４の図示は省略している。 Figure 8 is a diagram illustrating the on/off driving of the switching elements of an inverter for applying a DC brake coil voltage to a brake coil in a motor drive device (second embodiment) according to one embodiment of the present disclosure. In Figure 8, the AC power source 2 and converter 14 are omitted.

第２の形態において、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２にブレーキコイル電圧として供給される電圧がモータロック解除用直流電圧である場合も、第１の形態と同様に、インバータ１１の上アーム及び下アームに設けられたスイッチング素子のオンオフ駆動を適切に制御することによって、バネ１１４の弾性力を上回る電磁力をコア１１６に発生させる直流電流をブレーキコイル１１５に流すためのモータロック解除用直流電圧を、インバータ１１からモータ動力線１３へ出力させることができる。 In the second embodiment, even if the voltage supplied as the brake coil voltage from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 is a motor lock release DC voltage, as in the first embodiment, by appropriately controlling the on/off drive of the switching elements provided on the upper and lower arms of the inverter 11, it is possible to output the motor lock release DC voltage from the inverter 11 to the motor power line 13 in order to pass a DC current through the brake coil 115, which generates an electromagnetic force in the core 116 that exceeds the elastic force of the spring 114.

モータロック解除用直流電圧は、制御部１６の制御により、モータ動力線１３を介してブレーキ装置１２に接続されたインバータ１１内の上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子をオンさせるとともに、これら以外のスイッチング素子は全てオフさせることで、インバータ１１から出力させることができる。図８に示す例では、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５はモータコイルを介してｖ相及びｗ相に接続されているので、制御部１６の制御により、例えば、ｖ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_v1及びｗ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_w2をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_u2、Ｓ_v2、及びＳ_w1をオフさせることで、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させることができる。あるいは、ここでは図示していないが、制御部１６の制御により、ｖ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_v2及びｗ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_w1をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_u2、Ｓ_v1、及びＳ_w2をオフさせることによっても、インバータ１１から同様のモータロック解除用直流電圧を出力させることができる。 The motor unlocking DC voltage can be output from the inverter 11 by controlling the control unit 16 to turn on the upper arm switching element and the lower arm switching element in the inverter 11 connected to the brake device 12 via the motor power line 13 and to turn off all other switching elements. In the example shown in Fig. 8, the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to the v-phase and the w-phase via the motor coil, so that the motor unlocking DC voltage can be output from the inverter 11 by controlling the control unit 16 to turn on, for example, the upper arm switching element Sv1 of the v _- phase and the lower arm switching element _Sw2 of the w-phase and to turn off the switching elements S _u1 , S _u2 , S _v2 , and S _w1 . Alternatively, although not shown here, a similar DC voltage for releasing the motor lock can also be output from the inverter 11 by controlling the control unit 16 to turn on the switching element _{Sv2 of the lower arm of the v-} phase and the switching element _Sw1 of the upper arm of the w-phase and turn off the switching elements S _u1 , S _u2 , S _v1 , and S _w2 .

図８では、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５はモータコイルを介してｖ相及びｗ相に接続される例を示した。ここでは図示しないが、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５がモータコイルを介してｕ相及びｖ相に接続される場合は、制御部１６の制御により、ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_u1及びｖ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_v2をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u2、Ｓ_v1、Ｓ_w1、及びＳ_w2をオフさせるか、あるいは、ｕ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_u2及びｖ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_v1をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_v2、Ｓ_w1、及びＳ_w2をオフさせることによって、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させる。 8 shows an example in which the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to the v-phase and w-phase via a motor coil. Although not shown here, when the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to the u-phase and v-phase via a motor coil, the control unit 16 controls the inverter 11 to output a motor lock release DC voltage by turning on the switching element _Su1 of the upper arm of the u-phase and the switching element _Sv2 of the lower arm of the v-phase and turning off the switching elements _Su2 , _Sv1 , _Sw1 , and _Sw2 , or by turning on the switching element _Su2 of the lower arm of the u _- phase and the switching element Sv1 of the upper arm of the v-phase and turning off the switching elements _Su1 , _Sv2 , _Sw1 , and _Sw2 .

