(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧で多相モータを駆動するステップと、
選択した位相の駆動電圧がほぼゼロであるときのみ、該モータの選択した位相の逆起電力をサンプリングして、モータロータの位置誤差を決定するステップとを含み、
前記駆動電圧が、ほぼ正弦、又は、ほぼ台形である方法。
【請求項２】
所望のロータ角速度と、前記駆動電圧の周波数から推測されるロータ速度との間の差に相当する速度制御信号を生成するステップと、
前記速度制御信号に従って前記駆動電圧の振幅を変化させるステップとを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記多相モータが埋め込み型医療用具の構成要素である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記医療用具が心臓補助ポンプである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記モータがブラシレスＤＣモータである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記モータが三相ブラシレスＤＣモータである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
サンプリング中に、前記選択した位相の駆動電圧がゼロを通過する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
サンプリング中に、前記選択した駆動電圧がゼロを通過しない請求項１に記載の方法。
【請求項９】
サンプリングした逆起電力に従って前記モータの整流を制御するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
サンプリングした逆起電力に従って駆動電圧の周波数を変化させるステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
所望のロータ角速度と、前記逆起電力の周波数から推測されるロータ速度との間の差に相当する速度制御信号を生成するステップと、前記速度制御信号に従って前記駆動電圧の振幅を変化させるステップとを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ブラシレスＤＣモータと、
該モータの選択された位相のサンプリングされた逆起電力（ｅｆｍ）に従ってその位相に対して整流制御信号を与える整流制御部とを具備して成り、
選択された位相の対応する駆動電圧がほぼゼロであるときのみ位相の逆起電力がサンプリングされ、また、前記ブラシレスＤＣモータの駆動電圧の周波数が前記整流制御信号に従って変更される、装置。
【請求項１３】
前記駆動電圧がほぼ正弦である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記駆動電圧がほぼ台形である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
サンプリングされた逆起電力が、モータロータの指示された角速度に対して正規化される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記駆動電圧の周波数から推測されるロータ角速度と、指示された角速度との間の差に従って速度制御信号を与える速度制御部を更に含み、前記駆動電圧の振幅が前記速度制御信号に従って変更される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記逆起電力の周波数から推測されるロータ角速度と、指示される角速度との間の差に従って速度制御信号を与える速度制御部を更に含み、前記駆動電圧の振幅が前記速度制御信号に従って変更される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
インバータと、
該インバータに駆動波形を与える波形生成部とを更に含み、
該駆動波形の周波数が整流制御信号に従って変化し、該インバータが駆動波形と同一の周波数で駆動電力を与える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
