(57)【要約】【課題】ＤＣ電気モータのモータ駆動ユニットを提供すること。【解決手段】本発明は、直流電気モータを駆動するモータ駆動ユニットに関し、直流電気モータは、永久磁石を備える移動部品を備える。電圧供給源によって動力供給されるモータ駆動ユニットは、スイッチ回路、誘導子回路、及び蓄電器セットを備える蓄電器回路を備える。スイッチ回路のスイッチを選択的に開閉することによって、連続する一連の低エネルギー・パルスを生成することができ、モータ駆動回路の電力消費量を最小化するようにする。【選択図】図２
2020092590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電気モータ（１）を駆動するモータ駆動ユニット（５）であって、前記直流電気モータ（１）は、固定子、及び永久磁石を備える移動部品（３）を備え、前記モータ駆動ユニット（５）は、
−前記モータ駆動ユニット（５）に供給電圧を供給する電力供給源（９）であって、前記供給電圧は、基準電圧ノード（１１）に対する値Ｖbatを有する、電力供給源（９）；
−前記電力供給源（９）と前記基準電圧ノードとの間にスイッチ・セット（ＳＡ＋、ＳＢ＋、ＳＡ−、ＳＢ−、ＳＣｏｍＡＢ、ＳＡＢ、ＳＣｏｍ、ＳＡＬ、ＳＢＨ、ＳＡＨ、ＳＢＬ）を備えるスイッチ回路；
−前記固定子を形成し、前記スイッチ回路を通じて前記電力供給源（９）及び前記基準電圧ノードに接続する誘導子回路；
−Ｎ個の蓄電器（ＣＨ、ＣＬ）を備える蓄電器回路であって、Ｎは、ゼロよりも大きい正の整数であり、前記蓄電器（ＣＨ、ＣＬ）のそれぞれは、前記基準電圧ノード（１１）とそれぞれの誘導子回路に面するノードとの間に配置し、前記誘導子回路に面するノードは、前記スイッチ回路を通じて前記誘導子回路に接続する、蓄電器回路；並びに
−前記スイッチの開閉を制御する制御回路（７）
を備え、前記制御回路（７）は、前記スイッチを選択的に開閉するように構成し、前記モータ駆動ユニット（５）が連続する一連の駆動電圧パルスを生成することを可能にし、前記駆動電圧パルスのそれぞれは、Ｎ＋１の連続駆動電圧パルスを含み、前記Ｎ＋１の連続駆動電圧パルスのそれぞれは、所与の継続時間を有し、所与の時間の瞬間で生じ、前記各駆動電圧パルスが、前記誘導子回路にわたり電圧降下を生じさせるようにし、前記電圧降下は、前記駆動電圧パルスの間に前記誘導子回路にわたる誘導電圧よりも大きく、前記制御回路は、各一連の駆動電圧パルスを生成するように構成し、−最初に、前記電力供給源（９）は、前記誘導子回路を通じて、第１の駆動電圧パルスを生成する第１の蓄電器（ＣＨ）に接続し、−次に、Ｎ＞１である場合、前記誘導子回路は、（ｎ−１）番目の蓄電器（ＣＨ）とｎ番目の蓄電器（ＣＬ）との間に接続し、ｎ番目の駆動電圧パルスを生成し、ｎは、２からＮの間の正の整数であり、−最後に、前記誘導子回路は、Ｎ番目の蓄電器（ＣＬ）と前記基準電圧ノード（９）との間に接続し、最後の駆動電圧パルスを生成する、モータ駆動ユニット（５）。
【請求項２】
前記Ｎ個の蓄電器（ＣＨ、ＣＬ）のそれぞれは、ある静電容量値を特徴とし、前記各一連のＮ＋１の駆動電圧パルスの継続時間は全て、実質的に同じであり、前記Ｎ個の蓄電器の静電容量値は全て、実質的に同じであり、前記モータ駆動ユニット（５）の定常動作状態において、前記誘導子回路にわたる電圧降下が、前記Ｎ＋１の駆動電圧パルスのそれぞれに対しＶｂａｔ／（Ｎ＋１）に実質的に等しいようにする、請求項１に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項３】
前記供給電圧は、前記モータの通常機能モードにおいて、前記誘導子回路にわたる最大誘導電圧の高さの少なくとも２倍である、請求項１又は２に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項４】
前記モータの通常機能モードにおいて前記誘導子回路にわたる最大誘導電圧により除算した前記供給電圧値Ｖbatは、Ｎ＋１よりも大きく、前記制御回路（７）は、前記スイッチを選択的に開閉するように構成し、前記誘導子回路にわたる誘導電圧が実質的に絶対最大値にある際に各駆動電圧パルスを生成するようにする、請求項２に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項５】
前記制御回路（７）は、所与の一連の前記駆動電圧パルスが実質的に互いに直ちに続くように、前記スイッチを選択的に開閉するように構成する、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項６】
前記制御回路（７）は、所与の一連の前記駆動電圧パルスが所与の時間遅延だけ互いから分離されるように、前記スイッチを選択的に開閉するように構成する、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項７】
前記時間遅延は、正の整数を乗算した前記誘導子回路内の誘導電圧の周期の半分に対応する、請求項６に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項８】
前記基準電圧ノード（１１）は、ゼロ電位にある、請求項１から７のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項９】
