(57)【要約】  電源に接続されるとともに当該電源から電力供給される複数の電気モータ（５１，５２，５３）のうちの選択された１つを流れる電流が特定される。前記電源と前記複数の電気モータとの間の接続部には電流測定装置（４６）が配置されている。選択されていない電気モータは、前記電源から一時的に切断されるように制御され、前記選択されていない電気モータが前記電源から一時的に切断されている間、前記電流測定装置によって電流測定が実行される。したがって、この電流測定は、前記選択された電気モータを流れる電流を示す。前記電流測定が行われた後、前記選択されていない電気モータは、前記電源に再接続されるように再び制御される。このようにすると、１つの電流測定装置のみを使用して、個々のモータにより引き込まれる電流を測定することができるため、追加のコストの発生を回避することができる。【選択図】  図９
2021503867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（１４）に接続されるとともに当該電源から電力供給される複数の電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）のうちの選択された１つを流れる電流を特定するための方法であって、前記電源（１４）と前記複数の電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）との間の接続部には、電流測定装置（４６）が配置されており、前記方法は、
選択されていない電気モータを、前記電源（１４）から一時的に切断するように制御するステップと、
前記選択されていない電気モータが前記電源（１４）から一時的に切断されている間、前記電流測定装置（４６）によって、前記選択された電気モータを流れる電流を示す電流測定を行うステップと、
前記電流測定が行われた後、前記選択されていない電気モータを前記電源（１４）に再接続するように当該電気モータを制御するステップと、を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
測定される電流は、複数のリニアアクチュエータ（３１，３２，３３）のうちの選択された１つにおける電気モータを流れる電流であって、各リニアアクチュエータは、
可逆式電気ＤＣモータ（２）と、
前記可逆式電気ＤＣモータ（２）によって駆動されるスピンドル（４）と、
前記スピンドル（４）に取り付けられるとともに回転しないように固定されたスピンドルナット（６）と、を含み、前記スピンドルナット（６）は、２つのリミット位置間を移動するように配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）の各々と直列に配置された少なくとも１つの電子スイッチを切り替えることにより、当該電気モータを駆動するステップを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記選択されていない電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチのうちの少なくとも１つをオフに切り替えることによって、前記電源（１４）から前記選択されていない電気モータを一時的に切断するステップを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
可変デューティ比を有するパルス幅変調電圧を用いて前記電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）を駆動するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧のパルスの中間において前記電流測定を実行するステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記選択された電気モータを流れる電流を示す測定電流によって、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧の前記デューティ比を調節するステップを含むことを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記選択された電気モータを流れる電流を示す前記測定電流が所定の最大値を超える場合、前記選択された電気モータをオフに切り替えるステップを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
電源（１４）と、
前記電源（１４）に接続されるとともに、当該電源から電力供給される複数の電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）と、
コントローラ（１５）と、
前記コントローラ（１５）の制御下で前記電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）を駆動するように構成された少なくとも１つの駆動回路（４１，４２，４３；６８，６９；９４，９５，９６）と、を含むシステム（３０；８７）であって、
前記システムは、前記電源（１４）と前記複数の電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）との間の接続部に配置された電流測定装置（４６）をさらに含み、
前記コントローラ（１５）は、前記電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）のうちの選択された１つを流れる電流を測定するべく、
選択されていない電気モータを、前記電源（１４）から一時的に切断するように制御し、
前記選択されていない電気モータが前記電源（１４）から一時的に切断されている間、前記電流測定装置（４６）によって、前記選択された電気モータを流れる電流を示す電流測定を行い、
前記電流測定が行われた後、前記選択されていない電気モータを前記電源（１４）に再接続するように当該電気モータを制御する、
ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
前記システムは、複数のリニアアクチュエータ（３１，３２，３３）を含むアクチュエータシステム（３０）であって、各リニアアクチュエータは、
可逆式電気ＤＣモータ（２）と、
前記可逆式電気ＤＣモータ（２）によって駆動されるスピンドル（４）と、
前記スピンドル（４）に取り付けられるとともに回転しないように固定されたスピンドルナット（６）と、を含み、前記スピンドルナット（６）は、２つのリミット位置間を移動するように配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アクチュエータシステム（３０）は、
少なくとも、前記電源（１４）、前記コントローラ（１５）、及び前記少なくとも１つの駆動回路（４１，４２，４３；６８，６９）を含むコントロールボックス（３７；６７）と、
複数のケーブル（３４，３５，３６）と、を含み、各ケーブルは、前記リニアアクチュエータ（３１，３２，３３）のうちの１つを、前記コントロールボックス（３７；６７）において対応する駆動回路に接続することを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの駆動回路（４１，４２，４３；６８，６９；９４，９５，９６）は、複数の電子スイッチを含み、
前記電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）の各々は、前記複数の電子スイッチのうちの少なくとも１つと直列に配置されており、
前記少なくとも１つの駆動回路（４１，４２，４３；６８，６９；９４，９５，９６）は、前記コントローラ（１５）の制御下で、各電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）と直列の前記少なくとも１つの電子スイッチを切り替えることにより、当該電気モータを駆動するように構成されていることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数の電子スイッチは、電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラ（１５）は、選択されていない電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチのうちの少なくとも１つをオフに切り替えることによって、前記電源（１４）から前記選択されていない電気モータを一時的に切断するように構成されていることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラ（１５）は、可変デューティ比を有するパルス幅変調電圧を用いて前記電気モータ（５１，５２，５３；７１，７２，７３，７４；９１，９２，９３）を駆動するように構成されていることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラ（１５）は、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧のパルスの中間において前記電流測定を実行するように構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラ（１５）は、前記選択された電気モータを流れる電流を示す測定電流によって、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧の前記デューティ比を調節するように構成されていることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラ（１５）は、前記選択された電気モータを流れる電流を示す前記測定電流が所定の最大値を超える場合、前記選択された電気モータをオフに切り替えるように構成されていることを特徴とする、請求項９〜１７のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１９】
