JP2001016887A - 電気式回転駆動装置 - Google Patents
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Abstract
を正常に動作させることができる回転駆動装置を提供す
ること。 【解決手段】 固定子(2)、磁気的に軸支される回転
子(3)、および設定装置を(4)を備える。固定子
(2)は、少なくとも2つのループ(61、62)を有
する駆動巻線(6)と、少なくとも3つのループ(7
1、72、73、74)を有する制御巻線(7)とを備
える。駆動巻線(6)のループ(61、62)は、回転
子(3)にトルクを生成させる駆動磁界を生成し、制御
巻線(7)のループ(71乃至74)は、固定子(2)
に対する回転子(3)の位置を調整するための制御磁界
を生成する。設定装置(4)は、各ループ(61、6
2、71乃至74)に、相電流または相電圧を設定パラ
メータとして供給し、各ループ(61,62、71乃至
74)は、それぞれ異なる電気的位相に属し、設定パラ
メータを各々ループ毎に調整できる。
Description
提部分に基づく電気式回転駆動装置に関し、また、この
種の回転駆動装置を備える血液ポンプに関するものであ
る。
は、通常、軸流ポンプまたは遠心ポンプとして設計さ
れ、例えば、心臓手術において血液循環を維持するため
の屋台骨として用いられる。更に、患者の体内に埋め込
まれ、心臓の働きを一時的あるいは長期的に支えるため
の埋め込み可能な血液ポンプも知られている。
が、汚染されないことが保証されなければならない。従
って、血液ポンプでは、電磁式駆動装置の回転子および
/またはポンプの回転子は、接触することなく磁気的に
軸支されることが好ましい。このような回転子の磁気に
よる軸支は、分離型磁気軸受、すなわち、駆動装置のも
のとは異なる軸受によって実現することができる。換言
するならば、磁気軸支は、駆動装置の固定子によって、
実現される。
34号において、回転式ポンプが開示されているが、こ
れは、血液ポンプに適しており、また、いわゆるベアリ
ングレス・モータとして設計されているものである。こ
れは、電磁式回転駆動装置であり、回転子のために個別
の磁気軸受を備えておらず、回転子は、磁力によって固
定子に対して非接触で軸支されている。この電磁式回転
装置の場合、固定子は、軸受および駆動巻線および制御
巻線を備える駆動固定子として設計されている。これら
2つの巻線によって、回転磁界が生成され、この回転磁
界は、一方では、回転子を回転させるトルクを回転子に
与え、他方では、回転子に対して、所望の値に設定可能
な縦方向の力を与え、回転子の半径方向の位置が、それ
ぞれ能動的に制御あるいは調整できるようにしている。
従って、回転子のこれらの3自由度は、能動的に調整す
ることができる。更に、他の3自由度、即ち、回転軸方
向に対する軸の撓みおよび回転軸に直交する平面に対す
る傾き(2自由度)に関して、回転子は、受動的にまた
磁気的に、つまり制御という手段によらず、磁気抵抗力
によって、安定化される。
は、以下の説明において、上述の意味に理解されるもの
とする。ベアリングレス・モータの設計、特に、制御ま
たは調整の詳細に関しては、既に引用した国際出願特許
公開第96/31934号乃至国際出願特許公開第95
/18925号に加えて、本明細書を参照されたい。
む場合、小型で省スペースでなければならず、且つ、少
なくとも心臓の能力に相当するポンピング性能を達成で
きなければならない。このために、例えば、ベアリング
レス・モータの回転子に羽根を設け、これにより、回転
駆動装置の回転子をポンプの回転子とした一体型の回転
子を形成する方法が、国際出願特許公開第96/319
34号において提案されている。このように、この回転
子は、駆動回転子、軸受回転子およびポンプの回転子と
しての機能を有しており、これによって、非常に小型で
高性能な血液ポンプを実現することができる。
ば、増幅器の段階における故障、または固定子の1つの
位相における断線等の故障が発生した場合、駆動装置お
よび/または回転子の磁気軸支の正常な機能をもはや保
証できないという問題がある。これは、特に、埋め込み
式の血液ポンプなど、非常にデリケートな用途におい
て、安全を脅かす大きな危険因子を代表するものであ
る。回転子の駆動装置或いは磁気軸支の回転子に故障が
発生すると、重大な結果、即ち、時には致命的な結果さ
えもたらすことがある。従って、本発明は、この安全を
脅かす危険因子を大幅に低減しようとする課題に特化し
たものである。
は、ベアリングレス・モータとして設計される電気式回
転駆動装置を提供することであり、更に、回転子の磁気
軸支、並びに回転子の駆動に関して、耐故障性の高い電
気式回転駆動装置を提供することである。換言するなら
ば、故障が発生しても、回転子が磁気により確実に軸支
され、また、回転子の駆動が確実に行われることによっ
て、ベアリングレス・モータが正常に動作することがで
きる回転駆動装置を提供することである。
回転駆動装置は、独立請求項1に記載の機能によって特
徴付けられるものである。
アリングレス・モータとして設計されており、磁気によ
り軸支された回転子、および固定子を備えている。この
固定子は、回転子にトルクを生成させる駆動磁界を生成
するための少なくとも2つのループを有する駆動巻線か
ら構成されている。更に、制御巻線を備えており、制御
巻線は、制御磁界を生成するための少なくとも3つのル
ープを有し、この制御磁界によって、固定子に対する回
転子の位置を調整することができる。また、駆動巻線の
各ループにおける電気的駆動位相は互いに異なり、制御
巻線の各ループにおける電気的制御位相は互いに異なっ
ている。更に、設定装置を備えており、この設定装置に
より、駆動巻線の各ループおよび制御巻線の各ループ
に、設定パラメータとして、相電流および相電圧を供給
する。また、設定装置は、駆動巻線の各ループに対する
設定パラメータ、並びに、制御巻線の各ループに対する
設定パラメータを、他のループ設定パラメータとは独立
に調整できるように、設計されている。このために、設
定装置は、駆動巻線のループ毎および制御巻線のループ
毎に、個別の二極電力増幅器を備え、回転駆動装置の制
御装置と一体化していることが好ましい。
いる本発明による回転駆動装置は、通常の故障の無い動
作において、少なくとも2つの駆動位相および少なくと
も3つの制御位相を用いて動作する。“駆動位相”およ
び“制御位相”という用語は、各々、駆動巻線のループ
または制御巻線のループ、並びに、供給用設定装置の一
部を意味するために使用するものである。設定パラメー
タ、即ち、相電圧または相電流は、他のループ設定パラ
メータとは独立に、駆動巻線のループ毎および制御巻線
のループ毎に調整することができるため、各駆動位相お
よび各制御位相は、他の電気的な位相とは無関係に動作
することができる。従って、駆動位相および/または制
御位相に故障が発生した場合(例えば、位相の全てに故
障が発生した場合)、回転駆動装置は、駆動位相および
/または制御位相の数がそれぞれ減った状態で、更に、
回転駆動装置の回転子における磁気軸支の正常な機能、
或いは駆動の正常な機能を失うことなく、動作し続ける
ことができる。
条件は、回転駆動装置の1つの駆動位相、および2つの
制御位相が正常なことである。換言するならば、少なく
とも1つの駆動位相および少なくとも1つの制御位相
が、完全に故障しても、回転駆動装置は、影響を受ける
事無く確実に動作することができる。駆動位相および制
御位相が、幾つ備えられているかにもよるが、本発明に
基づく回転駆動装置は、複数の駆動位相および/または
制御位相が故障した場合でも、動作し続けることができ
る。
が減った状態でも、動作することができるため、基本的
に、一つの駆動位相または一つの制御位相に故障が発生
するような場合は重要ではない。従って、例えば、電力
増幅器が故障したり、駆動巻線または制御巻線の1つの
ループにおいてそれぞれ断線が生じたり、電源増幅器、
駆動装置の巻線ループまたは制御巻線において短絡が生
じても良いことになる。換言するならば、このような故
障が生じても、駆動装置は、引き続き確実に動作するこ
とが可能である。本発明に基づく回転駆動装置は、この
ように耐故障性が高いため、動作の信頼性が飛躍的に向
上する。
で、少なくとも2つの位相が動作するように、駆動巻線
が設計されている回転駆動装置は、永久磁気によって励
磁される回転磁界モータであることが好ましく、特に、
永久磁気によって励磁される同期モータまたはブラシレ
ス直流モータ(一般的な通称であるが、ブラシレス直流
モータは、基本的には、回転磁界モータである)である
ことが好ましい。換言するならば、固定子によって生成
される駆動磁界は、永久磁気回転子を駆動させる回転磁
界である。一つ以上の駆動位相の故障により、正常な位
相が、1つだけしか残っていない状態で動作する場合、
