(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源からＡＣ電源接続部に電気エネルギーを送達するための回路であって、前記電圧源は、電圧を有し、前記回路は、
前記電圧源と前記ＡＣ電源接続部との間の切り替え可能なデバイスであって、前記切り替え可能なデバイスは、前記電圧源から前記ＡＣ電源接続部に電流を伝達するように構成されている、切り替え可能なデバイスと、
前記ＡＣ電源接続部のゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されたエッジ検出器と、
前記エッジ検出器と前記電圧源と前記切り替え可能なデバイスとに結合された制御回路であって、前記制御回路は、前記同期信号に同期した整流された正弦信号を生成し、前記電圧と基準電圧との差に基づいて誤差を決定し、電流駆動信号を前記切り替え可能なデバイスに送達するように構成されており、前記電流駆動信号は、前記誤差と前記整流された正弦信号との積に比例する、制御回路と
を備える、回路。
【請求項２】
負荷とＡＣ電源との間で電気エネルギーを送達するための回路であって、前記回路は、
前記負荷を前記ＡＣ電源に結合する切り替え可能なデバイスと、
シンセサイザと電圧制御ループと電流制御ループとを含むコントローラと
を備え、
前記回路は、第１の動作モードで前記ＡＣ電源から前記負荷に電流を伝達し、第２の動作モードで前記負荷から前記ＡＣ電源に電流を伝達するように構成されており、前記第２の動作モードでの前記負荷は、負荷電圧を生成し、
前記シンセサイザは、前記ＡＣ電源に同期した整流された正弦信号を生成し、
前記電圧制御ループは、前記負荷電圧と基準電圧との差として電圧信号を生成し、
前記電流制御ループは、前記電圧信号と前記整流された正弦信号との積に比例して前記切り替え可能なデバイスを駆動する、回路。
【請求項３】
前記ＡＣ電源と前記シンセサイザとに結合されたエッジ検出器を更に備え、前記エッジ検出器は、前記ＡＣ電源の少なくとも１つのゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されている、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記切り替え可能なデバイスは、スイッチングブリッジ整流器を含む、請求項２または請求項３に記載の回路。
【請求項５】
前記負荷は、インバータに結合されたモータを含み、前記モータは、前記第２の動作モードで、前記負荷電圧を生成する前記インバータを通して電流を送達するために減速する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項６】
前記ＡＣ電源と前記切り替え可能なデバイスとの間に配置されたインダクタを更に備える、請求項２〜５のいずれか一項に記載の回路。
【請求項７】
前記モータは、ＡＣ誘導モータを含む、請求項５に記載の回路。
【請求項８】
電気エネルギーをＡＣ電源接続部に送達する回生ブレーキ機能を有するロータを備えた遠心分離機であって、前記遠心分離機は、
前記ロータの減速中に電圧をコンデンサに送達する回路と、
前記ＡＣ電源接続部の少なくとも１つのゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されたエッジ検出器と、
前記コンデンサを前記ＡＣ電源接続部に結合する切り替え可能なデバイスと、
前記エッジ検出器と前記コンデンサと前記切り替え可能なデバイスとに結合されたコントローラであって、前記コントローラは、前記同期信号に同期した整流された正弦信号を生成し、前記電圧と基準電圧との差に関連する誤差信号を生成し、電流駆動信号を前記切り替え可能なデバイスに送達するように構成されており、前記電流駆動信号は、前記誤差信号と前記整流された正弦信号との積に比例する、コントローラと
を備える、遠心分離機。
【請求項９】
ＡＣ電源と負荷との間で電力を伝達するための機器のインバータシステムであって、前記機器は、前記ＡＣ電源から前記負荷に電流が引き込まれる通常動作モードと、前記負荷から前記ＡＣ電源に電流が伝達される回生動作モードとを有し、前記負荷は、前記回生動作モードで負荷電圧を生成し、前記インバータシステムは、
前記ＡＣ電源に電気的に結合された少なくとも１つのインダクタと、
前記少なくとも１つのインダクタと前記負荷との間で電気的に結合されたスイッチングデバイスと、
コントローラであって、前記コントローラは、
線間電圧信号に同期した基準信号を生成するための基準信号生成器であって、前記基準信号は、整流された正弦波形を有するように構成されている、基準信号生成器と、
誤差電圧を生成するための電圧制御ループであって、前記誤差電圧は、負荷電圧と基準電圧との間の誤差に対応する、電圧制御ループと、
前記基準信号と前記誤差電圧との積に基づいて前記スイッチングデバイスを制御するための電流制御ループと
を備える、コントローラと
を備える、インバータシステム。
【請求項１０】
前記線間電圧信号のゼロ交差点を検出するように構成されたエッジ検出器を更に備え、前記エッジ検出器は、前記ＡＣ電源と前記基準信号生成器とに電気的に結合されている、請求項９に記載のインバータシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのインダクタを通る電流フローを測定するように配置および構成された電流センサを更に備え、前記コントローラは、前記電流センサと前記スイッチングデバイスと前記負荷とに電気的に結合されており、前記コントローラは、前記電流センサから電流検知信号を受信し、前記電流検知信号を前記基準信号と前記誤差電圧との積に整合させるように構成されている、請求項９または請求項１０に記載のインバータシステム。
【請求項１２】
前記電流制御ループは、前記基準信号と前記誤差電圧との積に比例した駆動信号を生成する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のインバータシステム。
【請求項１３】
前記電圧制御ループは、前記負荷に電気的に結合された電圧モニタを含む、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のインバータシステム。
【請求項１４】
前記電圧制御ループは、前記回生動作モード中に電圧フィードバック信号を反転させるための電圧インバータを含む、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のインバータシステム。
【請求項１５】
前記スイッチングデバイスは、ブリッジ整流器である、請求項９〜１４のいずれか一項に記載のインバータシステム。
【請求項１６】
ＡＣ電源に電力を供給するように適合された回生ブレーキを備えた遠心分離機であって、前記遠心分離機は、
モータと、
前記モータに結合されたロータであって、試料を回転させるように配置および構成されたロータと、
通常動作モードで前記ＡＣ電源から負荷に電流を引き込み、かつ、回生動作モードで前記負荷から前記ＡＣ電源に電流を伝達するように構成されたインバータシステムであって、前記負荷は、前記回生動作モードで負荷電圧を生成する、インバータシステムと
を備え、
前記インバータシステムは、
前記ＡＣ電源に電気的に結合された少なくとも１つのインダクタと、
前記少なくとも１つのインダクタと前記負荷との間で電気的に結合されたスイッチングデバイスと、
コントローラであって、前記コントローラは、
線間電圧信号に同期した基準信号を生成するための基準信号生成器であって、前記基準信号は、整流された正弦波形を有するように構成されている、基準信号生成器と、
誤差電圧を生成するための電圧制御ループであって、前記誤差電圧は、負荷電圧と基準電圧との間の誤差に対応する、電圧制御ループと、
前記基準信号と前記誤差電圧との積に基づいて前記スイッチングデバイスを制御するための電流制御ループと
を備える、コントローラと
を備える、遠心分離機。
【請求項１７】
ＡＣ電源と負荷との間で電気エネルギーを送達する方法であって、前記方法は、
前記ＡＣ電源から線間電圧信号を検出する工程と、
前記線間電圧信号に同期した基準信号を生成する工程であって、前記基準信号は、整流された正弦波形を有するように構成されている、工程と、
負荷から電圧フィードバック信号を受信する工程と、
電圧フィードバック信号と基準電圧との間の誤差電圧を決定する工程と、
前記基準信号と前記誤差電圧との積に基づいて駆動信号を生成する工程と、
前記駆動信号に基づいて前記ＡＣ電源と前記負荷との間でスイッチングデバイスを制御する工程と
を含む、方法。
【請求項１８】
前記線間電圧信号のゼロ交差点を検出する工程を更に含み、前記基準信号は、前記線間電圧信号の前記ゼロ交差点に同期している、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＡＣ電源から電流検知信号を受信する工程を更に含み、前記スイッチングデバイスは、前記電流検知信号を前記基準信号と前記誤差電圧との積に整合させるように動作する、請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記駆動信号は、前記基準信号と前記誤差電圧との積に比例する、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
