(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械のための回路であって、前記回路は、
開始側及び終了側を伴う巻線と、
前記第１の側と前記巻線の開始側との間に接続される第１の電源スイッチと、
前記第１の側と前記巻線の終了側との間に接続される第２の電源スイッチと、
前記第２の側と前記巻線の開始側との間に接続される第３の電源スイッチと、
前記第２の側と前記巻線の終了側との間に接続される第４の電源スイッチと、
前記ＡＣ電源の第１の側と第２の側のどちらの電圧が高いかを検出し、前記ＡＣ電源の第１の側と第２の側のどちらの電圧が高いかを示す第１の信号を出力する電圧検出器と、
前記機械の固定子に対する回転子の位置を検出し、前記固定子に対する前記回転子の位置を示す第２の信号を出力するホール効果デバイスと、
モータ制御装置とを備え、
前記モータ制御装置は、
前記電圧検出器からの第１の信号と前記ホール効果デバイスからの第２の信号を受信し、前記第１の信号と前記第２の信号に基づいて、前記巻線を流れる電流の適切な方向を取得するために前記第１〜第４の電源スイッチのうちのどの電源スイッチを開閉するかを決定し、
前記第１の電源スイッチ及び前記第４の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチ及び前記第３の電源スイッチを開き、前記第１の側から前記第２の側まで電流を流れさせる、または、
前記第２の電源スイッチ及び前記第３の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチ及び前記第４の電源スイッチを開き、前記第２の側から前記第１の側まで電流を流れさせる、前記回路。
【請求項２】
前記電圧検出器からの第１の信号は高値または低値を有し、
前記ホール効果デバイスからの第２の信号は高値または低値を有し、
前記モータ制御装置は、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号が高値でかつ前記電圧検出器からの前記第１の信号が高値であるとき、前記第２の電源スイッチ及び前記第３の電源スイッチを開き、前記第１の電源スイッチ及び前記第４の電源スイッチを閉じ、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号が高値でかつ前記電圧検出器からの前記第１の信号が低値であるとき、前記第１の電源スイッチ及び前記第４の電源スイッチを開き、前記第２の電源スイッチ及び前記第３の電源スイッチを閉じ、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号が低値でかつ前記電圧検出器からの前記第１の信号が高値であるとき、前記第１の電源スイッチ及び前記第４の電源スイッチを開き、前記第２の電源スイッチ及び前記第３の電源スイッチを閉じ、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号が低値でかつ前記電圧検出器からの前記第１の信号が低値であるとき、前記第２の電源スイッチ及び前記第３の電源スイッチを開き、前記第１の電源スイッチ及び前記第４の電源スイッチを閉じる、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記回路はさらに、前記ＡＣ電源から伝送される交流（ＡＣ）電力を受け、前記ＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、前記ＤＣ電力を前記回路の１つ以上の構成要素に伝送する、直流（ＤＣ）電源装置を備える、請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記第１〜第４の電源スイッチはそれぞれ、４つのダイオードを含む全波ブリッジ整流器を備える、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記モータ制御装置は、プロセッサ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ信号（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、ゲート論理、及びトランジスタ論理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６】
前記第１〜第４の電源スイッチはそれぞれ、ＭＯＳＦＥＴを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記第１〜第４の電源スイッチはそれぞれ、高速ソリッドステートリレーと、複数のダイオードを含む全波ブリッジ整流器とを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項８】
前記機械はモータを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項９】
前記電圧検出器から受信された第１の信号は、
前記第１の側（Ｌ１）の電圧が前記第２の側（Ｌ２）の電圧よりも高いときに、高値を有し、
前記第１の側の電圧（Ｌ１）が前記第２の側の電圧（Ｌ２）よりも低いときに、低値を有する、請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
前記ホール効果デバイスから受信された第２の信号は、前記固定子の固定子歯に対する前記回転子の磁石の極性を示すことによって位置を示す、請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
前記ホール効果デバイスは、前記固定子の固定子歯に対する前記回転子の磁石の極性を感知し、前記固定子の歯に対する前記磁石の極性に基づいて、前記第２の信号の値を出力する、請求項１に記載の回路。
【請求項１２】
前記ホール効果デバイスは、
前記固定子に対する前記回転子の磁石の極性を感知し、
前記回転子の磁石の北磁極が固定子に面しているとき、前記第２の信号の高値を出力し、
前記回転子の磁石の南磁極が固定子に向いているとき、前記第２の信号の低値を出力する、請求項１に記載の回路。
【請求項１３】
前記回路が起動モードで動作する、請求項１に記載の回路。
【請求項１４】
前記巻線は第１の巻線であり、
前記起動モードは、パルス幅変調、ゼロ電流遮断による遅延発射角での動作、または第２の巻線を使用した動作のいずれかで動作する、請求項１３記載の回路。
【請求項１５】
前記モータ制御装置は、
前記第１の電源スイッチおよび前記第４の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチおよび前記第３の電源スイッチを開いて、前記第１の側から前記巻線を通って前記第２の側に電流を流すこと、または
前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを開いて、前記第２の側から前記巻線を通って前記第１の側に電流を流すこと、
を繰り返すことにより、デューティサイクルを達成するようにパルス幅変調モードで動作する、請求項１に記載の回路。
【請求項１６】
前記モータ制御装置は、実際のデューティサイクルを連続的に決定し、前記実際のデューティサイクルと所望のデューティサイクルとを比較し、前記第１〜第４の電源スイッチの１つ以上を開閉することで、前記所望のデューティサイクルを実現する、請求項１に記載の回路。
【請求項１７】
前記モータ制御装置は、
（ａ）前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチの一方の対を閉じ、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチの他方の対を開くか、または
（ｂ）前記一方の対を開き、前記他方の対を閉じることにより、
同期モードで動作する、請求項１に記載の回路。
【請求項１８】
第１の面（Ｌ１）と第２の面（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械のための回路であって、
前記回路は、
第１の開始側と第１の終了側を有する第１の巻線と、
第２の開始側と第２の終了側を有する第２の巻線と、
前記ＡＣ電源の第１の側と第１の巻線の開始側の間に接続された第１の電源スイッチと、
前記ＡＣ電源の第１の側と前記第１の巻線の終了側との間に接続された第２の電源スイッチと、
前記ＡＣ電源の第１の側と前記第２の巻線の終了側との間に接続された第３の電源スイッチと、
前記ＡＣ電源の第２の側と前記第１の巻線の開始側との間に接続された第４の電源スイッチと、
前記ＡＣ電源の第２の側と前記第１の巻線の終了側との間に接続された第５の電源スイッチと、
前記ＡＣ電源の第２の側と前記第２の巻線の終了側との間に接続された第６の電源スイッチと、
前記ＡＣ電源の第１の側と前記ＡＣ電源の第２の側のどちらで、前記ＡＣ電源からの電圧が高いかを検出し、前記ＡＣ電源の第１の側と前記ＡＣ電源の第２の側のどちらで電圧が高いかを示す第１の信号を出力する電圧検出器と
前記機械の固定子に対する回転子の位置を検出し、前記固定子に対する前記回転子の位置を示す第２の信号を出力するホール効果デバイスと、
制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記電圧検出器からの前記第１の信号および前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号を受信し、前記第１の信号および前記第２の信号に基づいて、どの電源スイッチを開閉するかを決定して、遅速度動作の場合は前記第１の巻線および前記第２の巻線に電流を流し、全速度動作の場合は前記第１の巻線に電流を流して前記第２の巻線には電流を流さないようにするステップを実行するように動作し、
前記制御回路は、
前記第１の電源スイッチおよび前記第６の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチ、前記第３の電源スイッチ、前記第４の電源スイッチ、および前記第５の電源スイッチを開いて、遅速度動作のために前記第１の巻線および前記第２の巻線に電流を流すステップと、
前記第３の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチ、前記第２の電源スイッチ、前記第５の電源スイッチ、および前記第６の電源スイッチを開いて、遅速度動作のために前記第１の巻線と前記第２の巻線に電流を流すステップと、
前記第１の電源スイッチと前記第５の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチ、前記第３の電源スイッチ、前記第４の電源スイッチ、および前記第６の電源スイッチを開いて、全速度動作のために前記第１の巻線に電流を流すステップと、
前記第２の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチ、前記第３の電源スイッチ、前記第５の電源スイッチ、および前記第６の電源スイッチを開いて、全速度動作のために前記第１の巻線に電流を流すステップと
のいずれかを実行する、前記回路。
【請求項１９】
第１の側（Ｌ１）および第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源と、開始側および終了側を有する巻線と、前記第１の側と前記巻線の開始側との間に接続された第１の電源スイッチと、前記第１の側と前記巻線の終了側との間に接続された第２の電源スイッチと、前記第２の側と前記巻線の開始側との間に接続された第３の電源スイッチと、前記第２の側と前記巻線の終了側との間に接続された第４の電源スイッチとを含む回路を有する機械のための方法であって、
前記方法は、
電圧検出器が、ＡＣ電源の第１の側と第２の側のどちらでＡＣ電源の電圧が高くなっているかを検出し、ＡＣ電源の第１の側と第２の側のどちらで電圧が高くなっているかを示す第１の信号を出力するステップと、
ホール効果デバイスが、前記機械の固定子に対する回転子の位置を検出し、前記固定子に対する前記回転子の位置を示す第２の信号を出力するステップと、
モータ制御装置が、前記電圧検出器からの前記第１の信号と前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号を受信し、前記第１の信号と前記第２の信号に基づいて、前記巻線を通る電流の適切な方向を得るために、前記第１〜第４の電源スイッチのいずれを開くか閉じるかを決定するステップと、
前記モータ制御装置が、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを開いて、前記第１の側から前記第２の側に電流を流すステップと、
前記モータ制御装置が、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを開いて、前記第２の側から前記第１の側に電流を流すステップとを含む、方法。
【請求項２０】
前記電圧検出器からの前記第１の信号は、高値または低値を有し、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号は、高値または低値を有し、
前記方法は、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号が高値で、前記電圧検出器からの前記第１の信号が高値である場合、前記モータ制御装置は、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを開き、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを閉じるステップと、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号が高値で、前記電圧検出器からの前記第１の信号が低値である場合、前記モータ制御装置は、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを開き、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを閉じるステップと、
前記ホール効果デバイスからの前記第２の信号が低値で、前記電圧検出器からの前記第１の信号が高値である場合、前記モータ制御装置は、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを開き、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを閉じるステップと、
前記ホール効果デバイスからの第２の信号が低値で、前記電圧検出器からの前記第１の信号が低値である場合、前記モータ制御装置は、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを開き、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを閉じるステップとを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１〜第４の電源スイッチはそれぞれ、４つのダイオードを含む全波ブリッジ整流器を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記電圧検出器から受信された前記第１の信号は、前記第１の側の電圧が前記第２の側の電圧よりも高い場合には高値を有し、前記第１の側の電圧が前記第２の側の電圧よりも低い場合には低値を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ホール効果デバイスから受信された前記第２の信号は、前記固定子の固定子歯に対する前記回転子の磁石の極性を示すことにより、前記位置を示す、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記ホール効果デバイスが、前記固定子に対する前記回転子の磁石の極性を検出し、前記回転子の磁石の北磁極が前記固定子に対向しているときに前記第２の信号を高値で出力し、前記回転子の磁石の南磁極が前記固定子に対向しているときに前記第２の信号を低値で出力する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記回路が起動モードで動作する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記巻線は第１の巻線であり、
前記起動モードは、パルス幅変調と、ゼロ電流遮断を伴う遅延発射角での動作と、または第２の巻線を使用した動作のうちの１つでの動作を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記モータ制御装置は、
前記第１の電源スイッチおよび前記第４の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチおよび前記第３の電源スイッチを開いて、前記第１の側から前記巻線を通って前記第２の側に電流を流すことと、または
前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを開いて、前記第２の側から前記巻線を通って前記第１の側に電流を流すこととを繰り返すことで、
パルス幅変調モードで動作し、デューティサイクルを達成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記モータ制御装置は、実際のデューティサイクルを連続的に決定し、前記実際のデューティサイクルを所望のデューティサイクルと比較し、１つまたは複数の電源スイッチを開閉することで、所望のデューティサイクルを達成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記モータ制御装置は、
（ａ）前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチの一方の対を閉じ、前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチの他方の対を開くか、または
（ｂ）前記一方の対を開き、前記他方の対を閉じることによって、
同期モードで動作する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記巻線は第１の巻線であり、
前記回路はさらに、第２の巻線の開始側と第２の巻線の終了側とを有する第２の巻線を含み、
前記第２の巻線の開始側は前記第１の巻線の終了側に接続され、
前記回路はさらに、
前記第１の側と前記第２の巻線の終了側との間に接続された第５の電源スイッチと、
前記第２の側と前記第２の巻線の終了側との間に接続された第６の電源スイッチとを備え、
前記方法はさらに、
前記モータ制御装置が、
前記第１の電源スイッチおよび前記第６の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチ、前記第３の電源スイッチ、前記第４の電源スイッチ、および前記第５の電源スイッチを開いて、遅速度動作のために前記第１の巻線および前記第２の巻線に電流を流すステップと、
前記第３の電源スイッチと前記第５の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチ、前記第２の電源スイッチ、前記第４の電源スイッチ、および前記第６の電源スイッチを開いて、遅速度動作のために前記第１の巻線と前記第２の巻線に電流を流すステップと、
前記第１の電源スイッチと前記第４の電源スイッチを閉じ、前記第２の電源スイッチ、前記第３の電源スイッチ、前記第５の電源スイッチ、および前記第６の電源スイッチを開いて、全速度動作のために前記第１の巻線に電流を流すステップと、
前記第２の電源スイッチと前記第３の電源スイッチを閉じ、前記第１の電源スイッチ、前記第４の電源スイッチ、前記第５の電源スイッチ、および前記第６の電源スイッチを開いて、全速度動作のために前記第１の巻線に電流を流すステップと
のいずれかを実行することにより、
前記第１〜第６の電源スイッチの開閉を制御して、遅速度動作のために前記第１の巻線および前記第２の巻線に電流を流し、全速度動作のために前記第１の巻線に電流を流すが、前記第２の巻線に電流を流さないようにする、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１７年３月２９日に出願された「多段速度交流モータ（Ｍｕｌｔｉｓｐｅｅｄ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｏｔｏｒ）」と題される米国特許出願第６２／４７８，５８８号に対する優先権をとり、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦政府支援に関する陳述
該当なし。
【０００３】
コンパクトディスクの添付書類