回転磁界モータは、単相交流モータとして動作する。
合、永久磁気により励磁される回転駆動装置、即ち永久
磁気により励磁される回転子を有する回転駆動装置とし
て設計されるベアリングレス・モータは、磁界励磁のた
めの電流およびエネルギを必要としないという利点があ
る。従って、永久磁気による励磁によって、エネルギ消
費量を大幅に低減でき、非常に経済的な動作を行うこと
が可能となる。このことは、特に血液ポンプ、さらに埋
め込み式血液ポンプにとっては、一般的に、無制限にエ
ネルギの供給が得られないため、非常に好都合なことで
ある。
特許公開第98/11650を参照)では、通例のこと
であるが、本発明に基づき回転駆動装置の設計を行う場
合、駆動巻線における磁極対の数をpとする時、制御巻
線における磁極対の数は、p+1またはp−1であるこ
とが好ましい。換言するならば、駆動巻線と制御巻線に
おける磁極対の数の差が1であることが好ましい。
動位相を厳密に3相、および制御位相を厳密に3相備え
ている。この種の設計においては、2つの駆動位相およ
び1つの制御位相が完全に故障した場合でさえ、回転駆
動装置は、確実に回転子を軸支し、駆動することができ
る。
ース設計を目指す場合、駆動位相を厳密に2相、および
制御位相を厳密に4相備えている実施例が、より好まし
い。このように設計することにより、固定子歯の数、並
びに、駆動巻線および制御巻線のコイル数を減らすこと
が可能であり、これによって、装置のコストおよび複雑
さ、並びに、ベアリングレス・モータの複雑さおよび大
きさを低減することができる。同時に、1つの駆動位相
の故障、および、少なくとも1つの制御位相の故障に対
する耐故障性も維持される。この種の実施例において
は、固定子は、厳密に8つの固定子歯を有していること
が好ましく、回転子は、これらの固定子歯の間で軸支さ
れる。この実施例には、更に、位置センサのセンサ要素
等を配置するための、固定子歯間の溝の空間を広く取れ
るという利点がある。
の集中制御コイルを備え、また、各集中制御コイルは、
異なる固定子歯に巻かれている。本発明に基づくベアリ
ングレス・モータにおいて、可能な限り耐故障性を高め
るためには、2つの個別の制御システムが設けられ、各
制御システムは、下記の構成要素を備えることが好まし
い。
置を測定するための少なくとも2つの位置センサ ・回転子角を測定するための手段(例えば、磁界セン
サ) ・駆動巻線および制御巻線の個々のループに供給するた
めの少なくとも3つの電力増幅器 ・回転子の駆動および位置を調整するための、並びに、
電力増幅器を制御するための信号処理および調整装置、
更に、各制御システムは、少なくとも1つの駆動位相お
よび少なくとも2つの制御位相を制御することが必要で
ある。
ス・モータは、互いに独立して動作可能な2つのほぼ同
一の制御システムによって動作される。各制御システム
は、例えば、位置センサ、回転子角を求めるための手
段、調整装置、少なくとも1つの駆動位相と少なくとも
2つの制御位相用の電力増幅器などの、ベアリングレス
・モータの動作に必要な構成要素を備えているため、各
制御システムは、単独で、且つ瞬時に、ベアリングレス
・モータの制御および調整を引き継ぐことができる。故
障の無い通常の動作において、2つの制御システムは、
共に、ベアリングレス・モータを制御する。しかしなが
ら、故障が発生した場合、2つの制御システムの内、1
つの制御システムによって、瞬時に引き継がれ、確実に
動作を行うことが可能となる。このいわゆる高い冗長性
によって、耐故障性および動作の信頼性を飛躍的に高め
ることができる。
のために、通信手段を設けることが好ましい。これによ
って、特に制御システムが両方とも作動している通常の
動作において、動作の信頼性が更に向上する。例えば、
各制御システムは、独自に位置センサを有しているた
め、回転子の位置の測定は、通常の動作において、過剰
に行われる。制御システムは、各制御システムによって
測定される回転子の位置に関する値を授受する通信手段
を備えているという点において、この冗長性を用い、位
置センサのチェックができることは好都合である。磁界
センサおよび回転子角に関しても、同様なことがそれぞ
れ言える。
ムおよび/または個々の駆動位相および/または個々の
制御位相および/またはエネルギ供給部における故障を
検出できることが好ましい。これらの故障検出手段は、
ハードウェアおよびソフトウェアの構成要素として設計
することが可能である。更に好適な手段によれば、故障
検出手段は、故障を検出した場合、故障を除去するか、
若しくは、故障の種類によって、回転駆動装置を複数の
故障モードの内、適切な故障モードに切り替える。これ
らの故障モードでは、制御システムの一部若しくは制御
システムの全体、または、駆動巻線若しくは制御巻線の
個々のループを、停止することができる。2つ以上の故
障モードを設けてあるため、制御システムは、極めて柔
軟に対応することができ、また個々に発生する故障に対
応して動作に必要な構成要素だけをそれぞれ選び出す
か、若しくは、構成要素をそれ以上使用しないようにす
るなどの方法で対応することが可能である。
り、非常に小型で且つ省スペース型のベアリングレス・
モータを設計することができる。この点に関して、各制
御システムを、少なくとも部分的に電子プリント基板の
形態にし、回転駆動装置の内部に配置すると好都合であ
る。
る電子プリント基板は、全て電力増幅器であり、個々の
電力増幅器は、各々、対応する駆動コイルおよび制御コ
イルにそれぞれ直接、即ち、ケーブルを用いずに接続さ
れる。このように設計することにより、ベアリングレス
・モータからその外側へと配線されるケーブル線の数
を、最小限に抑えることができる。ケーブルの接続が、
全ての構成要素において、脱落率を増大する要因である
ことは、経験から明らかであるため、ケーブル数を減ら
すことにより、更に高い信頼性が実現される。
プルモータとして設計される回転駆動装置の好適な設計
と組合せることにより、なんら問題なく、回転駆動装置
の内部に配置することが可能である。例えば、国際出願
特許公開第98/11650号(当該明細書の図8kお
よび関連する文節を参照のこと)に開示されているテン
プルモータにおいて、固定子は、複数の固定子歯を有し
ており、この複数の固定子歯は、ヨークによって接続さ
れており、回転子の所望の回転軸によって決定される軸
方向に延在する長いリム、および、半径方向に対して内
側に延在する短いリムを用い、各々“L”形状に形成さ
れている。ここで、電子プリント基板は、固定子歯の長
いリムによって囲まれている空間に配置することができ
る。
位置センサに評価モジュールを設けることであり、この
評価モジュールは、それぞれ、電子プリント基板として
設計され、電子プリント基板に設けられた構成要素が、
固定子間の自由空間に配置されるように、固定子の短い
リム上に設計されている。このように設計することによ
り、ベアリングレス・モータ内の空間の理想的な活用が
可能である。
接続プリント基板(フレックスプリント)を介して、互
いに接続することも有利である。ほぼ硬質な電子プリン
ト基板とフレックスプリントによって、複合体、即ち、
いわゆる剛体可撓性複合体を形成し、1ユニットとして
製造、装着および検査を行うことができる。
を備える血液ポンプを提案する。本発明の回転駆動装置
は、回転駆動装置の回転子もまた、ポンプの回転子とし
て機能するように、回転駆動装置の回転子は、永久磁気
によって励磁されており、また、血液を給送するための
複数の羽根を備えている。この種の血液ポンプは、耐故
障性が非常に高く、極めて信頼性が高く、小型で、更
に、高性能、且つ、エネルギ消費の点において経済的で
ある。この種の血液ポンプは、人体の内部および外部、
いずれの用途にも適する。
は、従属の請求項から明らかになる。
し、本発明について更に詳細に説明する。図1は、本発
明に基づく回転駆動装置に関する第1の実施例の主要な
部分を示す概略ブロック図であり、この回転駆動装置は
ベアリングレス・モータとして設計されており、本明細
書全体を通して参照番号1を付してある。回転駆動装置
1は、固定子2、永久磁気回転子3、および設定装置4
を有する制御装置5を備え、また、設定装置4は、複数
の二極電力増幅器41を備える。更に、制御装置5は、
回転駆動装置1の動作に必要な制御ユニットと調整ユニ
ットの全体を備える。調整ユニットは、理解しやすいよ
うに、図1には示していない。制御装置5の構造は、下
記において詳述する。
面図であり、図3は、図2の線III‐IIIに沿った
断面を示す図である。更に、図3は、固定子系の定義を
示す図であり、以下の説明において、参照する。この固
定子系は、軸X、YおよびZを有するデカルト座標系で
あり、これらの軸の原点は、固定子の中心に位置し、固
定子2に対して静止している。慣例に従い、Z軸は、回
転子3の所望の回転軸方向を指し、Aは、回転軸を表
す。回転子3は、動作状態において、回転子3が固定子