回生ブレーキ動作中に前記電圧フィードバック信号を受信する前記工程の前に、前記電圧フィードバック信号を反転させる工程を更に含む、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、ＰＣＴ国際特許出願として２０１４年１２月２９日に出願されており、２０１４年１月９日に出願された米国特許出願第６１／９２５，６１８号、名称「ＲＥＧＥＮＥＲＡＴＩＶＥ  ＢＲＡＫＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ」に対する優先権を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
回生ブレーキは、機器に蓄えられる残留運動エネルギーを回収するために使用され得る。慣性運動として蓄えられる運動エネルギーは、モータに印加され得、このモータは、回生ブレーキ動作中に発電機のように作用して運動エネルギーを電気に変換する。その後、この電気は、電池に蓄えるか、又は電力網に戻され得る。
【０００３】
電力を効率的に使用するための１つの重要な考慮事項は、機器の力率ができる限り１に近くなければならないことである。力率は、電流と電圧との間の位相角の余弦として算出される。角度がゼロに近づく（電圧及び電流が同相になる）につれて、力率が１に近づく。これにより、最も効率的な電力伝達がもたらされる。力率がゼロに近づく（電圧及び電流の位相がずれる）につれて、電力効率が低下する。
【０００４】
電力を効率的に使用するための別の考慮事項は、機器の全高調波歪みができる限り低くなければならないことである。全高調波歪みは、システムにおける波形の全ての高調波を合計することによって得られ、基本波形と比較される。システムが非線形負荷として作用する場合、このシステムは、高調波を含む歪んだ波形を描く。これらの高調波は、システムにおける電流の増加又はモータにおける更なるコア損失などの有害な影響をシステムに及ぼす場合があり、これらのいずれもシステムに過度の加熱をもたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
大まかに言えば、本開示は、回生ブレーキシステムを対象とする。１つの可能な構成において、かつ非限定的な例によって、本回生ブレーキシステムは、遠心分離機に用いられる。以下の態様を含むが、これらに限定されない様々な態様が本開示に記載される。
【０００６】
一態様は、電圧源からＡＣ電源接続部に電気エネルギーを送達するための回路であって、電圧源が電圧を有し、該回路が、電圧源とＡＣ電源接続部との間の切り替え可能なデバイスであって、電圧源からＡＣ電源に電流を伝達するように構成されている、切り替え可能なデバイスと、ＡＣ電源のゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されたエッジ検出器と、エッジ検出器、電圧源、及び切り替え可能なデバイスに連結された制御回路であって、同期信号と同期した整流正弦信号を発生させ、電圧と基準電圧との差に基づいて誤差を決定し、かつ電流駆動信号をスイッチに送達するように構成されており、電流駆動信号が、誤差と整流正弦信号との積に比例する、制御回路と、を備える。
【０００７】
別の態様は、負荷とＡＣ電源との間で電気エネルギーを送達するための回路であり、該回路は、負荷をＡＣ電源に連結する、切り替え可能なデバイスと、シンセサイザ、電圧制御ループ、及び電流制御ループを含むコントローラと、を備え、該回路は、第１の動作モードでＡＣ電源から負荷に電流を伝達し、かつ第２の動作モードで負荷からＡＣ電源に電流を伝達するように構成されており、第２の動作モードでの負荷が、負荷電圧を生成し、シンセサイザが、ＡＣ電源と同期した整流正弦信号を発生させ、電圧制御ループが、負荷電圧と基準電圧との差として電圧信号を発生させ、電流制御ループが、電圧信号と整流正弦信号との積に比例して、切り替え可能なデバイスを駆動する。
【０００８】
更なる態様は、電気エネルギーをＡＣ電源に送達する回生ブレーキ機能を有するロータを備えた遠心分離機であり、該遠心分離機は、ロータの減速中に電圧をコンデンサに送達する、回路と、ＡＣ電源のゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されたエッジ検出器と、コンデンサをＡＣ電源接続部に連結する切り替え可能なデバイスと、エッジ検出器、コンデンサ、及び切り替え可能なデバイスに連結されたコントローラであって、同期信号と同期した整流正弦信号を発生させ、電圧と基準電圧との差に関連した誤差信号を発生させ、かつ電流駆動信号を切り替え可能なデバイスに送達するように構成されており、電流駆動信号が、誤差信号と整流正弦信号との積に比例する、コントローラと、を備える。
【０００９】
更なる態様は、ＡＣ電源と負荷との間で電力を伝達するための機器のインバータシステムであり、機器が、ＡＣ電源から負荷に電流が引き込まれる通常動作モードと、負荷からＡＣ電源に電流が伝達される回生動作モードとを有し、負荷が、回生動作モードで負荷電圧を生成し、該インバータシステムは、ＡＣ電源に電気的に連結された少なくとも１つのインダクタと、少なくとも１つのインダクタと負荷との間で電気的に連結されたスイッチングデバイスと、コントローラであって、線間電圧信号と同期した基準信号を発生させるための基準信号発生器と、負荷電圧と基準電圧との間の誤差に対応する誤差電圧を発生させるための電圧制御ループと、基準信号と誤差電圧との積に基づいてスイッチングデバイスを制御するための電流制御ループと、を備える、コントローラと、を備える。
【００１０】
更なる態様は、ＡＣ電源に電力を供給するように適合される回生ブレーキを備えた遠心分離機であり、該遠心分離機は、モータと、モータに連結されており、かつ試料を回転させるように配置及び構成されたロータと、通常動作モードでＡＣ電源から負荷に電流を引き込み、かつ回生動作モードで負荷からＡＣ電源に電流を伝達するように構成されたインバータシステムであって、負荷が、回生動作モードで負荷電圧を生成し、該インバータシステムが、ＡＣ電源に電気的に連結された少なくとも１つのインダクタと、少なくとも１つのインダクタと負荷との間で電気的に連結されたスイッチングデバイスと、コントローラであって、線間電圧信号と同期した基準信号を発生させるための基準信号発生器と、負荷電圧と基準電圧との間の誤差に対応する誤差電圧を発生させるための電圧制御ループと、基準信号と誤差電圧との積に基づいてスイッチングデバイスを制御するための電流制御ループと、を備える、コントローラと、を備える。
【００１１】
更なる態様は、ＡＣ電源と負荷との間で電気エネルギーを送達する方法であり、該方法は、ＡＣ電源から線間電圧信号を検出する工程と、線間電圧信号と同期した基準信号を発生させる工程と、負荷から電圧フィードバック信号を受信する工程と、電圧フィードバック信号と基準電圧との間の誤差電圧を決定する工程と、基準信号と誤差電圧との積に基づいて駆動信号を発生させる工程と、駆動信号に基づいてＡＣ電源と負荷との間でスイッチングデバイスを制御する工程と、を含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
電圧源からＡＣ電源接続部に電気エネルギーを送達するための回路であって、前記電圧源が電圧を有し、前記回路が、
前記電圧源と前記ＡＣ電源接続部との間の切り替え可能なデバイスであって、前記電圧源から前記ＡＣ電源に電流を伝達するように構成されている、切り替え可能なデバイスと、
前記ＡＣ電源のゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されたエッジ検出器と、
前記エッジ検出器、前記電圧源、及び前記切り替え可能なデバイスに連結された制御回路であって、前記同期信号と同期した整流正弦信号を発生させ、前記電圧と基準電圧との差に基づいて誤差を決定し、かつ電流駆動信号を前記スイッチに送達するように構成されており、前記電流駆動信号が、前記誤差と前記整流正弦信号との積に比例する、制御回路と、を備える、回路。
（項目２）
負荷とＡＣ電源との間で電気エネルギーを送達するための回路であって、
前記負荷を前記ＡＣ電源に連結する切り替え可能なデバイスと、
シンセサイザ、電圧制御ループ、及び電流制御ループを含むコントローラと、を備え、
前記回路が、第１の動作モードで前記ＡＣ電源から前記負荷に電流を伝達し、第２の動作モードで前記負荷から前記ＡＣ電源に電流を伝達するように構成されており、前記第２の動作モードでの前記負荷が、負荷電圧を生成し、
前記シンセサイザが、前記ＡＣ電源と同期した整流正弦信号を発生させ、
前記電圧制御ループが、前記負荷電圧と前記基準電圧との差として電圧信号を発生させ、
前記電流制御ループが、前記電圧信号と前記整流正弦信号との積に比例して前記切り替え可能なデバイスを駆動する、回路。
（項目３）
前記ＡＣ電源及び前記シンセサイザに連結されたエッジ検出器であって、前記ＡＣ電源の前記ゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されている、エッジ検出器を更に備える、項目２に記載の回路。
