(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ用の回路であって、
前記回路のモータ相巻線の半分を形成する少なくとも２つの相巻線と、前記回路の前記モータ相巻線の他の半分を形成する他の少なくとも２つの相巻線と、
前記回路の前記半分のモータ相巻線と、前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間にあり、前記モータ相巻線のうちの１つ以上から伝送された交流（ＡＣ）電力を受信して前記ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する直流（ＤＣ）電源と、
前記モータ相巻線と前記ＤＣ電源との間の電流経路の外部に少なくとも１つの電力スイッチを備え、前記回路の前記半分のモータ相巻線を形成する少なくとも２つの相巻線の間及び前記回路の前記他の半分のモータ相巻線を形成する他の少なくとも２つの相巻線の間に電気的に接続された第１段の電力スイッチ回路と、
前記モータ相巻線と前記ＤＣ電源との間の前記電流経路の外部に、前記モータ相巻線からＡＣ電力を受信する他の少なくとも１つの電力スイッチを備え、前記回路の前記半分のモータ相巻線と前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間に電気的に接続された第２段の電力スイッチ回路と、
前記ＤＣ電源に接続されて、前記少なくとも１つの電力スイッチ又は前記他の少なくとも１つの電力スイッチがオンしているときに前記ＤＣ電源が崩壊するのを防止する、少なくとも１つの非崩壊ＤＣ電源部品と、
を備える、回路。
【請求項２】
前記第１段の電力スイッチ回路及び前記第２段の電力スイッチ回路を制御するためのモータコントローラであって、
（ｉ）前記回路の前記半分のモータ相巻線と、前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間と、
（ｉｉ）前記回路の前記半分のモータ相巻線を形成する前記少なくとも２つの相巻線の間及び前記回路の前記他の半分のモータ相巻線を形成する前記他の少なくとも２つの相巻線の間と
の少なくとも一つに電気的に接続されたモータコントローラをさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記モータコントローラは、
前記第１段の電力スイッチ回路を制御する第１段のモータコントローラと、
前記第２段の電力スイッチ回路を制御する第２段のモータコントローラと、
を含む、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記モータコントローラは、前記モータが同期速度に達したときに、前記第１段の電力スイッチ回路をオフし、前記第２段の電力スイッチ回路をオンする、請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記第２段の電力スイッチ回路がオンしたときに、前記回路の前記他の半分のモータ相巻線を形成する前記他の少なくとも２つの相巻線が活性化する、請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記第１段の電力スイッチ回路は、少なくとも２つの外側のモータ相巻線を活性化する、請求項２に記載の回路。
【請求項７】
前記第２段の電力スイッチ回路は、少なくとも２つの内側のモータ相巻線を活性化する、請求項２に記載の回路。
【請求項８】
前記少なくとも１つの非崩壊ＤＣ電源部品が、
前記モータ相巻線と前記電力スイッチ回路との間の１つ以上の抵抗器と、
前記モータ相巻線と前記電力スイッチ回路との間の１つ以上のツェナーダイオードと、
のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項９】
前記少なくとも１つの非崩壊ＤＣ電源部品が、前記ＤＣ電源に電気的に接続された少なくとも２つの外側のモータ相巻線のうちの少なくとも１つからの少なくとも１つのタップを備え、前記ＡＣ電力を前記ＤＣ電源に供給して前記電力スイッチ回路をバイパスする、請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの非崩壊ＤＣ電源部品が、少なくとも２つの外側のモータ相巻線のうちの少なくとも１つに対して巻回され且つ前記ＤＣ電源に電気的に接続された少なくとも１つの二次相コイル巻線を備え、前記ＡＣ電力を前記ＤＣ電源に供給して前記電力スイッチ回路をバイパスする、請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
前記第１段の電力スイッチ回路が、前記少なくとも１つの電力スイッチと並列に電圧レギュレータを備え、前記少なくとも１つの電力スイッチがオン及びオフのときに前記電圧レギュレータを介して電流が流れる、請求項１に記載の回路。
【請求項１２】
さらに、前記モータを備え、前記モータが、同期速度で、同期速度未満で、及び同期速度超で動作することができる、請求項１に記載の回路。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの非崩壊ＤＣ電源部品が、
サイクルの第１の部分の間の前記少なくとも１つの電力スイッチがオンのときに前記ＤＣ電源が崩壊するのを防止するための第１の非崩壊ＤＣ電源部品と、
前記サイクルの第２の部分の間の前記少なくとも１つの電力スイッチがオンのときに前記ＤＣ電源が崩壊するのを防止するための第２の非崩壊ＤＣ電源部品と、
を含む、請求項１に記載の回路。
【請求項１４】
前記第１及び第２の非崩壊ＤＣ電源部品が、それぞれ、外側のモータ相巻線からのタップを備え、前記ＤＣ電源に電気的に接続されて、前記外側のモータ相巻線から交流（ＡＣ）電力を受信し且つ前記ＡＣ電力を前記ＤＣ電源に供給して前記電力スイッチ回路をバイパスする、請求項８に記載の回路。
【請求項１５】
前記第１及び第２の非崩壊ＤＣ電源部品が、それぞれ、外側のモータ相巻線からの交流（ＡＣ）電力を受信し且つ前記ＡＣ電力を前記ＤＣ電源に供給して前記電力スイッチ回路をバイパスするように、前記外側のモータ相巻線に対して巻回され且つ前記ＤＣ電源に電気的に接続された二次相コイル巻線を備える、請求項８に記載の回路。
【請求項１６】
モータの回路のための方法であって、
前記回路のモータ相巻線の半分を形成する少なくとも２つの相巻線と、前記回路のモータ相巻線の他の半分を形成する他の少なくとも２つの相巻線とを提供することと、
前記回路の前記半分のモータ相巻線と、前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間に直流（ＤＣ）電源を接続して、前記ＤＣ電源が前記モータ相巻線のうちの１つ以上から伝送された交流（ＡＣ）電力を受信して前記ＡＣ電力をＤＣ電力に変換することと、
第１段の電力スイッチ回路を、前記回路の前記半分のモータ相巻線を形成する前記少なくとも２つの相巻線の間及び前記回路の前記他の半分のモータ相巻線を形成する前記他の少なくとも２つの相巻線の間に、電気的に接続し、前記第１段の電力スイッチ回路が、前記モータ相巻線と前記ＤＣ電源との間の電流経路の外部に少なくとも１つの電力スイッチを備えることと、
第２段の電力スイッチ回路を、前記回路の前記半分のモータ相巻線と前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間に、電気的に接続し、前記第２段の電力スイッチ回路が、前記モータ相巻線と前記ＤＣ電源との間の前記電流経路の外部に、前記モータ相巻線からＡＣ電力を受信する他の少なくとも１つの電力スイッチを備えることと、
少なくとも１つの非崩壊ＤＣ電源部品を前記ＤＣ電源に接続して、前記少なくとも１つの電力スイッチ又は前記他の少なくとも１つの電力スイッチがオンしているときに前記ＤＣ電源が崩壊するのを防止することと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１段の電力スイッチ回路及び前記第２段の電力スイッチ回路を制御するためのモータコントローラを、
（ｉ）前記回路の前記半分のモータ相巻線と、前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間と、
（ｉｉ）前記回路の前記半分のモータ相巻線を形成する前記少なくとも２つの相巻線の間及び前記回路の前記他の半分のモータ相巻線を形成する前記他の少なくとも２つの相巻線の間と
のうちの少なくとも１つに電気的に接続することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
モータ用の回路であって、
前記回路のモータ相巻線の半分を形成する２つの相巻線と、前記回路の前記モータ相巻線の他の半分を形成する他の２つの相巻線と、
前記回路の前記半分のモータ相巻線と、前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間にあり、前記モータ相巻線のうちの１つ以上から伝送された交流（ＡＣ）電力を受信して前記ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する直流（ＤＣ）電源と、
前記モータ相巻線と前記ＤＣ電源との間の電流経路の外部に少なくとも１つの電力スイッチを備え、前記回路の前記半分のモータ相巻線を形成する２つの相巻線の間及び前記回路の前記他の半分のモータ相巻線を形成する他の２つの相巻線の間に電気的に接続された第１段の電力スイッチ回路であって、前記第１段の電力スイッチ回路は、２つの外側相巻線を活性化し、電流を前記２つの外側相巻線に流す、第１段の電力スイッチ回路と、
前記モータ相巻線と前記ＤＣ電源との間の前記電流経路の外部に、前記モータ相巻線からＡＣ電力を受信する他の少なくとも１つの電力スイッチを備え、前記回路の前記半分のモータ相巻線と前記回路の前記他の半分のモータ相巻線との間に電気的に接続された第２段の電力スイッチ回路であって、前記第２段の電力スイッチ回路は、４つ全ての相巻線を活性化し、電流を前記４つ全ての相巻線に流す、第２段の電力スイッチ回路と、
前記ＤＣ電源に接続されて、前記少なくとも１つの電力スイッチ又は前記他の少なくとも１つの電力スイッチがオンしているときに前記ＤＣ電源が崩壊するのを防止する、少なくとも１つの非崩壊ＤＣ電源部品と、
を備える、回路。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本特許出願は、２０１４年８月８日に出願された分相ＡＣ同期モータコントローラと名称が付された米国特許出願第６２／０３４，９０９号に対する優先権を有し、その全体の内容は、参照することによって本願明細書に組み込まれる。本特許出願は、２０１２年１１月１４日に出願された分相ＡＣ同期モータコントローラと名称が付された米国特許出願第６１／７２６，５５０号に対する優先権を有する２０１３年１１月１４日に出願された分相ＡＣ同期モータコントローラと名称が付された米国特許出願第１４／０８０，７８５号に関し、それらの全体の内容は、参照することによって本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
［連邦政府資金による研究開発］
適用せず。
【０００３】
［コンパクトディスク附属書］
適用せず。
【背景技術】
【０００４】
環境に優しい法律がますます普及していることを考慮して、様々な種類のモータの改善が必要となっている。例えば、商業用及び住宅用冷却市場の双方において使用される低ワット範囲、例えば、４から１６ワットの冷凍ファンモータは、伝統的に、約１２％〜２６％効率などの低効率であった。異なる種類のモータにおいて必要とされる改善に対処する技術を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
分相巻線回路は、モータ分相巻線と、分相巻線モータの中間点において少なくとも１つの電力スイッチ及び直流（ＤＣ）供給回路を全て備える電力スイッチ回路と、少なくとも１つの電力スイッチがオンであり且つ導通しているときにＤＣ電源が崩壊するのを防止する非崩壊ＤＣ電源部品とを含む。非崩壊ＤＣ電源部品は、例えば、ＤＣ電源に電気的に接続されたモータ分相巻線からのタップ、電源に電力を供給するようにＤＣ電源に接続された二次相コイル巻線、分相巻線と電力スイッチ回路との間の１つ以上の抵抗、分相巻線と電力スイッチ回路との間の１つ以上のツェナーダイオード、及び／又は電力スイッチ回路における少なくとも１つの電力スイッチがオンであり且つ導通しているときに電源が崩壊するのを防止するように、モータ分相巻線と電力スイッチ回路との間の電圧降下を形成するための電気部品のうちの１つ以上を含むことができる。