前記モータ駆動ユニット（５）は、７＋（２×Ｎ）個のスイッチを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項１０】
前記誘導子回路は、２つの誘導子（Ａ、Ｂ）を備え、前記誘導子（Ａ、Ｂ）は、前記駆動電圧パルスの間、直列構成で接続することができる、請求項１から９のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項１１】
前記モータ駆動ユニット（５）は、それぞれ前記２つの誘導子にわたる２つの誘導電圧の間の差、及び前記２つの誘導電圧の一方の極性を測定する測定回路を備える、請求項１０に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項１２】
前記２つの誘導子（Ａ、Ｂ）は、スイッチ（ＳＡＢ）によって分離し、前記スイッチ（ＳＡＢ）は、前記測定回路の測定周期の間、非導電性であるように制御する、請求項１１に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項１３】
前記測定回路（５）は、２つの誘導電圧の間の差を測定する第１の比較器（１５）、及び前記２つの誘導電圧の一方の極性を測定する第２の比較器を備える、請求項１１又は１２に記載のモータ駆動ユニット（５）。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のモータ駆動ユニット（５）を備える電気機械式時計であって、前記モータは、前記モータ駆動ユニットによって駆動することができる連続回転回転子を備える、電気機械式時計。
【請求項１５】
直流電気モータを駆動するモータ駆動ユニット（５）を動作させる方法であって、前記直流電気モータは、回転子（３）を備え、前記回転子（３）は、連続回転するように構成し、永久磁石を備え、前記モータ駆動ユニット（５）は、
−前記モータ駆動ユニット（５）に供給電圧を供給する電力供給源（９）であって、前記供給電圧は、基準電圧ノード（１１）に対する値Ｖｂａｔを有する、電力供給源（９）；
−前記電力供給源（９）と前記基準電圧ノードとの間にスイッチ・セット（ＳＡ＋、ＳＢ＋、ＳＡ−、ＳＢ−、ＳＣｏｍＡＢ、ＳＡＢ、ＳＣｏｍ、ＳＡＬ、ＳＢＨ、ＳＡＨ、ＳＢＬ）を備えるスイッチ回路；
−前記回転子に電磁的に結合する誘導子回路であって、前記誘導子回路は、前記スイッチ回路を通じて前記電力供給源（９）及び前記基準電圧ノードに接続する、誘導子回路；
−Ｎ個の蓄電器（ＣＨ、ＣＬ）を備える蓄電器回路であって、Ｎは、ゼロよりも大きい正の整数であり、前記蓄電器（ＣＨ、ＣＬ）のそれぞれは、前記基準電圧ノード（１１）とそれぞれの誘導子回路に面するノードとの間に配置し、前記誘導子回路に面するノードは、前記スイッチ回路を通じて前記誘導子回路に接続する、蓄電器回路；並びに
−前記スイッチの開閉を制御する制御回路（７）
を備え、通常機能モードにおいて、前記供給電圧は、前記誘導子回路にわたる最大誘導電圧よりも高く、前記制御回路（７）は、前記スイッチを選択的に開閉するように構成し、前記モータ駆動ユニット（５）が連続する一連の駆動電圧パルスを生成することを可能にし、前記駆動電圧パルスのそれぞれは、Ｎ＋１の連続駆動電圧パルスを含み、前記Ｎ＋１の連続駆動電圧パルスのそれぞれは、所与の継続時間を有し、所与の時間の瞬間で生じ、前記各駆動電圧パルスが、前記誘導子回路にわたり所望の電圧降下を生じさせ、前記電圧降下は、前記駆動電圧パルスの間の前記誘導子回路の誘導電圧よりも大きく、前記方法は、各一連の駆動電圧パルスに関し、
−最初に、第１の駆動電圧パルスの間、前記電力供給源（９）を前記誘導子回路を通じて第１の蓄電器（ＣＨ）に接続するように、前記駆動電圧パルスを生成すること；
−次に、Ｎ＞１である場合、前記誘導子回路を、（ｎ−１）番目の蓄電器（ＣＨ）とｎ番目の蓄電器（ＣＬ）との間に接続することによって、ｎ番目の駆動電圧パルスを生成することであって、ｎは、２からＮの間の正の整数である、生成すること；
−最後に、Ｎ番目の蓄電器（ＣＬ）と前記基準電圧ノード（９）との間に前記誘導子回路を接続することによって、最後の駆動電圧パルスを生成すること
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス直流（ＤＣ）電気モータ等の電気モータを駆動するモータ駆動ユニットに関する。提案するモータ駆動ユニットは、例えば、測時器用途、より詳細には、電気機械式時計ムーブメントで使用されるような小型寸法の電気モータを駆動するのに特に適している。本発明は、モータ駆動ユニットを動作させる方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ電気モータは、周知であり、極めて長い間活用されている。こうしたモータは、多くの種類の用途のために電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。電気機械式腕時計等の電気機械式携帯デバイスは、ＤＣモータを備えることが多く、電池等のＤＣ源によって動力供給される。ＤＣモータの一例は、永久磁石ＤＣモータである。この種類のＤＣモータは、ブラシがなく、典型的には、回転子上に永久磁石を有する。固定子は、典型的には動かないコイルを備える。この種類の電気モータは、より小型の設計を可能にし、電力消費量の低減をもたらす。
【０００３】
