JP2021016224A

JP2021016224A - 回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路を有するモータ駆動装置

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Publication number: JP2021016224A
Application number: JP2019128671A
Authority: JP
Inventors: 総齊藤; So Saito; 力鹿川; Tsutomu Kagawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-07-10
Also published as: JP7287856B2

Abstract

【課題】機器に負担を与えずに安全を確保しながら効率よく制動をかけるダイナミックブレーキ回路及び回生ブレーキ回路を有するモータ駆動装置を実現する。【解決手段】モータ駆動装置１は、直流電力をＤＣリンクへ供給する電源部１１と、ＤＣリンクの直流電力とモータ３の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換するインバータ１２と、インバータ１２の直流側を回生抵抗２１を介して短絡してモータ３に減速トルクを発生させて制動する回生ブレーキ回路１３と、モータ３の入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗２３を介して短絡してモータ３に減速トルクを発生させて制動するダイナミックブレーキ回路１４と、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力するブレーキ制御部１５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路を有するモータ駆動装置に関する。

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、非常停止時やアラーム発生時などの異常時には、モータの入力端子間を短絡させ発電制動をかけるダイナミックブレーキ（Ｄｙｎａｍｉｃｂｒａｋｅ）が広く用いられている。また、モータ駆動装置における通常時の制動動作のために、モータ駆動装置内のインバータの直流側を回生抵抗を介して短絡することでモータに減速トルクを発生させてモータを制動する回生ブレーキが広く用いられている。

一般に、ダイナミックブレーキ回路は、モータの入力端子間に設けられるダイナミックブレーキ回路用リレー（以下、単に「リレー」と称する。）と、これに直列に接続されたダイナミックブレーキ抵抗（ＤＢ抵抗）とからなる。ダイナミックブレーキをかける際には、モータへの駆動電力の供給を遮断した上で、リレーを閉成してモータの入力端子間（モータ巻線の相間）を短絡する。モータは電源から電気的に切り離されても界磁磁束が存在し、惰性により回転しているモータは発電機として働くため、これにより発生した電流は閉成されたリレーを介してダイナミックブレーキ抵抗に流れ込み、モータに減速トルクが発生する。このように、ダイナミックブレーキ回路によれば、モータの回転エネルギーはダイナミックブレーキ抵抗で速やかにジュール熱に変換されて消費され、その結果、ダイナミックブレーキをかけ始めてからモータが完全に停止するまでの距離である「惰走距離（制動距離）」を短くすることができる。

また、回生ブレーキ回路は、回生抵抗と、これに直列に接続されるスイッチとからなる。モータ駆動装置を構成するインバータは、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子とこれに逆並列に接続された還流ダイオードとのブリッジ回路として構成されるのが一般的である。回生ブレーキをかける際には、回生ブレーキ回路のスイッチをオンしてインバータの直流端子間を回生抵抗を介して短絡する。インバータの還流ダイオードを介してインバータの交流側から直流側に流入するエネルギーは、回生抵抗で消費され、モータに減速トルクが発生する。このように、回生ブレーキ回路によれば、モータの回転エネルギーは回生抵抗で速やかにジュール熱に変換されて消費され、その結果、回生レーキをかけ始めてからモータが完全に停止するまでの距離である「惰走距離（制動距離）」を短くすることができる。

ダイナミックブレーキ抵抗及び回生抵抗の抵抗値の大きさ、制動開始時のモータの回転速度、及びモータについて規定された各種パラメータによって、ダイナミックブレーキ時及び回生ブレーキ時においてモータの回転エネルギーを消費するのに要する時間が変わり、したがってモータの惰走距離も変わる。通常は、非常停止時やアラーム発生時などにおいてダイナミックブレーキをかけ始めてからモータが完全に停止するまでの惰走距離が最短となるようにダイナミックブレーキ回路が設計される。

しかしながら、ダイナミックブレーキ抵抗及び回生抵抗の抵抗値の大きさについては、ある程度「決め打ち」により設計することが多く、このような設計によるダイナミックブレーキ回路及び回生ブレーキ回路では、モータの惰走距離を最短化できているとは限らない。

一方で、制動開始時のモータの回転速度を考慮してモータの惰走距離を最短化する技術も知られている。

例えば、回転子に永久磁石を用いた同期式ＡＣサーボモータのダイナミックブレーキ装置において、サーボモータの電機子巻線に外部接続され上記サーボモータの回転数に応じた外部抵抗値が設定される可変手段を設けたことを特徴とする同期式ＡＣサーボモータのダイナミックブレーキ装置であって、回転数に応じた外部抵抗値が、ブレーキトルクが常に最大値となるよう設定されるダイナミックブレーキ装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開昭６２−１８１６８４号公報

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内に設けられるダイナミックブレーキ回路及び回生ブレーキ回路では、安全を確保するために、制動をかけ始めてからモータが完全に停止するまでの惰走距離が最短となるように設計される。しかしながら、モータの惰走距離が最短化されるダイナミックブレーキ及び回生ブレーキは必然的にダイナミックブレーキ抵抗及び回生抵抗において大きな発熱を伴うことから、ダイナミックブレーキ回路及び回生ブレーキ回路に大きな負担がかかり寿命低下の要因となる。

また、ダイナミックブレーキ回路及び回生ブレーキ回路によるモータに対する急激な制動は、モータ並びにこのモータが設けられた工作機械及びロボットに対しても大きな負担を与え、これら機器の寿命低下を招く。

また、回生ブレーキ回路に関しては、モータが通常動作している間は頻繁に回生ブレーキがかけられるため、これに耐えることができるよう高耐量の回生抵抗を用いるのが一般的である。これに対し、ダイナミックブレーキ回路に関しては、非常停止時やアラーム発生時などの異常時における急制動に対応できるようにするために、モータの高い回転エネルギーを速やかにジュール熱にできるよう高耐量のダイナミックブレーキ抵抗を用いるのが一般的である。しかしながら、非常停止やアラーム発生に伴う急制動が要求される頻度はそれほど多くない。また、モータに対する急制動開始時点で、モータが高い回転エネルギー（運動エネルギー）を有しているとは限らない。例えばモータが極低速で回転している状態からモータに急制動をかける場合もある。よって、ダイナミックブレーキ回路に高耐量のダイナミックブレーキ抵抗を設けても大抵の場合はその性能を持て余すことになり、効率が悪い。

したがって、機器に負担を与えずに安全を確保しながら効率よく制動をかけることができるダイナミックブレーキ回路及び回生ブレーキ回路を有するモータ駆動装置が望まれる。

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、直流電力をＤＣリンクへ供給する電源部と、ＤＣリンクにおける直流電力とモータの駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行うインバータと、ブレーキオン指令受信時にインバータの直流側を回生抵抗を介して短絡することでモータに減速トルクを発生させてモータを制動する回生ブレーキ回路と、ブレーキオン指令受信時にモータの入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗を介して短絡することでモータに減速トルクを発生させてモータを制動するダイナミックブレーキ回路と、モータの回転速度と、モータに関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力するブレーキ制御部とを備える。

本開示の一態様によれば、機器に負担を与えずに安全を確保しながら効率よく制動をかけることができるダイナミックブレーキ回路及び回生ブレーキ回路を有するモータ駆動装置を実現することができる。

本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。本開示の第１の実施形態における許容惰走距離の設定を説明する図であって、（Ａ）はモータに対する制動開始時のロボットを示し、（Ｂ）はモータに対する制動により停止させられたロボットを示す。目標抵抗値と回生ブレーキ回路のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路のオン時間割合との関係を例示する図である。本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第１の実施形態の第１の変形例によるモータ駆動装置を備えるモータ駆動システムを示す図である。本開示の第１の実施形態の第１の変形例における許容惰走距離の設定を説明する図であって、（Ａ）はモータに対する制動開始時のロボットを示し、（Ｂ）はモータに対する制動により停止させられたロボットを示す。本開示の第１の実施形態の第１の変形例によるモータ駆動装置を備えるモータ駆動システムにおける制動時の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第１の実施形態の第２の変形例によるモータ駆動装置を示す図である。本開示の第１の実施形態の第３の変形例によるモータ駆動装置を備えるモータ駆動システムを示す図である。本開示の第１の実施形態の第３の変形例における許容惰走距離の設定を説明する図であって、（Ａ）は通常動作時のロボットを示し、（Ｂ）は機械の可動部がエリアセンサの検知範囲に侵襲したときのロボットを示し、（Ｃ）はモータに対する制動により停止させられたロボットを示す。本開示の第１の実施形態の第３の変形例によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第３の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。目標抵抗値とモータの惰走時間とモータの想定惰走距離との関係を例示する図である。式４４及び式４５におけるｎ_bを計算するためのフローチャートである。本開示の第３の実施形態によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。

以下図面を参照して、回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路を有するモータ駆動装置について説明する。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。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

まず、本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。第１の実施形態では、制動する際にモータが惰走する距離が許容惰走距離以下になるように、回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路による制動動作が制御される。

図１は、本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。

一例として、モータ駆動装置１により、交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を制御する場合について示す。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。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。また、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。

第１の実施形態によるモータ駆動装置１は、電源部１１と、インバータ１２と、回生ブレーキ回路１３と、ダイナミックブレーキ回路１４と、ブレーキ制御部１５と、許容惰走距離設定部１６とを備える。

電源部１１は、直流電力をＤＣリンクへ供給する。図示の例では、電源部１１は、交流電源２とコンバータ１０１とで構成される。

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。図示の例では、一例として、交流電源２は三相としている。

コンバータ１０１は、交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する順変換器である。コンバータ１０１は、交流電源２から三相交流が供給される場合は三相ブリッジ回路で構成され、交流電源２から単相交流が供給される場合は単相ブリッジ回路で構成される。コンバータ１０１の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、及びＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。例えば、コンバータ１０１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、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、上位制御装置（図示せず）から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。

なお、「ＤＣリンク」とは、コンバータ１０１の直流出力側と後述するインバータ１２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」、「直流母線」あるいは「直流中間回路」などとも別称されることもある。ＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサ１０３が設けられる。ＤＣリンクコンデンサ１０３は、ＤＣリンクにおいてエネルギー（直流電力）を蓄積する機能及びコンバータ１０１の直流側の出力の脈動分を抑える機能を有する。ＤＣリンクコンデンサ１０３に電荷が充電されることにより、ＤＣリンクに直流電力が蓄積されることになる。

また、代替例として、電源部１１をバッテリなどの直流電源で実現してもよい。この場合は、後述するインバータ１２は、直流電源から供給された直流電力をモータ３を駆動するための交流電力に変換して出力する。