該当なし。
【背景技術】
【０００４】
環境を考慮した法令の普及の高まりを考慮して、様々な種類のモータに対する強化が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、商業市場及び住居冷却市場の両方で使用される低ワットの範囲（例えば、４〜１６ワット）の冷却ファンモータは、従来、約１２％〜２６％の効率等の低効率になっている。異なる種類のモータで必要とされる強化に対処する技術を提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、多段速度交流（ＡＣ）機械回路は、第１の側及び第２の側を有するＡＣ電源用の回路である。ＡＣ機械回路は、２つ以上の電源スイッチの対、１つ以上の巻線、及び制御回路を含み、制御回路は、一方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第１の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第２の側まで電流を流れさせ、他方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第２の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第１の側まで電流を流れさせる。
【０００７】
別の態様では、回路は、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路である。回路は、開始側及び終了側を伴う巻線と、第１の側と巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチと、第２の側と巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチと、第１の側と巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチと、第２の側と巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチと、制御回路とを備える。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを開き、第１の側から第２の側まで電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを開き、第２の側から第１の側まで電流を流れさせる。
【０００８】
別の態様では、回路は、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路である。回路は、第１の開始側及び第１の終了側を伴う第１の巻線と、第２の開始側と第２の終了側を伴う第２の巻線と、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチと、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチと、ＡＣ電源第１の側と第２の巻線終了側との間に接続される第５の電源スイッチと、ＡＣ電源第２の側と第２の巻線終了側との間に接続される第６の電源スイッチと、制御回路とを備える。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第６の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第５の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第３の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第２の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第１の電源スイッチ及び第５の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる。
【０００９】
別の態様では、方法は、第１の側及び第２の側を有するＡＣ電源用の多段速度交流（ＡＣ）機械回路に関する方法である。本方法は、２つ以上の電源スイッチの対を提供することと、１つ以上の巻線を提供することと、一方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第１の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第２の側まで電流を流れさせ、他方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第２の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第１の側まで電流を流れさせる制御回路を提供することとを含む。本方法は、さらに、本明細書に記載される制御回路用の構成要素を提供することと、本明細書に記載されるように回路を動作させることとを含む。
【００１０】
別の態様では、方法は、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路に関する方法である。本方法は、開始側及び終了側を伴う巻線を提供することと、第１の側と巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチを提供することと、第２の側と巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチを提供することと、第１の側と巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチを提供することと、第２の側と巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチを提供することと、制御回路を提供することとを含む。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを開き、第１の側から第２の側まで電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを開き、第２の側から第１の側まで電流を流れさせる。本方法は、さらに、本明細書に記載される制御回路用の構成要素を提供することと、本明細書に記載されるように回路を動作させることとを含む。
【００１１】
別の態様では、方法は、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路に関する方法である。本方法は、第１の開始側及び第１の終了側を伴う第１の巻線を提供することと、第２の開始側と第２の終了側を伴う第２の巻線を提供することと、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第１の側と第２の巻線終了側との間に接続される第５の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第２の側と第２の巻線終了側との間に接続される第６の電源スイッチを提供することと、制御回路を提供することとを含む。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第６の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第５の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第３の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第２の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第１の電源スイッチ及び第５の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる。本方法は、さらに、本明細書に記載される制御回路用の構成要素を提供することと、本明細書に記載されるように回路を動作させることとを含む。
【００１２】
別の態様では、分割相巻線は、モータ分割相巻線と、モータ分割相巻線の中間点に少なくとも１つの電源スイッチ及び直流（ＤＣ）供給回路を全て備える電源スイッチ回路と、少なくとも１つの電源スイッチがオンで導電されているときにＤＣ電源装置が崩壊することを防止する非崩壊ＤＣ電力供給構成要素とを含む。非崩壊ＤＣ電力供給構成要素は、例えば、ＤＣ電源装置に電気的に接続されるモータ分割相巻線からのタップと、電源装置を給電するためにＤＣ電源装置に接続される２次相コイル巻線と、分割相巻線と電源スイッチ回路との間の１つ以上の抵抗器と、分割相巻線と電源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、及び／または少なくとも１つの電源スイッチがオンで導電されているときに電源装置が崩壊することを防止する、モータ分割相巻線と電源スイッチ回路との間で電圧降下を生じさせる電気構成要素とのうちの１つ以上のものを含み得る。
【００１３】
一例では、モータ用の相巻線回路は、回路のモータ相巻線の一方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別の半分を形成する少なくとも２つの他方の相巻線とを含む。直流（ＤＣ）電源装置は、１つ以上の相巻線から伝送される交流（ＡＣ）電力を受け、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するために、モータ相巻線の少なくとも大体の中間点に位置する。第１の段の電源スイッチ回路は、ＤＣ電源装置の外側に少なくとも１つの電源スイッチを備え、回路の各半分に、相巻線の間の少なくとも大体の中間点に電気的に接続される。第２の段の電源スイッチ回路は、ＤＣ電源装置の外側に少なくとも１つの別の電源スイッチを備え、ＡＣ電力をモータ分割相巻線から受けるために、分割相巻線の間の少なくとも大体の中間点に電気的に接続される。非崩壊ＤＣ電力供給構成要素は、少なくとも１つの電源スイッチまたは少なくとも１つの別の電源スイッチがオンで導電されているときに、ＤＣ電源装置が崩壊することを防止する。
【００１４】
別の例では、モータ用回路は、回路のモータ相巻線の一方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別の半分を形成する少なくとも２つの別の相巻線とを含む。モータ相巻線の少なくとも大体の中間点にある直流（ＤＣ）電源装置は、１つ以上の相巻線から伝送される交流（ＡＣ）電力を受け、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。第１の段の電源スイッチ回路は、ＤＣ電源装置の外側に少なくとも１つの電源スイッチを備え、回路の各半分に、少なくとも２つの相巻線の間の少なくとも大体の中間点に電気的に接続される。第２の段の電源スイッチ回路は、ＤＣ電源装置の外側に少なくとも１つの別の電源スイッチを備え、ＡＣ電力をモータ相巻線から受けるために、相巻線の間の少なくとも大体の中間点に電気的に接続される。モータ制御装置は、第１の段の電源スイッチ回路及び第２の段の電源スイッチ回路を制御する。モータ制御装置は、（ｉ）相巻線の少なくとも大体の中間点と、（ｉｉ）回路の各半分に、少なくとも２つの相巻線の間の少なくとも大体の中間点とのうちの少なくとも１つに電気的に接続される。非崩壊ＤＣ電力供給構成要素は、ＤＣ電源装置に接続され、少なくとも１つの電源スイッチまたは少なくとも１つの他方の電源スイッチがオンで導電されているときに、ＤＣ電源装置が崩壊することを防止する。
【００１５】
別の例では、モータは、複数のモータ相（すなわち、モータ相巻線）と、相を通る供給線電圧とを有する。モータ相は４つの部分（４分の１または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一方の半分を形成し、他方の２つのモータ相巻線は回路のモータ相巻線の他方の半分を形成している。モータ用のモータ制御装置及びモータ用の電源電子装置は、分割相の２等分部の間の供給線電圧における「中間点」または「中心点」に設置される、及び／または回路の各半分の２つの分割モータ相間の「中間点」または「中心点」（例えば、「４分の１点」）に設置される。直流（ＤＣ）電源装置（例えば、モータ制御装置に使用される電子機器用のもの）は、また、分割相間に、分割相の２等分部の間に、及び／または回路の各半分の２つの分割モータ相間の中間点もしくは中心に位置する。モータ相は低電圧ＤＣに対する線電圧供給ラインからＤＣ電源装置までの電流制限及び電圧降下を提供し、それによって、ＤＣ電力供給構成要素の数を減らし、ＤＣ電源装置用の及びモータ制御装置用の低電圧構成要素の使用を可能にする。
【００１６】
別の例では、モータ相は４つの部分（４分の１または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一方の半分を形成し、他方の２つのモータ相巻線は回路のモータ相巻線の他方の半分を形成している。モータ用のモータ制御装置は２つの段を有し、モータ制御装置の第１の段は分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置され、モータ制御装置の第２の段は分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置される。モータ用の電源電子装置は２つの段を有し、電源電子装置の第１の段はモータ相巻線の各半分の２つの分割モータ相巻線間の中間点または中心点（例えば、４分の１点）に設置され、電源電子装置の第２の段は、また、分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置される。直流（ＤＣ）電源装置（例えば、モータ制御装置に使用される電子機器用のもの）は、また、分割モータ相巻線間に、分割モータ相巻線の２等分部の間に、及び／またはモータ相巻線の各半分の２つの分割モータ相巻線間の中間点または中心に位置する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】モータ相巻線の中間点に位置する制御回路で分割されるモータ相巻線を示す。
【図２】単相電子整流モータ（ＥＣＭ）を示す。
【図３】分割相巻線回路を示す。
【図４】分割相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源装置までタップを伴う分割相巻線回路を示す。
【図５】分割相巻線と電源スイッチ（複数可）との間に抵抗器を伴う分割相巻線回路を示す。
【図６】２次コイルを伴う分割相巻線回路を示す。
【図７】分割相巻線回路における、同期速度未満での、起動中及び連続動作中の相電流方向の制御を示す。
【図８】４極分割相巻線回路での１８００回転／分（ＲＰＭ）の同期速度における相電流方向の制御を示す。
【図９】２極分割相巻線回路での３６００回転／分（ＲＰＭ）の同期速度における相電流方向の制御を示す。
【図１０】ＤＣ供給蓄電キャパシタ充電の周期を示す。
【図１１】２次コイル及び１つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１２】２次コイル及び１つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１３】２次コイル及び１つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１３Ａ】２次コイル及び１つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１４】２つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１５】１つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１６】直列に２つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１７】分割相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源装置までのタップと、直列に２つの電源スイッチとを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１８】並列に２つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図１９】分割相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源装置までのタップと、並列に２つの電源スイッチとを伴う分割相巻線回路を示す。
【図２０】非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、１次ＡＣ相巻線及び２次巻線を有する分割相巻線回路を伴うモータを示す。
【図２１】一極だけに巻かれた、非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、１次ＡＣ相巻線及び２次巻線を有する分割相巻線回路を伴うモータを示す。
【図２２】非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、タップ付き１次相巻線を有する分割相巻線回路を伴うモータを示す。
【図２３】非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、抵抗器を有する分割相巻線回路を伴うモータを示す。
【図２４】非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、ツェナーダイオードを有する分割相巻線回路を伴うモータを示す。
【図２５】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図２６】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図２７】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図２８】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図２９】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図３０Ａ】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図３０Ｂ】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図３１】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図３２】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図３３】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図３４】電源電子装置の４つのコイル及び２段の電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【図３５】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路を示す。
【図３６】Ａはモータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路を示す。Ｂはモータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路のＡＣ極性検出器を示す。
【図３７Ａ】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路のホール効果デバイスを伴うモータを示す。
【図３７Ｂ】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路のホール効果デバイスを伴うモータを示す。
【図３８】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路の巻線に印加される電圧を示す。
【図３９】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路の巻線に印加される電圧を示す。
【図４０】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路の巻線に印加される電圧を示す。
【図４１】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路の巻線に印加される電圧を示す。
【図４２】モータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路の巻線に印加される電圧を示す。
