(57)【要約】【課題】電気モータの機能状態を検出する改善された電子回路を提供すること。【解決手段】典型的な電気モータの場合、モータの機能状態を特定するためにさらなるコンポーネントが必要となる。すなわち、機能状態を決定する当該モータにさらなる重量が加わることになる。本発明によれば、モータの一部を電気モータの機能状態を検出するセンサとして用いた回路が提供される。すなわち、電気モータ（４８）の機能状態を検出する回路は、電気モータ（４８）の一部であるセンサ（５０）と、電気モータ（４８）の機能状態を検出するように適合される検出ユニット（５２）と、を備え、電気モータ（４８）の機能状態は、回転機能状態（６４）及びロック機能状態（６２）のうちの１つである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータの機能状態を検出する回路であって、前記回路は、
前記電気モータ（４８）の一部であるセンサ（５０）と、
前記電気モータ（４８）の機能状態を検出するように適合される検出ユニット（５２）と、を備え、
前記電気モータ（４８）の機能状態は、回転機能状態（６４）及びロック機能状態（６２）のうちの１つである、電気モータの機能状態を検出する回路。
【請求項２】
請求項１に記載の回路であって、
前記センサはコイル（１４，１６，１８，２０）をさらに含み、
前記コイル（１４，１６，１８，２０）は、前記電気モータ（４８）の回転子の回転時に、前記電気モータ（４８）の回転子が前記コイル（１４，１６，１８，２０）中にカウンター電子運動力を誘導することができる回路。
【請求項３】
請求項２に記載の回路であって、
前記コイル（１４，１６，１８，２０）は、前記電気モータ（４８）の固定子の巻線である回路。
【請求項４】
請求項３に記載の回路であって、
供給電圧に接続される第１の入力（２６）及び前記コイル（１４，１６，１８，２０）に接続される第２の入力（２８）を含む差動増幅器（２４）を、前記検出ユニット（５２）が、さらに備える回路。
【請求項５】
請求項４に記載の回路であって、
サンプル時間間隔内のサンプル時点において、前記電気モータ（４８）の回転機能状態に対応する第１の差分信号（６４）と、前記電気モータ（４８）のロック機能状態に対応し、前記第１の差分信号とは異なる第２の差分信号（６２）と、のうち１つを生成する第１の出力（３０）を、前記差動増幅器（２４）が含む回路。
【請求項６】
請求項５に記載の回路であって、
前記検出ユニットが、前記第１の出力（３０）を含む前記差動増幅器（２４）に接続され、さらに、
前記第１の差分信号（６４）及び前記第２の差分信号（６２）のうち１つを前記サンプル時点においてサンプリングするトリガとなる前記電気モータ（４８）のドライバ（２）にも接続される、
サンプルアンドホールド回路（３６）を、
さらに含む回路。
【請求項７】
請求項６に記載の回路であって、
前記検出ユニットが、比較器（４４）をさらに含み、
前記比較器（４４）は、第３の入力（４２）及び第４の入力（４０）並びに第２の出力（４６）を含み、
前記比較器（４４）の第３の入力（４２）は、前記サンプルアンドホールド回路（３６）に接続され、
前記比較器（４４）の第４の入力（４０）は、基準電圧に接続され、
前記比較器（４４）は、前記第３の入力（４２）を前記第４の入力（４０）と比較するように適合され、
前記第２の出力（４６）に第３の信号を供給することができ、
前記第３の信号は、前記電気モータ（４８）の機能状態に対応する、回路。
【請求項８】
請求項７に記載の回路において、
前記回路は、前記電気モータ（４８）の機能状態を示すことができるディスプレイをさらに含む回路。
【請求項９】
請求項７に記載の回路であって、
マイクロプロセッサ（５５）をさらに含み、
前記マイクロプロセッサ（５５）は、
制御信号を前記電気モータ（４８）に送信することができ、
前記制御信号は、前記電気モータ（４８）を第１の方向に回転させるように制御する信号及び前記電気モータ（４８）を第２の方向に回転させるように制御する信号のうちの１つであり、
前記マイクロプロセッサ（５５）は、前記制御信号に対応する前記電気モータ（４８）の機能状態を決定することができ、
前記マイクロプロセッサ（５５）は、前記電気モータ（４８）の機能状態を分析することができ、
前記電気モータ（４８）の動作性を検出することができ、
前記動作性は、第１のロック機能状態と第２のロック機能状態との間の回転機能状態の継続時間に対応する、回路。