複数の駆動回路（４１，４２，４３）を含み、各駆動回路は、前記コントローラ（１５）の制御下で前記電気モータ（５１，５２，５３）のうちの１つを駆動するように構成されるとともに、４つの電子スイッチを含むＨブリッジ駆動回路として構成されることを特徴とする、請求項９〜１８のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２０】
３つのハーフブリッジに配置された６つの電子スイッチを有する少なくとも１つの駆動回路（６８；６９）を含み、前記駆動回路は、前記コントローラ（１５）の制御下で２つの電気モータ（７１，７２；７３，７４）を駆動するように構成されていることを特徴とする、請求項９〜１８のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２１】
前記電流測定装置は、電流測定シャント抵抗器（４６）であって、前記コントローラ（１５）は、前記電流測定シャント抵抗器（４６）における電圧を測定することにより前記電流測定を実行するように構成されている、請求項９〜２０のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２２】
プログラムコード手段を含むコンピュータプログラムであって、前記プログラムコード手段は、コンピュータ上で実行されたときに請求項１〜８のいずれか１つに記載のステップを実行する、コンピュータプログラム。
【請求項２３】
プログラムコード手段が保存されたコンピュータ可読媒体であって、前記プログラムコード手段は、コンピュータ上で実行されたときに請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法を実行する、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源に接続されるとともに、当該電源から電力供給される複数の電気モータのうちの選択された１つを流れる電流を特定する方法、及び、電源と、当該電源に接続されるとともに当該電源から電力供給される複数の電気モータとを含むシステムに関する。本発明はまた、コンピュータプログラム、及びコンピュータ可読媒体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータは、多くの異なる用途に使用される。例として、リニアアクチュエータ、他のタイプのアクチュエータ、冷却ファン、ディスクドライブ、自動ドア開閉装置、ビークルにおけるリフトモータ、牽引モータ、及び／又は他のモータ（可動ベッド、及び医療用カートを含む）などが挙げられる。電気モータは、バッテリや整流器などの直流（ＤＣ）電源、又は送電網などの交流（ＡＣ）電源で駆動することができる。典型的には、電気モータの回転速度は、モータコントローラによって制御される。
【０００３】
多くのタイプの電気モータ（ＤＣモータ、及びユニバーサルモータを含む）の場合、典型的な使用条件下におけるモータの回転速度は、モータの供給電圧に比例する一方で、送出される機械的トルク、又は機械的力は、供給電源から引き込まれる電流に比例している。これは、モータの機械的負荷が増大すると、供給電源からより大きな電流が引き込まれることを意味する。このより大きな電流により、増大した負荷との釣り合いをとるための追加のトルクが付与される。
【０００４】
例えば、リニアアクチュエータで駆動される病院のベッドや高さ調節が可能なテーブルに過度な負荷がかかったり、単にモータで駆動される装置の動作が阻害されたりして、モータが過負荷状態になると、供給電源から引き込まれる電流が増大して、モータが破損するおそれがある。このような破損を防止するためには、モータによって引き込まれる電流を検出又は測定して、電流が所定の最大値を超えた場合にモータへの電力供給を遮断すればよい。これに代えて、測定された電流に応じて、モータコントローラによりモータへの供給電圧を調節してもよい。
【０００５】
モータによって引き込まれる電流は、モータと電源との間の接続部に配置された電流測定装置によって測定することができる。電流測定装置は、例えば、電流計、電流測定シャント抵抗器、電流測定変圧器、ホール効果電流センサ変換器、又は磁気抵抗磁場電流センサ（magnetoresistive field current sensor）であってもよい。
【０００６】
多くの用途においては、複数の電気モータが、共通電源に接続され、当該電源から電力供給を受ける。この場合においても、モータによって引き込まれる電流を監視するために、電源とモータとの間の接続部に電流測定装置を配置することができる。ただし、この場合、全てのモータが同時に自己の最大電流を引き込むことを許容できるようにすべきであり、このため、所定の最大値を個々の最大値の合計値に設定して、これらのモータのうちの１つ以上に対する供給電圧が遮断されるのは、測定された電流が最大値の合計を上回った場合のみとしなければならない。しかしながら、ある時点における一部のモータは、ほとんど、或いは全く電流を引き込まない場合があるため、他のモータは、実際には、合計の最大電流値を超えることなく自己の所定最大値よりも遥かに大きい電流を引き込むことができる。すなわち、この解決策は、過負荷から個々のモータを保護するには十分でない。
【０００７】
１つの解決策としては、各モータの接続部に個別の電流測定装置を配置して、これらのモータの電流消費を個々に測定できるようにすることである。しかしながら、複数の電流測定装置を使用すると、より多くのコンポーネントが必要となり、追加のコストが発生するだけでなく、コントローラにおいて必要な空間も増大する。さらに、コントローラにおいて、電流測定装置毎に個別の入力端子が必要となるが、これは必ずしも実現できるとは限らない。
【発明の概要】
【０００８】
したがって、本発明の実施形態の目的は、共通電源に接続されるとともに当該電源から電力供給される複数の電気モータの各々に対して個別の電流測定装置を使用せずに、これらの電気モータの各々によって引き込まれる電流を特定する、単純且つコスト効率の高い方法を提供することである。
【０００９】
本発明の実施態様によれば、上記目的は、電源に接続されるとともに当該電源から電力供給される複数の電気モータのうちの選択された１つを流れる電流を特定するための方法により達成される。前記電源と前記複数の電気モータとの間の接続部には、電流測定装置が配置されている。また、上記目的は、前記方法が、選択されていない電気モータを、前記電源から一時的に切断するように制御するステップと、前記選択されていない電気モータが前記電源から一時的に切断されている間、前記電流測定装置によって、前記選択された電気モータを流れる電流を示す電流測定を行うステップと、前記電流測定が行われた後、前記選択されていない電気モータを前記電源に再接続するように当該電気モータを制御するステップと、を含む場合に達成される。
【００１０】
前記電源と前記電気モータとの間に配置された共通の電流測定装置によって電流測定が実行されている間、１つの電気モータ以外の全ての電気モータを前記電源から一時的に切断することにより、測定された総電流が、切断されていないモータにより引き込まれる電流と等しくなる。このようにすると、１つの電流測定装置のみを使用して、個々のモータにより引き込まれる電流を測定することができるため、追加のコストの発生や、複数の電流測定装置のためにコントローラの空間を増やす必要性を回避することができる。個々のモータの電流消費を知ることにより、あるモータが、過負荷により当該モータの個別の最大電流値を超えている場合、当該モータをオフに切り替えることができ、また、個々のモータを、それぞれの電流消費に応じて制御することが可能になる。
【００１１】
測定される電流は、複数のリニアアクチュエータのうちの選択された１つにおける電気モータを流れる電流であってもよく、各リニアアクチュエータは、可逆式電気ＤＣモータと、前記可逆式電気ＤＣモータによって駆動されるスピンドルと、前記スピンドルに取り付けられるとともに回転しないように固定されたスピンドルナットと、を含み、前記スピンドルナットは、２つのリミット位置間を移動するように配置されている。
【００１２】
いくつかの実施形態においては、前記方法は、前記電気モータの各々と直列に配置された少なくとも１つの電子スイッチを切り替えることにより、当該電気モータを駆動するステップを含む。
【００１３】
前記方法は、前記選択されていない電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチのうちの少なくとも１つをオフに切り替えることによって、前記電源から前記選択されていない電気モータを一時的に切断するステップを含みうる。前記電気モータを駆動するために既に配置されている電子スイッチを使用して、選択されていない電気モータを前記電源から一時的に切断することにより、この目的のために新たなコンポーネントを追加する必要がなくなる。
【００１４】