インバータ１２は、ＤＣリンクにおける直流電力とモータ３の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行う。図示の例では、モータ３は三相交流モータであるので、インバータ１２は、三相ブリッジ回路として構成される。モータ３が単相モータである場合はインバータ１２は、単相ブリッジ回路として構成される。インバータ１２の例としては、内部に半導体スイッチング素子を備えるＰＷＭインバータなどがある。インバータ１２がＰＷＭインバータで構成される場合は、半導体スイッチング素子及びこれに逆並列に接続された還流ダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、半導体スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、ＳｉＣ、トランジスタなどがあるが、半導体スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。

モータ駆動装置１は、一般的なモータ駆動装置と同様、インバータ１２の電力変換動作を制御するためのモータ制御部（図示せず）を備える。モータ制御部は、エンコーダ１８を介して取得されるモータ３の回転速度（速度フィードバック）、モータ３の巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するための電力変換指令を生成する。モータ制御部によって作成された電力変換指令に基づいて、インバータ１２による電力変換動作が制御される。より詳細には、インバータ１２は、モータ制御部から受信したスイッチング指令に基づき内部の半導体スイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンクを介して電源部１１から供給される直流電力を、モータ３を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、モータ３は回転駆動することになる。また、モータ３の減速時には回生電力が発生することがあるが、モータ制御部から受信した駆動指令に基づき内部の半導体スイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ３で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻す（順変換動作）。モータ制御部は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。この場合、例えば、ＣＰＵやＭＰＵＤＳＰなどの演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能を実現することができる。またあるいは、モータ制御部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として実現してもよい。

回生ブレーキ回路１３は、回生抵抗２１と、この回生抵抗２１に直列に接続される第１のスイッチ２２とを有する。図示のように、回生抵抗２１と第１のスイッチ２２とからなる直列回路は、インバータ１２の直流側の正負の直流端子間に設けられる。回生抵抗２１にはダイオードが並列に接続される。第１のスイッチ２２は、リレーや半導体スイッチング素子などで構成され、後述するブレーキ制御部１５により生成されるブレーキ指令によりオンオフが制御される。回生ブレーキ回路１３によりモータ３を制動する際は、回生ブレーキ回路１３において第１のスイッチ２２をオンしてインバータ１２の直流端子間を回生抵抗２１を介して短絡する。インバータ１２の還流ダイオードを介してインバータ１２の交流側から直流側に流入するエネルギーは、回生抵抗２１でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。この減速トルクによりモータ３を制動し、最終的にはモータ３を停止させる。

ダイナミックブレーキ回路１４は、ダイナミックブレーキ（ＤＢ）抵抗２３と、このダイナミックブレーキ抵抗２３に直列に接続される第２のスイッチ２４とを有する。図示のように、ダイナミックブレーキ抵抗２３と第２のスイッチ２４とからなる直列回路は、モータ３の入力端子間（モータ３の巻線の相間）に設けられる。第２のスイッチ２４は、リレーや半導体スイッチング素子などで構成され、後述するブレーキ制御部１５により生成されるブレーキ指令によりオンオフが制御される。ダイナミックブレーキ回路１４によりモータ３を制動する際は、インバータ１２によるモータ３への駆動電力の供給を遮断した上で、ダイナミックブレーキ回路１４において第２のスイッチ２４をオンしてモータ３の入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗２３を介して短絡する。モータ３は電源から電気的に切り離されても界磁磁束が存在し、惰性により回転しているモータ３は発電機として働くため、これにより発生した電流はオンした第２のスイッチ２４を介してダイナミックブレーキ抵抗２３に流れ込み、ダイナミックブレーキ抵抗２３でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。この減速トルクによりモータ３を制動し、最終的にはモータ３を停止させる。

ブレーキ制御部１５は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力する。ブレーキ制御部１５による回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４に対する制御の詳細については後述する。

なお、ブレーキ制御部１５による制御に用いられるモータ３の回転速度は、図示の例では、モータ３に取り付けられたエンコーダ１８によって取得される。この代替例として、ブレーキ制御部１５による制御に用いられるモータ３の回転速度として、予め規定された一定値を設定してもよく、この場合はエンコーダ１８は省略される。

例えば、モータ３に対して予め規定された最大回転速度（一定値）を、ブレーキ制御部１５による制御に用いられるモータ３の回転速度として設定してもよい。モータ３の最大回転速度は、例えば、モータ３に対して許容される最大回転速度としてモータ３の仕様書に規定されたものであってもよく、あるいは、モータ駆動装置１にてモータ３を実際に駆動する際にとり得る最大回転速度であってもよい。モータ３のとり得るあらゆる回転速度のうち最大回転速度からの制動が、最も安全を確保するのが難しい状況であるといえるので、モータ３の最大回転速度を、ブレーキ制御部１５による制御に用いれば、確実に安全を確保することができる。

また例えば、モータ３が一定速度で回転する状態が多い機械においては、モータ駆動装置１にてモータ３を実際に駆動する際において最もとり得る一定値の回転速度を、ブレーキ制御部１５による制御に用いられるモータ３の回転速度として設定してもよい。この場合、例えばエンコーダ１８を用いる必要がないので、低コストで本実施形態を実現することができる。

許容惰走距離設定部１６は、モータ３とモータ３が駆動する可動部とを備えた機械において予め規定された可動部の可動領域と、モータ３の制動開始時における可動部の位置とに基づいて、モータ３を制動する際にモータ３に対して許容される許容惰走距離を設定する。

図２は、本開示の第１の実施形態における許容惰走距離の設定を説明する図であって、（Ａ）はモータに対する制動開始時のロボットを示し、（Ｂ）はモータに対する制動により停止させられたロボットを示す。ここでは、モータ駆動装置１及びこれにより駆動されるモータ３（図２では図示せず）が設けられたロボット１０００を例にとり説明する。ロボット１０００の可動部であるアーム２００の可動領域が予め規定されている場合、通常は、ロボット１０００の外部の物体である障害物５００は、安全を確保するために、ロボット１０００の可動部であるアーム２００の可動領域の外側に位置する。障害物５００の例としては、人、柵、他のロボット、工作機械、あるいは各種機器などがある。図２において、可動部であるアーム２００の可動領域の境界線を点線で示す。本開示の第１の実施形態では、許容惰走距離を、アーム２００の可動領域と制動開始時におけるアーム２００の位置との間の距離以下の値に設定する。許容惰走距離は、可動部であるアーム２００の可動領域の境界線（図２において点線で示す。）と制動開始時におけるアーム２００の位置との間の距離以下の値に設定すればよく、例えば、アーム２００の可動領域の境界線と制動開始時におけるアーム２００の位置との間の距離を許容惰走距離に設定してもよく、あるいは多少余裕をもって、アーム２００の可動領域の境界線と制動開始時におけるアーム２００の位置との間の距離に所定のマージンを加えた距離を設定してもよい。いずれの場合においても、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４による制動完了時にはアーム２００は可動領域の内方（すなわち、ロボット１０００の本体に近い方）に停止する。なお、モータ３の回転動作によりアーム２００は３次元的な動きをするので、アーム２００自体の可動距離はモータ３の回転方向の距離とは、数値的には一致していないが、一対一の対応関係がある。したがって、許容惰走距離設定部１６では、モータ３の回転方向との距離とモータ３が当該回転を行ったときのアーム２００の可動距離との関係を表す計算式を例えばアーム２００の長さやギア比を考慮して事前に求めておき、この計算式を用いてアーム２００の可動領域をモータ３の回転方向の距離に換算し、許容惰走距離を設定すればよい。後述する第２及び第３の実施形態についても許容惰走距離設定部１６では同様の換算処理が行われる。

図２（Ａ）に示すようにロボット１０００の動作時に例えば作業者により非常停止ボタンが操作された場合、ブレーキ制御部１５による制御に従い、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４（図２では図示せず）は、モータ３に対する制動を開始する。許容惰走距離設定部１６は、制動開始時におけるアーム２００の位置に関する情報をロボット１０００の制御装置（図示せず）から取得し、アーム２００について予め規定された可動領域と制動開始時におけるアーム２００の位置とに基づいて許容惰走距離を設定する。許容惰走距離は、例えばアーム２００の可動領域の境界線と制動開始時におけるアーム２００の位置との間の距離以下の値に設定される。ブレーキ制御部１５は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、回生抵抗２１の抵抗値と、ダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値とに基づいて、制動する際にモータ３が惰走する距離が許容惰走距離以下になるように、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力する。ブレーキオン指令を受信した回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４は、モータ３に対して回生ブレーキ及び／またはダイナミックブレーキをかける。これにより、モータ３は惰走しつつも徐々に減速し、最終的には図２（Ｂ）に示すようにアーム２００は許容惰走距離に達して停止する。よって、本開示の第１の実施形態によれば、ロボット１０００の非常停止の際、アーム２００が障害物５００と衝突することがないので安全が確保される。また、設定された許容惰走距離が、モータ３が取り得る最短の惰走距離よりも長い距離であれば、モータ３の惰走距離が最短である場合に比べ、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４にかかる負担を軽減することができ、さらには、回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路１４によるモータ３に対する急激な制動を回避することができるので、モータ３及びモータ３が設けられたロボット１０００に係る負担を軽減することができる。したがって、回生ブレーキ回路１３、ダイナミックブレーキ回路１４、モータ３、及びロボット１０００の長寿命化を図ることも可能である。

なお、ロボット１０００が多関節ロボットである場合、ロボット１０００内には複数のモータ３が設けられる。ここで、多関節ロボットであるロボット１０００のアーム２００を構成する個々の部位をアームセグメントと称する。複数のアームセグメントの各々を駆動するためにモータ３が複数設けられる。ロボット１０００が多関節ロボットである場合、アームセグメントがそれぞれ３次元的に動作することで、結果としてアーム２００の先端が３次元的に動作する。アーム２００の先端部分の可動方向及び可動距離は、アームセグメントの各々の可動方向及び可動距離を合成したものとなる。この場合、許容惰走距離設定部１６は、許容惰走距離を、ロボット１０００内の複数のモータ３の各々により駆動される複数の可動部（アームセグメント）のうちの少なくとも１つの可動部（アームセグメント）について予め規定された可動領域と当該少なくとも１つの可動部（アームセグメント）の制動開始時の位置とに基づいて設定するようにしてもよい。例えば、アーム２００を構成する複数のアームセグメントのうち、中間付近に位置するアームセグメントの可動領域が大きいような場合、許容惰走距離を、当該中間付近に位置するアームセグメントについて規定された可動領域と当該中間付近に位置するアームセグメントの制動開始時の位置とに基づいて設定するようにしてもよい。また例えば、アーム２００を構成する複数のアームセグメントのうち、可動領域が最も大きいアームセグメントについて規定された可動領域と、当該アームセグメントの制動開始時の位置とに基づいて設定するようにしてもよい。また例えば、アーム２００を構成する複数のアームセグメントのうち、障害物５００に最も近づくような可動領域を有するアームセグメントについて規定された可動領域と障害物５００に最も近づくアームセグメントの制動開始時の位置とに基づいて設定するようにしてもよい。また例えば、許容惰走距離の設定の際には、アームセグメントの長さ、アームセグメントの可動方向、あるいはアームセグメントの可動速度などを適宜考慮してもよい。

