(57)【要約】ブラシレスモーター（ＢＬＭ）などのモーター（例えば、図２Ａ及び図２Ｂ）を制御する回路（例えば、７、９）が開示される。この回路（例えば、７、９）は、例えば、ＢＬＭ回転子（例えば、図２Ａ及び図２Ｂ）の位置を検出する１以上のホール効果センサー（例えば、３）から回転子位置信号（例えば、９１、９２）を受信するための１以上の入力を含みうる。この回路（例えば、７、９）は、パルス幅変調された速度制御信号（例えば、１１４、３２０）を受信するための入力をさらに含みうる。この回路（例えば、７、９）は、１以上の駆動信号｛例えば、３２２、３２４、３２６、３２８、４１−４２、４３−４４、４１−４２（ＰＷＭ）、４３−４４（ＰＷＭ）｝を生成し、各駆動信号はＢＬＭ（例えば、図２Ａ及び図２Ｂ）の電磁石に連結された電力スイッチ（例えば、Ｆ１−Ｆ８）を制御するために速度制御信号（例えば、１１４、３２０）と回転子位置信号（例えば、９１、９２）の論理的組合せ（例えば、論理的ＡＮＤ組合せ）を含みうる。
2011514134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモーター（ＢＬＭ）を制御するための電子回路において、
ＢＬＭ回転子の角度位置を検出するための第１のホール効果センサー及び第２のホール効果センサーから第１のデジタル位置信号及び第２のデジタル位置信号をそれぞれ受信するための第１の入力及び第２の入力と、
デジタルパルス幅変調された速度制御信号を受信するための第３の入力と、
前記第１のデジタル位置信号と速度制御信号のブール論理組合せを含み、第１の複数のＢＬＭ電磁石に通信可能に連結された第１のフルブリッジ構成の電力スイッチを制御するための第１の駆動信号を生成する第１の論理ゲートと、
前記第２のデジタル位置信号と速度制御信号のブール論理組合せを含み、第２の複数のＢＬＭ電磁石に通信可能に連結された第２のフルブリッジ構成の電力スイッチを制御するための第２の駆動信号を生成する第２の論理ゲートと、
を含むことを特徴とする、ブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項２】
前記第１の論理ゲート及び前記第２の論理ゲートは第１の論理ＡＮＤゲート及び第２の論理ＡＮＤゲートを含み、前記第１の駆動信号は前記第１のデジタル位置信号と速度制御信号の論理ＡＮＤ組合せを含み、前記第２の駆動信号は前記第２のデジタル位置信号と速度制御信号の論理ＡＮＤ組合せを含むことを特徴とする、請求項１に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項３】
前記第１のデジタル位置信号の論理的補数を生成するための第１の論理インバーターゲートと、
前記第２のデジタル位置信号の論理的補数を生成するための第２の論理インバーターゲートと、
前記第１のデジタル位置信号の論理的補数と速度制御信号の論理ＡＮＤ組合せを含む第３の駆動信号を生成するための第３の論理ＡＮＤゲートと、
前記第２のデジタル位置信号の論理的補数と速度制御信号の論理ＡＮＤ組合せを含む第４の駆動信号を生成するための第４の論理ＡＮＤゲートと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項４】
前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号に応答して第１の複数のＢＬＭ電磁石を駆動するための第１のフルブリッジ構成の電力スイッチと、
前記第２の駆動信号及び前記第４の駆動信号に応答して第２の複数のＢＬＭ電磁石を駆動するための第２のフルブリッジ構成の電力スイッチと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項５】
前記第１の駆動信号は前記第２の駆動信号と位相が９０°ずれていることを特徴とする、請求項４に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項６】
前記第１のフルブリッジ構成のスイッチに前記第１の駆動信号を連結するものと、前記第１のフルブリッジ構成のスイッチに前記第３の駆動信号を連結するものを交換するための回転子方向逆転スイッチをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項７】
前記第１の駆動信号は活性期間の間に前記第１のフルブリッジ構成のスイッチを駆動し、前記第３の駆動信号は活性期間の間に前記第１のフルブリッジ構成のスイッチを駆動し、前記第１の駆動信号の活性期間は前記第３の駆動信号の不活性期間に対応し、前記第３の駆動信号の活性期間は前記第１の駆動信号の不活性期間に対応し、前記第１の駆動信号の活性期間の終了を前記第３の駆動信号の活性期間の開始から時間的に離隔させるための回路をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項８】
ブラシレスモーター（ＢＬＭ）を制御するための電子回路において、
ＢＬＭ回転子の磁極の角度位置を検出する第１のセンサーから活性期間と不活性期間を有する第１の位置信号を受信するための第１の入力と、
前記ＢＬＭ回転子の磁極の角度位置を検出する第２の位置センサーから活性期間と不活性期間を有する第２の位置信号を受信するための第２の入力と、
前記第１の位置信号、前記第２の位置信号及び速度制御信号を受信し、前記第１の位置信号、前記第２の位置信号及び前記速度制御信号に基づいて、前記第１の位置信号の不活性期間に対応する複数の不活性期間と前記第１の位置信号の活性期間に対応する複数のパルスを含む第１の駆動信号と、前記第２の位置信号の不活性期間に対応する複数の不活性期間と前記第２の位置信号の活性期間に対応する複数のパルスを含む第２の駆動信号を生成する制御回路と、
前記第１の駆動信号を受信し、前記第１の駆動信号の複数のパルスのそれぞれの間に電力ソースを第１の駆動出力に連結するための第１のブリッジ構成のスイッチと、
前記第２の駆動信号を受信し、前記第２の駆動信号の複数のパルスのそれぞれの間に電力ソースを第２の駆動出力に連結するための第２のブリッジ構成のスイッチと、
を含むことを特徴とする、ブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項９】
前記速度制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含むことを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１０】
前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルは、ＢＬＭ回転子の回転速度を制御することを特徴とする、請求項９に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１１】
前記第１のブリッジ構成のスイッチ及び前記第２のブリッジ構成のスイッチは、フルブリッジ構成のスイッチを含むことを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１２】
前記制御回路は１以上の論理ＡＮＤゲートを含み、前記速度制御信号は第１及び第２の位置信号のそれぞれと論理ＡＮＤ演算されることを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１３】
前記制御回路は入力として前記第１の位置信号及び前記第２の位置信号を受信し、前記第１の位置信号の論理的補数と前記第２の位置信号の論理的補数を出力するための複数の論理ゲートをさらに含み、前記第１の位置信号の論理的補数及び前記第２の位置信号の論理的補数はそれぞれ活性期間と不活性期間を含むことを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１４】
前記第１の位置信号の論理的補数と前記第２の位置信号の論理的補数は第３の駆動信号及び第４の駆動信号の生成に用いられ、前記第３の駆動信号は前記第１の位置信号の論理的補数の各活性期間に対応する複数のパルスを含み、前記第４の駆動信号は前記第２の位置信号の論理的補数の各活性期間に対応する複数のパルスを含むことを特徴とする、請求項１３に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１５】
前記第１のブリッジ構成のスイッチは入力として前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号を受信し、前記第１の駆動信号の複数のパルスのそれぞれの間に第１の極性を有する第１の駆動出力に電力ソースを連結し、前記第３の駆動信号の複数のパルスのそれぞれの間に第２の極性を有する第１の駆動出力に電力ソースを連結することを特徴とする、請求項１４に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１６】
前記制御回路は、前記第１の駆動信号の複数のパルスタイミングと前記第３の駆動信号の複数のパルスタイミングとの間に分離間隔を生成することを特徴とする請求項１５に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１７】
前記第１の駆動信号の複数のパルスタイミングと前記第３の駆動信号の複数のパルスタイミングとの間に分離間隔を生成することは、エッジ付近において前記第１の位置信号の論理的補数と前記第１の位置信号それぞれの活性期間を短縮させることを含むことを特徴とする、請求項１６に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１８】
前記活性期間を短縮させるための制御回路は、
入力として前記第１の位置信号及び前記第２の位置信号を受信する論理ＸＯＲゲートと、
前記論理ＸＯＲゲートからの出力における正の遷移に応答して第１のパルス信号を生成する第１のパルス生成器と、
前記論理ＸＯＲゲートからの出力における負の遷移に応答して第２のパルス信号を生成する第２のパルス生成器と、
前記第１の位置信号の活性期間を短縮させるために第１の位置信号の論理的補数と第１の位置信号それぞれを第１のパルス信号と組み合わせる１以上の論理ＡＮＤゲートと、
前記第２の位置信号の活性期間を短縮させるために第２の位置信号の論理的補数と第２の位置信号それぞれを第２のパルス信号と組み合わせる１以上の論理ＡＮＤゲートと、
を含むことを特徴とする、請求項１７に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項１９】
前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号は互いに位相が±９０°ずれていることを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項２０】
前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号の位相オフセットを＋９０°〜−９０°の範囲内において変化させるように構成された回転子回転方向逆転スイッチをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項２１】