測時器用途において、ステッパ・モータが一般的に使用される。特定の命令により、駆動（電圧）パルスを発生させ、これにより、回転子を段階的に前進させる。ステッパ・モータは、一完全回転をいくつかの等しい段に分割するブラシレスＤＣモータである。固定子は、永久磁石を有する回転子のための安定位置を規定する。典型的には、３６０度の一完全回転につき、２又は３つの安定位置がある。パルスを生成可能にするため、十分な電圧レベルが必要である。特に電気機械式時計内で使用する場合、こうしたモータ内で使用される電圧源は、典型的には、１．２Ｖから１．５Ｖの間の電圧レベルを生じさせる。したがって、こうした用途で利用可能な電池は、この範囲の値の電圧を供給する。連続回転ＤＣ電気モータは、ステッパ・モータと比較すると、測時器用途で使用する際に時計の針を連続的に回転し得るという利点を有する。このことにより、こうした時計の動作を機械式時計と同じようにする。このようにすると、特に夜間に妨げとなることがある回転子の段によって生じるノイズを防ぐことができる。
【０００４】
ＤＣモータは、モータ駆動ユニットによって制御される。駆動ユニットは、典型的には、固定子コイル内を通る電流、したがって、回転子の磁石に結合する磁束線の方向を交番するように構成される。Ｈブリッジ回路は、モータ駆動ユニットの一例示的実装形態である。Ｈブリッジという用語は、供給電圧ノードと接地との間に配置した４つのスイッチを備えるこの種の回路の典型的な図形表現から得られる。所望の様式でこれらのスイッチを開閉することによって、正電圧又は負電圧をモータの誘導子回路にわたり選択的に印加することができる。言い換えれば、回転子の位置、又はより詳細には、回転子の磁石に応じて４つのスイッチを操作することによって、固定子コイルを第１の方向及び第２の反対方向で選択的に通すように、電流を構成することができる。
【０００５】
オーム加熱又は抵抗加熱としても公知であるジュール加熱は、導体を通過する電流が熱を生成する過程である。ジュールの第１法則は、導電体が生成する加熱力Ｐjが、その抵抗Ｒと電流Ｉの２乗との積に比例すること、即ち、Ｐj＝Ｒ×Ｉ2を示す。しかし、有用な機械動力Ｐmecは、電流に比例するが、その２乗には比例しない、即ち、Ｐmec＝ｋu×ｗ×Ｉであり、式中、ｋuは、トルク定数であり、ｗは、回転子の回転速度である。したがって、抵抗加熱による損失を最小化するために供給電流を可能な限り低く維持する一方で、しかし、モータのトルクを十分に高く維持すべきであることが明らかになる。
【０００６】
この問題に対処する通常の方法は、いわゆるＰＷＭ（パルス幅変調）技法の使用である。特定の負荷サイクルにより供給電圧を切り替えることによって、所望のレベルで出力電流を調整することが可能である。そのような技法は、標準的な電池によって供給するステッパ・モータの場合、十分である。しかし、この技法の効率は、ＬＲ回路時定数の逆元よりも高い必要がある変調周波数に応じて変化する。典型的には、測時器ステッパ・モータの場合、変調周波数は、ｋＨｚ範囲にある。
【０００７】
連続回転するように構成した回転子の場合、誘導子に通電していない際にディテント・トルクがないことが有利である場合がある。例えば、芯なし誘導子の使用により、この条件の達成を可能にする。その代わりに、これらの誘導子の誘導率は、同じ特性であるが強磁性芯を有する誘導子よりも数桁小さい。これらの条件において、芯なし誘導子回路は、効率的なＰＷＭ変調のためにＭＨｚ範囲での切り替え周波数を必要とする。この範囲の周波数は、低電力用途では推奨されない。
【０００８】
したがって、現在利用可能なモータ駆動ユニットは、この問題に申し分なく効率的に対処するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＤＣモータのモータ駆動ユニットの電力消費量に関係する、上記で特定した問題を克服することが本発明の目的である。より詳細には、本発明は、連続回転ＤＣモータのモータ駆動ユニットの電力消費量を最小化することを目的とし、固定子コイル内の誘導電圧レベルは、電池が供給する供給電圧レベルよりもはるかに少ない（例えば、３分の１から４分の１である）。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、直流電気モータを駆動するモータ駆動ユニットを提供し、直流電気モータは、固定子、及び永久磁石を備える移動部品を備え、モータ駆動ユニットは、
−モータ駆動ユニット供給電圧を供給する電力供給源であって、供給電圧は、基準電圧ノードに対して値Ｖbatを有する、電力供給源；
−電力供給源と基準電圧ノードとの間にスイッチ・セットを備えるスイッチ回路；
−固定子を形成し、回転子永久磁石に電磁的に結合するように構成した誘導子回路であって、この誘導子回路は、スイッチ回路を通じて電力供給源及び基準電圧ノードに接続する、誘導子回路；
−Ｎ個の蓄電器を備える蓄電器回路であって、Ｎは、ゼロよりも大きい正の整数であり、蓄電器のそれぞれは、基準電圧ノードとそれぞれの誘導子回路に面するノードとの間に配置し、誘導子回路に面するノードは、スイッチ回路を通じて誘導子回路に接続する、蓄電器回路；並びに
−スイッチの開閉を制御する制御回路