2に対して、ちょうど中心位置(所望の位置)にある
時、この回転軸を中心に回転し、また傾むくこともな
い。Z軸の方向は、以下、“軸方向”として表す。固定
子系のX軸およびY軸の方向は、任意である。X軸およ
びY軸によって規定されるX−Y平面は、回転子3が軸
方向において傾きがない場合、また撓んでいない場合
に、回転子3が回転する平面である。X−Y平面に対す
る回転子3の位置(または、それぞれに対する回転子の
中心の位置)は、以下、回転子3の“半径方向の位置”
として表す。
固定子2は、駆動磁界を生成するための駆動巻線6を備
え、この駆動磁界は、回転子3にトルクを生成し、回転
子3を駆動する。更に、固定子2は、制御磁界を生成す
るための制御巻線7を備え、この制御磁界は、制御磁界
を生成し、これによって回転子3の半径方向の位置を調
整することが可能である。これら2つの回転磁界を組合
せることによって、そのために必要とされる磁気軸受を
特別に用いることなく、回転子3を、固定子2内におい
て非接触の状態で駆動でき、また磁気的に軸支すること
ができる。ベアリングレス・モータにおいて、回転子の
3自由度、即ち、回転軸Aを中心とする回転子の回転、
および回転子の半径方向の位置(2自由度)は、それぞ
れ、能動的に磁気によって制御または調整される。更に
他の3自由度に関して、即ち、回転子の軸方向における
撓みおよびZ軸の傾き(2自由度)に関して、回転子
は、受動的に磁気によって、即ち、制御されない状態
で、磁気抵抗力によって安定化される。ベアリングレス
・モータの動作方法、並びにその調整方法および制御方
法に関する更なる詳細は、既に引用した国際出願特許公
開第96/31934号、第95/18925号および
第98/11650号の明細書に開示されており、この
ため、ここでは更に説明しない。
つのループ61、62を有し、これらのループは、各々
異なる駆動位相に属する。換言するならば、駆動巻線6
は、2つの位相を有する(2つの駆動位相を有する)。
制御巻線7は、4つのループ71、72、73、74を
有し、これらのループは、各々異なる制御位相に属す
る。換言するならば、制御巻線は、4つの位相有する
(4つの制御位相を有する)。
の、即ち8つの固定子歯21乃至28を備え、固定子歯
21乃至28は、ヨーク20(通常、鉄ヨーク)によっ
て、磁気的に互いに結合しており、駆動巻線6および制
御巻線7は、個別のコイルの形態で固定子歯21乃至2
8にそれぞれ巻かれている。この点において、複数の個
別のコイルは、互いに並列回路または直列回路の形態で
電気的に接続することができる。“ループ”という用語
は、各々、並列または直列に電気的に互いに接続されて
いる全ての個別のコイル全体を意味するものである。当
然の事ながら、1つのループは、1つの個別のコイルに
より構成することができる。“位相”という用語は、1
つのループおよびそのループに供給する設定装置4の一
部分を表し、特に、本明細書では、このループに設定パ
ラメータとして相電流または相電圧を供給する電力増幅
器41を表す。設定装置4は、駆動巻線6および制御巻
線7のための電流制御装置または電圧制御装置として形
成することができる。実際には、主として電流調整が用
いられるため、以下、設定パラメータが相電流である場
合について説明を行う。設定パラメータとして相電圧を
用いる電圧調整に関しても、同様な説明が当てはまる。
2位相駆動巻線6は、4つの集中コイルから成り、この
集中コイルは、以下、駆動コイル611、621として
表す。2つの駆動コイル611によって、駆動巻線6の
1つのループ61が形成され、一方、2つの駆動コイル
621によって、駆動巻線6のもう一方のループ62が
形成されている。同じ駆動位相に属する駆動巻線は、同
じ参照符号によって表す。各駆動コイル611、621
は、固定子歯21乃至28に駆動コイル611、621
が一つ以上巻かれることがないように、集中コイルとし
て、各々、直ぐ隣に位置する2つの固定子歯21乃至2
8にそれぞれ巻いてある。換言すると、第1の駆動コイ
ル611は、第1の固定子歯21および第2の固定子歯
22にそれぞれ巻かれており、次の駆動コイル621
は、第3の固定子23および第4の固定子24にそれぞ
れ巻かれており、その次の駆動コイル611は、第5の
固定子25および第6の固定子26にそれぞれ巻かれて
おり、更に、最後の駆動コイル621は、第7の固定子
27および第8の固定子28に巻かれている。各々、直
径方向に対向して位置する2つの駆動コイル611また
は621が、駆動巻線6のループ61または62を形成
し、同じ駆動位相に属するように、駆動コイル611、
621は、それぞれ接続されている。駆動コイル61
1、621の固定子歯21乃至28上の分布、並びに、
駆動巻線の2つのループ61、62を形成するための駆
動コイルの接続は、もっと概略的な例示により図5にお
いて再度説明する。図5の上部において、第1の駆動位
相のループ61を示し、図5の下部において、第2の駆
動位相のループ62を示す。
る4位相の制御巻線7を示しており、以下、こられの集
中コイルは、制御コイル711、721、731、74
1として表す。各制御コイル711、721、731、
741は、別々の固定子歯21乃至28に巻かれてい
る。換言するならば、各固定子歯は、ちょうど1つの制
御コイルを有している。2つの制御コイル711、72
1、731または741によって、各々、制御巻線7の
ループ71、72、73または74が形成されており、
同じ制御位相に属する。同じ制御位相に属する制御コイ
ルは、同じ参照符号によって表す。制御コイルは、固定
子の周方向から見た場合に、第1の固定子歯に巻かれた
制御コイルと、一つおいてその次の固定子歯に巻かれた
制御コイルが、同じ制御位相に属するように、接続され
ている。個々の制御コイル711、721、731、7
41の接続に関しては、図4の概略図において説明す
る。第1の固定子歯21に巻かれた制御コイル711
(図4、上)と、第3の固定子歯23に巻かれた制御コ
イル711が共に接続され、制御巻線7の第1の制御位
相であるループ71が形成されている。第5の固定子歯
25と第7の固定子歯27である2つの制御コイル72
1によって、それぞれ、第2の制御位相のループ72が
形成されている。第2の固定子歯22と第4の固定子歯
24である2つの制御コイル731によって、それぞ
れ、第3の制御位相(図4、下)のループ73が形成さ
れている。第6の固定子歯26と第8の固定子歯28で
ある2つの制御コイル741によって、それぞれ、第4
の制御位相のループ74が形成されている。
されていると、駆動巻線における磁極対の数は1とな
り、制御巻線における磁極対の数は2となる。通常、駆
動巻線と制御巻線における磁極対の数の差が1であるこ
れらの設計は、本発明に基づく回転駆動装置にとって好
ましいものである。換言するならば、駆動巻線における
磁極対の数がpの場合、制御巻線における磁極対の数
は、p±1、即ち、p+1またはp−1のいずれかであ
ることが好ましい。実用上は、駆動巻線における磁極対
の数が、p=1、p=2またはp=3であり、制御巻線
における磁極対の数の合計が、1、2、または3である
設計が好ましい。
を他のループに対する相電流(または相電圧)とは独立
に、駆動巻線の各ループ61,62および制御巻線の各
ループ71乃至74用の設定パラメータとして調整でき
るように、設定装置4(図1)は、設計されている。こ
れを実現するために、第1の実施例における設定装置
は、6つの個別の二極電力増幅器41、即ち、2つの駆
動位相のそれぞれに1つの二極電力増幅器、4つの制御
位相のそれぞれに1つの二極電力増幅器を備えている。
これによって、駆動位相および/または制御位相が完全
に故障した場合でさえ、残りの正常な位相は、制約を受
けることなく引き続き動作することができる。
は、各々、Hブリッジ・スイッチング増幅器である。図
6は、かかる電力増幅器41の電気回路図を示してお
り、電力増幅器41は、位相の内1つに相電流を供給す
る。電力増幅器41は、スイッチングトランジスタTお
よびリカバリ・ダイオードFとしてそれ自体知られてい
るものを備えており、2つの動作電位+および−(例え
ば、動作電位−が接地電位GNDで、動作電位+が+1
2Vの電位)で動作する。スイッチングトランジスタT
は、電界効果トランジスタ(FET)、特に、MOS形
FETであることが好ましい。電流測定装置411は、
相電流をそれぞれ測定するために設けてある。
41および/または設定装置4を、回転駆動装置1に設
けることもできる。例えば、個々の電力増幅器を、多相
電流制御装置のブリッジ分岐として実現することがで
き、複数の位相を星形回路に接続することもできる。し
かしながら、この場合、個々の相電流が、確実に単独で
調整されるように、星形結線の接続点が、ロード可能な
電位に配置されることが必要である。この種のロード可
能な星形回路は、例えば、本出願者による欧州特許出願