ブラシレスＤＣモータと、
該モータの選択された位相のサンプリングされた逆起電力（ｅｆｍ）に従ってその位相に対して整流制御信号を与える整流制御部であって、前記選択された位相の対応する駆動電圧がほぼゼロであるときのみ該位相の逆起電力がサンプリングされ、また、前記ブラシレスＤＣモータの駆動電圧の周波数が前記整流制御信号に従って変更される、整流制御部と、
前記逆起電力の周波数から推測されるロータ角速度と、指示される角速度との間の差に従って速度制御信号を与える速度制御部であって、前記駆動電圧の振幅が速度制御信号に従って変更される、速度制御部とを具備する装置。
【請求項２０】
ブラシレスＤＣモータと、
該モータの選択された位相のサンプリングされた逆起電力（ｅｆｍ）に従ってその位相に対して整流制御信号を与える整流制御部であって、前記選択された位相の対応する駆動電圧がほぼゼロであるときのみ該位相の逆起電力がサンプリングされ、また、前記ブラシレスＤＣモータの駆動電圧の周波数が前記整流制御信号に従って変更される、整流制御部と、
前記駆動電圧の周波数から推測されるロータ角速度と、指示される角速度との間の差に従って速度制御信号を与える速度制御部であって、前記駆動電圧の振幅が速度制御信号に従って変更される、速度制御部と、
パルス幅変調インバータと、
該インバータに駆動波形を与えるプログラマブル波形生成部であって、該駆動波形の周波数が前記整流制御信号に従って変化し、また、前記インバータが前記駆動波形と同一の周波数で前記駆動電圧を与える、プログラマブル波形生成部とを具備する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、埋め込み型医療用具の分野に関する。特に本発明は、モータ駆動埋め込み型医療用具の用途における雑音および振動の減少に関する。
【０００２】
（発明の背景）
慢性的心機能不全の長期間の処置として、補助人工心臓などの埋め込み型医療用具が開発されている。このような機器は、血液を移動させるポンプ機構を必要とする。用途の性質上、ポンプ機構の信頼性は高くなければならない。患者の快適さも重要な考慮すべき事柄である。
【０００３】
電気ポンプ機構は一般に、ブラシレスＤＣモータなどのモータに依存している。ブラシレスＤＣモータは、磨耗しやすいブラシおよびスリップリングが無いため、埋め込み用途において保守上の利点がある。しかしながら、これらの機械的な整流構成要素が無いために、駆動エレクトロニクスによって整流を電気的に行わなければならない。適切な整流を行うためには、モータのロータの機械的角度を決定する必要がある。一般に、速度制御も好ましい。
【０００４】
三相モータのモータ駆動制御の１つの方法として、六段階駆動と呼ばれるものがある。六段階駆動では、各モータ位相に対して、駆動電圧として方形波を与える。ある種の六段階駆動では、位相ロックループを使用して、逆起電力ゼロ交差周波数（ｂａｃｋ  ｅｍｆ  ｚｅｒｏ  ｃｒｏｓｓｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）によって表される回転速度と指示された回転速度との間の誤差を生成する。そして、この誤差信号を使用して、モータ駆動電圧を制御する。
【０００５】
別のタイプの六段階駆動では、逆起電力ゼロ交差を使用して、整流シーケンサ回路に適切な遅延を与える。一般に、この方法では、各モータ巻線にセンタータップが必要となる。センタータップは、ポンプからコントローラまで繋ぐ必要のあるリード線を別途使用するので、医療用の埋め込み用途においては望ましくない。一般に、六段階駆動逆起電力感知の両方法では、整流期間の大部分において回路となるモータの位相が必要となり、また電気切替雑音による誤起動が生じることが多い。
【０００６】
六段階駆動制御の別の欠点は、駆動電圧の「オン−オフ」性質である。三相モータの用途では、例えば、六段階駆動は一度に２つの位相のみ動力を供給する。駆動電圧波形のステッピングの性質により、高調波および電磁雑音が生じる。また、駆動電圧のステッピングの性質によって、トルクリップルが発生してしまう。これらの効果により、医療用の埋め込み用途では望ましくない音響雑音と振動が生成される。