【図４３】６つのスイッチを伴うモータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路を示す。
【図４４】６つのスイッチを伴うモータ用の多段速度交流（ＡＣ）モータ回路を示す。
【図４５】４つのスイッチを伴うモータ用の簡略化された多段速度交流（ＡＣ）モータ回路を示す。
【図４６】６つのスイッチを伴うモータ用の簡略化された多段速度交流（ＡＣ）モータ回路を示す。
【図４７】８つのスイッチを伴うモータ用の簡略化された多段速度交流（ＡＣ）モータ回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
同期ブラシレス永久磁石モータを制御するための、先行技術を上回る利点をもたらす新しく有用な回路が開示される。本開示の一実施形態は、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、くま取り形モータ用の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。
【００１９】
一態様では、モータは、複数のモータ相（すなわち、モータ相巻線）と、相を通る供給線電圧とを有する。モータ相は半分に分割され、モータ用のモータ制御装置及びモータ用の電源電子装置は、分割相間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置される。直流（ＤＣ）電源装置（例えば、モータ制御装置に使用される電子機器用のもの）は、また、分割巻線の間に位置する。モータ相は低電圧ＤＣに対する線電圧供給ラインからＤＣ電源装置までの電流制限及び電圧降下をもたらし、それによって、ＤＣ電力供給構成要素の数を減らし、ＤＣ電源装置のために及びモータ制御装置のために低電圧構成要素を使用すること可能にする。
【００２０】
従来システムは、電源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または電圧レギュレータを使用して、モータの最大電力をツェナーダイオードの最大ワット値に制限していた。本開示の回路はモータ相用の１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、それによって、ツェナーダイオード電圧レギュレータは、電源スイッチ及びモータ相と直列に位置しなくなり、そうでなければツェナーダイオードのために必要となるワット仕様を下げることの必要性をなくす。代わりに、ツェナーダイオードまたは他の電圧レギュレータは、本開示のいくつかの実施形態では、電源スイッチ（複数可）と並列に位置する。
【００２１】
別の態様では、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線電圧とを有する。モータ相は４つの部分（４分の１または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一方の半分を形成し、他方の２つのモータ相巻線は回路のモータ相巻線の他方の半分を形成している。モータ用のモータ制御装置及びモータ用の電源電子装置は、分割相の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」もしくは「中心点」に設置される、及び／または回路の各半分の２つの分割モータ相間の中間点もしくは中心点に設置される。直流（ＤＣ）電源装置（例えば、モータ制御装置に使用される電子機器用のもの）は、また、分割相間に、分割相の２等分部の間に、及び／または回路の各半分の２つの分割モータ相間の中間点もしくは中心に位置する。モータ相は低電圧ＤＣに対する線電圧供給ラインからＤＣ電源装置までの電流制限及び電圧降下をもたらし、それによって、ＤＣ電力供給構成要素の数を減らし、ＤＣ電源装置のために及びモータ制御装置のために低電圧構成要素を使用することを可能にする。
【００２２】
一例では、モータ相は４つの部分（４分の１または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一方の半分を形成し、他方の２つのモータ相巻線は回路のモータ相巻線の他方の半分を形成している。モータ用のモータ制御装置は２つの段を有し、モータ制御装置の第１の段は分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置され、モータ制御装置の第２の段は分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置される。モータ用の電源電子装置は２つの段を有し、電源電子装置の第１の段はモータ相巻線の各半分の２つの分割モータ相巻線間の中間点または中心点（すなわち、４分の１点）に設置され、電源電子装置の第２の段は、また、分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置される。直流（ＤＣ）電源装置（例えば、モータ制御装置に使用される電子機器用のもの）は、また、分割モータ相巻線間に、分割モータ相巻線の２等分部の間に、及び／またはモータ相巻線の各半分の２つの分割モータ相巻線間の中間点もしくは中心に位置する。
【００２３】
例えば、ＤＣ電源装置が「４分の１点」における第１の段のモータ制御装置に給電するとき、ＤＣ電源装置が第１の段に位置する。しかしながら、ＤＣ電源装置は、概念的に、モータ相巻線の「中間点」にあると考えられ得る。この理由として、第１の段（段１）の電源電子装置に電圧が印加され、第２の段（段２）の電源電子装置に電圧が印加されないとき、ＤＣ電源装置が有効コイル（有効モータ相巻線）の真ん中にあり、他の２つのモータ相巻線（コイル）はそのとき有効ではないためである。２つの有効コイルは電力制限している。第１の段に電圧が印加されている間に第２の段に電圧が印加されているとき、第１の段のコイルが第２の段のコイルと並列である。
【００２４】
本開示の回路は、モータ制御装置の感知電子回路／制御電子回路とモータ制御装置の電源スイッチとの切り替えを可能にするための光遮断器の必要性をなくす。従来システムは２つの中立基準値を有し、基準値の１つは感知／制御電子回路用のものであり、基準値のもう１つは電源スイッチ用のものである。
【００２５】
本開示の回路は、線位相角度検出を改善し、光遮断器の入力に連結された精密抵抗ブリッジの必要性をなくしている。したがって、この態様の回路は、より正確な線位相角度検出をもたらす。
【００２６】
本開示の回路は、電源スイッチ用及びモータ制御装置用の異なる複数の中立値を１つの値に減らす。これは、この態様を伴う回路の電源スイッチ（複数可）が確実に、完全に「オフ」の状態から十分に飽和する状態まで推移することを保証している。
【００２７】
２つのスイッチを含んだ従来システムは、ＡＣサイクルの半分に対して、１つのスイッチを完全にオフにすることが困難である。本開示の回路は、ＤＣ電源装置及びモータ制御回路の外側に１つ以上のスイッチを設置し、適切な切り替えを生じる。
【００２８】
これらの改善のそれぞれは、モータ制御装置の動作の信頼性を増加させるだけではなく、モータ／モータ制御装置の組み合わせの効率も改善させる。
【００２９】
本開示の分割相巻線回路は、ＤＣブラシレスモータ／電子整流モータ（ＥＣＭ）、くま取り形モータ、他の同期モータ、永久分割キャパシタ（ＰＳＣ）モータ等の様々なモータで使用することができる。
【００３０】
例えば、図１は、分割モータ相巻線１０４、１０６と、分割モータ相巻線の中間点１１０に位置するモータ制御回路１０８とを伴う、モータ１０２を示す。モータ１０２は、固定子１１２と、シャフト１１６に搭載される回転子１１４とを含む。回転子１１４は、積層鉄心構造または他のコア構造等のコア構造で回転するように搭載される。回転子１１４は本体部を有し、円筒形状として示される。正確に成形された永久磁石部が本体の周囲の周りに位置する。磁石部は、その北磁極を、回転子の外側表面に隣接して有し、磁石部は、その南磁極を、回転子１１４の外周面に隣接するように位置して有する。１つ以上の巻線または巻線の対は、コア構造の接続部に搭載される。モータ１０２は、また、ホール効果スイッチングデバイスを含み、ホール効果スイッチングデバイスの一部は、それぞれの回転子磁石部の磁極性に応答するために、回転子１１４の周辺に隣接するように延在する。示されるような構造では、ホール効果スイッチは、回転子１１４の各回転の半分の期間中に磁石部の外周面に位置し、回転子の各回転の残りの半分の期間中に磁石部の外周面に位置する。
【００３１】
モータ１０２は、同期速度を下回る速度、同期速度と同じ速度、または同期速度を上回る速度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通して流れることができる事実に起因するものである。
【００３２】
図１の分割相巻線回路は、動作中ＡＣ線間電圧等の交流（ＡＣ）エネルギー源に接続されるリードＬ１及びＬ２の入力接続部を含む。リードＬ１及びＬ２は直列回路を横断して接続され、直列回路は制御回路１０８を横断して直列に接続されるように示される分割相巻線１０４、１０６を含む。例えば、制御回路１０８は、分割相巻線１０４、１０６に直列に接続される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る１つ以上のスイッチまたは他の電力制御可能スイッチングデバイスを有する電源スイッチ（複数可）回路とを含み得る。
【００３３】
分割相巻線１０４、１０６は、２本巻またはラップで巻かれ得る。交流電源は、そのリードＬ１が、第１の巻線１０４の開始側Ｓ１に接続される。巻線１０４の他端（Ｆ１とラベル付けされたもの）は、制御回路１０８の入力の一方に接続される。制御回路１０８の他方の入力側は第２の分割相巻線１０６の開始側Ｓ２に取り付けられ、同じ分割相巻線の終端側（Ｆ２とラベル付けされたもの）はＡＣ電源の入力リードＬ２に取り付けられる。
【００３４】
別の例として、図２は、モータ相巻線が分割され、モータ制御装置（モータ制御回路）が分割モータ相巻線の中間点に位置する単相ＥＣＭ２０２を示す。
【００３５】
図３は、分割相巻線回路３０２を開示し、分割相巻線回路３０２は、モータのモータ相巻線３０４、３０６（また、本明細書では、モータ相または位相コイルと称される）を半分に分割するための、ならびにモータ用のモータ制御装置３０８及びモータ用の電源電子装置の両方を設置するためのものであり、ＤＣ電源装置３１０と電源スイッチ（複数可）回路３１２とを含み、１つ以上のスイッチは、分割相３０４と分割相３０６との間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」３１４に位置する。図３の例では、モータ相巻線は半分に分割されている。半分の分割から、いくらかの変動（中間点から０〜±２０％等）が許容可能である。
【００３６】
図３の分割相巻線回路３０２は、２つの分割相巻線３０４、３０６を含み、各分割相巻線３０４、３０６は、それぞれＡＣ線間電圧Ｌ１及びＬ２に接続される。ＤＣ電源装置３１０が、第１の相巻線３０４の終端側及び第２の相巻線３０６の開始側等、分割相巻線３０４、３０６に電気的に接続される。分割相巻線３０４、３０６は、ＡＣ線間電圧をＤＣ電源装置３１０に適合する電圧まで下げるように動作する。したがって、Ｌ１及びＬ２で受けたＡＣ線間電圧を、ＤＣ電源装置３１０によって受け取られる選択した低電圧まで減らすために、分割相巻線３０４、３０６の巻線数を選択することができる。分割相巻線３０４、３０６は、また、Ｌ１及びＬ２で受けたＡＣ線間電圧からノイズをフィルタ処理するように動作する。
【００３７】
ＤＣ電源装置３１０は、分割相巻線３０４、３０６から受けた低電圧ＡＣ電力を、モータ制御装置３０８を含む分割相巻線回路のＤＣで給電される構成要素を給電するように設定されるＤＣ電圧に変換する。次に、ＤＣ電源装置３１０は、電力をモータ制御装置３０８に供給する。
【００３８】
モータ制御装置３０８は、分割相巻線回路３０２の起動及び動作を制御する。例えば、モータ制御装置３０８は、起動を制御し、これにはモータが同期モータである場合を含む。モータ制御装置３０８は、固定子に対する回転子の場所を判定する。モータ制御装置３０８は、また、毎分回転数（ＲＰＭ）等の回転子の速度を判定及び監視し、モータが同期速度に達したとき等のモータの動作パラメータを判定し、回転子の場所及び／またはモータ速度に基づいてモータを制御する。一例では、モータ制御装置３０８は、回転子の位置を判定するホール効果スイッチ及び／または他の回転判定デバイス、及び／または回転子の速度を判定する回転カウントデバイスもしくは速度判定デバイスを有する。
【００３９】
電源スイッチ（複数可）回路３１２は、１つ以上の金属酸化膜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、または他のスイッチもしくはスイッチングデバイス等の１つ以上の電源スイッチを含む。１つ以上のスイッチはオンもしくはオフである、または、一つがオンである間、他はオフである。例えば、ＡＣサイクルの半サイクルでは、第１の電源スイッチはオンであり導電している一方、第２の電源スイッチがオフであり導電していない。ＡＣサイクルの他方の半サイクルでは、第２の電源スイッチはオンであり導電している一方、第１の電源スイッチがオフであり導電していない。１つのスイッチを伴う回路では、スイッチは、ＡＣサイクルの１つ以上の部分の間、オンであり導電し得る、またはオフであり導電しない場合がある。
【００４０】
電源スイッチ（複数可）回路３１２は、ＤＣ電源装置３１０から離れており（ＤＣ電源装置３１０の外側にあり）、ＤＣ電源装置の内部にある（ＤＣ電源装置から離れていない）電源スイッチ（複数可）を有する回路よりも分割相巻線回路３０２をより安定にする。
【００４１】
回路の電源スイッチ（複数可）がオンのとき、電源スイッチ（複数可）の小さな抵抗に起因して、電源スイッチ（複数可）を通してほんのわずかな電圧降下がある。したがって、ＤＣ電源装置の入力電圧がＤＣ電力供給リードを電源スイッチ（または複数の電源スイッチ）の両側に接続することによって発生する場合、これは、電源スイッチが「オン」の状態にあるとき、または電力を受けることができず、回路のＤＣ構成要素に給電することができないとき、ＤＣ電源装置が崩壊することをもたらすであろう（すなわち、ＤＣ電源装置からのＤＣ電圧は、スイッチ「オン」の抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回る電圧レベル（ゼロに近いレベル）まで減る）。
【００４２】
例えば、電源スイッチがＤＣ電源装置を横断してまたはブリッジ整流器のＤＣ側を横断して接続される場合、及び電源スイッチが導電している、または「オン」であるとき、電圧降下を生じさせるように電源スイッチと直列にある１つ以上の構成要素がない場合、導電している電源スイッチは、ＤＣ電源装置用のブリッジ整流器の正端子及び負端子を「ショート」させ、すなわち一緒に接続し、ＤＣ電源装置を崩壊させる（ＤＣ電圧を、電源スイッチの「オン」抵抗を、電源スイッチを流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るレベル（ゼロに近いレベル）まで減らさせる）。電源スイッチの「オン」抵抗が極めて低い、または一般的にミリオームであるため、ＤＣ電圧はゼロにとても近くなる。
【００４３】
分割相巻線回路３０２は、１つ以上の非崩壊ＤＣ電力供給構成要素３１６、３１８（ＤＣ電源装置からのＤＣ電圧が、スイッチ「オン」の抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近い）まで減ることを防止する構成要素）を含み、非崩壊ＤＣ電力供給構成要素３１６、３１８は、非崩壊ＤＣ電源装置をもたらす電圧降下構成要素または直接ＤＣ電力供給給電構成要素を含む。非崩壊ＤＣ電源装置構成要素３１６、３１８の例は、ＤＣ電源装置３１０に電気的に接続される１次相巻線３０４、３０６からのタップ、電源装置を給電するＤＣ電源装置に接続される２次相コイル巻線、分割相巻線と電源スイッチ（複数可）回路３１２との間の抵抗器、分割相巻線と電源スイッチ（複数可）回路との間の１つ以上のツェナーダイオード、分割相巻線と電源スイッチ（複数可）３１２との間の非飽和半導体または他の抵抗構成要素を含み、抵抗が大幅な電圧降下を生じさせるのに十分に高く、この電圧降下が、スイッチが「オン」であるとき、ＤＣ電源装置または他の構成要素に、１次分割相巻線と電源スイッチ（複数可）回路との間で電圧降下を生じさせ、電源スイッチ（複数可）回路の電源スイッチ（複数可）がオンであり導電するとき、ＤＣ電源装置が崩壊することを防止する。したがって、分割相巻線回路３０２は、電源スイッチ（複数可）回路がオンであり導電している、またはオフであり導電していないのかどうかに関わらず、電力の一定流量を提供する。
【００４４】
多くの電子制御同期モータは、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。このゼロ交差検定回路は、信号をモータ制御装置３０８に送信し、モータが同期速度である時を判定する。ＡＣ供給電圧が、通常同じ回路で動作する他の機器に起因する電気ノイズを有する場合、この電気ノイズ（通常、モータの音響ノイズのように見える）により、ゼロ交差検出器が誤動作し得、モータの制御に影響を及ぼす。
【００４５】
一例では、分割相巻線回路３０２は、同期モータの一部である。同期モータは、Ｌ１及びＬ２において線電力（すなわち、電流及び電圧を伴うＡＣ電力）を受ける。本開示の関連回路を使用して、分割相巻線を使用する同期モータは、モータを制御するために印加されたＡＣ電圧のゼロ交差を検出することに依存せず、むしろ、電圧の極性、すなわち、極性Ｌ２がＬ１よりも高い、または少ないのかを検出し、電気ノイズがＡＣ電源に存在するときでさえ、静かな動作を可能にする。
【００４６】
図３のＤＣ電源装置３１０は、分割相巻線３０４、３０６に電気的に直接接続される。したがって、ＤＣ電源装置３１０は、電源スイッチ（複数可）回路３１２の状態に関わらず、分割相巻線３０４、３０６によって給電される。
【００４７】
図４は、別の分割相巻線回路４０２を開示し、分割相巻線回路４０２は、モータのモータ相巻線４０４、４０６を半分に分割するための、ならびにモータ用のモータ制御装置４０８及びモータ用の電源電子装置の両方を設置するためのものであり、分割相間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」４１４に、ＤＣ電源装置４１０と、１つ以上のスイッチを伴う電源スイッチ（複数可）回路４１２とを含む。図４の分割相巻線回路４０２は、非崩壊ＤＣ電源装置（ＤＣ電圧が、電源スイッチ（複数可）「オン」抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近い）まで減らないＤＣ電源装置）をもたらすようにＤＣ電源装置４１０に電気的に接続される１次分割相巻線４０４、４０６からのタップ４１６、４１８を含む。
【００４８】
いくつかの回路では、モータが同期速度に達するとき、１つ以上の電源スイッチ（複数可）がオフになり、それによって、低電圧電力がモータ制御装置に流れることを停止させる。一例では、同期速度等における一つの分割相巻線から電源スイッチ（複数可）を通る別の分割相巻線までの経路がショートされる。これは、短絡中に電荷を保持するキャパシタが存在しない場合、または存在するキャパシタが短絡中に十分な電荷を保持するのに十分に大きくない場合等では、ＤＣ電源装置及びモータ制御装置が、もはや相巻線から低電力供給電圧を受けないことをもたらす。図４の分割相巻線回路４０２は、１次分割相巻線４０４、４０６のコイルからＤＣ電力供給部４１０までタップ４１６、４１８を含み、それにより、低電圧電力供給は、相巻線からＤＣ電源装置まで直接流れ、モータ制御装置４０８（「分割モータ相制御装置」）用の電源スイッチ（複数可）をバイパスする。それによって、図４の回路４０２は、低電圧電力供給が、例えば、同期速度でＤＣ電源装置４１０に供給されることを保証する。
【００４９】
一例では、分割モータ相制御装置用のＤＣ電源装置４１０は、ツェナーダイオード及び蓄電キャパシタによって形成され、蓄電キャパシタは、電源スイッチ（複数可）がオフであるとき、交流（ＡＣ）サイクルの一部の間に電力を受ける。モータが同期速度で動作するとき、電源スイッチ（複数可）は連続的に導電する。したがって、ＤＣ電源装置に供給される電圧量は、スイッチ（複数可）を横断する電圧降下に等しく、少ない抵抗（ＲＤＳ（オン））のパワーＭＯＳＦＥＴを使用するときに、低電圧をもたらし得る。
【００５０】