（項目４）
前記切り替え可能なデバイスが、スイッチングブリッジ整流器を含む、項目２又は３に記載の回路。
（項目５）
前記負荷が、インバータに連結されたモータを含み、前記モータが、前記第２の動作モードで、前記負荷電圧を生成する前記インバータを通して電流を送達するために減速する、項目２〜４のいずれか一項に記載の回路。
（項目６）
前記ＡＣ電源と前記切り替え可能なデバイスとの間に配設されたインダクタを更に備える、項目２〜５のいずれか一項に記載の回路。
（項目７）
前記モータが、ＡＣ誘導モータを含む、項目５に記載の回路。
（項目８）
電気エネルギーをＡＣ電源に送達する回生ブレーキ機能を有するロータを備えた遠心分離機であって、
前記ロータの減速中に電圧をコンデンサに送達する回路と、
前記ＡＣ電源の前記ゼロ交差点に対応する同期信号を生成するように構成されたエッジ検出器と、
前記コンデンサを前記ＡＣ電源接続部に連結する切り替え可能なデバイスと、
前記エッジ検出器、前記コンデンサ、及び前記切り替え可能なデバイスに連結されたコントローラであって、前記同期信号と同期した整流正弦信号を発生させ、前記電圧と基準電圧との差に関連した誤差信号を発生させ、かつ電流駆動信号を前記切り替え可能なデバイスに送達するように構成されており、前記電流駆動信号が、前記誤差信号と前記整流正弦信号との積に比例する、コントローラと、を備える、遠心分離機。
（項目９）
ＡＣ電源と負荷との間で電力を伝達するための機器のインバータシステムであって、前記機器が、前記ＡＣ電源から前記負荷に電流が引き込まれる通常動作モードと、前記負荷から前記ＡＣ電源に電流が伝達される回生動作モードと、を有し、前記負荷が、前記回生動作モードで負荷電圧を生成し、前記インバータシステムが、
前記ＡＣ電源に電気的に連結された少なくとも１つのインダクタと、
前記少なくとも１つのインダクタと前記負荷との間で電気的に連結されたスイッチングデバイスと、
コントローラであって、
線間電圧信号と同期した基準信号を発生させるための基準信号発生器と、
誤差電圧を発生させるための電圧制御ループであって、前記誤差電圧が負荷電圧と基準電圧との間の誤差に対応する、電圧制御ループと、
前記基準信号と前記誤差電圧との積に基づいて前記スイッチングデバイスを制御するための電流制御ループと、を備える、コントローラと、を備える、インバータシステム。
（項目１０）
前記線間電圧信号のゼロ交差点を検出するように構成されたエッジ検出器であって、前記ＡＣ電源及び前記基準信号発生器に電気的に連結される、エッジ検出器を更に備える、項目９に記載のインバータシステム。
（項目１１）
前記少なくとも１つのインダクタを通る電流フローを測定するように配置及び構成された電流センサを更に備え、前記コントローラが、前記電流センサ、前記スイッチングデバイス、及び前記負荷に電気的に連結されており、前記電流センサから電流検知信号を受信して、前記電流検知信号を前記基準信号と前記誤差電圧との積と整合させるように構成されている、項目９又は１０に記載のインバータシステム。
（項目１２）
前記電流制御ループが、前記基準信号と前記誤差電圧との積に比例した駆動信号を発生させる、項目９〜１１のいずれか一項に記載のインバータシステム。
（項目１３）
前記電圧制御ループが、前記負荷に電気的に連結された電圧モニタを含む、項目９〜１２のいずれか一項に記載のインバータシステム。
（項目１４）
前記電圧制御ループが、前記回生動作モード中に電圧フィードバック信号を反転させるための電圧インバータを含む、項目９〜１３のいずれか一項に記載のインバータシステム。
（項目１５）
前記スイッチングデバイスが、ブリッジ整流器である、項目９〜１４のいずれか一項に記載のインバータシステム。
（項目１６）
前記基準信号が、整流正弦波形を有するように構成されている、項目９〜１５のいずれか一項に記載のインバータシステム。
（項目１７）
ＡＣ電源に電力を供給するように適合された回生ブレーキを備えた遠心分離機であって、
モータと、
前記モータに連結されており、かつ試料を回転させるように配置及び構成されたロータと、
通常動作モードで前記ＡＣ電源から前記負荷に電流を引き込み、かつ回生動作モードで前記負荷から前記ＡＣ電源に電流を伝達するように構成されたインバータシステムであって、前記負荷が、前記回生動作モードで負荷電圧を生成し、前記インバータシステムが、
前記ＡＣ電源に電気的に連結された少なくとも１つのインダクタと、
前記少なくとも１つのインダクタと前記負荷との間で電気的に連結されたスイッチングデバイスと、
コントローラであって、
線間電圧信号と同期した基準信号を発生させるための基準信号発生器と、
誤差電圧を発生させるための電圧制御ループであって、前記誤差電圧が負荷電圧と基準電圧との間の誤差に対応する、電圧制御ループと、
前記基準信号と前記誤差電圧との積に基づいて前記スイッチングデバイスを制御するための電流制御ループと、を備える、コントローラと、を備える、遠心分離機。
（項目１８）
ＡＣ電源と負荷との間で電気エネルギーを送達する方法であって、前記方法が、
前記ＡＣ電源から線間電圧信号を検出する工程と、
前記線間電圧信号と同期した基準信号を発生させる工程と、
負荷から電圧フィードバック信号を受信する工程と、
電圧フィードバック信号と基準電圧との間の誤差電圧を決定する工程と、
前記基準信号と前記誤差電圧との積に基づいて駆動信号を発生させる工程と、
前記駆動信号に基づいて前記ＡＣ電源と前記負荷との間でスイッチングデバイスを制御する工程と、を含む、方法。
（項目１９）
前記線間電圧信号のゼロ交差点を検出する工程を更に含み、前記基準信号が、前記線間電圧信号の前記ゼロ交差点と同期している、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記ＡＣ電源から電流検知信号を受信する工程を更に含み、前記スイッチングデバイスが、前記電流検知信号を前記基準信号と前記誤差電圧との積と整合させるように動作する、項目１８又は１９に記載の方法。
（項目２１）
前記駆動信号が、前記基準信号と前記誤差電圧との積に比例する、項目１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
（項目２２）
回生ブレーキ動作中に前記電圧フィードバック信号を受信する前記工程の前に、前記電圧フィードバック信号を反転させる工程を更に含む、項目１８〜２１のいずれか一項に記載の方法。
（項目２３）
前記基準信号が、整流正弦波形を有するように構成されている、項目１８〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示的な遠心分離機の概略ブロック図である。
【図２】図１の例示的なインバータシステムの概略ブロック図である。
【図３】図２の双方向ブリッジの実施例の概略図である。
【図４】図２のブリッジコントローラの実施例の概略ブロック図である。
【図５】図４のエッジ検出器の実施例の概略ブロック図である。
【図６】図４の基準信号発生器の実施例の概略ブロック図である。
【図７】図４の補正コントローラの実施例の概略ブロック図である。
【図８】図７のコントローラチップの例示的な線図である。
【図９】図４のブリッジドライバの実施例の概略ブロック図である。
【図１０】図２のブリッジコントローラの別の実施例の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
様々な実施形態が図面を参照して詳細に説明され、同様の参照番号は、いくつかの図を通して同様の部品及びアセンブリを表す。様々な実施形態の参照は、本明細書に添付された特許請求の範囲を限定しない。加えて、本明細書に述べられたいかなる例も、添付の特許請求の多数の可能な実施形態のいくつかについて限定することを意図するものではなく、単に述べたものである。
【００１４】
図１は、例示的な遠心分離機１００の概略ブロック図である。遠心分離機は、例えば、遠心力を発生させて粒子を分離させるように動作する。通常動作中に、遠心分離機１００は、電力網９０から電力を受信し、高い力率及び低い全高調波歪みを維持するために、力率及び全高調波歪み補正回路を含む。遠心分離機１００は、回生ブレーキ動作中に電力の少なくとも一部を電力網９０に戻すために、回生ブレーキ回路も含む。力率及び全高調波歪み補正回路は、機器の全ての動作段階中に高い力率及び低い全高調波歪みを維持するために、回生ブレーキ動作中にも動作する。その結果、遠心分離機１００のいくつかの実施形態は、改善されたエネルギー効率を有する。改善されたエネルギー効率は、遠心分離機１００を動作させるコストの削減ももたらす。
【００１５】