を備え、制御回路は、スイッチを選択的に開閉するように構成し、モータ駆動ユニットが、連続する一連の駆動電圧パルスを生成することを可能にし、駆動電圧パルスのそれぞれは、Ｎ＋１の連続駆動電圧パルスを含み、Ｎ＋１の連続駆動電圧パルスのそれぞれは、所与の継続時間を有し、所与の時間の瞬間で生じ、各駆動電圧パルスが、誘導子回路にわたり電圧降下を生じさせるようにし、電圧降下は、通常機能モードにおいて、この駆動電圧パルスの間に誘導子回路にわたる誘導電圧よりも大きく、制御回路は、各一連の駆動電圧パルスを生成するように構成し、−最初に、電力供給源は、誘導子回路を通じて、第１の駆動電圧パルスを生成する第１の蓄電器に接続し、−次に、Ｎ＞１である場合、誘導子回路は、（ｎ−１）番目の蓄電器とｎ番目の蓄電器との間に接続し、ｎ番目の駆動電圧パルスを生成し、ｎは、２からＮの間（両端含む）の正の整数であり、−最後に、誘導子回路は、Ｎ番目の蓄電器と基準電圧ノードとの間に接続し、最後の駆動電圧パルスを生成するようにする。
【００１１】
好ましい実施形態によれば、Ｎ個の蓄電器のそれぞれは、ある静電容量値を特徴とし、各一連のＮ＋１の駆動電圧パルスの継続時間は全て、実質的に同じであり、Ｎ個の蓄電器の静電容量値は全て、実質的に同じであり、モータ駆動ユニットの定常動作状態において、誘導子回路にわたる電圧降下が、Ｎ＋１の駆動電圧パルスのそれぞれに対してＶｂａｔ／（Ｎ＋１）に実質的に等しいようにする。
【００１２】
好ましい実施形態の好ましい変形形態によれば、モータの通常機能モードにおいて、誘導子回路にわたる最大誘導電圧によって除算した供給電圧値Ｖbatは、Ｎ＋１よりも大きい。制御回路は、各駆動電圧パルスが、誘導子回路にわたる誘導電圧が実質的に絶対最大値にある際に生成されるように、スイッチを選択的に開閉するように構成される。
【００１３】
「絶対最大値」とは、絶対値における最大値を含む。「コイル内の／コイルの、又は誘導子回路にわたる誘導電圧」とは、コイル又は誘導子回路の２つの端子間の（回転子の回転若しくは転回によって生じる）誘導電圧であると理解されたい。モータの通常機能モードは、通常条件下、回転子の移動部品が所与の速度範囲内で移動しているモード又は段階に対応する。
【００１４】
提案する解決策は、抵抗加熱による損失を最小化する一方で、依然として、モータの動作に必要なトルクを必要に応じて供給し得るという利点を有する。言い換えれば、モータ駆動ユニットの全体的な電力消費量を最小化するが、モータの性能を損なうことがない。本発明は、測時器型の連続回転ＤＣ電気モータに供給するのに必要な電圧レベルが、全体的に、測時器用途のための従来の電池によって供給される電圧ほど高い必要がないということを利用する。そのような電池は、特に、ステッパ・モータ向けに設計されている。実際、測時器ステッパ・モータは、一般に、同様の用途で使用される連続回転ＤＣ電気モータよりも高い供給電圧を必要とする。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、ＤＣ電気モータを備える電気機械式時計を提供し、ＤＣ電気モータは、永久磁石を有する連続回転回転子、及び本発明の第１の態様によるモータ駆動ユニットを備える。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、請求項１５に記載のモータ駆動ユニットを動作させる方法を提供する。
【００１７】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例示的実施形態に対する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の教示を適用することができるＤＣ電気モータの単純化した概略図である。
【図２】本発明の一例によるモータ駆動回路を示す回路図である。
【図３】図２の回路図であり、更に、第１の始動段階の間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図４】図２の回路図であり、更に、第２の始動段階の間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図５】図２の回路図であり、更に、回路の測定段階の間、どのように電気接続を回路内で行うかを示す。
【図６】測定段階の間の図２の回路の２つの誘導子内の誘導電圧値、及び図２の回路の比較器出力の信号を示すグラフである。
【図７】図２の回路の誘導子内の誘導電圧の和の波形、及び第１の例により生成した低エネルギー・パルスのグラフである。
【図８】図２の回路の誘導子内の誘導電圧の和の波形、及び第２の例により生成した低エネルギー・パルスのグラフである。
【図９】図２の回路図であり、更に、第１の正の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１０】図２の回路図であり、更に、第１の負の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１１】図２の回路図であり、更に、第２の正の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１２】図２の回路図であり、更に、第２の負の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１３】図２の回路図であり、更に、第３の正の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１４】図２の回路図であり、更に、第３の負の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１５】図２の回路図であり、更に、正の高エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１６】図２の回路図であり、更に、負の高エネルギー・パルスの間、どのように電流が回路内を流れるかを示す。