また、ブレーキ装置１２のブレーキコイル１１５がモータコイルを介してｕ相及びｗ相に接続される場合は、制御部１６の制御により、ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_u1及びｗ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_w2をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u2、Ｓ_v1、Ｓ_v2、及びＳ_w1をオフさせるか、あるいは、ｕ相の下アームのスイッチング素子Ｓ_u2及びｗ相の上アームのスイッチング素子Ｓ_w1をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ_u1、Ｓ_v1、Ｓ_v2、及びＳ_w2をオフさせることによって、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させる。 In addition, when the brake coil 115 of the brake device 12 is connected to the u-phase and w-phase via a motor coil, the control unit 16 controls the switching element _Su1 of the upper arm of the u-phase and the switching element _Sw2 of the lower arm of the w-phase to be turned on and the switching elements _Su2 , _Sv1 , _Sv2 , and _Sw1 to be turned off, or controls the switching element _Su2 of the lower arm of the u-phase and the switching element _Sw1 of the upper arm of the w-phase to be turned on and the switching elements _Su1 , _Sv1 , _Sv2 , and _Sw2 to be turned off, thereby outputting a DC voltage for releasing the motor lock from the inverter 11.

また、モータ３が単相交流モータである場合は、モータコイルの両端のうち、２相分のモータコイルについてモータ動力線１３が接続される一端とは反対側の一端のそれぞれに、ブレーキ装置１２の入力端子が接続される。したがって、制御部１６の制御により、一方の相の上アームのスイッチングをオンさせるとともにもう一方の相のスイッチングオフさせることによって、インバータ１１からモータロック解除用直流電圧を出力させる。 When the motor 3 is a single-phase AC motor, the input terminals of the brake device 12 are connected to the ends of the motor coils of two phases, one of which is opposite the end to which the motor power line 13 is connected. Therefore, the control unit 16 controls the upper arm of one phase to be switched on and the other phase to be switched off, causing the inverter 11 to output a DC voltage for unlocking the motor.

ブレーキ装置１２がモータ動力線１３を介してモータ３に直列に接続される第２の形態によるモータ駆動装置１において、インバータ１１からモータ動力線１３を介してブレーキ装置１２にブレーキコイル電圧として供給される電圧がモータロック解除用直流電圧である場合の動作フローは、図６に示した通りである。 In the motor drive device 1 according to the second embodiment in which the brake device 12 is connected in series to the motor 3 via the motor power line 13, the operation flow when the voltage supplied as the brake coil voltage from the inverter 11 to the brake device 12 via the motor power line 13 is a DC voltage for releasing the motor lock is as shown in FIG. 6.

以上説明したように、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１によれば、インバータ１１とモータ３とを接続するモータ動力線１３にブレーキ装置１２を接続し、インバータ１１のスイッチング素子のオンオフ駆動を適切に制御することにより、ブレーキ装置１２によるモータ３のロック及びロック解除を行うことができる。本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１では、従来のようにブレーキ用電源を設ける必要がないので、ブレーキ装置に関する配線数が少なく、構造容易で低コストである。また、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１では、従来のように独立したブレーキ用制御部を設ける必要はなく、インバータ１１を制御する制御部１６の動作によってブレーキ装置１２によるモータ３のロック及びロック解除を行うことができるので、配線数が少なく、構造容易で低コストである。 As described above, according to the motor drive device 1 of one embodiment of the present disclosure, the brake device 12 is connected to the motor power line 13 connecting the inverter 11 and the motor 3, and the on/off drive of the switching element of the inverter 11 is appropriately controlled, thereby allowing the motor 3 to be locked and unlocked by the brake device 12. In the motor drive device 1 of one embodiment of the present disclosure, there is no need to provide a brake power supply as in the conventional case, so the number of wires related to the brake device is small, and the structure is simple and low cost. In addition, in the motor drive device 1 of one embodiment of the present disclosure, there is no need to provide an independent brake control unit as in the conventional case, and the brake device 12 can lock and unlock the motor 3 by the operation of the control unit 16 that controls the inverter 11, so the number of wires is small, and the structure is simple and low cost.