続いて、ブレーキ制御部１５による回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４に対する制御について、より詳細に説明する。

第１の実施形態では、ブレーキ制御部１５は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、回生抵抗２１の抵抗値と、ダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値とに基づいて、制動する際にモータ３が惰走する距離が許容惰走距離以下になるように、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力する。

上述のように、回生ブレーキ回路１３では回生抵抗２１にエネルギーを消費させることでモータ３を制動し、ダイナミックブレーキ回路１４ではダイナミックブレーキ抵抗２３にエネルギーを消費させることでモータ３を制動する。制動する際にモータ３が惰走する距離は、回生抵抗２１の抵抗値及びダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値の大きさ如何によって変わる。そこで、第１の実施形態では、回生ブレーキ回路１３によりモータ３を制動する時間とダイナミックブレーキ回路１４によりモータ３を制動する時間とを適宜組み合わせることによって、制動する際にモータ３が惰走する距離が許容惰走距離以下になるようにする。

ここで、制動する際にモータ３が惰走する距離及び時間については、以下のように導出することができる。以下、各数式において、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離をｓ［ｍ］、モータ３の機械摩擦をＴ_f［ｋｇｍ²］、ロータ慣性モーメントをＪ［ｋｇｍ²］、回転角周波数をω［ｒａｄ／ｓｅｃ］、トルク定数をＫ_t［Ｎ・ｍ／Ａｐ］、逆起電力定数をＫ_v［Ｖｓｅｃ／ｒａｄ］、モータ極数をｐ、モータインダクタンスをＬ［Ｈ］とする。また、制動開始時点のモータ３の回転速度をＮ₀［ｒｏｔａｔｉｏｎ／ｍｉｎ］、回生抵抗２１の抵抗値をＲ_DC［Ω］、ダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値をＲ_DB［Ω］、モータ巻線抵抗の抵抗値をＲ_m［Ω］とする。

例えば、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のみをオンしてモータ３を制動する場合と、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のみをオンしてモータ３を制動する場合と、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２とダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４とを同時にオンしてモータ３を制動する場合とでは、モータ３の制動のためのエネルギー消費に寄与する抵抗値の大きさは異なる。ここで、モータ３の制動のためのエネルギー消費に寄与する抵抗を、エネルギー消費寄与抵抗と称し、その値Ｒ［Ω］と規定する。

回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のみをオンしてモータ３を制動する場合、エネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］は、式１のように表される。

ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のみをオンしてモータ３を制動する場合、エネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］は、式２のように表される。

回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２とダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４とを同時にオンしてモータ３を制動する場合、エネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］は、式３のように表される。

ここで、数式をより簡明にするために、式３〜式９に示すように定数Ａ、定数Ｂ、定数α、定数β、定数δ、及び定数γを導入する。

制動開始時点のモータ３の回転角周波数ω₀［ｒａｄ／ｓｅｃ］は、式１０のように表される。

制動開始時点のモータ３の回転角周波数ω₀からある回転角周波数ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］になるまでの時間ｔ［ｓｅｃ］は、下記のように導出することができる。

モータ３の例えばＵ相のステータ電圧ｅ_Iは、式１１のように表される。

モータ３のＵ相のステータ電流ｉ_Iとしたとき、モータ３のＵ相について式１２のような回路方程式が成り立つ。

Ｄを微分演算子としたとき、式１２は式１３のように表すことができる。

Ｃ、Ｘ及びＹを定数としたとき、式１３の一般解は式１４のように表される。

ここで、モータ３のＵ相のステータ電流ｉ_Iは周期関数であることから式１５が成り立つ。

よって、Ｃ＝０が成り立ち、式１４は、式１６のように変形される。

式１６を式１２に代入して整理した式を、式１１と比較することで、式１７及び式１８が得られる。

ここで、Ｘ及びＹは、式１９及び式２０のように表される。

式１４〜式２０を整理すると、モータ３のＵ相のステータ電流ｉ_Iは式２２のように表すことができる。

ここで、αは式２２のように表される。

モータ３のＶ相のステータ電圧ｅ_II及びステータ電流ｉ_II並びにＷ相のステータ電圧ｅ_III及びステータ電流ｉ_IIIはそれぞれ、式２２で表されるモータ３のＶ相のステータ電流ｉ_Iに対して位相が±２／３πずれている。よって、ステータ電力Ｐは式２３のように表すことができる。

ここで、トルク定数Ｋ_t［Ｎ・ｍ／Ａｐ］と逆起電力定数Ｋ_v［Ｖｓｅｃ／ｒａｄ］との間で式２４で表される関係が成り立つ。

ここで、式２２を変形すると、式２５で表されるｃｏｓαが得られる。

よって、ステータ電力Ｐは、式２６のように表すことができる。

モータ３のステータに与えられたエネルギーは、モータ３のロータのエネルギーに等しいので、「トルク×角度＝電力×時間」が成り立ち、すなわち式２７が成り立つ。

式２７に式２６で表されるステータ電力Ｐを代入すると、トルクＴ［Ｎ］は式２８のように表すことができる。

モータ３のロータの運動方程式は式２９のように表される。

式２９に式２８を代入すると、式３０が得られる。

式３０を整理すると、式３１が得られる。

式３０において、Ａは式４で表され、Ｂは式５で表され、δは式８で合わされ、γは式９で表される。

式３１を整理すると、式３２が得られる。

ここで、式３２を積分すると、式３３が得られる。ここで、Ｃ１を積分定数とする。

制動開始時点であるｔ＝０のときのモータ３の回転角速度ω₀を式３３に代入すると、式３４が得られる。

式３４において、制動開始時点のモータ３の回転角周波数ω₀［ｒａｄ／ｓｅｃ］は式１０のように表される。

よって、制動開始時点のモータ３の回転角周波数ω₀からある回転角周波数ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］になるまでの時間ｔ［ｓｅｃ］は、式３４を式３３に代入して整理することにより、式３５のように表すことができる。

式３５の回転角周波数ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］にゼロ（０）を代入すると、式３６に示すような、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに要する時間として規定される惰走時間ｔ_ω=0［ｓｅｃ］を求めることができる。

式３６に基づき、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］を式３７のように求めることができる。

式４〜式９に示される各定数にはエネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］が含まれるので、式３７で示されるモータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］は、エネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］の関数として表されることが分かる。説明をより簡明にするために、式３７で示されるモータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］を、式３８に示すようにエネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］を変数とする関数ｇ（Ｒ）で表す。

式３８の逆関数は、式３９で示される。

よって、式３９より、式３７で示すモータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離がｓ［ｍ］となるような、エネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］を求めることができる。第１の実施形態では、ブレーキ制御部１５は、式３９に従い、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離設定部１６で設定された許容惰走距離以下となるようなエネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］を、「目標抵抗値」として算出する。ブレーキ制御部１５は、この目標抵抗値を算出するための目標抵抗値計算部３１を有する。

式１〜式３に示すように、惰走時間中に回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４の各オン時間の長さや、単独のスイッチをオンするか同時に２つのスイッチをオンするかなどによって、エネルギー消費寄与抵抗の抵抗値の大きさは異なる。上述のように、本実施形態では、エネルギー消費寄与抵抗の抵抗値Ｒ［Ω］を、「目標抵抗値」として利用する。目標抵抗値Ｒ［Ω］と惰走時間に対する回生ブレーキ回路１３のオン時間割合及びダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合との関係については、モータ駆動装置１の実際の運用の前に、予めに計算しておきこれを記憶部１９に記憶しておく。記憶部１９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。ブレーキ制御部１５は、記憶部１９から、目標抵抗値計算部３１が計算した目標抵抗値を得ることができる回生ブレーキ回路１３のオン時間とダイナミックブレーキ回路１４のオン時間との組み合わせを読み出し、これに基づいてブレーキオン指令を生成する。ブレーキ制御部１５は、ブレーキオン指令生成のためのブレーキ指令生成部３２を有する。

図３は、目標抵抗値と回生ブレーキ回路のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路のオン時間割合との関係を例示する図である。一例として、回生抵抗２１の抵抗値が５［Ω］、ダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値が１［Ω］である場合について説明する。また、モータ３の巻線抵抗の抵抗値Ｒ_m［Ω］は、一般に回生抵抗２１の抵抗値Ｒ_DC［Ω］及びダイナミックブレーキ抵抗Ｒ_DB［Ω］よりも小さいので、ここでは説明を簡明なものとするために、図３においてモータ３の巻線抵抗の抵抗値Ｒ_m［Ω］は無視している。

例えば、パターン１は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合いずれについても惰走時間に対して１００％を設定した場合である。この場合、惰走時間中、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４が同時にオンしているので、回生抵抗２１とダイナミックブレーキ抵抗２３との合成抵抗値である０．８３３（＝５／６）［Ω］が目標抵抗値として得られる。

また例えば、パターン２は、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合を惰走時間に対して１００％を設定した場合である。この場合、惰走時間中、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のみがオンしているのでダイナミックブレーキ抵抗２３との抵抗値である１［Ω］がそのまま目標抵抗値となる。

また例えば、パターン３は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のオン時間割合を惰走時間に対して７５％に設定し、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合を惰走時間に対して２５％を設定した場合である。この場合、２（＝１×０．７５＋５×０．２５）［Ω］が目標抵抗値として得られる。

また例えば、パターン４は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のオン時間割合を惰走時間に対して５０％に設定し、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合を惰走時間に対して５０％を設定した場合である。この場合、３（＝１×０．５＋５×０．５）［Ω］が目標抵抗値として得られる。

また例えば、パターン５は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のオン時間割合を惰走時間に対して４８％に設定し、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合を惰走時間に対して５２％を設定した場合である。この場合、目標抵抗値は、３（＝１×０．４８＋５×０．５２）［Ω］が目標抵抗値として得られる。よって、パターン４及びパターン５は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間は異なっても同じ目標抵抗値を示している。

また例えば、パターン６は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のオン時間割合を惰走時間に対して２５％に設定し、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合を惰走時間に対して７５％を設定した場合である。この場合、目標抵抗値は、４（＝１×０．２５＋５×０．７５）［Ω］が目標抵抗値として得られる。