前記第１の位置信号の各活性期間は、回転子の回転角度６０°に対応することを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項２２】
前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーは、ホール効果センサーを含むことを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項２３】
前記第１の位置信号及び前記第２の位置信号は、デジタル信号を含むことを特徴とする、請求項２２に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項２４】
前記制御回路は、単一集積回路として具現されることを特徴とする、請求項８に記載のブラシレスモーターを制御するための電子回路。
【請求項２５】
ブラシレスモーター（ＢＬＭ）を制御する電子的な方法において、
ＢＬＭ回転子のＮ磁極の角度位置を検出するための第１のホール効果センサー及び第２のホール効果センサーから第１のデジタル位置信号及び第２のデジタル位置信号をそれぞれ電子的に受信するステップと、
デジタルパルス幅変調された速度制御信号を電子的に受信するステップと、
前記第１のデジタル位置信号と前記速度制御信号との論理的組合せを含み、第１の組の１以上のＢＬＭ電磁石に通信可能に連結された第１の組の１以上の電力スイッチを制御するための第１の駆動信号を電子的に生成するステップと、
前記第２のデジタル位置信号と前記速度制御信号との論理的組合せを含み、第２の組の１以上のＢＬＭ電磁石に通信可能に連結された第２組の１以上の電力スイッチを制御するための第２の駆動信号を電子的に生成するステップと、
を含むことを特徴とする、ブラシレスモーターを制御する電子的方法。
【請求項２６】
前記第１の駆動信号は前記第１のデジタル位置信号と前記速度制御信号の論理的ＡＮＤ組合せを含み、前記第２の駆動信号は前記第２のデジタル位置信号と前記速度制御信号の論理的ＡＮＤ組合せを含むことを特徴とする、請求項２５に記載のブラシレスモーターを制御する電子的方法。
【請求項２７】
前記第１のデジタル位置信号の論理的補数を生成するステップと、
前記第２のデジタル位置信号の論理的補数を生成するステップと、
前記第１のデジタル位置信号の論理的補数と前記速度制御信号との論理ＡＮＤ組合せを含む第３の駆動信号を生成するステップと、
前記第２のデジタル位置信号の論理的補数と前記速度制御信号との論理ＡＮＤ組合せを含む第４の駆動信号を生成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項２６に記載のブラシレスモーターを制御する電子的方法。
【請求項２８】
前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号に応答して前記第１の組の１以上のＢＬＭ電磁石を駆動するステップと、
前記第２の駆動信号及び前記第４の駆動信号に応答して前記第２の組の１以上のＢＬＭ電磁石を駆動するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項２７に記載のブラシレスモーターを制御する電子的方法。
【請求項２９】
前記第１の駆動信号は前記第２の駆動信号と位相が９０°ずれていることを特徴とする、請求項２８に記載のブラシレスモーターを制御する電子的方法。
【請求項３０】
前記第１の駆動信号の活性期間の間に第１の極性の電流により前記第１の組の１以上のＢＬＭ電磁石を駆動するステップと、
前記第３の駆動信号の活性期間の間に第２の反対極性の電流により第１組の１以上のＢＬＭ電磁石を駆動するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項２８に記載のブラシレスモーターを制御する電子的方法。
【請求項３１】
前記第３の駆動信号の活性期間を前記第１の駆動信号の活性期間から時間的に離隔させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載のブラシレスモーターを制御する電子的方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモーター（以下、「ＢＬＭ」と称する。）を制御する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＨＶＡＣ用送風機やファンまたはポンプを駆動するためのＢＬＭが汎用されている。ＢＬＭの使用は、共同週宅、事務室または工場などをはじめとして、日常生活における家と作業環境に深く関連している。ＨＶＡＣ用送風機やファンまたはポンプのためのモーターは、一般的に、一日につき少なくとも数時間以上連続して動作される必要性があるため、部分的に起因する、例えば、産業機械デバイスや機械ツールなどの異なる分野において用いられる量の数倍から数十倍に至る相当量の電力消費量を有している。このため、長時間や連続した動作を要求するＨＶＡＣ用送風機やファンまたはポンプのためのモーターはかなり相当量のエネルギー消費を有する。特に、ＨＶＡＣ用送風機やファンまたはポンプを駆動するのに要される電力消費量はＢＬＭにおいて極めて大きな部分を占める。さらに、ＢＬＭの使用はＨＶＡＣ用駆動システムやポンプの効率と性能に直接的に影響する。
【０００３】
このため、エネルギーを節減するために高効率を有するモーターが求められており、高効率を有するモーターを簡単に且つ安定的に制御可能な知能制御システムの開発が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以前は、安価で且つ簡単な構造を有するＡＣ誘導モーターが、高効率を有するモーターとして主として使用されていた。しかしながら、このＡＣ誘導モーターは制御し難いため、不要な過速動作とこれに起因して相当な電力損失を引き起こすという問題点があった。例えば、エネルギー節減と便利な動作状態を提供するのに必然的に求められる速度制御が困難であった。一方、ＡＣ誘導モーターはかかる問題を解消するために別途のインバーターを使用していた。しかしながら、別途のインバーターの使用は雑音の問題を招き、経済的な効率（費用に対するエネルギー消費量）の面で動作効率が低いことに起因して、速度制御に加えて種々に求められる動作状態に適したプログラムを提供するのに限界があった。
【０００５】
さらに、ＢＬＭを使用するファンを駆動するモーターや電気整流モーター（以下、「ＥＣＭ」と称する。）が最近に実施されている。しかしながら、ＥＣＭを使用するファンを駆動するモーターは１００ワット以下を有するコンパクトで且つ低容量のファンを簡単に駆動するモーターとして主として用いられるように設計されているため、高容量のハウジングや産業用に設計されたＨＶＡＣには不向きであるという限界を有していた。
【０００６】
一方、ハウジングと産業的目的のＨＶＡＣに用いられるＥＣＭを制御する装置及び方法に関する技術は、ウイリアム・アール・アーチャー（Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｒ．  Ａｒｃｈｅｒ）等に特許許与された、発明の名称が「Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ａ  Ｍｕｌｔｉ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｍｏｔｏｒ」であるアメリカ特許番号５，５９２，０５８（以下、「’０５８特許」と称する。）号に開示されている。しかしながら、’０５８特許に開示された多重パラメーター電子整流モーターのための制御システムと方法は種々のシステムパラメーターのための入力信号としてＡＣ半波長を使用し、種々のシステムパラメーターを貯蔵する別途のプログラミング可能なメモリを使用し、回転子の位置を感知する手段と電流制御回路に連結されて用いられるＡＳＩＣなどの複雑な回路を別途に使用するため、’０５８特許は全体システムと制御方法が複雑であるという問題点があった。
【０００７】
さらに、’０５８特許に開示された多重パラメーター電子整流モーターのための制御システムと方法においては、マイクロプロセッサーがプログラミング可能なメモリに予め貯蔵されたパラメーター信号に基づいてＥＣＭを制御するため、例えば、異常動作状態が生じた場合にリアルタイムにて適切に応答することが不可能である。
【０００８】
さらに、’０５８特許に開示された多重パラメーター電子整流モーターのための制御システムと方法においては、回転子の位置を感知する手段がセンサーなし方式により製作されることがある。しかしながら、このセンサーなし方式を用いて回転子の位置を感知する場合には、不安定な過渡現象がＥＣＭの開始時に起こる可能性があり、電子雑音に弱いことに起因して誤動作の可能性が高いといった不都合がある。
【０００９】
一方、モーターの従来の制御システムは、非調節される速度制御（ＮＲＳ）動作機能、調節される速度制御（ＲＳ）動作機能、一定のトルク制御機能、一定の空気流／一定の液流制御機能、遠隔通信及びモニター機能、モドバスを用いて複数のファンやポンプの駆動を制御可能なネットワーク制御手段または機能、ならびにＨＡＶＣやポンプの制御システムの動作状態やレコードをチェック可能なデータログ手段や機能を含む手段や機能などの、種々のＨＶＡＣ用送風機やファンまたはポンプを駆動するシステムを効率よく制御可能な手段を有していない。
【００１０】
さらに、モーターの従来の制御システムは、単一の集積制御回路とプログラムにより記述される機能を提供することができないという問題を有していた。
【００１１】
上述した内容は背景技術を提供するものに過ぎず、従来の技術であることを認定することを示すものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ブラシレスモーター（ＢＬＭ）を制御するための電子回路が開示される。一部の実施形態において、この電子回路は、ＢＬＭ回転子の角度位置を検出するための第１及び第２のホール効果センサーから第１及び第２のデジタル位置信号をそれぞれ受信するための第１及び第２の入力と、デジタルパルス幅変調された速度制御信号を受信するための第３の入力と、第１のデジタル位置信号と速度制御信号の論理的組合せを含む第１の駆動信号を生成するための第１の論理ゲートと、第２のデジタル位置信号と速度制御信号の論理的組合せを含む第２の駆動信号を生成するための第２の論理ゲートと、を含む。
【００１３】