第99810553.0号に開示されているため、本明
細書では、詳細な議論は行わない。しかしながら、他の
形態のスイッチング増幅器またはアナログ増幅器を用い
ることも可能ではあるが、増幅器が、二極で動作、即
ち、相電流および相電圧の両方が、正および負極性の値
を取ることができるように、電力増幅器41を設計する
ことが重要である。更に、設定装置4は、他の位相に対
する設定パラメータとは無関係に調整できる設定パラメ
ータ(それぞれ相電流または相電圧)を、駆動位相毎お
よび制御位相毎に供給できるものでなければならない。
および図3を参照)は、直径方向に二極(磁極対の数は
1)励磁してあり、永久磁気リング31および鉄ヨーク
32を有する環状回転子3として設計されており、鉄ヨ
ーク32は、リング31に対して、半径方向に、また内
側に位置するように配置されている。回転子の磁化は、
図2において、矢印Mで表示してある。当然の事なが
ら、他の磁極対の数、および他の形態の回転子磁化を用
いることもまた可能である。特に、回転子3を、円盤状
に設計することも可能である。
置を求めるためには、少なくとも2つの位置センサが必
要であり、この実施例においては、4つの位置センサ8
1、82、83、84(図1参照)を設けてあり、その
内、各々、少なくとも2つの位置センサ、即ち位置セン
サ81、82および位置センサ83、84は、それぞ
れ、二軸測定系80a、80b(図11参照)に属して
おり、この二軸測定系80a、80bによって、回転子
30の半径方向の位置を求めることができる。回転子の
半径方向における位置のために2つの個別の測定系を設
けてあるため、回転子3の位置測定が、冗長化されるよ
うに設計されており、これによって、回転駆動装置1の
耐故障性が高まっている。この事に関しては、さらに後
述する。
サ要素811、812および821、822および83
1、832および841、842(図2参照)をそれぞ
れ備えていることが好ましい。各センサ要素は、回転子
3に対向して位置するように、2つの隣接する固定子歯
21乃至28の間の溝に配置され、センサ要素が1つず
つ、8つの溝にそれぞれ配置されている。センサ要素
は、X−Y平面上、若しくは、X‐Y平面に対して僅か
に軸方向に位置をずらして配置することができる。いず
れの場合も、それぞれ同じ位置センサ81と82と83
と84に属するセンサ要素811、812と821、8
22と831、832と841、842は、固定子2
(図2参照)の直径方向に対向して位置するように、そ
れぞれ、固定子2の周方向に対して、互いに180°位
置をずらして配置される。このように配置することによ
って、同じ位置センサ81乃至84に属するセンサ要素
の2つの信号における差分信号は、各々、回転子の位置
を求めるために使用されるため、位置センサ81乃至8
4における同相故障、オフセット、ドリフト(特に、熱
ドリフト)などのシステマティックな故障を無くすこと
ができる。
2、821、822を有する2つの位置センサ81およ
び82のように、同じ二軸測定系に属する2つの位置セ
ンサは、固定子の周方向に対して約90°、他の二軸測
定系の位置センサ83、84に対して45°、互いに位
置をずらし配置されている。
センサ要素811―842に適している。特に、ホール
センサ、光センサおよび容量センサなどの渦電流セン
サ、誘導センサ、磁界プローブが挙げられる。センサ要
素は、渦電流センサであることが好ましい。
(回転子3の駆動および位置)は、ベクトル調整または
磁界方向調整の方法によって、通常行われるが、この場
合、回転子の磁化の方向、即ち、静止固定子系のX−Y
平面に対する回転子3の磁化の瞬間的な位置を知ること
が必要である。このパラメータは、通常、回転子の磁界
の角度として表す。実際には、回転子の磁界の角度は、
幾何学的な回転子角とは異なるが、その差はほんの僅か
である。従って、この差異は、以下、考慮しないものと
し、回転子角は、幾何学的な回転子角および回転子磁界
の角度の両方を含むものとして、略して回転子角と呼
ぶ。回転子角を求めるために、少なくとも1つの磁界セ
ンサを設けてある。回転駆動装置1を、回転子角の測定
に関しても、冗長に設計するために、2つの個別の磁界
センサ91、92を設けてある。各磁界センサ91、9
2は、巨大磁気抵抗(GMR)素子などの磁気抵抗型素
子を有する2つの磁気抵抗型の磁界測定ブリッジを備え
る。
ンサが検出する磁界の正弦と余弦を出力し、これによっ
て、回転子角を求めることができる。このように、2つ
の個別の系が存在し、これによって、回転子角を各々求
めることができる。図3に示すように、特に、磁界セン
サ91および92は、X−Y平面に対して軸方向の位
置、即ち、図示しているように、回転子3の下方に配置
してある。このように配置されている磁界センサ91、
92による回転子角の測定の詳細については、“回転子
の磁化の方向を測定するためのセンサ配置”を主題とす
る本出願者による欧州特許出願第99810634.8
号を参照されたい。
た磁界センサ91、92の代わりに、或いは、それに追
加して、他の手段を設けることができるできることは自
明のことである。
て、駆動磁界は、2位相駆動巻線6によって生成され、
2位相駆動巻線6は、回転子3にトルクを発生させ、回
転子3を回転させる。位置センサ81乃至84を用いて
求めることができる回転子3の半径方向の位置は、4位
相制御巻線7によって、調整される。回転子3の位置調
整に関する設計は、数多くの文献に紹介されている。特
にベアリングレス・モータのための位置調整に関する構
造は、国際出願特許公開第95/18925号等におい
て、幾つか述べられている。従って、ベアリングレス・
モータの調整に関する設計に関しては、本明細書では、
これ以上の議論は行わない。
故障が、動作中に発生した場合、本発明に基づく回転駆
動装置1は、駆動位相および/または制御位相の数が減
った状態で、正常に動作し続けることができる。これ
は、各個別の駆動位相、および各個別制御位相のための
相電流を、他の相電流とは完全に独立に調整できるため
である。回転子を高い信頼性で駆動するために、また高
い信頼性で磁気による軸支を行うために必要な最低限の
条件は、少なくとも1つの駆動位相および少なくとも2
つの制御位相が、正常に動作することである。第1の実
施例において、極端な場合、1つの駆動位相および2つ
の制御位相が、それぞれ、完全に故障または停止して
も、回転駆動装置1は、その動作能力を失うことはな
い。故障の処理方法に関しては、下記において、更に議
論する。一方における軸支機能、並びに、他方における
駆動機能に関する耐故障性の詳細については、本明細者
において、本出願者による二つの特許、欧州特許出願第
99810760.1号および第99810553.0
号を参照する。当該特許出願の開示は、本発明の不可欠
な構成要素であることをこれによって明言する。
転駆動装置1は、単相交流モータの原理に基づき動作す
る。この場合、回転駆動装置1を停止しない限り、回転
駆動装置1は回転し続ける。即ち、回転駆動装置1は、
正常に動作する。しかしながら、かかる単相交流モータ
が停止した場合、回転子3の固定子に対する位置次第で
は、回転駆動装置1は、通常の方法では、再始動できな
い可能性がある。しかしながら、対応する正常な制御位
相を動作状態にし、回転子3が1つの駆動位相で始動す
ることができる位置まで、回転子3を固定子2に沿って
下げることによって、動作させることが可能である。回
転子3が再び回転すると直ぐに、1つの駆動位相および
少なくとも2つの制御位相によって動作を、維持するこ
とができる。
は、停止する際、回転子3が再び立ち上がることができ
る位置“休止位置”を選択して、所定の休止位置に回転
子3が停止するように、固定子2を設計することにより
解決することができる。この手段は、単相交流モータで
は、一般的なことであるため、本明細書においては、更
に説明は行わない。
定子2を示す平面図である。以下、相違点のみを詳述す
る。この変形態様では、同様に4つの制御位相と2つの
駆動位相を備えている。制御巻線は、合計16個の集中
コイル711、721、731、741を備えており、
それぞれ2つの制御コイルを各固定子歯21乃至28に
設けてある。各々、4つの別々の固定子歯に巻かれた4
つの制御コイルは、共に接続され、制御巻線のループ7
1乃至74を形成し、同じ制御位相に属している(これ
らの制御コイルは、同様に、それぞれ同一の参照符号を
付してある)。個々の制御コイル間の接続は、図8の概
略図に示してある。制御巻線の第1のループ71(図
8、上)は、第1の固定子歯21、第3の固定子歯2
3、第5の固定子歯25および第7の固定子歯27に配
置されている2つの制御コイルの内、1つの制御コイル
をそれぞれ接続することによって、実装されている。こ
れらの制御コイルは、参照符号711で表してある。制
御巻線の第2のループ72は、第1の固定子歯21、第