【０００７】
別のモータ駆動システムでは、モータ位相に対して正弦駆動電圧を使用する。正弦駆動電圧は、トルクリップルを大きく減少させるので、音響および雑音特徴が向上する。一般に、適切なモータ制御には、ロータの角位置に関する情報が必要である。
【０００８】
ロータ位置情報は、例えばホール効果センサなどのセンサや、エンコーダまたは分解器を使用することによって表される。しかし、医療用の埋め込み用途で別のセンサを使用すると、装置のコスト上昇、複雑性、破損点につながるので、望ましくない。別の方法では、モータの状態をサンプリングし、数学的モデルからロータの位置を推測する。この方法の欠点として、モデルにおいて誤差、製造許容誤差によるモデルの変化、またシステムの電気雑音が生じ易い。
【０００９】
（発明の開示）
位置のシステムおよび方法の制限を考慮して、埋め込み型医療用具用途における多相モータを制御する方法および装置が提供される。一実施例において、多相モータはブラシレスＤＣモータである。様々な実施において、正弦または台形の駆動電圧を使用する。方法は、選択した位相の駆動電圧がほぼゼロであるときに、モータの選択した位相の逆起電力（ｂａｃｋ  ｒｍｆ）をサンプリングするステップを含む。様々な実施例において、サンプリング期間は、選択した位相の駆動電圧のゼロ交差にまたがってもよいし、あるいはまたがらなくてもよい。サンプリングされた逆起電力により、ロータの位置誤差を示す誤差信号が与えられる。一実施例において、サンプリングされた逆起電力はロータの指示された角速度に対して正規化され、モータロータの位置誤差に対してのみ比例する誤差信号を与える。誤差信号は、整流制御のための、駆動電圧の周波数を制御するフィードバックとして与えられる。速度制御では、指示された角速度と駆動電圧の周波数から推測される角速度との間の差に相当する速度制御信号が生成される。速度制御信号は、駆動電圧の振幅を制御するためのフィードバックとして与えられる。
【００１０】
装置は、ブラシレスＤＣモータおよび整流制御部を含んでいる。整流制御部は、モータの選択された位相のサンプリングされた逆起電力に従って、その位相に対する整流制御信号を与える。逆起電力は、対応する選択された位相駆動電圧がほぼゼロのときのみ、サンプリングされる。ブラシレスＤＣ駆動電圧の周波数は、整流制御信号に従って変化させられる。一実施例においては、逆起電力は、指示されたロータ角速度に対して正規化される。速度制御により、指示された角速度と駆動電圧の周波数から推測される角速度との間の差に相当する速度制御信号が生成される。
【００１１】
本発明の他の特徴および効果は、添付図面および以下の詳細な説明により明らかとなるであろう。
本発明は例によって明らかとなり、添付図面の形態を制限するものではない。
図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示す。
【００１２】
（詳細な説明）
一般に、従来のＤＣ（直流）モータは、磁束を確立するための永久磁石を含むフィールドシステムを有している。整流器を使用して、アーマチュアの複数のコイルまたは巻線に電流を送る。整流器は、電源に接続されている複数のブラシに接している。整流器により、モータのロータを回転させるトルクを生成するよう、巻線に電流が送られる。ロータが回転すると、整流器は電流分布を変化させて、トルクを維持する。一般に、従来のＤＣモータの整流は、スリップリングおよびブラシを使用することにより機械的に行われる。
【００１３】
ブラシレスＤＣモータは、ブラシ、スリップリング、また他の機械的整流器が無いことから、従来のＤＣモータと区別される。ブラシレスＤＣモータの整流は、機械的ではなく電気的に行われる。ブラシレスＤＣモータは、ブラシレス永久磁石（ＰＭ）モータ、またはＡＣ（交流）サーボモータとも呼ばれる。「ＤＣ」という用語は、モータの速度が、駆動電圧の周波数ではなく駆動電圧への変換の前のＤＣバス電圧の関数であるということを表すために使用される。一般に、永久磁石はモータのロータに取り付けられ、また電流搬送巻線はモータ（すなわちステータ）の固定部分に形成される。ブラシや他の機械的構成要素を削除することで、通常運転中のこれらの構成要素の劣化による故障の危険が減少する。