【請求項１０】
請求項１に記載の回路であって、
前記電気モータ（４８）はステッピングモータである回路。
【請求項１１】
バルブであって、
請求項１に記載の回路を含む電気モータ（４８）によって制御されるバルブ。
【請求項１２】
航空機であって、
請求項１に記載の回路を含む航空機。
【請求項１３】
電気モータの機能状態をセンサによって検出する方法であって、
電気モータの一部であるセンサの手段によって、前記電気モータの機能状態を検出する段階を含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
電気モータ（４８）の回転子を第１の方向に回転する段階と、
コイル（１４，１６，１８，２０）中にカウンター電子運動力を誘導する段階と、
前記カウンター電子運動力と供給電圧とを比較する段階と、
第１の差分信号（６４）及び第２の差分信号（６２）のうち１つを生成する段階であって、
前記第１の差分信号（６４）は、前記電気モータ（４８）の回転機能状態に対応し、
前記第２の差分信号（６２）は、前記電気モータ（４８）のロック機能状態に対応し、
前記第１の差分信号（６４）及び前記第２の差分信号（６２）は、サンプル時点において異なる段階と、
前記第１の差分信号（６４）及び前記第２の差分信号（６２）のうち１つが、前記サンプル時点においてサンプリングされる段階と、
前記第１の差分信号（６４）及び前記第２の差分信号（６２）のうち１つを基準電圧と比較する段階と、
前記電気モータ（４８）の機能状態を決定する段階と、
前記電気モータ（４８）の機能状態を提供する段階と、をさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータの分野に関する。詳細には、本発明は、電気モータの機能状態を検出する回路及び対応する方法に関し、また、本発明は、このような回路を含むバルブ及び航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、電気モータは、幅広く用いられている、電流を機械力に変換する電気機械変換器である。これらの電気モータは、通常、電磁気力の物理的現象に基づいている。電流は磁場を生成し、この磁場は、電流近隣の別の磁場に影響を与え得る。
【０００３】
よって、電流を用いて、電気モータの磁気回転子及び回転子と結合されたシャフトを回転させることができる。
【０００４】
一方、導線近隣の磁場が変化すると、導線中に電圧が発生する。この電圧は、カウンター電子運動力又は逆方向電子運動力として知られている。本明細書中、「カウンター電子運動力」という用語を、このような電子運動力を指すものとして用いる。
【０００５】
ステッピングモータは、特殊な種類の電気モータである。典型的には、ステッピングモータは、複数の巻線を有する。これらの巻線は、固定子の一部を構成し、回転子が永久磁石で構成可能な場合、当該回転子に影響を与える。ステッピングモータの利点としては、複数の固定子巻線を持つため、位置決めが正確にできる点がある。そのため、ステッピングモータの場合、固定子の複数の巻線を制御するドライバが必要となる。ステッピングモータのドライバは、例えば、回転方向に対応するシーケンスにおいて、電気モータの異なる巻線の通電制御によって、回転する電気モータの方向を規定する。ステッピングモータのドライバは、電気モータ速度を制御することもできる。
【０００６】
ステッピングモータは、機械力制御を必要とする多様な用途において用いることができ、例えば、航空機中の空調システムのバルブ制御に用いることができる。
【０００７】
正しい制御インパルスを電気モータに送ってバルブアパチャを制御するようにできるためには、バルブ位置を決定することが必要である。
【０００８】
そのため、バルブ位置を決定するために、さらなるセンサが必要になることが多い。これらのさらなるセンサはさらなる重量を意味し、航空機の場合、不利である。
【０００９】
例えばバルブ位置を決定するための別の方法として、バルブを制御している電気モータの機能状態の特定がある。
【００１０】