また例えば、パターン７は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のオン時間割合を惰走時間に対して１００％を設定した場合である。この場合、惰走時間中、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のみがオンしているので回生抵抗２１との抵抗値である５［Ω］がそのまま目標抵抗値となる。

このように、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４の各オン時間割合を適宜組み合わせれば、様々な大きさの目標抵抗値を設定することができる。図３に示す例では、５［Ω］の回生抵抗２１の抵抗値と、１［Ω］のダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値とにより、０．８３３（＝５／６）［Ω］から５［Ω］の目標抵抗値を設定することができる。回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合の組み合わせパターンの種類が多いほど、より細かな刻みで目標抵抗値を設定することができる。

目標抵抗値計算部３１による目標抵抗値の計算に必要な上述の各パラメータについては、記憶部１９に予め記憶しておく。また、目標抵抗値Ｒ［Ω］と回生ブレーキ回路１３のオン時間とダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合との関係についても、モータ駆動装置１の実際の運用の前に、予めに計算しておきこれを記憶部１９に記憶しておく。目標抵抗値Ｒ［Ω］と回生ブレーキ回路１３のオン時間とダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合との関係を計算するにあたっては、モータ３の巻線抵抗の抵抗値Ｒ_m［Ω］は、モータ３の巻線抵抗の抵抗値Ｒ_m［Ω］は無視してもよく、あるいは考慮してもよい。

ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離設定部１６で設定された許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。

ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１により算出された目標抵抗値が得られるような回生ブレーキ回路１３のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合との組み合わせを、記憶部１９から読み出し、読み出されたこれらオン時間割合に基づいて回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成する。上述のように記憶部１９に記憶された回生ブレーキ回路１３のオン時間割合及びダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合は、惰走時間に対する割合を示している。そこで、ブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１における計算処理において用いられた式３６に基づき算出された惰走時間を取得し、この惰走時間を、記憶部１９に記憶された回生ブレーキ回路１３のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合とで案分して、回生ブレーキ回路１３による実際の制動時間とダイナミックブレーキ回路１４による実際の制動時間とを決定する。

例えば図３に示すような目標抵抗値と回生ブレーキ回路のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路のオン時間割合との関係が記憶部１９に記憶されている場合において、作業者により非常停止ボタンが操作されたときに目標抵抗値計算部３１が算出した惰走時間が１［ｓｅｃ］であり目標抵抗値が２［Ω］である場合、ブレーキ指令生成部３２は記憶部１９からパターン３を読み出す。パターン３は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２のオン時間割合は２５％であり、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合は７５％であるので、ブレーキ指令生成部３２は、惰走時間１［ｓｅｃ］のうち、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２に対してはブレーキオン指令を０．２５［ｓｅｃ］だけ出力し、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４に対してはブレーキオン指令を０．７５［ｓｅｃ］だけ出力する。

また例えば図３に示すような目標抵抗値と回生ブレーキ回路のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路のオン時間割合との関係が記憶部１９に記憶されている場合において、作業者により非常停止ボタンが操作されたときに目標抵抗値計算部３１が算出した惰走時間が３［ｓｅｃ］であり目標抵抗値が０．８３３［Ω］である場合、ブレーキ指令生成部３２は記憶部１９からパターン１を読み出す。パターン１は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４のオン時間割合はともに１００％であるので、ブレーキ指令生成部３２は、惰走時間３［ｓｅｃ］の間、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２及びダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４の両方に対してブレーキオン指令を出力する。

また例えば図３に示すような目標抵抗値と回生ブレーキ回路のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路のオン時間割合との関係が記憶部１９に記憶されている場合において、作業者により非常停止ボタンが操作されたときに目標抵抗値計算部３１が算出した惰走時間が２［ｓｅｃ］であり目標抵抗値が３［Ω］である場合、ブレーキ指令生成部３２は、記憶部１９からパターン４またはパターン５を読み出す。目標抵抗値が３［Ω］であるのならば、ブレーキ指令生成部３２はパターン４またはパターン５のどちらを読み出してもよい。例えば、ブレーキ指令生成部３２がパターン５を読み出した場合、惰走時間２［ｓｅｃ］の間、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２に対してはブレーキオン指令を１．０４［ｓｅｃ］だけ出力し、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４に対してはブレーキオン指令を０．９６［ｓｅｃ］だけ出力する。

なお、ブレーキ指令生成部３２がブレーキオン指令を出力する順番は特に限定されない。また、ブレーキ指令生成部３２が決定したブレーキオン指令が出力される時間は、分割されてもよい。

例えば図３に示すような目標抵抗値と回生ブレーキ回路のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路のオン時間割合との関係が記憶部１９に記憶されている場合において、目標抵抗値計算部３１が算出した惰走時間が１［ｓｅｃ］であり目標抵抗値が２［Ω］である場合、記憶部１９からパターン３を読み出したブレーキ指令生成部３２は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２に対してブレーキオン指令を０．２５［ｓｅｃ］だけ出力した後、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４に対してブレーキオン指令を０．７５［ｓｅｃ］だけ出力してもよく、あるいはその逆の順で出力されてもよい。また例えば、記憶部１９からパターン３を読み出したブレーキ指令生成部３２は、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２に対してブレーキオン指令を０．１５［ｓｅｃ］だけ出力した後、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４に対してブレーキオン指令を０．６５［ｓｅｃ］だけ出力し、その後、回生ブレーキ回路１３の第１のスイッチ２２に対してブレーキオン指令を０．１０［ｓｅｃ］だけ出力した後、ダイナミックブレーキ回路１４の第２のスイッチ２４に対してブレーキオン指令を０．１０［ｓｅｃ］だけ出力してもよい。

なお、回生抵抗２１の抵抗値Ｒ_DCとダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値Ｒ_DBの大きさに違いがありすぎると、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４を同時に動作させなければならないにもかかわらず抵抗値の小さい方にのみ電流が流れるといった事態が発生する可能性がある。したがって、回生抵抗２１の抵抗値Ｒ_DCとダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値Ｒ_DBとは、ある程度値が近い方が好ましい。

図４は、本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。

モータ駆動装置１によりモータ３の駆動を制御している状態において（ステップＳ１０１）、ステップＳ１０２において、モータ駆動装置１は、非常停止ボタンが操作されたか否かを判定する。

ステップＳ１０２において非常停止ボタンが操作されたと判定された場合、ステップＳ１０３において、モータ３に設けられたエンコーダ１８は、モータ３の回転速度を取得する。エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度は、ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１へ送られる。また、許容惰走距離設定部１６は、制動開始時（非常停止ボタン操作時）におけるアーム２００の位置に関する情報をロボット１０００の制御装置から取得し、アーム２００について予め規定された可動領域と制動開始時におけるアーム２００の位置とに基づいて許容惰走距離を設定する。設定された許容惰走距離は、目標抵抗値計算部３１へ送られる。

ステップＳ１０４において、ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離設定部１６で設定された許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。目標抵抗値計算部３１で計算された目標抵抗値は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。目標抵抗値計算部３１における計算処理において用いられた式３６に基づき算出された惰走時間についても、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

ステップＳ１０５において、ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１により算出された目標抵抗値が得られるような回生ブレーキ回路１３のオン時間割合とダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合とを記憶部１９から読み出す。そして、ブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１から取得された惰走時間をこれらオン時間割合で案分して、回生ブレーキ回路１３による実際の制動時間とダイナミックブレーキ回路１４による実際の制動時間とを決定する。ブレーキ指令生成部３２は、決定したこれら制動時間に基づいて、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成する。

ステップＳ１０６において、回生ブレーキ回路１３は、ブレーキオン指令受信時において第１のスイッチ２２をオンしてインバータ１２の直流端子間を回生抵抗２１を介して短絡する。インバータ１２の還流ダイオードを介してインバータ１２の交流側から直流側に流入するエネルギーは、回生抵抗２１でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。また、ダイナミックブレーキ回路１４は、ブレーキオン指令受信時において第２のスイッチ２４をオンしてモータ３の入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗２３を介して短絡する。モータ３は電源から電気的に切り離されても界磁磁束が存在し、惰性により回転しているモータ３は発電機として働くため、これにより発生した電流はオンし第２のスイッチ２４を介してダイナミックブレーキ抵抗２３に流れ込み、ダイナミックブレーキ抵抗２３でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。モータ３は、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４により制動されると、惰走時間経過後、停止する。

続いて、本開示の第１の実施形態の第１の変形例によるモータ駆動装置を備えるモータ駆動システムについて説明する。第１の実施形態の第１の変形例では、モータが設けられた機械内のモータにより駆動される可動部に距離センサが設けられる。そして、回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路によりモータを制動する際にモータに対して許容される許容惰走距離が、距離センサにより測定された可動部と障害物との間の距離に基づいて設定される。

図５は、本開示の第１の実施形態の第１の変形例によるモータ駆動装置を備えるモータ駆動システムを示す図である。また、図６は、本開示の第１の実施形態の第１の変形例における許容惰走距離の設定を説明する図であって、（Ａ）はモータに対する制動開始時のロボットを示し、（Ｂ）はモータに対する制動により停止させられたロボットを示す。

第１の実施形態においては、モータ駆動システムは、モータ駆動装置１と、モータ３及びモータ３が駆動する可動部を備えた機械（ロボット１０００）と、距離センサ４１とを備える。

距離センサ４１は、モータ３が設けられた機械（図６に示す例ではロボット１０００）内のモータ３により駆動される可動部（図６に示す例ではアーム２００）に設けられ、可動部とロボット１０００の外部の物体である障害物５００との間の距離を測定する。障害物５００の例としては、人、柵、他のロボットもしくは工作機械、あるいは各種機器などがある。距離センサ４１は、可動部であるアーム２００の可動方向のうちロボット１０００の本体から最も離れていく方向に位置するように、アーム２００上に設けられるのが好ましい。例えば、可動部であるアーム２００の先端や、アーム２００の側面などに距離センサ４１を設けることができる。なお、距離センサ４１は、測定対象との間の距離を測定することができるものであればよく、例えば画像処理により距離を測定するセンサ、レーザ光の反射により距離を測定するセンサ、あるいは、マイクロ波を用いたドップラーセンサなどがある。