いくつかの実施形態において、前記方法は、可変デューティ比を有するパルス幅変調電圧を用いて前記電気モータを駆動するステップを含む。このようにすると、電気モータを制御する際に好適であり、特に、同じ電源から複数のモータに電力を供給する場合に好適である。この場合、前記方法は、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧のパルスの中間において前記電流測定を実行するステップを含みうる。前記パルスの中間において、前記電流は、前記モータの平均電流と等しい。いくつかの実施形態において、前記方法は、前記選択された電気モータを流れる電流を示す測定電流によって、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧の前記デューティ比を調節するステップを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態において、前記方法は、前記選択された電気モータを流れる電流を示す前記測定電流が所定の最大値を超える場合、前記選択された電気モータをオフに切り替えるステップを含む。
【００１６】
上述したように、本発明はまた、システムに関し、当該システムは、電源と、前記電源に接続されるとともに、当該電源から電力供給される複数の電気モータと、コントローラと、前記コントローラの制御下で前記電気モータを駆動するように構成された少なくとも１つの駆動回路と、を含む。前記システムは、前記電源と前記複数の電気モータとの間の接続部に配置された電流測定装置をさらに含み、前記コントローラは、前記電気モータのうちの選択された１つを流れる電流を測定するべく、選択されていない電気モータを、前記電源から一時的に切断するように制御し、前記選択されていない電気モータが前記電源から一時的に切断されている間、前記電流測定装置によって、前記選択された電気モータを流れる電流を示す電流測定を行い、前記電流測定が行われた後、前記選択されていない電気モータを前記電源に再接続するように当該電気モータを制御するように構成されている。
【００１７】
前記電源と前記電気モータとの間に配置された共通の電流測定装置によって電流測定が実行されている間、１つの電気モータ以外の全ての電気モータを前記電源から一時的に切断するように前記コントローラを構成することにより、測定された総電流が、切断されていないモータにより引き込まれる電流と等しくなる。このようにすると、１つの電流測定装置のみを使用して、個々のモータにより引き込まれる電流を測定することができるため、追加のコストの発生や、複数の電流測定装置のためにコントローラの空間を増やす必要性を回避することができる。個々のモータの電流消費を知ることにより、あるモータが、過負荷により当該モータの個別の最大電流値を超えている場合、当該モータをオフに切り替えることができ、また、個々のモータを、それぞれの電流消費に応じて制御することが可能になる。
【００１８】
前記システムは、複数のリニアアクチュエータを含むアクチュエータシステムであってもよく、各リニアアクチュエータは、可逆式電気ＤＣモータと、前記可逆式電気ＤＣモータによって駆動されるスピンドルと、前記スピンドルに取り付けられるとともに回転しないように固定されたスピンドルナットと、を含み、前記スピンドルナットは、２つのリミット位置間を移動するように配置されている。前記アクチュエータシステムは、少なくとも、前記電源、前記コントローラ、及び前記少なくとも１つの駆動回路を含むコントロールボックスと、複数のケーブルと、を含んでもよく、各ケーブルは、前記リニアアクチュエータのうちの１つを、前記コントロールボックスにおいて対応する駆動回路に接続する。これに代えて、前記システムは、同じ電源に接続されるとともに当該電源から電力供給される１つ以上の他の電気モータと組み合わせて、１つ以上のリニアアクチュエータを含んでもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの駆動回路は、複数の電子スイッチを含み、前記電気モータの各々は、前記複数の電子スイッチのうちの少なくとも１つと直列に配置されており、前記少なくとも１つの駆動回路は、前記コントローラの制御下で、各電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチを切り替えることにより、当該電気モータを駆動するように構成されている。前記複数の電子スイッチは、電界効果トランジスタであってもよい。
【００２０】
前記コントローラは、選択されていない電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチのうちの少なくとも１つをオフに切り替えることによって、前記電源から前記選択されていない電気モータを一時的に切断するように構成されてもよい。前記電気モータを駆動するために既に配置されている電子スイッチを使用して、選択されていない電気モータを前記電源から一時的に切断することにより、この目的のために新たなコンポーネントを追加する必要がなくなる。
【００２１】
いくつかの実施形態において、前記コントローラは、可変デューティ比を有するパルス幅変調電圧を用いて前記電気モータを駆動するように構成されている。このようにすると、電気モータを制御する際に好適であり、特に、同じ電源から複数のモータに電力を供給する場合に好適である。この場合、前記コントローラは、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧のパルスの中間において前記電流測定を実行するように構成されている。前記パルスの中間において、前記電流は、前記モータの平均電流と等しい。いくつかの実施形態において、前記コントローラは、前記選択された電気モータを流れる電流を示す測定電流によって、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧の前記デューティ比を調節するように構成されている。
【００２２】
いくつかの実施形態において、前記コントローラは、前記選択された電気モータを流れる電流を示す前記測定電流が所定の最大値を超える場合、前記選択された電気モータをオフに切り替えるように構成されている。
【００２３】
前記システムは、複数の駆動回路を含んでもよく、各駆動回路は、前記コントローラの制御下で前記電気モータのうちの１つを駆動するように構成されるとともに、４つの電子スイッチを含むＨブリッジ駆動回路として構成される。
【００２４】
これに代えて、前記システムは、３つのハーフブリッジに配置された６つの電子スイッチを有する少なくとも１つの駆動回路を含んでもよく、前記駆動回路は、前記コントローラの制御下で２つの電気モータを駆動するように構成されている。
【００２５】
いくつかの実施形態において、前記電流測定装置は、電流測定シャント抵抗器であってもよく、前記コントローラは、前記電流測定シャント抵抗器における電圧を測定することにより前記電流測定を実行するように構成されてもよい。これは、電流を測定するための単純且つコスト効率の高い方法である。
【００２６】
本発明はまた、コンピュータプログラムと、コンピュータ可読媒体に関し、前記コンピュータプログラムは、コンピュータ上で実行されたときに上述した方法のステップを実行するためのプログラムコード手段を含み、前記コンピュータ可読媒体には、コンピュータ上で実行されたときに上述した方法を実行するためのプログラムコード手段が保存されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【図１】リニアアクチュエータの例を概略的に示す図である。
【図２】アクチュエータシステムの例を示す図であり、リニアアクチュエータがコントロールボックスによって制御されている。
【図３】ケーブルによって駆動回路に接続されたリニアアクチュエータを示す電気図である。
【図４】アクチュエータシステムの例を示す図であり、３つのリニアアクチュエータがコントロールボックスによって制御されている。
【図５】図２に示すアクチュエータシステムのアクチュエータと直列に挿入された電流測定シャント抵抗器を示す図である。
【図６】図４に示すアクチュエータシステムの３つのアクチュエータと直列に挿入された電流測定シャント抵抗器を示す図である。
【図７】図６に示すアクチュエータシステムのコントロールボックスの一部をより詳細に示す図であり、当該システムは、Ｈブリッジ駆動回路を含み、同図において、３つのモータが全てアクティブであるときの電流が示されている。
【図８】図７に示す３つのモータにおける電流の波形と、シャント抵抗器における総電流とを示す図であり、これらのモータはＤＣ電圧で駆動されており、２つのモータが電源から一時的に切断されている。
【図９】図７において、２つのモータが電源から一時的に切断されたときの電流を示す図である。
【図１０】図７に示す３つのモータにおける電流の波形と、シャント抵抗器における総電流とを示す図であり、これらのモータはパルス幅変調電圧で駆動されており、２つのモータが電源から一時的に切断されている。
【図１１】代替のアクチュエータシステムのコントロールボックスの一部をより詳細に示す図であり、当該システムにおいて、４つのモータが２つの駆動回路によって制御されており、同図において、これらの４つのモータが全てアクティブであるときの電流が示されている。
【図１２】図１１において、３つのモータが電源から一時的に切断されたときの電流を示す図である。
【図１３】３つの電気モータを含むモータシステムの詳細図であって、３つのモータが全てアクティブであるときの電流を示している。
【図１４】図１３において、２つのモータが電源から一時的に切断されたときの電流を示す図である。
【図１５】電流測定シャント抵抗器の両端に接続された電圧測定装置の例示的な実施態様を示す図である。
【図１６】電流測定シャント抵抗器がコントローラにおけるマイクロコンピュータに直接接続されている例を示す図である。
【図１７】電流測定シャント抵抗器が、ＲＣ回路を介してコントローラにおけるマイクロコンピュータに接続されている例を示す図である。