【図１７】それぞれ、図２の回路の２つの蓄電器にわたる２つの電圧曲線のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の一実施形態を詳細に説明する。本発明は、腕時計等の時計の連続回転ＤＣ電気モータを制御するモータ駆動回路又はユニットの文脈で説明し、モータの回転子は、双極性永久磁石を備える。しかし、本発明の教示は、この環境又は適用例に限定されない。様々な図面に出現する同一又は対応する機能要素及び構造要素には、同じ参照番号を割り当てる。本明細書で利用する「及び／又は」は、「及び／又は」によってつながる一覧のあらゆる１つ又は複数の項目を意味する。語「備える」は、より広い意味「含む」又は「含有する」によって解釈される。
【００２０】
図１は、本発明を適用し得るＤＣ電気モータ１を概略的に単純化して示す。図１に示すモータ１は、双極性永久磁石３ｂを２つの強磁性円板３ａ上に規則的に配置した回転子３、並びに第１の誘導子Ａ及び第２の誘導子Ｂによって形成した固定子を備える。回転子は、第１の方向で連続的に回転するように構成されるが、任意選択で、第２の、反対方向に回転するようにも構成される。モータ駆動又は制御ユニット５は、誘導子又はコイルを通過する電流を調節し、これにより、回転子３を駆動するように構成される。次に、デジタル制御ユニット若しくは回路、又は単に制御器７は、検出した回転子の動作に基づき、モータ駆動ユニットの動作を制御するように構成される。例えば、制御ユニット７が回転子の回転が遅すぎることを検出した場合、制御ユニット７は、モータ駆動ユニット５に回転子３を加速させるように命令することができる。本例では、モータ駆動ユニット５（制御ユニット７を含む）は、モータの一部であるとみなされるが、そうではなく、モータの一部ではないとみなすこともできることに留意されたい。
【００２１】
図２は、本発明の一例によるモータ駆動制御ユニット５の回路図を示す。しかし、図２の回路はデジタル制御ユニット７を省略しており、したがって、デジタル制御ユニット７は、本発明の焦点ではない。図２の回路は、供給電圧Ｖｂａｔを回路に供給する、電池等の供給電圧源９を備える。本例では、供給電圧レベルは、最初に実質的に１．５Ｖに等しいが、経時的に１．２Ｖまで低下させることができる。図２に更に示すように、回路は、供給電圧源と基準電圧ノード１１との間にスイッチ回路も備え、基準電圧ノード１１は、一定の電位にある。図２に示す例では、基準電圧ノード１１は、接地されている（即ち、ゼロ電位にある）。図２のスイッチ回路は、１１個のスイッチを含む。１番目から４番目のスイッチＳＡ＋、ＳＡ−、ＳＢ＋及びＳＢ−は、従来のＨブリッジを形成する。５番目から９番目のスイッチＳＡＨ、ＳＡＬ、ＳＢＨ、ＳＢＬ、ＳＡＢは、後で説明するように、供給電圧を分割するために使用される。１０番目から１１番目のスイッチＳＣｏｍＡＢ、ＳＣｏｍは、例えば、モータの開始、モータの動作の監視及び／又はモータを遅くするために使用される。この例では、モータ駆動回路は、２つの誘導子又はコイル、即ち、第１の誘導子Ａ及び第２の誘導子Ｂを備え、一緒に誘導子回路を形成する。２つの誘導子Ａ、Ｂは、この構成では、誘導子ＡとＢとの間に配置したスイッチＳＡＢと直列に接続される。しかし、代わりに、誘導子は並列であってもよい。更に、本発明の教示は、２つの誘導子を有する構成に限定されない。言い換えれば、例えば唯一の誘導子、又は３つの誘導子等、３つ以上の誘導子を有する構成も等しく可能である。
【００２２】
この例では、スイッチは、ｎ型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等のトランジスタである。スイッチの動作は、デジタル制御ユニット７によって制御される。より詳細には、制御ユニットは、トランジスタのゲート電圧を調節し、ソース・ノードとドレイン・ノードとの間のチャネルの導電率を調節するように構成される。このようにして、スイッチは、閉又は開のいずれかであるように構成される。本明細書において、スイッチが閉鎖されていると言う場合、ソース・ノードとドレイン・ノードとの間の経路は、導電性である一方で、スイッチが開放されていると言う場合、この経路は導電性ではない。
【００２３】
図２の例示的回路構成は、蓄電器回路を更に備え、蓄電器回路は、蓄電器セット、この例では２つの蓄電器、即ち、第１の静電容量を有する第１の蓄電器ＣＨ、及び第２の静電容量を有する第２の蓄電器ＣＬを備える。この例では、第１の静電容量は、実質的に第２の静電容量に等しいが、このケースである必要はない。各蓄電器の第１の蓄電器ノードは、基準電圧ノード１１に接続される一方で、誘導子回路に面するノードと呼ばれる第２の蓄電器ノード１３は、スイッチ回路を通じて誘導子回路に接続される。
【００２４】