図５は、別の分割相巻線回路５０２を開示し、分割相巻線回路５０２は、モータのモータ相巻線５０４、５０６を半分に分割するための、ならびにモータ用のモータ制御装置５０８及びモータ用の電源電子装置の両方を設置するためのものであり、分割相間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」５１４に、ＤＣ電源装置５１０と、１つ以上のスイッチを伴う電源スイッチ（複数可）回路５１２とを含む。図５の回路５０２は、モータ相巻線５０４と電源スイッチ（複数可）回路５１２との間に抵抗器Ｒ１と、モータ相巻線５０６と電源スイッチ（複数可）回路５１２との間に抵抗器Ｒ２とを含み、ひいては、相巻線からＤＣ電源装置５１０まで供給される低電圧電力供給を維持し、非崩壊ＤＣ電源装置（ＤＣ電圧が、電源スイッチ（複数可）回路「オン」の抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近い）まで減らないＤＣ電源装置）をもたらす。それによって、図５の回路は、例えば同期速度で、ＤＣ電源装置５１０までの低電圧電力供給を維持する。
【００５１】
図６は、別の分割相巻線回路６０２を開示し、分割相巻線回路６０２は、モータのモータ相巻線６０４、６０６を半分に分割するための、ならびにモータ用のモータ制御装置６０８及びモータ用の電源電子装置の両方を設置するためのものであり、分割相間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」６１４に、ＤＣ電源装置６１０と、１つ以上のスイッチを伴う電源スイッチ（複数可）回路６１２とを含む。１次分割相巻線６０４、６０６は、ＤＣ電源装置６１０に流れ得る電流を制限し、それによって、電力を浪費する電流制限構成要素の必要性をなくす。図６の分割相巻線回路６０２は、非崩壊ＤＣ電源装置（ＤＣ電圧が、電源スイッチ（複数可）「オン」抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近い）まで減らないＤＣ電源装置）をもたらすように、ＤＣ電源装置６１０に電気的に接続される２次相巻線６１６、６１８を含む。
【００５２】
一例では、電源スイッチ（複数可）回路６１２は、ツェナーダイオードまたは他の電圧レギュレータと、電源スイッチとを並列に含む。一方、従来システムは、他の構成要素と直列に電力回路を含んでいた。電源スイッチがツェナーダイオードと並列であり、直列ではないため、電源スイッチは常にオンであり得る。しかしながら、電源スイッチがオフである場合、電流は、まだ、ツェナーダイオードを通って流れることができる。
【００５３】
図６の回路は、モータが起動するとき等に、低電圧電力供給をＤＣ電源装置６１０に提供する１つ以上の２次コイル（また、２次巻線と称される）６１６、６１８を含む。１つ以上の２次コイル６１６、６１８は、また、高周波ノイズフィルタとして働き、ＤＣ電源装置６１０に供給される低電力電圧から高周波ノイズを除去する。
【００５４】
２次巻線６１６、６１８は、別の２次巻線よりも多い数の一方の２次巻線の巻物またはコイル等の、１極に全てある第１の分割相巻線６０４と第２の分割相巻線６０６との間に均等に、または第１の分割相巻線と第２の分割相巻線との間等に不均等に、いずれかの場所に分散され得る。
【００５５】
図６の例では、分割相巻線回路６０２は、モータがオンであり同期速度であるとき、モータ制御装置６０８を含むＤＣ電子機器をオフにすることができる。したがって、分割相巻線回路６０２のモータ制御装置６０８は、モータ速度を判定し、モータが同期速度であるか、または同期速度ではないのかどうかを判定する。例えば、１８００ＲＰＭは、４つの固定極（２つの北固定極及び２つの南固定極）を伴うモータの同期速度であり得る。ＡＣサイクルの半分毎に、電力は磁極の１つに供給される。したがって、電力を４つの磁極に提供するのに２サイクルかかる。したがって、モータが線間ＡＣに同期化される場合、同期速度は１８００ＲＰＭである。同様に、８極固定子の同期速度は、９００ＲＰＭであろう。
【００５６】
図７は、分割相巻線回路７０２における、同期速度を下回る、起動中及び連続動作中の相電流方向の制御を示す。
【００５７】
図７に示されるように、電流は、常に、同じ方向に、分割相巻線７０４、７０６と、電源スイッチ（複数可）回路７０８とを横断するように流れる。分割相巻線７０４、７０６は、電源スイッチ（複数可）回路７０８と直列にあり、分割相巻線間の中間点または中心点に設置される電源スイッチ（複数可）回路７０８を伴う１つの巻線を表す。分割相巻線に印加された電流及び電圧は常に両方のコイルを通って同じ方向であり、分割相巻線の磁極性も同様に同じである。
【００５８】
下記に説明するように、制御回路は、ダイオード整流器ブリッジ回路を含み得、ダイオード整流器ブリッジ回路の出力は１つ以上の電源スイッチに接続される。図７に示されるように、リードＬ１の電圧が正であるとき、電源スイッチ（複数可）回路７０８のダイオードブリッジ整流器の出力端子が短絡する場合、電流は一方向に巻線７０４、７０６だけを通って流れるが、半サイクル刻みである。リードＬ１及びＬ２を横断する電圧が６０サイクルである場合、制御回路内のダイオードブリッジ整流器回路の出力は、リードＬ１が正であるときだけ短絡し、電流は一方向だけに８ミリ秒間流れる。電流は、別の半サイクルでは、８ミリ秒間流れない。次いで、電流は、別の８ミリ秒間等だけ流れるであろう。リードＬ２が正であるとき、制御回路のダイオードブリッジ回路の出力が短絡する場合、電力は同様に流れる。ブリッジの出力の短絡が磁気回転子の角度位置に基づいて選択的に達成される場合、連続的なモータ作用が生じる。制御回路内のダイオードブリッジ整流器回路の出力が、上記に説明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で短絡する場合、及びリードＬ１が正であるときだけ、同期速度よりも速い速度を含む任意の所望の速度を達成することができる。係るモータの特徴は、脈動電流が入力に印加されるＤＣモータと同様であるだろう。しかしながら、複数の電源スイッチング構成要素に分割相巻線の切り替えを達成させることよりもむしろ、分割相巻線回路は、１つの電源スイッチング構成要素と連動した交流が切り替えを達成することができる事実を利用している。
【００５９】
図８は、４極分割相巻線回路の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す。同期速度において、制御相はＡＣライン入力と同期化される。
【００６０】
図９は、２極分割相巻線回路の３６００回転／分（ＲＰＭ）の同期速度における相電流方向の制御を示す。同期速度において、制御相はＡＣライン入力と同期化される。
【００６１】
図１０は、分割相巻線回路のＤＣ電力供給蓄電キャパシタ充電の周期の例を示す。図７の波形との相互関係に留意されたい。
【００６２】
図１１は、２次コイル１１０４、１１０６及び１つの電源スイッチ１１０８を伴う分割相巻線回路１１０２を示す。１次分割相巻線１１１０、１１１２は、ＤＣ電源装置に流れ得る電流を制限する。
【００６３】
電流回路１１１４は、入力周波数のタイミング及び回転子位置に基づいて、電源スイッチ（複数可）回路１１１５の切り替えを制御する。制御回路１１１４は、分割相巻線回路の起動及び動作を制御する。例えば、モータ制御装置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場所を判定する。モータ制御装置１１１４は、また、毎分回転数（ＲＰＭ）等の回転子の速度を判定及び監視し、モータが同期速度に達したとき等のモータの動作パラメータを判定し、回転子の場所及び／またはモータ速度に基づいてモータを制御する。一例では、制御回路１１１４は、回転子の位置を判定するホール効果スイッチ及び／または他の回転判定デバイス、及び／または回転子の速度を判定する回転カウントデバイスもしくは速度判定デバイスを有する。
【００６４】
一例では、電源スイッチ（複数可）回路１１１５は、ツェナーダイオード１１１６または他の電圧レギュレータと、電源スイッチ１１０８とを並列に含む。一方、従来システムは、他の構成要素と直列に電力回路を含んでいた。電源スイッチ１１０８がツェナーダイオード１１１６と並列であり、直列ではないため、電源スイッチ１１０８は常にオンであり得る。しかしながら、電源スイッチがオフである場合、電流は、まだ、ツェナーダイオードを通って流れることができる。
【００６５】
図１１の回路は、モータが起動するとき等に、低電圧電力供給をＤＣ電源装置に提供する１つ以上の２次コイル（また、２次巻線と称される）１１０４、１１０６を含む。１つ以上の２次コイル１１０４、１１０６は、また、高周波ノイズフィルタとして働き、ＤＣ電源装置に供給される低電力電圧から高周波ノイズを除去する。
【００６６】
２次巻線１１０４、１１０６は、別の２次巻線よりも多い数の一方の２次巻線の巻物またはコイル等の、１極に全てある第１の分割相巻線１１１０と第２の分割相巻線１１１２との間に均等に、または第１の分割相巻線と第２の分割相巻線との間等に不均等に、いずれかの場所に分散され得る。
【００６７】
コイルがブリッジ整流器１１１８を介して回路に接続される方法により、電流が任意の所与の時間で一方向だけにコイルを通って流れることを可能にする。
【００６８】
このモータ及び制御装置に行われた改善により、ＤＣ論理電源装置を大きく改善し、より信頼性のある論理制御回路を可能にする。２次コイル１１０４、１１０６は、１次コイル１１１０、１１１２としてモータコイルを使用して、変圧器をつくる方法で、モータコイルで巻かれる。図１１の例は２０：１の比を使用する。図１１の例は、同じ固定極に巻かれたモータ１次コイルあたり１０００巻及びモータ２次コイルあたり５０巻を含む。しかしながら、より高いまたはより低い他の巻線比が使用され得る。１次モータコイル１１１０、１１１２と２次コイル１１０４、１１０６との比は、ＡＣ入力電力及び／またはＤＣ電力要求によって変化し得る。この回路は、全てのＤＣ回路を線からの高電圧から分離するだけではなく、電力が入力Ｌ１及びＬ２に印加されるときに、制御回路１１１４に非崩壊ＤＣ電源装置ももたらす。
【００６９】
電源スイッチ（複数可）回路１１１５は、ＭＯＳＦＥＴ電源スイッチ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、負電圧が電源スイッチ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、正電圧が電源スイッチ１１０８の源（底部）に供給されず、それによって、抵抗器Ｒ１を介して電源スイッチ１１０８のゲート上の正電圧によってバイアスをかけられたとき、電流がドレインから電源スイッチ１１０８の源までだけ流れることができることを保証する。同時に、正の整流ＡＣ電力供給が電源スイッチ１１０８のドレインに存在するとき、電源スイッチ１１０８は、抵抗器Ｒ１を介して同じ電圧信号によってバイアスをかけられる。ダイオード１１１６は、電源スイッチ１１０８のゲート上のいかなる電圧も−０．７ＶＤＣよりも大きくなることを保証することによって、電源スイッチ１１０８のゲートを保護する。それは、それより小さいいかなる電圧も、電源スイッチ１１０８を損傷または破壊させ得るからである。抵抗器Ｒ１１及びキャパシタＣ５は、過渡電流または高周波ノイズを除去する「スナバ」として使用される。Ｒ１１及びＣ５は、特にノイズ環境では、ＭＯＳＦＥＴ電源スイッチ１１０８に追加の保護を提供する。
【００７０】
図１２は、２次コイル１１０４、１１０６及び１つの電源スイッチ１１０８を伴う分割相巻線回路１２０２を示す。図１２の回路は、図１１の同じ電源スイッチ（複数可）回路と、同じ２次コイル１１０４、１１０６とを含む。加えて、図１２の制御回路１１１４Ａは、同期速度によるものを含むモータの動作を制御する論理制御回路１２０４と、電源スイッチ（複数可）回路がオフになるときに制御する論理制御遮断回路１２０６と、ＤＣ電力を論理制御回路及び論理制御遮断回路に供給する非崩壊ＤＣ電源装置１２０８とを含む。論理制御回路１２０４及び論理制御遮断回路１２０６は、単一の論理制御回路として構成され得る。
【００７１】
一実施形態では、分割相巻線回路１２０２の１つの目的は、モータがＡＣ電力供給線の周波数（例えば、４極モータに関して、６０Ｈｚ＝１８００ｒｐｍ及び５０Ｈｚ＝１５００ｒｐｍ）に同期して動作することを可能にすることである。何の制御回路もなければ、電源スイッチ（複数可）回路は、コイル対Ｌ１及びＬ２が一緒に短絡したかのように、電源スイッチ（複数可）回路を通って電流が流れることを許すであろう。制御回路は、回転子が線間電圧と比較して適切な位置になるまで、電源スイッチ（複数可）をオフにする。この理由で、一態様では、電源スイッチ（複数可）回路は、ＡＣ電力供給線電圧に関して定格である。制御回路構成要素は、全て、論理レベル電圧（ＶＣＣ）であり得る。
【００７２】
論理電力は、１次コイル１１１０、１１１２と同じ極に巻かれている２次コイル１１０４、１１０６によって供給される。２次電力が論理電力要求を満たす限り、２次コイル１１０４、１１０６は任意の数の極に巻かれ得る。一例では、制御回路は、モータを起動し、モータを同期速度の状態にするためのみに必要とされ、論理制御遮断回路は、随意に、主要制御回路を遮断するために含まれる。論理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って、電源スイッチ（複数可）回路は、電源スイッチ（複数可）回路のいずれかの損失を差し引いた、モータへの線の全電力を可能にする。これは、特にモータが長期間起動しているとき、構成要素の全効率及び寿命を増加させる。
【００７３】
図１３及び図１３Ａは、２次コイル及び１つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。当該回路は２つのＡＣ供給ライン入力Ｌ１及びＬ２を有し、ＡＣ供給ライン入力Ｌ１及びＬ２は、モータの動作中にＡＣ電源に接続される。
【００７４】
電源スイッチ回路
電源スイッチ（複数可）回路は、全波ブリッジ整流器ＢＲ１と、ＭＯＳＦＥＴ電源スイッチＱ１とを有する。全波ブリッジ整流器ＢＲ１は、負電圧が電源スイッチ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、正電圧が電源スイッチＱ１の源（底部）に供給されず、それによって、抵抗器Ｒ１を介して電源スイッチＱ１のゲート上の正電圧によってバイアスをかけられたとき、電流がドレインから電源スイッチＱ１の源までだけ流れることができることを保証する。正の整流ＡＣ電力供給が電源スイッチＱ１のドレインに存在するとき、電源スイッチＱ１は、抵抗器Ｒ１を介して同じ電圧信号によってバイアスをかけられる。ダイオードＤ５は、電源スイッチＱ１のゲート上のいかなる電圧も−０．７ＶＤＣよりも大きくなることを保証することによって、電源スイッチＱ１のゲートを保護する。それは、それより小さいいかなる電圧も、電源スイッチＱ１を損傷または破壊させ得るからである。抵抗器Ｒ１１及びキャパシタＣ５は、過渡電流または高周波ノイズを除去する「スナバ」として使用される。Ｒ１１及びＣ５は、特にノイズ環境では、ＭＯＳＦＥＴ電源スイッチＱ１に追加の保護を提供する。
【００７５】
ＤＣ電力供給
電力がモータに印加され、電流がモータ相巻線（モータ１次コイル）を通ってながれるとすぐに、変圧器の動作と同様に２次巻線（２次コイル）に電力が発生する。２次コイルの電圧の値は、入力電圧と、１次コイルと２次コイルとの巻数比とに正比例する。図１１の例を使用すると、１次コイルに対する入力電圧が１２０ＶＡＣであり、１次コイルと２次コイルとの巻数比が２０：１である場合、２次コイルの電圧は、約６ＶＡＣから任意の損失を差し引いたものと計算されるであろう。２次コイルからの電力は、２次コイルからＤＣ電源装置まで直接供給される。全波ブリッジ整流器ＢＲ２は、２次コイルからの低電圧ＡＣ電力供給を整流する。全波ブリッジ整流器ＢＲ２は、ＤＣ供給要求に基づく、低電力構成要素であり得る。
【００７６】
ツェナーダイオードＺ１及びＺ２は、それぞれのアノードとアノードが直列に接続され、各カソードは、全波ブリッジ整流器ＢＲ２のＡＣ電力供給入力に接続される。この方法は、全波ブリッジ整流器ＢＲ２を、当該構成要素の最大定格を超え得るＡＣ電力供給入力から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、回路接地に接続され、また、電源スイッチブロックと同じ接地に接続される。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及びキャパシタＣ１に接続される。キャパシタＣ１は、低ドロップアウトレギュレータＬＤＯ１の入力に向かう整流されたＡＣ電力供給信号を平滑化するために提供される。バイパスキャパシタＣ７が、正のＤＣレール（ＶＣＣ）のノイズを減らすことを助けるために、低ドロップアウトレギュレータＬＤＯ１の出力で使用され得る。また、より大きいキャパシタＣ１０が、いくつかの低電圧状況の間、正のＤＣレールを平滑化し、給電を確実にするために、低電圧レギュレータＬＤＯ１の出力に使用され得る。Ｃ７及びＣ１０は必須ではないが、特にノイズ環境で、低電圧ＤＣ構成要素に対して信頼性及び保護を追加するために提供される。
【００７７】
論理制御回路／モータ制御装置
論理制御回路（モータ制御装置）は、ＡＣ供給ライン入力周波数のタイミング及び回転子位置に基づいて、電源スイッチ（複数可）回路の切り替えを制御する。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と、ダイオードＤ６及びＤ７とから成るＡＣバッファを使用して感知される。ＡＣバッファ入力への電流は、高値抵抗器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供給電圧よりも大きくならないことを確実にする。ダイオードＤ７は、ＡＣバッファ入力がＤＣ供給接地を基準として、−０．７ボルトよりも大きいことを確実にする。
【００７８】
ＡＣバッファへの入力が論理ハイであるとき、ＢＪＴ  Ｑ２はバイアスがかけられ、ＡＣバッファの出力もまた論理ハイになる。ＡＣバッファへの入力が論理ローのとき、ＢＪＴ  Ｑ３はバイアスがかけられ、ＡＣバッファの出力は論理ローになる。ＡＣバッファの出力は、キャパシタＣ６及び抵抗器Ｒ１３から成るフィルタに接続される。フィルタは必須ではないが、ノイズ環境で保護及び信頼性を提供する。
【００７９】
回転子磁極性は、ホール効果スイッチＩＣ１を使用して感知される。しかし、別のスイッチまたは感知デバイスが、回転子磁極性及び／または回転子位置を感知するために、及び／または速度を判定するために、及び／または回転子の回転を判定するために使用され得る。ホール効果スイッチＩＣ１はオープンコレクタ出力であり、ひいては、正のＤＣレール（ＶＣＣ）へのプルアップを必要とする。抵抗器Ｒ２は、オープンコレクタ出力に必要なプルアップを提供する。
【００８０】
ホール効果スイッチＩＣ１の出力及びＡＣバッファの出力は、単一の回路論理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バッファとの差であり、この差により、電源スイッチ（複数可）回路のＭＯＳＦＥＴ電源スイッチＱ１にバイアスがかかる。ホール効果スイッチＩＣ１出力が論理ローのとき、電源スイッチＱ１は、モータへのＡＣ供給入力Ｌ１が負であるときだけバイアスがかかる。ホール効果スイッチＩＣ１の出力が論理ハイであるとき、電源スイッチＱ１は、モータへのＡＣ供給入力Ｌ１が正であるときだけバイアスがかかる。モータ起動中、複数の入力ＡＣサイクルがあり得、ＡＣ供給入力Ｌ１から、正の入力だけ、または負の入力だけのいずれかが、電源スイッチＱ１を通過する。
【００８１】
電源スイッチＱ１を使用して、電源スイッチＱ１のドレイン及びゲート電圧がバイアス電圧を上回るときにいつでも、波形を「ぶつ切りにする」、すなわち遮断することができる。例えば、図７を参照されたい。ＸＯＲ  ＩＣ２の出力がＢＪＴ  Ｑ４にバイアスをかけることによって論理ハイであるとき、電源スイッチＱ１のゲートが論理ローに保持される。ＢＪＴ  Ｑ４にバイアスがかかるとき、抵抗器Ｒ１から流れるいずれの電流も、電源スイッチＱ１のゲートをバイパスし、ＢＪＴ  Ｑ４を通ってコレクタから、そのソースに電源スイッチＱ１のゲートを電気的に接続するエミッタまで流れ、電源スイッチＱ１を遮断する。
【００８２】
ホール効果スイッチＩＣ１の周波数が入力ＡＣ供給の周波数に一致するとき、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、モータが同期しなくなるか、またはモータが停止及び再起動するかのいずれかが行われるまで、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から同期速度またはそれより速い速度を感知するとき、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論理ローに保持される。電圧レギュレータＩＣ３が入力ＡＣ供給の速度よりも小さい速度を感知するとき、電圧レギュレータＩＣ３のオープンコレクタ出力はオフであり、ＸＯＲ  ＩＣ２の出力に影響を受けない状態にする。