【図１８】共通電源に接続され、当該電源から電力を供給される複数の電気モータのうちの選択された１つを流れる電流を特定するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１には、リニアアクチュエータ１の例が概略的に示されている。リニアアクチュエータ１は、可逆式電気モータ２と、典型的には複数の段を有するトランスミッション／減速歯車機構３と、ネジ山を有するスピンドル４と、ネジ山５と螺合するスピンドルナット６と、筒型作動要素７と、を含む。作動要素７の端部には、例えば支持要素などにリニアアクチュエータ１を取り付けるための取付ブラケット８が配置されている。スピンドルナット６は、回転しないように固定されている。いくつかのリニアアクチュエータにおいて、スピンドルナットは、作動要素を使用せずに、支持要素などに直接接続される。モータ２によってスピンドル４が回転されると、スピンドルナット６は、スピンドル４に沿って移動し、これによって、回転運動を、２つのリミット位置の間におけるスピンドルナット６及び／又は作動要素７の直線運動に変換する。なお、いくつかのタイプのモータでは、可逆電気モータ２は、トランスミッション３を省いてスピンドル４を直接駆動することができる。なお、他のタイプの電気モータを使用してもよいが、可逆式電気モータ２は、典型的には可逆式電気ＤＣモータである。
【００２９】
典型的には、リニアアクチュエータは、コントロールボックスによって制御されるアクチュエータシステムで使用される。そのようなアクチュエータシステム１１の例を図２に示す。リニアアクチュエータ１は、ケーブル１２を介してコントロールボックス１３に接続されており、当該コントロールボックスは、少なくとも、電源１４と、コントローラ１５と、リニアアクチュエータ１用の駆動回路１６とを含む。駆動回路１６とリニアアクチュエータ１との間のケーブル１２の長さは、最大２メートル、或いはそれ以上であってもよい。駆動回路１６、したがってアクチュエータ１の電気モータ２もまた、コントローラ１５からの制御信号によって制御される。典型的には、コントローラ１５は、マイクロコンピュータを含む。コントロールボックス１３は、通常、リニアアクチュエータ１が使用される装置に配置される。この装置は、トラック、農業機械、産業用自動化装置、病院及び介護用ベッド、レジャーベッド及び椅子、高さ調節可能なテーブル又は他の家具、及び他の同様の用途などの複数の異なる用途のうちの任意の１つを表しうる。電源１４は、典型的には電源ケーブル１７で主ＡＣ電源網に接続されているが、さらに、バッテリを用いることもでき、この場合、当該バッテリは、単独で用いてもよいし、主電源網に接続された供給電源と共に用いてもよい。最後に、コントロールボックス１３をリモート制御装置１８に接続することにより、リニアアクチュエータ１の近くの作業員によって、当該アクチュエータの動作を制御することができる。リモート制御装置１８とコントロールボックス１３との間の接続は、図２に示すような有線接続であってもよいが、無線リンクや赤外線リンクなどの無線通信システムを使用することも可能である。
【００３０】
リニアアクチュエータ１の電気モータの速度は、当該モータに供給されるＤＣ電圧のレベルを調節することによって制御することもできるし、これに代えて、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、パルス幅変調のデューティ比を調節することによって制御することもできる。
【００３１】
駆動回路１６は、複数の異なる方法で実装可能である。図３は、４つの電子スイッチ２２、２３、２４、及び２５を含むＨブリッジ駆動回路として実装された駆動回路１６の典型例を示す。駆動回路１６は、リニアアクチュエータ１におけるモータ２の各モータ端子を、正の供給電圧、又は接地端子（若しくは負の供給電圧）に接続させて、電子スイッチ２２、２５が閉じている場合にはモータ２を一方向に回転させ、電子スイッチ２３、２４が閉じている場合には当該モータを逆の方向に回転させることができる。スイッチ２２、２３、２４、及び２５は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又はバイポーラトランジスタなどの任意のタイプの電子制御スイッチであってもよく、これらのスイッチは、コントローラ１５によって切り替えられる。図３において、電子スイッチは、ＦＥＴとして示されている。
【００３２】
コントロールボックスはまた、複数のリニアアクチュエータを有するアクチュエータシステムを制御するように構成されてもよい。図４においては、３つのリニアアクチュエータ３１、３２、及び３３が使用されるアクチュエータシステム３０の例が示されている。リニアアクチュエータ３１、３２、及び３３は、ケーブル３４、３５、及び３６を介してコントロールボックス３７に接続されており、当該コントロールボックスは、電源１４と、コントローラ１５（図２に示すものと同様）と、各リニアアクチュエータ用の駆動回路、すなわち駆動回路４１、４２、及び４３とを含む。各駆動回路、したがってアクチュエータ３１、３２、及び３３の電気モータもまた、コントローラ１５からの制御信号によって個別に制御されるが、これはつまり、アクチュエータ用モータの一部又は全てが同時に駆動しうることを意味する。
【００３３】
多くの場合、リニアアクチュエータの電流消費を知ること、又は少なくともこの電流消費が一定の制限値を超えるか否かを知ることが妥当である。図５に示すように、図２のアクチュエータシステム１１におけるリニアアクチュエータ１の電流消費は、アクチュエータ１及びその駆動回路１６と直列に電流測定シャント抵抗器４６を挿入することにより知ることができる。このシャント抵抗器は、正確に設定された低い抵抗を有する。シャント抵抗器４６の両端の電圧降下は、これを流れる電流Ｉ1に比例しており、その抵抗は既知であるため、シャント抵抗器４６の両端の電圧は、電流Ｉ1の値を直接示す。したがって、シャント抵抗器４６の両端に接続された電圧測定装置４７は、コントローラ１５に対してリニアアクチュエータ１の電流消費についての情報を供給することができる。コントローラ１５は、アクチュエータ１の制御におけるフィードバック信号として、測定された電流値を使用することができる。一例として、アクチュエータ１に対して最大電流制限値を設定することができる。測定された電流値がこの制限値を超える場合、アクチュエータのモータに過度な負荷がかかっていることを示している。このため、コントローラ１５は、測定電流値が制限値を超える場合、モータのスイッチを切るように構成することができる。最大電流制限値は、モータのタイプによって異なるが、典型的な値としては、５アンペアの範囲内となりうる。これに代えて、コントローラ１５は、測定した電流値に応じて、モータに供給する電圧のレベルを調節することもできる。
【００３４】
リニアアクチュエータの電流消費を測定するための電流測定シャント抵抗器は、複数のアクチュエータがコントロールボックスに接続されている図４のアクチュエータシステム３０においても使用可能である。図６はこの例を示しており、同図において、正確に設定された低い抵抗を有する電流測定シャント抵抗器４６が、アクチュエータ３１、３２、及び３３、並びにこれらの駆動回路４１、４２、及び４３と直列に挿入されている。またこの例においても、シャント抵抗器４６の両端に接続された電圧測定装置４７は、コントローラ１５に対して電流消費についての情報を供給する。駆動回路４１、４２、及び４３、並びにこれらに対応するリニアアクチュエータ３１、３２、及び３３の各々に対して電源１９から供給される電流を、それぞれＩ1、Ｉ2、Ｉ3とすると、電流測定シャント抵抗器４６を流れる電流Ｉsumは、電流Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3の合計と等しい。したがって、シャント抵抗器４６、及び電圧測定装置４７によって測定された電流は、３つの駆動回路、及びこれらに対応するリニアアクチュエータによって消費された合計の電流Ｉsumである。
【００３５】
しかしながら、場合によっては、合計の電流消費についての情報が十分でない場合もある。例えば、リニアアクチュエータ３１、３２、及び３３の最大電流が、それぞれ５、４、及び３アンペアであると仮定すると、３つのリニアアクチュエータの全てがアクティブである場合の最大電流は１２アンペアである。したがって、コントローラ１５は、測定された電流Ｉsumが１２アンペアを超える場合に、（警告を出したり、これらのアクチュエータへの電力を切断したりすることにより）その旨を示すように設定することができる。ただし、アクチュエータのうちの１つ以上は、許容された最大電流よりも少ない電流を使用する場合があり、その場合、他のアクチュエータは、合計で１２アンペアの制限を超える前に、自己の最大電流を遥かに超えた電流を使用する可能性がある。したがって、アクチュエータ３１及び３２が、例えば低負荷のために、それぞれ１アンペアのみを消費する場合、アクチュエータ３３は、合計１２アンペアの制限を超える前に最大１０アンペアを消費する可能性がある。これは許容最大電流の３倍を超えており、電流測定によって過負荷が示されていない場合であっても、モータが破損するおそれがある。
【００３６】
例えば、２つのアクチュエータのみ、例えばアクチュエータ３２及び３３がアクティブであって、アクチュエータ３４が非アクティブである場合、コントローラ１５は、測定された電流Ｉsumが、これら２つのアクチュエータの最大電流である９アンペアを超える場合に、その旨を示すように設定することができる。ただし、これらのアクチュエータのうちの一方が許容最大電流よりも少ない電流を引き込む場合、他方のアクチュエータは、合計９アンペアの制限を超える前に許容最大電流よりも大きい電流を引き込む可能性がある。