3の固定子歯23、第5の固定子歯25および第7の固
定子歯27に配置されているもう一方の制御コイルをそ
れぞれ接続し、第1のループ71に属さないように実装
されている。これらの第2のコイルは、参照符号721
で表してある。従って、第2のループ72の制御コイル
721は、第1のループ71の制御コイル711と同じ
固定子歯に配置されている。従って、第1のループおよ
び第2のループは、実質的に、同じ配置を行い、各制御
コイルをそれぞれ接続することにより実現されている。
制御コイルも同様に解釈が可能であり、これらの制御コ
イルは、それぞれ参照符号731および741で表して
ある(図8、下)。これらは、それぞれ、第2の固定子
歯22、第4の固定子歯24、第6の固定子歯26およ
び第8の固定子歯28に配置されている。
直ぐ隣の固定子歯に巻かれた制御コイルが、各々、制御
巻線の異なるループに属するように、制御コイルは、接
続され、制御巻線の個々のループが形成されている。
ルは、図7に示すように、各々、隣接して配置すること
ができる。特に下記において更に議論するテンプルモー
タの構造形態において、同じ固定子歯に巻かれた2つの
制御コイルは、各々,外側の制御コイルが内側の制御コ
イルを取り囲むように重ねて巻かれる。この配置は、図
8において、概略的に示してある。制御巻線の同じルー
プを形成するように接続された4つの制御コイルは、常
に外側、若しくは常に内側に位置する。従って、例え
ば、第1のループ71の制御巻線711が、常に外側の
コイルであるのに対して、第2のループ72の制御コイ
ル721は、常に内側のコイルとなる。個々の制御コイ
ルは、外側の制御コイルによって形成されるループ(例
えば、ループ71)のオーミック抵抗が、内側の制御コ
イルによって形成されるループ(例えば、ループ72)
のオーミック抵抗と等しくなる(対称型設計)か、若し
くは、それより大きくなる(非対称型設計)ように、構
成されることが好ましい。
同様な方法で設計されており、第1の実施例と共に既に
説明したものである図7および図8に示す制御巻線の設
計には、次の利点がある。通常の動作中、回転子の位置
は、4つの制御位相全て、即ち、16個の制御コイル全
てによって調整される。各固定子歯に2つの制御コイル
が配置されているため、同じ磁界を生成するのに必要な
固定子歯を流れる電流は、固定子歯に1つの制御コイル
だけある場合と比較すると、各々半分の電流のみを必要
とする。しかしながら,損失の観点から見ると、半分の
電流を二回流した方が、全電流を一回で流すよりも好ま
しい。1つの制御コイル(例えば、第1のループ71)
が故障した場合、第2の制御位相のループ72内におけ
る相電流を倍にすることにより、容易に補正することが
できる。この機能は、調整により自動的に行われる。固
定子歯毎に、2つの制御コイルを設け、2つの制御コイ
ルが、別々の制御位相に属し、通常の状態で両方とも動
作するようにしてあるこの設計により、高い冗長性が実
現されている。この“非常システム”は、通常の動作
中、常に動作しており、故障は、必ずしも補正が行われ
る前に、検出される必要はない。
計されている本発明に基づく回転駆動装置1の第2の実
施例を、部分断面斜視図で示したものである。テンプル
モータは、例を挙げれば、既に引用した国際出願特許公
開第98/11650号(その中の図8kおよび関連の
文節を参照)に開示されている。同実施例において、テ
ンプルモータの固定子2は、ヨーク20によって接続さ
れている複数の固定子、即ち8つの固定子21乃至28
を有している(図9において、6つの固定子歯21乃至
25、28のみ見分けることができる)。固定子歯21
乃至28を磁気的に互いに連結するヨーク20は、強磁
性体により構成されているが、鉄により構成することが
好ましい。各固定子歯21乃至28は、長いリムSLお
よび短いリムSKを用いて“L”形状に設計されてい
る。長いリムSLは、各々、軸方向に延在し、短いリム
SKは半径方向で内側に向かって、即ち回転子に向かう
方向に延在している。駆動コイル611、621および
制御コイル711、721、731、741は、固定子
歯21乃至28の長いリムSLに巻かれている。図2お
よび図7(“平面”図)に基づく固定子の実施例、並び
に、図8(テンプルモータ)は、全く同じ方法で制御可
能であり、特に電気的な動作方法は機能的に同じであ
り、また、特に永久磁気回転子3に対しても同じ影響を
及ぼす。“L”形状の固定子歯21乃至28は、図2お
よび図7に示す固定子歯と“真っ直ぐな”固定子歯21
乃至28に対する動作原理において同等である。
配列および接続は、図5に示すものと同じであり、既に
説明済みである。制御位相のループ71乃至74は、8
つの個別の制御コイル711、721、731、74
1、即ち、1つの固定子歯につき1つの制御コイル(図
4に示す通りに配列および接続)を用いて設計するか、
若しくは、16個の個別の制御コイル711、721、
731、741、即ち、1つの固定子歯につき2つの制
御コイル(図8に示す通りに配列および接続)を用いて
設計することができる。1つの固定子歯につき2つの制
御コイルを備える変形態様において、これらの2つの制
御コイルは、軸方向に対して隣り合わせに巻くことがで
き、若しくは、既に説明したように、好ましくは重ねて
巻くことができる。図9に示す4つの制御位相および2
つの駆動位相を備えるテンプルモータは、第1の実施例
或いはその変形態様と機能的にそれぞれ同じである。こ
れに関する説明は、図9に示すテンプルモータとして設
計されている実施例にも当てはまる。
異なる数の固定子歯および/または異なる設計の駆動巻
線および/または制御巻線を備えることも可能である。
位置センサおよび磁界センサは、図9に示されていな
い。本発明に基づく駆動回転装置が血液ポンプの一部分
となる場合、下記において更に議論するように、テンプ
ルモータとして設計することが好ましい。
たものであり、図2に対応する図である。同実施例は、
回転駆動装置1が、ちょうど3つの駆動位相およびちょ
うど3つの制御位相を有することを特徴とする。下記に
おいて、始めの2つの実施例との相違点のみに関し、さ
らに詳しく議論する。その他の点においては、上記の説
明が第3の実施例にも当てはまる。特に、機能的に同一
または同様な部分に関しては、同じ参照符号で表してあ
る。
個の固定子歯21乃至29、210、211、212を
有しており、この間で、回転子3を磁気的に軸支するこ
とができる。3つの駆動位相に対応して、駆動巻線は3
つのループを有しており、各ループは、2つの個別の駆
動コイル611、621、631を接続することによっ
て実現されている。従って、集中コイルとして各々設計
されている6つの駆動コイル611、621、631
は、すべての固定子歯に設けられている。各駆動コイル
611、621、631は、図2と関連して説明した実
施例と同様に、直ぐ隣に位置する2つの固定子歯にそれ
ぞれ巻かれている。直径方向に対向して位置する2つの
駆動コイル611、621および631は、それぞれ、
駆動巻線の1つのループを形成するように共に接続され
ている。換言するならば、参照符号611を付してある
2つの駆動コイルが、駆動巻線の第1のループを形成
し、参照符号612を付してある2つの駆動コイルは、
駆動巻線の第2のループを形成し、参照符号631を付
してある2つの駆動コイルは、駆動巻線の第3のループ
を形成している。
されている12個の個別の制御コイル711、721、
731を備えている。12個の制御コイル711、72
1、731の内、各々、4つの制御コイルが、制御巻線
の1つのループを形成している。即ち、4つの制御コイ
ルは、同じ制御位相に属している。各固定子歯21乃至
212には、1つの制御コイルが設けられている。参照
符号711で表してあり、第1の固定子歯21、第4の
固定子歯24、第7の固定子歯27および第10の固定
子歯210に巻かれている4つの制御コイルは、それぞ
れ、第1の制御位相のループを形成するように共に接続
されている。同様に、参照符号721で表してあり、第
2の固定子歯22、第5の固定子歯25、第8の固定子
歯28および第11の固定子歯211に巻かれている4
つの制御コイルは、それぞれ、第2の制御位相のループ
を形成している。参照符号731で表してあり、第3の
固定子歯23、第6の固定子歯26、第9の固定子歯2
9および第12の固定子歯212に巻かれている4つの
制御コイルは、それぞれ、第3の制御位相のループを形
成している。
り、第2の制御巻線における磁極対の数は、2、即ちp
+1である。位置センサ(図10に示されていない)
は、既に上記において説明した方法と同じように、2つ
の隣接する固定子歯の間にそれぞれ配置することが好ま
しい。磁界センサ(図10に示されていない)は、図2
および図3に示した実施例と同様に、X−Y平面に対し
て軸線方向に位置をずらし、回転子3の上または下に配