機能状態は、電気モータが回転しているか否か及びその回転時間長さを分析することにより、恐らくはバルブの位置が決定可能となる、ことを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、電気モータの機能状態を検出する改善された電子回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の本発明の一態様によれば、上記目的は、電気モータの機能状態を検出する回路によって解かれ得る。前記回路は、センサ及び検出ユニットを含み、前記センサは、前記電気モータの一部である。前記検出ユニットは、前記電気モータの機能状態を検出するように適合され、前記電気モータの機能状態は、回転機能状態及びロック機能状態のうちの１つである。
【００１３】
有利なことに、本回路は、電気モータの実際の状態を検出することができ得る。よって、本回路は、電気モータが回転しているか又はロックされているかを特定することができる。電気モータのシャフトが障害物によって遮断されていない場合、シャフトは、制御信号に従って回転し得る。制御信号を電気モータは、電気モータのドライバによって受信する。あるいはシャフトがロックされている場合、電気モータは、その時にシャフトが何かによって遮断されている旨を示すことができる。電気モータの機能状態の分析により、機能状態に応じた反応可能性を制御ユニットに与えることができる。
【００１４】
センサは電気モータの一部となっているため、有利なことに、電気モータの機能状態を検出するためのさらなる構成要素を設けるのとは対照的に、重量削減が可能となる。よって、電気モータ中の集積センサは、本発明による回路を用いた航空機の重量を削減することができる。
【００１５】
請求項２に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記センサは、コイルをさらに含む。前記コイルは、前記回転子の回転時に前記電気モータの回転子が前記コイル中のカウンター電子運動力を誘導するように、適合される。
【００１６】
コイル中のカウンター電子運動力の誘導は、モータの実際の機能状態に関するフィードバック信号を表す。電気モータが回転している場合（回転子の回転を含む）、カウンター電子運動力が誘導される。この種のフィードバック信号は、機械的値の電子的値への移行と見なすことができる。電子回路を用いて実際の機能状態を分析することが可能になる。
【００１７】
請求項３に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記コイルは、前記電気モータの固定子の巻線である。電気モータの固定子巻線をコイルとして用いることにより、モータの一部をセンサとして用いることが可能になる。よって、このようなフィードバック機構のためのさらなるコンポーネントを設ける必要無く、電気モータからフィードバック信号を得ることが可能になる。
【００１８】
請求項４に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記回路は、差動増幅器をさらに含む。前記差動増幅器は、第１及び第２の入力を含む。前記第１の入力は供給電圧に接続され、前記第２の入力は前記コイルに接続される。
【００１９】
差動増幅器は、２つの入力電圧を減算し、自身の出力において、入力電圧の差を表す信号を生成することができる。カウンター電子運動力が電圧でありまた供給電圧が電圧であるため、これら２つの信号を減算することにより、比較することが可能となる。
【００２０】
請求項５に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記差動増幅器は第１の出力を含む。前記差動増幅器は、この第１の出力において、第１の差分信号及び第２の差分信号のうち１つを生成するように適合される。電気モータの回転時、差動増幅器は、自身の第１の出力において、電気モータの回転機能状態に対応する第１の差分信号を生成する。
【００２１】
電気モータのシャフトがロックされかつ電気モータが遮断されている場合、差動増幅器の第１の出力において、電気モータのロック機能状態に対応する第２の差分信号が生成される。第１及び第２の差分信号は、サンプル時点において異なる。サンプル時点は、サンプル時間間隔内に存在し、第１及び第２の差分信号のサンプリング及び差異化に用いることができる。
【００２２】
有利なことに、差動増幅器の第１の出力において、電気モータの機能状態に依存して特性時間依存信号を生成することができる。よって、電気モータの実際の機能状態を検出するために、差動増幅器の出力のみを分析すればよい。出力信号が回転機能状態に対応した出力信号と、電気モータのロック機能状態に対応した出力信号とは、異なる特性を持つため、これらを差異化することができる。サンプル時点において採取された１つのサンプル値を比較して、第１又は第２の差分信号が差動増幅器の第１の出力における実際の信号であるかを検出するだけで、双方の信号を差異化することができる。