いくつかの実施形態の利点は、別の場合であれば必要になる大きくて嵩高なフィルタを使用することなく、高い力率及び低い全高調波歪み達成することができることである。具体的には、いくつかの実施形態は、ソフトウェアにおいて歪みを補償し、かつＡＣ電力網９０に存在する歪みが力率及び全高調波歪み補正回路に直接連結されることを防止することを可能にする。これは、インバータシステム１２８のコスト及び複雑さを低減させる。更に、インバータシステム１２８は、較正を殆ど又は全く伴わずに動作することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態において、遠心分離機１００は、少なくとも１つの筐体１０２、ロータチャンバ１０４、ロータ１０６、駆動シャフト１０８、モータ１１０、真空ポンプ１１２、及び電子回路１１４を含む。本開示は、遠心分離機１００を含む例示的な実施形態を参照して説明されるが、遠心分離機１００は、本明細書で開示される原理、システム、及び方法を利用することができる様々な機器の単に一例に過ぎない。別の可能な機器の一例は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械である。
【００１７】
筐体１０２は、遠心分離機の構成要素のうちの少なくともいくつかを内部に取り囲むための遠心分離機１００の保護エンクロージャを提供する。しかしながら、いくつかの実施形態では、構成要素のうちの１つ以上が筐体１０２の外側にあるか、又は別々の筐体内に収容されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース（以下で論じられる）が少なくとも部分的に筐体の外側にあり、それ自体の筐体を含むことができる。
【００１８】
ロータチャンバ１０４は、ロータが設置され、かつ遠心力を発生させるように回転する遠心分離機の内部空間を画定する。ロータチャンバ１０４は、筺体１０２の一部分も形成し、かつロータチャンバ１０４へのアクセスを可能にするチャンバドアを含む。いくつかの実施形態において、チャンバドアは、ロックによって固定されて、遠心分離機の動作中にチャンバドアが開くことを防止する。
【００１９】
駆動シャフト１０８は、ロータチャンバ１０４内に延在し、ロータ１０６に解放可能に接続される。この解放可能な接続は、所望であれば、ロータ１０６をロータチャンバ１０４から取り外し、異なるロータに交換することを可能にする。
【００２０】
モータ１１０も駆動シャフト１０８に接続される。モータ１１０の例は、ＡＣ誘導モータである。ＡＣ誘導モータは、回転磁界によって駆動され、任意の数のコイルを含み得る。他の実施形態としては、スイッチドリラクタンス駆動を含むが、これに限定されない回生ブレーキを行うことができる他のタイプのモータを挙げることができる。回生ブレーキ動作中に、モータ１１０が電圧源として動作し、それ故に遠心分離機１００の回生ブレーキ回路が電力の少なくとも一部を電力網９０に戻すように動作し、これは、ＡＣ電源接続部とも称され得る。回生ブレーキ回路は、図４〜図８に関して更に詳細に説明される。
【００２１】
真空ポンプ１１２は、いくつかの実施形態において、ロータチャンバ１０４内の圧力を調節するために提供される。真空ポンプ１１２は、例えばホース、チューブ、又はパイプを通して、ロータチャンバに連結される。
【００２２】
遠心分離機１００は、電子回路１１４も含む。いくつかの実施形態において、電子回路１１４は、回路ブレーカ１２０、電源１２２、制御システム１２４、ユーザインターフェース１２６、及びインバータシステム１２８を含む。
【００２３】
回路ブレーカ１２０は、電力網９０と遠心分離機１００との間で選択的に電気接続部を提供するように動作する。いくつかの実施形態において、回路ブレーカ１２０は、遠心分離機をオン又はオフにするためにユーザによって手動で操作され得る電源スイッチである。別の可能な実施形態において、回路ブレーカ１２０は、電気サージ又は過電流から保護するために、１つ以上のヒューズ又は他の回路ブレーカデバイスを含む。
【００２４】
いくつかの実施形態において、壁面コンセントを通してなど、遠心分離機１００を電力網９０に接続するために、電源コードが使用される。電力網９０は、一般的に、公称電圧（例えば、１１０Ｖ、又は２００Ｖ〜２４０Ｖ）を有する交流（ＡＣ）波形を有する電力を供給する。いくつかの実施形態において、電力網９０は、ＡＣ電源接続部（例えば、壁コンセント）を通して、ＡＣ電源電力を供給する。
【００２５】
電源１２２は、制御システム１２４などの特定の電子回路１１４による必要に応じて、電力網９０からのＡＣ電力を異なる形態に変換する１つ以上の電源回路を含む。例えば、電源１２２は、±５Ｖの直流（ＤＣ）電源及び１８ＶのＤＣ電源などの、補助電源を含むことができる。電子回路１１４による必要に応じて、任意の他の電源回路を含むことができる。
【００２６】
制御システム１２４は、一般的に、１つ以上の処理デバイス及びメモリ記憶デバイスなどの１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を含む。いくつかの実施形態において、コンピュータ可読記憶媒体は、その中でデータ命令を符合化する。データ命令が１つ以上の処理デバイスによって処理されるときに、命令は、１つ以上の処理デバイスに本明細書で説明される動作、方法、又は機能のうちの１つ以上を行わせるか、又は遠心分離機の他の構成要素のうちの１つ以上と相互作用させて動作、方法、又は機能のうちの１つ以上を行わせる。
【００２７】
処理デバイスの例は、マイクロプロセッサである。別の例は、マイクロコントローラである。別の例は、コンピュータである。あるいは、他の中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）、マイクロコントローラ、プログラマブル論理デバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、デジタル信号処理デバイス（「ＤＳＰ」）などを含む、様々な他の処理デバイスも使用することができる。処理デバイスは、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）デバイス、複合命令セットコンピューティングデバイス（「ＣＩＳＣ」）、又は特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）デバイスなどの特別に設計された処理デバイスなどの任意の一般的な種類のものとすることができる。
【００２８】
ユーザインターフェース１２６は、ユーザと相互作用するために提供される。いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース１２６は、ディスプレイデバイス１３０及び１つ以上の入力デバイス１３２を含む。いくつかの実施形態において、ディスプレイデバイス１３０及び入力デバイス１３２は、タッチセンシティブディスプレイとして組み合わせられる。
【００２９】
インバータシステム１２８は、モータ１１０と電力網９０とをインターフェースする電子機器を含む。例えば、通常動作中に、インバータシステム１２８は、電力網からＡＣ電力を受け取り、該電力をモータ１１０によって使用可能な形態に変換し、そして、変換した電力をモータ１１０に供給して、ロータ１０６を回転させる。別の例として、回生ブレーキ動作中に、ロータ１０６に蓄えられた運動エネルギーが、モータ１１０によって電気電力に変換される。次いで、モータ１１０が、電気電力をインバータシステム１２８に供給する。インバータシステム１２８は、電力を電力網９０に適した形態に変換し、該電力を逆に電力網９０へ供給する。
【００３０】
いくつかの実施形態において、インバータシステム１２８は、力率及び全高調波歪み補正回路を含み、該回路は、通常動作中並びに回生ブレーキ動作中を含む機器の全ての動作段階中に、インバータシステム１２８に高い力率及び低い全高調波歪みを呈させる。いくつかの実施形態において、力率は、０．８５を超える。他の実施形態において、力率は、０．９５を超える。更に他の実施形態において、力率は、０．９８以上である。更に他の実施形態において、力率は、０．９９以上である。インバータシステム１２８の全高調波歪みに関して、いくつかの実施形態において、全高調波歪みは、１０％未満である。他の実施形態において、全高調波歪みは、９．５％未満である。更に他の実施形態において、全高調波歪みは、４％未満である。更に他の実施形態において、全高調波歪みは、３％未満である。いくつかの実施形態において、力率及び全高調波歪み補正回路は、電流が電力網９０の波形に実質的と整合するように電流を制御する。
【００３１】
インバータシステム１２８の例示的な実施形態は、図２〜図９を参照して更に詳細に例証され、説明される。
【００３２】
図２は、例示的なインバータシステム１２８の概略ブロック図である。インバータシステム１２８は、電力網（ＶＡＣ）のＡＣ波形と、モータ１１０によって使用可能な形態との間で電力を変換すると同時に、高い力率及び低い全高調波歪みを提供するために、通常動作中及び回生ブレーキ中に、力率及び全高調波歪み補正を行う。
【００３３】