一部の実施形態において、ブラシレスモーター（ＢＬＭ）を制御するための電子回路は、ＢＬＭ回転子の磁極の角度位置を検出する第１のセンサーから活性期間と不活性期間を有する第１の位置信号を受信するための第１の入力と、前記ＢＬＭ回転子の磁極の角度位置を検出する第２のセンサーから活性期間と不活性期間を有する第２の位置信号を受信するための第２の入力と、前記第１の位置信号、第２の位置信号及び速度制御信号を受信し、前記第１及び第２の位置信号と速度制御信号に基づいて第１及び第２の駆動信号を生成するための制御回路であって、ここで、前記第１及び第２の駆動信号のそれぞれは第１及び第２の位置信号の各不活性期間に対応する複数の不活性期間を含み、前記第１及び第２の駆動信号のそれぞれは第１及び第２の位置信号の各活性期間に対応する複数のパルスをさらに含む制御回路と、第１の駆動信号を受信し、第１の駆動信号の複数のパルスのそれぞれの間に電力ソースを第１の駆動出力に連結するための第１のブリッジ構成のスイッチと、第２の駆動信号を受信し、第２の駆動信号の複数のパルスのそれぞれの間に電力ソースを第２の駆動出力に連結するための第２のブリッジ構成のスイッチと、を含む。
【００１４】
ブラシレスモーター（ＢＬＭ）を制御するための電子的な方法が開示される。一部の実施形態において、この電子的な方法は、ＢＬＭ回転子のＮ磁極の角度位置を検出するための第１及び第２のホール効果センサーから第１及び第２のデジタル位置信号をそれぞれ電子的に受信するステップと、デジタルパルス幅変調された速度制御信号を受信するステップと、第１組の１以上のＢＬＭ電磁石に通信可能に連結された第１組の１以上の電力スイッチを制御するための第１の駆動信号であって、第１のデジタル位置信号と速度制御信号の論理的組合せを含む第１の駆動信号を生成するステップと、第２組の１以上のＢＬＭ電磁石に通信可能に連結された第２組の１以上の電力スイッチを制御するための第２の駆動信号であって、第２のデジタル位置信号と速度制御信号の論理的組合せを含む第２の駆動信号を生成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターに用いられる種々の動作制御がリアルタイムにて行われるというメリットがある。
【００１６】
また、本発明は、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの動作効率がかなり改善されて電力消費量が低く、しかも、種々の知能的な方式によりモーターを動作することができるというメリットがある。
【００１７】
さらに、本発明は、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの制御システムが簡単な構成として具現可能になるというメリットがある。
【００１８】
さらに、本発明は、外部電源を供給するための別途のビルトイン電力供給デバイスが組み込まれているため、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの制御システムを使用することが容易であるというメリットがある。
【００１９】
さらに、本発明は、種々の動作データ情報（例えば、一部の実施形態において、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの制御システムにより処理される動作電流、電圧、速度及び温度など）を外部システムに送信することが可能であるため、リアルタイムにてＨＶＡＣまたはポンプの任意のトラブル、動作効率及び安定した動作状態をモニターすることが可能になるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、一実施形態によるブラシレスモーターを制御するための制御システムのブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す一実施形態に用いられる２相及び３相組合せ型のブラシレスモーターの断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示す一実施形態に用いられる従来の２相のブラシレスモーターの断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一部の実施形態によるＢＬＭ回転子の種々の回転位相中の位相論理制御回路における第１組の例示的な信号波形を示す波形図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一部の実施形態によるＢＬＭ回転子の種々の回転位相中の位相論理制御回路における第２組の例示的な信号波形を示す波形図である。
【図４Ａ】図４Ａは、一部の実施形態に用いられる第１の２相論理制御回路を示す回路図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ＢＬＭの回転方向を制御するのに用いられる論理スイッチの２状態を示す回路図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、一部の実施形態に用いられる第２の２相論理制御回路を示す回路図である。
【図５Ａ】図５Ａは、一部の実施形態に用いられる第１の電力スイッチ回路の詳細回路図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ＢＬＭの電気子巻線に電力を供給するのに用いられるフルブリッジ回路の２状態を示す回路図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、一部の実施形態に用いられる第２の電力スイッチ回路の詳細回路図である。
【図６】図６は、一部の実施形態に用いられる制御システムの詳細回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
一部の実施形態において、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターを制御するための制御システムであって、マイクロプロセッサーがＨＶＡＣまたはポンプ用モーターを制御し、これをリアルタイムにて制御する複数の制御信号を受信する制御システムが開示される。
【００２２】
一部の実施形態において、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターを制御するための制御システムであって、モーターの急激な負荷変動を感知し、これを通じてモーターそのもの周辺温度変化や異常温度変化から安定性を獲得し、モーターと制御システムを保護可能な制御システムが開示される。
【００２３】
さらに、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターを制御するための制御システムであって、外部入力を制御する制御システムに用いられるビルトイン型絶縁された電源を有していて別途の外部電源ソースがなくてもＨＶＡＣまたはポンプ用モーターのマスター制御システムに関する各種の制御命令信号に容易にアクセス可能な制御システムが開示される。
【００２４】
さらに、一部の実施形態において、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターを制御するための制御システムであって、各種の制御プログラムデータを送受信可能な光絶縁された通信手段と、モーターの速度を制御する制御信号として用いられるＤＣ電圧信号Ｖｄｃまたはパルス変調信号を一つの入力ポートを介して入力されて適切に処理可能な手段と、を含む制御システムが開示される。
【００２５】
一部の実施形態に応じて、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｕｎｉｔ）またはポンプ用モーターを制御するための制御システムであって、モーターの速度を制御する信号を入力されて特定の単一周波数を有するように変換されたモーターの速度を制御する出力信号を出力する光絶縁された速度命令信号処理インタフェースと、モーターの複数の動作制御命令が入力される通信デバイスと、この通信デバイスを介して入力された複数の動作制御命令と、モーターの速度を制御する変換された出力信号をそれぞれ絶縁するための光絶縁されたインタフェースと、光絶縁されたインタフェースに連結されたマイクロプロセッサーであって、複数の動作制御命令に基づいてモーターの動作を制御する出力信号と、モーターの速度を制御する変換された出力信号を出力するマイクロプロセッサーと、モーターに連結され、モーターの回転子の位置感知信号を出力するセンサーと、光絶縁されたインタフェースとマイクロプロセッサー及びセンサーにそれぞれ連結された論理制御回路であって、モーターの動作を制御する出力信号と回転子の位置感知信号を追加するための論理制御回路と、モーターに電力を供給するように連結された電力スイッチ回路と、論理制御回路と電力スイッチ回路にそれぞれ連結され、電力スイッチ回路を駆動するゲート駆動回路と、論理制御回路と電力スイッチ回路およびゲート駆動回路にそれぞれ連結され、これらに電力を供給する電力供給デバイスと、を含む制御システムが開示される。
【００２６】
種々の特徴を有する実施形態は、下記の事項を含む多くのメリットを提供する：
１．ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターに用いられる各種の動作制御がリアルタイムにて行われる。２．ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの動作効率がかなり改善されて電力消費量が低く、しかも、種々の知能的な方式によりモーターを動作させることが可能になる。３．ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの制御システムは簡単な構成として具現可能である。４．外部電源を供給するための別途のビルトイン型電力供給デバイスが組み込まれているためＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの制御システムを使用することが便利である。５．各種の動作データ情報（例えば、一部の実施形態において、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーターの制御システムにより処理される動作電流、電圧、速度及び温度など）を外部システムに送信することが可能になるため、リアルタイムにてＨＶＡＣまたはポンプの任意のトラブル、動作効率及び安定した動作状態をモニターすることが可能である。
【００２７】
他の特徴と利点は添付図面を参照して一層容易に理解可能であり、図中、同じまたは類似する参照番号は同じ部分を示す。
【００２８】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳述する。
【００２９】
図１は、一実施形態によるブラシレスモーターを制御するための制御システムのブロック図であり、図２Ａは、図１に示す一実施形態に用いられる２相及び３相組合せ型のブラシレスモーターの断面図であり、そして図２Ｂは、図１に示す一実施形態に用いられる従来の２相のブラシレスモーターの断面図である。
【００３０】