【００２３】
請求項６に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記回路は、サンプルアンドホールド回路をさらに含む。サンプルアンドホールド回路は、差動増幅器の第１の出力に接続される。サンプルアンドホールド回路はまた、電気モータのドライバにも接続される。電気モータのドライバは、サンプルアンドホールド回路をトリガして、第１の差分信号及び第２の差分信号のうち１つをサンプル時点においてサンプリングするように、適合される。
【００２４】
有利なことに、サンプルアンドホールド回路は、規定時間において値を測定しておき、値が後続分析器によって処理されるまで、値を保管することができる。電気モータのドライバをサンプルアンドホールド回路用のトリガとして用いることにより、信号のサンプリングの同期化を電気モータの回転に応じて行うことが可能になる。トリガ時点は周期信号であるため、電気モータの回転に関連付けることができる。
【００２５】
電気モータの固定子の巻線をセンサとして用いることができるため、サンプル時点を電気モータの回転に合わせて調節することができ、有利である。
【００２６】
固定子の巻線を用いて、モータを回転させてもよい。従って、固定子の巻線に電流を付加して、磁場を生成し、回転子を回転させる。回転子は、永久磁石を含み得る。よって、コイルへの電流付加時、コイルを用いて、カウンター電子運動力を収集することができる。電気モータのドライバは、コイルに電流が付加される時を認知し、よって、サンプルアンドホールド回路を正しい時間においてトリガすることができる。正しい時間とは、第１の差分信号及び第２の差分信号が異なりかつコイルが未付加である時における瞬間であればよい。サンプルアンドホールド回路として、第１及び第２の差分信号に依存する異なる時間が、電気モータの機能状態を表す離散値に変えられる。
【００２７】
請求項７に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記回路は、比較器をさらに含む。前記比較器は、第３及び第４の入力並びに第２の出力を有する。前記比較器の第３の入力は、前記サンプルアンドホールド回路に接続される。前記比較器の第４の入力は、基準電圧に接続される。前記比較器は、前記第３の入力を前記第４の入力と比較するように適合され、前記第２の出力において第３の信号を提供することができる。前記第３の信号は、前記電気モータの機能状態に対応する。
【００２８】
比較器は、２つの電圧を比較することができる。第１の差分信号と、第２の差分信号とは、サンプル時点において異なるため、有利なことに、比較器の第３の入力を基準値と比較することにより、第１又は第２の差分信号が利用可能であることを決定することができる。換言すれば、第１及び第２の差分信号は、電圧の時間に対する周期関数である。第１の差分信号及び第２の差分信号の電圧は、サンプル時点において異なる。これらの周期関数をサンプル時点においてサンプリングすることは、時間関数の検出を離散電圧値の検出に変える。実際の離散電圧値の特定及び実際の機能状態の特定のため、比較器を用いる。比較器の第２の出力における離散値は、電気モータの機能状態に対応する。
【００２９】
請求項８に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記回路は、ディスプレイをさらに含む。前記ディスプレイは、前記電気モータの機能状態を示すように適合される。ディスプレイを設けることにより、有利なことに、電気モータの機能状態の視覚化が可能となる。
【００３０】
よって、電気モータの実際の機能状態の概要を迅速に得ることが可能になる。
【００３１】
請求項９に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、前記回路は、マイクロプロセッサをさらに含む。前記マイクロプロセッサは、制御信号を前記電気モータに送信するように適合される。前記制御信号は、前記電気モータを第１の方向に回転させるように制御する信号及び前記電気モータを第２の方向に回転させるように制御する信号のうちの１つである。前記マイクロプロセッサは、前記制御信号に対応する前記電気モータの機能状態を決定するようにさらに適合される。よって、マイクロプロセッサは、電気モータの機能状態を分析することにより、電気モータの動作性を検出することができる。動作性は、第１のロック機能状態と第２のロック機能状態との間の回転機能状態の継続時間に対応する。