【０００６】
１つの例において、モータの相巻線回路は、回路のモータ相巻線の半分を形成する少なくとも２つの相巻線と、回路のモータ相巻線の他の半分を形成する他の少なくとも２つの相巻線とを含む。直流（ＤＣ）電源は、モータ相巻線の少なくともほぼ中間点に配置され、相巻線のうちの１つ以上から伝送された交流（ＡＣ）電力を受信して、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。第１段の電力スイッチ回路は、ＤＣ電源の外部に少なくとも１つの電力スイッチを備え、回路の各半分を構成する相巻線の間の少なくともほぼ中間点に電気的に接続されている。第２段の電力スイッチ回路は、ＤＣ電源の外部に他の少なくとも１つの電力スイッチを備え、モータ分相巻線からＡＣ電力を受信するように、分相巻線の少なくともほぼ中間点に電気的に接続されている。非崩壊ＤＣ電源部品は、ＤＣ電源が少なくとも１つの電力スイッチ又は他の少なくとも１つの電力スイッチがオンであり且つ導通しているときに崩壊するのを防止する。
【０００７】
別の例において、モータの回路は、回路のモータ相巻線の半分を形成する少なくとも２つの相巻線と、回路のモータ相巻線の他の半分を形成する他の少なくとも２つの相巻線とを備える。少なくともほぼモータ相巻線の中間点にある直流（ＤＣ）電源は、相巻線のうちの１つ以上から伝送された交流（ＡＣ）電力を受信し、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。第１段の電力スイッチ回路は、ＤＣ電源の外部に少なくとも１つの電力スイッチを備え、回路の各半分を構成する相巻線のうちの少なくとも２つの間の少なくともほぼ中間点に電気的に接続されている。第２段の電力スイッチ回路は、ＤＣ電源の外部に他の少なくとも１つの電力スイッチを備え、モータ分相巻線からＡＣ電力を受信するように、相巻線の少なくともほぼ中間点に電気的に接続されている。モータコントローラは、第１段の電力スイッチ回路及び第２段の電力スイッチ回路を制御する。モータコントローラは、（ｉ）相巻線の少なくともほぼ中間点及び（ｉｉ）回路の各半分を構成する相巻線の少なくとも２つの少なくともほぼ中間点のうちの少なくともいずれかで電気的に接続されている。非崩壊ＤＣ電源部品は、ＤＣ電源に接続されて、少なくとも１つの電力スイッチ又は他の少なくとも１つの電力スイッチがオンであり且つ導通しているときにＤＣ電源が崩壊するのを防止する。
【０００８】
別の例において、モータは、複数のモータ相（すなわち、モータ相巻線）と、相を通る供給ライン電圧とを有する。モータ相は、４つの部分（４分の１又は４半分）に分割され、２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の半分を形成し、他の２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の残りの半分を形成する。モータ用のモータコントローラ及びモータ用のパワーエレクトロニクスは、２分割された相の間の供給ライン電圧の「中間点」又は「中心点」、及び／又は回路の各半分をそれぞれ構成する２つの分割モータ相の中間点又は中心（例えば、「４分の１点」）に配置されている。（例えば、モータコントローラにおいて使用される電子機器用の）直流（ＤＣ）電源はまた、分割された相の間、２分割された相の間、及び／又は回路の各半分をそれぞれ構成する２つの分割モータ相の中間点若しくは中心に位置する。モータ相は、ライン電圧供給ラインから低電圧ＤＣへの電流制限及び電圧降下をＤＣ電源に提供し、それにより、ＤＣ電源部品数を低減させ、ＤＣ電源及びモータコントローラについての低電圧部品の使用を可能とする。
【０００９】
別の例において、モータ相は、４つの部分（４分の１又は４半分）に分割され、２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の半分を形成し、他の２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の残りの半分を形成する。モータ用のモータコントローラは、２つの段を有し、モータコントローラの第１段は、２分割されたモータ相巻線の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に配置され、モータコントローラの第２段は、２分割されたモータ相巻線の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に配置されている。モータ用のパワーエレクトロニクスは、２つの段を有し、パワーエレクトロニクスの第１段は、モータ相巻線の各半分における２つの分相モータ巻線の中間点又は中心（例えば、「４分の１点」）に配置され、パワーエレクトロニクスの第２段はまた、２分割されたモータ相巻線の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に配置されている。（例えば、モータコントローラにおいて使用される電子機器についての）直流（ＤＣ）電源はまた、分割モータ相巻線の間、２分割されたモータ相巻線の間、及び／又はモータ相巻線の各半分における２つの分相モータ巻線の中間点若しくは中心に位置する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、モータ相巻線の中間点に位置する制御回路によって分割されたモータ相巻線を示している。
【図２】図２は、単相電子整流モータ（ＥＣＭ）を示している。
【図３】図３は、分相巻線回路を示している。
【図４】図４は、分相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源へのタップを有する分相巻線回路を示している。
【図５】図５は、分相巻線と電力スイッチとの間に抵抗器を有する分相巻線回路を示している。
【図６】図６は、二次コイルを有する分相巻線回路を示している。
【図７】図７は、分相巻線回路における同期速度よりも低い起動時及び連続動作時における相電流方向の制御を示している。
【図８】図８は、４極分相巻線回路における１８００回転／分（ＲＰＭ）の同期速度における相電流方向の制御を示している。
【図９】図９は、２極分相巻線回路における３６００回転／分（ＲＰＭ）の同期速度における相電流方向の制御を示している。
【図１０】図１０は、ＤＣ電源蓄電コンデンサ充電期間を示している。
【図１１】図１１は、二次コイル及び１つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１２】図１２は、二次コイル及び１つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１３】図１３は、二次コイル及び１つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１３Ａ】図１３Ａは、二次コイル及び１つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１４】図１４は、２つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１５】図１５は、１つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１６】図１６は、直列の２つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１７】図１７は、分相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源及び直列の２つの電力スイッチへのタップを有する分相巻線回路を示している。
【図１８】図１８は、並列の２つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【図１９】図１９は、分相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源及び並列の２つの電力スイッチへのタップを有する分相巻線回路を示している。
【図２０】図２０は、非崩壊ＤＣ電源を形成するために一次ＡＣ相巻線及び二次巻線を有する分相巻線回路を有するモータを示している。
【図２１】図２１は、１極のみに巻回された非崩壊ＤＣ電源を形成するために一次ＡＣ相巻線及び二次巻線を有する分相巻線回路を備えたモータを示している。
【図２２】図２２は、非崩壊ＤＣ電源を形成するためにタップ付き一次相巻線を有する分相巻線回路を備えたモータを示している。
【図２３】図２３は、非崩壊ＤＣ電源を形成するために抵抗器を有する分相巻線回路を備えたモータを示している。
【図２４】図２４は、非崩壊ＤＣ電源を形成するためにツェナーダイオードを有する分相巻線回路を備えたモータを示している。
【図２５】図２５は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図２６】図２６は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図２７】図２７は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図２８】図２８は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図２９】図２９は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図３０Ａ】図３０Ａは、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図３１】図３１は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図３２】図３２は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図３３】図３３は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【図３４】図３４は、４つのコイル及びパワーエレクトロニクスについての２つの段を有する分相巻線回路を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
同期ブラシレス永久磁石モータを制御するための従来技術を上回る利点を提供する新規且つ有用な回路が開示されている。本開示の１つの実施形態は、電子整流モータ（ＥＣＭ）用の１つ以上の回路を含む。本開示の別の実施形態は、くま取り磁極モータ用の１つ以上の回路を含む。本開示の別の実施形態は、他の種類のモータ用の１つ以上の回路を含む。
【００１２】
１つの態様において、モータは、複数のモータ相（すなわち、モータ相巻線）と、相を通る供給ライン電圧とを有する。モータ相は、半分に分割され、モータ用のモータコントローラ及びモータ用のパワーエレクトロニクスは、双方とも、分割された相の間の供給ライン電圧の「中間点」又は「中心点」に配置されている。（例えば、モータコントローラにおいて使用される電子機器のための）直流（ＤＣ）電源はまた、分割された相の間に配置されている。モータ相は、ライン電圧供給ラインから低電圧ＤＣへの電流制限及び電圧降下をＤＣ電源に提供し、それにより、ＤＣ電源部品数を低減させ、ＤＣ電源及びモータコントローラについての低電圧部品の使用を可能とする。
【００１３】
従来のシステムは、電力スイッチ及びモータ相と直列に位置するツェナーダイオード又は他の電圧レギュレータを使用し、モータの最大電力をツェナーダイオードの最大ワット数に制限していた。本開示における回路は、ツェナーダイオード電圧レギュレータが電力スイッチ及びモータ相と直列に配置されないように、モータ相の一次電流経路からツェナーダイオード電圧レギュレータをなくし、ツェナーダイオードに必要とされるワット数仕様を低下させる必要性をなくす。代わりに、本開示のいくつかの実施形態において、ツェナーダイオード又は他の電圧レギュレータは、電力スイッチと並列に配置される。
【００１４】