許容惰走距離設定部１６は、許容惰走距離を、制動開始時に距離センサ４１により測定されたアーム２００と障害物５００との間の距離に基づいて設定する。

距離センサ４１及び許容惰走距離設定部１６以外の各構成は、図１を参照して説明した第１の実施形態における構成と同様である。

以下、モータ駆動装置１及びこれにより駆動されるモータ３（図６では図示せず）が設けられたロボット１０００を例にとり、第１の実施形態の第１の変形例における非常停止時のダイナミックブレーキ動作について説明する。図６（Ａ）に示すようにロボット１０００の動作時に例えば作業者により非常停止ボタンが操作された場合、可動部であるアーム２００の先端に設けられた距離センサ４１は、当該距離センサ４１（すなわちアーム２００の先端）と障害物５００との間の距離を測定する。距離センサ４１により測定された距離は許容惰走距離設定部１６へ送られる。許容惰走距離設定部１６は、許容惰走距離を、制動開始時に距離センサ４１により測定された距離に基づいて設定する。許容惰走距離は、制動開始時に距離センサ４１により測定された距離以下の値に設定されればよく、例えば距離センサ４１が測定した距離に設定してもよく、あるいは多少余裕をもって距離センサ４１が測定した距離よりも短い距離に設定してもよい。なお、許容惰走距離設定部１６による許容惰走距離の設定の際には、第１の実施形態と同様、モータ３の回転方向との距離とモータ３が当該回転を行ったときのアーム２００の可動距離との関係を表す計算式を例えばアーム２００の長さやギア比を考慮して事前に求めておき、この計算式を用いてアーム２００の可動領域をモータ３の回転方向の距離に換算し、許容惰走距離を設定する処理が行われる。作業者による非常停止ボタンの操作により、モータ駆動装置１内の回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４（図６では図示せず）は、モータ３に対する制動を開始する。ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離設定部１６で設定された許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１により算出された目標抵抗値に対応する回生ブレーキ回路１３のオン時間割合及びダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合を記憶部１９から読み出し、目標抵抗値計算部３１から取得された惰走時間に基づいて、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成する。ブレーキオン指令を受信した回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４は、モータ３に対して回生ブレーキ及び／またはダイナミックブレーキをかける。これにより、モータ３は惰走しつつも徐々に減速し、最終的には図６（Ｂ）に示すようにアーム２００は許容惰走距離に達して停止する。よって、本開示の第１の実施形態の第１の変形例によれば、ロボット１０００の非常停止の際、アーム２００が障害物５００と衝突することがないので安全が確保される。また、設定された許容惰走距離が、モータ３が取り得る最短の惰走距離よりも長い距離であれば、モータ３の惰走距離が最短である場合に比べ、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４にかかる負担を軽減することができ、さらには、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４によるモータ３に対する急激な制動を回避することができるので、モータ３及びモータ３が設けられたロボット１０００に係る負担を軽減することができる。したがって、回生ブレーキ回路１３、ダイナミックブレーキ回路１４、モータ３、及びロボット１０００の長寿命化を図ることも可能である。

なお、ロボット１０００が多関節ロボットである場合、ロボット１０００内の複数のモータ３の各々により駆動される複数の可動部であるアームセグメントの各々に距離センサ４１を設け、許容惰走距離設定部１６は、許容惰走距離を、複数の距離センサ４１のうちの少なくとも１つの距離センサ４１により測定された距離に基づいて設定するようにしてもよい。例えば、アーム２００を構成するアームセグメントの各々に設けられた距離センサ４１が測定した障害物５００との間の距離のうち、最も短い距離を、許容惰走距離に設定してもよい。また例えば、アーム２００を構成する複数のアームセグメントのうち、可動領域が最も大きいアームセグメントにのみ距離センサ４１を設置し、この距離センサ４１が測定した距離に基づいて許容惰走距離を設定するようにしてもよい。また例えば、アーム２００を構成する複数のアームセグメントのうち、障害物５００に最も近づくような可動領域を有するアームセグメントにのみ距離センサ４１を設置し、この距離センサ４１が測定した距離に基づいて許容惰走距離を設定するようにしてもよい。また例えば、許容惰走距離の設定の際には、アームセグメントの長さ、アームセグメントの可動方向、あるいはアームセグメントの可動速度などを適宜考慮してもよい。

図７は、本開示の第１の実施形態の第１の変形例によるモータ駆動装置を備えるモータ駆動システムにおける制動時の動作フローを示すフローチャートである。

モータ駆動装置１によりモータ３の駆動を制御している状態において（ステップＳ２０１）、ステップＳ２０２において、モータ駆動装置１は、非常停止ボタンが操作されたか否かを判定する。

ステップＳ２０２において非常停止ボタンが操作されたと判定された場合、ステップＳ２０３において、距離センサ４１は、モータ３が設けられた機械（図５に示す例ではロボット１０００）内のモータ３により駆動される可動部と障害物５００との間の距離を測定する。距離センサ４１により測定された距離は許容惰走距離設定部１６へ送られる。

ステップＳ２０４において、許容惰走距離設定部１６は、許容惰走距離を、制動開始時に距離センサ４１により測定された距離に基づいて設定する。設定された許容惰走距離は、目標抵抗値計算部３１へ送られる。

ステップＳ２０５において、モータ３に設けられたエンコーダ１８は、モータ３の回転速度を取得する。エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度は、ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１へ送られる。

なお、ステップＳ２０４における許容惰走距離設定部１６による許容惰走距離設定処理と、ステップＳ２０５におけるエンコーダ１８による回転速度検出処理とは、順序を入れ替えて実行してもよい。

ステップＳ２０６において、ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離設定部１６で設定された許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。目標抵抗値計算部３１で計算された目標抵抗値は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。目標抵抗値計算部３１における計算処理において用いられた式３６に基づき算出された惰走時間についても、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

ステップＳ２０７において、ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１により算出された目標抵抗値に対応する回生ブレーキ回路１３のオン時間割合及びダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合を記憶部１９から読み出し、目標抵抗値計算部３１から取得された惰走時間に基づいて、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成する。

ステップＳ２０８において、回生ブレーキ回路１３は、ブレーキオン指令受信時において第１のスイッチ２２をオンしてインバータ１２の直流端子間を回生抵抗２１を介して短絡する。インバータ１２の還流ダイオードを介してインバータ１２の交流側から直流側に流入するエネルギーは、回生抵抗２１でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。また、ダイナミックブレーキ回路１４は、ブレーキオン指令受信時において第２のスイッチ２４をオンしてモータ３の入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗２３を介して短絡する。モータ３は電源から電気的に切り離されても界磁磁束が存在し、惰性により回転しているモータ３は発電機として働くため、これにより発生した電流はオンし第２のスイッチ２４を介してダイナミックブレーキ抵抗２３に流れ込み、ダイナミックブレーキ抵抗２３でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。モータ３は、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４により制動されると、惰走時間経過後、停止する。

続いて、本開示の第１の実施形態の第２の変形例によるモータ駆動装置について説明する。第１の実施形態の第２の変形例は、作業者が外部から許容惰走距離を任意に設定可能としたものである。

図８は、本開示の第１の実施形態の第２の変形例によるモータ駆動装置を示す図である。

第１の実施形態の第２の変形例によるモータ駆動装置１は、図１〜図４を参照して説明した第１の実施形態によるモータ駆動装置の構成に加え、許容惰走距離を許容惰走距離設定部１６に入力するための入力部４３をさらに備える。入力部４３で入力された許容惰走距離は、許容惰走距離設定部１６を経たのち、ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１に入力される。入力部４３以外の各構成は、図１を参照して説明した第１の実施形態における構成と同様である。入力部４３の例としては、キーボード、タッチパネル、マウス、及び音声認識装置などがある。また例えばロボットの操作盤や工作機械の数値制御装置に設けられた入力部と兼用であってもよい。入力部４３に設けることで、作業者が任意に許容惰走距離を設定することができ、モータ駆動装置１が駆動するモータ３が設けられた機械（ロボットや工作機械）などの運用の柔軟性が向上する。

なお、第１の実施形態の第２の変形例による入力部４３を、第１の実施形態の第１の変形例及び後述する第１の実施形態の第３の変形例によるモータ駆動装置１にさらに設けてもよい。

続いて、本開示の第１の実施形態の第３の変形例によるモータ駆動装置について説明する。第１の実施形態の第３の変形例では、モータ３が設けられた機械（ロボットや工作機械）の周囲に、予め規定された検知領域内への当該機械の可動部の侵入を検知するエリアセンサがさらに設けられる。エリアセンサにより当該機械が検知領域内に入ったことを検知したときのモータの回転速度に基づき、目標抵抗値が計算される。

図９は、本開示の第１の実施形態の第３の変形例によるモータ駆動装置を備えるモータ駆動システムを示す図である。また、図１０は、本開示の第１の実施形態の第３の変形例における許容惰走距離の設定を説明する図であって、（Ａ）は通常動作時のロボットを示し、（Ｂ）は機械の可動部がエリアセンサの検知範囲に侵襲したときのロボットを示し、（Ｃ）はモータに対する制動により停止させられたロボットを示す。

第１の実施形態の第３の変形例においては、モータ駆動システムは、モータ駆動装置１と、モータ３及びモータ３が駆動する可動部を備えた機械（ロボット１０００）と、エリアセンサ４２とを備える。

エリアセンサ４２は、モータ３が設けられた機械（図１０に示す例ではロボット１０００）の周囲に設けられる。エリアセンサ４２は、モータ３が設けられた機械（図１０に示す例ではロボット１０００）の可動部（図１０に示す例ではアーム２００）が、予め規定された検知領域内に侵入したか否かを検知する。なお、エリアセンサ４２は、予め規定された検知領域内に何からの物体が入ったか否かを検知できるものであればよく、例えば画像処理により物体の侵入を検知するセンサ、レーザ光により物体の侵入を検知するセンサ、赤外線により物体の侵入を検知するセンサ、あるいは、マイクロ波を用いたドップラーセンサなどがある。

通常は、人、柵、他のロボットもしくは工作機械、あるいは各種機器などの障害物５００は、安全を確保するために、ロボット１０００の可動部であるアーム２００の可動領域の外側に位置すべきである。よって、エリアセンサ４２は、障害物５００の近傍に設置されるのが好ましい。許容惰走距離については、第１の実施形態と同様に、モータ３が設けられた機械（ロボットや工作機械）内のモータ３により駆動される可動部について予め規定された可動領域と制動開始時における可動部の位置とに基づいて事前に設定しておく。またさらに、障害物５００についてより高度な安全を確保するために、許容惰走距離よりも短い「安全距離」を事前に設定しておく。安全距離として、例えばモータ３が取り得る最短の惰走距離を設定してもよい。