図１を参照すると、図２Ａに示す２相及び３相組合せ型のブラシレスＥＣＭまたは図２Ｂに示す従来の２相のブラシレスＥＣＭがＨＶＡＣまたはポンプのための制御システムにより制御されるモーター２として使用可能である。図２Ａに示す２相及び３相組合せ型のブラシレスＥＣＭは、２相電気子と３相位相回転子が組み合わせられたモーターである。より具体的に、図２Ａに示す２相及び３相組合せ型のブラシレスＥＣＭの特定の構造と動作は、本発明者と本出願人が２００５年４月２９日付けで大韓民国特許出願番号１０−２００５−００３５８６１をもって出願した、発明の名称が「Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ＤＣ  ｍｏｔｏｒ」である件に対して２００６年１月２７日付けで特許登録された大韓民国特許番号６５３４３４（以下、「’４３４特許」と称する。）に一層具体的に開示されている。’４３４特許の内容はこの明細書に完全に取り込まれている。一部の実施形態の目的は、図２Ａに示す２相及び３相組合せ型のブラシレスＥＣＭまたは図２Ｂに示す従来の２相のブラシレスＥＣＭを制御する制御システムを提供することであり、図２Ａ及び図２Ｂに示すモーターは周知であるため、図２Ａに示す２相及び３相組合せ型のブラシレスＥＣＭの特定の構造と動作及び図２Ｂに示す従来の２相のブラシレスＥＣＭの特定の構造と動作はこの明細書において詳細に記述しないものとする。さらに、一部の実施形態による制御システムが例示的な方法により従来の２相及び３相組合せ型のブラシレスＥＣＭ及び２相のブラシレスＥＣＭに適用されるように記述されているとしても、この技術分野における通常の知識を持った者であれば、一部の実施形態による制御システムが単一位相ＥＣＭや一般的なＥＣＭを制御するのにも使用可能であるということが十分に理解できるであろう。
【００３１】
図１に戻ると、モーター２は、ＨＶＡＣ用に用いられる送風機やファンを駆動したりポンプを駆動したりするのに使用されることができる（以下、「送風機またはファン」と「ポンプ」は共通的に「ポンプ」と称する。）。一部の実施形態によるポンプ１用モーター２を制御する制御システムは、モーター２の速度を制御する信号を入力され、特定の単一周波数を有するように変換されたモーター２の速度を制御する出力信号を出力する光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４と、モーター２の複数の動作制御命令を入力される通信デバイス１３と、通信デバイス１３を介して入力された複数の動作制御命令とモーター２の速度を制御する変換された出力信号をそれぞれ絶縁するための光絶縁されたインタフェース１１と、光絶縁されたインタフェース１１に連結されたマイクロプロセッサー１０であって、複数の動作制御命令と、モーター２の速度を制御する変換された出力信号に基づいてモーター２の動作を制御する出力信号を出力するマイクロプロセッサー１０と、モーター２に連結され、モーター２の回転子位置感知信号を出力するセンサー３と、光絶縁されたインタフェース１１、マイクロプロセッサー１０及びセンサー３にそれぞれ連結され、モーター２の動作を制御するための出力信号と回転子位置感知信号を追加する論理制御回路９と、電力をモーター２に供給するように連結された電力スイッチ回路４と、論理制御回路９と電力スイッチ回路４にそれぞれ連結され、電力スイッチ回路４を駆動するゲート駆動回路７と、論理制御回路９、電力スイッチ回路４及びゲート駆動回路７にそれぞれ連結され、これらに電力を供給する電力供給デバイス５と、を含む。以降、この明細書においては、一部の実施形態によるポンプ１用モーター２を制御する制御システムのすべての要素とそれらの動作関係が一層詳述される。
【００３２】
第一に、一部の実施形態によるポンプ１用制御システムは、光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４を含む。光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４は、中央制御システム１５に連結される。さらに、光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４は、特定の単一周波数（例えば、一部の実施形態により８０Ｈｚ周波数）に変換され、変換された特定の周波数に維持される速度を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を出力する別途のビルトイン型マイクロプロセッサー（図６における１４６参照）を含みうる。このため、光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４はモーター２の速度だけではなく、起動信号と停止信号を制御するＤＣ電圧信号（０−１０Ｖｄｃ）１５１またはＰＷＭ信号１５１から構成された制御信号を処理することができ、これらのすべては中央制御システム１５から送信されたり手動送信されたりする。特に、ＰＷＭ信号１５１が大きな周波数変動幅（４０Ｈｚ−１２０Ｈｚ）を有する場合があるとしても、ＰＷＭ信号１５１は大きな周波数変動幅（４０Ｈｚ−１２０Ｈｚ）とは無関係に特定の単一周波数（例えば、８０Ｈｚの一定の周波数）を有するＰＷＭ出力信号を供給することができる。この場合に、光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４は大きな周波数変動幅（４０Ｈｚ−１２０Ｈｚ）を有する速度を制御するＰＷＭ信号１５１を別途のマイクロプロセッサー１４６（図６参照）を用いて特定の単一周波数（例えば、一部の実施形態により８０Ｈｚ）に変換することができる。光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４は光絶縁されたインタフェース１４を介してマイクロプロセッサー１０に連結される。このため、モーター２の速度を制御するＤＣ電圧信号（０−１０Ｖｄｃ）１５１またはＰＷＭ信号１５１はＰＷＭ信号としてマイクロプロセッサー１０に供給され、このＰＷＭ信号は光絶縁された速度命令処理インタフェース１４により特定の単一周波数（例えば、８０Ｈｚ）｛以下、「モーターの速度を制御する変換された出力信号１５１」と称する。｝に変換される。
【００３３】
さらに、一部の実施形態によるポンプ１用制御システムはＲＳ４８５１３などの通信デバイスを含み、ＲＳ４８５１３はユーザーによりプログラミング可能な予め決定されたプログラムを含むファクトリプログラムデバイス１２に連結される。ファクトリプログラムデバイス１２は、例えば、パソコン（ＰＣ）により実現可能である。ファクトリプログラムデバイス１２に含まれている予め決定されたプログラムは、例えば、ＮＲＳ、ＲＳ、所定のトルク、一定の空気流／一定の液流、及びモーター２の時計回り方向（ＣＷ）の回転／反時計回り方向（ＣＣＷ）の回転に関する複数の動作制御命令から構成された少なくとも１以上の動作制御命令を含むプログラムであってもよい。代案的な実施形態において、モーター２のＣＷ／ＣＣＷ回転に関する動作制御命令は、例えば、別途のトグルスイッチによりＲＳ４８５１３を介して入力可能である。
【００３４】
以下、一部の実施形態によりＨＶＡＣ及びポンプを動作させるのに必要とされるプログラムと機能の特定の詳細事項が一層詳述される。
【００３５】
図１に戻ると、ＮＲＳ制御は、マイクロプロセッサー１０において予め決定されたＮＲＳフォームウェアプログラムモードにおいて行われうる。すなわち、ＮＲＳ制御命令がユーザーによりプログラミング可能なファクトリプログラムデバイス１２からＲＳ４８５１３と光絶縁されたインタフェース１１を介してマイクロプロセッサー１０に入力されるとき、マイクロプロセッサー１０はマイクロプロセッサー１０において予め決定されたＮＲＳフォームウェアプログラムモードにスイッチングされる。このＮＲＳフォームウェアプログラムモードにおいて、マイクロプロセッサー１０はＰＷＭ出力信号をロウまたはゼロ（０）に変換したり、または、ＰＷＭ出力信号のパルス幅を一定の割合にて増減したりするように変調し、スイッチングされたまたは変調されたＰＷＭ出力信号は２相の論理制御回路９に送信される。これは、モーター２が簡単な速度可変動作などのＮＲＳ動作を停止または遂行することができる結果を引き起こす。
【００３６】
マイクロプロセッサー１０において予め決定されたＮＲＳフォームウェアプログラムモードにおいてＲＳ制御が行われうる。すなわち、ＲＳ制御命令がユーザーによりプログラミング可能なファクトリプログラムデバイス１２からＲＳ４８５１３及び光絶縁されたインタフェース１１を介してマイクロプロセッサー１０に入力されるとき、マイクロプロセッサー１０はマイクロプロセッサー１０において予め決定されたＲＳフォームウェアプログラムモードにスイッチングされる。このＲＳフォームウェアプログラムモードにおいて、マイクロプロセッサー１０は、光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４により供給されるモーターの速度を制御する変換された出力信号１５１と、回転子位置を感知するセンサー３により感知されて２相の論理制御回路９を介して出力される入力信号３１ａと、を比較し且つ計算する。この後、マイクロプロセッサー１０はモーター２に命令される一定の速度を維持するために比較及び計算結果に対応するＰＷＭ出力信号のパルス幅を増減するように変調し、変調されたＰＷＭ出力信号は２相の論理制御回路９に送信される。このため、電力供給デバイス５から供給されるＤＣ電圧５４の変動やポンプ１の負荷変動が発生してもモーター２が一定の回転速度を維持するＲＳ動作を行うことが可能である。
【００３７】
一定のトルク制御がマイクロプロセッサー１０において予め決定された一定のトルクフォームウェアプログラムモードにおいて行われうる。すなわち、一定のトルク制御命令がユーザーによりプログラミング可能なファクトリプログラムデバイス１２からＲＳ４８５１３と光絶縁されたインタフェース１１を介してマイクロプロセッサー１０に入力されるとき、マイクロプロセッサー１０はマイクロプロセッサー１０において予め決定された一定のトルクフォームウェアプログラムモードにスイッチングされる。この一定のトルクフォームウェアプログラムモードにおいて、マイクロプロセッサー１０はモーター２の速度を変更するためにＰＷＭ出力信号のパルス幅を増減するように変調し、変調されたＰＷＭ出力信号は２相の論理制御回路９に送信される。より具体的に、マイクロプロセッサー１０は電流検出回路８により供給されるモーター２の予め決定された電流値と負荷電流値８１を含む。比較結果に基づいて、マイクロプロセッサー１０は予め決定された電流値を一定に維持するためにモーター２の負荷電流値８１のためのＰＷＭ出力信号のパルス幅を増減する。その結果、負荷電流値８１が減少されるときにはモーター２が一定のトルク値に達するまでモーターの速度が増大し、負荷電流値８１が増大するときにはモーター２が一定のトルク値に達するまでモーターの速度が減少する。このような方式により、一定のトルクを維持する一定のトルク動作を行うことが可能である。
【００３８】