【００３７】
当然ながら、この問題は、各アクチュエータに対して個別の電流測定シャント抵抗器、及びこれに対応する電圧測定装置を配置して、これらの電流消費を個別に測定することにより解決することができる。しかしながら、この場合、複数の追加的なコンポーネントが必要であり、コントローラに対して追加の入力を使用しなければならないため、解決策としてはあまり魅力的ではない。
【００３８】
以下で説明する解決策は、単一の電流測定シャント抵抗器、及びこれに対応する電圧測定装置のみを使用して、複数のアクチュエータの電流消費を個別に測定することが可能である。
【００３９】
図７には、図６に示すアクチュエータシステム３０のコントロールボックス３７の一部をより詳細に示す図が示されている。駆動回路４１、４２、及び４３の各々は、図３に関連させて示したように、ＦＥＴの形態で４つの電子スイッチを含むＨブリッジ駆動回路として実装される。したがって、駆動回路４１は、ＦＥＴ５４、５５、５６、及び５７を含み、駆動回路４２は、ＦＥＴ５８、５９、６０、及び６１を含み、駆動回路４３は、ＦＥＴ６２、６３、６４、及び６５を含む。ここでは、リニアアクチュエータ３１、３２、及び３３のモータ５１、５２、及び５３は、簡略化のために複数の駆動回路の一部として示されているが、上述したように、これらのモータは、外部に配置して、ケーブルを介してこれらの駆動回路に接続してもよい。同様に、明瞭化のために、コントローラ１５からＦＥＴへの接続は図示を省略する。
【００４０】
この例において、モータは、ＤＣ電圧レベルで駆動される。駆動回路４１において、電圧は、ＦＥＴ５４及び５７を介してモータ５１に供給され、これによって、モータ電流Ｉ1が当該モータを流れる。同様に、駆動回路４２において、電圧は、ＦＥＴ５８及び６１を介してモータ５２に供給され、これによって、モータ電流Ｉ2が当該モータを流れ、また、駆動回路４３において、電圧は、ＦＥＴ６４及び６３を介してモータ５３に供給され、これによって、モータ電流Ｉ3が当該モータを流れる。３つのモータが同じである場合、これらに対して同じレベルの電圧が供給されるため、これらのモータは、略同じ速度で回転する。しかしながら、これらの負荷は互いに異なりうるため、電流Ｉ1、Ｉ2、及びＩ3も異なる場合がある。これは、電流Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、及び総電流Ｉsumを時間の関数で示す図８において、時刻ｔ0に示されている。同図から分かるように、総電流Ｉsumは、Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3に等しいので、上述したように、シャント抵抗器４６、及び電圧測定装置４７によって測定された電流Ｉsumは、リニアアクチュエータにおける３つの駆動回路全て、及びこれに対応するモータによって引き込まれる総電流である。
【００４１】
複数のモータのうちの１つによって引き込まれる電流を特定するために、コントローラ１５は、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７によって電流測定が行われている間、他の２つの駆動回路及びモータが電源から電流を引き込まないように制御するよう構成することができる。これは、図９に示すように実行することができる。駆動回路４２において、ＦＥＴ５８がオフに切り替えられ、この代わりにＦＥＴ５９がオンに切り替えられる。この結果、ＦＥＴ５８及び６０の両方がオフ状態となるので、モータ５２が電源から切断され、この駆動回路によって電源から引き込まれる電流がなくなる。モータ５２の誘導特性により、当該モータに電流が流れ続けるが、この電流は、ＦＥＴ５９及び６１を循環するため、駆動回路４２及びモータ５２によって引き込まれる電流Ｉ2はゼロになる。同様に、駆動回路４３において、ＦＥＴ６４がオフに切り替えられ、この代わりにＦＥＴ６５がオンに切り替えられると、モータ電流がＦＥＴ６３及び６５を循環するため、駆動回路４３及びモータ４３によって引き込まれる電流Ｉ3もゼロになる。
【００４２】
なお、代替として、ＦＥＴ６１及び６３をオフに切り替えて、ＦＥＴ６０及び６２をオンに切り替えることにより、モータ５２及び５３のモータ電流が、それぞれＦＥＴ５８及び６０、並びにＦＥＴ６２及び６４を循環するようにしてもよい。
【００４３】
この場合を図８の時刻ｔ1に示す。ｔ1の少し前の時点において、図９に示し、且つ上述したように、モータ５２及び５３が電源から切断されて、電流Ｉ2及びＩ3がゼロとなるため、総電流Ｉsumは、モータ５１及び駆動回路４１によって引き込まれる電流Ｉ1と等しくなる。時刻ｔ1において、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７による電流測定が行われ、Ｉsum＝Ｉ1の測定値がコントローラ１５に渡される。測定が行われた後、コントローラ１５は、再度、ＦＥＴ５８及び６２をオンに切り替えるとともに、ＦＥＴ５９及び６５をオフに切り替えることによって、図７に示す状態を復元する。このようにすると、３つのリニアアクチュエータのうちの１つの電流Ｉ1が、単一且つ共通の電流測定シャント抵抗器４６によって測定される。
【００４４】
時刻ｔ1付近の短い期間においてモータ５２及び５３が電源から切断されることは、これらのモータにとって当然障害となるが、その期間は、数マイクロ秒（コントローラ１５の実施態様による）と短い期間であるため、この障害は十分に許容の範囲内である。
【００４５】
時刻ｔ2において、モータ５２及び駆動回路４２によって引き込まれる電流Ｉ2も同様に、すなわち、時刻ｔ2付近の短い期間にモータ５１及び５３を電源から切断することにより、測定することができる。これは、ＦＥＴ５４及び６４をオフに切り替えるとともに、ＦＥＴ５５及び６５をオンに切り替えることにより、電流Ｉ1及びＩ3がゼロになり、総電流Ｉsumが、モータ５２及び駆動回路４２によって引き込まれる電流Ｉ2と等しくなるようにすることで実現される。同様に、モータ５３及び駆動回路４３によって引き込まれる電流Ｉ3は、時刻ｔ3付近の短い期間にモータ５１及び５２を電源から切断することによって測定することができる。
【００４６】
複数の電流測定の間の期間、すなわち、時刻ｔ1とｔ2との間の期間、及び時刻ｔ2とｔ3との間の期間は、特定のアクチュエータシステムのニーズ、及びコントローラ１５の特定の実施態様に従って設定することができる。典型的なアクチュエータシステムにおいては、複数の測定間の間隔を１ミリ秒に設定すると適切であろう。上記測定は、当然繰り返して行うことが可能であり、上述したシステムにおいて、例えば、Ｉ3を測定してから１ミリ秒後に電流Ｉ1を再度測定することができる。これは、各モータの電流が、３ミリ秒の測定間隔をおいて測定されることを意味する。
【００４７】
コントローラ１５は、上述した測定中に当該コントローラ１５に供給されるＩ1、Ｉ2、及びＩ3の測定値と、モータ５１、５２、及び５３の各々に予め設定された対応する最大電流制限値とを比較することができる。複数のモータのうちの１つについての測定電流値（すなわち、Ｉ1、Ｉ2、又はＩ3）が、対応する制限値を超える場合、当該モータに過度な負荷がかかっていることを意味する。このため、コントローラ１５は、モータの測定電流値がその制限値を超えている場合、そのモータのスイッチを切るように構成することができる。したがって、例えば、Ｉ2が対応する制限値を超えている場合、モータ５２をオフにすることができる。これは、ＦＥＴ５８をオフに切り替えるとともに、ＦＥＴ５９をオンに切り替えることによって実現することができる。このようにして、上記モータの過負荷を回避することができる。
【００４８】
上述した方法はまた、リニアアクチュエータのモータが、上述したようなＤＣ電圧に代えてＡＣ電圧によって駆動されている場合にも採用することができる。ただし、この場合、測定とＡＣ電圧の周波数とを同期することによって、５０Ｈｚの周波数について、例えば、複数の測定間に２０ミリ秒の間隔をおいて測定を実行することにより、全ての測定値を比較可能にすると好適であろう。また、ＡＣモータの場合、駆動回路は、上述したＨブリッジ駆動回路とは異なる。
【００４９】
図１０は、パルス幅変調電圧でモータを制御する場合に、単一且つ共通の電流測定シャント抵抗器４６により、図６、７、及び９に示す３つのリニアアクチュエータのうちの１つの電流消費を測定する方法を示している。図８と同様に、図１０は、モータ５１、５２、及び５３によって電源から引き込まれる電流Ｉ1、Ｉ2、及びＩ3、並びに総電流Ｉsumを示している。なお、電流測定の際、リニアアクチュエータの複数のモータは、複数の異なるデューティ比で制御されてもよく、さらに、複数の異なる変調周波数を有していてもよい。したがって、図１０において、モータ５１及び５２の変調周波数は、６２．５μｓの期間に対応する１６ｋＨｚに設定される一方で、モータ５３の変調周波数は、８３．３μｓの期間に対応する１２ｋＨｚに設定される。３つのモータのデューティ比は、それぞれ５０％、６２．５％、及び２５％で示されている。各パルスにおいて、モータが電源から引き込む電流は増大する。この点で、パルスにおける電流は、直線的に増大するとみなされる。パルス間の休止期間中、電流は、その誘導特性によりモータ内を流れ続けるが、例えば、駆動回路４２について図９に示したように、この電流は、ＦＥＴ５９及び６１を循環し、電源から引かれるものではない。この電流は、直線的に減少するとみなされており、図１０において破線で示されている。モータ５１に関して、モータにおける平均電流Ｉ1,avgを図１０に示す。
【００５０】