いくつかの実施形態において、インバータシステム１２８は、バス電圧発生器１４２及び三相インバータ１４４を含む。バス電圧発生器１４２は、電力網波形（ＶＡＣ）とバス電圧（ＶＢＵＳ）との間で電力を変換する。いくつかの実施形態において、バス電圧は、ＤＣ形態であり、よって、バス電圧発生器１４２は、通常動作中にＡＣ−ＤＣ変換器であり、インバータとして動作し、該インバータは、回生ブレーキ動作中にＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換する。三相インバータ１４４は、三相ＡＣ電力（ＶＡ、Ｂ、Ｃ）などの、バス電圧と、モータ１１０によって使用可能な形態との間で電力を変換する。インバータは、どちらかの方向（例えば、ＡＣからＤＣ又はＤＣからＡＣ）に変換するように動作し、したがって、遠心分離機の通常動作中に、同じく回生ブレーキ動作中にも使用することができる。例えば、三相インバータ１４４は、通常動作中に、ＤＣバス電圧をモータ１１０のためのＡＣ波形に変換し、回生ブレーキ動作中に、モータ１１０からのＡＣ電力をＤＣバス電圧に変換する。バス電圧発生器１４２は、通常動作中に、電力網９０からのＡＣ源をＤＣバス電圧に変換し、回生ブレーキ動作中に、ＤＣバス電圧をＡＣ電力網９０への電流に変換する。
【００３４】
バス電圧発生器１４２の実施例は、図２において例証される。本実施例において、バス電圧発生器１４２は、インダクタ１５２（インダクタ１５４及びインダクタ１５６を含む）、双方向ブリッジ１５８、ブリッジコントローラ１６４、電流センサ１６６、及びバス電圧モニタ１６８を含む。
【００３５】
インダクタ１５２は、ブーストインダクタとして動作する。一例として、インダクタ１５２は、１００μＨのインダクタであるが、他の実施形態は、他のサイズのインダクタを使用する。インダクタ１５２は、電流センサ１６６と双方向ブリッジ１５８との間で電気的に連結される。
【００３６】
双方向ブリッジ１５８は、切り替え可能なデバイスとして動作する。いくつかの実施形態において、双方向ブリッジ１５８は、修正を行うためにスイッチングデバイスを利用する能動整流器である。双方向ブリッジ１５８は、インダクタ１５２と三相インバータ１４４との間で電気的に連結される。ブリッジ１５８は、ＡＣをＤＣに、及びＤＣをＡＣに変換することができるという点で、双方向であり、よって、電力網９０からモータ１１０に、及びモータ１１０から電力網９０に電力を伝達することができる。双方向ブリッジ１５８の実施例は、図３を参照して更に詳細に例証され、説明される。
【００３７】
ブリッジコントローラ１６４は、双方向ブリッジのスイッチングを能動的に制御するように動作し、双方向ブリッジ１５８に電気的に連結される。いくつかの実施形態において、ブリッジコントローラ１６４は、電流センサ１６６及びバス電圧モニタ１６８からの入力を受信する。ブリッジコントローラ１６４は、通常動作と回生ブレーキ動作との間でバス電圧発生器を選択的に調節するように動作する制御システム１２４（図１に示される）からのブレーキ入力も受信する。ブリッジコントローラ１６４の実施例は、図４〜図９を参照して更に詳細に例証され、説明される。
【００３８】
電流センサ１６６は、いくつかの実施形態において、インダクタ１５２のうちの１つ以上を通る電流フローを測定するために提供される。好適な電流センサの例は、ＬＥＭ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  ＳＡによって流通される部品番号ＣＡＳＲ−２５などの電流トランスデューサである。
【００３９】
バス電圧モニタ１６８は、いくつかの実施形態において、モータ１１０を駆動するために使用されるバス電圧（ＶＢＵＳ）を測定するために提供される。いくつかの実施形態において、バス電圧モニタ１６８は、正のバス電圧（ＶＢＵＳ＋）と負のバス電圧（ＶＢＵＳ−）との間に配置された少なくとも１つの抵抗器を含む。
【００４０】
三相インバータ１４４は、バス電圧（ＶＢＵＳ）と、モータ１１０によって使用可能な形態との間で電力を変換するように動作する。本実施例において、モータ１１０は、三相モータであり、よって、インバータ１４４は、三相ＡＣ波形を発生させる三相インバータであり、バス電圧からの三相ＡＣ波形を変換する。インバータは、制御システム１２４によって制御される。
【００４１】
いくつかの実施形態において、インバータシステム１２８は、電力網９０のＡＣ電圧（例えば、２４０Ｖ又は２００Ｖ）を、インダクタ１５２に供給される２つの低電圧信号（例えば、１２０Ｖ）に降圧させるように動作する変圧器（図示せず）を有する。そのような２つの低電圧信号は、位相が１８０度ずれている。例えば、電力網９０が２４０Ｖを提供する場合、変圧器は、正の１２０Ｖの線及び負の１２０Ｖの線を介して電圧を提供するように構成されている。他の実施形態において、変圧器は、電力網９０が異なる電圧信号を提供するかにかかわらず、双方向ブリッジ１５８に定電圧を提供するように構成されている。例えば、電力網９０が２４０Ｖと２００Ｖとの間で選択可能である場合、変圧器は、インダクタ１５２に一定の１２０Ｖを提供するように構成されている。
【００４２】
いくつかの実施形態において、インダクタ１５２は、ＬＣフィルタの一部として動作し、このＬＣフィルタは、インバータシステム１２８の電源投入中に使用することができる。例えば、ＬＣフィルタは、スイッチングパルスを平滑化し、それによって、より高次の高調波又は他のスイッチング周波数ノイズを低減させるために使用することができる。
【００４３】
図３は、双方向ブリッジ１５８の実施例の概略図である。本実施例において、双方向ブリッジ１５８は、複数のスイッチングデバイス１７８を含む（スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を含む）。
【００４４】
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、トランジスタ、又はブリッジコントローラ１６４（図２を参照）によって制御することができる他のスイッチングデバイスなどの、様々なデバイスをスイッチングデバイス１７８として使用することができる。例示的な実施形態において、スイッチングデバイス１８０及び１８２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であり、スイッチングデバイス１８４及び１８６は、ＭＯＳＦＥＴである。好適な絶縁ゲートバイポーラトランジスタの例は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ（Ｅｌ  Ｓｅｇｕｎｄｏ、ＣＡ）によって流通される、６００Ｖ、ＵｌｔｒａＦａｓｔ  Ｃｏｐａｃｋ  Ｔｒｅｎｃｈ  ＩＧＢＴ（部品番号ＩＲＧＰ４０６３Ｄ）である。好適なＭＯＳＦＥＴの例は、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｇｅｎｅｖａ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）によって流通される、Ｎ−チャネル、６５０Ｖ、ＭＤｍｅｓｈ（商標）ＶパワーＭＯＳＦＥＴ（部品番号ＳＴＹ８０ＮＭ６０Ｎ）である。
【００４５】
スイッチングデバイス１７８は、ブリッジ整流器構成で配置され、よって、スイッチングデバイス１８０及び１８２が正のバス電圧（ＶＢＵＳ＋）に電気的に連結され、スイッチングデバイス１８４及び１８６が負のバス電圧（ＶＢＵＳ−）に電気的に連結される。スイッチングデバイス１８０及び１８４は、インダクタ１５４に電気的に連結され、スイッチングデバイス１８２及び１８６は、インダクタ１５６に電気的に連結される。スイッチングデバイス１７８は、ブリッジコントローラ１６４（図２）によって制御される。
【００４６】
図４は、図２に示されるブリッジコントローラ１６４の実施例の概略ブロック図である。ブリッジコントローラ１６４は、制御信号を発生させて双方向ブリッジ１５８（及び図３に示される、そのスイッチングデバイス１７８）の動作を制御すると同時に、通常動作中及び回生ブレーキ動作中の双方において高い力率及び低い全高調波歪みを達成するように動作する。いくつかの実施形態において、ブリッジコントローラ１６４は、バス電圧波形が、電力網９０からの電圧源にできる限り近い状態を維持するように動作する。ブリッジコントローラ１６４は、遠心分離機１００の高い力率及び低い全高調波歪みを達成するために、電力網９０から電圧源波形を取得し、電力網９０の電圧源波形に存在する任意の歪み効果を排除する基準信号を合成し、そして、該基準信号を使用して双方向ブリッジ１５８を制御するように構成されている。
【００４７】
いくつかの実施形態において、ブリッジコントローラ１６４は、エッジ検出器１９０、制御回路１９１、及びブリッジドライバ１９６を含む。
【００４８】
エッジ検出器１９０は、基準信号発生器１９２が電力網９０の波形を表す基準信号を作成することを可能にする信号を、基準信号発生器１９２に提供するように動作する。いくつかの実施形態において、エッジ検出器１９０は、電力網（ＶＡＣ）の波形の特定の点を検出し、これらの特定の点を表す信号を発生させ、該信号を基準信号発生器１９２に提供するように動作する。
【００４９】
制御回路１９１は、電力網９０（ＶＡＣ）の波形を模擬する信号を発生させるように動作する。制御回路１９１は、双方向ブリッジ１５８のスイッチングデバイス１７８を制御するための電流駆動信号を発生させ、該電流駆動信号を双方向ブリッジ１５８に送達するようにも動作する。いくつかの実施形態において、制御回路１９１は、基準信号発生器１９２及び補正コントローラ１９４を含む。
【００５０】