【００８３】
この方法は、モータが同期速度で動作しているとき、電源スイッチＱ１が論理制御によって遮断されないことを確実にする。しかし、モータが同期速度を下回って減速する場合、論理制御装置は、モータが起動するときと同様に、モータタイミングを制御する。この方法を使用して、モータの全効率と、回路内の構成要素の耐用年数とが改善される。
【００８４】
外部構成要素が、電圧レギュレータＩＣ３のタイミングを設定するために使用される。抵抗器Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７は１％の許容差があり得、それによって、電圧レギュレータＩＣ３は、正確なパラメータの範囲内で動作する。キャパシタＣ１は抵抗器Ｒ６及びＲ７と連動して動作し、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周波数を設定する。キャパシタＣ３は、電圧レギュレータＩＣ３の内部充電ポンプ用に使用される。電圧レギュレータＩＣ３はゼロ電圧交差を有する周波数だけを検出するので、キャパシタＣ４は入力を電圧レギュレータＩＣ３にＡＣ結合するために使用される。抵抗器Ｒ８は、電圧レギュレータＩＣ３の入力において、ＡＣ結合キャパシタＣ４への電流を制限する。
【００８５】
図１４は、２つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【００８６】
図１５は、１つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【００８７】
図１６は、直列に２つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。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＆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。相電流が内部ダイオードの定格順方向電流を超える場合、ダイオードＤ５及びＤ６が、スイッチＱ１及びＱ２の内部ダイオード（ｄ１＆ｄ２）に関する電流容量を増加させるために使用される。キャパシタＣ２及びＣ３が、スイッチＱ１及びＱ２に関する「オン」の遅延をもたらし、必要ならば、キャパシタＣ１の追加充電時間を加え、ホールスイッチ／センサＩＣ１のデバイス選択に応じて、ホールスイッチ／センサＩＣ１の確実な３．３ＶＤＣまたは５ＶＤＣ供給を確実にするために使用される。従来システムでは、５ＶＤＣが、論理レベルパワーＭＯＳＦＥＴスイッチをスイッチオンにするために必要であった。キャパシタＣ２及びＣ３は、一実施形態では、任意である。
【００８８】
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電源装置のＡＣ電力の整流を行う。
【００８９】
ツェナーダイオードＺＤ１は、ホールスイッチ／センサＩＣ１のＤＣ電源装置用の電圧レギュレータを提供する。
【００９０】
ＲＬは、ＤＣ電源装置に対する電流制限を提供する。一例では、電流を約１０ｍＡに制限するように設定する。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用のベース駆動電流を含む、ＤＣ電流の６ｍＡを使用する。追加ＤＣ電流が、スイッチＱ３をオンにするために使用され、プルアップした抵抗器Ｒ３を通って供給される。スイッチＱ３のエミッタからコレクタへの電流、ならびにスイッチＱ４のベース及びコレクタからエミッタへの電流は、ＤＣ電源装置によって供給されず、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が適切な時間で完全に「オフ」にすることを確実にすることが好ましい。一実施形態では、スイッチは、最大動作効率のために、適切な時間において、完全に「オン」になる、または飽和状態になる。
【００９１】
図１７は、分割相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源装置までのタップと、直列に２つの電源スイッチとを伴う分割相巻線回路を示す。
【００９２】
図１８は、並列に２つの電源スイッチを伴う分割相巻線回路を示す。
【００９３】
図１９は、分割相巻線コイルから直流（ＤＣ）電源までのタップと、並列に２つの電源スイッチとを伴う分割相巻線回路を示す。
【００９４】
図２０は、非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、１次ＡＣ相巻線２００４及び２次巻線２００６（すなわち、１つ以上の２次コイル）を有する分割相巻線回路を伴うモータ２００２を示す。図２０のモータでは、２次巻線２００６は全ての極で巻かれている。しかしながら、２次巻線２００６は、１極のみ、２極のみ、３極のみ、または他の数の極で巻かれ得る。２次巻線は、図２０のモータ２００２の１次巻線２００４と直列に接続される。しかしながら、２次巻線２００６は、また、並列に、または直列及び並列の両方の組み合わせでも接続され得る。図２０のモータは４極永久磁石同期モータである。６０ＨｚのＡＣで動作するときのモータの同期速度は１８００ＲＰＭである。
【００９５】
図２１は、非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、一極だけに巻かれた、１次ＡＣ相巻線２１０４及び２次巻線２１０６（すなわち、１つ以上の２次コイル）を有する分割相巻線回路を伴うモータ２１０２を示す。図２１のモータ２１０２は４極永久磁石同期モータである。６０ＨｚのＡＣで動作するときのモータの同期速度は１８００ＲＰＭである。
【００９６】
図２２は、非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、タップ付き１次相巻線を伴う分割相巻線回路を伴うモータ２２０２を示す。図２２のモータ２２０２は４極永久磁石同期モータである。６０ＨｚのＡＣで動作するときのモータの同期速度は１８００ＲＰＭである。
【００９７】
モータは、４極２２０６〜２２１２を伴う固定子２２０４と、固定子に対面する４つの磁石Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ２２１６〜２２２２を伴う回転子２２１４とを有する。モータ２２０２は、シャフト（中心円）２２２４と、回転子後部鉄（シャフトと磁石との間の部分）２２２６とを有する。１次分割相巻線２２２８、２２３０は、各々、Ｌ１及びＬ２にＡＣ電源装置に接続される。２次分割相巻線２２３２、２２３４は、ＤＣ電源装置２２３６に接続される。
【００９８】
図２３は、非崩壊ＤＣ電源装置をもたらすように、分割相巻線回路２３０８、２３１０と、電源スイッチ（複数可）回路２３１２との間に、抵抗器２３０４、２３０６を伴う分割相巻線回路２３０２を伴うモータを示す。図２３のモータは４極永久磁石同期モータである。６０ＨｚのＡＣで動作するときのモータの同期速度は１８００ＲＰＭである。
【００９９】
図２４は、非崩壊ＤＣ電力供給部をもたらすように、分割相巻線回路２４０８、２４１０と、電源スイッチ（複数可）回路２４１２との間に、ツェナーダイオード２４０４、２４０６を伴う分割相巻線回路２４０２を伴うモータを示す。図２４のモータは４極永久磁石同期モータである。６０ＨｚのＡＣで動作するときのモータの同期速度は１８００ＲＰＭである。
【０１００】
図２５〜図３４の回路は、本明細書に記載される１つ以上のモータ等の１つ以上のモータとともに使用され得る分割相巻線回路を示す。これらの回路は、４つの部分に分割されるモータ用のモータ相巻線を含み、２つのモータ相巻線は回路のモータ相巻線の一方の半分を形成し、他方の２つのモータ相巻線は回路のモータ相巻線の他方の半分を形成している。モータ制御装置／モータ制御回路からモータ相巻線の半分のそれぞれにおける２つのモータ相巻線（コイル）の間の接続を追加することによって、モータは、起動のために４つのコイルのうちの２つだけを使用して動作することができる。これは、モータ全体のコイルインピーダンスを減少させ、電流を増加させトルクを増加させるので、起動に関して利点をもたらす。電流が上昇するので、選択された容認可能割合と同じまたは下回る割合まで効率が減り得る。分割相巻線回路は、いくつかの実施形態では、低入力電圧で起動トルクを提供する。
【０１０１】
図２５の回路を参照すると、分割相巻線回路２５０２は、４つの分割モータ相巻線２５０４〜２５１０を有する。モータ相巻線のうちの２つ２５０４〜２５０６は回路２５０２のモータ相巻線の一方の半分２５１２を形成し、他方の２つのモータ相巻線２５０８〜２５１０は回路のモータ相巻線の他方の半分２５１４を形成している。モータ用のモータ制御装置２５１６は２つの段を有し、モータ制御装置の第１の段（段１）２５１８は分割モータ相巻線２５０４〜２５１０の２等分部２５１２〜２５１４の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」２５２０に設置され、モータ制御装置の第２の段（段２）２５２２は、分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置される。
【０１０２】
モータ用の電源電子装置は２つの段を有し、第１の段（段１）の電源スイッチ（複数可）回路／電源電子装置２５２４は、各々、モータ相巻線の半分２５１２〜２５１４のそれぞれ（すなわち、「４分の１点」）に、分割モータ相巻線２５０４〜２５０６及び２６０８〜２６１０のうちの２つの間の中間点または中心２５２６、２５２８に設置される。段１の電源スイッチ（複数可）回路は、第１（Ｌ１）及び第４（Ｌ４）のコイル２５０４、２５１０を有効にする。段１の電源スイッチ（複数可）回路２５２４は、例えば、１つ以上のＭＯＳＦＥＴまたは他のスイッチ等の１つ以上のスイッチであり得、段１のモータ制御装置２５１８によって制御される。
【０１０３】
第２の段（段２）の電源スイッチ（複数可）回路／電源電子装置２５３０は、分割モータ相巻線２５０４〜２５１０の２等分部２５１２、２５１４の間の供給線電圧における「中間点」２５２０に設置される。段２の電源スイッチ（複数可）回路２５３０は、第２のコイル（Ｌ２）２５０６と、第３のコイル（Ｌ３）２５０８とを有効にする。段２の電源スイッチ（複数可）回路２５３０は、例えば、１つ以上のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、カッドソリッドステートリレー（ＱＳＳＲ）、または他のスイッチ等の１つ以上のスイッチであり得、段２のモータ制御装置２５１８によって制御される。直流（ＤＣ）電源装置２５３２（例えば、モータ制御装置に使用される電子機器用のもの）は、また、分割モータ相巻線２５０４〜２５１０の間に、分割モータ相巻線の２等分部２５１２〜２５１４の間に、及び／またはモータ相巻線の半分２５１２、２５１４のそれぞれに分割モータ相巻線２５０４〜２５０６もしくは２５０８〜２５１０のうちの２つの間の中間点もしくは中心２５２６〜２５２８に位置する。
【０１０４】
分割相巻線回路２５０２は、１つ以上の非崩壊ＤＣ電力供給構成要素２５３４、２５３６（ＤＣ電源装置からのＤＣ電圧が、スイッチ「オン」の抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流を乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近いもの）まで減ることを防止する構成要素）を含み、非崩壊ＤＣ電力供給構成要素２５３４、２５３６は、非崩壊ＤＣ電源装置をもたらす電圧降下構成要素または直接ＤＣ電力供給給電構成要素を含む。非崩壊ＤＣ電源装置構成要素２５３４、２５３６の例は、ＤＣ電源装置２５３２に電気的に接続される１次相巻線２５０４〜２５１０のうちの１つ以上からのタップと、ＤＣ電源装置２５３２に電気的に接続される外側１次分割相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ４）２５０４及び２５１０のタップと、電源装置に給電するＤＣ電源装置に接続される２次相コイル巻線と、外側１次分割相巻線（コイルＬ１及びコイルＬ４）２５０４及び２５１０からＤＣ電源装置２５３２まで電気的に接続された２次相コイルと、分割相巻線と１つ以上の電源スイッチ（複数可）回路との間の抵抗器と、第１の分割相巻線（コイルＬ１）と第２の分割相巻線（コイルＬ２）との間の１つ以上の抵抗器と、第３の分割相巻線（コイルＬ３）と第４の分割相巻線（コイルＬ４）との間の１つ以上の抵抗器２５０６及び２５０８と（ＤＣ電源装置は、また、第１の分割相巻線（コイルＬ１）と第２の分割相巻線（コイルＬ２）との間の一方の側のものに電気的に接続され、第３の分割相巻線（コイルＬ３）と第４の分割相巻線（コイルＬ４）との間の他方の側のものに電気的に接続される）、分割相巻線と１つ以上の電源スイッチ（複数可）回路との間の１つ以上のツェナーダイオードと、第１の分割相巻線（コイルＬ１）と第２の分割相巻線（コイルＬ２）との間に１つ以上のツェナーダイオードと、第３の分割相巻線（コイルＬ３）と第４の分割相巻線（コイルＬ４）との間に１つ以上のツェナーダイオードと（ＤＣ電源装置は、また、第１の分割相巻線（コイルＬ１）と第２の分割相巻線（コイルＬ２）との間の一方の側のものに電気的に接続され、第３の分割相巻線（コイルＬ３）と第４の分割相巻線（コイルＬ４）との間の他方の側のものに電気的に接続される）、分割相巻線と１つ以上の電源スイッチ（複数可）回路との間の非飽和半導体または他の抵抗構成要素（例えば、上記の１つ以上の抵抗器またはダイオードの代わりとして設置される）と（抵抗が大幅な電圧降下を生じさせるのに十分に高く、この電圧降下が、スイッチが「オン」であるとき、ＤＣ電源装置または他の構成要素に、１次分割相巻線と１つ以上の電源スイッチ（複数可）回路との間で電圧降下を生じさせ、電源スイッチ（複数可）回路の電源スイッチ（複数可）がオンであり導電するとき、ＤＣ電源装置が崩壊することを防止する）を含む。したがって、分割相巻線回路２５０２は、電源スイッチ（複数可）回路がオンであり導電しているか、またはオフであり導電していないのか関わらず、電力の一定流量を提供する。
【０１０５】
図２６及び図２７は分割相巻線回路２６０２及び２７０２の例を示し、１つ以上の２次コイル（また、２次巻線と称される）が、ＤＣ電源装置を給電し、非崩壊ＤＣ電源装置（ＤＣ電圧が、スイッチ（複数可）「オン」抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近い）まで減らないＤＣ電源装置）をもたらすように、ＤＣ電源装置に電気的に接続される。１つ以上の２次コイルは、モータが起動するとき等に、低電圧電力供給をＤＣ電源装置２６３２に提供する。１つ以上の２次コイルは、また、高周波ノイズフィルタとして働き、ＤＣ電源装置に供給される低電力電圧から高周波ノイズを除去する。
【０１０６】
図２６を参照すると、分割相巻線回路２６０２は、４つの分割モータ相巻線２６０４〜２６１０を有する。モータ相巻線のうちの２つ２６０４〜２６０６は回路２６０２のモータ相巻線の一方の半分２６１２を形成し、他方の２つのモータ相巻線２６０８〜２６１０は回路のモータ相巻線の他方の半分２６１４を形成している。モータ用の制御論理／モータ制御装置２６１６は２つの段を有し、第１の段（段１）のモータ制御装置２６１８は分割モータ相巻線２６０４〜２６１０の２等分部２６１２〜２６１４の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」２６２０に設置され、モータ制御装置の第２の段（段２）２６２２は、また、分割モータ相巻線の２等分部の間の供給線電圧の「中間点」または「中心点」に設置される。
【０１０７】
モータ用の電源電子装置は２つの段を有し、第１の段（段１）の電源スイッチ（複数可）回路／電源電子装置２６２４は、各々、モータ相巻線の半分２６１２〜２６１４のそれぞれ（すなわち、「４分の１点」）に、分割モータ相巻線２６０４〜２６０６及び２６０８〜２６１０のうちの２つの間の中間点または中心２６２６、２６２８に設置される。段１の電源スイッチ（複数可）回路２６１８は、第１（Ｌ１）のコイル２６０４及び第４（Ｌ４）のコイル２６１０を有効にする。段１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４は、例えば、１つ以上のＭＯＳＦＥＴまたは他のスイッチ等の１つ以上のスイッチであり得、段１のモータ制御装置２２１８によって制御される。一例では、段１の電源スイッチ（複数可）回路２６１８は、１つ以上のツェナーダイオードまたは他の電圧レギュレータと、電源スイッチとを並列に含む。一方、従来システムは、他の構成要素と直列に電力回路を含んでいた。電源スイッチが１つ以上のツェナーダイオードと並列であり、直列ではないため、電源スイッチは常にオンであり得る。しかしながら、電源スイッチがオフである場合、電流は、まだ、ツェナーダイオードを通って流れることができる。
【０１０８】
第２の段（段２）の電源スイッチ（複数可）回路／電源電子装置２６３０は、分割モータ相巻線２６０４〜２６１０の２等分部２６１２、２６１４の間の供給線電圧の「中間点」２６２０に設置される。段２の電源スイッチ（複数可）回路２６３０は、内側１次分割相巻線（第２のコイルＬ２（２６０６）及び第３のコイルＬ３（２６０８））に電気的に接続され、段２の電源スイッチ（複数可）回路は、第２のコイル（Ｌ２）及び第３のコイル（Ｌ３）を有効にする。段２の電源スイッチ（複数可）回路２６３０は、例えば、１つ以上のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、カッドソリッドステートリレー（ＱＳＳＲ）、または他のスイッチ等の１つ以上のスイッチであり得、段２のモータ制御装置２６１８によって制御される。
【０１０９】
図２６の一例では、分割相巻線回路２６０２は、モータがオンであり同期速度であるとき、段１のモータ制御装置２６１８等の１つ以上のＤＣ電子機器をオフにすることができる。したがって、段１のモータ制御装置２６１８は、モータ速度を判定し、モータが同期速度であるか、または同期速度ではないのかを判定する。例えば、１８００ＲＰＭは、４つの固定極（２つの北固定極及び２つの南固定極）を伴うモータの同期速度であり得る。ＡＣサイクルの半分毎に、電力は磁極の１つに供給される。したがって、電力を４つの磁極を提供するのに２サイクルかかる。したがって、モータが線間ＡＣに同期化される場合、同期速度は１８００ＲＰＭである。同様に、８極固定子の同期速度は、９００ＲＰＭであろう。
【０１１０】
直流（ＤＣ）電源装置２６３２（例えば、モータ制御装置に使用される電子機器用のもの）は、また、分割モータ相巻線２６０４〜２６１０の間に、分割モータ相巻線の２等分部２６１２〜２６１４の間に、及び／またはモータ相巻線の２等分部２６１２、２６１４のそれぞれの分割モータ相巻線２６０４〜２６０６または２６０８〜２６１０のうちの２つの間の中間点もしくは中心２６２６〜２６２８に位置する。１次分割相巻線２６０４、２６１０は、ＤＣ電源装置２６３２に流れ得る電流を制限し、それによって、電力を浪費する電流制限構成要素の必要性をなくす。
【０１１１】
図２６の分割相巻線回路２６０２は、非崩壊ＤＣ電源装置（ＤＣ電圧が、電源スイッチ（複数可）「オン」抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近い）まで減らないＤＣ電源装置）をもたらすように、外側１次分割相巻線（コイルＬ１（２６０４）及びコイルＬ４（２６１０））からＤＣ電源装置２６３２まで、または外側１次分割相巻線（コイルＬ１（２６０４）及びコイルＬ４（２６１０））と、ＤＣ電源装置２６３２との間に電気的に接続される２次コイル２６３４、２６３６（また、２次巻線または２次相巻線と称される）を含む。２次相巻線２６３４、２６３６のコイルは、モータが起動するとき等に、低電圧電力供給をＤＣ電源装置２６３２に提供する。１つ以上の２次コイル２６３４、２６３６は、また、高周波ノイズフィルタとして働き、ＤＣ電源装置２６３２に供給される低電力電圧から高周波ノイズを除去する。２次コイル２６３４、２６３６は、別の２次巻線よりも多い数の一方の２次巻線上の巻物またはコイル等の、第１の相巻線２６０４、第２の相巻線２６０６、第３の相巻線２６０８、及び第４の相巻線２６１０のうちの１つ以上に、第１の分割相巻線２６０４と第４の分割相巻線２６１０との間に、全て１極に均等に、または第１の分割相巻線と第２の分割相巻線との間等に不均等に、いずれかの場所に分散され得る。
【０１１２】
図２７は、図６の分割相巻線回路２６０２と同様の分割相巻線回路２７０２を示す。しかしながら、図２７の分割相巻線回路２７０２は、全ブリッジ整流器と、ＭＯＳＦＥＴスイッチと、段１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４Ａ用のダイオードとを示す。分割相回路２７０２は、また、分割相巻線回路（コイル）２６０４Ａ〜２６１０Ａの４３５回、３０ＡＷＧと、２次コイル２６３４Ａ〜２３３６Ａの７０回、３０ＡＷＧとを含む、いくつかの構成要素に関する特定の値を示す。