１モータ駆動装置
２交流電源
３モータ
１１インバータ
１２ブレーキ装置
１３モータ動力線
１４コンバータ
１５コンデンサ
１６制御部
１１１摩擦板
１１２アマチュア
１１３端板
１１４バネ
１１５ブレーキコイル
１１６コア
１１７スペーサ
１１８ボルト
１２１シャフト
１２２ハブ REFERENCE SIGNS LIST 1 motor drive device 2 AC power supply 3 motor 11 inverter 12 brake device 13 motor power line 14 converter 15 capacitor 16 control unit 111 friction plate 112 armature 113 end plate 114 spring 115 brake coil 116 core 117 spacer 118 bolt 121 shaft 122 hub

Claims

an inverter that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to a motor power line to which a motor is connected;
a brake device connected to the motor power line, locking the motor when a predetermined voltage is not supplied from the inverter, and unlocking the motor when the predetermined voltage is supplied from the inverter via the motor power line;
Equipped with
the brake device locks the motor by pressing an armature against a friction plate connected to the motor shaft with the elastic force of a spring, and unlocks the motor by pulling the armature away from the friction plate with at least one of an electromagnetic force based on application of an AC voltage, which is an electromagnetic force generated when an AC voltage output from the inverter is applied to a brake coil via the motor power line, and an electromagnetic force based on residual magnetic flux, which is an electromagnetic force held in a core in which the brake coil is provided by residual magnetic flux;
the inverter outputs, to the motor power line, an AC voltage for causing an AC current to flow through the brake coil, the AC current generating the electromagnetic force exceeding the elastic force of the spring;
a maximum amplitude of the AC current flowing through the brake coil exceeds a current value when an electromagnetic force generated in a core to which the spring and the brake coil are provided exceeds an elastic force of the spring,
a maximum absolute value of the electromagnetic force based on the application of the AC voltage exceeds an absolute value of the elastic force of the spring,
a length of time during which the absolute value of the electromagnetic force based on application of the AC voltage does not exceed the absolute value of the elastic force of the spring due to a change in the phase of the AC voltage does not exceed an electromagnetic force retention time during which the absolute value of the electromagnetic force based on application of the AC voltage and the absolute value of the electromagnetic force based on the residual magnetic flux exceed the absolute value of the elastic force of the spring, thereby maintaining the unlocking of the motor.

an inverter that converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to a motor power line to which a motor is connected;
a brake device connected to the motor power line, locking the motor when a predetermined voltage is not supplied from the inverter, and unlocking the motor when the predetermined voltage is supplied from the inverter via the motor power line;
Equipped with
The inverter includes a bridge circuit in which switching elements with diodes connected in antiparallel are provided on an upper arm on a high potential side and a lower arm on a low potential side,
The brake device locks the motor by using the elastic force of a spring to press an armature against a friction plate connected to the motor shaft, and unlocks the motor by pulling the armature away from the friction plate with electromagnetic force generated by applying a motor unlocking DC voltage to the brake coil caused by turning on the switching element of the upper arm and the switching element of the lower arm of a phase connected to a brake coil of the brake device via the motor power line.

The motor drive device according to claim 2, wherein the inverter outputs the motor unlocking DC voltage to the motor power line to cause a DC current to flow through the brake coil, which generates an electromagnetic force that exceeds the elastic force of the spring, and outputs an AC voltage to drive the motor to the motor power line after a predetermined time has elapsed.

The motor drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the brake coil and the motor are connected in parallel via the motor power line.

The motor drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the brake coil and the motor are connected in series via the motor power line.