【００１４】
ブラシレスＤＣモータに対して整流を行う１つの方法では、ロータの機械的角度を検出するセンサを使用する。分解器、エンコーダ、ホール効果センサは、ロータの機械的角度を決定するために使用する機器の例である。これらの機器により、モータ制御システムに他の電気的または機械的構成要素が別途使用されることになり、そのため医療用の埋め込み用途において望ましくない破損点が更に生じてしまう。
【００１５】
ブラシレスＰＭモータに対して整流を行う別の方法では、モータ自身によって生成される逆起電力（ｅｍｆ）を感知する。この技術は、ロータの位置を決定するために別途センサを設ける必要がないので、センサレスと呼ばれる。逆起電力は、モータ制御のフィードバックとして機能する。
【００１６】
一般に、ブラシレスＤＣモータは多相モータである。ｎ相に対して、駆動電圧はｎ相から成り、それぞれ隣接する位相から２π／ｎずれている。逆起電力は、位相ｎの数、モータ極の数、およびロータの角速度の関数である。一般に、逆起電力は、ロータの角速度とモータの幾何配置に依存する周波数を有する正弦である。逆起電力の振幅は、ロータの角速度の関数である。選択された位相の逆起電力は、モータの選択された位相の開路電圧を測定することにより、測定される。
【００１７】
図１は、多相ブラシレスＤＣモータによって生成される逆起電力（ＢＥＭＦ）の一実施例を示す。特に、三相モータ１５０の逆起電力１００は、複数の正弦波形１１０、１２０、１３０（１２０°分離）として示され、それぞれ選択されたモータ位相の逆起電力に相当する。選択された位相の電気角度とロータの機械的角度との間の関係は、モータの幾何配置に依存する。
【００１８】
一般に、Ｙ字型接続巻線を有する三相モータ１５０は、共通接続部１５８を有する３つのコイル１５２、１５４、１５６としてモデル化される。それぞれの選択された位相の逆起電力は、共通接続部１５８とコイルの他端との間で測定される（すなわち、ノードＶ１、Ｖ２、Ｖ３）。あるいは、位相１５２、１５４、１５６全体を直接サンプリングする代わりに、ノードＶ１、Ｖ２、Ｖ３における電圧をノード１５８における電圧に対して既知の関係を有する基準電圧と比較することができる。この方法では、リードを別途設ける必要がないので、医療用の用途においては好ましい。
【００１９】
一実施例において、ブラシレスＤＣモータは、多相正弦駆動電圧によって駆動される。図２は、モータの選択された位相に印加される正弦駆動電圧２１０と、その位相の対応する逆起電力２２０との間の関係を示す。駆動電圧２１０と逆起電力２２０との間の位相差を使用し、モータを制御する。駆動電圧２１０の「ゼロ交差」２１２は、駆動電圧２１０駆動電圧の平均値を通過する点、またはピーク間駆動電圧の中間点に相当する。駆動電圧ゼロ交差２１２と逆起電力ゼロ交差２２２との間の距離または時間遅延は、実際のロータ位置と指示された位置との間の誤差に相当し、これをモータの駆動電圧を制御するためのフィードバックとして使用してもよい。一実施例において、フェーズエラーは、駆動電圧がほぼゼロであるときに逆起電力２２０の値をサンプリングすることによって決定される。フェーズエラーは、小さなフェーズエラーの逆起電力に比例する。図２は、駆動電圧と逆起電力との間の関係を示すものであるので、２つの信号の相対振幅は必ずしも一定の比率に拡大していない。
【００２０】
図３は、多相モータの逆起電力を測定する方法を示している。モータは、ステップ３１０に示す多相駆動電圧を備えている。逆起電力を測定するためのモータの位相は、ステップ３２０で選択される。選択された位相の開路電圧は、選択された位相の駆動電圧がほぼゼロであるときに、ステップ３３０で測定される。駆動電圧がほぼゼロであるとき、相電流は極わずかに開路電圧に寄与する、また何れの寄与も即座に崩れるので、選択された位相の逆起電力は測定された開路電圧の主要構成要素である。その位相の駆動電圧がほぼゼロであるときに開路位相電圧を測定することによっても、トルクリップルと、駆動電圧がゼロでない時に位相を開路することによって発生する誘導電流スパイクが減少する。その後、回路電圧は、ステップ３４０において、モータの制御と整流を行うためのフィードバック信号として与えられる。
【００２１】