【００３２】
有利なことに、マイクロプロセッサを用いて、機械的システムの動作性（例えば、電気モータの機能状態の特定のシーケンスが制御信号をたどる機械的システムの動作性の表示）を明確にすることができる。
【００３３】
よって、システム動作性について、２つのロック機能状態間において回転機能状態の特定の継続時間が検出された旨を示すことができる。マイクロプロセッサは、有利なことに電気モータの制御及び電気モータの応答の分析を行うことができるため、マイクロプロセッサは、システムが動作可能であるか否かの信号を提供するだけですむ。その場合、メンテナンス前に航空機中のシステムの確認が必要になり得る。
【００３４】
請求項１０は、本発明のさらに有利な例示的実施形態を提供する。
【００３５】
請求項１１に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、バルブが提供される。前記バルブは、本発明の例示的実施形態による回路を含む電気モータによって制御される。
【００３６】
通常、バルブは電気モータによって制御される。動作性の決定のため、これらのバルブは通常、さらなる位置検出器を有する。
【００３７】
電気モータを本発明による回路と共に用いることにより、さらなる位置検出器無しにバルブを用いることが可能になる。従って、このようなバルブについて重量節約が可能になる。
【００３８】
請求項１２は、本発明による回路を含む航空機に関する。
【００３９】
請求項１３に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、電気モータの機能状態をセンサによって検出する方法が提供される。前記センサは、前記電気モータの一部である。
【００４０】
請求項１４に記載のような本発明の別の例示的実施形態によれば、電気モータの機能状態をセンサによって検出する方法が提供される。電気モータの回転子は、第１の方向に回転し、コイル中のカウンター電子運動力を誘導する。このカウンター電子運動力を供給電圧と比較し、第１の差分信号及び第２の差分信号のうち１つを生成することができる。前記第１の差分信号は、前記電気モータの回転機能状態に対応し、前記第２の差分信号は、前記電気モータのロック機能状態に対応する。前記第１及び前記第２の差分信号は、サンプル時点において異なる。よって、第１の差分信号及び第２の差分信号のうち１つが、サンプル時点においてサンプリングされる。第１の差分信号及び第２の差分信号のうち１つを基準電圧と比較し、これにより、電気モータの機能状態を決定し、提供することができる。
【００４１】
本発明の例示的実施形態の要旨として、本回路をセンサと共に用いることによって電気モータの機能状態を提供することができる点がある。センサは電気モータの一部である。その結果、電気モータの機能状態を決定することが可能なシステムにおいて重量を低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の上記及び他の態様は、本明細書中以下に説明する実施形態を参照すれば、明らかになる。
【００４３】
図１は、本発明の例示的実施形態の模式的ブロック図である。参照符号２によって示されるブロックは、ステッピングモータ４８用のドライバを示す。ドライバ２は、ステッピングモータの回転方向及びステッピングモータ４８の回転速度を定める役割を果たす。従って、ドライバ２は、制御信号をステッピングモータ４８に送信する。ステッピングモータ４８を用いて、バルブ４９のような機械的システムを動かすことができる。ステッピングモータ４８において、電気モータ４８の機能状態を同定することが可能なセンサ５０が集積される。センサ５０は、ステッピングモータ４８のコイルであり得、その利点としては、ステッピングモータ４８の実際の状態を決定するためにステッピングモータ４８にさらなるデバイスを追加する必要が無い点がある。
【００４４】