この例においても、コントローラ１５は、複数のモータのうちの１つによって引き込まれる電流を測定するように構成することができ、当該測定は、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７によって電流測定が行われている間、他の２つの駆動回路及びモータが電源から電流を引き込まないように制御することによって行われる。これは、図９に関連して説明したように行うことができる。この場合を図１０の時刻ｔ1に示す。ｔ1の少し前の時点において、上述したように、モータ５２及び５３が制御されて、電源から切断される。この場合、他の２つのモータのうちの一方又は両方がｔ1付近においてパルス休止状態にあり、既に電源から切断されている可能性がある。したがって、コントローラ１５は、電流測定が実行されるまでこれらのモータが切断された状態が確実に維持されるようにする。これは、図１０のモータ５３の例で示されており、同例において、電流Ｉ3が、パルス休止によりｔ1付近において既にゼロである。
【００５１】
電流Ｉ2及びＩ3がゼロになるので、総電流Ｉsumは、モータ５１及び駆動回路４１によって引き込まれる電流Ｉ1と等しくなる。時刻ｔ1において、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７による電流測定が行われ、Ｉsum＝Ｉ1の測定値がコントローラ１５に渡される。測定が行われた後、コントローラ１５は、モータ５２及び５３が、これらのパルス変調に従って再度電源から電流を引き込むことを許容することで、元の状態に復元する。図１０において、中断されたモータ５２のパルスは、僅かに低いレベルで継続される一方で、モータ５３のパルス休止は、次のパルスが開始するまで継続される。このようにすると、３つのリニアアクチュエータのうちの１つの電流Ｉ1が、単一且つ共通の電流測定シャント抵抗器４６によって測定される。なお、電流Ｉ1の測定が行われる時刻ｔ1は、モータ５１のＰＷＭパルス中に設定する必要がある。パルス休止中に測定が実行された場合、電流はゼロになる。
【００５２】
便宜上、電流Ｉ1の測定時刻ｔ1は、図１０に示すように、モータ５１のＰＷＭパルスの中間に設定してもよい。これは、その時点におけるＩ1の測定値が、その平均値Ｉ1,avgと等しく、当該測定値が、モータにおける平均電流を示しているからである。
【００５３】
時刻ｔ1付近の短い期間においてモータ５２及び５３が電源から切断されることは、追加のパルス休止とみなされるため、当然これらのモータのパルス幅変調の障害となる。ただし、この期間は、数マイクロ秒（コントローラ１５の実施態様による）と短い期間であるため、この障害は十分に許容の範囲内である。
【００５４】
図１０に示されていない時刻ｔ2において、上記方法と同様にしてモータ５２及び駆動回路４２によって引き込まれる電流Ｉ2を測定することができる。すなわち、時刻ｔ2付近の短い期間に電源からモータ５１及び５３を切断して、電流Ｉ1及びＩ3をゼロにし、総電流Ｉsumがモータ５２及び駆動回路４２によって引き込まれる電流Ｉ2と等しくなるようにして、測定することが可能である。同様に、モータ５３及び駆動回路４３によって引き込まれる電流Ｉ3は、時刻ｔ3付近の短い期間にモータ５１及び５２を電源から切断することによって測定することができる。
【００５５】
パルス変調システムにおいてもまた、複数の電流測定の間の間隔、すなわち、時刻ｔ1とｔ2との間の間隔、及び時刻ｔ2とｔ3との間の間隔は、特定のアクチュエータシステムのニーズ、及びコントローラ１５の特定の実施態様に従って設定することができる。典型的なアクチュエータシステムにおいては、複数の測定間の間隔を１ミリ秒に設定すると適切であろう。上記測定は、当然繰り返して行うことが可能であり、上述したシステムにおいて、例えば、Ｉ3を測定してから１ミリ秒後に電流Ｉ1を再度測定することができる。これは、各モータの電流が、３ミリ秒の間隔をおいて測定されることを意味する。
【００５６】
コントローラ１５は、上述した測定中に当該コントローラ１５に供給されるＩ1、Ｉ2、及びＩ3の測定値を、モータ５１、５２、及び５３の制御におけるフィードバック信号として用いることができる。したがって、各モータを制御するパルス幅変調電圧のデューティ比は、コントローラ１５に保存された制御プログラムに従って、対応する測定電流値によって調節することができる。Ｉ1、Ｉ2、及びＩ3の測定値はまた、モータ５１、５２、及び５３の各々に予め設定された対応する最大電流制限値と比較することができる。複数のモータのうちの１つについての測定電流値（すなわち、Ｉ1、Ｉ2、又はＩ3）が、対応する制限値を超える場合、当該モータに過度な負荷がかかっていることを意味する。このため、コントローラ１５は、モータの測定電流値がその制限値を超えている場合、そのモータのデューティ比を下げるか、或いはそのモータのスイッチを切るように構成することができる。したがって、例えば、Ｉ2が対応する制限値を超えている場合、モータ５２をオフにすることができる。このようにして、上記モータの過負荷を回避することができる。
【００５７】
上述の例において、コントロールボックス３７のコントローラ１５は、３つの駆動回路４１、４２、及び４３を介して３つのリニアアクチュエータ３１、３２、及び３３のモータを制御するように構成されている。ただし、これらの個数は、単なる例として使用されている。より一般的には、上記方法は、単一の電流測定シャント抵抗器、及びこれに対応する電圧測定装置のみを用いて、同じ電源から供給される複数のモータにおける個々のモータの電流消費を測定することができる。したがって、コントローラによって制御されるモータの数は２つのみであってもよいし、４つ又はそれ以上であってもよい。図１１及び１２は、４つのモータが２つの駆動回路を介して制御される例を示す。
【００５８】
図１１においては、２つのモータ７１及び７２が、駆動回路６８によって制御され、２つのモータ７３及び７４が、駆動回路６９によって制御されている。各駆動回路は、３つのハーフブリッジに配置された６つのＦＥＴを含む。したがって、駆動回路６８においては、モータ７１及び７２を駆動するために６つのＦＥＴ７５、７６、７７、７８、７９、及び８０が配置されている。このようにすると、２つのモータを駆動するために８つのＦＥＴが必要な図７に示す駆動回路と比較して、２つのＦＥＴを省くことができる。当然ながら、これは、モータの回転方向にいくつかの制限が課されることを意味する。例えば、図１１に示すように、ＦＥＴ７５及び７８を介してモータ７１を駆動している場合、短絡を避けるためにＦＥＴ７７をオフにして、ＦＥＴ７９及び７８のみを介してモータ７２を駆動する必要がある。ただし、多くの用途においてはこれが十分に許容可能な場合もあり、一例として、高さ調節が可能な病院のベッドやテーブルなどの、その両端が通常は同時に昇降されるものなどがある。図１１には、モータ７１及び７２のそれぞれを流れる電流Ｉ1及びＩ2が示されている。駆動回路６９においても同様に、モータ７３及び７４を駆動するために６つのＦＥＴ８１、８２、８３、８４、８５、及び８６が配置されている。図１１はまた、ＦＥＴ８３、８２、及び８６によって駆動されるモータ７３及び７４を流れる電流Ｉ3及びＩ4を示す。
【００５９】
複数のモータのうちの１つによって引き込まれる電流を特定するために、コントローラ１５は、上記例と同様に、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７によって電流測定が行われている間、他のモータが電源から電流を引き込まないように制御するよう構成することができる。これは、図１２に示すように実行することができる。駆動回路６８において、ＦＥＴ７９がオフに切り替えられ、この代わりにＦＥＴ８０がオンに切り替えられる。これによって、モータ７２は電源から切断され、当該モータによって電源から引き込まれる電流がなくなる。モータ７２の誘導特性により、当該モータに電流が流れ続けるが、この電流は、ＦＥＴ７８及び８０を循環するため、モータ７２によって引き込まれる電流Ｉ2はゼロになる。同様に、駆動回路６９において、ＦＥＴ８３がオフに切り替えられ、この代わりにＦＥＴ８４がオンに切り替えられると、モータ７３におけるモータ電流がＦＥＴ８２及び８４を循環し、モータ７４におけるモータ電流がＦＥＴ８６及び８４を循環する。したがって、モータ７３及び７４によって引き込まれるそれぞれの電流Ｉ3及びＩ4もまたゼロになる。
【００６０】
なお、駆動回路６９においては、代替として、ＦＥＴ８２及び８６をオフに切り替えて、ＦＥＴ８１及び８５をオンに切り替えることにより、モータ７３及び７４のモータ電流が、それぞれＦＥＴ８１及び８３、並びにＦＥＴ８５及び８３を循環するようにしてもよい。
【００６１】
この状態は、第４の電流Ｉ4がさらに流れていることを除けば、図８及び１０に示す時刻ｔ1に示す状態に対応している。ｔ1の少し前において、図１２に示し、且つ上述したように、モータ７２、７３、及び７４が電源から切断されて、電流Ｉ2、Ｉ3、及びＩ4がゼロとなるため、総電流Ｉsumは、駆動回路６８におけるモータ７１によって引き込まれる電流Ｉ1と等しくなる。時刻ｔ1において、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７による電流測定が行われ、Ｉsum＝Ｉ1の測定値がコントローラ１５に渡される。測定が行われた後、コントローラ１５は、再度、ＦＥＴ７９及び８３をオンに切り替えるとともに、ＦＥＴ８０及び８４をオフに切り替えることによって、図１１に示す状態を復元する。このようにすると、４つのリニアアクチュエータのうちの１つの電流Ｉ1が、単一且つ共通の電流測定シャント抵抗器４６によって測定される。
【００６２】