別の態様において、モータは、複数のモータ相（すなわち、モータ相巻線）と、モータ相を通る供給ライン電圧とを有する。モータ相は、４つの部分（４分の１又は４半分）に分割され、２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の半分を形成し、他の２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の残りの半分を形成する。モータ用のモータコントローラ及びモータ用のパワーエレクトロニクスは、２分割された相の間で供給ライン電圧の「中間点」又は「中心点」に及び／又は回路の各半分をそれぞれ構成する２つの分割モータ相の中間点又は中心点に配置されている。（例えば、モータコントローラにおいて使用される電子機器についての）直流（ＤＣ）電源はまた、分割された相の間、２分割された相の間及び／又は回路の各半分をそれぞれ構成する２つの分割モータ相の中間点若しくは中心に位置する。モータ相は、ライン電圧供給ラインから低電圧ＤＣへの電流制限及び電圧降下をＤＣ電源に提供し、それにより、ＤＣ電源部品数を低減させ、ＤＣ電源及びモータコントローラについての低電圧部品の使用を可能とする。
【００１５】
１つの例において、モータ相は、４つの部分（４分の１又は４半分）に分割され、２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の半分を形成し、他の２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の残りの半分を形成する。モータ用のモータコントローラは、２つの段を有し、モータコントローラの第１段は、２分割されたモータ相巻線の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に配置され、モータコントローラの第２段は、２分割されたモータ相巻線の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に配置されている。モータ用のパワーエレクトロニクスは、２つの段を有し、パワーエレクトロニクスの第１段は、モータ相巻線の各半分における２つの分相モータ巻線の中間点又は中心（例えば、「４分の１点」）に配置され、パワーエレクトロニクスの第２段はまた、２分割されたモータ相巻線の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に配置されている。（例えば、モータコントローラにおいて使用される電子機器についての）直流（ＤＣ）電源はまた、分割モータ相巻線の間、２分割されたモータ相巻線の間、及び／又はモータ相巻線の各半分における２つの分相モータ巻線の中間点若しくは中心に位置する。
【００１６】
例えば、ＤＣ電源は、ＤＣ電源が「４分の１点」において第１段のモータコントローラに電力を供給するときに第１段によって位置する。しかしながら、第１段（段１）のパワーエレクトロニクスが通電され且つ第２段（段２）のパワーエレクトロニクスが通電されないとき、ＤＣ電源は、アクティブコイル（アクティブモータ相巻線）の中間にあり、且つ、他の２つのモータ相巻線（コイル）は、その時点でアクティブではないことから、ＤＣ電源は、モータ相巻線の「中間点」にあるように概念的に考えることができる。２つのアクティブコイルは、電流制限されている。第１段が通電されるとともに第２段が通電される場合、第１段のコイルは、第２段におけるコイルと並列である。
【００１７】
本開示における回路は、光アイソレータがモータコントローラの検知／制御電子部品とモータコントローラの電力スイッチとの間のスイッチングを可能とする必要性をなくす。従来のシステムは、２つのニュートラル基準値を有し、１つは検知／制御電子部品用であり、１つは電力スイッチ用であった。
【００１８】
本開示における回路は、ライン位相角検出を改善し、光アイソレータの入力にリンクされた精密抵抗ブリッジの必要性をなくす。それゆえに、この態様の回路は、より正確なライン位相角検出を有する。
【００１９】
本開示における回路は、電力スイッチ及びモータコントローラについての異なる電気的ニュートラル値を１つの値に低減する。これは、この態様を有する回路の電力スイッチが完全に「オフ」から完全に飽和状態へと確実に移行することを保証する。
【００２０】
２つのスイッチを含む従来のシステムは、ＡＣサイクルの半分の間、１つのスイッチを完全にオフするのに困難な時間を有する。本開示における回路は、ＤＣ電源及びモータコントローラ回路の外部に１つ以上のスイッチを配置し、適切なスイッチングをもたらす。
【００２１】
これらの改善のそれぞれは、モータコントローラの動作の信頼性を高めるだけでなく、モータ／モータコントローラの組み合わせの効率を向上させる働きもする。
【００２２】
本開示における分相巻線回路は、ＤＣブラシレスモータ／電子整流モータ（ＥＣＭ）、くま取り磁極モータ、他の同期モータ、永久分割コンデンサ（ＰＳＣ）モータなどの様々なモータにおいて使用されることができる。
【００２３】
例えば、図１は、分相モータ巻線１０４、１０６と、分相モータ巻線の中間点１１０に位置するモータ制御回路１０８とを有するモータ１０２を示している。モータ１０２は、固定子１１２と、シャフト１１６上に取り付けられた回転子１１４とを含む。回転子１１４は、積層コア構造又は他のコア構造などのコア構造において回転するように取り付けられている。回転子１１４は、形状が円筒形として示されている本体部を有する。本体の周囲には、円弧状の永久磁石部が配置されている。磁石部は、回転子の外側表面に隣接した北磁極を有し、磁石部は、回転子１１４の外周に隣接して位置する南磁極を有する。１つ以上の巻線又は１対の巻線は、コア構造の接続部に取り付けられている。モータ１０２はまた、各回転子磁石部の磁気極性に応答するためにその一部が回転子１１４の周囲に隣接して延在するホール効果スイッチング素子を含む。示されるような構成において、ホール効果スイッチは、回転子１１４の各回転の半分の間の磁石部の外周に隣接し且つ回転子の各回転の残りの半分の間の磁石部の外周に隣接して配置されている。
【００２４】
モータ１０２は、同期速度未満、同期速度において又は同期速度超で動作することができる。これは、半サイクルの一部が相巻線を流れることができるという事実に起因する。
【００２５】
図１の分相巻線回路は、ＡＣライン電圧などの動作中に交流（ＡＣ）エネルギー源に接続されたリードＬ１及びＬ２上の入力接続を含む。リードＬ１及びＬ２は、制御回路１０８にわたって直列に接続されて示される分相巻線１０４、１０６を含む直列回路にわたって接続されている。例えば、制御回路１０８は、分相巻線１０４、１０６に直列に接続された全波ダイオード整流器ブリッジ回路と、全波ダイオード整流器ブリッジ回路の出力に接続された１つ以上のスイッチ又は他の電力制御可能なスイッチング素子を有する電力スイッチ回路とを含むことができる。
【００２６】
分相巻線１０４、１０６は、２本巻き又はラップ巻きとすることができる。交流電源は、第１の巻線１０４の開始側Ｓ１に接続されたリードＬ１を有する。Ｆ１とラベル付けされた巻線１０４の他端は、制御回路１０８の入力の一方に接続されている。制御回路１０８の入力側の他方は、第２の分相巻線１０６の開始側Ｓ２に取り付けられており、Ｆ２とラベル付けされた同じ分相巻線の終了側は、ＡＣ電源の入力リードＬ２に取り付けられている。
【００２７】
別の例として、図２は、モータ相巻線が分割された単相ＥＣＭ２０２を示しており、モータコントローラ（モータ制御回路）は、分相モータ巻線の中間点に位置している。
【００２８】
図３は、モータのモータ巻線３０４、３０６（本願明細書においてモータ相又は相コイルとも称される）を半分に分け、モータ用のモータコントローラ３０８及びモータ用のパワーエレクトロニクスの双方を配置し、分割された相３０４、３０６の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」３１４にＤＣ電源３１０と１つ以上の電力スイッチを有する電力スイッチ回路３１２とを含む、分相巻線回路３０２を開示している。図３の例において、モータ相巻線は、半分に分割されている。中間点のゼロからプラス／マイナス２０％の間など、半分分割からのいくつかのバリエーションが許容される。
【００２９】
図３の分相巻線回路３０２は、２つの分相巻線３０４、３０６を含み、それぞれＡＣライン電圧Ｌ１及びＬ２に接続されている。ＤＣ電源３１０は、第１の相巻線３０４の終了側及び第２の相巻線３０６の開始側においてなど、分相巻線３０４、３０６に電気的に接続されている。分相巻線３０４、３０６は、ＤＣ電源３１０と互換性のある電圧にＡＣライン電圧が低下するように動作する。それゆえに、分相巻線３０４、３０６における巻線数は、Ｌ１及びＬ２において受信されるＡＣライン電圧を、ＤＣ電源３１０によって受信されることになる選択された低電圧まで低下するように選択されることができる。分相巻線３０４、３０６はまた、Ｌ１及びＬ２において受信したＡＣライン電圧からのノイズをフィルタリングするように動作する。
【００３０】
ＤＣ電源３１０は、分相巻線３０４、３０６から受信された低電圧ＡＣ電力を、モータコントローラ３０８を含む分相巻線回路のＤＣ駆動部品に電力供給するように構成されたＤＣ電圧へと変換する。次いで、ＤＣ電源３１０は、モータコントローラ３０８に電力を供給する。
【００３１】
モータコントローラ３０８は、分相巻線回路３０２の起動及び動作を制御する。例えば、モータコントローラ３０８は、モータが同期モータである場合を含む起動を制御する。モータコントローラ３０８は、固定子に対する回転子の位置を判定する。モータコントローラ３０８はまた、モータが同期速度に到達したときなどのモータの動作パラメータを決定するために、回転／分（ＲＰＭ）などの回転子の回転速度を判定して監視し、回転子の位置及び／又はモータの速度に基づいてモータを制御する。１つの例において、モータコントローラ３０８は、ホール効果スイッチ及び／又は他の回転判定素子を備えて回転子の位置を判定し、及び／又は、回転カウント素子若しくは速度判定素子を備えて回転子の速度を判定する。
【００３２】
電力スイッチ回路３１２は、１つ以上の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、トランジスタ、又は他のスイッチ若しくはスイッチング素子などの１つ以上の電力スイッチを含む。１つ以上のスイッチは、オン若しくはオフであるか、又は、一方がオンであるとともに他方はオフである。例えば、ＡＣサイクルの１つの半サイクルにおいて、第１の電力スイッチは、オンであり且つ導通している一方で、第２のスイッチは、オフであり且つ導通していない。ＡＣサイクルの他の半サイクルにおいて、第２の電力スイッチはオンであり且つ導通している一方で、第１のスイッチは、オフであり且つ導通していない。１つのスイッチを有する回路において、スイッチは、ＡＣサイクルの１つ以上の部分の間、オンであり且つ導通しているか又はオフであり且つ導通していないことがある。
【００３３】
電力スイッチ回路３１２は、ＤＣ電源３１０（その外部）から絶縁されており、ＤＣ電源内に（及びそれから絶縁されていない）電力スイッチ回路を有する回路よりも分相巻線回路３０２を安定化させる。
【００３４】
回路の電力スイッチがオンになると、電力スイッチの僅かな抵抗に起因して電力スイッチを介して僅かな電圧降下しか生じない。したがって、ＤＣ電源リードを電力スイッチ（又は複数の電力スイッチ）の両側に接続することによってＤＣ電源の入力電圧が発生した場合、これは、電力スイッチが「オン」状態であるとき又は電力を受信不能であり且つ回路のＤＣ部品に電力供給不能であるときに、ＤＣ電源崩壊（すなわち、ＤＣ電源からのＤＣ電圧が、電力スイッチを通る電流のスイッチ「オン」抵抗倍の電圧レベル又はそれ未満の電圧レベル（ゼロに近い）まで低下する）をもたらすであろう。
【００３５】
例えば、電力スイッチがＤＣ電源にわたって又はブリッジ整流器のＤＣ側にわたって直接接続されている場合、及び、電力スイッチが導通している、すなわち「オン」であるときに電圧降下を形成するための、電力スイッチと直列に接続される１つ以上の部品がない場合、導通した電力スイッチは、ＤＣ電源のためのブリッジ整流器の正端子及び負端子をともに短絡させるか又はそれらを接続し、ＤＣ電圧を崩壊させる（ＤＣ電圧を、電力スイッチを通る電流の電力スイッチの「オン」抵抗倍のレベル又はそれ未満のレベル（ゼロに近い）まで低下させる）。電力スイッチの「オン」抵抗は、非常に低く又は典型的にはミリオームであることから、ＤＣ電圧は、ゼロに非常に近い。