【０１１３】
さらに図２６及び図２７を参照すると、一態様では、段１の電源スイッチ（複数可）回路２６３０は、起動中だけ動作可能である。モータが同期速度に達すると、制御論理／モータ制御装置２６１６は、段１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４をオフにし、段２の電源スイッチ（複数可）回路２６３０をオンにする。段１のモータ制御装置２６１８は、回転子位置に基づいて、電流がコイルを通ってどの方向に流れるかを制御する。一例では、より正確な切り替え時間は、起動に関する要因になる。段２の電源スイッチ（複数可）回路２６３０は、オンまたはオフのいずれかかになり、電流の方向を判定するために回転子位置を使用しない。
【０１１４】
図２６及び図２７の例に示されるように、段１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４は、回路の一方の側２５１２の外側相巻線（コイルＬ１）２５０４と内側相巻線（コイルＬ２）２５０６との間に接続され、回路の一方の側２５１４の他方の外側相巻線（コイルＬ５）２５１０と他方の内側相巻線（コイルＬ３）２５０８との間に接続される。段１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４は、２つの外側相巻線（コイルＬ１）２６０４及びコイルＬ４（２６１０）に関する電流経路を完全にする。相巻線２６０４、２６１０は、モータ適用の必要性に適合するために、いくつかの異なる方法で構成され得る。段１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４は、また、起動トルク及び電力要求に適合するように、相巻線２６０４〜２６１０の３つ、または相巻線のただ１つに電圧を加えるように構成され得る。
【０１１５】
第１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４がオフになり、第２の電源スイッチ（複数可）回路２６３０がオンになるとき、全ての４つの相巻線２６０４〜２６１０の電流経路が完全になっている。段２の電源スイッチ（複数可）回路２６３０が起動時に段１の電源スイッチ（複数可）回路２６２４よりも遅い切替速度であるため、リレーまたはソリッドステートリレー等の構成要素を、段２の電源スイッチ（複数可）回路に使用することができ、ＭＯＳＦＥＴ等の電源スイッチが段２の電源スイッチ（複数可）回路に使用される場合よりも少ない部品を必要とし得る。
【０１１６】
低コストが目標である場合、より安い別個の構成要素を使用して、同等の回路を作るのが利点をもたらす場合がある。下記に説明される回路の１つでは、別個の構成要素の使用は、電圧範囲、電流範囲、横断する電圧降下、及び切替速度で良好に行われる。また、同じ電流要求を満たすソリッドステートリレーと等しい、またはそれよりも少ないコストで、回路を作ることができる。
【０１１７】
図２８及び図２９は、段１及び段２の電源スイッチ（複数可）回路用の有効要素の例を示す。段１（起動）に関して、段１の電源スイッチ（複数可）回路２６０２Ａ用の有効要素が図２８に示され、全波ブリッジ整流器２８０２及びＭＯＳＦＥＴ２８０４を含む。段１の電源スイッチ（複数可）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。ＭＯＳＦＥＴ２８０４がオン及びオフであるとき、電流はツェナーダイオード２８０６を通って流れる。段１（図２８）の相巻線（コイル）２６０４Ａ、２６１０Ａは、モータが均衡を保って起動するように、全波ブリッジ整流器２８０２に接続される。２つの隣接する相巻線（コイル）を給電すると、回転子をより強く一方の側に引き込み、回路、モータ構造、またはそれら両方に過度な応力を生じさせ得る。極がどのように巻かれるかに応じて、及び極がどのように回転子に整列されているかに応じて、最大トルクが起動時に存在するため、起動のために異なるコイルを構成する必要があり得る。最高のモータトルクにおける不均衡な構成に接続された相巻線（コイル）は、回路、モータ構造、またはそれら両方に過度な応力を生じさせ得る。段２に関して、段２の電源スイッチ（複数可）回路２６３０Ａ用の有効要素が図２９に示され、ＳＳＲまたはＱＳＳＲを含む。しかし、別のリレーまたは他のスイッチを使用し得る。
【０１１８】
図３０Ａ〜図３０Ｂは、概略形式でモータ用の分割相巻線回路３００２、３００２Ａの別の例を示す。当該回路は２つのＡＣライン入力ＬＩ１またはＬｉｎｅ＿ｉｎ１及びＬＩ２またはＬｉｎｅ＿ｉｎ２を有し、それらの入力は、モータの動作中にＡＣ電源に接続される。図２５〜図２９の回路と同様に、図３０Ａ〜図３０Ｂの回路は、４つの部分に分割されるモータ相巻線を含み、２つのモータ相巻線Ｌ１、Ｌ２は回路のモータ相巻線の一方の半分３００４を形成し、他方の２つのモータ相巻線Ｌ３、Ｌ４は回路のモータ相巻線の他方の半分３００６を形成している。
【０１１９】
当該回路は、また、ＤＣ電源装置を給電し、非崩壊ＤＣ電源装置（ＤＣ電圧が、スイッチ（複数可）「オン」抵抗を、電源スイッチ（複数可）を流れる電流と乗じたものと同じまたは下回るもの（ゼロに近い）まで減らないＤＣ電源装置）をもたらすように電気的に接続される、１つ以上の２次相コイル巻線（Ｌ１−１、Ｌ４−１（図３０Ａ）またはＬ１−１、Ｌ３−１（図３０Ｂ））を含む。１つ以上の２次相巻線（コイル）（また、２次巻線と称される）は、モータが起動するとき等に、低電圧電力供給をＤＣ電源装置に提供する。１つ以上の２次相巻線（コイル）は、また、高周波ノイズフィルタとして働き、ＤＣ電源装置に供給される低電力電圧から高周波ノイズを除去する。２次巻線は、別の２次巻線よりも多い数の一方の２次巻線上の巻物またはコイル等の、１極に全てある第１（Ｌ１）の分割相巻線と第４（Ｌ４）の分割相巻線との間に均等に、または第１（Ｌ１）の分割相巻線と第４（Ｌ４）の分割相巻線との間等に不均等に、いずれかの場所に分散され得る。２次巻線は、第１（Ｌ１）、第２（Ｌ２）、第３（Ｌ３）、及び第４（Ｌ４）の分割相巻線のいずれかの間に、均等または不均等に、いずれかの場所に分散され得る。
【０１２０】
段１の電源スイッチ（複数可）回路
電源スイッチブロックは、全波ブリッジ整流器ＢＲ１と、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１とを有する。全波ブリッジ整流器ＢＲ１は、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し、正電圧がＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１の源（底部）に供給されず、それによって、抵抗器Ｒ１また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をかけられたとき、電流がドレインからＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１の源までだけ流れることができることを保証する。図３１の例では、正の整流ＡＣ電力供給がＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のドレインに存在するときに同時に、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１は、抵抗器Ｒ１を介して同じ電圧信号によってバイアスをかけられる。ダイオードＤ１は、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲート上のいかなる電圧も−０．７ＶＤＣよりも大きくなることを保証することによって、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲートを保護する。それは、それより小さいいかなる電圧も、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を損傷または破壊または悪化させ得るからである。上記に説明した例では、ゲートは、本質的に、ドレイン電圧によって駆動される。上記の構成の当該種類では、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１に電圧がかかるとき、ゲート駆動信号を崩壊し、ドレインから源（Ｒｄｓ（ｏｎ））まで最高抵抗であるかのように、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を動作させる。抵抗がより高くなるので、電力からモータ分割相巻線（コイル）（Ｌ１〜Ｌ４）まで直接とられる、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を横断する電圧降下はまたより高くなる。単純なゲート駆動回路を追加することで、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。本明細書に記載されるような別の構成要素を使用するゲートドライバの例は、図３２に示される。抵抗器Ｒ１及びＲ１２、ツェナーダイオードＺ１、ならびにダイオードＤ１及びＤ２は、単純なゲートドライバを構成する。
【０１２１】
再度、図３０Ａ〜図３０Ｂを参照すると、キャパシタは、ＤＣ電圧レベルを保持することを助けるために、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲートからＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１の源まで接続され得る。ゲートドライバの入力がモータ分割相巻線（コイル）の他方の側に接続されるので、（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｌｉｎｅ  ｉｎ）／（有効コイルの数）に大体等しい電圧の差がある。図３２の例では、Ｌｉｎｅ  Ｉｎは１２０ＶＡＣである場合、等しい値を有する２つの有効コイルがあるので、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。
【０１２２】
ツェナーダイオードＺ１は、高電圧を調整し、通常動作のＭＯＳＦＥＴの範囲内の値であるはずである。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を横断して降下する。ツェナーダイオードＺ１は、電圧レギュレータとして働き得る。この場合、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１の動作電圧の範囲内で調整される。
【０１２３】
図３１の例のような構成では、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を横断する電圧降下は、約５ボルトであり得る、またはＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１にバイアスをかけることを維持するのに過不足なく十分であり得る。図３２の例では、ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を横断する電圧降下は１ボルト未満であり得る。
【０１２４】
段２の電源スイッチ（複数可）回路
段２の電源スイッチ（複数可）回路の目的は、可能である最も効率的な方法でモータを起動させることである。段２が１入力サイクル内でスイッチオフ及びスイッチオン、またはスイッチオン及びスイッチオフであることがめったに要求されないので、かなり単純に動作するように、段２を設計することができる。段１の制御論理／モータ制御装置から必要な唯一の入力は、同期遮断入力ＳＹＮＣ  ＳＤである。ＳＹＮＣ  ＳＤ入力は、段１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を、そのゲートをその源に引き込むことによって遮断するために使用される。モータ速度が入力周波数に同期して起動する限り、ＳＹＮＣ  ＳＤ入力は、また、段２の電源スイッチ（複数可）回路をオンにするために使用される。図３０Ａ〜図３０Ｂの例示的回路では、ＳＹＮＣ  ＳＤ入力は、起動のために論理ハイである。ｐｉｎ１の電圧レギュレータＩＣ２に対する入力の周波数に関するサイクル時間がキャパシタＣ４及び抵抗器Ｒ７によって設定された時定数に一致するとき、ＳＹＮＣ  ＳＤ入力は、オープンコレクタ出力を通って論理ローに引き込まれる。同期速度が電圧レギュレータＩＣ２によって感知される限り、ＳＹＮＣ  ＳＤ入力は論理ローである。モータが重く負荷がかけられる場合、または、いくつかの他の理由のために、モータが「同期しなくなる」場合、ＳＹＮＣ  ＳＤ入力は、論理ローから論理ハイまで切り替え戻される。段２（例えば、第２の電源スイッチ（複数可））は遮断され、同期速度が感知されるまで、段１（例えば、第１の電源スイッチ（複数可））は動作する。段１が動作するためにＳＹＮＣ  ＳＤ入力で論理ハイを必要とするので、及び段２が動作するためにＳＹＮＣ  ＳＤ入力で論理ローを必要とするので、段１及び段２は、図３０Ａ〜図３０Ｂの例では、同時に電圧をかけることができない。
【０１２５】
図３３は、分離された入力、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の電源スイッチ（複数可）回路のバージョンを示す。この構成は、２つだけの構成要素を必要とする。ＳＳＲの入力ＬＥＤのアノードは、電流制限抵抗器Ｒ２を通して正電圧ＶＣＣに接続される。ＳＳＲの入力ＬＥＤのカソードは、ＳＹＮＣ  ＳＤ入力に接続される。ＳＹＮＣ  ＳＤ入力が論理ローに切り替わるとき、電流用経路が入力ＬＥＤを通って完全になり、ＳＳＲがオンである。同様に、ＳＹＮＣ  ＳＤ入力が論理ハイである場合、入力ＬＥＤを流れる電流用経路がなく、ＳＳＲがオフになる。
【０１２６】
図３４は、別個の構成要素を使用して電源スイッチ（複数可）回路のＳＳＲを置き換えた回路を示す。図３４の回路は、第１の電源スイッチ（複数可）回路とかなり同様に動作する。１つの違いは、高値抵抗値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るので、電源スイッチ（複数可）回路は段２のために通常オフになることである。スイッチＱ２のドレインに正電圧があるとき、スイッチＱ６に電圧がかかり、スイッチＱ２のゲートをその源に短絡し、スイッチＱ２をオフにする。別の違いは、アイソレータＩＳＯ１を介して、電源スイッチ（複数可）回路に対して分離された入力である。アイソレータＩＳＯ１に対する入力は、上記に説明したＳＳＲ（ＳＳＲ１）と同じに働き、その出力はオープンコレクタである。ＳＹＮＣ  ＳＤが論理ローに切り替わるとき、アイソレータＩＳＯ１の出力に電圧がかかり、スイッチＱ６のベースをそのエミッタに切り替え、スイッチＱ６をオフにする。スイッチＱ６がオフであるとき、スイッチＱ２のゲートの閾値を上回る正電圧があると、スイッチＱ２は動作する。別の違いは、段２の電源スイッチ（複数可）回路が高速切替として必要としないので、キャパシタＣ２がよりも高い値になり得ることである。キャパシタＣ２の値を増加させると、ゲート駆動回路（ダイオードＤ１及び抵抗器Ｒ６）のより単純なバージョンを可能にする。
【０１２７】
別の実施形態では、交流（ＡＣ）駆動同期モータ、ならびにＡＣ同期モータ用の関連制御回路及び電源スイッチ（複数可）回路は、全同期速度と、当該同期速度よりも遅い速度とを含む複数の固定速度でかなり高い効率性を達成する。交流電源の周波数と、モータの回転子極数及び固定子極数とによって、全同期速度を判定する。モータ固定子は、少なくとも１つの相巻線を含む。しかしながら、上記の実施形態等でのように、モータ固定子は複数の相巻線を有し得る。１つ以上の追加相巻線、及び制御回路用の追加制御回路は、１つの選択された遅速度または他の遅速度で、性能を最適化するために追加され得る。
【０１２８】
図３５〜図４７は、機械用多段速度交流（ＡＣ）回路の例を示し、当該機械はモータ及び発電機を含む。図３５〜図４２の例は単一巻線（Ｗ）を含む。しかし、２つ、３つ、またはそれ以上の巻線が、多段速度ＡＣ機械回路用に使用され得る。例えば、図４３〜図４４は２つの巻線の例を示す。別の例では、図４５は、１つの巻線を伴う簡略化回路の例を示す。別の例では、図４６は、２つの巻線を伴う簡略化回路の例を示す。別の例では、図４７は、３つの巻線を伴う簡略化回路の例を示す。
【０１２９】
図３５は、単一巻線の多段速度ＡＣ機械回路３５０２の例を示す。多段速度ＡＣ機械回路３５０２は、４つの電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４と、１つの固定子巻線Ｗａと、交流（ＡＣ）源３５０４（リードＬ１に第１の線間電圧側Ｌ１と、リードＬ２に第２の線間電圧側Ｌ２とを伴う）と、制御回路３５０６とを有する。
【０１３０】
固定子巻線Ｗａは、多段速度ＡＣ機械回路３５０２の一方の側の２つの電源スイッチＱ１とＱ２との間の巻線の一方の側（点Ａ３５０８）に接続され、多段速度ＡＣ機械回路の他方の側の他方の２つの電源スイッチＱ３とＱ４との間の巻線の他方の側（点Ｂ３５１０）に接続される。点Ａ３５０８は巻線Ｗａの開始側であり、点Ｂ３５１０は巻線の終了側である。
【０１３１】
図３５の例では、電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４は、Ｌ１からＬ２まで、またはＬ２からＬ１まで電流が流れることを可能にする双方向電源スイッチである。電源スイッチＱ１は点Ａ３５０８をＬ１に接続し、電源スイッチＱ３は点ＡをＬ２に接続する。電源スイッチＱ２は点Ｂ３５１０をＬ１に接続し、電源スイッチＱ４は点ＢをＬ２に接続する。電源スイッチは対（Ｑ１／Ｑ４及びＱ２／Ｑ３）で動作し、巻線Ｗａを流れる電流フローの方向を制御する。
【０１３２】
図３５の例では、電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４は、ＭＯＳＦＥＴを含む高速ＳＳＲ（ＱＳＳＲ）であり、それぞれは、各々、４つのダイオード３５１２〜３５１８、３５２０〜３５２６、３５２８〜３５３４、及び３５３６〜３５４２を有する。ダイオード３５１２〜３５４２は、ＭＯＳＦＥＴが整流器の正出力を負出力に短絡する全波ブリッジ回路として構成される。ダイオード３５１２〜３５４２は、電流が誤った方向に流れることをブロックすることによって、電流が電源スイッチを通って正しい方向に流れることを確実にする。ＭＯＳＦＥＴに電圧がかかると、ＡＣ電流は、整流器の一つのＡＣ入力から、整流器の出力（他方のＡＣ側）まで流れる。例えば、ダイオード３５１２及び３５１８、３５２０及び３５２６、３５２８及び３５３４、ならびに３５３６及び３５４２は、各々、Ｌ２からＬ１まで電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４を通って電流が流れることを可能にする。ダイオード３５１４及び３５１６、３５２２及び３５２４、３５３０及び３５３２、ならびに３５３８及び３５４０は、各々、Ｌ１からＬ２まで電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４を通って電流が流れることを可能にする。交流の切り替えを可能にするスイッチングデバイスまたはスイッチングデバイスの組み合わせ等の他の種類の電源スイッチが、他の例で使用され得、他の種類の電源スイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、もしくは、例えば、ダイオードと反対方向に直列に設置されるときにＡＣスイッチとして動作するように構成されるトランジスタ、または交流を切り替えるように構成され得るスイッチのリレーもしくはスイッチの任意の他の組み合わせを含む。
【０１３３】
制御回路３５０６は、多段速度ＡＣ機械回路３５０２の動作を制御する。制御回路３５０６は、多段速度ＡＣ機械回路３５０２内の１つ以上の巻線を流れる電流フローの適切な方向を得るために、電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及び／またはＱ４の１つ以上のどれを閉じるかを判定する。一例では、制御回路３５０６は、電源スイッチＱ１及びＱ４を開き、電源スイッチＱ２及びＱ３を閉じ、電流をＬ１からＬ２まで流れさせる。別の例では、制御回路３５０６は、電源スイッチＱ２及びＱ３を開き、電源スイッチＱ１及びＱ４を閉じ、電流をＬ２からＬ１まで流れさせる。
【０１３４】