一定の空気流／一定の液流制御がマイクロプロセッサー１０において予め決定された一定の空気流／一定の液流制御フォームウェアプログラムモードにおいて行われうる。すなわち、一定の空気流／一定の液流制御命令がユーザーによりプログラミング可能なファクトリプログラムデバイス１２からＲＳ４８５１３と光絶縁されたインタフェース１１を介してマイクロプロセッサー１０に入力されるとき、マイクロプロセッサー１０はマイクロプロセッサー１０において予め決定された一定の空気流／一定の液流フォームウェアプログラムモードにスイッチングされる。この一定の空気流／一定の液流フォームウェアプログラムモードにおいて、マイクロプロセッサー１０はモーターの速度を制御する変換された出力信号１５１とは無関係にファクトリプログラムデバイス１２の入力として決定された状態に応じて一定の空気流／一定の液流を維持するのに必要とされるモーター２の速度と電流に比例する関数値として計算されたＰＷＭ出力信号を変調する。変調されたＰＷＭ出力信号は２相の論理制御回路９に送信されて一定の空気流／一定の液流の動作を行うことが可能である。一定の空気流／一定の液流の動作制御を行うことに関する技術は、本出願人が２００７年１１月１１日付けで出願した、発明の名称が「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｔｏ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ａ  ｍｕｌｔｉ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ  ａｉｒ  ｆｌｏｗ  ｗｉｔｈ  ｓｐｅｅｄ  ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ｍｏｔｏｒ」である大韓民国特許出願番号１０−２００７−０１２２２６４号公報に一層詳細に開示されている。大韓民国特許出願番号１０−２００７−０１２２２６４号公報の内容はこの明細書に取り込まれている。
【００３９】
一方、一部の実施形態によりポンプ１を制御する制御システムはこのマイクロプロセッサー１０を含む。回転子の位置を感知するセンサー３から感知された位置信号３１は２相の論理制御回路９に入力され、この後、２相の論理制御回路９は回転速度の入力信号３１ａをマイクロプロセッサー１０に出力する。マイクロプロセッサー１０は、回転速度の入力信号３１ａを用いてモーター２のＲＰＭを計算することができる。マイクロプロセッサー１０はまた、電力スイッチング回路４、１７と電流検出回路８を介してモーター２の負荷電流信号を受信し、モーター２の負荷電流値を計算する。さらに、マイクロプロセッサー１０はモーター２が０−５％の変調割合において停止し、５−１００％の変調割合において可変速度にて動作するように光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４から供給されたモーターの速度を制御する変換された出力信号１５１の変調割合（一般的に、８０Ｈｚ）に応じてモーター２を動作させる制御プログラムを有する。このために、マイクロプロセッサー１０はまた、モーター２の速度を可変させるＰＷＭ出力信号（周波数：２０ＫＨｚまたはそれ以上）を位相論理制御回路９に出力する。さらに、マイクロプロセッサー１０は温度検出センサー１６により検出されたモーター２の温度信号を受信することができ、検出された温度が一定の温度値以上であるときにモーター２の動作を停止したりその速度を減少させたりする。さらに、マイクロプロセッサー１０は電力供給デバイス５から供給され、電圧検出回路１７により検出されたＤＣ電圧５４を受信することができ、受信されたＤＣ電圧５４が予め決定された電圧値よりも高くなったり低くなったときにモーター２の動作を停止したり警告信号を提供することができる。さらに、マイクロプロセッサー１０がモーター２の動作速度、電流、電圧及び温度などを別途にまたは一体に決定して異常動作状態を決定する場合に、マイクロプロセッサー１０は異常動作状態を外部ユーザーに通知するためにリレースイッチ１８を駆動する信号を出力可能なフォームウェアプログラムを含みうる。
【００４０】
さらに、一部の実施形態によりポンプ１を制御する制御システムは、２相の論理制御回路９を含む。２相の論理制御回路９はゲート駆動回路７に連結される。ゲート駆動回路７は電力スイッチ４に連結され、電力スイッチ４を駆動することができる。電力スイッチ４はモーター２に連結され、電力供給デバイス５から供給されたＤＣ電圧５４をスイッチングするような方式によりモーターコイルφＡ、φＢ（図２参照）に供給する。２相の論理制御回路９は回転子の位置を感知するホールセンサー３から出力された回転子位置感知信号３１とマイクロプロセッサー１０から供給された周波数２０ＫＨｚ以上を有するＰＷＭ出力信号を追加する。２相の論理制御回路９はまた、モーター２の回転方向を切り替え可能に光絶縁されたインタフェース１１を介して入力されるＣＣＷ命令信号やＣＷ命令信号に基づいてモーター２の回転方向を維持したりスイッチングしたりするためにモーターコイルφＡ、φＢを切り替え可能な論理スイッチ回路を備える。
【００４１】
さらに、一部の実施形態によりポンプ１を制御する制御システムは電力を供給する電力供給デバイス５を含む。電力供給デバイス５は外部から入力されたＡＣ電圧を整流し、生成されたＤＣ電圧５４を電力スイッチ回路４に供給する。電力供給デバイス５は電力供給デバイス５においてビルトイン型ＤＣ−ＤＣ変換デバイス（図示せず）により降下されるＤＣ１２−１５Ｖのゲート駆動電圧５３をゲート駆動回路７にさらに供給する。さらに、電力供給デバイス５はＤＣ１２−１５Ｖの電圧５２を２相の論理制御回路９に供給する。一方、一部の実施形態によりポンプ１を制御する制御システムはＡＣ電圧の入力とは別途に形成された絶縁されたＤＣ−ＤＣ電力供給デバイス６を含みうる。絶縁されたＤＣ−ＤＣ電力供給デバイス６により出力されたＤＣ１２Ｖの電圧は外部メインシステム制御１４または光絶縁されたインタフェース１１を介したＲＳ４８５などの通信デバイスのための電力ソースとして用いられる。このビルトイン型の絶縁されたＤＣ−ＤＣ電力供給デバイス６は一部の実施形態によりポンプ１を制御する制御システム用に用いられる電力供給デバイス５から電気的に絶縁された別途の電力供給デバイスを構成する。すなわち、一部の実施形態により絶縁されたＤＣ−ＤＣ電力供給デバイス６などのビルトイン型電力供給デバイスが一部の実施形態によりポンプ１を制御する制御システム用に用いられる電力供給デバイス５とは絶縁された別途の電力を供給するため、外部制御デバイスやシステムの電気信号にアクセスするのに用いられる別途の外部絶縁された電力供給デバイスが不要になる。
【００４２】
以下、一部の実施形態によりポンプ１を制御する制御システムを使用する場合における種々の利点を一層詳述する。
【００４３】
ＨＶＡＣまたはポンプの動作装置が各種の内部環境や外部環境下で使用可能であり、且つ、一般的に約−４０℃〜６０℃の広い温度範囲において安定的に動作する必要性がある。さらに、ＨＶＡＣまたはポンプ用モーター２が過熱状態に達しても、システムはモーター２のブレーキダウンが起きる前に安全モードにて低速動作するようにモーター２をスイッチングすることにより停止されてはならない。上述した要求条件を満たす機能を行うために、一部の実施形態による制御システムは、特定のアルゴリズムを含むプログラムを有するマイクロプロセッサー１０とこのマイクロプロセッサー１０に連結された温度検出センサー１６を含む。温度検出センサー１６により検出されたモーター２の温度値は予め決定された安定した温度値以上になると、マイクロプロセッサー１０は特定のアルゴリズムを含むプログラムを用いて最大値の４０〜５０％に見合う分だけモーター２の回転速度や出力を減少させる。さらに、温度検出センサー１６により検出されたモーター２の温度値が正常温度に戻ると、マイクロプロセッサー１０はモーター２の回転速度や出力を特定のアルゴリズムを含むプログラムを用いて元の予め決定された速度や出力まで次第に増大させる。
【００４４】
さらに、ポンプ１を駆動する場合、例えば、ポンプサキュレーターにいきなり閉塞が生じたり、特に水泳場において人間の身体の一部がポンプの入口に吸い込まれたりするなどの状態を含む異常状態が発生する場合がある。この場合に、極めて危険な異常状態がポンプのブレーキダウンや身体の損傷を引き起こしたり死亡に至らせたりする恐れがある。このような異常状態が発生するとき、モーター２の速度が減少しつつモーター２の負荷電流が急増したり、モーター２の速度が増加しつつモーター２の負荷電流が大幅に減少したりすることがある。一部の実施形態の制御システム用に用いられるマイクロプロセッサー１０は、負荷電流８１の検出信号、回転子位置信号３１、温度検出センサー１６から出力されたモーター２の検出された温度信号及び電圧検出回路１７から出力されたＤＣ電圧５４の電圧変動検出信号を受信し、次いで、これらを対応する予め決定された標準値や正常値と比較し且つ計算する。このため、正常動作の間にモーターの動作状態が急変するとき（すなわち、異常状態が発生するとき）、マイクロプロセッサー１０は比較され且つ計算された値に基づいて２相の論理制御回路９に可変ＰＷＭ出力信号を供給してマイクロプロセッサー１０がモーター２を短期間内に最小動作出力状態で動作させたり停止させたりするようにスイッチングするようにする。
【００４５】
［位相論理制御回路］
図３Ａは、図２Ａに示すＢＬＭ回転子の異なる回転位相角度期間中の位相論理制御回路９における種々の信号の例示的な波形を示す。種々の異なるセグメントが各波形に対して（垂直方向の点線にて）区分されている。各セグメントは、図２Ａに示すＢＬＭの回転子の回転角度の特定の量を示す。例えば、各波形の第１のセグメント（左から右に）は時計回り方向（例えば、図２Ａにおける回転子の位置は０°の開始点を示す）に０°−３０°範囲の角度方向に対応する。同じ方式により、各波形の第２のセグメントは時計回り方向に３０°−６０°範囲の回転子の回転角度に対応し、このように後続する区分された各セグメントに対して３０°ずつの増分を有する。
【００４６】
信号「φＡ」は波形３０２として示される。φＡは、図２Ａに示すように、電気子のφＡコイルの励起を制御し、回転子の回転位置をモニターするためにＢＬＭに位置づけられたホール効果センサーの出力である。例えば、一部の実施形態において、このホール効果センサーは電気子のφＡコイルのうち一つの付近に配置されるが、他の個所に配置されてもよい。信号「φＢ」は波形３０６として示される。φＢは電気子のφＢコイルの励起を制御し、回転子の回転位置をモニターするためにＢＬＭに位置付けられたホール効果センサーの出力である。例えば、一部の実施形態において、このホール効果センサーは電気子のφＢコイルのうち一つの付近に配置されるが、他の個所に配置されてもよい。図３Ａに示すように、一部の実施形態において、ホール効果センサーはデジタル信号を出力する。例えば、ホール効果センサーはＮ磁極から磁界の存在下に第１の電圧を出力し、Ｓ磁極から磁界の存在下に第２の電圧を出力することができる。一部の実施形態において、２つのホール効果センサーは回転子の位置を感知するのに用いられる。しかしながら、他の実施形態において回転子の位置は異なる数のホール効果センサーを用いて、または他の手段により検出可能である。
【００４７】