基準信号発生器１９２は、いかなる歪み効果（電力網９０からの信号に存在し得る）も伴わない電力網９０（ＶＡＣ）の波形を表す、模擬信号を作成するように動作する。この模擬信号は、補正コントローラ１９４に提供され、補正コントローラ１９４が双方向ブリッジ１５８を動作させて、高い力率及び低い全高周波歪みを達成するために使用される。
【００５１】
補正コントローラ１９４は、インバータシステム１２８の力率及び全高周波歪み補正の一部分を行うように動作する。いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、電力網９０から引き込まれるか、又はそこに注入される電流が電力網９０からの電圧源（ＶＡＣ）と同じ又は類似する形状であるような方法で、双方向ブリッジ１５８のスイッチングデバイス１７８を制御するための駆動信号２２０を発生させるように動作する。
【００５２】
ブリッジドライバ１９６は、補正コントローラ１９４から駆動信号２２０を受信し、駆動信号２２０に基づいて、スイッチングデバイス１７８を駆動又は制御するように動作する。
【００５３】
エッジ検出器１９０、基準信号発生器１９２、補正コントローラ１９４、及びブリッジドライバ１９６は、図５〜９を参照して以下で更に詳細に説明される。
【００５４】
図５は、図４に示されるエッジ検出器１９０の実施例の概略ブロック図である。いくつかの実施形態において、エッジ検出器１９０は、電力網９０の波形２００のゼロ交差点２１０を検出し、ゼロ交差点２１０を表す出力信号２０２を発生させるように動作する。出力信号２０２は、本明細書において同期信号とも称される。例えば、エッジ検出器１９０は、電力網電圧（ＶＡＣ）の波形２００の極性の移行を検出し、高信号及び低信号２１２を有する方形波形出力信号２０２を発生させる。いくつかの実施形態において、エッジ検出器１９０は、電力網波形２００の正のサイクル中に１つの出力信号を発生させ、電力網波形２００の負のサイクル中にもう１つの出力信号を発生させる。方形波形信号２０２は、電力網波形２００のゼロ交差点２１０において高信号と低信号２１２との間で変化する。方形波形信号２０２を発生させた後に、エッジ検出器１９０は、基準信号発生器１９２に出力信号２０２を提供する。出力信号又は方形波形信号２０２は、基準信号発生器１９２によって発生した基準信号２０４を、電力網（ＶＡＣ）の波形２００と同期させるために使用される。エッジ検出器１９０の一例は、Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、ＣＡ）によって流通される部品番号ＭＣＴ６２などの、二重フォトトランジスタオプトカプラを利用する。光学的連結は、ＡＣ成分とＤＣ成分との間で所望の分離を維持する。
【００５５】
いくつかの実施形態において、エッジ検出器１９０は、それぞれがオプトカプラなどの検出デバイスと整合する一組のダイオードを含む。ダイオードは、ダイオードを通過する電力網電圧又はＡＣ電源（ＶＡＣ）が正であるか又は負であるかに応じてオン又はオフになる。ダイオードからの信号は、方形波形信号２０２を形成する。いくつかの実施形態では、次いで、信号がバッファリングされ、基準信号発生器１９２に提供される。
【００５６】
図６は、図４に示される基準信号発生器１９２の実施例の概略ブロック図である。基準信号発生器１９２は、基準信号２０４を合成し、基準信号２０４を補正コントローラ１９４に提供するように動作する。いくつかの実施形態において、基準信号発生器１９２は、信号シンセサイザとして構成されている。
【００５７】
基準信号発生器１９２は、出力信号２０２に基づいて、電力網（ＶＡＣ）の波形２００と同期した基準信号２０４を作成するように構成されている。いくつかの実施形態において、基準信号発生器１９２は、エッジ検出器１９０からの出力信号又は方形波形信号２０２によって決定される周波数を有する正弦波形を発生させる。例えば、基準信号発生器１９２は、エッジ検出器１９０からの出力信号２０２によって識別されるゼロ交差点において、正弦波形を開始又は再開する。その結果、基準信号発生器１９２によって合成される正弦波形が、電力網（ＶＡＣ）の波形２００と同期する。
【００５８】
いくつかの実施形態において、基準信号発生器１９２は、整流波形を有する基準信号２０４を発生させるように構成されている。例えば、基準信号発生器１９２は、図６に例証されるように、合成した正弦波形を整流する。基準信号発生器１９２の一例は、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．（Ａｕｓｔｉｎ、Ｔｅｘａｓ）によって流通される部品番号ＭＣ５６Ｆ８２５６などの、デジタル信号コントローラを利用する。
【００５９】
他の実施形態において、基準信号発生器１９２は、基準信号２０４が補正コントローラ１９４に印加される前に基準信号２０４を増幅するための演算増幅器回路を含む。例えば、基準信号発生器１９２は、３．３Ｖを有する基準信号２０４を発生させる。３．３Ｖの基準信号２０４は、それが補正コントローラ１９４に供給される前に、演算増幅器回路によって約１８Ｖのピークまで増幅することができる。
【００６０】
図７は、図４に示される補正コントローラ１９４の実施例の概略ブロック図である。補正コントローラ１９４は、スイッチングデバイス１７８を制御するための駆動信号２２０を発生させ、駆動信号２２０をブリッジドライバ１９６に提供するように動作する。駆動信号２２０は、電力網９０とモータ１１０との間の（通常動作中には電力網９０からモータ１１０への、かつ回生ブレーキ中には逆の）電流フローが、遠心分離機１００の高い力率及び低い全高周波歪みを有することを確実にするために、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６の各々を制御するように構成されている。
【００６１】
いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、スイッチングデバイス１７８を制御することによって一定のＤＣバス電圧（ＶＢＵＳ）を維持するように構成されている。通常動作中に、補正コントローラ１９４は、スイッチングデバイス１７８を制御して、電力網９０から電流を引き込み、該電流を一定のバス電圧（ＶＢＵＳ）でモータ１１０に送達するように動作する。回生ブレーキ動作中に、補正コントローラ１９４は、スイッチングデバイス１７８を制御して、電力網９０を通してモータ１１０によって発生したエネルギー（又は電流）を放出しながら、一定のバス電圧（ＶＢＵＳ）を維持するように動作する。いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、スイッチングデバイス１７８を動作させて、電力網９０から引き込まれるか、又はそこに注入される電流が基準信号２０４と同じ形状を有する状態を維持するようにも構成されている。いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、通常動作中に力率をできる限り１近くに維持し、回生ブレーキ動作中に力率をできる限りマイナス１近くに維持するようにも動作する。力率が１である（「ユニティ」としても知られる）場合、遠心分離機は、電力網９０から電流を引き込み、力率がマイナス１である場合、遠心分離機は、電流を電力網９０に注入する。
【００６２】
これらの目的のために、いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、電圧制御ループ及び電流制御ループを実装するコントローラチップ２３０を含む。補正コントローラ１９４は、フィードバック信号反転ステージ２３２も含む。他の実施形態において、補正コントローラ１９４は、電流検知信号２０６のための整流器２３４を更に含むことができる。
【００６３】
コントローラチップ２３０の電圧制御ループは、電圧フィードバック信号２０８を受信するように構成されており、バス電圧（ＶＢＵＳ）誤差を決定する。本実施例において、電圧制御ループは、バス電圧モニタ１６８を含む。バス電圧モニタ１６８は、バス電圧（ＶＢＵＳ）の変化を検出するために使用される電圧フィードバック信号２０８を検出する。例えば、通常動作において、インバータシステム１２８は、モータ１１０がより高速に回転するにつれて、電力網９０からより多くの電流を引き込み、該電流をモータ１１０に送達する。これは、バス電圧（ＶＢＵＳ）を降下させる。対照的に、回生ブレーキ動作中に、モータ１１０は、エネルギーを発生させ、バス電圧（ＶＢＵＳ）を上昇させる。これは、モータ１１０が電力網９０からより少ない電流しか必要とせず、それ故にインバータシステム１２８が電力網９０を通して電流を排出する必要があることを示す。これらの事例において、バス電圧モニタ１６８は、バス電圧（ＶＢＵＳ）を検出し、補正コントローラ１９４は、バス電圧（ＶＢＵＳ）が増加した又は減少した量を決定する。いくつかの実施形態において、電圧制御ループは、基準バス電圧を用いて、基準バス電圧と、電圧フィードバック信号２０８によって表される実際のバス電圧との間の誤差又は差を決定する。そのような誤差又は差は、本明細書においてバス誤差電圧とも称される。
【００６４】