一例では、制御回路３５０６は、非一過性コンピュータ可読記憶媒体上に記憶される１つ以上の命令を実行するソフトウェアを伴うハードウェアプロセッサを含む。別の例では、制御回路３５０６は、本明細書に記載される機能を行うために設計されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ信号（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、離散ゲートもしくはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、またはそれらの組み合わせを含む。
【０１３５】
図３６Ａは、多段速度ＡＣ機械回路３５０２用の制御回路３５０６Ａの例を示す。制御回路３５０６Ａは、直流（ＤＣ）電源装置３６０２、交流（ＡＣ）極性検出器３６０４、ホール効果デバイス３６０６、及びモータ制御装置３６０８を含む。モータ制御装置３６０８は、発電機を制御するために、モータ制御装置と同じ構成要素を伴う機械制御装置と置き換えることができる。
【０１３６】
ＤＣ電源装置３６０２は、流入ＡＣ電力を、制御回路３５０６Ａ内のＤＣ給電構成要素（ホール効果デバイス３６０６及びモータ制御装置３６０８等）に給電するように構成されるＤＣ電圧に変換する。次に、ＤＣ電源装置３６０２は、電力を、制御回路３５０６Ａ内のＤＣ給電構成要素（ホール効果デバイス３６０６及びモータ制御装置３６０８等）に供給する。一例では、ＤＣ電源装置３６０２は、電力を流入ＡＣ電力から低電圧ＤＣ電力に変換する、バックトポロジのＩＣオフライン変換器を含む。この低電圧ＤＣ電力は、制御回路３５０６Ａ内の１つ以上のＤＣ給電デバイス（ホール効果デバイス３６０６及びモータ制御装置３６０８等）に給電するために使用され、それに供給される。
【０１３７】
ＡＣ極性検出器３６０４は、電圧がＬ１またはＬ２においてより高いかどうかを検出し、Ｌ１における電圧がＬ２における電圧よりも高いまたは低いかどうか等を示すように、Ｌ１またはＬ２のどちらがより高い電圧を有するかを示す極性信号を出力する。一例では、ＡＣ極性検出器３６０４が、Ｌ１における電圧がＬ２における電圧よりも高いことを検出した場合、ＡＣ極性検出器は、Ｌ１における電圧がＬ２よりも高いことを意味する高い極性信号を出力する。ＡＣ極性検出器３６０４が、Ｌ１における電圧がＬ２における電圧よりも低いことを検出した場合、ＡＣ極性検出器は、Ｌ１における電圧がＬ２よりも低いことを意味する低い極性信号を出力する。
【０１３８】
一例では、図３６Ｂに示されるように、ＡＣ極性検出器３６０４は、２つの抵抗器３６１０及び３６１２と、ツェナーダイオード３６１４とを含む。第１の抵抗器３６１０は、第１の抵抗器の一方の側のＬ１に接続され、第１の抵抗器の他方の側のツェナーダイオード３６１４のカソードに接続される。ツェナーダイオード３６１４のアノードは第２の抵抗器３６１２の一方の側に接続され、第２の抵抗器の他方の側はＬ２に接続される。この構成では、Ｌ１の電圧がツェナーダイオード３６１４の降伏電圧よりも高いとき、ツェナーダイオードは導電し、ツェナーダイオードの降伏電圧と同等のツェナーダイオードを横断して電圧降下の状態のままにする。これは、高く、Ｌ１の電圧に対応する極性信号をもたらす。Ｌ１の電圧がツェナーダイオード３６１４の降伏電圧よりも低いとき、ツェナーダイオードを横断する電圧降下はゼロに近くなる。これは、低く、Ｌ１の電圧に対応する極性信号をもたらす。代替実施形態では、オペアンプが、ＡＣ極性検出器３６０４用の抵抗器３６１０及び３６１２とツェナーダイオード３６１４との代わりに使用される。
【０１３９】
ホール効果デバイス３６０６は、固定子に対する回転子の位置を感知し、固定子に対する回転子の位置を示す１つ以上のホール効果信号を出力する。一例では、ホール効果デバイス３６０６は、固定子歯に対する回転子の磁極性を感知する。この例では、ホール効果デバイス３６０６は、それが感知する磁極の極性によって決定される高いホール効果信号または低いホール効果信号を出力する。この例では、ホール効果デバイス３６０６は、（１）北極磁が固定子に対面していることを示す高いホール効果信号、または（２）南極磁が固定子に対面していることを示す低いホール効果信号を出力する。
【０１４０】
一例では、固定子に対するホール効果デバイス３６０６の場所は、モータの逆起電力（ＢＥＭＦ）が高いとき、高出力を提供する。次に、ホール効果デバイス３６０６は、ＢＥＭＦで３６電気角度だけ前にシフトする。ＢＥＭＦは、巻線を伴う固定子歯の付近を通過する回転ロータ上の回転子磁石の組み合わせによって発生する。一例では、回転子速度及び各極の巻線数によって、ＢＥＭＦを決定する。
【０１４１】
モータ制御装置３６０８は、多段速度ＡＣ機械回路３５０２内の１つ以上の巻線を流れる電流フローの適切な方向を得るために、電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及び／またはＱ４の１つ以上のどれを閉じるかを判定する。一例では、モータ制御装置３６０８は、電源スイッチＱ１及びＱ４を開き、電源スイッチＱ２及びＱ３を閉じ、電流をＬ１からＬ２まで流れさせる。別の例では、モータ制御装置３６０８は、電源スイッチＱ２及びＱ３を開き、電源スイッチＱ１及びＱ４を閉じ、電流をＬ２からＬ１まで流れさせる。
【０１４２】
一例では、モータ制御装置３６０８は、ＡＣ極性検出器３６０４及びホール効果デバイス３６０６から信号を受信し、多段速度ＡＣ機械回路３５０２内の１つ以上の巻線を流れる電流フローの適切な方向を得るために、電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及び／またはＱ４の１つ以上のどれを閉じるかを判定する。この例では、ホール効果信号が高いとき、電流は、巻線Ｗａを通って点Ａ３５０８から点Ｂ３５１０まで流れるはずである。
【０１４３】
ホール効果信号が高く、ＡＣ極性検出信号が高い場合（Ｌ１の電圧がＬ２の電圧がよりも高いことを意味する）、モータ制御装置３６０８は、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３を開くために、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３に信号を伝送し、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４を閉じるために、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４に信号を伝送する。この場合、高電圧が巻線Ｗａの点Ａ３５０８に印加され、低電圧が巻線Ｗａの点Ｂ３５１０に印加され、点Ａ３５０８から点Ｂ３５１０まで巻線Ｗａを流れる電流フローを生じさせる。
【０１４４】
ホール効果信号が高く、ＡＣ極性検出信号が低い場合（Ｌ１の電圧がＬ２の電圧がよりも低いことを意味する）、モータ制御装置３６０８は、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４を開くために、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４に信号を伝送し、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３を閉じるために、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３に信号を伝送する。これは、依然として、高電圧を巻線Ｗａの点Ａ３５０８に印加し、低電圧を巻線Ｗａの点Ｂ３５１０に印加し、ホール効果信号が高いときの流れの正しい方向である左から右に巻線を流れる電流フローを生じさせる。
【０１４５】
ホール効果信号が低く、ＡＣ極性検出信号が高い場合（Ｌ１の電圧がＬ２の電圧がよりも高いことを意味する）、モータ制御装置３６０８は、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４を開くために、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４に信号を伝送し、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３を閉じるために、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３に信号を伝送する。この場合、高電圧が巻線Ｗａの点Ｂ３５１０に印加され、低電圧が巻線Ｗａの点Ａ３５０８に印加され、ホール効果信号が低いときの流れの正しい方向である点Ｂ３５１０から点Ａ３５０８まで巻線Ｗａを流れる電流フローを生じさせる。
【０１４６】
ホール効果信号が低く、ＡＣ極性検出信号が低い場合（Ｌ１の電圧がＬ２の電圧がよりも低いことを意味する）、モータ制御装置３６０８は、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３を開くために、電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３に信号を伝送し、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４を閉じるために、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４に信号を伝送する。これは、依然として、高電圧が巻線Ｗａの点Ｂ３５１０に印加され、低電圧が巻線Ｗａの点Ａ３５０８に印加され、ホール効果信号が低いときの流れの正しい方向である点Ｂ３５１０から点Ａ３５０８まで巻線Ｗａを流れる電流フローを生じさせる。
【０１４７】
一例では、モータ制御装置３６０８は、非一過性コンピュータ可読記憶媒体上に記憶される１つ以上の命令を実行するソフトウェアを伴うハードウェアプロセッサを含む。この例では、プロセッサは、ホール効果信号及びＡＣ極性信号を処理し、ホール効果信号及びＡＣ極性信号のそれぞれが高いまたは低いかどうかに基づいて、１つ以上の駆動論理信号を生成し、モータ制御装置は、電源スイッチを開閉するために、１つ以上の駆動論理信号を電源スイッチ（上記に説明したようなもの）に伝送する。一例では、モータ制御装置３６０８は、ホール効果信号及びＡＣ極性信号が一緒に排他的論理和をとり、ホール効果信号及びＡＣ極性信号のそれぞれが高いまたは低いかどうかに基づいて、１つ以上の駆動論理信号を生成し、モータ制御装置は、電源スイッチを開閉するために、１つ以上の駆動論理信号を電源スイッチ（上記に説明したように）に伝送する。
【０１４８】
別の例では、モータ制御装置３６０８は、本明細書に記載される機能を行うために設計されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ信号（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、離散ゲートもしくはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、またはそれらの組み合わせを含む。ハードウェアプロセッサは、マイクロプロセッサ、市販プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサは、また、２つのコンピューティング構成要素の組み合わせ（例えば、ＤＳＰ、マイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他の係る構成要素の組み合わせ）として実装され得る。
【０１４９】
図３７Ａ〜図３７Ｂは、モータ３７０２用の制御回路３５０６Ａのホール効果デバイス３６０６の配置の例を示す。モータ３７０２は、固定子３７０４及び回転子３７０６を有する。三脚３７０８は、後部ベアリング／シャフト３７１０を適所に保持する。ホール効果デバイスホルダまたはマウント３７１２は三脚３７０８に搭載され、ホール効果デバイス３６０６はホール効果デバイスマウントに搭載される。
【０１５０】
回転子磁石３７１４〜３７２４は、磁石の中心を通って放射状に磁化される。上部にマークがある回転子磁石３７１４、３７１８、及び３７２２は、外径（ＯＤ）にＮ極と、内径（ＩＤ）にＳ極とを有する。マーキングがない回転子磁石３７１６、３７２０、及び３７２４は、外径（ＯＤ）にＳ極と、内径（ＩＤ）にＮ極とを有する。
【０１５１】
図３７Ａ〜図３７Ｂの例では、ホール効果デバイス３６０６は、回転子磁石３７１４〜３７２４の内部端に設置され、それにより、固定子３７０６に対面する磁極の反対にある回転子磁石の磁極を検出する。この例では、ホール効果デバイス３６０６は、２つの信号、（１）北極磁が固定子３７０６に対面していることを示す高出力信号、または（２）南極磁が固定子に対面していることを示す低出力信号を有する。
【０１５２】
図３５〜図４２を参照すると、多段速度ＡＣ機械回路３５０２は、３つの異なるモード（起動モード、全同期速度モード、及び遅速度モード）で動作することができる。
【０１５３】
起動モードは、多段速度ＡＣ機械回路３５０２が使用されるモータの起動のために使用される。起動モードは、パルス幅変調、ゼロ電流遮断による遅延発射角度、または第２の巻線を使用することを含む、複数の異なる方法で動作することができる。異なる起動モードは、平滑な安定動作を提供するために、起動電流及び起動トルクを制限するために使用される。
【０１５４】
パルス幅変調（ＰＷＭ）モードは、例えば、図３５に示されるように、１つの巻線Ｗａ、または２つ、３つ、もしくはそれ以上の巻線を伴う多段速度ＡＣ機械回路３５０２内で使用され得る。パルス幅調整（ＰＷＭ）モードは、多段速度ＡＣ機械回路３５０２内の巻線（複数可）（例えば、巻線Ｗａ）を通る、高周波で電圧をオン及びオフに切り替えることによって、巻線（複数可）に印加されるＲＭＳ電圧を減らすことによって、起動電流及び起動トルクを制限するために使用される。ＰＷＭモードを動作させるために、制御回路３５０６は、電源スイッチ対（（ａ）Ｑ１及びＱ４、または（ｂ）Ｑ２及びＱ３のいずれか）を閉じ、電圧を巻線（複数可）（例えば、巻線Ｗａ）に印加する。
【０１５５】
制御回路３５０６は、電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及び／またはＱ４の１つ以上に対する１つ以上のＰＷＭ信号を生成するマイクロコントローラを有する。ＰＷＭ信号は、電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及び／またはＱ４の１つ以上のスイッチを開ける、または閉じる。例えば、制御回路３５０６は、ＰＷＭ信号を、本明細書に記載されるように、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４またはＱ２／Ｑ３に伝送し、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４またはＱ２／Ｑ３を開ける、または閉じる。
【０１５６】
ＰＷＭ信号は、例えば、モータを起動するために必要な起動トルク／電流の量に基づき得るデューティサイクルを有する。例えば、圧縮機用モータは、起動するためにファンモータよりも高いデューティサイクル／起動トルクを必要とするであろう。制御回路３５０６は、連続的に、実デューティサイクル値を決定し、実デューティサイクル値を所望のデューティサイクル値と比較する。この例では、所望のデューティサイクルに達するとき、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４が閉じており、ＡＣ極性検出信号が高い場合（電流がＬ１から巻線Ｗａを通って点Ａ３５０８から点Ｂ３５１０までＬ２に流れる出ることを示す）、制御装置３５０６は、電源スイッチＱ４を開き、電源スイッチＱ２を閉じる。これは、巻線Ｗａの点Ａ３５０８及び点Ｂ３５１０の両方をＬ１に接続する。巻線Ｗａの両側が同じ電源に接続されているので、巻線に印加される差動電圧がない。これは電流が巻線Ｗａを通って同じ方向に流れることを継続することを可能にする一方、次のＰＷＭサイクルに達するまで電圧が巻線Ｗａに印加されない。次に、制御回路３５０６は、電源スイッチＱ２を開き、電源スイッチＱ４を閉じ、それによって、再度、電圧を巻線に印加する。代わりに、ＡＣ極性検出信号３６０４が低いときに電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４が閉じる場合（電流がＬ２から巻線Ｗａを通って点Ｂ３５１０から点Ａ３５０８までＬ１に流れ出ることを示す）、制御装置３５０６は、電源スイッチＱ１を開き、電源スイッチＱ３を閉じるであろう。これは、電圧が巻線Ｗａに印加されることなく、電流が巻線Ｗａを通って同じ方向に流れることを継続することを可能にする。電流は、常に、遮断スパイクなしで、ＰＷＭが動作するように流れる経路を有する必要がある。ＰＷＭは、また、ピーク電流を制限する他の動作モードで使用され得る。
【０１５７】
同期速度モードでは、モータは同期速度で動作する。同期速度毎分回転数（ＲＰＭ）は、線間周波数（Ｈｚ）を回転子の極対数（１北極及び１南極は１極対に等しい）で割り、６０（分を秒数に換算）を掛けたものを得ることによって判定され得る。例えば、６０Ｈｚ供給で起動する６極モータ（３北極及び３南極）は、６０Ｈｚ／３極対×６０秒＝１２００ＲＰＭであるので、１２００ＲＰＭの同期速度を有するであろう。全同期速度モードでは、電源スイッチＱ１／Ｑ４またはＱ２／Ｑ３のうちの１つの対は常に閉じたままの状態であり、他方の対Ｑ２／Ｑ３またはＱ１／Ｑ４は常に開いたままの状態であり、巻線Ｗａを通る連続的な交流の流れを可能にする。
【０１５８】
ゼロ電流遮断モードでの遅延発射角度が、図４２に示されるように、起動電流／トルクを制限するために起動モードで使用され得、また、遅速度モードでも使用され得る。ゼロ電流遮断での遅延発射角度は、ＡＣ電圧の正弦波がいずれかの電源スイッチを閉じる前に、ある点を通過するまで、待機することを含む。例えば、いったん電圧が正弦波のピークになると、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４または電源スイッチ対Ｑ２／Ｑ３のいずれかは、巻線Ｗａを流れる電流フローを可能にするために閉じられ得る。いったん巻線Ｗａを流れる電流フローがゼロになると、モータ制御装置３６０８は全てのスイッチを開き、モータ制御装置がいずれかの電源スイッチを閉じる前に、正弦波の次のピークに達するまで待機する。この例では、印加電圧の実効ＲＭＳ値は、正弦波電圧の第２の半分だけが巻線Ｗａに印加されるので、線間電圧の５０％まで減る。このモードで巻線Ｗａに印加される実効ＲＭＳ電圧は、正弦波電圧のどれくらいが巻線に印加されるによって調整され得る。
【０１５９】
モータが全同期速度未満の速度で動作しているとき、遅速度モードを使用する。遅速度モードは、一定の遅速度で動作するために、図４４に見られるように、巻線Ｗａに印加された電力を調節するためにゼロ電流遮断による遅延発射角度を使用することと、追加巻線を追加することと、簡略化回路を使用することとを含む、モータ制御装置３６０８による複数の方法で動作し得る。図４４に示される簡略化回路の場合、追加巻線は、ＢＥＭＦを増加させ、電流引き込みを減らし、性能を改善する。モータ制御装置３６０８は、常に電源スイッチＱ２／Ｑ５を開いた状態のままにしながら、ホール効果デバイス３６０６に基づいて、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ６及びＱ３／Ｑ４を制御する。ホール効果デバイス３６０６が高出力を有するとき、モータ制御装置は、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ６を閉じ、電源スイッチ対Ｑ３／Ｑ４を開き、電流が、Ｌ１から巻線Ｗａ及びＷｂを通ってＬ２まで流れることを可能にする。この場合、ゼロ電流遮断は必要ではない。その理由として、いったん電流フローがゼロに達すると、電源スイッチダイオードが、Ｌ２から巻線Ｗａ及びＷｂを通ってＬ１まで、電流フローが逆方向に流入することをブロックするためである。ホール効果デバイス３６０６からのホール効果信号が低い場合、モータ制御装置３６０８は、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ６を開き、電源スイッチ対Ｑ３／Ｑ４を閉じ、電流が、Ｌ１から巻線Ｗａ及びＷｂを通ってＬ２まで流れることを可能にする。図４１に見られるように、簡略化回路は、効率的に、線間周波数の半分で動作する周波数供給の減少をもたらす。ＰＷＭモードは、また、遅速度モードで使用され得るが、高周波スイッチングに起因する付加損をもたらす。
【０１６０】
図３８〜図４３は、動作モードで、巻線Ｗａに印加された電圧を示す。
【０１６１】
図３８は、入力ＡＣ電圧が低速度（遅速度）で巻線Ｗａにどのように印加され得るかの例を示す。巻線Ｗａに印加される電圧は、使用される起動モード（例えば、パルス幅変調、ゼロ電流遮断による遅延発射角度、または第２の巻線を使用することを含む）に基づいて変動し得る。
【０１６２】