【００３６】
分相巻線回路３０２は、１つ以上の非崩壊ＤＣ電源部品３１６、３１８（ＤＣ電源からのＤＣ電圧が電力スイッチを通る電流の、スイッチ「オン」抵抗倍に又はそれ未満（ゼロに近い）に低下するのを防止するための部品）を含む。非崩壊ＤＣ電源部品３１６、３１８は、電圧降下部品又は直接ＤＣ電源駆動部品を含み、非崩壊ＤＣ電源を形成する。非崩壊ＤＣ電源部品３１６、３１８の例は、ＤＣ電源３１０に電気的に接続された一次相巻線３０４、３０６からのタップと、電源に電力供給するためにＤＣ電源に接続された二次相コイル巻線と、分相巻線と電力スイッチ回路３１２との間の抵抗と、分相巻線と電力スイッチ回路との間の１つ以上のツェナーダイオードと、分相巻線と電力スイッチ回路３１２との間の不飽和半導体又は他の抵抗部品とを含み、抵抗は、十分な電圧降下を形成するように十分高く、この電圧降下は、電力スイッチ回路における電力スイッチがオンであり且つ導通しているときにＤＣ電源が崩壊するのを防止するように、スイッチが「オン」であるときのＤＣ電源又は他の部品に一次分相巻線と電力スイッチ回路との間の電圧降下を形成させる。したがって、分相巻線回路３０２は、電力スイッチ回路がオンであり且つ導通しているか又はオフであり且つ導通していないかにかかわらず一定の電力フローを提供する。
【００３７】
多くの電子的に制御される同期モータは、相巻線に印加されるＡＣ電圧のゼロ交差を検出する回路を有する。このゼロ交差検出回路は、モータが同期速度にあるときを判定するために、モータコントローラ３０８に信号を送信する。ＡＣ電源電圧が通常同じ回路上で動作する他の機器に起因して乗る電気的ノイズを有する場合、この電気的ノイズは、モータの制御において通常はモータにおける音響ノイズとして現れる誤った影響を与えるように、ゼロ交差検出器を動作させることができる。
【００３８】
１つの例において、分相巻線回路３０２は、同期モータの一部である。同期モータは、Ｌ１及びＬ２においてライン電力（すなわち、電流及び電圧を有するＡＣ電力）を受信する。本開示の関連した回路を使用した分相巻線を使用した同期モータは、モータを制御するために印加されるＡＣ電圧のゼロ交差の検出に依存せず、むしろ電圧の極性、すなわち、極性Ｌ２がＬ１よりも高いか又はそれ未満であるかを検出し、電気的ノイズがＡＣ供給に存在する場合であっても静かな動作を可能とする。
【００３９】
図３におけるＤＣ電源３１０は、分相巻線３０４、３０６に直接電気的に接続されている。それゆえに、ＤＣ電源３１０は、電力スイッチ回路３１２の状態にかかわらず分相巻線３０４、３０６によって電力供給される。
【００４０】
図４は、モータのモータ相巻線４０４、４０６を半分に分け、モータ用のモータコントローラ４０８及びモータ用のパワーエレクトロニクスの双方を配置し、分割された相の間の供給ライン電圧の「中間点」又は「中心点」４１４において、ＤＣ電源４１０と１つ以上の電力スイッチを有する電力スイッチ回路４１２とを含む、別の分相巻線回路４０２を開示している。図４の分相巻線回路４０２は、ＤＣ電源４１０に電気的に接続された一次分相巻線４０４、４０６からのタップ４１６、４１８を含み、非崩壊ＤＣ電源（すなわち、ＤＣ電圧が、電力スイッチ回路を通る電流の電力スイッチ回路「オン」抵抗倍に又はそれ未満まで（ゼロに近い）低下しないＤＣ電源）を形成する。
【００４１】
いくつかの回路において、モータが同期速度に到達すると、１つ以上の電力スイッチはオフになり、それにより、低電圧電力がモータコントローラに流れなくさせる。１つの例において、１つの分相巻線から電力スイッチを介した別の分相巻線への経路は、同期速度などにおいて短絡される。これは、短絡中に電荷を保持するためのコンデンサが存在しない場合又は存在するコンデンサが短絡中に電荷を十分に保持するほど大きくない場合においてなど、ＤＣ電源及びモータコントローラがもはや相巻線からの低電力電圧を受信しないことをもたらす。図４の回路４０２は、低電圧電力がモータコントローラ４０８（「分相モータコントローラ」）用の電力スイッチをバイパスして相巻線からＤＣ電源に直接流れるように、相巻線４０４、４０６のコイルからＤＣ電源４１０までのタップ４１６、４１８を含む。それにより、図４の回路４０２は、例えば、同期速度において低電圧電力がＤＣ電源４１０に供給されることを保証する。
【００４２】
１つの例において、分相モータコントローラのためのＤＣ電源４１０は、ツェナーダイオードと、電力スイッチがオフのときに交流（ＡＣ）サイクルの一部の間に電力を受信する蓄電コンデンサとによって形成される。モータが同期速度で動作しているとき、電力スイッチは、連続的に導通している。したがって、ＤＣ電源に供給される電圧量は、スイッチにわたる電圧降下と等しく、低い抵抗（ＲＤＳ（ＯＮ））パワーＭＯＳＦＥＴを使用するときに低電圧をもたらすことができる。
【００４３】
図５は、モータのモータ相巻線５０４、５０６を半分に分け、モータ用のモータコントローラ５０８及びモータ用のパワーエレクトロニクスの双方を配置し、分割された相の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」５１４においてＤＣ電源５１０と１つ以上の電力スイッチを有する電力スイッチ回路５１２とを含む、別の分相巻線回路５０２を開示している。図５の回路５０２は、モータ相巻線５０４、５０６と電力スイッチ回路５１２との間に抵抗Ｒ１及びＲ２を含み、相巻線からＤＣ電源５１０に供給される低電圧電力を持続し、したがって維持し、非崩壊ＤＣ電源（ＤＣ電圧が、電力スイッチ回路を通る電流の電力スイッチ回路「オン」抵抗倍に又はそれ未満まで（ゼロに近い）低下しないＤＣ電源）を形成する。それにより、図５の回路は、例えば、同期速度においてＤＣ電源５１０への低電圧電力を維持する。
【００４４】
図６は、モータのモータ相巻線６０４、６０６を半分に分割し、モータ用のモータコントローラ６０８及びモータ用のパワーエレクトロニクスの双方を配置し、分割された相の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」６１４においてＤＣ電源６１０と１つ以上の電力スイッチを有する電力スイッチ回路６１２とを含む、別の分相巻線回路６０２を開示している。一次分相巻線６０４、６０６は、ＤＣ電源６１０に流れることができる電流を制限し、それにより、電力を浪費する電流制限部品の必要性をなくす。図６の分相回路６０２は、ＤＣ電源６１０に電気的に接続された二次相巻線６１６、６１８を含み、非崩壊ＤＣ電源（ＤＣ電圧が、電力スイッチを通る電流の電力スイッチ「オン」抵抗倍に又はそれ未満まで（ゼロに近い）低下しないＤＣ電源）を形成する。
【００４５】
１つの例において、電力スイッチ回路６１２は、ツェナーダイオード又は他の電圧レギュレータと電力スイッチとを並列に含む。一方、従来のシステムは、他の部品と直列の電力回路を含んでいた。電力スイッチは、ツェナーダイオードと直列ではなく並列であることから、それは常にオンとすることができる。しかしながら、電力スイッチがオフである場合、電流はなおもツェナーダイオードを介して流れることができる。
【００４６】
図６の回路は、モータが起動するときなどにＤＣ電源６１０に低電圧電力を供給する１つ以上の二次コイル（二次巻線とも称される）６１６、６１８を含む。１つ以上の二次コイル６１６、６１８はまた、ＤＣ電源６１０に供給される低電源電圧から高周波ノイズをフィルタリングするための高周波ノイズフィルタとして機能する。
【００４７】
二次巻線６１６、６１８は、第１及び第２の分相巻線６０４、６０６の間に均一に、１つの極に全て、又は、第１及び第２の分相巻線間に不均一に、ある二次巻線の巻数又はコイル数が別の二次巻線よりも多いなど、どこにでも分布することができる。
【００４８】
図６の例において、分相巻線回路６０２は、モータがオンであり且つ同期速度のときに、モータコントローラ６０８を含むＤＣ電子部品をオフにすることができる。それゆえに、分相巻線回路６０２のモータコントローラ６０８は、モータの速度を判定し、モータが同期速度であるか否かを判定する。例えば、１８００ＲＰＭを、４つの固定子極（２つの北固定子極及び２つの南固定子極）を有するモータについての同期速度とすることができる。全ての半ＡＣサイクルにおいて、電力は、磁極の一方に供給される。したがって、４つの磁極に電力を供給するために２サイクルを要する。それゆえに、モータがラインＡＣに同期されている場合、同期速度は、１８００ＲＰＭである。同様に、８極固定子についての同期速度は、９００ＲＰＭであろう。
【００４９】
図７は、起動中及び分相巻線回路７０２における同期速度未満の連続動作中の相電流方向の制御を示している。
【００５０】
図７に示されるように、電流は、常に、分相巻線７０４、７０６及び電力スイッチ回路７０８の双方にわたって、同じ方向に流れる。電力スイッチ回路７０８と直列の分相巻線７０４、７０６は、分相巻線中間点又は中心点に配置された電力スイッチ回路７０８によって１つの巻回を表す。分相巻線に印加される電流及び電圧は、常に双方のコイルを介して同じ方向になり、分相巻線の磁気極性は、同様に同じになる。
【００５１】
以下に記載するように、制御回路は、その出力が１つ以上の電力スイッチに接続されたダイオード整流ブリッジ回路を含むことができる。図７に示されるように、電力スイッチ回路７０８のダイオードブリッジ整流器の出力端子がリードＬ１上の電圧が正のとき短絡される場合、電流は、一方向であるが半サイクルインクリメントで巻線７０４、７０６を通って流れるのみである。リードＬ１及びＬ２にわたる電圧が６０サイクルである場合、制御回路におけるダイオードブリッジ整流器回路の出力は、リードＬ１が正であるときにのみ短絡され、電流は、一方向に８ミリ秒だけ流れのみである。電流は、別の半サイクルにおいては８ミリ秒間流れない。そして、電流は、別の８ミリ秒間などに流れる。リードＬ２が正のときに制御回路のダイオードブリッジ回路の出力が短絡された場合、電力は、同様に流れる。磁気回転子の角度位置に基づいてブリッジの出力の短絡が選択的に達成された場合、連続的なモータ動作が生成される。制御回路におけるダイオードブリッジ整流回路の出力が上述したように磁気回転子の角度位置に基づいて選択的に半サイクルの一部について短絡された場合且つリードＬ１が正であるときにのみ、同期速度よりも速い速度を含むいずれかの所望の速度が達成されることができる。そのようなモータの特性は、入力にパルス電流を印加するＤＣモータと同様である。しかしながら、分相巻線のスイッチングを実現する複数の電力スイッチング部品を有するよりもむしろ、分相巻線回路は、１つの電力スイッチング部品と関連して交流電流がスイッチングを達成することができるという事実を利用する。
【００５２】
図８は、４極分相巻線回路における１８００回転／分（ＲＰＭ）の同期速度における相電流方向の制御の例を示している。同期速度において、制御された相は、ＡＣライン入力と同期される。
【００５３】
図９は、２極分相巻線回路における３６００回転／分（ＲＰＭ）の同期速度における相電流方向の制御を示している。同期速度において、制御された相は、ＡＣライン入力と同期される。
【００５４】
図１０は、分相巻線回路におけるＤＣ電源蓄電コンデンサ充電期間の例を示している。図７の波形との相関に留意されたい。
【００５５】
図１１は、二次コイル１１０４、１１０６及び１つの電力スイッチ１１０８を有する分相巻線回路１１０２を示している。一次分相巻線１１１０、１１１２は、ＤＣ電源に流れることができる電流を制限する。
【００５６】
制御回路１１１４は、入力周波数及び回転子位置のタイミングに基づいて電力スイッチ回路１１１５についてのスイッチングを制御する。制御回路１１１４は、分相巻線回路の起動及び動作を制御する。例えば、制御回路１１１４は、モータが同期モータである場合を含む起動を制御する。制御回路１１１４は、固定子に対する回転子の位置を判定する。制御回路１１１４はまた、モータが同期速度に到達したときなどにモータの動作パラメータを判定するために、回転／分（ＲＰＭ）などの回転子の速度を判定して監視し、回転子の位置及び／又はモータの速度に基づいてモータを制御する。１つの例において、制御回路１１１４は、ホール効果スイッチ及び／又は他の回転判定素子を備えて回転子の位置を判定し、及び／又は、回転カウント素子若しくは速度判定素子を備えて回転子の速度を判定する。