図４は、選択された位相駆動電圧の値に対するサンプリング期間４２０の可能な１つの位置を示している。サンプリング期間４２０の位置は、正弦駆動電圧４００および台形駆動電圧４３０に対して示されている。一実施例において、サンプリング期間４２０は、駆動電圧のゼロ交差を含んでいる。従って、正弦駆動電圧４００の場合、サンプリング期間４２０は、ゼロ交差４０２などのゼロ交差を含んでいる。台形駆動電圧４３０の場合、サンプリング期間４２０は、ゼロ交差４３２などのゼロ交差を含んでいる。
【００２２】
一実施例において、サンプリング期間４２０は、選択された位相駆動電圧のゼロ交差を中心にほぼ対称になっているので、サンプリング期間の中間点においてゼロ交差（例えば、４０２、４３２）が生じる。選択された位相駆動電圧が正弦であるならば、サンプリング期間中の駆動電圧の平均値はこの場合ほぼゼロである。他の実施例において、サンプリング期間は非対称に位置しているので、サンプリング期間の中間点においてゼロ交差が生じることはない。サンプリング期間は、駆動電圧の期間に対して短い。
【００２３】
フェーズエラーは、サンプリングされた逆起電力から様々に決定される。小さなフェーズエラーの場合、逆起電力はフェーズエラーに比例することが可能なので、サンプリングされた逆起電力はフェーズエラーと共に変化する。あるいは、サンプリング期間４２０中、逆起電力４４０の値と併せて逆起電力４４０の傾斜４４４を使用し、ゼロ交差４４２の逆起電力を挿入してもよい。駆動電圧のゼロ交差（４０２、４３２）と挿入された逆起電力ゼロ交差４４２との間の距離により、フィードバック制御のフェーズエラーが推定される。
【００２４】
図５は、正弦駆動電圧５００と台形駆動電圧５６０を含む様々な駆動電圧波形に対する逆起電力サンプリング期間の位置の他の実施例を示す。サンプリング期間５２０は、駆動電圧５００または５６０の傾斜が正である場合に、ゼロ交差が生じたとき、またはゼロ交差が生じた直後に開始される。サンプリング期間５５０は、駆動電圧の傾斜が正であるときの、ゼロ交差の直前に開始される。サンプリング期間５４０は、駆動電圧の傾斜が負であるときの、ゼロ交差の直前に開始されたサンプリング期間を表す。サンプリング期間５３０は、駆動電圧の傾斜が負であるときに、ゼロ交差の直後に開始されたサンプリング期間を表す。
【００２５】
サンプリング期間の位置および周波数は、モータ駆動制御システムの必要条件によって変化してもよい。例えば、図４は、選択された駆動電圧が負の傾斜を有している場合に、ゼロ交差で生じるサンプリング期間を表す。あるいは、選択された位相駆動電圧が正の傾斜を有している場合に、サンプリング期間はゼロ交差で生じてもよい。他の実施例においては、選択された位相駆動電圧が正の傾斜を有している場合に、サンプリング期間はゼロ交差で生じてもよい。別の実施例においては、選択された位相の駆動電圧の１サイクル毎に一度よりもさらに頻繁にサンプリングが生じるように、サンプリング期間が各ゼロ交差に対して生じてもよい。
【００２６】
選択された実施例に関わらず、サンプリング期間の位置は、サンプリング期間（Ｔ）の間に駆動電圧Ｖ（ｔ）の値がピーク電圧Ｖｐよりも大幅に小さくなって、Ｖ（Ｔ）／Ｖｐ≒０となるよう選択される。一実施例においては、瞬間回路電圧が決定される。他の実施例においては、サンプリング期間中の開路電圧の平均または積分が、サンプリングされた逆起電力として与えられる。
【００２７】
サンプリング期間は、逆起電力のゼロ交差を含んでいる必要はない。逆起電力のゼロ項差は、所望であれば、逆起電力の値、またはサンプリング期間中に測定された逆起電力の傾斜と値の組み合わせから、推測することができる。逆起電力に相当するサンプリングされた開路電圧は、以下に示すようにロータの角速度（ω）およびロータの角位置の関数（駆動電圧と逆起電力との間の位相差に相当）である。
【００２８】
【数１】
0004652644.tif 000002
【００２９】
ここで、Ｋｂは逆起電力定数、ωはロータの角速度、Ａはロータ極対の数、またθｒはロータ位置である。小さな角度の場合、【数２】を代入することにより、以下のように逆起電力の式は簡素化される。
【００３０】
【数２】
0004652644.tif 000003
【００３１】
【数３】
0004652644.tif 000004