図２Ａに示すＢＬＭ実施形態において、回転子は６個の磁極を有している。しかして、各Ｎ磁極は隣り合うＮ磁極から１２０°だけ離れており、各Ｓ磁極は隣り合うＳ磁極から１２０°だけ離れている。Ｎ及びＳ磁極は交互に配置されていて、各Ｎ磁極が隣り合うＳ磁極から６０°だけ離れている。この配列により、一部の実施形態において、１２０°の回転はホール効果センサーからの出力φＡ及びφＢそれぞれの一つの期間に対応する。例えば、Ｎ磁極がホール効果センサーのうち隣り合うものから離れ始めると、センサーの出力は「ロウ」、すなわち、「不活性」になりうる。しかしながら、回転角度の１２０°中に、Ｓ磁極はこのセンサーに隣り合うように通過し、この時間中にその出力が「ハイ」、すなわち、「活性」に遷移された後にＮ磁極が後続し、これは、センサーの出力をさらにロウに遷移することができる。一部の実施形態において、「活性」は「ロウ」期間に対して使用されることができるのに対し、「不活性」は「ハイ」期間に用いられる。例えば、デジタル信号の場合に「活性」と「不活性」期間は単にデジタル信号の交互状態を言及するのに使用可能である。一部の場合に、「活性」期間はこの明細書において記述されたように、速度制御ＰＷＭ信号１１４と共同で信号パルスを生成する期間（または、この明細書に述べたように、速度制御信号と論理的に組み合わせられる場合、速度制御信号と共同でパルスを生成することができる期間）を言及することができるのに対し、「不活性」期間は速度制御ＰＷＭ信号１１４と共同で信号パルスを生成しない期間（または、この明細書に述べたように、速度制御信号と論理的に組み合わせられる場合、速度制御信号と共同でパルスを生成しない期間）を言及することができる。
【００４８】
図３Ａに示すように、一部の実施形態において、φＡ及びφＢ信号は互いに９０°だけ位相移動されて（ずれて）おり、これは回転子の回転角度３０°に対応する。一部の実施形態において、ホール効果センサーはＮ磁極の存在下では「ハイ」または「活性」値を出力し、Ｓ磁極の存在下では「ロウ」または「不活性」値を出力するが、その逆も可能である。例えば、使用されるホール効果センサーのタイプに応じて構成を異ならせることもできる。さらに、ハイ値とロウ値が逆転されることもできる。
【００４９】
図３Ａにおいて、ＢＬＭの固定子と回転子の一連の概略的な表示３１０、３１２、３１４、３１６、３１８が信号波形｛φＡ３０２及びφＢ３０６｝の下に示してある。これらの表示のそれぞれは区分された回転位相のうち一つの間にＢＬＭの状態を示す。例えば、表示３１０は回転子が０°−３０°の範囲にて回転するときのＢＬＭの状態を示す。回転子の各磁極はＮ磁極に対して太字「Ｎ」にて示され、または、Ｓ磁極に対して太字「Ｓ」にて示される。固定子にある電磁石の状態は類似の方式により（しかしながら、太字ではないように）示され、ここで、φＡ１及びφＡ２はφＡグループの第１及び第２の電磁石であり、φＢ１及びφＢ２はφＢグループの第１及び第２の電磁石である。表示３１２、３１４、３１６、３１８は後続する回転位相角度３０°の間にＢＬＭの状態を示す。
【００５０】
表示３１０、３１２により例示するように、固定子の磁極φＡ１は０−６０°範囲の回転子の回転中にＮ磁極に活性化される。６０°回転後に磁極φＡ１を通じた電流は逆転されてＳ磁極を生成する。類似のパターンが固定子の電磁石それぞれにも言及されることができ、ここで、電磁石それぞれの極性は毎６０°回転ごとに逆転される。表示３１０、３１２、３１４、３１６、３１８から固定子の電磁石が活性化されるパターンは回転子の磁石と相互作用して回転力を引き起こす磁場を生成することが分かる。さらに、φＡ及びφＢコイルの遷移は９０°だけオフセットされており、これは固定子の回転角３０°に対応する。このオフセットの方向は時間的に先行するか後行するかに応じて回転子が時計回り方向に回転するか、または、反時計回り方向に回転するかを決める。
【００５１】
位相論理回路９は入力としてホール効果センサーからφＡ及びφＢ出力を受信する。一般的に、位相論理回路９はこれらの入力に基づいて出力信号を生成し、この出力信号は回転子の回転を達成するために固定子電磁石（すなわち、φＡ１、φＡ２、φＢ１及びφＢ２）を通じて電流を活性化するタイミングと方向を適切に位相調整するのに用いられる。例えば、図２Ａに示すＢＬＭに対して位相論理回路９は回転子の回転角度６０°の間にＮ磁極として機能するようにφＡ電磁石のうち一つを活性化する間に他の磁極は（例えば、２つのφＡ電磁石を反対方向に巻いて）Ｓ磁極に活性化される。これと同様に、位相論理回路９は回転角度６０°期間の間に、しかしながら、φＡ電磁石に対する信号と位相が（回転子の回転角度３０°に対応する）９０°ずれた回転角度６０°期間の間にＮ磁極として機能するようにφＢ電磁石のうち一つを活性化する間に他の磁極は（例えば、２つのφＢ電磁石を反対方向に巻いて）Ｓ磁極に活性化される。これは、図３Ａにおける表示３１０、３１２、３１４、３１６、３１８から明らかである。各回転角度６０°の期間後にφＡ電磁石の磁極はφＢ電磁石の磁極にスイッチングされる。
【００５２】
位相論理回路９はまた、マイクロプロセッサー１０からＰＷＭ速度制御入力を受信する。一部の実施形態において、ＰＷＭ入力信号は固定子の電磁石それぞれを活性化させるパルス列を生成するのに用いられる。電磁石を活性化させるパルスのデューティサイクルは各電磁石を通じて平均電流を変更させるように変更されて各電磁石が作用する回転力を変更することができ、これにより、回転子の回転速度を変更することができる。この明細書に記述されたように、マイクロプロセッサー１０は、例えば、ＢＬＭの速度、トルクまたは温度に関する入力に基づいてＰＷＭ信号３２０のデューティサイクルを制御することができる。
【００５３】
図４Ａは、一部の実施形態において用いられる位相論理制御回路９を示す。図示の位相論理制御回路は、例えば、図２Ａの２＋３モーター（２相電気子と組み合わせられた３相回転子）と図２Ｂの２相モーターなどのＢＬＭを制御するのに使用可能である。図４Ａを参照すると、位相論理制御回路９は２つのホール効果センサーＨ１、Ｈ２から入力を受信する。ホール効果センサーからのこれらの入力は図３Ａにおいて波形３０２と波形３０６としてそれぞれ示されたφＡとφＢである。φＡとφＢ信号はインバーターをそれぞれ通過してφＡとφＢの論理的補数である／φＡと／φＢ波形を生成し、それぞれ３０４波形と３０８波形として示される。特に、φＡはインバーター１１８を通過してφＡを生成し、元のφＡはデジタルφＡ信号に純変化なしでインバーター１１６、１１７の一連の組合せを通過する。類似の方法により、φＢはインバーター１１９、１２０、１２１を通じてφＢ信号とその補数／φＢに変換される。一部の実施形態において、インバーター１１６、１１７、１１９、１２０はなくてもよい。さらに、一部の実施形態において、φＡとφＢ信号の補数は他の方式により得られることができ、または、ＢＬＭに位置付けられた１以上の追加的なホール効果センサーをもってＢＬＭから直接的に感知可能である。
【００５４】
一部の実施形態において、φＡ、／φＡ、φＢ及び／φＢ信号はＰＷＭ速度制御信号１１４と論理的に組み合わせられる。例えば、一部の実施形態において、ブール論理演算がＰＷＭ速度制御信号１１４とφＡ、／φＡ、φＢ及び／φＢ信号のそれぞれを個別的にまたは集合的に組み合わせるように行われる。このようなブール論理演算は、例えば、論理ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＯＲ、ＮＡＮＤ及び／またはＸＯＲゲートまたはこれらの組合せを用いて形成可能である。図４Ａに示す実施形態において、φＡ、／φＡ、φＢ及び／φＢ信号は論理ＡＮＤゲート１２４−１２７の第１の入力ポートに入力される。ＡＮＤゲート１２４−１２７のそれぞれの第２の入力ポートはＰＷＭ速度制御信号を受信し、この信号はマイクロプロセッサー１０からポート１１４において位相論理制御回路９に入力される。ＰＷＭ信号は、図３Ａにおいて波形３２０として示される。マイクロプロセッサー１０は、この明細書に記述された入力信号に応答してＢＬＭの回転速度を可変させるためにＰＷＭ信号のデューティサイクルを変更することができる。一部の実施形態において、ＰＷＭ信号の周波数は２０ＫＨｚ以上である。しかしながら、他の実施形態において、ＰＷＭ信号の周波数は２０ＫＨｚ以下であることができる。図３Ａは、ホール効果センサーからφＡ信号３０２とφＢ信号３０６に対してＰＷＭ信号３２０の特定の周波数を指定するために意図されたものではないという点を理解すべきである。
【００５５】
ＡＮＤゲート１２４−１２７からの出力はそれぞれＡ、Ａ￣、Ｂ及びＢ￣信号である。信号Ａは、図３Ａにおいて波形３２２として示される。図示のごとく、信号ＡはφＡとＰＷＭ信号がいずれも「ハイ」である度に「ハイ」である。Ａ￣、Ｂ及びＢ￣信号は、同様に、それぞれ波形３２４、３２６、３２８として示される。
【００５６】
Ａ、Ａ￣、Ｂ及びＢ￣信号のそれぞれは４行論理スイッチ１２８に入力される。４行論理スイッチ１２８は、例えば、フィリップス・セミコンダクター社から購入可能な７４ＨＣ２４１  ＩＣにより実現可能である。４行論理スイッチ１２８はマイクロプロセッサー１０からのＦ／Ｒ＿ＣＴＲＬ信号により制御される２つの状態を有している。ここで論議されたように、Ｆ／Ｒ＿ＣＴＲＬ信号はＢＬＭの回転子が時計回り方向に回転するか、または、反時計回り方向に回転するかを制御する。４行論理スイッチ１２８の２つの状態は図４Ｂに示される。図４Ｂは、第１の状態にある半分の論理スイッチ１２８を示し、第２の状態にある半分の論理スイッチ１２８を示す。第１の状態において、論理スイッチの上部半分の上部入力｛すなわち、ＡＮＤゲート１２４の入力に連結された入力｝は上部出力に連結されるのに対し、論理スイッチの上部半分の下部入力｛すなわち、ＡＮＤゲート１２５の出力に連結された入力｝は下部出力に連結される。ここで論議されたように、論理スイッチの出力はゲート駆動回路７と電力スイッチ４を制御するのに使用され、これはさらにＢＬＭ固定子の電気子コイルを駆動する。
【００５７】
Ｆ／Ｒ＿ＣＴＲＬ信号が論理スイッチ１２８を第２の状態におくために動作するとき、論理スイッチの上部半分の上部入力｛すなわち、ＡＮＤゲート１２４の出力に連結された入力｝は下部出力に連結されるのに対し、論理スイッチの上部半分の下部入力｛すなわち、ＡＮＤゲート１２５の出力に連結された入力｝は上部出力に連結される。このような逆転は逆転されるべき電気子のφＡとφＢ巻線の間に位相オフセットを引き起こして回転子の回転方向の逆転を招く。
【００５８】
Ａ、Ａ￣、Ｂ及びＢ￣信号は位相論理制御回路９から出力される。これらの信号それぞれの補数はインバーターゲート１２９−１３２の第２のグループにより形成され、且つ、出力される。このため、位相論理回路９の出力はＡ、Ａ￣、Ｂ及びＢ￣であり、その補数は／Ａ、／Ａ￣、／Ｂ及び／Ｂ￣である。これらの信号はゲート駆動回路７を通過する。さらに、一部の実施形態において、位相論理制御回路９はポート９３において出力信号Ｍ＿ＳＥＮＳＥ＿Ａを有し、ポート９４において出力信号Ｍ＿ＳＥＮＳＥ＿Ｂを有する。これらの信号はホール効果センサー３からの出力に対応し、ＢＬＭの回転子の回転速度を得るためにマイクロプロセッサー１０により使用可能である。他の実施形態において、これらの信号はホール効果センサーから直接的にマイクロプロセッサー１０に入力される。また、一部の実施形態において、他の手段はＢＬＭの回転子の回転速度を得るために使用可能である。