エリアセンサ４２が検知領域へのアーム２００の進入を検知したとき、目標抵抗値計算部３１は、許容惰走距離設定部１６で設定されていた許容惰走距離を安全距離に変更する。そして、目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が安全距離以下となるような目標抵抗値を計算する。すなわち、目標抵抗値計算部３１は、エリアセンサ４２が検知領域へのアーム２００の進入を検知したときは、許容惰走距離よりも短い安全距離を用いて目標抵抗値を計算する。

エリアセンサ４２及び抵抗値計算部３２以外の各構成は、図１を参照して説明した第１の実施形態における構成と同様である。

ここでは、モータ駆動装置１及びこれにより駆動されるモータ３（図１０では図示せず）が設けられたロボット１０００を例にとり、第１の実施形態の第３の変形例における非常停止時のダイナミックブレーキ動作について説明する。図１０（Ａ）に示すようにロボット１０００が通常動作していた後、図１０（Ｂ）に示すようにロボット１０００の動作時に例えば作業者により非常停止ボタンが操作された時点でエリアセンサ４２が検知領域内へのアーム２００の侵入を検知した場合、エリアセンサ４２の検知結果（検知信号）が、目標抵抗値計算部３１へ送られる。目標抵抗値計算部３１は、許容惰走距離設定部１６で設定されていた許容惰走距離を安全距離に変更する。そして、目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が安全距離以下となるような目標抵抗値を計算する。作業者による非常停止ボタンの操作により、モータ駆動装置１内の回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４（図９では図示せず）は、モータ３に対する制動を開始する。ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が安全距離以下となるような目標抵抗値を計算する。ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１により算出された目標抵抗値に対応する回生ブレーキ回路１３のオン時間割合及びダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合を記憶部１９から読み出し、目標抵抗値計算部３１から取得された惰走時間に基づいて、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成する。ブレーキオン指令を受信した回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４は、モータ３に対して回生ブレーキ及び／またはダイナミックブレーキをかける。これにより、モータ３は惰走しつつも徐々に減速し、図１０（Ｃ）に示すようにアーム２００は安全距離に達した時点で停止する。なお、作業者により非常停止ボタンが操作された時点でエリアセンサ４２が検知領域内へのアーム２００の侵入を検知しなかった場合は、目標抵抗値計算部３１は、許容惰走距離設定部１６で設定されていた許容惰走距離は変更せず、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。この場合、モータ３は惰走しつつも徐々に減速し、アーム２００は許容惰走距離に達した時点で停止する。よって、本開示の第１の実施形態の第３の変形例によれば、ロボット１０００の非常停止の際、アーム２００が障害物５００と衝突することがないので安全が確保される。また、安全距離として、モータ３が取り得る最短の惰走距離を設定しておけば、エリアセンサ４２が検知領域へのアーム２００の進入を検知した場合はモータ３を最短の惰走距離（すなわち安全距離）で停止させ、エリアセンサ４２が検知領域へのアーム２００の進入を検知しなかった場合はモータ３を安全距離（例えば最短の惰走距離）よりも長い許容惰走距離で停止させことができるので、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４にかかる負担を軽減することができ、さらには、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４によるモータ３に対する急激な制動を行う回数を低減することができるので、モータ３及びモータ３が設けられたロボット１０００に係る負担を軽減することができる。したがって、回生ブレーキ回路１３、ダイナミックブレーキ回路１４、モータ３、及びロボット１０００の長寿命化を図ることも可能である。また、第１の実施形態の第３の変形例におけるエリアセンサ４２は、第１の実施形態の第１の変形例における距離センサ４１よりも安価である。

図１１は、本開示の第１の実施形態の第３の変形例によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。

本開示の第１の実施形態の第３の変形例では、許容惰走距離設定部１６により、許容惰走距離を、モータ３が設けられた機械（ロボットや工作機械）内のモータ３により駆動される可動部について予め規定された可動領域に基づいて事前に設定しておく。また、安全距離を、許容惰走距離よりも短い距離にて事前に設定しておく。

モータ駆動装置１によりモータ３の駆動を制御している状態において（ステップＳ３０１）、ステップＳ３０２において、モータ駆動装置１は、非常停止ボタンが操作されたか否かを判定する。

ステップＳ３０２において非常停止ボタンが操作されたと判定された場合、ステップＳ３０３において、モータ３に設けられたエンコーダ１８は、モータ３の回転速度を取得する。エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度は、目標抵抗値計算部３１へ送られる。

ステップＳ３０４において、エリアセンサ４２は、モータ３が設けられた機械（図１０に示す例ではロボット１０００）の可動部（図１０に示す例ではアーム２００）が検知領域内に侵入したか否かを検知する。ステップＳ３０４において可動部の侵入を検知したと判定された場合はステップＳ３０５へ進み、可動部の侵入を検知したと判定されなかった場合はステップＳ３０８へ進む。

ステップＳ３０３においてエリアセンサ４２の検知領域内に入ったと判定された場合は、ステップＳ３０５において、目標抵抗値計算部３１は、許容惰走距離設定部１６で設定されていた許容惰走距離をより短い安全距離に変更する。そして、目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が安全距離以下となるような目標抵抗値を計算する。目標抵抗値計算部３１で計算された目標抵抗値は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

一方、ステップＳ３０４においてエリアセンサ４２の検知領域内に入ったと判定されなかった場合は、ステップＳ３０８において、目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。目標抵抗値計算部３１で計算された目標抵抗値は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

ステップＳ３０６において、ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１により算出された目標抵抗値に対応する回生ブレーキ回路１３のオン時間割合及びダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合を記憶部１９から読み出し、目標抵抗値計算部３１から取得された惰走時間に基づいて、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成する。

ステップＳ３０７において、回生ブレーキ回路１３は、ブレーキオン指令受信時において第１のスイッチ２２をオンしてインバータ１２の直流端子間を回生抵抗２１を介して短絡する。インバータ１２の還流ダイオードを介してインバータ１２の交流側から直流側に流入するエネルギーは、回生抵抗２１でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。また、ダイナミックブレーキ回路１４は、ブレーキオン指令受信時において第２のスイッチ２４をオンしてモータ３の入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗２３を介して短絡する。モータ３は電源から電気的に切り離されても界磁磁束が存在し、惰性により回転しているモータ３は発電機として働くため、これにより発生した電流はオンし第２のスイッチ２４を介してダイナミックブレーキ抵抗２３に流れ込み、ダイナミックブレーキ抵抗２３でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。モータ３は、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４により制動されると、惰走時間経過後、停止する。

なお、上述した第１の実施形態の第１〜第３の変形例は、後述する第２及び第３の実施形態にも適用可能である。

続いて、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。第２の実施形態では、制動開始時にモータが有していたエネルギーが、惰走時間の間においては回生抵抗及び／またはダイナミックブレーキ抵抗に対して予め規定された許容エネルギー以下になるように、回生ブレーキ回路及びダイナミックブレーキ回路による制動動作が制御される。

図１２は、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。

第２の実施形態によるモータ駆動装置１は、第１の実施形態によるモータ駆動装置１における許容惰走距離設定部１６に代えてエネルギー計算部１７を備えるとともに、第１の実施形態によるモータ駆動装置１における目標抵抗値計算部３１に代えて惰走時間計算部３３を備える。そして、ブレーキ制御部１５は、エネルギー計算部１７により計算された制動開始時にモータ３が有するエネルギーに基づいて、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力するものである。

例えば、モータ駆動装置１及びこれにより駆動されるモータ３が設けられたロボットにおいて、ロボットの可動部（アーム）の可動領域の外側に、人、柵、他のロボット、工作機械、あるいは各種機器などの障害物がある場合は、ロボットの可動部が障害物に衝突する可能性はない。よって、第１の実施形態の場合のような許容惰走距離を設定する必要がない。一般に、回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３にはそれぞれ耐量がある。惰走時間ｔ_ω=0の間に耐量を超えるエネルギーが回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３に流れると、回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３は焼損する。そこで、第２の実施形態は、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４による制動時における回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３による焼損を防ぐために、制動開始時にモータ３が有するエネルギーと回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３とを考慮して、惰走時間を、回生ブレーキ回路１３による制動時間とダイナミックブレーキ回路１４による制動時間とに適宜割り振る。

エネルギー計算部１７は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、制動開始時にモータ３が有するエネルギーを計算する。

ブレーキ制御部１５は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、回生抵抗２１の抵抗値と、ダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値とに基づいて、エネルギー計算部１７が計算したエネルギーが惰走時間ｔ_ω=0の間において回生抵抗２１に対して予め規定された許容エネルギー以下またはダイナミックブレーキ抵抗２３に対して予め規定された許容エネルギー以下になるように、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力する。

制動開始時にモータ３が有するエネルギーは、惰走時間ｔ_ω=0の間に、ブレーキ制御部１５によって制御された回生ブレーキ回路１３内及び／またはダイナミックブレーキ回路１４内のエネルギー消費寄与抵抗によって全て消費される。なお、惰走時間ｔ_ω=0は、上述した式３６に従い、ブレーキ制御部１５内の惰走時間計算部３３により計算される。この制動時におけるエネルギー消費寄与抵抗の抵抗値は、目標抵抗値Ｒ［Ω］に対応する。したがって、制動開始時にモータ３が有するエネルギーから、惰走時間ｔ_ω=0の間に目標抵抗値Ｒ［Ω］を有する抵抗で消費されるエネルギーを求めることができる。具体的には次の通りである。

モータ３の回転角周波数をω［ｒａｄ／ｓｅｃ］、モータ極数をｐ、モータインダクタンスをＬ［Ｈ］としたとき、式４０に示すような定数σを規定する。

目標抵抗値Ｒ［Ω］を有する抵抗に流れる電流は、式４１のように表すことができる。

よって、惰走時間ｔ_ω=0の間に目標抵抗値Ｒ［Ω］を有する抵抗で消費されるエネルギーＥは、式４２に示すように「Ｉ²Ｒ」を積分することによって計算することができる。

式４２において、単位時間区間の長さｓｔｅｐは式４３のように表される。

エネルギー計算部１７は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、式４２及び式４３に従って、制動開始時にモータ３が有するエネルギーを計算する。

回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３にはそれぞれ耐量があり、耐量を超えるエネルギーが回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３に流れると、回生抵抗２１及びダイナミックブレーキ抵抗２３は焼損する。そこで、ブレーキ制御部１５は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、回生抵抗２１の抵抗値と、ダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値とに基づいて、エネルギー計算部１７が計算したエネルギーが、惰走時間ｔ_ω=0の間においては回生抵抗２１に対して予め規定された許容エネルギー以下またはダイナミックブレーキ抵抗２３に対して予め規定された許容エネルギー以下になるように、回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力する。

図１３は、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。

モータ駆動装置１によりモータ３の駆動を制御している状態において（ステップＳ４０１）、ステップＳ４０２において、モータ駆動装置１は、非常停止ボタンが操作されたか否かを判定する。