置することが好ましい。
から完全に切り離して制御および動作することができる
ように、駆動巻線および制御巻線の個々のループに供給
するための設定装置(図1)を、設計することは、第3
の実施例においても自明のことである。この実施例にお
いても、別々の二極電力増幅器41(図1、図6)を、
駆動巻線の3つのループ各々に、および制御巻線の3つ
のループ各々に対して設けることが好ましく、これによ
って、駆動巻線の各ループに対する相電流、並びに、制
御巻線の各ループに対する相電流(または相電圧)を、
他のループに対する相電流(または相電圧)から完全に
切り離して調整できる。3つの駆動位相および3つの制
御位相をそれぞれ備える耐故障性設計の詳細に関して
は、既に引用した2つの欧州特許出願第9981055
3.0号および第99810760.1号を参照された
い。
可能であることは自明である(図9参照)。また、本明
細書に説明する実施例から逸脱して、制御コイルおよび
/または駆動コイルを分散巻の形態で設計することも可
能である。
作できる制御装置であれば、制御装置5が完全に独立し
て制御できるように、また個々の駆動位相および個々の
制御位相を二極で動作できるように変形されていれば、
どのような制御装置でも、制御装置5(図1)としての
適合性を有している。
のための、もう1つ別の特に好適な実施例を説明する。
この実施例もまた、更に高い耐故障性を特徴とするもの
である。この参照する実施例においては、駆動装置6
が、厳密に2位相で、制御巻線7が、厳密に4位相にな
るように設計されている。しかしながら、この仮定は、
必ずしも必要な仮定ではない。この制御装置は、駆動位
相および/または制御位相の数が異なる場合にも、同様
に設計することができる。
する原理を示すブロック図であり、通信接続部、即ち、
信号およびデータ転送のための接続部、並びに、供給接
続部を、各々、矢印で示してある。制御装置は、2つの
ほとんど同一な制御システム5a、5bを備えており、
各制御システム5a、5bは、単独で、他の制御システ
ムから独立して、ベアリングレス・モータ1(同図で
は、血液ポンプ10として記号により表示してある)を
動作することができる。通常の故障の無い動作状態にお
いて、制御システム5a、5bは両方とも、動作してお
り、協働してベアリングレス・モータ1の動作を調整す
る。しかしながら、故障が発生した場合、2つの制御シ
ステムは、各々単独で、直ちにベアリングレス・モータ
の動作を制御および調整する。換言するならば、モータ
は、2つの制御システム5a、5bの内、1つの制御シ
ステムだけで、駆動および軸支のいずれに関しても、正
常に動作することができる。この高い冗長性は、動作の
信頼性が大幅に高まることを意味しており、これは、特
に血液ポンプにとって、大きな利点となる。
制御システム5a、5bの一部だけを停止することも可
能であり、この事に関しては後述する。制御システム5
a、5bが両方とも故障した場合でも、ベアリングレス
・モータは、短時間の動作において、即ち、少なくとも
3ミリ秒の間、重大な故障(例えば、回転子と固定子の
物理的な接触)が起きることなく、動作し続けることが
できる。このシステムには、制御システム5a、5bが
両方とも故障した場合、2つの制御システム5a、5b
の内、少なくとも1つの制御システムを、リセットによ
り再始動するための時間が十分残っているという利点が
ある。これは、この種のリセットには、通常、約1ミリ
秒の時間だけしか必要でないためである。リセットが少
なくとも1つの制御システムに対して正常に行われた場
合、正常に動作を続行することができる。
の制御システム(ここでは、制御システム5a)をマス
タとし、もう1つの制御システム(ここでは、5b)を
スレーブとして動作する。各制御システム5a、5b
は、それぞれ、回転子3の半径方向の位置を求めるため
の二軸測定系80a、80bを各々形成する少なくとも
2つの位置センサ81、82および83、84と、1つ
の制御システムにつき少なくとも1つの磁界センサ9
1、92を備える回転子角を求めるための手段と、駆動
巻線および制御巻線の個々のループに供給するための電
力構成要素4a、4b内に設けられた少なくとも3つの
個別の電力増幅器41と、センサ信号を処理し、回転子
の駆動および位置の調整を行い、電力増幅器41で、電
力構成要素4a、4bを制御する信号処理および調整装
置50a、50bと、の構成要素とを少なくとも備え
る。各制御システム5a、5bの電力増幅器41は、各
制御システムが単独で、ベアリングレス・モータを動作
できるように、少なくとも1つの駆動位相および少なく
とも2つの制御位相を制御している。電力構成要素4a
は、例えば、駆動巻線6のループ61(図5を参照)お
よび制御巻線7の2つのループ71、73(図4および
図8を参照)を供給するのに対して、電力構成要素4b
は、駆動巻線6のループ62および制御巻線7のループ
72、74に供給する。従って、各制御システムは、制
御巻線のループ71、72(図4および図8の上半分に
図示されている)の内、1つのループをそれぞれ制御す
ると共に、制御巻線のループ73、74(図4および図
8の下半分に図示されている)の内、1つのループをそ
れぞれ制御する。各制御システム5a、5bには、2つ
の電圧、即ち、この実施例においては、安定化した3V
の直流電圧(それぞれ3V_Aおよび3V_B)、並び
に、12Vの直流電圧(それぞれ12V_Aおよび12
V_B)が、供給される。
は、それぞれ、通常、チップまたは電子プリント基板に
実装されるため、以下、DSPボード(DSP:デジタ
ル信号プロセッサ)と略して表す。制御システムの残り
の構成要素5a、5bもまた、特に図11、15乃至1
8に例示するように、電子プリント基板またはチップの
形態で実装されることが好ましい。
個々の構成要素をオフに切り換えることができ、この制
御システムによって、動作可能な状態を維持しつつ、様
々な故障に対処することができ、このことは、それぞれ
の故障に対処する上で理想的である。制御装置5が、各
々、様々な故障の状態に理想的に対処することができる
ように、各制御システム5a、5bは、動作に必要な、
また利用可能なプロセスおよびシステムデータ(ソフト
ウェアなど)を有している。更に、2つの制御システム
5a、5bは、信号を授受することができ、また、パラ
レルまたはシリアルデータバスを介して、互いに監視お
よびチェックを行うことができる。
ステム5a、5bは、電力増幅器41(Hブリッジ)の
切替サイクルを同期するために互いに同期信号を授受す
ることができ、また、ここで障害が発生しないように、
位置センサの励起周波数を互いに授受することができ
る。故障が発生した場合、同期信号を授受する接続部を
直ちに開くことができる。
成要素を詳しく説明する。図12は、制御システム5a
(マスタ)の信号処理および調整装置50a(DSPボ
ード)を示すブロック回路図である。信号処理および調
整装置50aは、制御システム5b(スレーブ)の信号
処理および調整装置50bとほぼ同じである。従って、
同じ説明が制御システム5bにも当てはまる。参照符号
の末尾の文字“a”または“b”は、それぞれ、指定す
る要素が、マスタ5aまたは5bのいずれに属するかを
示している。
調整、駆動位相および制御位相に対する相電流の調整、
全ての情報の読取りおよび解釈、並びに、種々の構成要
素に対して制御信号を送信する役割を担っている。DS
Pボード50aは、“中枢部”として、処理装置部、即
ちデジタル信号プロセッサ(DSP)51aを有する。
更に、DSPボードには、以下の構成要素が設けられて
いる。すなわち、参照符号52aを付してありFPGA
(現場においてプログラム可能なゲートアレイ)として
表してあるロジックと、フラッシュメモリ53aと、2
つのアナログ・デジタル変換器54(ADC)と、クロ
ック発生器55aと、線形レギュレータ56aと、ウォ
ッチドッグ57aと、を設けてある。更に、2つのプロ
セッサ間接続部58、59を、通信手段として設けてあ
り、この2つのプロセッサ間接続部58、59は、各
々、ドライバすなわち送受信装置581、591aを備
えている。供給電圧は、3Vおよび1.8V/3Vの銘
をそれぞれ付して、小型の矢印によって記号表示されて
いる。
エネルギ伝送システム(TETS)を介してエネルギが
供給される。ダウンロードまたはプログラム変更などの
データもまた、TETSを介して、送信することができ
る。TETSは、通信インタフェースKSを介して、D
SPに接続されている。
0MHzまたは50MHzでクロック同期がとられたテ
キサス・インスツルメンツ社(Texas Instr
uments Corporation)の型式TMS
320VC5402のプロセッサを用いている。このD
SPには、2つの供給電圧、即ち3Vおよび1.8V
(供給方法に関してはまだ議論していない)が必要であ
る。3Vの電圧は、出力ピンに必要であり、一方、1.