【００３２】
一実施例において、フィードバックに使用されるエラー信号はサンプリングされた逆起電力であるので、以下のようになる。
【００３３】
【数４】
0004652644.tif 000005
【００３４】
逆起電力を速度または整流を制御するためのフィードバック信号として使用する場合、制御ループのゲインはロータの角速度の関数となる。一実施例において、逆起電力を含むフィードバック信号は、角速度に対して正規化される。特に、角速度ωは、指示された角速度ωｃとほぼ同一であると仮定されるので、ω≒ωｃとなる。従って、正規化された逆起電力または誤差信号は以下のように表されるので、誤差電圧はロータの位置誤差にのみ比例する。
【００３５】
【数５】
0004652644.tif 000006
【００３６】
図６は、ブラシレスＤＣモータ制御システムの一実施例を示す。パルス幅変調（ＰＷＭ）インバータ６１０は、波形生成器６４０によって与えられた変調制御に従って、ブラシレスＤＣモータ６２０に実際の駆動電圧を与える。好適には、駆動電圧は、逆起電力の波形とほぼ同様の波形を有している。一実施例においては、ＰＷＭインバータ６１０によって与えられた駆動電圧はほぼ正弦である。波形生成器６４０はブラシレスＤＣモータ６２０の各位相に対して適切な制御波形を生成する。ｎ位相のブラシレスＤＣモータの場合、波形生成器は、それぞれに対して２π／ｎの電気位相変位を有するｎ個の波形を与える。
【００３７】
一実施例において、整流および速度制御は、線形積分微分型（ＰＩＤ）フィードバックによって行われる。様々な実施例において、ＰＩなどのフィードバック制御の他の組み合わせを使用する。
【００３８】
ＰＩＤ整流制御部６５０は、ロータの位置誤差θｒに従って、波形生成器６４０の周波数を制御する。上記に述べたように、検出器６３０によって与えられる誤差信号はθｒに比例している。要素６４０、６１０、６２０、６３０、６５０は整流制御ループを形成する。
【００３９】
速度検出器６７０は、ＰＷＭインバータ６１０によって与えられた駆動電圧の周波数を測定し、ロータの角速度または速度ωを決定する。一実施例において、モータ速度はＰＩＤ制御ループによって制御される。検出されたロータ速度は、ＰＩＤ速度制御部６６０に与えられる。
【００４０】
ＰＷＭインバータ６１０によって与えられる駆動電圧の振幅は、速度制御部６６０によって波形生成器６４０に与えられる速度制御信号に従って変化する。ＰＩＤ速度制御部６６０は信号を波形生成器制御信号を発生して、測定されたロータ速度を指示された角速度ωｃに対応させる。補助人工心臓の用途の場合、ωｃは生理的要求によって決定される。波形生成器６４０、ＰＷＭインバータ６１０、速度検出器６７０、ＰＩＤ速度制御部６６０はモータ速度制御ループを形成する。他の実施例においては、ＰＩ制御などの他のフィードバック制御を用いてもよい。
【００４１】
ブラシレスＤＣモータ６２０は、検出器６３０によって検出される逆起電力を生成する。検出器６３０は、選択された位相に対応する駆動電圧がほぼゼロであるときに、該選択された位相を開路する。一実施例において、検出器６３０は、選択された位相のサンプリング期間を開始する時を決定する。他の実施例において、波形生成器６４０は検出器６３０にトリガ信号を与える。
【００４２】
検出された逆起電力は、駆動電圧の周波数を制御するＰＩＤ整流制御部に与えられる。検出された逆起電力は、ロータの位置誤差θｒに比例する。一実施例において、検出された逆起電力は、指示された角速度ωｃによって基準化（scale）されることはない。他の実施例においては、ＰＩＤ整流制御部６５０は検出された逆起電力をωｃにより基準化し、得られる値がロータの位置誤差に比例すると仮定され、また実際のロータ角速度からほぼ独立するように、正規化された逆起電力を生成する。
【００４３】
ＰＩＤ整流制御部６５０は、波形生成器６４０に整流制御信号を与える。整流制御信号に応じて、波形生成器は、ＰＷＭインバータ６１０によって与えられた駆動電圧の周波数を変化させる。整流制御ループは、波形生成器６４０、ＰＷＭインバータ６１０、ブラシレスＤＣモータ６２０、逆起電力検出器６３０、および整流制御部６５０によって形成される。他の実施例においては、ＰＩ制御部などの他のフィードバック制御部を使用してもよい。