図３９は、モータが同期速度に近づくにつれて、巻線Ｗａに印加され得る利用可能な電圧の例を示す。制御回路３５０６は、モータの同期速度に達するまで、ゼロ電流遮断モードで遅延発射角度モードにおけるように、線間電圧のオンを遅延させることによって、またはゼロ電流における線間電圧を遮断することによって、ぶつ切りにされた波形を除去し得る。この図の例では、全ての利用可能な電圧が、ＢＥＭＦ極性に基づいて、巻線（複数可）に印加される。
【０１６３】
図４０は、モータが同期速度で起動している間、巻線Ｗａに印加される電圧を示す。モータの負荷に応じて、多段速度ＡＣ機械回路３５０２は、全同期速度モードで動作し得、全同期速度モードでは、電源スイッチＱ１／Ｑ４またはＱ２／Ｑ３の一方の対は常に閉じたままの状態であり、他方の電源スイッチの対Ｑ２／Ｑ３またはＱ１／Ｑ４は常に開いたままの状態である。全同期速度モードで印加されるよりも少ないトルクを必要とする負荷を伴う動作に関して、電流は、発射角度を遅延すること、ＰＷＭを使用すること、または電圧が回転子位置に対して印加された位相角を調節することによって制限され得る、これは、起動モードと同様である。
【０１６４】
図４１は、遅速度モードでの動作の例を示す。制御回路は、１つ以上のモータ巻線（例えば、巻線Ｗａ）に対する有効減少周波数交流電圧を生成し、減速でモータの安定動作を提供するために、ＡＣ入力電力の半サイクルまたは半サイクルの一部を選択的にスキップする。当該結果は、最小の切り替えでかなり効率的動作になる。
【０１６５】
図４２は、ゼロ電流遮断による遅延発射角度を使用して、全同期速度の２／３で動作するモータに関するモータ電流及びＡＣ入力電圧の測定結果を示す。低速度における動作の改善に関して、１つ以上の追加巻線が、多段速度ＡＣ機械回路３５０２に追加され、低速度でＢＥＭＦを増加させ、ピーク電流引き込みを減らし、力率及び電力効率を改善させ得る。
【０１６６】
図４３は、追加巻線Ｗｂ及び２つの追加電源スイッチを伴う、多段速度ＡＣ機械回路３５０２の一例を示す。図４３の例は、点Ｂ３５１０と点Ｃ４３０２との間に接続される第２の固定子巻線Ｗｂを含む。点Ｃは第２の巻線終了側である。モータが全同期速度で動作しているとき、第１の固定子巻線Ｗａが使用される。モータが、起動時にまたは（半速度を含む）遅速度で、動作しているとき、第２の巻線Ｗｂが使用される。
【０１６７】
図４３の例は、また、巻線を、Ｌ１またはＬ２のいずれかに接続する６つの電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、及びＱ６を含む。スイッチＱ１は点ＡをＬ１に接続し、スイッチＱ４は点ＡをＬ２に接続する。スイッチＱ２は点ＢをＬ１に接続し、スイッチＱ５は点ＢをＬ２に接続する。スイッチＱ３は点ＣをＬ１に接続し、スイッチＱ６は点ＣをＬ２に接続する。スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、及びＱ６は、Ｌ１からＬ２まで、またはＬ２からＬ１まで電流が流れることを可能にする双方向スイッチである。スイッチＱ５は、全波ブリッジ整流器として構成されるダイオード４３０４〜４３１０を伴うＭＯＳＦＥＴを含む高速ＳＳＲ（ＱＳＳＲ）を含む。スイッチＱ６は、また、全波ブリッジ整流器として構成されるダイオード４３１２〜４３１８を伴うＭＯＳＦＥＴを含む高速ＳＳＲ（ＱＳＳＲ）を含む。
【０１６８】
図４３の例では、電流センサ４３２０は、点Ａ３５０８と、電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ４との間に設置される。電流が常に巻線Ｗａを通って流れるので、この場所における単一の電流センサ４３２０は、巻線Ｗａ及びＷｂを通る正確な電流測定値を提供する。電流測定値は、電流センサ４３２０から制御回路３５０６Ｂまで伝送される。この電流測定値は、例えば、本明細書に記載されるような起動及び他の動作に関して、電流ゼロ交差を感知するか、または電流状況について検出するかのいずれかを行うために使用され、制御回路３５０６Ｂによって使用され得る。
【０１６９】
動作の一例では、図４３に示されるように、制御回路３５０６Ｂは、スイッチ対Ｑ１／Ｑ６を開く／開閉するか、及びスイッチ対Ｑ３／Ｑ４を開く／開閉するかのいずれかを行うために、信号をスイッチ対Ｑ１／Ｑ６及びスイッチ対Ｑ３／Ｑ４に伝送することによって、低速動作または遅速動作のモータの起動のために、直列の巻線Ｗａ及びＷｂの両方を使用するために、スイッチ対Ｑ１／Ｑ６またはスイッチ対Ｑ３／Ｑ４を有効にする（閉じる）。電流は、依然として、Ｌ１からＬ２まで、またはＬ２からＬ１までのいずれかで流れ、巻線Ｗａ及びＷｂの両方を通って通過し得る。全速動作のために、制御回路３５０６Ｂは、巻線Ｗａだけを使用するために、任意の電流が巻線Ｗｂを通って通過しないようにしながら、スイッチ対Ｑ１／Ｑ５またはスイッチ対Ｑ２／Ｑ４をアクティブにする（閉じる）。制御回路は、信号を、スイッチ対Ｑ１／Ｑ５及びスイッチ対Ｑ２／Ｑ４に伝送し、スイッチ対Ｑ１／Ｑ５を開け／閉じ、スイッチ対Ｑ２／Ｑ４を開ける／閉じる。
【０１７０】
動作の別の例では、図４４に示されるように、電流は、起動または遅速動作に関して、巻線Ｗａ及びＷｂの両方のセットを通ってＬ１からＬ２までだけを流れる。ホール効果デバイス３６０６からの回転子位置信号が高い場合、スイッチＱ１及びＱ６はホール効果デバイス３６０６からのホール効果信号に等しく、スイッチＱ３及びＱ４はホール効果信号の逆数に等しい。例えば、Ｌ１が高く、ホール効果信号が高い場合、電流は、Ｌ１からスイッチＱ１を通って、巻線Ｗａ及びＷｂの両方を通って、スイッチＱ６から出てＬ２まで流れ出る。ホール効果信号が低い場合、スイッチＱ１及びＱ６は開き、スイッチＱ３及びＱ４は閉じており、依然としてＬ１からＬ２まで流れる電流が、コイルを通って反対方向に通過することを可能にする。この例では、巻線Ｗａ及びＷｂの両方を使用するとき、電流はＬ１からＬ２までだけを流れ得る。遮断スパイクを防止するために、常に、２つのスイッチがオンとなる。ダイオードは、ＡＣ検出信号が低いときに、依然としてコイル内のエネルギーが線間電圧に戻ることを可能にしながら、電流が誤った方向に流れることをブロックする。電流は、依然として、Ｌ１からＬ２まで、またはＬ２からＬ１までのいずれかの方向で通過し、巻線Ｗａだけを使用する全速モードで、いずれかの方向でコイルを通って通過し得る。
【０１７１】
全速度設定の動作及び多段速度ＡＣ機械回路３５０２による動作の一例では、起動モードは、４００ＲＰＭよりも低い速度だけで使用され、巻線Ｗａ及び巻線Ｗｂの両方を使用する。いったんモータが４００ＲＰＭよりも速く動いていると、巻線Ｗｂは、もはや使用しない。上記に説明したように、その点の後で電流を制限するために、パルス幅変調を使用する。ホール効果信号及びＡＣ極性信号は、駆動論理信号を生成するために、制御回路３５０６Ｂによって一緒に排他的論理和（ＸＯＲ）をとる。いったんモータが全速に達すると、ホール効果信号が上記に説明したようにシフトする。ホール効果信号は、過剰回転状況のために遅れ、過小回転のために前進する。ホール効果信号は、１００マイクロ秒ウィンドウの外側にある感知周期毎にシフトする。ホール効果信号は、それがウィンドウのどれくらいの外側にあるかに基づいて、異なる量だけシフトする。
【０１７２】
この例では、全速動作モードに関して、回路が同期の状態になろうとする前に、感知時間周期が５秒間である必要がある１マイクロ秒のウィンドウがある。いったんモータが５秒間このウィンドウの内側で安定すると、ソフトウェアは、どの２つの電源スイッチが最もオンになっているかを判定し、その２つの電源スイッチをオンの状態のままにする。過電流状況を検出しない限り、または速度変化を検出しない限り、切り替えは発生しない。
【０１７３】
この例では、半速度に関して、いったん６００ｒｐｍに到達すると、回路は、ただしＡＣ検出信号が高いときだけ、ホールを切り替えることを継続する。次に、センサは、モータを６００ｒｐｍに安定させるために、ソフトウェアにおいてシフトする。センサは、過剰回転状況のために遅れ、より多くの電力が必要な場合に前進する。センサは、決して、その実際の場所を超えて前進しない。
【０１７４】
図４４は、４つの双方向電源スイッチ及び２つの単一方向電源スイッチを伴う多段速度ＡＣ機械回路３５０２の例を示す。電源スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ４、及びＱ５は、Ｌ１からＬ２まで、またはＬ２からＬ１まで電流が流れることを可能にする双方向電源スイッチである。電源スイッチＱ３及びＱ６は単一方向電源スイッチである。電流はＬ１から電源スイッチＱ３にだけ流れることができ、電流は電源スイッチＱ６にだけに流れ、Ｌ２に流れ出ることができる。
【０１７５】
図４５は、簡略化された多段速度ＡＣ機械回路３５０２Ｄの例を示す。図４５の電源スイッチは、交流の切り替えを可能にするスイッチングデバイスまたはスイッチングデバイスの組み合わせ等の上記に説明したものと他の種類のスイッチであり得、他の種類のスイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、もしくは、例えば、ダイオードと反対方向に直列に設置されるときにＡＣスイッチとして動作するように構成されるトランジスタ、または交流を切り替えるように構成され得るスイッチのリレーもしくはスイッチの任意の他の組み合わせを含む。しかし、図４５の回路は、上記に説明した図３５、図３６、及び図４３のように動作する。他の構成の構成要素は、流入するＡＣ電圧に、直接的または間接的に、１つ以上の巻線を効率的に接続するように使用されることができる。
【０１７６】
図４６は、簡略化された多段速度ＡＣ機械回路３５０２Ｅの例を示す。図４６の回路は、制限された数の遅速度に関して、Ｑ３及びＱ６の遅速度の最適化及び簡略化のための追加巻線を有する。半同期速度電源スイッチ対Ｑ１／Ｑ６またはＱ３／Ｑ４は、回転子位置に基づいて電圧が印加されたペアを交番しながら、電流フローが線に戻ることを可能にするようにオンのままになり得る。図４６の電源スイッチは、交流の切り替えを可能にするスイッチングデバイスまたはスイッチングデバイスの組み合わせ等の上記に説明したものと他の種類のスイッチであり得、他の種類のスイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、もしくは、例えば、ダイオードと反対方向に直列に設置されるときにＡＣスイッチとして動作するように構成されるトランジスタ、または交流を切り替えるように構成され得るスイッチのリレーもしくはスイッチの任意の他の組み合わせを含む。
【０１７７】
図４７は、簡略化された多段速度ＡＣ機械回路３５０２Ｆの別の例を示す。図４７の電源スイッチは、交流の切り替えを可能にするスイッチングデバイスまたはスイッチングデバイスの組み合わせ等の上記に説明したもの以外の種類の電源スイッチであり得、他の種類の電源スイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、もしくは、例えば、ダイオードと反対方向に直列に設置されるときにＡＣスイッチとして動作するように構成されるトランジスタ、または交流を切り替えるように構成され得るスイッチのリレーもしくはスイッチの任意の他の組み合わせを含む。しかし、図４７の回路は、上記に説明した図３５、図３６、及び図４３のように動作する。しかしながら、追加巻線及び２つの追加電源スイッチＱ７及びＱ８は、異なる速度または負荷要求でさらなる最適化を可能にする。追加巻線を追加することで、ＢＥＭＦ、巻線の全抵抗、及び巻線のインピーダンスを増加させる。例えば、異なる巻線ゲージが、小さい負荷で大型モータを起動させるときに効率を増加させるために、追加巻線で使用され得、本質的に、より大型のモータ内でより小型のモータをもたらす。
【０１７８】
他の実施形態では、本明細書の開示は、モータまたは発電機用を含む、機械用の本明細書に記載される構成要素を提供するための方法を含む。
【０１７９】
一態様では、多段速度交流（ＡＣ）機械回路は、第１の側及び第２の側を有するＡＣ電源用のものである。ＡＣ機械回路は、２つ以上の電源スイッチの対、１つ以上の巻線、及び制御回路を含み、制御回路は、一方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第１の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第２の側まで電流を流れさせ、他方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第２の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第１の側まで電流を流れさせる。
【０１８０】
別の態様では、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路である。回路は、開始側及び終了側を伴う巻線と、第１の側と巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチと、第２の側と巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチと、第１の側と巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチと、第２の側と巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチと、制御回路とを備える。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを開き、第１の側から第２の側まで電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを開き、第２の側から第１の側まで電流を流れさせる。
【０１８１】
別の態様では、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路である。回路は、第１の開始側及び第１の終了側を伴う第１の巻線と、第２の開始側と第２の終了側を伴う第２の巻線と、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチと、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチと、ＡＣ電源第１の側と第２の巻線終了側との間に接続される第５の電源スイッチと、ＡＣ電源第２の側と第２の巻線終了側との間に接続される第６の電源スイッチと、制御回路とを備える。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第６の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第５の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第３の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第２の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第１の電源スイッチ及び第５の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる。
【０１８２】
別の態様では、第１の側及び第２の側を有するＡＣ電源用の多段速度交流（ＡＣ）機械回路に関する方法である。本方法は、２つ以上の電源スイッチの対を提供することと、１つ以上の巻線を提供することと、一方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第１の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第２の側まで電流を流れさせ、他方の電源スイッチの対を閉じ、ＡＣ電源の第２の側から１つ以上の巻線を通じてＡＣ電源の第１の側まで電流を流れさせる制御回路を提供することとを含む。本方法は、さらに、本明細書に記載される制御回路用の構成要素を提供することと、本明細書に記載されるように回路を動作させることとを含む。
【０１８３】
別の態様では、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路に関する方法である。本方法は、開始側及び終了側を伴う巻線を提供することと、第１の側と巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチを提供することと、第２の側と巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチを提供することと、第１の側と巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチを提供することと、第２の側と巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチを提供することと、制御回路を提供することとを含む。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを開き、第１の側から第２の側まで電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第３の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを開き、第２の側から第１の側まで電流を流れさせる。本方法は、さらに、本明細書に記載される制御回路用の構成要素を提供することと、本明細書に記載されるように回路を動作させることとを含む。
【０１８４】
別の態様では、第１の側（Ｌ１）及び第２の側（Ｌ２）を有する交流（ＡＣ）電源を有する機械用の回路に関する方法である。本方法は、第１の開始側及び第１の終了側を伴う第１の巻線を提供することと、第２の開始側と第２の終了側を伴う第２の巻線を提供することと、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線開始側との間に接続される第１の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線開始側との間に接続される第２の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第１の側と第１の巻線終了側との間に接続される第３の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第２の側と第１の巻線終了側との間に接続される第４の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第１の側と第２の巻線終了側との間に接続される第５の電源スイッチを提供することと、ＡＣ電源第２の側と第２の巻線終了側との間に接続される第６の電源スイッチを提供することと、制御回路を提供することとを含む。制御回路は、第１の電源スイッチ及び第６の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第５の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第３の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第２の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、遅速動作のために第１の巻線及び第２の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第１の電源スイッチ及び第５の電源スイッチを閉じ、第２の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第４の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる、または、第２の電源スイッチ及び第４の電源スイッチを閉じ、第１の電源スイッチ、第３の電源スイッチ、第５の電源スイッチ、及び第６の電源スイッチを開き、全速動作のために第１の巻線を通じて電流を流れさせる。本方法は、さらに、本明細書に記載される制御回路用の構成要素を提供することと、本明細書に記載されるように回路を動作させることとを含む。
【０１８５】
当業者は、上記に開示された特定の実施形態からの変形例が本発明によって想到されることを認識するであろう。本発明は、上記の実施形態に制限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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【図３５】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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