【００５９】
図４Ｃは、時間遅延論理を含む位相論理制御回路９の第２の実施形態を示す。図４Ｃにおいて、図４Ａに示すように、位相論理制御回路９は第１及び第２のホール効果センサー３から入力を受信する。位相論理制御回路９はインバーター１１６−１２１、ＰＷＭ信号１１４、論理ＡＮＤゲート１２４−１２７及び４行論理スイッチ１２８をさらに含む。これらの部品のそれぞれは図４Ａを参照してこの明細書において論議されたものと類似の位相論理制御回路（図４Ｃにおける９）の機能を有する。さらに、図４Ｃの位相論理制御回路９は論理ＸＯＲゲート１１５、パルス生成器１２２、１２３及び論理ＡＮＤゲート１５１−１５４を含む。
【００６０】
論理ＸＯＲゲート１１５は入力としてホール効果センサーからφＡとφＢ信号を受信する。論理ＸＯＲゲート１１５の出力はパルス生成器１２２、１２３の入力に連結される。一部の実施形態において、ＸＯＲゲート１１５の出力はφＡとφＢ回転子位置信号の周波数倍となり、可能には位相移動された形態である。パルス生成器１２２、１２３はフィリップス・セミコンダクター社から購入可能な７４ＨＣ１２３ＩＣにより実現可能である。第１のパルス生成器１２２の出力は論理ＡＮＤゲート１５１、１５２それぞれの入力に連結される。同様に、第２のパルス生成器１２３の出力は論理ＡＮＤゲート１５３、１５４それぞれの入力に連結される。論理ＡＮＤゲート１５１−１５４の出力は４行論理スイッチ１２８の入力に連結され、その出力は論理ＡＮＤゲート１２４−１２７によりＰＷＭ信号１１４とそれぞれＡＮＤ組み合わせられる。
【００６１】
図３Ｂは、図４Ｃに示す位相論理制御回路９からの例示的な波形の組を示す。波形９１、９２はホール効果センサー信号入力φＡ、φＢをそれぞれ示す。この明細書において論議されたように、一部の実施形態において、φＡとφＢは互いに位相が９０°ずれている（これは、図２Ａの２＋３ＢＬＭの回転子の回転角度３０°に対応する）。ＥＸＯＲ信号１１３はφＡまたはφＢがハイであるときにハイであるが、両方ともハイであるときにはその限りではない。ＥＸＯＲ信号１１３は出力｛Ｑ１１３３、Ｑ２１３４｝を有するパルス生成器１２２、１２３にそれぞれ入力される。図３Ｂに示すように、一部の実施形態において、パルス生成器１２２、１２３はＥＸＯＲ信号１１３の遷移エッジに応答してハイパルスやロウパルスを生成する。例えば、第１のパルス生成器１２２はＥＸＯＲ信号１１３の陽の遷移または立ち上がりエッジに応答してロウパルスを生成し、第２のパルス生成器１２３はＥＸＯＲ信号１１３の陰の遷移または立ち下がりエッジに応答してロウパルスを生成する。一部の実施形態において、第１及び第２のパルス生成器１２２、１２３により生成されたロウパルスの時間持続期間は約２００μｓ〜約６００μｓの範囲であるが、他の持続期間も採用可能であり、一部の実施形態において有利でありうる。一部の実施形態において、パルス生成器１２２、１２３のパラメーターは遷移期間の幅を制御するために変更可能である。パルス生成器１２２、１２３により生成されたパルスの一つの目的は、モーターを回転させる磁場の以前立ち上がりと以前立ち下がりにより引き起こされたバックＥＭＦとバックトルクを低減するために第１及び第２のフルブリッジ構成のスイッチを制御する信号の間に遷移期間を生成することである。さらに、遷移期間は、この明細書において論議されたように、フルブリッジにおいて短絡回路障害状態を回避するのに役立つ。遷移期間は前方ＥＭＦをさらに改善させ、及び／または磁場深い損失点を回避できるようにする。図４Ｃは、これらの機能を行う回路の一実施形態を示すものであるが、これらの機能は回路の信号の流れが他の位置において他の回路により行われてもよく、両方の回路により行われてもよい。一部の実施形態において、第１及び第２のパルス生成器１２２、１２３により生成されたパルスの長さはＥＸＯＲ信号１１３の期間の約１／４よりも短く、または、約１／８よりも短く、または、ＥＸＯＲ信号１１３期間の約１／１６よりも短い。一部の実施形態において、遷移期間はＢＬＭの電磁石を駆動するのに用いられる電力スイッチの安定時間よりも相当長い。
【００６２】
第１及び第２のパルス生成器１２２、１２３の出力は、図４Ｃに示すように、論理ＡＮＤゲート１５１−１５４を用いてφＡ、／φＡ、φＢ及び／φＢ信号と互いにＡＮＤ組み合わせられる。論理ＡＮＤゲート１５１−１５４の出力はＡ’信号９９、Ａ’￣信号１００、Ｂ’信号１０１及びＢ’￣信号１０２である。Ａ’信号９９はφＡ信号９１に一般的に対応するが、パルス生成器１２２により生成されたパルスの幅に見合う分だけ短縮された活性期間を有する。Ａ’￣信号１００は一般的に／φＡ信号９６に対応するが、さらにパルス生成器１２２により生成されたパルスの幅に見合う分だけ短縮された活性期間を有する。これはφＢ信号９２と／φＢ信号９８に対するＢ’信号１０１とＢ’￣信号１０２に対してもそうである。図３Ｂに示すように、ＸＯＲゲート１１５、パルス生成器１２２、１２３及びＡＮＤゲート１５１−１５４は、例えば、回転子位置信号φＡとその論理補数の活性期間を時間的に離隔させる。これは、回転子位置信号φＢとその論理補数の活性期間を時間的に離隔させる場合にもそうである。これは、この明細書において論議されたように、参照番号４１−４２（ＰＷＭ）及び参照番号４３−４４（ＰＷＭ）により示された図３Ｂの信号において前方極性と反対極性の駆動パルスを時間的に離隔させる。
【００６３】
Ａ’信号９９、Ａ’￣信号１００、Ｂ’信号１０１及びＢ’￣信号１０２は４行論理スイッチ１２８により論理ＡＮＤゲート１２４−１２７に送信される。ＰＷＭ信号１１４は、この明細書において論議されたように、パルス列を生成するために論理ＡＮＤゲート１２４−１２７によりこれらの信号それぞれとＡＮＤ組み合わせられる。究極的に、これらの信号は、この明細書において論議されたように、ＢＬＭの電磁石を駆動する第１及び第２の構成のフルブリッジスイッチ（すなわち、Ｆ１−Ｆ８）を制御する。
【００６４】
図４Ａ及び図４Ｃはそれぞれ速度制御ＰＷＭ信号１１４が論理ＡＮＤゲート（例えば、１２４−１２７）をもってＢＬＭ回転子の位置信号φＡ、φＢと論理組み合わせられることを示しているが、他のタイプの論理ゲートも使用可能である。例えば、一部の実施形態において、図４Ａ及び図４Ｃの論理ＡＮＤゲート１２４−１２７は論理ＮＯＲゲートに置換可能である。これらの実施形態において、例えば、Ａ及びＢ信号はφＡとφＢがそれぞれロウである度にＰＷＭ信号１１４に対応する陽のパルスから構成され、Ａ及びＢ信号はφＡとφＢ信号がそれぞれハイである度にロウである。さらに、一部の実施形態において、論理ＡＮＤゲート１２４−１２７は論理ＯＲゲートまたは論理ＮＡＮＤゲートに置換可能である。これらの実施形態において、例えば、Ａ及びＢ信号はＰＷＭ信号１１４に対応する陰のパルスの区間から構成される。これらのパルス間隔はＡＮＤゲートやＮＯＲゲートが用いられる場合のように、ロウ信号間隔の代わりにハイ信号間隔により分離される。論理ゲートの他のタイプ及び／または組合せが速度制御ＰＷＭ信号１１４と回転子位置信号φＡ、φＢを組み合わせるのに使用可能である。
【００６５】
与えられた実施形態において用いられる特定の論理ゲートにより、ゲート駆動回路｛例えば、ゲート専用ＩＣ７１−７４｝は回転子位置信号と速度制御ＰＷＭ信号の論理組合せから生成される駆動信号を用いて電力スイッチを適切に制御するために（例えば、図４Ａ及び図４Ｃに示す実施形態のようにロウ間隔の代わりにハイ間隔により分離されたパルス間隔を補償するために）変形を要求することができる。しかしながら、これらの変形はこの明細書において提供された内容に基づいてこの技術分野において通常の知識を持った者であれば行うことができるであろう。
【００６６】
一部の実施形態において、位相論理制御回路９は応用特定集積回路（ＡＳＩＣ）などの単一集積回路やチップにより実現される。例えば、図４Ｃに示すすべての回路は単一集積回路により実現可能である。一部の実施形態において、４行論理スイッチ１２８及び／またはパルス生成器１２２、１２３を除く位相論理制御回路９は応用特定集積回路（ＡＳＩＣ）などの単一集積回路やチップにより実現される。ＢＬＭ回路の一部の実施形態において、位相論理制御回路とゲート駆動回路は応用特定集積回路（ＡＳＩＣ）などの単一集積回路やチップにより実現される。
【００６７】
［ゲート駆動回路］
位相論理回路９からの出力Ａ、Ａ￣、Ｂ及びＢ￣とその補数／Ａ、／Ａ￣、／Ｂ及び／Ｂ￣はゲート駆動回路７を通過し、これは、ＢＬＭのφＡ及びφＢ電磁石を駆動する２つの別途のフルブリッジ構成の電力スイッチ４と位相論理回路９の間をインタフェースする。信号Ａ、Ａ￣、Ｂ及びＢ￣とその補数／Ａ、／Ａ￣、／Ｂ及び／Ｂ￣は物理的にゲート駆動回路７を通過し、駆動信号であると考慮可能なものであるが、図４Ａ及び図４Ｃにおいて種々の異なる点にある信号もまた駆動信号として考慮可能である。ゲート駆動回路７と電力スイッチ４は、図５Ａに示される。図４Ａと図５Ａを参照すると、２相論理制御回路９の出力１０５、１０６、１０７、１０８はφＡ電磁石（例えば、図２Ａに示すもの）に電力を供給するフルブリッジスイッチＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を駆動する第１のゲート専用ＩＣ７１、７３にそれぞれ連結されるのに対し、出力１０９、１１０、１１１、１１２はφＢ電磁石（例えば、図２Ａに示すもの）のフルブリッジ回路Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８を駆動する第２のゲート専用ＩＣ７２、７４に連結される。ゲート専用ＩＣは、例えば、米Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ（インターナショナル・レクティファイアー）社から購入可能なＩＲＳ２１０６  ＩＣにより実現可能である。
【００６８】
一部の実施形態において、Ｆ１−Ｆ８のそれぞれは電界効果トランジスター（ＦＥＴ）である。しかしながら、例えば、絶縁されたゲート・バイポーラ・トランジスタなどの他のタイプのスイッチングデバイスも使用可能である。スイッチＦ１−Ｆ４はφＡ電磁石を駆動する第１のフルブリッジ構成で配列されるのに対し、スイッチＦ５−Ｆ８はφＢ電磁石を駆動する第２のフルブリッジ構成で配列される。他の実施形態において、ハーフブリッジ構成のスイッチが使用されることも可能である。位相論理制御回路９の出力１０５、１０６、１０７、１０８は第１のフルブリッジＦ１−Ｆ４をスイッチングし、位相論理制御回路９の出力１０９、１１０、１１１、１１２は第２のフルブリッジＦ５−Ｆ８をスイッチングする。出力４１、４２はφＡ電気子巻線に供給されるのに対し、出力４３、４４はφＢ電気子巻線に供給される。これらの出力は、この明細書において論議された方式によりＢＬＭを駆動する。ＢＬＭは２相と３相組合せ型のブラシレスＢＬＭ（図２Ａ）または従来の２相のブラシレスＢＬＭ（図２Ｂ）により実現可能である。
【００６９】