【００４４】
一実施例においては、波形生成器は、インバータによって生成される駆動電圧がモータ６２０によって生成される逆起電力とほぼ同一の波形を有するように、ＰＷＭインバータ６１０に適切な変調制御信号を与える。一実施例において、駆動電圧はほぼ正弦である。他の実施例においては、駆動電圧はほぼ台形である。
【００４５】
図７は、波形値のテーブル７５０を使用する波形生成器７１０の一実施例を示す。クロック７２０は、クロック信号をカウンタ７３０に与える。クロック信号の周波数は、整流制御信号７２２に応じて変化する。カウンタ７３０は、不揮発性メモリ７４０に保存されているテーブル７５０にアクセスするための連続したアドレスを与える。テーブル７５０は、駆動電圧の各位相の波形値を保存する。カウンタ７３０がラップアラウンドする場合、不揮発性メモリは、テーブル７５０の最上部からアドレスの検索を続行する。テーブル７５０が循環される周波数（すなわち、掃引速度）は、駆動電圧の周波数に相当する。テーブルが循環される周波数Ｆは、駆動電圧周波数制御部７２２によって制御される。掃引速度を下げると、モータの速度が低下する。同様に、掃引速度を上げると、モータの速度が上昇する。
【００４６】
一実施例において、不揮発性メモリ７４０は、特定のモータや患者に対するテーブル７５０を更新可能なようにプログラムすることができる。例えば、不揮発性メモリ７４０は、書換可能フラッシュメモリで構成してもよい。
【００４７】
不揮発性メモリ７４０の出力は、基準化部７６０およびトリガ制御部７７０に与えられる。参照した（ｌｏｏｋｅｄ  ｕｐ）波形値の振幅は速度制御信号７６２に従って基準化され、駆動電圧制御部７６４に与えられる。駆動電圧制御部７６４は、ＰＷＭインバータの制御部として機能する。あるいは、速度制御信号７６２を、ＰＷＭインバータの直流バス電圧を直接制御するために使用してもよい。速度制御信号７６２は、ＰＷＭインバータの直流バス電圧を効果的に変化させて、モータ６２０の速度を制御する。
【００４８】
トリガ制御部７７０は、サンプリング期間を開始させるために、逆起電力検出器に信号を与える。一実施例において、トリガ制御部７７０は、選択した位相に対して参照用テーブル（ｌｏｏｋｕｐ  ｔａｂｌｅ）７５０から検索した特定の値または値の範囲に応じて、開始信号を与える。別の実施例においては、テーブル７５０は、特定の位相に対してサンプリング期間をいつ開始すべきかを表す別の項目を含んでいる。この後者の実施例において、トリガ制御部は、テーブル７５０が明白に指示している場合に、選択した位相に対してサンプリング期間を開始する。逆起電力サンプリング期間トリガ信号７７２は、逆起電力検出器に与えられる。
【００４９】
他の実施例において、参照用テーブル以外の論理回路を、駆動電圧の生成に使用することが可能である。論理回路は、台形駆動システムなどの区分的線形駆動電圧波形に非常に適切であることもある。
【００５０】
図８は、駆動電圧ではなくて逆起電力を使用して、ロータの角速度を推測するモータ制御システムの他の実施例である。整流制御ループは、波形生成器８４０、ＰＷＭインバータ８１０、モータ８２０、逆起電力および速度検出器８３０、および整流制御部８５０を含んでいる。速度制御ループは、波形生成器８４０、ＰＷＭインバータ８１０、モータ８２０、逆起電力および速度検出器８３０、および速度制御部８６０を含んでいる。
【００５１】
ある位相に対する逆起電力サンプリング期間は、その位相の駆動電圧がほぼゼロであるときに発生する。しかし、逆起電力は、サンプリング期間中ゼロ交差を有していないことがある。一実施例において、逆起電力のゼロ交差は、サンプリング期間中にゼロ交差が発生しない場合に、補間によって決定される。従って、ゼロ交差は、逆起電力の傾斜およびサンプリング期間中に測定された少なくとも１つの値に基づいて測定される。そして、逆起電力周波数は、逆起電力ゼロ交差間の時間によって決定することが可能である。その後、モータの幾何配置および逆起電力の周波数が分かっているので、ロータの角速度または速度を決定することができる。
【００５２】