8Vの電圧は、コアユニットへの供給のためのものであ
る。上述のDSP51a、51bは、二重アクセス能力
を有する16Kx16ビットのRAMメモリを有してお
り、これによって、外部のフラッシュメモリ53a、5
3bにアクセスすることなく、DSP51a、51b単
独で、ベアリングレス・モータのための調整プログラム
全体を実行できる。
ックが含まれており、パルス幅変調(PWM)を実現す
る機能があり、このパルス幅変調によって、電力増幅器
41が励起される。FPGA52a、52bには、例え
ば、非常に小型で必要な空間が狭くて済む)、その上、
殆どエネルギを消費しないアクテル社(ActelCo
mpany)の42MX系を用いている。FPGA52
a、52bは、一方では、DSP51a、51bがアド
レスを復号し監視するために必要とするグルーロジッ
ク、並びに、他方において、電力増幅器41のスイッチ
ングトランジスタT(図6を参照)をトリガするための
PWM信号を生成するPWM発生器521a(図13を
参照)を備えている。
図であり、マスタ5aのFPGA52aの個々のモジュ
ールを示す図である。モジュールadress_dec
odは、DSP51aのアドレス・バス(矢印“add
r_bus”)と通信し、DSP51aによって送信さ
れるアドレスを復号する。モジュールFPGA_tes
tは、カウンタであり、同じ制御システム5a(信号5
MHz_A)のクロック発生器55aによってクロック
同期がとられる。DSP51aは、このカウンタを読み
出すことができる。このカウンタの値が変わらなくなっ
た場合、DSP51aは、FPGA52aに故障がある
と判断し、対応する故障モード(後記を参照)に切り換
える。モジュールFPGA_watchdogは、FP
GA52aのための内蔵ウォッチドッグである。このモ
ジュールは、もう1つの制御システム5b(信号5MH
z_B)のクロック発生器55bによってクロック同期
がとられるリセット可能なカウンタであり、各ソフトウ
ェアサイクルの間、信号DSP_aliveによって、
リセットされる。信号DSP_aliveは、同じ制御
システム5aのDSP51aによって生成される。例え
ば、DSPが故障したり、ソフトウェアサイクルが正常
に進行しないために、この信号DSP_aliveがな
い場合、モジュールFPGA_watchdogは、信
号power_restを生成し、この信号power
_restは、一方では、モジュールpower_en
able(下記を参照)を介して、電力増幅器41の1
2Vの供給を一時的にオフに切り換え(Dis_12
V)、もう一方では、DSP51aに対してリセット信
号を送信する。リセットが完了した後に、12Vの供給
は、元のオンに切り換えられる。リセットが正常に行わ
れた場合、正常な軸支および駆動機能に影響が及ぼない
ように、全体のリセット工程は、1ミリ秒未満で実行す
ることができる。
DSP51aによってのみ変更可能な制御ワードであ
る。このワード特定のビットを変更することによって、
DSPは、制御システム5bの3Vの供給電圧をオフに
切り換えることができる(dis_B)。更に、モジュ
ールsyst_stat_inは、各々個別に、それ自
体の位相を停止(dis_Ch1、2、3)または始動
することができる。それ自体の位相とは、モジュールs
yst_stat_inに接続されているモジュールp
ower_enableを介して、制御システム5aに
よって制御されている駆動位相および制御位相の個々の
電力増幅器41を意味するものである。モジュールpo
wer_enableは、更に、制御システム5aによ
って制御されている電力増幅器41の12Vの供給電圧
を完全に停止(dis_12V)することができる。モ
ジュールsyst_stat_outには、様々な情報
が含まれており、例を挙げれば、‘電力増幅器(Hブリ
ッジ)に、過電流が流れているか否か、および、その結
果に対する処理方法(oc_ch1、2、3)’、‘例
えば、短絡の結果として、電力増幅器41の12Vの供
給電圧に過電流が流れているか否か(oc_ch12
V)’、‘制御システム5aのセンサの励起において、
機能故障があるか否か(sens_err_A)’、
‘もう1つの制御システム51bのDSP51が、正常
に動作していない、または動作しないことを示す故障
(wdog_B)が、制御システム5bのウォッチドッ
グ57bによって報告されているか否か’などの情報が
ある。モジュールFPGA_monoflopは、もう
1つの制御システム5b(5MHz_B)のクロック発
生器を監視する回路であり、このクロック発生器が動作
しているかどうかを表す信号(clkB_alive)
を生成する。モジュールsens_syncは、2つの
制御システム5a、5bの位置センサ用の励起周波数
(5MHz_A、5MHz_B)の同期をとり、同期が
とられた励起周波数(5mhz_sens)を出力信号
として有する。この励起周波数(5mhz_sens)
は、モジュールclk_div_2において、16分の
1に逓減され、位置センサに対する励起周波数(312
kHz)として供給される。通常の動作状態において、
マスタ5aは、両制御システム5a、5bの測定系(位
置センサおよび磁界センサ)用のクロック信号を供給す
る。故障(例えば、マスタ5aのこのクロック信号の欠
落)が発生した場合、スレーブ5bは、直ちに、スレー
ブ5b自体のクロック発生器に基づいて動作できなけれ
ばならない。この機能は、モジュールFPGA_mon
oflopの信号clkB_aliveによってトリガ
を受けるモジュールsens_syncによって引き継
がれる。モジュールclk_div_1は、その出力部
(50MHz_A)において、DSP51aに対するク
ロック信号(50MHzまたは100MHzクロック周
波数)と同じクロック信号を、10分の1、および、5
分の1に逓減し、その出力部において、5MHzと10
MHzのクロック信号を制御システム5aに対して供給
する。モジュールcs_generatorは、DSP
51aが各制御システムとバスを介して通信できるよう
に、各制御システムの回路を駆動するチップ選択発生器
である。
_gen)は、10MHzのクロック周波数(10MH
z_A)で同期がかけられており、駆動巻線または制御
巻線の対応するループに対してそれぞれ正常な相電圧
を、各々、印加するために、電力増幅器41のHブリッ
ジにおける個々のスイッチングトランジスタT(図6を
参照)を励起する。各単独の電力増幅器41に関して
は、2つの出力、即ち、説明図(図6)中の上側のスイ
ッチングトランジスタTにトリガをかける正の出力、お
よび下側のスイッチングトランジスタTをトリガする負
の出力が、PWM発生器521a(PWM_chx+お
よびPWM_chx−、ここでx=1、2または3)に
おいて、備えられる。更に、PWM発生器521aに
は、同期信号(PWM_sync)が含まれており、こ
れによって、マスタ5aおよびスレーブ5bの2つのP
WM発生器521a、521bが、同期して動作し、互
いに相反せずに動作することが保証されている。DSP
51aは、2つの制御位相および駆動位相の相電圧に対
する所望の調整値を算出し、これらのデータを、データ
バス(data_bus)を介してPWM発生器521
aに送信する。FPGA52aもまた、更に、FPGA
52aが要求するデータを、このデータバスを介して受
信する。
の供給電圧で動作するCMOS非揮発性メモリである。
ベアリングレス・モータを動作するための全てのプログ
ラムが、その中に記憶されている。このフラッシュメモ
リ53a、53bの記憶容量は、例えば、合計256K
×16ビットである。フラッシュメモリ53a、53b
は、システム全体(制御装置5を含む回転駆動装置1)
が再始動される時、DSP51a、51bが完全にリセ
ットされた時、或いは、動作中にプログラムの更新が記
憶されなければならない時にのみ、必要である。DSP
51a、51bが新規に始動する場合、或いは、リセッ
トされる場合、ベアリングレス・モータの動作用の全プ
ログラムは、バスを介して、フラッシュメモリ53aか
らDSP51a、51bの内蔵RAMメモリへとロード
される。プログラムの更新が動作中に行われる場合、こ
のプログラムの更新は、DSP51a、51bが、その
内蔵RAMに記憶されている古いバージョンのプログラ
ムを用いて回転駆動装置1を動作している間に、フラッ
シュメモリ53a、54bに書き込みが行われる。更新
されたプログラムが完全にフラッシュメモリ53a、5
3bにロードされ、テストおよび確認を行った後、DS
P51a、51bは、リセット・コマンドを受信し、次
に新しいプログラムを、フラッシュメモリ53a、53
bからDSP51a、51bの内蔵RAMメモリへと引
き継ぎ、そのプログラムを用い更に動作を続ける。通常
の動作中は、フラッシュメモリは、殆どエネルギを消費
しない待機モードとなっている。
れている2つのADC54a、54bは、例えば、各
々、4チャンネル・アナログ・デジタル変換器である。
従って、各制御システム5a、5bは、各々、同時に2
つのアナログ信号を読み取ることが可能であるため、合
計8つのアナログ信号を読み取ることができる。
ナログ入力は、3つの電力増幅器41(図6を参照)の
Hブリッジにおいて3つの電流測定装置411の、3つ
の相電流に使用され、2つのアナログ入力は、2つの位
置センサ81、82および83、84の2つの位置信号
にそれぞれ使用され、2つのアナログ信号は、磁界セン
サ91および92の2つの信号(正弦および余弦)にそ
れぞれ使用される。残りの入力は、他の目的のために使
用される。ADC54a、54bは、2つのシリアル接
続部を介して、DSP51a、51bと通信を行う。こ
のシリアル接続部は、パラレルデータバスから独立して
おり、また、このパラレルデータバスを介して、2つの
DSP51a、51bは、相互に通信を行うと共に、フ
ラッシュメモリ53a、53bとの通信を行い、また、
2つのDSP51a、51bも、FPGA52a、52
bから独立している。
動子によって、制御システム5a、5bのためのクロッ
ク周波数を生成する。クロック発生器55a、55bに
は、例えば、並列共振水晶を用いている。
圧から、DSP51a、51bのために1.8Vの直流
電圧を生成する。実際には、DC−DCコンバータもま