図２のモータ駆動回路は、比較器セットによって形成される測定回路も備え、比較器セットは、第１の比較器１５及び第２の比較器１７を備える。２つの比較器のそれぞれは、アナログの負の入力端子若しくはノード、アナログの正の入力端子若しくはノード、及び１つの２元出力端子若しくはノードを有する。第１の比較器の負の入力端子は、第１の誘導子Ａの第１の端子に接続される一方で、第１の比較器１５の正の入力端子は、第２の誘導子Ｂの第１の端子に接続される。第２の比較器の負の入力端子は、第２の誘導子Ｂの第２の端子に接続され、ＳＣｏｍＡＢ及びＳＡＨを通じて第１の蓄電器ＣＨに接続される。第２の比較器１７の正の入力端子は、第２の誘導子Ｂの第１の端子に接続される。全ての比較器入力信号は、アナログ電圧値であることに留意されたい。第１の比較器及び第２の比較器は、以下でより詳細に説明するように、回路内の特定のパラメータを測定するために使用される。
【００２５】
次に、駆動回路の動作をより詳細に説明する。始動段階は、２つの段階、即ち、第１の継続時間を有する第１の始動段階及び第２の継続時間を有する第２の始動段階から構成される。第１の継続時間は、典型的には、第２の継続時間よりもかなり長い。第１の始動段階は、誘導子回路にわたり電圧Ｖｂａｔを印加することによって、第１の誘導子Ａで回転子の磁石対（北−北又は南−南）を中心配置することを含む。このことは、スイッチＳＡ＋、ＳＡＢ及びＳＣｏｍを閉鎖すること、及びスイッチＳＢ−の閉鎖により第２の誘導子Ｂを短絡させることによって行う。このようにして、回転子の発振を制動することができる。この例における第１の始動段階の継続時間は、７００ｍｓである。図３は、第１の始動段階の間、どのように電流を回路内に流すように構成するかを示す。
【００２６】
第２の始動段階の間、スイッチＳＡＢ及びＳＣｏｍが開放されているため、電流は第１の誘導子に流れない。この段階の間、電圧供給源９は、ＳＣｏｍＡＢを閉鎖することによって、第２の誘導子Ｂに直接接続される。この例における第２の始動段階の継続時間は、３０ｍｓである。図４は、第２の始動段階の間、どのように電流を回路内に流すように構成するかを示す。
【００２７】
次に、測定段階を説明する。第１の比較器１５は、第１の誘導子Ａ及び第２の誘導子Ｂの誘導電圧が交差する点を追跡するために使用される。言い換えれば、第１の比較器の出力信号は、ＶIA＞ＶIBである場合、１に等しく、それ以外の場合、出力は０に等しく、ＶIAは、第１の誘導子Ａ内の誘導電圧である一方で、ＶIBは、第２の誘導子Ｂ内の誘導電圧である。したがって、第１の比較器の出力信号を第１の誘導子Ａ及び第２の誘導子Ｂ内の誘導電圧の間の差分信号と呼ぶことができ、Ｄｉｆｆ＿ＡＢと短縮する。第２の比較器１７は、第２の誘導子Ｂ内の誘導電圧の記号を追跡するために使用される。誘導電圧の記号が正である場合、第２の比較器の出力は１に等しく、それ以外の場合、第２の比較器の出力は０に等しい。したがって、第２の比較器の出力信号を第２の誘導子Ｂ内の誘導電圧の極性信号と呼ぶことができ、Ｐｏｌ＿Ｂと短縮する。定常動作状態において、モータ駆動回路は、大部分の時間、例えば９０％の時間、測定段階にあり、上記の２つのパラメータ（即ち、誘導電圧交差点、及び第２の誘導子Ｂ内の誘導電圧の記号）を測定又は追跡する。測定段階の間、スイッチＳＡＨ及びＳＣｏｍＡＢは閉鎖される一方で、他のスイッチは開放されている。図５は、測定段階の間、どのように電気回路が接続されるかを示す一方で、図６は、誘導電圧の波形、及び信号Ｄｉｆｆ＿ＡＢ及びＰｏｌ＿Ｂを示す。この例では、所与の回転において、回転子の磁石は、第２の誘導子Ｂに面する前に、最初に第１の誘導子Ａに面する（即ち、回転子は、時計回りに回転する）。
【００２８】
上記で説明したように、本発明は、モータの電力消費量、より詳細には、モータ駆動ユニットの電力消費量を低減することを目的とする。次により詳細に説明するように、このことは、誘導子回路にわたる電圧を最小化することによって達成される。言い換えれば、誘導子に注入される電流は最小化され、その結果、抵抗加熱による損失も最小化することができる。有利には、電圧Ｖｂａｔは、誘導子回路のピーク誘導電圧値、即ち、第１の誘導子Ａ及び第２の誘導子Ｂ内の誘導電圧の和のピークの少なくとも２倍高い。更に、有利には、任意の時間の瞬間で、誘導子回路にわたる電圧は、誘導電圧の和よりも高い。次に、提案する解決策をより詳細に説明する。いくつかの数値を以下の例で考慮するが、これらの値は、決して限定するものではなく、単に本発明の教示をより良好に示す役割を果たす。以下の例は、１．２Ｖの供給電圧Ｖｂａｔ、及び０．４Ｖの標的実効供給電圧（即ち、誘導子回路にわたる電圧降下）を考慮する。以下で説明するように、図２の回路構成を参照すると、本着想は、連続的に、
１）誘導子回路を通じて電圧供給源９を第１の蓄電器ＣＨ、第２の蓄電器ＣＬの一方に接続し、
２）誘導子回路を通じて第１の蓄電器ＣＨ、第２の蓄電器ＣＬを互いに接続し、
３）誘導子回路を通じて第１の蓄電器ＣＨ、第２の蓄電器ＣＬのもう一方を接続し、接地させる
ことによって、一連の低エネルギー駆動電圧パルスを生成することである。
【００２９】
蓄電器ＣＨ、ＣＬの静電容量値を適切に選択することによって、等しい長さの上記３つの段階（又はパルス）を保持することによって、及び上記の段階をこの順序で連続的に繰り返すことによって、モータ駆動回路は、迅速に定常動作状態に達し、この定常動作状態の間、誘導子回路にわたる電圧降下は、全ての段階（又はパルス）で同じである。したがって、この特定の例では、電圧降下（即ち、標的実効供給電圧）は、上記３つの段階のそれぞれに対し、０．４Ｖである。したがって、上記の段階を時間領域で分配することによって、モータ駆動システムは、３つの異なる連続段階でモータを駆動するように構成され、各段階が、（電力消費量の観点から）最適な電流に等しい電流で同一のトルクを生じるようにする。