センサ５０によって決定された信号は、機能状態検出ユニット５２によって受信される。機能状態検出回路５２は、ステッピングモータ４８の機能状態に応じて離散信号を送達することが可能な電子回路である。ステッピングモータ４８には、２つの可能な機能状態（すなわち、ステッピングモータ４８及びシャフト５６の回転に対応する回転機能状態、ステッピングモータ４８及びシャフト５６のロック状態に対応するロック機能状態）がある。機能状態検出ユニット５２は、ステッピングモータドライバ２によってトリガされる。従って、機能状態検出ユニット５２とステッピングモータドライバ２との接続が利用可能になる。
【００４５】
機能状態決定回路５２によって提供される離散機能状態値は、評価ユニット５４へ提供される。評価ユニット５４は、例えば、実際の機能状態を示すディスプレイ５３又は受信された機能状態の処理及び信号の分析を行うことが可能なマイクロプロセッサ５５であればよい。マイクロプロセッサ５５は、機能状態のシーケンスの分析が必要な場合に必要となり得る。
【００４６】
図２は、ステッピング電気モータ４８の概略図である。ステッピングモータ４８は、Ｓ磁極２２及びＮ磁極２３を有する永久磁石を含む回転子を備える。回転子の中央において、シャフト５６が配置される。ステッピングモータ４８のスイッチがオンになると、シャフト５６が回転する。回転子周囲を十字条に９０度ごとに、ステッピングモータ４８の固定子が配置される。固定子は、巻線１４、１６、１８及び２０と、巻線によって巻かれるコアとを含む。巻線１４、１６、１８及び２０のそれぞれの中を流れる電流により、固定子は磁極を構築する。この固定子の極性は、回転子の関連極２２又は２３を引きつける。回転子と共に、シャフト５６も回転する。なぜならば、回転子は、反対極同士が反対側に配置された安定位置にあるからである。
【００４７】
電気モータ４８を回転させるために、ステッピングモータドライバ２は、交互シーケンス中の巻線１４、１６、１８及び２０を通る電流の流れを制御する。換言すれば、回転子及びシャフト５６を例えば時計周りに回転させるために、ドライバ２は、第１の位相６中に電流を付加して、電流を電圧供給するリード線４から巻線１４を通じて第１の位相６に戻し、固定子巻線１４上に磁極性を生成し、これにより、関連磁極２２又は２３を引きつける。その後、ドライバ２は、電流を第２の位相８に切り換え、電流を電圧供給するリード線４から巻線１６を通じて流し、第２の位相８へと戻す。ここで、巻線１６の固定子は、先行する巻線１４の固定子と同じ磁極性を持つようになり、巻線１６の磁場は、回転子の極２２を引き付け、その結果、シャフトが９０度回転する。その後、第３の位相１０及び巻線１８にも同じことが行われ、その後第４の位相１２及び巻線２０にも行われる。その後、これは、第１の位相６及び巻線１４で再度開始する。シャフト５６を他の方向に回転させるため、シーケンスを逆順序に実施する。
【００４８】
上記から分かるように、ステッピングモータのシャフトを回転させるために、固定子の巻線に短時間通電のみを行う。時間の残りにおいて、巻線はドライバ２によって通電されず、そのため、誘導物理的現象により、自由巻線中にカウンター電子運動力（ＥＭＦ）が発生する。カウンターＥＭＦは、永久磁石２２及び２３を含む回転子が回転している間だけに現れる。よって、ＥＭＦの存在は、ステッピングモータ４８の回転機能状態を示す。
【００４９】
図３は、本発明の例示的実施形態による電気モータ４８の機能状態を検出する回路の論理的構造レイアウトを示す。図３は、ステッピングモータ４８を制御するドライバ２を示す。電気モータ４８の固定子の規定されたシーケンス位相６、８、１０及び１２並びに関連巻線１４、１６、１８及び２０を通電させることにより、ドライバ２は、電気モータ４８及びシャフト５６の回転を起こす。電気モータ４８の機能状態を検出する回路５２は、リード線４及び位相６、８、１０又は１２の１つに接続される。リード線４は、供給電圧の電位を持つ。図３において、電気モータ４８の機能状態を検出する回路５２は、第４の位相１２に接続される。リード線４による供給電圧は、差動増幅器２４の第１の入力に接続される。
【００５０】
位相１２の信号は、差動増幅器２４の第２の入力２８に接続される。位相１２の信号も電圧である。差動増幅器２４は、第１の入力２６上の信号及び第２の入力２８上の信号を減算し、その結果を第１の出力３０上に提供する。電気モータ４８の機能状態に応じて、差動増幅器の第２の入力２８上の信号は、特性フォーマットを持つ。よって、第１の出力３０において提供される信号も特性フォーマットを持つ。これは、時間に対する電圧の関数である。差動増幅器の第１の出力３０における信号の２つの異なるフォーマットを差異化することができる。