またこの例においても、時刻ｔ1付近の短い期間においてモータ７２、７３、及び７４が電源から切断されることは、これらのモータにとって当然障害となるが、その期間は、数マイクロ秒（コントローラ１５の実施態様による）と短い期間であるため、この障害は十分に許容の範囲内である。
【００６３】
上述した例において、電気モータは、可逆式モータが必要なリニアアクチュエータシステムで使用される。しかしながら、電気モータを使用するいくつかの他のシステム、例えば、冷却ファンシステムなどにおいては、モータが一方向に回転できれば十分であり、この場合には、より単純な駆動回路を使用することができる。そのようなシステム８７の例を図１３及び１４に示す。上述したような複数の電気モータから選択された１つのモータにおける電流を測定する方法は、上記システムにおいても採用することができる。
【００６４】
図１３において、コントローラ１５は、ＦＥＴ９４、９５、及び９６を介して３つの電気モータ９１、９２、及び９３を制御するように配置されている。モータを流れる電流Ｉ1、Ｉ2、及びＩ3は、３つのモータの全てが動作している状況で示されている。フリーランニングダイオード（free-running diodes）９７、９８、及び９９は、例えば、パルス幅変調システムのパルス休止中においてもモータ電流が循環し続けることができるようにする。図１３において、シャント抵抗器４６を流れる電流Ｉsumは、３つの電流Ｉ1、Ｉ2、及びＩ3の合計と等しい。
【００６５】
このシステムにおける複数のモータのうちの１つによって引き込まれる電流を特定するために、コントローラ１５は、上記例と同様に、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７によって電流測定が行われている間、他のモータが電源から電流を引き込まないように制御するよう構成することができる。これは、図１４に示すように、ＦＥＴ９５及び９６をオフに切り替えて、モータ９２及び９３を電源から切断し、これらのモータにより電源から電流が引き込まれないようにすることによって実現することができる。モータ９２及び９３の誘導特性により、これらのモータに電流が流れ続けるが、この電流は、フリーランニングダイオード９８及び９９を循環するため、電源から引かれる電流Ｉ2及びＩ3はゼロになる。
【００６６】
この状態は、図８及び１０の時刻ｔ1に示す状態に対応している。ｔ1の少し前の時点において、図１４に示し、且つ上述したように、モータ９２及び９３が電源から切断されて、電流Ｉ2及びＩ3がゼロとなるため、総電流Ｉsumは、モータ９１によって引き込まれる電流Ｉ1と等しくなる。時刻ｔ1において、シャント抵抗器４６及び電圧測定装置４７による電流測定が行われ、Ｉsum＝Ｉ1の測定値がコントローラ１５に渡される。測定が行われた後、コントローラ１５は、再度、ＦＥＴ９５及び９６をオンに切り替えることによって、図１３に示す状態を復元する。このようにすると、例えば冷却ファンシステムなどにおける３つのモータのうちの１つの電流Ｉ1が、単一且つ共通の電流測定シャント抵抗器４６によって測定される。
【００６７】
シャント抵抗器４６の両端に接続されるとともに、シャント抵抗器４６を流れる電流に関する情報をコントローラ１５に送信する電圧測定装置４７は、複数の異なるやり方で実施可能である。図１５には従来の実施態様が示されており、同図においては、シャント抵抗器４６における電圧が、電界効果トランジスタ１０１によってサンプリングされ、抵抗器１０３を介してコンデンサ１０２に供給される。次に、コンデンサ１０２の電圧が、増幅器１０４によって増幅されて、コントローラ１５のマイクロコンピュータ１０５の入力端子に供給される。マイクロコンピュータ１０５においては、受信された信号が、アナログ−デジタル変換器（図示略）においてアナログ信号からデジタル信号に変換される。これによって、上述したように、マイクロコンピュータ１０５によって受信信号を処理することが可能となり、また、当該信号をモータの制御に使用することが可能となる。
【００６８】
しかしながら、シャント抵抗器４６の抵抗を適切に設定すれば、図１６に示すように、マイクロコンピュータ１０５の入力端子に対して当該シャント抵抗器における電圧を直接供給することができる。この解決策は、シャント抵抗器４６からマイクロコンピュータ１０５の入力端子までの信号経路がより高い帯域幅を有するという点で有利であり、これは、図１０に示すように、他のモータが電源から切断されている期間である、例えばｔ1付近の短い期間を縮める上で有効である。上述したように、この期間は、数マイクロ秒と短い。一例として、シャント抵抗器４６の抵抗は、４０ｍΩに設定することができる。
【００６９】
マイクロコンピュータ１０５の入力端子におけるアナログ−デジタル変換器は、典型的には、３．３Ｖ／４０ｍΩ＝８２．５Ａのシャント抵抗器４６における最大電流に対応する３．３ボルトの全電圧測定範囲（フルスケール）を有しうる。この範囲は、同例においては十分とみなされる。アナログ−デジタル変換器が、１０２４レベルに対応する１０ビットの分解能を有する場合、電圧分解能は、シャント抵抗器４６の８０ｍＡに対応する３．２ｍＶとなり、アナログ−デジタル変換器が、４０９６レベルに対応する１２ビットの分解能を有する場合、電圧分解能は、シャント抵抗器４６の２０ｍＡに対応する０．８ｍＶとなる。この分解能もまた、説明した用途において十分であるとみなされる。
【００７０】
シャント抵抗器４６からマイクロコンピュータ１０５の入力端子までの信号経路の帯域幅は、さらに改善することができる。これは、ある小さいインダクタンスが常にシャント抵抗器４６と直列に存在しているからであって、この状態は、抵抗器とインダクタとで構成されたＲＬ回路とみなすことができる。ＲＬ回路の３ｄＢの帯域幅を超えると、インピーダンスが大きくなる。これは、所定の電流値についてシャント抵抗器４６において測定された電圧についても同様である。なお、３ｄＢの帯域幅は、ＲＬ回路の時定数τによって決定される（ｆ3dB＝１／２πτ）。この時定数τは、τ＝Ｌ／Ｒshuntで定義され、Ｌは、シャント抵抗器４６と直列の小さいインダクタンスを表す。
【００７１】
これは、図１７に示すように、コンデンサ１０６と抵抗器１０７とを含むＲＣ回路を追加することにより補償することができる。ＲＣ回路の時定数τは、τ＝ＲＣとして定義され、Ｒは抵抗器１０７の抵抗を表し、Ｃは、コンデンサ１０６の容量を表す。ＲＣ回路が、シャント抵抗器４６のＲＬ回路と同じ時定数τ、すなわちＲＣ＝Ｌ／Ｒshunt、を有するように設計されている場合、シャント抵抗器４６と直列のインダクタンスの効果が補償され、帯域幅が大幅に増える。
【００７２】
一例として、４０ｍΩのシャント抵抗器と直列の小さいインダクタンスは、約４０ｎＨと推定され、ＲＬ回路の時定数τ＝１μｓになる。これに対応するＲＣ回路の時定数τは、例えば、Ｒ＝１００Ω且つＣ＝１０ｎＦ、又は、Ｒ＝１ｋΩ且つＣ＝１ｎＦで実現可能である。
【００７３】
上述した例において、電流Ｉsumは、電気モータと直列に挿入された電流測定シャント抵抗器４６によって測定される。しかしながら、電流を測定するために他の技術を用いることも可能である。そのような技術のうちのいくつかを以下で説明する。一例として、電流計を使用することが可能であるが、これは、当該電流計が、測定した電流値を示す信号をコントローラ１５に送信可能な出力を有することを条件とする。場合によっては、測定する電流の特性に応じて電流測定変圧器を使用することが可能である。また、ホール効果電流センサ変換器を使用することも可能である。これらのセンサは、ＤＣ電流を感知することが可能であり、典型的には、１５０ｋＨｚ前後の周波数まで動作する。電流の測定に適した他のタイプのセンサには、磁気抵抗フィールド電流センサがある。これらのセンサのタイプのうちのいくつかは、集積回路として市場で入手可能である。
【００７４】
図１８は、上述したように、共通電源に接続され、当該電源から電力を供給される複数の電気モータのうちの選択された１つを流れる電流を特定するための方法のフローチャート２００を示す。ステップ２０１において、例えば図９、１２、及び１４に関連して説明したように、選択されていない電気モータを、電源１４から一時的に切断するように制御する。ステップ２０２において、電流測定装置４６による電流測定が行われる。この時点において、選択されていない電気モータは、電源１４から一時的に切断されているため、この電流測定値は、例えば図９及び１０に示すように、選択された電気モータを流れる電流を示す。最後に、ステップ２０３において、電流測定が行われた後、選択されていない電気モータを電源１４に再接続するようにこれらの電気モータを再び制御する。
【００７５】
すなわち、本開示は、電源に接続されるとともに当該電源から電力供給される複数の電気モータのうちの選択された１つを流れる電流を特定するための方法に関し、前記電源と前記複数の電気モータとの間の接続部には、電流測定装置が配置されている。前記方法は、選択されていない電気モータを、前記電源から一時的に切断するように制御するステップと、前記選択されていない電気モータが前記電源から一時的に切断されている間、前記電流測定装置によって、前記選択された電気モータを流れる電流を示す電流測定を行うステップと、前記電流測定が行われた後、前記選択されていない電気モータを前記電源に再接続するように当該電気モータを制御するステップと、を含む。
【００７６】