【００５７】
１つの例において、電力スイッチ回路１１１５は、ツェナーダイオード１１１６又は他の電圧レギュレータと電力スイッチ１１０８とを並列に含む。一方、従来のシステムは、他の部品と直列の電力回路を含んでいた。電力スイッチ１１０８は、ツェナーダイオード１１１６と直列ではなく並列であることから、それは常にオンにすることができる。しかしながら、電力スイッチがオフである場合、電流はなおもツェナーダイオードを介して流れることができる。
【００５８】
図１１の回路は、モータが起動するときなどにＤＣ電源に低電圧電力を供給する１つ以上の二次コイル（二次巻線とも称される）１１０４、１１０６を含む。１つ以上の二次コイル１１０４、１１０６はまた、ＤＣ電源に供給される低電源電圧から高周波ノイズをフィルタリングするための高周波ノイズフィルタとして機能する。
【００５９】
二次巻線１１０４、１１０６は、第１及び第２の分相巻線１１１０、１１１２の間に均一に、１つの極に全て、又は、第１及び第２の分相巻線間に不均一、ある二次巻線の巻数又はコイル数が別の二次巻線よりも多いなど、どこにでも分布することができる。
【００６０】
コイルがダイオードブリッジ整流器１１１８を介して回路に接続される方法は、電流がいずれかの時点で一方向のみにコイルに流れるのを可能にする。
【００６１】
このモータ及びコントローラに対して行われている改善は、より信頼性の高いロジック制御回路を可能とするＤＣロジック電源を非常に改善する。二次コイル１１０４、１１０６は、一次コイル１１１０、１１１２としてのモータコイルを使用して変圧器を形成する方法でモータコイルによって巻回される。図１１の例は、２０：１の比を使用している。図１１の例は、モータ一次コイルあたり１０００巻数と、同じ固定子極に巻回される二次コイルあたり５０巻数とを含む。しかしながら、より高い又はより低い他の巻数比が使用されてもよい。一次モータコイル１１１０、１１１２と二次コイル１１０４、１１０６との間の比は、ＡＣ入力電力及び／又はＤＣ電力要件を変化させることができる。この回路は、ラインからの高電圧から全てのＤＣ回路を絶縁するのみならず、電力が入力Ｌ１及びＬ２に印加されたとき制御回路１１１４に対して非崩壊ＤＣ電源を形成する。
【００６２】
電力スイッチ回路１１１５は、ＭＯＳＦＥＴ電力スイッチ１１０８に加えて、全波ブリッジ整流器１１１８を有する。全波ブリッジ整流器１１１８は、負電圧が電力スイッチ１１０８のドレイン（上部）に供給されないことを保証する。全波ブリッジ整流器１１１８はまた、正電圧が電力スイッチ１１０８のソース（下部）に供給されないことを保証する。これにより、電流は、抵抗Ｒ１を介して電力スイッチ１１０８のゲート上の正電圧によってバイアスされると、電力スイッチ１１０８のドレインからソースへと流れることしかできない。同時に、正の整流されたＡＣ電源が電力スイッチ１１０８のドレインに存在するとき、電力スイッチ１１０８は、抵抗Ｒ１を介して同じ電圧信号によりバイアスされる。電力スイッチ１１０８を損傷又は破壊する可能性があまりないことから、ダイオード１１１６は、電力スイッチ１１０８のゲート上のいずれかの電圧が−０．７ＶＤＣよりも大きいことを保証することによって、電力スイッチ１１０８のゲートを保護する。抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣ５は、過渡的又は高周波のノイズをフィルタリングするための「スナバ」として使用される。Ｒ１１及びＣ５は、特にノイズの多い環境において、ＭＯＳＦＥＴ電力スイッチ１１０８のための追加の保護を提供する。
【００６３】
図１２は、二次コイル１１０４、１１０６及び１つの電力スイッチ１１０８を有する分相巻線回路１２０２を示している。図１２の回路は、図１１と同じ電力スイッチ回路と、同じ二次コイル１１０４、１１０６とを含む。さらに、図１２の制御回路１１１４Ａは、同期速度を介して、モータの動作を制御するためのロジック制御回路１２０４と、電力スイッチ回路がオフにされたときに制御するためのロジック制御遮断回路１２０６と、ロジック制御回路及びロジック制御遮断回路にＤＣ電力を供給するための非崩壊ＤＣ電源１２０８とを含む。ロジック制御回路１２０４及びロジック制御遮断回路１２０６は、単一のロジック制御回路として構成されることができる。
【００６４】
１つの実施形態において、分相巻線回路１２０２の１つの目的は、モータがＡＣ電源ライン周波数（例えば、４極モータについて、６０Ｈｚ＝１８００ｒｐｍ及び５０Ｈｚ＝１５００ｒｐｍ）に同期して動作するのを可能とすることである。いずれの制御回路も有さずに、電力スイッチ回路は、コイル対Ｌ１及びＬ２が電力スイッチ回路を介して互いに短絡されているかのように電流が流れるのを可能にする。制御回路は、回転子がライン電圧に比べて適切な位置になるまで、電力スイッチ回路をオフにする。このため、１つの態様において、電力スイッチ回路は、ＡＣ電源ライン電圧について評価される。制御回路部品は、全てロジックレベル電圧（ＶＣＣ）とすることができる。
【００６５】
ロジック電力は、一次モータコイル１１１０、１１１２と同極に巻回された二次コイル１１０４、１１０６によって供給される。二次コイル１１０４、１１０６は、二次電力がロジック電力要件を満たす限り、任意数の極上に巻回されることができる。１つの例において、制御回路は、モータを開始させて同期速度にもたらすために必要とされるだけであり、ロジック制御遮断回路は、任意で、主制御回路を遮断するために含まれる。ロジック制御遮断回路は、任意である。制御回路を遮断することにより、電力スイッチ回路は、モータに対するフルライン電力から、電力スイッチ回路における損失が差し引かれるのを許容する。これは、特にモータが長時間動作する場合に、全体の効率及び部品の寿命を向上させる。
【００６６】
図１３及び図１３Ａは、二次コイル及び１つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。回路は、モータの動作中にＡＣ電源に接続される２つのＡＣ供給ライン入力Ｌ１及びＬ２を有する。
【００６７】
電力スイッチ回路
電力スイッチ回路は、全波ブリッジ整流器ＢＲ１と、ＭＯＳＦＥＴ電力スイッチＱ１とを有する。全波ブリッジ整流器ＢＲ１は、負電圧が電力スイッチＱ１のドレイン（上部）に供給されないことを保証する。全波ブリッジ整流器ＢＲ１はまた、正電圧が電力スイッチＱ１のソース（下部）に供給されないことを保証する。これにより、抵抗Ｒ１を介して電力スイッチＱ１のゲート上の正電圧によってバイアスされたときだけ、電流が電力スイッチＱ１のドレインからソースに流れることができるようにする。正の整流されたＡＣ電源は、電力スイッチＱ１のドレインに存在し、電力スイッチＱ１は、抵抗Ｒ１を介して同じ電圧信号によってバイアスされる。電力スイッチＱ１を損傷又は破壊する可能性があまりないことから、ダイオードＤ５は、電力スイッチＱ１のゲート上のいずれかの電圧が−０．７ＶＤＣよりも大きいことを保証することによって電力スイッチＱ１のゲートを保護する。抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣ５は、過渡的又は高周波のノイズをフィルタリングするための「スナバ」として使用される。Ｒ１１及びＣ５は、特にノイズの多い環境において、ＭＯＳＦＥＴ電力スイッチＱ１のための追加の保護を提供する。
【００６８】
ＤＣ電源
電力がモータに印加され且つ電流がモータ相巻線（モータ一次コイル）を流れるとすぐに、変圧器の動作と同様に二次巻線（二次コイル）上に電力が存在する。二次コイルの電圧値は、入力電圧と、二次コイルに対する一次コイルの巻数比とに直接比例する。図１１における例を使用すると、一次コイルへの入力電圧が１２０ＶＡＣであり且つ一次コイルから二次コイルへの巻数比が２０：１である場合、二次コイルの電圧は、約６ＶＡＣから損失を差し引いた分を算出する。二次コイルからの電力は、二次コイルからＤＣ電源へと直接供給される。全波ブリッジ整流器ＢＲ２は、二次コイルからの低電圧ＡＣ電力を整流する。全波ブリッジ整流器ＢＲ２は、ＤＣ電力要件に基づいて低電力部品にすることができる。
【００６９】
ツェナーダイオードＺ１及びＺ２は、アノードに他のアノードが互いに直列に接続されており、各カソードは、全波ブリッジ整流器ＢＲ２のＡＣ電源入力に接続されている。この方法は、部品の最大定格を超える可能性があるＡＣ電源入力から全波ブリッジ整流器ＢＲ２を保護するために使用される。全波ブリッジ整流器ＢＲ２からの負の出力は、電力スイッチブロックと同じグラウンドにも接続された回路グラウンドに接続されている。全波ブリッジ整流器ＢＲ２からの正の出力は、低ドロップアウトレギュレータＬＤＯ１及びコンデンサＣ１に接続されている。コンデンサＣ１は、低ドロップアウトレギュレータＬＤＯ１の入力への整流されたＡＣ電力信号を平滑化するために設けられている。バイパスコンデンサＣ７は、低ドロップアウトレギュレータＬＤＯ１の出力に使用されることによって、正のＤＣレール（ＶＣＣ）のノイズを低減するのに役立つことができる。また、より大きなコンデンサＣ１０は、低ドロップアウトレギュレータＬＤＯ１の出力に使用されることによって、正のＤＣレールを平滑化し且ついくつかの低電圧状況において電力を確保することができる。Ｃ７及びＣ１０は、必須ではないが、特にノイズの多い環境において、低電圧ＤＣ部品についての信頼性及び保護を追加するために設けられる。
【００７０】
ロジック制御回路／モータコントローラ
ロジック制御回路（モータコントローラ）は、ＡＣ供給ライン入力周波数及び回転子位置のタイミングに基づいて電力スイッチ回路についてのスイッチングを制御する。ＡＣ供給ライン入力周波数のタイミングは、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）Ｑ２及びＱ３並びにダイオードＤ６及びＤ７から構成されるＡＣバッファを使用して検知される。ＡＣバッファ入力に対する電流は、高い値の抵抗Ｒ３によって制限される。ダイオードＤ６は、ＡＣバッファ入力が正のＤＣ電源電圧よりも大きくないことを保証する。ダイオードＤ７は、ＡＣバッファ入力がＤＣ電源のグラウンドを基準として−０．７ボルトより大きいことを保証する。
【００７１】
ＡＣバッファへの入力がロジックハイである場合、ＢＪＴ Ｑ２はバイアスされ、ＡＣバッファの出力もまたロジックハイである。ＡＣバッファへの入力がロジックローである場合、ＢＪＴ Ｑ３はバイアスされ、ＡＣバッファの出力はロジックローである。ＡＣバッファの出力は、コンデンサＣ６及び抵抗Ｒ１３から構成されるフィルタに接続されている。フィルタは必須ではないが、ノイズの多い環境における保護及び信頼性を提供する。
【００７２】
回転子磁極は、ホール効果スイッチＩＣ１を使用して検知される。しかしながら、回転子磁極及び／又は回転子位置を検知するために及び／又は速度を判定するために及び／又は回転子回転数を判定するために、別のスイッチ又は検知装置が使用されてもよい。ホール効果スイッチＩＣ１は、オープンコレクタ出力であり、したがって、正のＤＣレール（ＶＣＣ）への引き込みを必要とする。抵抗Ｒ２は、オープンコレクタ出力のために必要とされる引き込みを提供する。
【００７３】
ホール効果スイッチＩＣ１の出力及びＡＣバッファの出力は、単一の回路ロジックＸＯＲ ＩＣ２を使用して比較される。ＸＯＲ ＩＣ２の出力は、ホール効果スイッチＩＣ１とＡＣバッファとの差異であり、電力スイッチ回路のＭＯＳＦＥＴ電力スイッチＱ１をバイアスする。ホール効果スイッチＩＣ１の出力がロジックローのとき、電力スイッチＱ１は、モータへのＡＣ供給入力Ｌ１が負である場合にのみバイアスされる。ホール効果スイッチＩＣ１の出力がロジックハイであるとき、電力スイッチＱ１は、モータへのＡＣ供給入力Ｌ１が正である場合にのみバイアスされる。モータ起動時において、複数の入力ＡＣサイクルが存在することができ、ＡＣ供給入力Ｌ１からの正のみ又は負のみの入力のいずれかが電力スイッチＱ１を通過する。
【００７４】
電力スイッチＱ１を使用して、波形は、電力スイッチＱ１のドレイン電圧及びゲート電圧がバイアス電圧以上であるときにいずれかの時点で「チョップ」されることができるか又は遮断することができる。例えば、図７を参照されたい。電力スイッチＱ１のゲートは、ＢＪＴＱ４をバイアスすることによってＸＯＲ ＩＣ２の出力がロジックハイである場合にロジックローに保持される。ＢＪＴＱ４がバイアスされると、抵抗Ｒ１から流れるいかなる電流も、電力スイッチＱ１のゲートをバイパスし、電力スイッチＱ１のゲートをそのソースに電気的に接続するコレクタからエミッタへとＢＪＴ Ｑ４を流れ、電力スイッチＱ１を遮断する。