コントローラチップ２３０の電流制御ループは、電力網９０とモータ１１０との間でスイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を通る電流フローを制御しながら、高い力率及び低い全高周波歪みを達成するために使用される駆動信号２２０を発生させるように構成されている。いくつかの実施形態において、電流制御ループは、電圧フィードバック信号２０８から決定されるバス誤差電圧に基準信号２０４を乗算するように動作する。電流制御ループは、次いで、バス誤差電圧と基準信号２０４との積を、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を制御するための電流基準として使用する。具体的には、電流制御ループは、電流センサ１６６から取得される電流検知信号２０６と、電流基準（バス誤差電圧と基準信号２０４との積）とを比較し、電流検知信号２０６と該電流基準との間の誤差又は差に基づいてスイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を制御し、それにより電流検知信号２０６によって表される電流を電流基準と整合させる。例えば、通常動作において、電流制御ループは、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を制御して、電力網９０からより多くの電流を引き込み、該電流をモータ１１０に送達し、電流検知信号２０６をバス誤差電圧と基準信号２０４との積と整合させようと試みる。回生ブレーキ動作において、電流制御ループは、通常動作と同じ様式で動作するが、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を通してモータ１１０から電力網９０に電流を排出するように動作する。このように、電流基準（バス誤差電圧と基準信号２０４との積）と電流検知信号２０６との間の誤差又は差が大きくなるにつれて、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６は、（通常動作において）より多くの電流が電力網９０からモータ１１０へ流れるか、又は（回生ブレーキ動作において）逆に流れることを可能にするように制御される。これに関して、電流制御ループは、バス誤差電圧と基準信号２０４との積に比例して、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を制御するように動作する。
【００６５】
いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、電圧制御ループの電圧フィードバック信号２０８の経路の中にフィードバック信号反転ステージ２３２を含む。フィードバック信号反転ステージ２３２は、モータ１１０の動作モードに応じて、電圧フィードバック信号２０８を選択的に反転させるように動作する。いくつかの実施形態において、フィードバック信号反転ステージ２３２は、反転モードと非反転モードとの間のスイッチとして構成されている。本実施例において、フィードバック信号反転ステージ２３２は、回生ブレーキ中に、電圧フィードバック信号２０８を反転させ、通常動作中に、電圧フィードバック信号２０８を反転させないように構成されている。フィードバック信号反転ステージ２３２の一例は、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｎｏｒｗｏｏｄ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）によって流通される部品番号ＡＤＧ４１９などの、モノリシックＣＭＯＳ  ＳＰＤＴアナログスイッチを利用する。
【００６６】
いくつかの実施形態において、フィードバック信号反転ステージ２３２は、モータ１１０が通常動作で動作するか、又は回生ブレーキ動作で動作するかを示す、制御システム１２４（図１）によって提供されるブレーキ入力信号を受信する。フィードバック信号反転ステージ２３２は、ブレーキ入力信号に基づいて、反転モードと非反転モードを切り替える。
【００６７】
他の実施形態において、補正コントローラ１９４は、電流センサ１６６によって検出される電流検知信号２０６を整流するための整流器２３４を更に含む。いくつかの実施形態において、整流器２３４は、電流検知信号２０６の電圧オフセットも除去する。例えば、電流検知信号２０６は、２．５Ｖのオフセットで０〜５Ｖを有する信号であり得る。整流器２３４は、そのようなオフセットを除去するように動作し、次いで、信号を整流する。
【００６８】
図８は、図７のコントローラチップ２３０の例示的な線図である。コントローラチップ２３０は、図７を参照して上で説明されるように、電圧制御ループ及び電流制御ループを行うように構成されている。いくつかの実施形態において、コントローラチップ２３０は、第１の比較器２５４、乗算器２５６、第２の比較器２５８、及びパルス幅変調器２６０を含む。
【００６９】
第１の比較器２５４は、バス電圧モニタ１６８によって取得される電圧フィードバック信号２０８から、バス誤差電圧信号２６４を発生させるように動作する。電圧フィードバック信号２０８は、バス電圧（ＶＢＵＳ）を表す電圧信号である。いくつかの実施形態において、電圧フィードバック信号２０８は、バス電圧（ＶＢＵＳ）よりも少ない電圧値を有し、バス電圧（ＶＢＵＳ）に比例して変動する。例えば、バス電圧（ＶＢＵＳ）が０〜２００Ｖの間で変化すると、電圧フィードバック信号２０８は、０〜５．１Ｖの範囲の値を有し得る。電圧フィードバック信号２０８の値は、０〜２００Ｖのバス電圧（ＶＢＵＳ）の変動に比例して、０〜５．１Ｖの間で変化する。
【００７０】
本実施例において、第１の比較器２５４は更に、バス誤差電圧信号２６４を発生させるために、基準バス電圧２６２を使用する。第１の比較器２５４は、電圧フィードバック信号２０８と基準バス電圧２６２とを比較し、それらの間の差をバス誤差電圧信号２６４として発生させる。例えば、基準バス電圧２６２が５．１Ｖに設定され、電圧フィードバック信号２０８が５．０Ｖであるときには、バス誤差電圧信号２６４は、基準バス電圧２６２と電圧フィードバック信号２０８との０．１Ｖの差を表すように発生する。バス誤差電圧信号２６４は、乗算器２５６に提供される。
【００７１】
乗算器２５６は、モータ１１０と電力網９０との間の電流フローを制御するための基準として使用される電流基準信号２６６を発生させるように動作する。乗算器２５６は、第１の比較器２５４からバス誤差電圧信号２６４を受信し、基準信号発生器１９２から基準信号２０４を受信する。乗算器２５６は、次いで、バス誤差電圧信号２６４に基準信号２０４を乗算して、電流基準信号２６６を発生させる。このように、電流基準信号２６６は、バス誤差電圧信号２６４と基準信号２０４との積である。その後に、電流基準信号２６６は、第２の比較器２５８に送られ、モータ１１０と電力網９０との間の電流フローを制御するための基準として使用される。
【００７２】
第２の比較器２５８は、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を制御するための駆動信号２２０に動作する。第２の比較器２５８は、乗算器２５６から電流基準信号２６６を受信し、電流センサ１６６から電流検知信号２０６を受信する。第２の比較器２５８は、電流検知信号２０６と電流基準信号２６６とを比較して、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を制御し、電流基準信号２６６によって表される電流を電流検知信号２０６によって表される電流と整合させるために駆動信号２２０を発生させる。例えば、回生ブレーキ動作中に、電流基準信号２６６によって表される電流が電流検知信号２０６によって表される電流よりも大きい場合は、駆動信号２２０をスイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６に送達し、該スイッチングデバイスを制御して、電流検知信号２０６が電流基準信号２６６と整合するまで、モータ１１０から電力網９０により多くの電流を排出する。
【００７３】
いくつかの実施形態において、コントローラチップ２３０は、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６の各々を制御するのに適している駆動信号２２０を発生させるために、第２の比較器２５８の後にパルス幅変調器２６０を更に含む。
【００７４】
図７に関して上で説明されるように、本実施例において、補正コントローラ１９４は、コントローラチップ２３０、フィードバック信号反転ステージ２３２、及び整流器２３４を含む。他の実施形態において、補正コントローラ１９４は、利得制御回路、バッファ回路、利得増幅器、及びバッファも含む。
【００７５】