【００３０】
図７のシナリオは、上述した全ての３つの段階が互いの直後に生成される状況を示し、これら３つの段階を、３つの駆動電圧パルス又は同じ駆動電圧パルスとして見ることができるようにする。言い換えれば、上記の３つの段階のあらゆる２つの連続段階の間に実質的に時間遅延がない。３つの段階は、２つの誘導電圧の和のピーク／最大値に可能な限り近いように理想的に生成されることに留意されたい。図７及び図８に示す正弦曲線は、第１の誘導子Ａ及び第２の誘導子Ｂの２つの誘導電圧の和を示す。直列に配置した２つの誘導子に供給される供給電圧は、回転子をその名目上の速度で駆動するのに十分であり、有用電圧は、供給電圧と２つの誘導子内の誘導電圧の和の最大値（誘導子回路の最大値）との間の差に対応すると仮定する。図７において、３つの段階／パルスが誘導電圧の和のピークで生成されると、次の３つの段階／パルスが、次のピークの近くで、個々のパルスの順序を守って再度生成されることがわかる。しかし、ピークごとに３つパルスを生成する必要はない。３つのパルスを生成する正確な時間の瞬間は、モータの状態に基づき（例えば、モータの稼働が遅すぎる又は速すぎる又は遅れている等を決定した後）、制御ユニット７によって決定される。図８のシナリオは、段階／パルスのそれぞれの間に所与の遅延がある状況を示す。一変形形態では、図８の個別の段階のそれぞれのパルス継続時間は、図７の３つの連続段階のパルス継続時間に等しい。図８の例では、遅延は、２つの連続するピークの間の時間差に実質的に対応する。しかし、ここでもやはり、時間遅延は、制御ユニット７によって決定されるあらゆる遅延とすることができる。有利には、遅延は、このシナリオでは、（モータの状態に基づき制御ユニットによって決定される）正の整数により乗算した２つのピークの間の時間差に対応する。
【００３１】
図９から図１４は、第１、第２及び第３の低エネルギー・パルスの間、どのように電流を駆動回路内に流すように構成するかを示す。正及び負の駆動電圧パルスは、対称である。このため、正の駆動電圧パルス（「駆動電圧パルス（複数可）」は、単に「パルス（複数可）」とも名付けられる）に対応するシナリオのみを以下でより詳細に説明する。スイッチは、制御ユニット７によって個々に制御することができ、制御ユニット７も、供給電圧源９によって供給される。以下のシナリオは、定常動作状態を指し、第１の蓄電器ＣＨ、第２の蓄電器ＣＬは、この例ではこれらの蓄電器にわたる電圧がそれぞれ０．８Ｖ及び０．４Ｖであるように充電されている。最初、回路がその動作を開始する前、これらの蓄電器にわたる電圧は、両方とも０Ｖである。典型的に、定常動作状態に達し得る前に一定回数のサイクルを必要とする。必要回数のサイクルは、例えば、これらの蓄電器の静電容量に応じて異なる。
【００３２】
図９は、第１の正の低エネルギー・パルスの間、どのように電流を駆動回路内に流すように構成するかを示す。スイッチＳＢ＋、ＳＡＢ及びＳＡＨは、この例では５ｍｓである第１の継続時間の間、閉鎖している。この時間の間、他のスイッチは開放している。第１のパルスの間、電圧供給源９は、誘導子回路を通じて第１の蓄電器ＣＨに接続される。誘導子回路の２つの端部ノードの間の電圧差は、最初、ΔＵ1＝１．２Ｖ−０．８Ｖ＝０．４Ｖである。第１の正のパルスの間、第１の蓄電器ＣＨは、漸進的に充電され、第１のパルスの終了時、第１の蓄電器にわたる電圧が約０．９Ｖである一方で、電流は１０μＡから３μＡに低減するようにする。図１０は、第１の負の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が駆動回路内を流れるかを示す。
【００３３】
図１１は、第２の正の低エネルギー・パルスの間、どのように電流を駆動回路内に流すように構成するかを示す。スイッチＳＡＬ、ＳＡＢ及びＳＢＨは、この例では５ｍｓである第２の継続時間の間、閉鎖している。言い換えれば、第１の継続時間は、この例では第２の継続時間に実質的に等しい。この時間の間、他のスイッチは開放している。第２の正のパルスの間、第１の蓄電器は、第２の誘導子Ｂに接続される一方で、第２の蓄電器ＣＬは、第１の誘導子Ａに接続される。第１のパルスの後、誘導子回路の２つの端部ノードの間の電圧差は、ここで、ΔＵ2＝０．９Ｖ−０．４Ｖ＝０．５Ｖである。第２の正のパルスの間、第１の蓄電器ＣＨは、電荷を第２の蓄電器ＣＬに移動させることによって漸進的に放電し、第２のパルスの終了時、第１の蓄電器にわたる電圧が０．９Ｖから０．８Ｖに低減する一方で、電流は１７μＡから２μＡに低減するようにする。同時に、第２の蓄電器にわたる電圧は、０．４Ｖから０．５Ｖに増大する。図１２は、第２の負の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が駆動回路内を流れるかを示す。
【００３４】