【００５１】
第１の差分信号６４は、電気モータ４８の回転機能状態に対応する。第２の差分信号６２は、電気モータ４８のロック機能状態に対応する。これらの差分信号はいずれも周期信号であり、これらの差分信号間の差は、サンプル時間間隔５８及び６０中に存在するサンプル時点において最も明白である。出力３０の関連差分信号は、サンプルアンドホールド回路３６の入力３２に提供される。出力３０の関連差分信号は、サンプルアンドホールド回路３６の入力３２に提供される。サンプルアンドホールド回路３６が入力３２上の入力信号をサンプリングする時点は、サンプルアンドホールド回路の入力３４に接続されたトリガによって規定される。入力３４は、ステッピングモータ４８のドライバ２に接続される。ドライバ２は、回転子の回転に関する詳細情報を持つ。従って、電気モータ４８の回転機能状態に対応する第１の差分信号と電気モータ４８のロック機能状態に対応する第２の差分信号との間の差が最も明白になる時点において、サンプルアンドホールド回路３６をトリガすることができる。入力３２上のサンプリング信号（これは、サンプル時点における第１の差分信号６４及び第２の差分信号６２のうちの１つである）により、実際の差分信号の検出がより容易になる。サンプルアンドホールド回路３６のサンプル値は、ローパスフィルタ３８に提供され、これにより、比較器４４の第３の入力４２を受信する前に、当該信号を円滑化する。
【００５２】
比較器４４の第４の入力４０は、基準電圧４１に接続される。比較器４４は、第３の入力４２上の信号を入力４０上の信号と比較し、入力４２上の信号が第４の入力４０の基準電圧４１よりも低いか又は高いかを示すことができる。第３の入力４２上の信号が第４の入力４０の基準電圧４１よりも低い場合、比較器４４上の第２の出力４６に関する結果は、電子ステッピングモータの回転機能を示す。
【００５３】
別の場合において第３の入力４２上の信号が基準電圧４１よりも高い場合、第２の出力４６上の信号は、電子ステッピングモータ４８のロック状態を示す。従って、比較器４４の第２の出力４６における信号は、モータの機能状態を示す離散値である。信号は、例えばポストプロセッサによって、例えばディスプレイ５３上に、状態を視覚化するために用いられてもよいし、あるいは、マイクロプロセッサ５５による機能状態の分析のために用いられてもよい。
【００５４】
マイクロプロセッサ５５を評価ユニット５４として用いて、制御信号をドライバ２に送信することができる。
【００５５】
マイクロプロセッサ５５は、通常条件下で用いられるプログラムにより、ドライバ２を介して電気モータ４８を制御する。例えば、電気モータ４８を用いてバルブを制御することができる。バルブ４９の動作状態は、例えば、閉位置ではモータのシャフトがロックされていることを意味する。このロック機能状態は、マイクロコントローラによって検出されなければならない。その後、マイクロコントローラは、電気モータ４８の回転方向を切り換えることができ、その結果、比較器４４の第２の出力４６上に、電気モータ４８の回転機能状態に対応する信号を受信する。この信号は、バルブ４９が電気モータ４８のシャフト５６をロックする（バルブ４９が端位置に着いたことを示す）までの特定の継続時間に、評価ユニット５４によって受信される。その時点から、マイクロプロセッサ５５は、電気モータ４８のロック機能状態を再度受信する。ロック機能状態及び回転機能状態のシーケンスを回転機能状態に関する継続時間と共に分析することにより、マイクロプロセッサ５５は、バルブの動作性を特定することができる。
【００５６】
図４は、回転機能状態を示す第１の差分信号６４の時間図である。図４は、第１の差分信号６４のプロットを示す図である。ｘ軸は時間を表し、縦軸は信号６４の電圧を示す。例えば、ステッピングモータ４８のシャフト５６は１秒あたり５４０ステップ回転する。第１の差分信号６４は、電気モータ４８が遮断無しに回転している間に、差動増幅器２４の第１の出力３０から採取される。
【００５７】
図４から分かるように、第１の差分信号６４は周期信号である。従って、継続時間５９の後、信号が反復される。周期信号は、回転の典型である。第１の差分信号６４と第２の差分信号６２とを比較すると、信号６４と信号６２との差が最も明白になるのは、時間間隔５８と６０との両方においてであることが分かる。
【００５８】
例えば、サンプル時間間隔５８及び６０の領域における第１の差分信号６４の値は−１６ボルトであり得る。