ステップＳ４０２において非常停止ボタンが操作されたと判定された場合、ステップＳ４０３において、モータ３に設けられたエンコーダ１８は、モータ３の回転速度を取得する。エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度は、エネルギー計算部１７及びブレーキ制御部１５内の惰走時間計算部３３へ送られる。

ステップＳ４０４において、エネルギー計算部１７は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、式４２及び式４３に従って、制動開始時にモータ３が有するエネルギーを計算する。また、ブレーキ制御部１５内の惰走時間計算部３３は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、式３６に基づき惰走時間を計算する。惰走時間計算部３３で計算された惰走時間は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

ステップＳ４０５において、ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、惰走時間計算部３３から取得された惰走時間の値に基づいて、エネルギー計算部１７が計算したエネルギーが、惰走時間の間において回生抵抗２１に対して予め規定された許容エネルギー以下またはダイナミックブレーキ抵抗２３に対して予め規定された許容エネルギー以下になるように、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成する。なお、第１の実施形態と同様、ブレーキ指令生成部３２がブレーキオン指令を出力する順番は特に限定されない。また、ブレーキ指令生成部３２が決定したブレーキオン指令が出力される時間は、分割されてもよい。

一般に、回生ブレーキ回路１３に関しては、モータが通常動作している間は頻繁に回生ブレーキがかけられるため、これに耐えることができるよう、高耐量の回生抵抗を用いている。また、従来は、ダイナミックブレーキ回路に関しては、非常停止時やアラーム発生時などの異常時における急制動に対応できるようにするために、モータの高い回転エネルギーを速やかにジュール熱にできるよう高耐量のダイナミックブレーキ抵抗を用いるのが一般的であった。しかしながら、非常停止やアラーム発生に伴う急制動が要求される頻度はそれほど多くない。また、モータに対する急制動開始時点で、モータが高い回転エネルギー（運動エネルギー）を有しているは限らないよって、ダイナミックブレーキ回路に高耐量のダイナミックブレーキ抵抗を設けても大抵の場合はその性能を持て余すことになり、効率が悪い。そこで、第２の実施形態では、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量を、一般的な値より小さめに設定し、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量を超える分のエネルギーについては、回生抵抗２１にて消費されるようにする。これにより、従来一般的に用いられていたよりも小さい耐量のダイナミックブレーキ抵抗２３を用いることができるので、効率が向上する。

ここで、ダイナミックブレーキ抵抗２３の抵抗値Ｒ_DBが１［Ω］であり耐量が１０００［Ｊ］を例にとり、惰走時間１［ｓｅｃ］の場合における回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対するブレーキオン指令を生成例について説明する。例えばダイナミックブレーキ抵抗２３では０．２［ｓｅｃ］で耐量に達する場合、ダイナミックブレーキ回路１４に対してはブレーキオン指令を０．２［ｓｅｃ］だけ出力し、回生ブレーキ回路１３に対してはブレーキオン指令を０．８［ｓｅｃ］だけ出力する。また例えばダイナミックブレーキ抵抗２３では１［ｓｅｃ］であって耐量に達しない場合、ダイナミックブレーキ回路１４に対してのみブレーキオン指令を１［ｓｅｃ］にわたって出力する。

ステップＳ４０６において、回生ブレーキ回路１３は、ブレーキオン指令受信時において第１のスイッチ２２をオンしてインバータ１２の直流端子間を回生抵抗２１を介して短絡する。インバータ１２の還流ダイオードを介してインバータ１２の交流側から直流側に流入するエネルギーは、回生抵抗２１でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。また、ダイナミックブレーキ回路１４は、ブレーキオン指令受信時において第２のスイッチ２４をオンしてモータ３の入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗２３を介して短絡する。モータ３は電源から電気的に切り離されても界磁磁束が存在し、惰性により回転しているモータ３は発電機として働くため、これにより発生した電流はオンし第２のスイッチ２４を介してダイナミックブレーキ抵抗２３に流れ込み、ダイナミックブレーキ抵抗２３でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。モータ３は、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４により制動されると、惰走時間経過後、停止する。

続いて、本開示の第３の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせたものである。

図１４は、本開示の第３の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。

第３の実施形態によるモータ駆動装置１は、第１の実施形態によるモータ駆動装置１における許容惰走距離設定部１６及び第２の実施形態によるモータ駆動装置１におけるエネルギー計算部１７の両方を備える。

許容惰走距離設定部１６は、モータ３とモータ３が駆動する可動部とを備えた機械において予め規定された可動部の可動領域と、モータ３の制動開始時における可動部の位置とに基づいて、モータ３を制動する際にモータ３に対して許容される許容惰走距離を設定する。なお、許容惰走距離については、第１の実施形態に関連して説明した第１〜第３の変形例に従い設定されてもよい。

また、ブレーキ制御部１５内の惰走時間計算部３３は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、式３６に基づき惰走時間を計算する。

ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、目標抵抗値計算部３１により算出された目標抵抗値に対応する回生ブレーキ回路１３のオン時間割合及びダイナミックブレーキ回路１４のオン時間割合を、記憶部１９から読み出し、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対する第１の仮ブレーキオン指令を生成する。また、ブレーキ制御部１５内のブレーキ指令生成部３２は、惰走時間計算部３３から取得された惰走時間の値に基づいて、エネルギー計算部１７が計算したエネルギーが、惰走時間の間において回生抵抗２１に対して予め規定された許容エネルギー以下またはダイナミックブレーキ抵抗２３に対して予め規定された許容エネルギー以下になるように、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４に対する第２の仮ブレーキオン指令を生成する。

このように、ブレーキ指令生成部３２は、許容惰走距離に基づき第１の仮ブレーキオン指令を生成し、制動開始時にモータ３が有するエネルギーに基づく第２の仮ブレーキオン指令を生成する。ブレーキ指令生成部３２は、これら生成された仮ブレーキオン指令を総合的に考慮して、最終的なブレーキオン指令を生成する。一例と挙げると次の通りである。

図１５は、目標抵抗値とモータの惰走時間とモータの想定惰走距離との関係を例示する図である。一例として、式３９に従って算出された各目標抵抗値Ｒ［Ω］に対して、式３６から惰走時間ｔ_ω=0［ｓｅｃ］が算出されかつ式３７から想定惰走距離ｓ［ｍ］が算出された場合を説明する。目標抵抗値Ｒ［Ω］とモータの惰走時間ｔ_ω=0［ｓｅｃ］とモータの想定惰走距離ｓ［ｍ］との関係は、モータ駆動装置１の実際の運用の前に、予めに計算しておきこれを記憶部１９に記憶しておく。

目標抵抗値計算部３１により計算された目標抵抗値Ｒ［Ω］に対応する想定惰走距離ｓ［ｍ］が、許容惰走距離設定部１６により設定された許容惰走距離よりも大きい場合、ブレーキ指令生成部３２は、想定惰走距離ｓ［ｍ］が最小となるような目標抵抗値Ｒ［Ω］を記憶部１９から読み出し、これに基づいて、第１の仮ブレーキオン指令を生成する。また、目標抵抗値計算部３１により計算された目標抵抗値Ｒ［Ω］に対応する想定惰走距離ｓ［ｍ］が、許容惰走距離設定部１６により設定された許容惰走距離よりも小さい場合、ブレーキ指令生成部３２は、想定惰走距離ｓ［ｍ］が最大となるような目標抵抗値Ｒ［Ω］を記憶部１９から読み出し、これに基づいて、第１の仮ブレーキオン指令を生成する。

一方、惰走時間計算部３３は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、式３６に基づき惰走時間ｔ_ω=0［ｓｅｃ］を計算する。ブレーキ指令生成部３２は、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量に達するまでの時間ｔ_b［ｓｅｃ］を計算する。ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量に達するまでの時間ｔ_b［ｓｅｃ］は、例えば次のようにして求めることができる。

ダイナミックブレーキ回路１４による制動を開始してから時間ｔ_b［ｓｅｃ］経過後に、ダイナミックブレーキ抵抗２３で消費されるエネルギーはダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量Ｅ_DBに達することから、式４４が成り立つ。ここで、ｓｔｅｐは上述した式４３で表される。

式４４のｎ_b番目までの演算で、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量Ｅ_DBに達する直前に至ることから、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量Ｅ_DBに達するまでの時間ｔ_b［ｓｅｃ］は式４５のように表される。

ここで、式４４及び式４５におけるｎ_bは、式４２に従って各時間区間において目標抵抗値Ｒ［Ω］を有する抵抗で消費されるエネルギーＥを、ｉ番目（ただし、ｉは０からｎ_bまでの自然数）まで合算し、合算したエネルギーがダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量Ｅ_DBを超えたときの序数「ｉ−１」に設定すればよい。より詳細には次の通りである。

図１６は、式４４及び式４５におけるｎ_bを計算するためのフローチャートである。図１６に示すステップＳ５０１〜Ｓ５０５の処理は、惰走時間計算部３３により実行される。

ステップＳ５０１において、初期値としてｉ＝０を設定する。

ステップＳ５０２において、式４２に従って、目標抵抗値Ｒ［Ω］を有する抵抗で消費されるｉ番目までのエネルギーの合算値Ｅ_iを計算する。

ステップＳ５０３において、ｉ番目までのエネルギーの合算値Ｅ_iがダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量Ｅ_DBを超えたか否かを判定する。ステップＳ５０５においてＥ_iがＥ_DBを超えないと判定された場合はステップＳ５０４へ進み、Ｅ_iがＥ_DBを超えたと判定された場合はステップＳ５０５へ進む。

ステップＳ５０４では、ｉを１だけインクリメントし、その後、ステップＳ５０２へ戻る。

ステップＳ５０５において、ｎ_bを「ｉ−１」に設定する。以上のようにして求められたｎ_bを式４５に代入することで、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量Ｅ_DBに達するまでの時間ｔ_b［ｓｅｃ］を求めることができる。

ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量に達するまでの時間ｔ_b［ｓｅｃ］が、惰走時間ｔ_ω=0［ｓｅｃ］よりも小さい場合、ブレーキ指令生成部３２は、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量に達するまでの時間ｔ_b［ｓｅｃ］だけダイナミックブレーキ回路１４が動作するような第２の仮ブレーキオン指令を生成する。また、ダイナミックブレーキ抵抗２３の耐量に達するまでの時間が、惰走時間ｔ_ω=0［ｓｅｃ］よりも大きい場合、ブレーキ指令生成部３２は、惰走時間ｔ_ω=0［ｓｅｃ］の間中は常にダイナミックブレーキ回路１４が動作するような第２の仮ブレーキオン指令を生成する。