図１３は、第３の正の低エネルギー・パルスの間、どのように電流を駆動回路内に流すように構成するかを示す。スイッチＳＡ−、ＳＡＢ及びＳＢＬは、この例では５ｍｓである第３の継続時間の間、閉鎖している。言い換えれば、第３の継続時間は、この例では第１の継続時間及び第２の継続時間に実質的に等しい。この時間の間、他のスイッチは開放している。第３の正のパルスの間、第２の蓄電器ＣＬは、第２の誘導子Ｂに接続される一方で、第１の誘導子Ａは、接地している。第２のパルスの後、誘導子回路の２つの端部ノードの間の電圧差は、ここで、ΔＵ3＝０．５Ｖ−０Ｖ＝０．５Ｖである。第３の正のパルスの間、第２の蓄電器ＣＬは、漸進的に放電し、第３のパルスの終了時、第２の蓄電器ＣＬにわたる電圧が約０．５Ｖから０．４Ｖまで低減する一方で、電流は１８μＡから６μＡに低減するようにする。図１４は、第３の負の低エネルギー・パルスの間、どのように電流が駆動回路内を流れるかを示す。
【００３５】
モータが強力な影響を受けた場合、回転子の回転が過度に遅い場合、又はモータが意図的でなく停止した場合、高エネルギー・パルスによって回転子を迅速に加速させる必要がある場合がある。このことは、所与の継続時間の間、電圧供給源９を誘導子回路に接続することによって達成することができ、所与の継続時間は、第２の始動段階の継続時間と実質的に同じ長さとすることができる。この種類の構成は、誘導子回路に従来のＨブリッジを通じて供給する状況に対応する。言い換えれば、正の高エネルギー・パルスの間、スイッチＳＢ＋、ＳＡＢ及びＳＡ−は、図１５に示すように閉鎖する一方で、負の高エネルギー・パルスの間、スイッチＳＡ＋、ＳＡＢ及びＳＢ−は、図１６に示すように閉鎖される。
【００３６】
上述のモータ駆動回路は、２つの蓄電器を有する。しかし、本発明の教示は、蓄電器の数Ｎが少なくとも１である限り、任意の数の蓄電器を備えるモータ駆動回路に適用可能である。新たな蓄電器ごとに、２つの新たなスイッチが駆動回路に追加される。したがって、制御ユニット７は、スイッチを選択的に開閉するように構成し、モータ駆動ユニットが一連又は複数の一連の駆動電圧パルスを生成することを可能にし、各一連の駆動電圧パルスは、Ｎ＋１の連続する駆動電圧パルスを含み、Ｎ＋１の連続する駆動電圧パルスはそれぞれ、所与の継続時間を有し、所与の時間の瞬間で生じる。各駆動電圧パルスは、誘導子回路にわたり所望の電圧降下を生じさせる。駆動電圧パルスは、第１のパルスの間、電力供給源を誘導子回路を通じて第１の蓄電器に接続するように生成される。次に、Ｎ＞１である場合、ｎ番目のパルスは、（ｎ−１）番目の蓄電器とｎ番目の蓄電器との間に誘導子回路を接続することによって生成され、ｎは、２からＮの間の正の整数である。最後のパルスは、Ｎ番目の蓄電器と基準電圧ノード１１との間に誘導子回路を接続することによって生成される。
【００３７】
図９から図１４を参照して、どのように正の低エネルギー・パルス及び負の低エネルギー・パルスを生成したかを説明した。所与の数値は、定常動作状態に対応する。図１７は、どのように定常動作状態を達成し得るか、及びどのように回路が定常動作状態における平衡に達するかをグラフで示す。より詳細には、図１７は、図２の実装形態に関し、２つの蓄電器ＣＬ及びＣＨは、同じ静電容量、及び１．２Ｖに等しい供給電圧Ｖｂａｔを有する。概して、静電容量値を全ての蓄電器で同じであるように選択する場合、及びパルスの継続時間が全てのパルスで同じである場合、誘導子回路にわたる電圧降下は、全てのパルスに対して実質的に同じである。電圧降下は、この場合、Ｖｂａｔ／（Ｎ＋１）に等しい。更に、定常動作状態において、誘導子回路に面するノードで測定した電圧値は、Ｖｂａｔ（Ｎ＋１）とＮ×Ｖｂａｔ／（Ｎ＋１）との間であり、Ｋ番目の蓄電器が、値（Ｎ＋１−Ｋ）×Ｖｂａｔ（Ｎ＋１）を有するようにし、式中、Ｋは、１からＮの間の整数である。
【００３８】
本発明の更なる利点は、蓄電器にわたる電圧値の１つ又は複数を、比較器の少なくとも１つのための基準値（定常偏差）として使用し得ることに留意されたい。このようにして、比較器は、正及び負の誘導電圧値の両方を検知することができる。
【００３９】
本発明を図で例示し、上記の説明で詳細に説明してきたが、そのような例示及び説明は、説明的又は例示的であって、制限的ではないとみなすべきであり、本発明は、開示する実施形態に限定されない。請求する発明を実行する際、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲に対する検討に基づき、当業者によって他の実施形態及び変形形態が理解され、達成することができる。
【００４０】
特許請求の範囲において、語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「１つの（ａ又はａｎ）」は、複数を除外しない。異なる特徴が相互に異なる従属請求項内に記載されるという単なる事実は、これらの特徴の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲内のあらゆる参照符号は、本発明の範囲の限定として解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００４１】
１  直流電気モータ
３  移動部品
３ａ  強磁性円板
３ｂ  永久磁石
５  モータ駆動ユニット
７  制御回路
９  電力供給源
１１  基準電圧ノード
１３  蓄電器ノード
１５  第１の比較器
１７  第２の比較器
ＣＨ  第１の蓄電器
ＣＬ  第２の蓄電器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
2020092590000001.pdf