【００５９】
よって、時間間隔５８又は６０の時点において第１の差分信号６４をサンプリングすれば、第１の差分信号６４及び第２の差分信号６２の差異化に対する信頼性が最も高くなる。信号６４の最終四半期において、信号６４の矩形フォーマット６１を見ることができる。この例において、信号６４は、リード線４上の供給電圧及び第４の位相１２上の信号を減算することにより、生成される。矩形フォーマット６１の領域は、位相１２及び巻線２０がドライバ２によって通電されている時の領域であり、信号検出には用いることができない。
【００６０】
図５は、ロック機能状態を表す第２の差分信号の時間図である。図４と同様に、図５は、差動増幅器２４の第１の出力３０における第２の差分信号６２を示す。
【００６１】
ｘ軸は時間を示し、縦軸は信号６２の電圧を示す。電気モータ４８は、ドライバ２によって制御されて１秒当たり５４０ステップ回転するが、モータシャフトはロックされている。サンプル時間間隔５８及び６０中の信号の値は０ボルトである。よって、時間間隔５８又は６０におけるサンプルを採取すれば、サンプル時点において１つの値をサンプリングするだけで、第１の差分信号６４と第２の差分信号６２とを高信頼性を以て差異化することが可能になる。
【００６２】
図６は、電気モータの機能状態を検出する方法のフローチャートを示す。ステップＳ１は、電気モータの回転子が第１の方向において回転していることを示す。
【００６３】
回転子が回転している間、回転子が永久磁石の極２２及び２３を含むため、回転子の永久磁石の極２２及び２３の位置に応じて、コイル１４、１６、１８又は２０中にカウンター電子運動力が誘導される。ステップＳ３において、カウンター電子運動力を減算することによって、供給電圧のカウンター電子運動力と、供給電圧とを比較することにより、ステップＳ４において、第１の差分信号６４及び第２の差分信号６２のうち１つが生成される。第１の差分信号６４は、電気モータの回転機能状態に対応する。第２の差分信号６２は、電気モータ４８ロック機能状態に対応する。ステップＳ５において、サンプル時点において関連差分信号がサンプリングされる。ステップＳ６におけるサンプリング結果信号が、基準電圧４１と比較される。
【００６４】
ステップＳ７において、電気モータの実際の機能状態が決定され、ステップＳ８において、電気モータ４８の機能状態が提供される。
【００６５】
図７は、本発明による回路を含む航空機を示す。
【００６６】
「含む」という用語は、他の構成要素又はステップを除外せず、「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外せず、また、複数請求項中に記載の数種の手段の機能を単一のプロセッサ又はシステムによって行ってもよい点に留意されたい。また、異なる実施形態において関連して記載した構成要素を組み合わせてもよい。
【００６７】
また、請求項中のいかなる参照符号も、請求項の範囲を定めるものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
本発明の例示的実施形態は、以下の図面に関して次の様に記載されている。
【図１】本発明の例示的実施形態の模式的ブロック図である。
【図２】ステッピング電気モータの概略図である。
【図３】本発明の例示的実施形態による電気モータの機能状態を検出する回路の論理的構造レイアウトを示す。
【図４】回転機能状態を示す第１の差分信号の時間図を示す。
【図５】ロック機能状態を表す第２の差分信号の時間図である。
【図６】電気モータの機能状態を検出する方法のフローチャートを示す。
【図７】本発明による回路を含む航空機を示す。
【符号の説明】
【００６９】
２    ドライバ
１４，１６，１８，２０  コイル
２４  差動増幅器
３６  サンプルアンドホールド回路
４４  比較器
４８  電気モータ
４９  バルブ
５０  センサ
５２  機能状態検出ユニット
５３  ディスプレイ
５４  評価ユニット
５５  マイクロプロセッサ
５６  シャフト
【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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【国際調査報告】
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