【００７５】
ホール効果スイッチＩＣ１の周波数が入力ＡＣ供給の周波数と一致する場合、モータは、同期して動作している。モータが同期して動作している場合、モータが同期から外れるか又はモータが停止して再起動するまで、制御回路は必要とされない。電圧レギュレータＩＣ３がホール効果スイッチＩＣ１から同期速度以上を検知すると、ＸＯＲ ＩＣ２の出力は、電圧レギュレータＩＣ３のオープンコレクタ出力を介してロジックローに保持される。電圧レギュレータＩＣ３が入力ＡＣ電源の速度未満の速度を検知すると、電圧レギュレータＩＣ３のオープンコレクタ出力はオフになり、ＸＯＲ ＩＣ２の出力に影響を受けないままになる。
【００７６】
この方法は、モータが同期速度で動作しているとき、電力スイッチＱ１がロジック制御によって遮断されないことを保証する。しかしながら、モータが同期速度以下に減速する場合、ロジックコントローラは、起動の場合と同様にモータタイミングを制御する。この方法を使用すると、全体的なモータ効率及び回路における部品の期待寿命を向上させる。
【００７７】
電圧レギュレータＩＣ３のタイミングを設定するために外部部品が使用される。電圧レギュレータＩＣ３が正確なパラメータ内で動作するように、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、１％の許容誤差にすることができる。コンデンサＣ１は、電圧レギュレータＩＣ３のオープンコレクタ出力がオンになるときの周波数を設定するために抵抗Ｒ６及びＲ７と連携して動作する。コンデンサＣ３は、電圧レギュレータＩＣ３における内部充電ポンプのために使用される。電圧レギュレータＩＣ３は、ゼロ電圧交差を有する周波数を検出するのみであることから、コンデンサＣ４は、電圧レギュレータＩＣ３へ入力をＡＣ結合するために使用される。抵抗Ｒ８は、電圧レギュレータＩＣ３の入力でＡＣ結合コンデンサＣ４に対する電流を制限する。
【００７８】
図１４は、２つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。
【００７９】
図１５は、１つの電力スイッチ回路を有する分相巻線回路を示している。
【００８０】
図１６は、直列の２つの電力スイッチを有する分相巻線回路を示している。ダイオードＤ１及びＤ２は、１Ｎ４００３ダイオードであり、ダイオードＤ３及びＤ４は、１Ｎ９１４ダイオードである。トランジスタＱ３及びＱ４は、２Ｎ３９０４である。ＩＣ１は、ホール効果スイッチ／センサである。ダイオードＤ５及びＤ６は、相電流が内部ダイオードの順方向定格電流を超えた場合にスイッチＱ１及びＱ２における内部ダイオード（ｄ１及びｄ２）のための電流容量を増大させるために使用される。コンデンサＣ２及びＣ３は、ホールスイッチ／センサＩＣ１についての素子選択に応じて、ホールスイッチ／センサＩＣ１についての固体３．３ＶＤＣ又は５ＶＤＣ供給を保証するために必要に応じてコンデンサＣ１のための追加の充電時間を追加するために、スイッチＱ１及びＱ２についての「オンにする」遅延を形成するために使用される。従来のシステムにおいては、５ＶＤＣは、ロジックレベル電力ＭＯＳＦＥＴスイッチをオンにするために必要であった。コンデンサＣ２及びＣ３は、１つの実施形態においては任意である。
【００８１】
ダイオードＤ１、Ｄ２、ｄ１及びｄ２は、ホールスイッチ／センサＩＣ１用のＤＣ電源のためにＡＣ電力の整流を行う。
【００８２】
ツェナーダイオードＺＤ１は、ホールスイッチ／センサＩＣ１のＤＣ電源についての電圧レギュレータを提供する。
【００８３】
ＲＬは、ＤＣ電源についての電流制限を提供する。１つの例において、それは、１０ｍＡまで電流をほぼ制限するように設定される。ホールスイッチ／センサＩＣ１は、内部オープンコレクタ出力トランジスタのベース駆動電流を含む、６ｍＡのＤＣ電流を使用する。追加のＤＣ電流は、スイッチＱ３をオンにするために使用され、プルアップ抵抗Ｒ３を介して供給される。スイッチＱ３についてのコレクタからエミッタへの電流並びにスイッチＱ４についてのベース及びコレクタからエミッタへの電流は、ＤＣ電源によって供給されないが、モータ相巻線を流れる電流によって供給される。トランジスタＱ３及びＱ４は、適切な時間で完全に「オフ」にすることを保証することが好ましい。１つの実施形態において、スイッチは、最大動作効率のために適切な時間で完全に「オン」となるか又は飽和する。
【００８４】
図１７は、分相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源へのタップ及び２つの電力スイッチを直列に有する分相巻線回路を示している。
【００８５】
図１８は、２つの電力スイッチを並列に有する分相巻線回路を示している。
【００８６】
図１９は、分相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源へのタップ及び２つの電力スイッチを並列に有する分相巻線回路を示している。
【００８７】
図２０は、非崩壊ＤＣ電源装置を形成するために、一次ＡＣ相巻線２００４及び二次巻線２００６（すなわち、１つ以上の二次コイル）を有する分相巻線回路を有するモータ２００２を示している。図２０のモータにおいて、二次巻線２００６は、全ての極に巻回される。しかしながら、二次巻線２００６は、１極のみ、２極、３極又は別の数の極に巻回されることができる。二次巻線は、図２０のモータ２００２における一次相巻線２００４と直列に接続されている。しかしながら、二次巻線２００６はまた、並列に、又は直列若しくは並列の双方の組み合わせで接続されることができる。図２０のモータは、４極永久磁石同期モータである。モータの同期速度は、６０ＨｚのＡＣで動作するときに１８００ＲＰＭである。
【００８８】
図２１は、１極のみに巻回された非崩壊ＤＣ電源を形成するために、一次ＡＣ相巻線２１０４及び二次巻線２１０６（すなわち、１つ以上の二次コイル）を有する分相巻線回路を有するモータ２１０２を示している。図２１のモータ２１０２は、４極永久磁石同期モータである。モータの同期速度は、６０ＨｚのＡＣで動作するときに１８００ＲＰＭである。
【００８９】
図２２は、非崩壊ＤＣ電源装置を形成するために、タップ付き一次相巻線を有する分相巻線回路を有するモータ２２０２を示している。図２２のモータ２２０２は、４極永久磁石同期モータである。モータの同期速度は、６０ＨｚのＡＣで動作するときに１８００ＲＰＭである。
【００９０】
モータは、４極２２０６−２２１２を有する固定子２２０４と、固定子に面している４つの磁石Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ２２１６−２２２２を有する回転子２２１４とを有する。モータ２２０２は、シャフト（中心円）２２２４及び回転子バックアイアン（シャフトと磁石との間の領域）２２２６を有する。一次分相巻線２２２８、２２３０は、それぞれ、Ｌ１及びＬ２においてＡＣ電源に接続されている。二次巻線２２３２、２２３４は、ＤＣ電源２２３６に接続されている。
【００９１】
図２３は、非崩壊ＤＣ電源を形成するために、分相巻線２３０８、２３１０と電力スイッチ回路２３１２との間に抵抗２３０４、２３０６を有する分相巻線回路２３０２を有するモータを示している。図２３のモータは、４極永久磁石同期モータである。モータの同期速度は、６０ＨｚのＡＣで動作するときに１８００ＲＰＭである。
【００９２】
図２４は、非崩壊ＤＣ電源を形成するために、分相巻線２４０８、２４１０と電力スイッチ回路２４１２との間にツェナーダイオード２４０４、２４０６を有する分相巻線回路２４０２を有するモータを示している。図２４のモータは、４極永久磁石同期モータである。モータの同期速度は、６０ＨｚのＡＣで動作するときに１８００ＲＰＭである。
【００９３】
図２５−図３４の回路は、本願明細書に記載された１つ以上のモータなどの１つ以上のモータによって使用されることができる分相巻線回路を示している。これらの回路は、４つの部分に分割されているモータ用のモータ相巻線を含む。２つのモータの相巻線は、回路のモータ相巻線の半分を形成する。他の２つのモータ相巻線は、回路のモータ相巻線の残りの半分を形成する。モータコントローラ／モータ制御回路からモータ相巻線の各半分における２つのモータ相巻線（コイル）間の接続を追加することにより、モータは、起動のために４つのコイルのうちの２つのみを使用して動作することができる。これは、全体的なモータコイルのインピーダンスを低下させ、これにより電流を増加させ且つトルクを増加させるため、起動のために有益である。電流が上昇することから、効率は、選択された許容可能な割合に又はそれ未満に低減されることができる。分相巻線回路は、いくつかの実施形態において、低入力電圧において起動トルクを供給する。
【００９４】
図２５の回路を参照すると、分相巻線回路２５０２は、４つの分相モータ巻線２５０４−２５１０を有する。２つのモータ相巻線２５０４−２５０６は、回路２５０２のモータ相巻線の半分２５１２を形成し、他の２つのモータ相巻線２５０８−２５１０は、回路のモータ相巻線の残りの半分２５１４を形成する。モータ用のモータコントローラ２５１６は、２つの段を有する。モータコントローラの第１段（段１）２５１８は、分相モータ巻線２５０４−２５１０によって形成される半分２５１２−２５１４の間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」２５２０に配置される。モータコントローラの第２段（段２）２５２２は、分相モータ巻線の半分間の供給ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に配置される。
【００９５】
モータ用のパワーエレクトロニクスは、２つの段を有する。第１の段（段１）の電力スイッチ回路／パワーエレクトロニクス２５２４は、モータ相巻線の半分２５１２を形成する２つの分相モータ巻線２５０４−２５０６の中間点又は中心２５２６（すなわち、「４分の１点」）と、モータ相巻線の半分２５１４を形成する２つの分相モータ巻線２５０８−２５１０の中間点又は中心２５２８（すなわち、「４分の１点」）に配置される。段１の電力スイッチ回路は、第１（Ｌ１）及び第４（Ｌ４）のコイル２５０４、２５１０を活性化する。段１の電力スイッチ回路２５２４は、例えば、１つ以上のＭＯＳＦＥＴ又は他のスイッチなどの１つ以上のスイッチであってもよく、段１のモータコントローラ２５１８によって制御される。
【００９６】
第２段（段２）の電力スイッチ回路／パワーエレクトロニクス２５３０は、分相モータ巻線２５０４−２５１０によって形成される半分２５１２、２５１４の間の供給ライン電圧における「中間点」２５２０に配置されている。段２の電力スイッチ回路２５３０は、第２（Ｌ２）及び第３（Ｌ３）のコイル２５０６−２５０８を活性化する。段２の電力スイッチ回路２５３０は、例えば、１つ以上のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、クワッドソリッドステートリレー（ＱＳＳＲ）又は他のスイッチなどの１つ以上のスイッチであってもよく、段２のモータコントローラ２５１８によって制御される。（例えば、モータコントローラにおいて使用される電子機器についての）直流（ＤＣ）電源２５３２はまた、分相モータ巻線２５０４−２５１０の間、分相モータ巻線の半分２５１２−２５１４の間、及び／又は、モータ相巻線の各半分２５１２、２５１４をそれぞれ形成する２つの分相モータ巻線２５０４−２５０６若しくは２つの分相モータ巻線２５０８−２５１０の中間点又は中心２５２６−２５２８に位置する。
【００９７】