前記電源と前記電気モータとの間に配置された共通の電流測定装置によって電流測定が実行されている間、１つの電気モータ以外の全ての電気モータを前記電源から一時的に切断することにより、測定された総電流が、切断されていないモータにより引き込まれる電流と等しくなる。このようにすると、１つの電流測定装置のみを使用して、個々のモータにより引き込まれる電流を測定することができるため、追加のコストの発生や、複数の電流測定装置のためにコントローラの空間を増やす必要性を回避することができる。個々のモータの電流消費を知ることにより、あるモータが、過負荷により当該モータの個別の最大電流値を超えている場合、当該モータをオフに切り替えることができ、また、個々のモータを、それぞれの電流消費に応じて制御することが可能になる。
【００７７】
測定される電流は、複数のリニアアクチュエータのうちの選択された１つにおける電気モータを流れる電流であってもよく、各リニアアクチュエータは、可逆式電気ＤＣモータと、前記可逆式電気ＤＣモータによって駆動されるスピンドルと、前記スピンドルに取り付けられるとともに回転しないように固定されたスピンドルナットと、を含み、前記スピンドルナットは、２つのリミット位置間を移動するように配置されている。
【００７８】
いくつかの実施形態においては、前記方法は、前記電気モータの各々と直列に配置された少なくとも１つの電子スイッチを切り替えることにより、当該電気モータを駆動するステップを含む。
【００７９】
前記方法は、前記選択されていない電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチのうちの少なくとも１つをオフに切り替えることによって、前記電源から前記選択されていない電気モータを一時的に切断するステップを含みうる。前記電気モータを駆動するために既に配置されている電子スイッチを使用して、選択されていない電気モータを前記電源から一時的に切断することにより、この目的のために新たなコンポーネントを追加する必要がなくなる。
【００８０】
いくつかの実施形態において、前記方法は、可変デューティ比を有するパルス幅変調電圧を用いて前記電気モータを駆動するステップを含む。このようにすると、電気モータを制御する際に好適であり、特に、同じ電源から複数のモータに電力を供給する場合に好適である。この場合、前記方法は、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧のパルスの中間において前記電流測定を実行するステップを含みうる。前記パルスの中間において、前記電流は、前記モータの平均電流と等しい。いくつかの実施形態において、前記方法は、前記選択された電気モータを流れる電流を示す測定電流によって、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧の前記デューティ比を調節するステップを含む。
【００８１】
いくつかの実施形態において、前記方法は、前記選択された電気モータを流れる電流を示す前記測定電流が所定の最大値を超える場合、前記選択された電気モータをオフに切り替えるステップを含む。
【００８２】
本発明はまた、システムに関し、当該システムは、電源と、前記電源に接続されるとともに、当該電源から電力供給される複数の電気モータと、コントローラと、前記コントローラの制御下で前記電気モータを駆動するように構成された少なくとも１つの駆動回路と、を含む。前記システムは、前記電源と前記複数の電気モータとの間の接続部に配置された電流測定装置をさらに含み、前記コントローラは、前記電気モータのうちの選択された１つを流れる電流を測定するべく、選択されていない電気モータを、前記電源から一時的に切断するように制御し、前記選択されていない電気モータが前記電源から一時的に切断されている間、前記電流測定装置によって、前記選択された電気モータを流れる電流を示す電流測定を行い、前記電流測定が行われた後、前記選択されていない電気モータを前記電源に再接続するように当該電気モータを制御するように構成されている。
【００８３】
前記電源と前記電気モータとの間に配置された共通の電流測定装置によって電流測定が実行されている間、１つの電気モータ以外の全ての電気モータを前記電源から一時的に切断するように前記コントローラを構成することにより、測定された総電流が、切断されていないモータにより引き込まれる電流と等しくなる。このようにすると、１つの電流測定装置のみを使用して、個々のモータにより引き込まれる電流を測定することができるため、追加のコストの発生や、複数の電流測定装置のためにコントローラの空間を増やす必要性を回避することができる。個々のモータの電流消費を知ることにより、あるモータが、過負荷により当該モータの個別の最大電流値を超えている場合、当該モータをオフに切り替えることができ、また、個々のモータを、それぞれの電流消費に応じて制御することが可能になる。
【００８４】
前記システムは、複数のリニアアクチュエータを含むアクチュエータシステムであってもよく、各リニアアクチュエータは、可逆式電気ＤＣモータと、前記可逆式電気ＤＣモータによって駆動されるスピンドルと、前記スピンドルに取り付けられるとともに回転しないように固定されたスピンドルナットと、を含み、前記スピンドルナットは、２つのリミット位置間を移動するように配置されている。前記アクチュエータシステムは、少なくとも、前記電源、前記コントローラ、及び前記少なくとも１つの駆動回路を含むコントロールボックスと、複数のケーブルと、を含んでもよく、各ケーブルは、前記リニアアクチュエータのうちの１つを、前記コントロールボックスにおいて対応する駆動回路に接続する。これに代えて、前記システムは、同じ電源に接続されるとともに当該電源から電力供給される１つ以上の他の電気モータと組み合わせて、１つ以上のリニアアクチュエータを含んでもよい。
【００８５】
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの駆動回路は、複数の電子スイッチを含み、前記電気モータの各々は、前記複数の電子スイッチのうちの少なくとも１つと直列に配置されており、前記少なくとも１つの駆動回路は、前記コントローラの制御下で、各電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチを切り替えることにより、当該電気モータを駆動するように構成されている。前記複数の電子スイッチは、電界効果トランジスタであってもよい。
【００８６】
前記コントローラは、選択されていない電気モータと直列の前記少なくとも１つの電子スイッチのうちの少なくとも１つをオフに切り替えることによって、前記電源から前記選択されていない電気モータを一時的に切断するように構成されてもよい。前記電気モータを駆動するために既に配置されている電子スイッチを使用して、選択されていない電気モータを前記電源から一時的に切断することにより、この目的のために新たなコンポーネントを追加する必要がなくなる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、前記コントローラは、可変デューティ比を有するパルス幅変調電圧を用いて前記電気モータを駆動するように構成されている。このようにすると、電気モータを制御する際に好適であり、特に、同じ電源から複数のモータに電力を供給する場合に好適である。この場合、前記コントローラは、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧のパルスの中間において前記電流測定を実行するように構成されている。前記パルスの中間において、前記電流は、前記モータの平均電流と等しい。いくつかの実施形態において、前記コントローラは、前記選択された電気モータを流れる電流を示す測定電流によって、前記選択された電気モータを駆動する前記パルス幅変調電圧の前記デューティ比を調節するように構成されている。
【００８８】
いくつかの実施形態において、前記コントローラは、前記選択された電気モータを流れる電流を示す前記測定電流が所定の最大値を超える場合、前記選択された電気モータをオフに切り替えるように構成されている。
【００８９】
前記システムは、複数の駆動回路を含んでもよく、各駆動回路は、前記コントローラの制御下で前記電気モータのうちの１つを駆動するように構成されるとともに、４つの電子スイッチを含むＨブリッジ駆動回路として構成される。
【００９０】
これに代えて、前記システムは、３つのハーフブリッジに配置された６つの電子スイッチを有する少なくとも１つの駆動回路を含んでもよく、前記駆動回路は、前記コントローラの制御下で２つの電気モータを駆動するように構成されている。
【００９１】
いくつかの実施形態において、前記電流測定装置は、電流測定シャント抵抗器であってもよく、前記コントローラは、前記電流測定シャント抵抗器における電圧を測定することにより前記電流測定を実行するように構成されてもよい。これは、電流を測定するための単純且つコスト効率の高い方法である。
【００９２】
本開示はまた、コンピュータプログラムと、コンピュータ可読媒体に関し、前記コンピュータプログラムは、コンピュータ上で実行されたときに上述した方法のステップを実行するためのプログラムコード手段を含み、前記コンピュータ可読媒体には、コンピュータ上で実行されたときに上述した方法を実行するためのプログラムコード手段が保存されている。
【００９３】
本発明の様々な実施形態を説明及び図示したが、本発明はこれらに限定されず、以下の特許請求の範囲に定義される主題の範囲内の他の方法で具現化することも可能である。
【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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【図１８】
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【国際調査報告】
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