図９は、補助人工心臓または血液ポンプ９００の一実施例を示す。血液ポンプは、障害のある心臓または回復しつつある心臓を血液を循環させることで補助するために、埋め込み型手術操作用に設計されている。機械的振動およびポンプからの音響放出の減少は、患者の生命の質にとって重要である。
【００５３】
補助人工心臓９００は、ハウジング９１０と、差込口端部９１６および羽根ボリュート９１４を有する吸込チューブ９１２とを含んでいる。排出チューブ９２０は、ポンプの羽根９５０から血液を伝達するために、ハウジングを通ってボリュート９１４の外側周辺部に延びている。血液流路９３０は、ロータ９４０と吸込チューブ９１６の内側側壁９１８との間に存在する。
【００５４】
ロータ９４０は、シャフト９４２および羽根９５０を通って伸びる長手方向軸を中心に回転する。羽根９５０は、軸方向に比較的厚い特徴を有するブレードを含んでいる。羽根９５０は、永久磁石９５２も備えている。
【００５５】
モータ巻線９６２を含む第１モータステータ９６０は、羽根９５０の後部に位置している。裏当の（ｂａｃｋ  ｉｒｏｎ）鉄片９６４は、巻線９６２の後に位置している。第１モータステータ９６０は、ハウジング９１０とボリュート９１４との間に固定されている。巻線９７２を含む第２モータステータ９７０は、羽根９５０の前方に位置している。裏当の鉄片９７４は、巻線９７２の前方に位置している。第２モータステータ９７０は、ボリュート９１４に固定されている。余剰的ステータが存在することにより、何れか１つのステータが故障してもモータの動作を続行させることが可能である。障害のあるステータは、モータ駆動部から電気的に切り離される。２つのステータも、単一のステータとして協働するように電気的に接続してもよい。
【００５６】
磁気軸受（図示せず）は、ロータ９４０を浮揚させ、その長手方向軸に対して放射状に配置した状態を維持するために設けられている。流体潤滑軸受９８０および９９０は、偏心運動または物理的衝撃が生じた場合に、軸方向の動きを制約し、また半径方向に支持するために設けられる。
【００５７】
ハウジング９１０、ステータ９６０および９７０、ロータ９４０は、多相ＤＣブラシレスモータを形成する。一実施例において、モータは三相モータである。振動、音響および電気雑音を減少させるために、モータは、図３の方法に従って整流制御を行うための逆起電力を使用して正弦または台形状に駆動される。
【００５８】
このように、ブラシレスＤＣモータを含む埋め込み型医療用具について説明した。モータは、逆起電力の波形とほぼ同様の波形を有する駆動電圧を備えている。一実施例において、モータの駆動電圧は制限である。逆起電力は、モータの整流制御を行うためにサンプリングされる。各モータ位相の逆起電力は、その位相の駆動電圧がほぼゼロである場合のみ、サンプリングされる。
【００５９】
上記の詳細な説明において、特定の実施例を参照して本発明を説明した。請求項に示す本発明の広域な精神および範囲から逸脱することなく、様々な変形例および変更を実施することができる。従って、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例証的な意味において考慮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、三相モータの一実施例の逆起電力を示す。
【図２】  図２は、モータの選択された位相の正弦駆動電圧、および選択された位相の対応する逆起電力を示す。
【図３】  図３は、逆起電力に従ってブラシレスＤＣモータを制御する方法の一実施例を示す。
【図４】  図４は、駆動電圧の選択された位相のゼロ交差に対するサンプリング期間を示す。
【図５】  図５は、駆動電圧の選択された位相のゼロ交差に対するサンプリング期間の交互の位置を示す。
【図６】  図６は、ブラシレスＤＣモータの速度および整流制御ループの一実施例を示す。
【図７】  図７は、波形生成器の一実施例を示す。
【図８】  図８は、ブラシレスＤＣモータの速度および整流制御ループの他の実施例を示す。
【図９】  図９は、ブラシレスＤＣモータを有する埋め込み型補助人工心臓の一実施例を示す。
【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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