分相巻線回路２５０２は、非崩壊ＤＣ電源を形成するための電圧降下部品又は直接ＤＣ電源駆動部品を含む１つ以上の非崩壊ＤＣ電源部品２５３４、２５３６（ＤＣ電源からのＤＣ電圧が、電力スイッチを流れる電流のスイッチ「オン」抵抗倍に又はそれ未満（ゼロに近い）に低下されるのを防止するための部品）を含む。非崩壊ＤＣ電源部品２５３４、２５３６の例は、ＤＣ電源２５３２に電気的に接続された一次相巻線２５０４−２５１０のうちの１つ以上からのタップと、ＤＣ電源２５３２に電気的に接続された外周一次分相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ４）２５０４及び２５１０からのタップと、電源に電力供給するようにＤＣ電源に接続された二次相コイル巻線と、外側一次分相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ４）２５０４及び２５１０からＤＣ電源２５３２まで電気的に接続された二次相コイルと、分相巻線と電力スイッチ回路のうちの１つ以上との間の抵抗と、第１及び第２の分相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ２）の間の１つ以上の抵抗と、第３及び第４の分相巻線（コイルＬ３及びコイルＬ４）２５０６及び２５０８の間の１つ以上の抵抗と、ここで、ＤＣ電源は、一方の側において第１及び第２の分相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ２）の間の一つに及び他方の側において第３及び第４の分相巻線（コイルＬ３及びコイルＬ４）の間の一つに電気的に接続されている、分相巻線と電力スイッチ回路のうちの１つ以上との間の１つ以上のツェナーダイオードと、第１及び第２の分相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ２）の間の１つ以上のツェナーダイオード及び第３及び第４の分相巻線（コイルＬ３及びコイルＬ４）の間の１つ以上のツェナーダイオードと、ここで、ＤＣ電源は、一方の側において第１及び第２の分相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ２）の間の一つに及び他方の側において第３及び第４の分相巻線（コイルＬ３及びコイルＬ４）の間の一つに電気的に接続されている、（例えば、上記１つ以上の抵抗又はダイオードの代わりに）分相巻線と電力スイッチ回路のうちの１つ以上との間の不飽和半導体又は他の抵抗部品とを含み、電力スイッチ回路における電力スイッチがオンであり且つ導通しているときにＤＣ電源が崩壊するのを防止するように、抵抗は、大幅な電圧降下を形成するのに十分高く、且つ、この電圧降下は、スイッチが「オン」であるときのＤＣ電源又は他の部品に一次分相巻線と電力スイッチ回路の１つ以上との間の電圧降下を形成させる。したがって、分相巻線回路２５０２は、電力スイッチ回路がオンであり且つ導通しているか又はオフであり且つ導通していないかにかかわらず、電力の一定の流れを提供する。
【００９８】
図２６及び図２７は、ＤＣ電源に電力を供給して非崩壊ＤＣ電源（ＤＣ電圧が、電力スイッチを通る電流のスイッチ「オン」抵抗倍に又はそれ未満（ゼロに近い）まで低下しないＤＣ電源）を形成するように、ＤＣ電源に電気的に接続された１つ以上の二次コイル（二次巻線とも称される）を有する分相巻線回路２６０２及び２７０２の例を示している。１つ以上の二次コイルは、モータの起動時などにＤＣ電源２６３２に低電圧電力を供給する。１つ以上の二次コイルはまた、ＤＣ電源に供給される低電力電圧から高周波ノイズをフィルタリングするための高周波ノイズフィルタとして機能する。
【００９９】
図２６を参照すると、分相巻線回路２６０２は、４つの分割モータ相巻線２６０４−２６１０を有する。２つのモータ相巻線２６０４−２６０６は、回路２６０２のモータ相巻線の半分２６１２を形成し、他の２つのモータ相巻線２６０８−２６１０は、回路のモータ相巻線の残りの半分２６１４を形成する。モータ用の制御ロジック／モータコントローラ２６１６は、２つの段を有する。モータコントローラの第１段（段１）２６１８は、分相モータ巻線２６０４−２６１０によって形成される半分２６１２−２６１４の間の電源ライン電圧における「中間点」又は「中心点」２６２０に配置される。モータコントローラの第２段（段２）２６２２は、分相モータ巻線によって形成される半分の間の電源ライン電圧における「中間点」又は「中心点」に同様に配置される。
【０１００】
モータ用のパワーエレクトロニクスは、２つの段を有する。第１の段（段１）の電力スイッチ回路／パワーエレクトロニクス２６２４は、モータ相巻線の半分２６１２を形成する２つの分相モータ巻線２６０４−２６０６の中間点又は中心２６２６（すなわち、「４分の１点」）と、モータ相巻線の半分２６１４を形成する２つの分相モータ巻線２６０８−２６１０の中間点又は中心２６２８（すなわち、「４分の１点」）に配置される。段１の電力スイッチ回路２６１８は、第１（Ｌ１）及び第４（Ｌ４）のコイル２６０４、２６１０を活性化する。段１の電力スイッチ回路２６２４は、例えば、１つ以上のＭＯＳＦＥＴ又は他のスイッチなどの１つ以上のスイッチであってもよく、段１のモータコントローラ２２１８によって制御される。１つの例において、段１の電力スイッチ回路２６１８は、１つ以上のツェナーダイオード又は他の電圧レギュレータと電力スイッチとを並列に含む。一方、従来のシステムは、他の部品と直列の電力回路を含んでいた。電力スイッチは、１つ以上のツェナーダイオードと直列ではなく並列であることから、それは、常にオンにすることができる。しかしながら、電力スイッチがオフである場合、電流はなおもツェナーダイオードを介して流れることができる。
【０１０１】
第２段（段２）の電力スイッチ回路／パワーエレクトロニクス２６３０は、分相モータ巻線２６０４−２６１０の半分２６１２、２６１４の間の供給ライン電圧における「中間点」２６２０に配置されている。段２の電力スイッチ回路２６３０は、内部一次分相巻線（第２のコイルＬ２及び第３のコイルＬ３）２６０６及び２６０８に電気的に接続されており、段２の電力スイッチ回路は、第２のコイル（Ｌ２）及び第３のコイル（Ｌ３）を活性化する。段２の電力スイッチ回路２６３０は、例えば、１つ以上のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、クワッドソリッドステートリレー（ＱＳＳＲ）又は他のスイッチなどの１つ以上のスイッチであってもよく、段２の電力スイッチ回路２６１８によって制御される。
【０１０２】
図２６の１つの例において、分相巻線回路２６０２は、モータがオンで同期速度であるとき、段１のモータコントローラ２６１８などのＤＣ電子機器のうちの１つ以上をオフにすることができる。それゆえに、段１のモータコントローラ２６１８は、モータの速度を判定し、モータが同期速度であるか否かを判定する。例えば、１８００ＲＰＭは、４つの固定子極（２つの北固定子極及び２つの南固定子極）を有するモータについての同期速度とすることができる。全ての半ＡＣサイクルにおいて、電力は、磁極の一方に供給される。したがって、４つの磁極に電力を供給するために２サイクルを要する。それゆえに、モータがラインＡＣに同期されている場合、同期速度は、１８００ＲＰＭである。同様に、８極固定子についての同期速度は、９００ＲＰＭであろう。
【０１０３】
（例えば、モータコントローラにおいて使用される電子機器についての）直流（ＤＣ）電源２６３２はまた、分相モータ巻線２６０４−２６１０の間、分相モータ巻線の半分２６１２−２６１４の間、及び／又は、モータ相巻線の各半分２６１２、２６１４を構成する２つの分相モータ巻線２６０４−２６０６若しくは２つの分相モータ巻線２６０８−２６１０の中間点又は中心２６２６−２６２８に位置する。一次分相巻線２６０４−２６１０は、ＤＣ電源２６３２に流れることができる電流を制限し、それにより、電力を浪費する電流制限部品の必要性をなくす。
【０１０４】
図２６の分相巻線回路２６０２は、非崩壊ＤＣ電源（ＤＣ電圧が、電力スイッチを通る電流のスイッチ「オン」抵抗倍に又はそれ未満（ゼロに近い）まで低下しないＤＣ電源）を形成するように、外側一次分相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ４）２６０４及び２６１０からＤＣ電源２６３２まで又はそれらの間に電気的に接続された二次コイル２６３４、２６３６（二次巻線又は二相巻線とも称される）を含む。二相巻線のコイル２６３４、２６３６は、モータの起動時などにＤＣ電源２６３２に低電圧電力を供給する。１つ以上の二次コイル２６３４、２６３６はまた、ＤＣ電源２６３２に供給される低電力電圧から高周波ノイズをフィルタリングするための高周波ノイズフィルタとして機能する。二次コイル２６３４、２６３６は、第１及び第４の分相巻線２６０４、２６１０の間に均一に、第１、第２、第３及び第４の分相巻線２６０４−２６１０のうちの１つ以上に、１つの極に全て、又は、第１及び第２の分相巻線間に不均一に、ある二次巻線における巻数又はコイル数が別の二次巻線よりも多いなど、どこにでも分布することができる。
【０１０５】
図２７は、図６の分相巻線回路２６０２と同様の分相巻線回路２７０２を示している。しかしながら、図２７の分相巻線回路２７０２は、段１の電力スイッチ回路２６２４Ａについてのフルブリッジ整流器、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、及びダイオードを示している。分相回路２７０２はまた、分相巻線（コイル）２６０４Ａ−２６１０Ａについては４３５巻、３０ＡＷＧ、及び、二次コイル２６３４Ａ−２３３６Ａについては７０巻、３０ＡＷＧを含むいくつかの部品についての特定の値を示している。
【０１０６】
図２６及び図２７をさらに参照すると、１つの態様において、段１の電力スイッチ回路２６３０は、起動時にのみ動作可能である。モータが同期速度に到達すると、制御ロジック／モータコントローラ２６１６は、段１の電力スイッチ回路２６２４をオフにし、段２の電力スイッチ回路２６３０をオンにする。段１のモータコントローラ２６１８は、回転子位置に基づいて電流がコイルを流れる方向を制御する。１つの例において、より正確なスイッチング時間は、起動のための因子である。段２の電力スイッチ回路２６３０は、オン又はオフし、電流方向を判定するために回転子位置を使用しない。
【０１０７】
図２６及び図２７の例に示されるように、段１の電力スイッチ回路２６２４は、回路の一方側２５１２において外側相巻線（コイルＬ１）２５０４と内側相巻線（コイルＬ２）２５０６との間に及び回路の一方側２５１４において他の外側相巻線（コイルＬ５）２５１０と他の内側相巻線（コイルＬ３）２５０８との間に接続されている。段１の電力スイッチ回路２６２４は、２つの外側相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ４）２６０４、２６１０についての電流経路を完成する。相巻線２６０４、２６１０は、モータ用途の必要性に合わせていくつかの異なる方法で構成されることができる。段１の電力スイッチ回路２６２４はまた、起動トルク及び電力要件に合わせて、相巻線２６０４−２６１０のうちの３つに又は相巻線のうちの単に１つに通電するように構成されることができる。
【０１０８】
段１の電力スイッチ回路２６２４がオフになり且つ段２の電力スイッチ回路２６３０がオンになると、４つ全ての相巻線２６０４−２６１０についての電流経路は完成する。段２の電力スイッチ回路２６３０は、起動時において段１の電力スイッチ回路２６２４よりも遅いスイッチング速度を有することから、段２の電力スイッチ回路についてリレー又はソリッドステートリレーなどの部品が使用されることができ、ＭＯＳＦＥＴのような電力スイッチが段２の電力スイッチ回路に使用される場合よりも少ない部品しか必要としない。
【０１０９】
低コストが目標である場合、安価なディスクリート部品を使用した等価回路を構築することが有益であるかもしれない。以下に記載される回路の１つにおいて、ディスクリート部品を使用することは、電圧範囲、電流範囲、両端電圧降下、及びスイッチング速度において良好に機能する。また、同じ電力要件を満たすソリッドステートリレーと同等以下のコストで構築されることができる。
【０１１０】