図５Ｂは、ＢＬＭの電気子巻線に電力を供給するのに用いられるフルブリッジ回路のうち一つの回路の２つの状態を示す。例えば、図５Ｂに示すように、これらの信号Ａ、Ａ￣、／Ａ、／Ａ￣はＦ１−Ｆ４を含むフルブリッジ配列のスイッチを｛ゲート駆動回路７により｝制御する。信号Ａ、Ａ￣は波形３２２、３２４として図３に示される。信号Ａ、Ａ￣は図３に明示はされていないが、これらは信号Ａ、Ａ￣の補数であり、波形３２２、３２４から容易に類推可能である。信号Ａ、Ａ￣、／Ａ、／Ａ￣は図５Ｂに示す２つの状態の間において第１のフルブリッジのスイッチＦ１−Ｆ４を交番する方式によりゲート駆動回路７と電力スイッチ４に連結される。例えば、第１の状態にある間に、フルブリッジは第１の方向においてφＡ電磁石を通じて電力ソースから電流が流れるようにする。逆に、フルブリッジＦ１−Ｆ４が第２の状態にあるときに第２の方向において電流は電力ソースからφＡ電磁石に流れることができる。電流方向のこのような逆転は固定子のφＡ電磁石の磁極を逆転させる。信号Ｂ、Ｂ￣、／Ｂ及び／Ｂ￣は類似の方式により第２のフルブリッジのスイッチＦ５−Ｆ８を制御する。
【００７０】
この明細書において論議されたように、図２Ａに示すＢＬＭの一部の実施形態において、φＡ電磁石の磁極は回転子の回転角度６０°毎にスイッチングされる。これは、φＢ電磁石にも適用されるが、φＡ電磁石と位相が９０°ずれたタイミングにおいて適用される（これは、回転子の回転角度３０°に対応する）。しかしながら、図４Ａ、図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｃに示す位相制御論理９、ゲート駆動回路７及び電力スイッチ４は、例えば、図２Ｂに示す２つの位相モーターなどの異なるＢＬＭと併用可能であるということが理解できるであろう。図２Ｂに示す２つの位相モーターと併用するとき、ホール効果センサーからの入力信号は回転子の磁極間の異なる角度関係により（例えば、その周波数、位相関係などが）やや変更することがあり、これは、φＡとφＢ電磁石の励起に影響する可能性がある。しかしながら、図２ＢのＢＬＭを制御する回路そのものは図２ＡのＢＬＭを制御するために記述された回路と実質的に同じであることができる。
【００７１】
一部の実施形態において、信号Ａ、Ａ￣、／Ａ、／Ａ￣、Ｂ、Ｂ￣、Ｂ及び／Ｂ￣のそれぞれはパルス列から構成される。これらのパルスのデューティサイクルはＰＷＭ信号３２０のデューティサイクルに応じて変わる。この明細書において論議されたように、これらのパルスのデューティサイクルは回転子の回転速度を制御する手段であって、ＢＬＭの電気子巻線を通じて平均電流を変化させるために変わることがある。
【００７２】
図５Ｃは、図４Ｃの位相論理制御回路９により制御されるゲート駆動回路７と電力スイッチ４を示す。ゲート専用ＩＣ７１−７４と電力スイッチＦ１−Ｆ８は、図５Ａに対して、この明細書において論議されたのとほとんど同様に動作する。図３Ｂは、第１のフルブリッジ構成のスイッチの出力を示し、これは、波形４１−４２（ＰＷＭ）である。この信号は第１の方向の電流によりＢＬＭの電磁石を活性化させる陽の電圧パルス列から構成される。陽のパルス後にはパルス生成器１２２を用いて生成されるロウ電圧（例えば、ゼロ電圧）の遷移期間が後続する。一部の実施形態において、遷移期間はフルブリッジにおいて一対のスイッチをスイッチングオフするものと、他の一対のスイッチにおいてスイッチングオンするものとの間に十分な安全マージンを提供するために電力スイッチの安定時間よりも相当長い。この安全マージンは、陽の電圧電源から陰の電圧電源に向かう直接的な経路が存在しうる漏電状態を回避させる。遷移期間後には、第１の方向とは反対方向である第２の方向の電流によりＢＬＭの電磁石を活性化させる陰の電圧パルスの列が後続する。これらの陰のパルス後には他の遷移期間と他の陽のパルス列などが後続する。第２のフルブリッジ構成のスイッチＦ５−Ｆ８の出力は波形４３−４４（ＰＷＭ）として図３Ｂと同様に示される。この明細書において論議されたように、一部の実施形態において、第２のフルブリッジ構成のスイッチの出力は第１のフルブリッジ構成のスイッチの出力と位相が９０°ずれている（これは、ＢＬＭの回転子の回転角度３０°に対応する）。
【００７３】
図６は、一部の実施形態において用いられる制御システムの詳細回路図である。
【００７４】
図１及び図６を参照すると、ファクトリプログラムデバイス１２から複数の動作制御命令の予め決定されたデータ（この予め決定されたデータは貯蔵されたものである）は一部の実施形態のＲＳ４８５１３に入力される。ＲＳ４８５１３はファクトリプログラムデバイス１２と通信可能な送信ラン１２Ｔと受信ライン１２Ｒを備えるＲＳ４８５通信ＩＣチップ１３１を含む。ＲＳ４８５１３の送信及び受信出力と信号制御（ＣＴＲ）出力はそれぞれ光絶縁カップラー１３Ｔ、１３Ｒ、１３ＣＴＲを介してマイクロプロセッサー１０に入力される。スイッチ１０３Ｓは簡単なオン−オフ動作によりモーター２の回転方向を変更する手段であり、接地に連結される。このスイッチ１０３ＳによるハイＨまたはロウＬ信号１０３Ｉは光絶縁カップラー１１ｂを介してマイクロプロセッサー１０に入力される。ＨまたはＬ信号１０３Ｉが動作中に入力されると、マイクロプロセッサー１０はモーター２の回転がほとんど停止することを識別するまで特定の時間期間の間に待つ。この後、マイクロプロセッサー１０はスイッチング入力１０３として回転方向をスイッチングする制御信号を２相論理制御回路９に送信する。
【００７５】
一方、モーター２に印加されるＤＣ電圧＋Ｖｍは電圧検出回路１７において抵抗１７１と抵抗１７２により分割される。分割された電圧はキャパシター１７３によりさらに平滑化され、平滑化された電圧はマイクロプロセッサー１０に入力される。抵抗８３は電力スイッチ回路４と接地電圧−Ｖｍとの間に連結される。電力スイッチ４に流れる電流値に比例する抵抗８３の両端の電圧は積分フィルター回路８４、８５、８６を通過し、この後、電圧比較増幅器８１に入力される。電圧比較増幅器８１の出力はマイクロプロセッサー１０に入力され、この後、マイクロプロセッサー１０はモーター２の負荷電流値を計算する。
【００７６】
温度に比例する電圧信号を出力するトランジスターやサーミスターにより実現可能な温度検出センサー１６はモーター２の電気子やケースの上に取り付け可能である。温度検出センサー１６の出力信号はマイクロプロセッサー１０に入力され、マイクロプロセッサー１０はモーター２の異常状態を示す信号をリレースイッチ１８に送信することができる。このリレースイッチ１８は回路の接触点がオン−オフ方式によりスイッチングされるスイッチにより実現可能である。マイクロプロセッサー１０はまた、モーター２の回転速度データ信号１１ｃを、光絶縁カップラー１１ａを介して中央制御システム１５の連結ポート１５２に送信する。
【００７７】
一部の実施形態において、中央制御システム１５からモーター２の速度を制御するＤＣ電圧信号（０−１０Ｖｄｃ）１５１またはＰＷＭ信号１５１のうちどちらか一方が一つのポートを介して光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４に入力される。モーター２の速度を制御するＤＣ電圧信号（０−１０Ｖｄｃ）１５１が入力された場合にモーター２の速度を制御するＤＣ電圧信号（０−１０Ｖｄｃ）１５１は線形増幅器１４１を介してマイクロプロセッサー１０の入力ＰＢ２に送信される。モーター２の速度２５を制御するＰＷＭ信号１５１が入力される場合に、モーター２の速度を制御するＰＷＭ信号１５１がトランジスター１４２を介して出力され、この後、キャパシター１４３と抵抗１４４からそれぞれ構成された差動回路１４２、１４３、１４４を通過し、この後、第２のマイクロプロセッサー１４６の入力ＰＢ１に送信される。このため、一部の実施形態の光絶縁された速度命令信号処理インタフェース１４はモーター２の速度を制御するＤＣ電圧信号（０−１０Ｖｄｃ）１５１とＰＷＭ信号１５１をそれぞれ処理することができる。このために、第２のマイクロプロセッサー１４６はアルゴリズムを有するプログラムを含み、このプログラムはモーター２の速度をＤＣ電圧信号（０−１０Ｖｄｃ）１５１が制御する場合には０〜１０Ｖｄｃの範囲と電圧比率（０−１００％）に比例して特定の周波数（例えば、８０Ｈｚ）を有するＰＷＭ出力信号の幅が正確に変調されるＰＷＭ出力信号を出力し、モーター２の速度をＰＷＭ信号１５１が制御する場合にはパルス幅変調率（０−１００％）に比例して特定の周波数（例えば、８０Ｈｚ）を有するＰＷＭ出力信号の幅が正確に変調されるＰＷＭ出力信号を出力する。第２のマイクロプロセッサー１４６の出力は光絶縁カップラー１４５を介してマイクロプロセッサー１０の入力（８０Ｈｚ＿ＰＷＭ＿ＩＮ）に連結される。
【００７８】
一部の実施形態によりポンプ２用モーターの制御システムに用いられるマイクロプロセッサー１０と論理制御回路９において、モーター２を制御するときに求められる種々の動作が上述したように選択されるだけではなく、マイクロプロセッサー１０により処理される動作電流、電圧、速度及び温度に関するデータ情報がマイクロプロセッサー１０に連結されたＲＳ４８５１３または別途の通信デバイスを介して外部システム（例えば、モニター、パソコンまたはデータ・レコーディング・デバイスなど）に送信されることが可能になる。その結果、上述した動作関連データ情報を記録することが可能になるため、２４時間動作状態を分析することによりリアルタイムにてＨＶＡＣまたはポンプのトラブル、動作効率及び安定した動作状態をモニターすることが可能である。
【００７９】
本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形が上述した構成と方法により行われうるため、添付図面に図示されたり上述されたりした説明に含まれているあらゆる事項は本発明を制限するものであるよりは、例示するものと解釈さるべきであることが意図される。よって、本発明の幅と範囲は上述した例示的な実施形態のうちいずれかによって制限されてはならず、単に請求範囲とその均等物によってのみ制限されるべきである。
【符号の説明】
【００８０】
１：送風機／ファン／ポンプ
２：モーター
３：位置指定センサー
４：電力スイッチ
５：電力供給
６：絶縁された電力
８：電流検出
９：論理回路
１０：マイクロプロセッサー
１１：光絶縁器
１２：ファクトリプログラム
１３：通信デバイス（ＲＳ４８５）
１４：絶縁された制御インタフェース
１５：システム制御
１６：温度検出センサー
１７：電圧検出
１８：リレー
【図１】
2011514134.tif 000003
【図２Ａ】
2011514134.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
2011514134.tif 000014
【図６−１】
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【図６−２】
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【国際調査報告】
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