ブレーキ指令生成部３２は、最終的なブレーキオン指令を、許容惰走距離に基づく第１の仮ブレーキオン指令と制動開始時にモータ３が有するエネルギーに基づく第２の仮ブレーキオン指令とのうちのいずれの仮ブレーキオン指令を優先するかを示す重み付け係数（優先度）に基づいて決定する。

例えば、第１の仮ブレーキオン指令がダイナミックブレーキ回路１４を０．５［ｓｅｃ］だけ動作させるものであり、第２の仮ブレーキオン指令がダイナミックブレーキ回路１４を０．３［ｓｅｃ］だけ動作させるものであるという結果が得られたとする。第１の仮ブレーキオン指令の重み付け係数が１００％であり、第２の仮ブレーキオン指令の重み付け係数が０％である場合、ブレーキ指令生成部３２は、ダイナミックブレーキ回路１４を０．５［ｓｅｃ］だけ動作させるブレーキオン指令を生成する。第１の仮ブレーキオン指令の重み付け係数が０％であり、第２の仮ブレーキオン指令の重み付け係数が１００％である場合、ブレーキ指令生成部３２は、ダイナミックブレーキ回路１４を０．３［ｓｅｃ］だけ動作させるブレーキオン指令を生成する。第１の仮ブレーキオン指令の重み付け係数が５０％であり、第２の仮ブレーキオン指令の重み付け係数が５０％である場合、ブレーキ指令生成部３２は、「０．５−（０．５−０．３）×０．５」で得られる０．４［ｓｅｃ］だけダイナミックブレーキ回路１４を動作させるブレーキオン指令を生成する。

なお、モータ駆動装置１により駆動されるモータ３が設けられた機械の可動部が障害物と衝突しないよう安全が確保されるべきであるので、許容惰走距離に基づく第１の仮ブレーキオン指令の方を、制動開始時にモータ３が有するエネルギーに基づく第２の仮ブレーキオン指令よりも重み付け係数を高く設定するのが好ましい。

図１７は、本開示の第３の実施形態によるモータ駆動装置における制動時の動作フローを示すフローチャートである。

モータ駆動装置１によりモータ３の駆動を制御している状態において（ステップＳ６０１）、ステップＳ６０２において、モータ駆動装置１は、非常停止ボタンが操作されたか否かを判定する。

ステップＳ６０２において非常停止ボタンが操作されたと判定された場合、ステップＳ６０３において、モータ３に設けられたエンコーダ１８は、モータ３の回転速度を取得する。エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度は、ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１へ送られる。

ステップＳ６０４において、惰走時間計算部３３は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、式３７に基づき惰走時間を計算する。惰走時間計算部３３で計算された惰走時間は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

ステップＳ６０４において、ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離設定部１６で設定された許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。目標抵抗値計算部３１で計算された目標抵抗値は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

ステップＳ６０６において、エネルギー計算部１７は、モータ３の回転速度と、モータ３に関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、式４２及び式４３に従って、制動開始時にモータ３が有するエネルギーを計算する。エネルギー計算部１７で計算されたエネルギーの値は、ブレーキ指令生成部３２へ送られる。

ステップＳ６０７において、ブレーキ指令生成部３２は、ステップＳ６０５において計算された目標抵抗値を用いて許容惰走距離に基づき第１の仮ブレーキオン指令を生成し、ステップＳ６０６において計算された制動開始時にモータ３が有するエネルギーに基づく第２の仮ブレーキオン指令を生成する。

ステップＳ６０８において、ブレーキ指令生成部３２は、最終的なブレーキオン指令を、許容惰走距離に基づく第１の仮ブレーキオン指令と制動開始時にモータ３が有するエネルギーに基づく第２の仮ブレーキオン指令とのうちのいずれの仮ブレーキオン指令を優先するかを示す重み付け係数に基づいて決定する。

ステップＳ６０９において、回生ブレーキ回路１３は、ブレーキオン指令受信時において第１のスイッチ２２をオンしてインバータ１２の直流端子間を回生抵抗２１を介して短絡する。インバータ１２の還流ダイオードを介してインバータ１２の交流側から直流側に流入するエネルギーは、回生抵抗２１でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。また、ダイナミックブレーキ回路１４は、ブレーキオン指令受信時において第２のスイッチ２４をオンしてモータ３の入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗２３を介して短絡する。モータ３は電源から電気的に切り離されても界磁磁束が存在し、惰性により回転しているモータ３は発電機として働くため、これにより発生した電流はオンし第２のスイッチ２４を介してダイナミックブレーキ抵抗２３に流れ込み、ダイナミックブレーキ抵抗２３でジュール熱に変換されて消費され、その結果、モータ３に減速トルクが発生する。モータ３は、回生ブレーキ回路１３及び／またはダイナミックブレーキ回路１４により制動されると、惰走時間経過後、停止する。

上述したブレーキ制御部１５、許容惰走距離設定部１６、エネルギー計算部１７、及びインバータ１２を制御するための制御部（図示せず）は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置１内やモータ駆動装置１が設けられたロボットや工作機械内にある例えばＭＰＵやＤＳＰなどの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、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、ブレーキ制御部１５、許容惰走距離設定部１６、エネルギー計算部１７、及びインバータ１２を制御するための制御部を、各部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として実現してもよい。

なお、上述の各実施形態では、モータ３に設けられる機械としてロボット１０００を例にとり説明したが、工作機械であってもよい。各実施形態を工作機械に適用する場合、モータ３が設けられた工作機械内のモータ３により駆動される可動部は、例えば工具及びワークの把持部などが該当し、障害物５００は、例えば工作機械の工具が加工するワーク、当該工具とは異なる他の工具、及び工作機械において工具及び把持部を内包する作業室内の内壁などが該当する。この場合、許容惰走距離設定部１６による許容惰走距離の設定の際には、上述の各実施形態と同様、モータ３の回転方向との距離とモータ３が当該回転を行ったときの可動部は、例えば工具及びワークの把持部との関係を表す計算式を例えば工具やワークの把持部を駆動する駆動軸の長さやギア比を考慮して事前に求めておき、この計算式を用いて工具及びワークの把持部の可動領域をモータ３の回転方向の距離に換算し、許容惰走距離を設定する処理が行われる。作業者による非常停止ボタンの操作により、モータ駆動装置１内の回生ブレーキ回路１３及びダイナミックブレーキ回路１４は、モータ３に対する制動を開始する。ブレーキ制御部１５内の目標抵抗値計算部３１は、エンコーダ１８により取得されたモータ３の回転速度と、記憶部１９に記憶されたモータ３に関して予め規定されたモータパラメータと、に基づいて、モータ３の制動開始時点からモータ３が完全に停止するまでに惰走する距離ｓ［ｍ］が許容惰走距離以下となるような目標抵抗値を計算する。なお、モータ３に設けられる機械を工作機械した場合、モータ３が設けられた工作機械内のモータ３により駆動される可動部を工具とするかあるいはワークの把持部とするかは、例えば工作機械の運用状況や周辺環境などに応じて作業者が適宜設定すればよい。

１モータ駆動装置
２交流電源
３モータ
１１電源部
１２インバータ
１３回生ブレーキ回路
１４ダイナミックブレーキ回路
１５ブレーキ制御部
１６許容惰走距離設定部
１７エネルギー計算部
１８エンコーダ
２１回生抵抗
２２第１のスイッチ
２３ダイナミックブレーキ抵抗
２４第２のスイッチ
３１目標抵抗値計算部
３２ブレーキ指令生成部
３３惰走時間計算部
４１距離センサ
４２エリアセンサ
４３入力部
１０１コンバータ
１０３ＤＣリンクコンデンサ
２００アーム
５００障害物
１０００ロボット

Claims

直流電力をＤＣリンクへ供給する電源部と、
前記ＤＣリンクにおける直流電力とモータの駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行うインバータと、
ブレーキオン指令受信時に前記インバータの直流側を回生抵抗を介して短絡することで前記モータに減速トルクを発生させて前記モータを制動する回生ブレーキ回路と、
ブレーキオン指令受信時に前記モータの入力端子間をダイナミックブレーキ抵抗を介して短絡することで前記モータに減速トルクを発生させて前記モータを制動するダイナミックブレーキ回路と、
前記モータの回転速度と、前記モータに関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、前記回生ブレーキ回路及び前記ダイナミックブレーキ回路のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力するブレーキ制御部と、
を備える、モータ駆動装置。
前記モータと前記モータが駆動する可動部とを備えた機械において予め規定された前記可動部の可動領域と、前記モータの制動開始時における前記可動部の位置とに基づいて、前記モータを制動する際に前記モータに対して許容される許容惰走距離を設定する許容惰走距離設定部をさらに備え、
前記ブレーキ制御部は、前記モータの回転速度と、前記モータに関して予め規定されたモータパラメータと、前記回生抵抗の抵抗値と、前記ダイナミックブレーキ抵抗の抵抗値とに基づいて、制動する際に前記モータが惰走する距離が前記許容惰走距離以下になるように、前記回生ブレーキ回路及び前記ダイナミックブレーキ回路のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記モータの回転速度と、前記モータに関して予め規定されたモータパラメータとに基づいて、制動開始時に前記モータが有するエネルギーを計算するエネルギー計算部をさらに備え、
前記ブレーキ制御部は、前記モータの回転速度と、前記モータに関して予め規定されたモータパラメータと、前記回生抵抗の抵抗値と、前記ダイナミックブレーキ抵抗の抵抗値とに基づいて、前記エネルギーが前記回生抵抗に対して予め規定された許容エネルギー以下または前記ダイナミックブレーキ抵抗に対して予め規定された許容エネルギー以下になるように、前記回生ブレーキ回路及び前記ダイナミックブレーキ回路のうちの少なくとも１つに対してブレーキオン指令を出力する、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
前記モータの回転速度は、前記モータに取り付けられたエンコーダによって取得される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
前記モータの回転速度として、予め規定された一定値が設定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
前記回生ブレーキ回路は、
前記回生抵抗と前記回生抵抗に直列に接続される第１のスイッチとを有し、
前記第１のスイッチのオン時に前記インバータの直流端子間を前記回生抵抗を介して短絡することで前記モータに減速トルクを発生させて前記モータを制動する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
前記ダイナミックブレーキ回路は、
前記ダイナミックブレーキ抵抗と前記ダイナミックブレーキ抵抗に直列に接続される第２のスイッチとを有し、
前記第２のスイッチのオン時に前記モータの入力端子間を前記ダイナミックブレーキ抵抗を介して短絡することで前記モータに減速トルクを発生させて前記モータを制動する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。