図２８及び図２９は、段１及び段２の電力スイッチ回路についての能動素子の例を示している。段１（起動）について、段１の電力スイッチ回路２６０２Ａについての能動素子が図２８に示されており、全波ブリッジ整流器２８０２及びＭＯＳＦＥＴ２８０４を含む。段１の電力スイッチ回路２６０２Ａはまた、ＭＯＳＦＥＴ２８０４と並列にツェナーダイオード２８０６を有する。電流は、ＭＯＳＦＥＴ２８０４がオン及びオフのときにツェナーダイオード２８０６を流れる。段１についての相巻線（コイル）２６０４Ａ、２６１０Ａは、モータが平衡して動作するように全波ブリッジ整流器２８０２に接続されている。２つの隣接する相巻線（コイル）に電力供給することは、一方側にとっては回転子を引くことが困難であることがあり、それが回路、モータ構造又はその双方への過度の応力を引き起こす可能性がある。極が巻回される方法及び極が回転子と整列する方法に応じて、ほとんどのトルクが起動時に存在していることから、起動のために異なるコイルを構成する必要があることがある。最高のモータトルクにおいて非平衡構成で接続された相巻線（コイル）は、回路、モータ構造又はその双方への過度の応力を引き起こす可能性がある。段２について、段２の電力スイッチ回路２６３０Ａについての能動素子が図２９に示されており、ＳＳＲ又はＱＳＳＲを含む。しかしながら、他のリレー又は他のスイッチが使用されてもよい。
【０１１１】
図３０Ａ−図３０Ｂは、概略的な形態でモータについての分相巻線回路３００２、３００２Ａの別の例を示している。回路は、モータの動作中にＡＣ電源に接続される、２つのライン入力ＬＩ１又はＬｉｎｅ＿ｉｎ１、及びＬＩ２又はＬｉｎｅ＿ｉｎ２を有する。図２５−図２９の回路と同様に、図３０Ａ−図３０Ｂの回路は、回路のモータ相巻線の半分３００４を形成する２つのモータの相巻線Ｌ１、Ｌ２と、回路のモータ相巻線の残りの半分３００６を形成する２つのモータの相巻線Ｌ３、Ｌ４とを有する４つの部分に分割モータ相巻線を含む。
【０１１２】
それはまた、電源に電力を供給し且つ非崩壊ＤＣ電源（ＤＣ電圧が、電力スイッチを通る電流の、スイッチ「オン」抵抗倍に又はそれ未満（ゼロに近い）まで低下しないＤＣ電源）を形成するように、ＤＣ電源に電気的に接続された１つ以上の二次相コイル巻線Ｌ１−１、Ｌ４−１（図３０Ａ）又はＬ１−１、Ｌ３−１（図３０Ｂ）を含む。１つ以上の二次相巻線（コイル）（二次巻線とも称される）は、モータの起動時などにＤＣ電源に低電圧電力を供給する。１つ以上の二次相巻線（コイル）はまた、ＤＣ電源に供給される低電源電圧からの高周波ノイズをフィルタリングするための高周波ノイズフィルタとして機能する。二次巻線は、第１（Ｌ１）及び第４（Ｌ４）の分相巻線間に均一に、１つの極に全て、又は、第１（Ｌ１）及び第４（Ｌ４）の分相巻線間に不均一に、ある二次巻線における巻数又はコイル数が別の二次巻線よりも多いなど、どこにでも分布することができる。二次巻線は、第１（Ｌ１）、第２（Ｌ２）、第３（Ｌ３）及び第４（Ｌ４）の分相巻線のいずれかの間に均一に又は不均一になど、どこにでも分布することができる。
【０１１３】
段１の電力スイッチ回路
電力スイッチブロックは、全波ブリッジ整流器ＢＲ１及びＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を有する。全波ブリッジ整流器ＢＲ１は、抵抗Ｒ１又は別個のゲート駆動回路を介してＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲート上の正電圧によってバイアスされたときに、電流がＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のドレインからソースにのみ流れることができるように、負電圧がＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のドレイン（上部）に供給されないことを保証するとともに、正電圧がＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のソース（下部）に供給されないことを保証する。図３１の例において、正の整流されたＡＣ電圧がＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のドレインに存在すると同時に、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、抵抗Ｒ１を介して同じ電圧信号によってバイアスされる。ダイオードＤ１は、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を損傷又は破壊又は劣化させる可能性があまりないことから、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲート上のいずれかの電圧が−０．７ＶＤＣよりも大きいことを保証することによって、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲートを保護する。上述した例において、ゲートは、基本的にドレイン電圧によって駆動される。上記種類の構成において、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１が通電されたとき、それは、ゲート駆動信号を崩壊させ、ドレインからソースへの最高抵抗（Ｒｄｓ（ｏｎ））であるかのようにＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を動作させる。抵抗が高いことから、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１にわたる電圧降下もまた高く、電源から分相モータ巻線（コイル）（Ｌ１−Ｌ４）へと直接とられる。単純なゲート駆動回路を追加すると、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲートに対する電圧を増加させ、Ｒｄｓ（ｏｎ）を減少させる。本願明細書に記載されるディスクリート部品を使用したゲートドライバの１つの例が図３２に示されている。抵抗Ｒ１及びＲ１２、ツェナーダイオードＺ１並びにダイオードＤ１及びＤ２は、単純なゲートドライバを構成する。
【０１１４】
再度図３０Ａ−図３０Ｂを参照すると、コンデンサは、ＤＣ電圧レベルを保持するのに役立つようにＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲートからＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のソースまで接続されることができる。ゲートドライバの入力は、分相モータ巻線（コイル）の反対側に接続されていることから、（電圧Ｌｉｎｅ ｉｎ）／（アクティブコイルの数）にほぼ等しい電圧差がある。図３２の例において、Ｌｉｎｅ Ｉｎが１２０ＶＡＣである場合、同じ値を有する２つのアクティブコイルがあることから、ゲートドライバの入力における電圧は、それぞれ、約１２０／２＝６０ボルトである。
【０１１５】
ツェナーダイオードＺ１は、より高い電圧を調整し、正常動作のＭＯＳＦＥＴの範囲内の値としなければならない。ツェナーダイオードＺ１は、ツェナーダイオードの定格電圧に等しい電圧量を調整する。定格ツェナーダイオード電圧よりも高い電圧は、ツェナーダイオードにわたって降下する。ツェナーダイオードＺ１は、電圧レギュレータとして機能することができる。この場合、電圧は、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１の動作電圧範囲内であるように調整される。
【０１１６】
図３１の例のような構成において、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１にわたる電圧降下は、約５ボルトとすることができるか又はＭＯＳＦＥＴ Ｑ１をバイアスし続けるのにちょうど十分であり得る。図３２の例において、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１にわたる電圧降下は、１ボルト未満とすることができる。
【０１１７】
段２の電力スイッチ回路
段２の電力スイッチ回路の目的は、可能な限り最も効率的な方法でモータが動作することである。段２は、１入力サイクル内でオフ及びオン、又はオン及びオフに切り替えるためにほとんど必要とされないことから、非常に簡便に動作するように設計されることができる。段１の制御ロジック／モータコントローラから必要とされる唯一の入力は、同期遮断入力ＳＹＮＣ ＳＤである。ＳＹＮＣ ＳＤ入力は、そのゲートをそのソースに引き込むことによって段１のＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を遮断するために使用される。ＳＹＮＣ ＳＤ入力はまた、モータ速度が入力周波数に同期して動作している限り、段２の電力スイッチ回路をオンにするために使用される。図３０Ａ−図３０Ｂにおける回路例において、ＳＹＮＣ ＳＤ入力は、起動用のロジックハイである。ピン１における電圧レギュレータＩＣ２への入力における周波数のサイクル時間が、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ７によって設定された時定数に一致する場合、ＳＹＮＣ ＳＤ入力は、ロジックロー及びオープンコレクタ出力に引き込まれる。同期速度が電圧レギュレータＩＣ２によって検知される限り、ＳＹＮＣ ＳＤ入力は、ロジックローである。モータが重く装填される場合又はモータが「同期から外れた」いくつかの他の理由のために、ＳＹＮＣ ＳＤ入力は、ロジックローからロジックハイに戻るように切り替える。同期速度が検知されるまで、段２（例えば、段２の電力スイッチ回路）は遮断し且つ段１（例えば、段１の電力スイッチ回路）は動作する。段１は、動作するためにＳＹＮＣ ＳＤ入力においてロジックハイを必要とし、且つ、段２は、動作するためにＳＹＮＣ ＳＤ入力においてロジックローを必要とすることから、段１及び段２は、図３０Ａ−図３０Ｂの例において同時に通電されることはできない。
【０１１８】
図３３は、絶縁された入力、トライアック出力、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）ＳＳＲ１を使用する段２の電力スイッチ回路のバージョンを示している。この構成は、２つの部品のみを必要とする。ＳＳＲ入力ＬＥＤのアノードは、電流制限抵抗Ｒ２を介して正電圧ＶＣＣに接続されている。ＳＳＲ入力ＬＥＤのカソードは、ＳＹＮＣ ＳＤ入力に接続されている。ＳＹＮＣ ＳＤ入力がロジックローに切り替わると、電流経路は、入力ＬＥＤを介して完成し、ＳＳＲはオンになる。同様に、ＳＹＮＣ ＳＤ入力がロジックハイであるとき、入力ＬＥＤを通る電流経路はなく、ＳＳＲはオフになる。
【０１１９】
図３４は、ディスクリート部品を使用して電力スイッチ回路のＳＳＲを置き換える回路を示している。図３４の回路は、段１の電力スイッチ回路と非常に類似して動作する。１つの差異は、高い値の抵抗Ｒ１４がスイッチＱ２のドレインとスイッチＱ６のベースとの間に接続されていることから、電力スイッチ回路が段２について常時オフであるということである。スイッチＱ２のドレインに正電圧が存在する場合、スイッチＱ６は通電され、これによりスイッチＱ２のゲートがそのソースに短絡し、スイッチＱ２がオフになる。他の差異は、アイソレータＩＳＯ１を介した電力スイッチ回路への絶縁入力である。アイソレータＩＳＯ１への入力は、前述したＳＳＲ（ＳＳＲ１）への入力と同じように動作し、出力はオープンコレクタである。ＳＹＮＣ ＳＤ入力がロジックローに切り替わると、アイソレータＩＳＯ１の出力は通電され、スイッチＱ６のベースがそのエミッタに切り替わり、スイッチＱ６がオフになる。スイッチＱ６がオフである場合、スイッチＱ２のゲートに閾値以上の正電圧がある場合にはスイッチＱ２が動作する。別の差異は、段２の電力スイッチ回路が高速スイッチングを必要としないことから、コンデンサＣ２が高い値とすることができるということである。コンデンサＣ２の値を大きくすると、ゲート駆動回路（ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ６）からなるより簡便なバージョンを可能とする。
【０１２０】
当業者は、上記開示された特定の実施形態からの変形形態が本発明によって意図されることを理解するであろう。本発明は、上記実施形態に限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって評価されるべきである。
【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１３Ａ】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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