コントローラチップ２３０は、電圧制御ループ及び電流制御ループを実装する標準アナログ制御ＩＣとして構成されている。いくつかの実施形態において、コントローラチップ２３０は、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６（図３）を制御することによって、スイッチング極性を有する電流を作成するように動作する。例えば、コントローラチップ２３０が、スイッチングデバイス１８０を通して電流をプッシュするように動作する場合、該スイッチングデバイスは、電流センサ１６６からの電流検知信号２０６に対する正極性電流を作成する。スイッチングデバイス１８２を通して電流がプッシュされる場合、該スイッチングデバイスは、電流センサ１６６からの電流検知信号２０６に対する負極性電流を作成する。コントローラチップ２３０の一例は、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｏｆ  Ｇｅｎｅｖａ（Ｃａｎｔｏｎ、Ｇｅｎｅｖａ）によって製造される部品番号Ｌ４９８１Ｂなどの、力率補性器を利用する。
【００７６】
コントローラチップ２３０は、基準信号発生器１９２から基準信号２０４を受信するように構成されている。いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、基準信号２０４がコントローラチップ２３０に入力される前に基準信号２０４の利得を高めるための利得増幅器を含む。
【００７７】
コントローラチップ２３０は、バス電圧モニタ１６８から電圧フィードバック信号２０８を受信するように構成されている。いくつかの実施形態において、バス電圧モニタ１６８は、バス電圧（ＶＢＵＳ）を検出するための一連の抵抗器を含む。検出したバス電圧信号又は電圧フィードバック信号２０８は、フィードバック信号反転ステージ２３２に提供される。上で説明されるように、電圧フィードバック信号２０８は、モータ１１０が通常動作であるか、又は回生ブレーキ動作であるかに応じて、コントローラチップ２３０に入力される前に、フィードバック信号反転ステージ２３２によって選択的に反転される。
【００７８】
いくつかの実施形態において、補正コントローラ１９４は、コントローラチップ２３０に提供される電流検知信号２０６の利得を制御するための利得制御回路も含む。いくつかの実施形態において、利得制御回路２３６は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｄａｌｌａｓ、Ｔｅｘａｓ）によって流通される部品番号ＳＮ７４ＶＣ２Ｇ５３などの、ＣＭＯＳ  ＳＰＤＴアナログスイッチを含む。
【００７９】
他の実施形態において、利得制御回路を通過した後に、電流検知信号２０６は、コントローラチップ２３０に送られる前に、利得制御回路に続くバッファ回路によってバッファリングされる。いくつかの実施形態において、バッファ回路は、直列に接続される２つの演算増幅器回路を含む。
【００８０】
図７に関して上で説明されるように、コントローラチップ２３０によって発生した駆動信号２２０が出力され、ブリッジドライバ１９６に提供される。いくつかの実施形態において、バッファは、駆動信号２２０がブリッジドライバ１９６に進入する前に、コントローラチップ２３０から出力される駆動信号２２０をバッファリングするように配置される。
【００８１】
図７に戻ると、いくつかの実施形態において、駆動信号２２０は、ブリッジドライバ１９６に提供される前に、ＮＡＮＤゲートを通過する。本実施例において、ＮＡＮＤゲートは、エッジ検出器１９０（図５）からの信号を利用して、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６を選択的に制御するように構成されている。ＮＡＮＤゲートは、エッジ検出器１９０によって検出される信号に基づいて、駆動信号２２０を特定のスイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６に向けるように構成されている。
【００８２】
図９は、図４に示されるブリッジドライバ１９６の実施例の概略ブロック図である。ブリッジドライバ１９６は、補正コントローラ１９４からの駆動信号２２０に基づいて、スイッチングデバイス１７８を駆動又は制御するように動作する。いくつかの実施形態において、ブリッジドライバ１９６は、第１のハーフブリッジドライバ２５０及び第２のハーフブリッジドライバ２５２を含む。
【００８３】
第１のハーフブリッジドライバ２５０は、補正コントローラ１９４からの駆動信号２２０に基づいて、スイッチングデバイス１８０及び１８２を駆動又は制御するように構成されている。第２のハーフブリッジドライバ２５２は、補正コントローラ１９４からの駆動信号２２０に基づいて、スイッチングデバイス１８４及び１８６を駆動又は制御するように構成されている。第１のハーフブリッジドライバ２５０及び第２のハーフブリッジドライバ２５２は、スイッチングデバイス１８０、１８２、１８４、及び１８６をオン／オフするためのレベル調節器として動作する。いくつかの実施形態において、第１のハーフブリッジドライバ２５０及び第２のハーフブリッジドライバ２５２は、補正コントローラ１９４からの駆動信号２２０を受け入れるためのゲートドライバを有する。他の実施形態において、ブリッジドライバ１９６は、スイッチングデバイス１７８のデューティサイクルに基づいてスイッチングデバイス１７８を通る電流の大きさが調節されるように、スイッチングデバイス１７８を制御する。ゲートドライバの一例は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ（Ｅｌ  Ｓｅｇｕｎｄｏ、ＣＡ）によって流通される部品番号ＩＲＳ２１８３などの、高電圧で高速のパワーＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴドライバを利用する。
【００８４】
図１０は、図２に示されるブリッジコントローラ１６４の別の実施例の概略ブロック図である。本実施例において、ブリッジコントローラ１６４は、図４のブリッジコントローラ１６４によって実装されるアナログ制御を除去するように構成されており、インバータシステム１２８をデジタル的に制御するように動作する。本実施例のブリッジコントローラ１６４は、マイクロコントローラ３９４を除いて、ちょうど図４のブリッジコントローラ１６４のように動作する。
【００８５】
マイクロコントローラ３９４は、基準信号発生器１９２及び補正コントローラ１９４によって行われる全てのアナログプロセスを、デジタルプロセスと置き換える。補正コントローラ１９４と同様に、マイクロコントローラ３９４は、電圧フィードバック信号２０８、電流検知信号２０６、及び方形波形信号又は出力信号２０２を受信する。しかしながら、バス誤差電圧信号２６４及び電流基準信号２６６などの、図６〜図８を参照して論じられる他のアナログ信号は、マイクロコントローラ３９４によって行われるデジタルプロセスと置き換えられる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、マイクロコントローラ３９４は、先の実施例においてアナログ補正コントローラ１９４によって実現された電流制御ループ及び電圧制御ループをデジタル的に実装するように構成されている。マイクロコントローラ３９４はまた、図４の基準信号発生器１９２の機能を内部的に行う。いくつかの実施形態において、マイクロコントローラ３９４は、基準信号２０４に対応する仮想正弦波形を発生させて、該仮想正弦波形を、マイクロコントローラ３９４によってデジタル的に実装される電流制御ループの設定点として使用する。
【００８７】
遠心分離機の実験的な実現形態を、３つの動作シナリオの下で試験した。表１に示されるように、以下の結果を得た。
【００８８】
【表１】
0006485922.tif 000002
【００８９】
Ｐｏｕｔは、遠心分離機１００の出力電力レベルを表す。Ｉ  ｈ１は、基本電流を示す。これらの試験において、基本電流は、他の高調波を伴わない電流の６０Ｈｚ成分である。Ｉ  ＴＯＴＡＬは、全高調波を有する全二乗平均平方根電流を表す。Ｉ  ＴＨＤは、Ｉ  ｈ１に関する全高調波歪みを示す。Ｉ  ＴＤＤは、全需要歪みを表し、それは、最大出力電流に対する全高調波歪みを示す。これらの試験において、最大出力電流は、６．５Ａであった。
【００９０】
表１に示されるように、試験１では、出力電力レベルが５０１．３Ｗであったときに、例示的な遠心分離機１００は、回生ブレーキ動作において、約０．９４の力率及び約９．４％の全高調波歪みを達成した。試験２では、出力電力レベルが１０２０Ｗであったときに、遠心分離機１００は、回生ブレーキ動作において、約０．９８の力率及び約４％の全高周波歪みを達成した。試験３では、出力電力レベルが１５５４Ｗであったときに、遠心分離機１００は、回生ブレーキ動作において、約０．９９の力率及び約３％の全高周波歪みを達成した。
【００９１】
上記の様々な実施形態は、実例としてのみ提供され、本明細書に添付の特許請求の範囲を制限すると解釈されるべきではない。当業者は、本明細書に説明及び記載された例示の実施形態及び適用例に従わずに、かつ次の特許請求の範囲の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく行うことができる様々な修正及び変更を容易に認識するだろう。
【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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