た、この用途に適している。実際のところ、DC−DC
コンバータの方が、エネルギ消費量は若干少ないが、線
形レギュレータ56aより電子プリント基板上にさらに
広いスペースが必要である。従って、線形レギュレータ
の方が好ましい。
の3Vと8Vの電圧の有無は、ウォッチドッグ57a、
57b(例えば、テキサス・インスツルメンツ社の型式
TPS3305−18)。このウォッチドッグの例とし
ては、ウォッチドッグ57a、57bは、DSP51
a、51bによって規則的にトリガをかけなければなら
ない。この信号が、到着しなかった場合、所定の時間
(例えば、1.6秒)後に、リセットパルスが生成され
る。通常の動作状態において、2つのDSP51a、5
1bは、ウォッチドッグ57a、57bによって、互い
に監視することができる。1つのDPS、例えば、DS
P51aが、予め設定可能な時間の間にウォッチドッグ
にアクセスせず、リセットにトリガをかけた場合、もう
1つのDSP51bは、この状態を判断し、それに対し
て対応することができる。故障が、リセット後に無くな
らず、再び、リセットに至る場合、DSP51aの供給
電圧は、DSP51bによって、オフに切り換えられ、
これによって、DSP51aは、停止する。
9、並びに、ドライバまたは送受信装置581、591
a、591bを示す概略ブロック図である。同図に用い
た信号の記号は、既に説明した意味を持っており、信号
の名前の末尾にそれぞれ付した文字AまたはBは、それ
ぞれの信号が対応する制御システム5aまたは5bをそ
れぞれ表している。従って、例えば、wdog_Aは、
マスタ5aのDSP51aを監視するウォッチドッグ5
7aの信号を表しており、一方、wdog_Bは、スレ
ーブ5bのDSP51bを監視するウォッチドッグ57
bの信号を表している。
2つの制御システム5a、5bは、互いに通信を行い、
相互に監視し、互いに制御を行うが、このプロセッサ間
接続部58、59は、データ接続部58(inter_
data)および制御接続部59(inter_con
trol)を備えている。2つの制御システムが、故障
の無い通常の動作中に、理想的に協働できるためには、
また、故障に対して、適切な方法により対応できるため
には、各DSP51aまたは51bには、もう1つのD
SP51bまたは51aから、幾つかの情報項目が必要
である。例としては、回転子の位置に対する値、回転子
角の値、それぞれ他方の制御システムの状態に関する情
報、クロックおよび同期信号、ウォッチドッグ57aお
よび57bのそれぞれの信号、並びに、それぞれ他方の
制御システムを停止する可能性、が挙げられる。この場
合、データ(回転子の位置の値や回転子角の値等)は、
プロセッサ間接続部58(inter_data)を介
して授受され、一方、通信のための制御信号は、プロセ
ッサ間接続部59(inter_control)を介
して授受される。これらのプロセッサ間接続部58、5
9は、主に、マスタ5aのDSP51aのデータ/アド
レスバスとスレーブ5bのDSP51bのHPI(ホス
ト・ポート・インタフェース)512bの間の接続部
(inter_control、inter_dat
a)を介して、実現される。マスタ5aは、全ての必要
な情報を、これらの接続部58および59を介して、ス
レーブ5bのDSP51bのプログラムおよびデータR
AMから読み取ることができる。更に、2つの制御シス
テムのFPGA52a、52bの間に、接続部59’を
設けてあり、この接続部59’を介して、2つのFPG
A52a、52bは、制御信号(dis_A,B;PW
M_sync;5MHz_A,B;wdog_A,B)
を授受する。制御システム5aまたは5bが完全に故障
した場合でさえ、信頼性の高い動作が保証されるよう
に、ドライバまたは送受信装置581、591a、59
1bの内の1つを、各物理的なプロセッサ間接続部5
8、59、59’に設けてあり、これによって、制御シ
ステム5aまたは5bが完全に故障した場合でも、デー
タ/アドレスバス511aまたはHPI512bが遮断
されることを防止する。そうでない場合、例えば、2つ
のDSPの内、1つのDSPのデータバス・ピンまたは
アドレスバス・ピンに欠陥があると、このバスの回線
は、ある状態(ハイまたはロー)になることがある。更
に、直列に接続された抵抗(図示せず)を、各物理的な
プロセッサ間接続部58、59、59’に設けてあり、
これによって、個々の制御システム5a、5bの入力お
よび出力は、短絡電流から保護される。
を概略的に示す図である。電力構成要素は、図15に示
すように、3つのサブシステム、即ち、各電力増幅器4
1ごとに1つのサブシステムを備えている。図15に
は、これらのサブシステムの1つだけが詳しく示されて
いる。電力構成要素4aのサブシステムは、Hブリッジ
・スイッチング増幅器(図6も参照のこと)として設計
された電力増幅器41を備え、例えば、ここでは、駆動
巻線のループ61(記号により表示)を制御する。スイ
ッチングトランジスタTには、例えば、低いドレイン・
ソース間抵抗RDS onを有するN−チャンネル電界効果ト
ランジスタ(FET)を用いてある。各々の場合におい
て、2つのFETは、共通の非常に小さい筐体に配置さ
れる。また、RDSonノ値が低いため、冷却装置を別途設
ける必要はない。
トランジスタを制御するためのドライバ42aを備えて
いる。ドライバ42aは、PWM信号FPGA_PWM
によって、制御されており、PWM信号FPGA_PW
Mは、対応するFPGA52aによって生成され、ま
た、電圧レベルは3Vである。ドライバ42aは、これ
らの信号を12Vの信号に変換し、これによって、(図
に従って)上側と下側のスイッチングトランジスタTに
トリガをかける。更に、ドライバ42aは、保護回路を
備えており、これによって、下側と上側のFETが、同
時に閉じることを防止する。ドライバ42aは、回路4
17を介して、FPGA52aから送られる信号FPG
A_DISによって、停止することができる。故障が発
生した場合、FETは、約100ナノ秒内で、開の状態
にすることが可能である。
は、例えば、10乃至50ミリオームの分流抵抗器41
2と、演算増幅器413を備えており、演算増幅器41
3は、分流抵抗器412の出力信号を増幅し、その出力
信号をCurrent_Meas信号としてDSPボー
ド51aに送信する。分流抵抗器412は、FETのソ
ースおよび負の動作電位(この実施例においては、12
Vの直流電圧の接地電位)の間のHブリッジに配置さ
れ、その大きさが相電流に線形的に依存する信号を出力
する。
に、別の分流抵抗器415および別の演算増幅器416
で構成される過電流安全装置を備える。この演算増幅器
416の出力部は、回路417に接続されており、回路
417は、ドライバ42aをオフに切り換えることがで
きる。過電流安全装置414の分流抵抗器415は、電
力増幅器41のHブリッジおよび負の動作電位(ここで
は12V直流電圧の接地電位)の間に配置されている。
分流抵抗器415の両端の電圧降下は、演算増幅器にお
いて増幅され、予め設定可能なしきい値と比較され、こ
のしきい値から、デジタル出力信号‘Overcurr
ent’(過電流)が生成される。許容できない大きな
相電流(過電流)が発生した場合、対応するFPGA5
2aに信号FPGA_OCが送られ、FPGA52aに
よって、ドライバ42aは、オフに切り換わる。過電流
安全装置414は、12Vの直流電圧である2つの動作
電位間において、Hブリッジを介した完全な直流短絡を
防止するために十分な速度を有するように設計されてい
る。
の、また単独に、完全な二軸測定系80a、80bを有
しており、二軸測定系80a、80bは、それぞれ、回
転子3の半径方向の位置を求めるための位置センサ8
1、82および83、84を有している。図16は、2
つの位置センサ81および82を有するこの種の二軸測
定系80aを示すブロック回路図であり、位置センサ8
1および82は、各々、角度を180度ずらして配置さ
れている2つのセンサ要素811、812および82
1、822をそれぞれ備えることが好ましい(上記を参
照、特に図2および図7)。回転子系のX−Y平面に対
する回転子の2つの現位置座標は、以下、単にx成分お
よびy成分として表す。この回転子の2つの現位置座標
は、各二軸測定系80a、80bによって、それぞれ求
めることができる。各軸をx軸およびy軸として表して
ある二軸測定系80a、80bは、センサ要素の他に、
励起回路85a、85b、モノフロップ86a、87
b、2つのミキサ87a、87b、即ち各軸ごとに1つ
のミキサ、並びに、2つの増幅器88a、88bを備え
る。
13を参照)によって生成される312kHzの周波数
が供給される。この信号は、励起回路85aにおいて増
幅され、個々のセンサ要素811、812、821、8
22に供給される。ここでは、センサ要素811、81
2、821、822は、渦電流センサとして設計されて
いる。励起回路85aの出力信号は、モノフロップ86
aによって監視されており、このモノフロップ86a
は、励起周波数が無くなるとすぐに、エラー信号sen
s_errを生成し、そのエラー信号sens_err
をFPGA52aに送信する。評価を行うために、x軸
用のセンサ要素811、812の出力信号は、第1のミ
キサ87aに供給され、y軸用の2つのセンサ要素82
1、822の出力信号は、第2のミキサ87aに供給さ
れる。ミキサ87a(例えば、シーメンス社「Siem
ens Company」の型式PMB2331)は、
交流信号であるセンサ要素の出力信号を、回転子3の現
半径方向位置に応じて、直流信号に変換する。これらの
直流信号は、ミキサ87aの後段に各々接続されている
増幅器88aにおいて増幅され、ADC54a(図1
2)に送信される。センサ要素の励起信号と出力信号の
間の位相シフトを補正するために、任意に、オールパス
フィルタ89aを、位置センサ81の出力部と、対応す
るミキサ87aの出力部の間、並びに、位置センサ82
の出力部と、対応するミキサ87aの入力部の間に、そ
れぞれ挿入することができる。
すブロック回路図であり、この磁界センサ91または9
2で、回転子角が、求められる。各磁界センサ91、9
2は、2つの磁気抵抗ブリッジ93a(例えば、型式I
MO LK15)を備えており、この磁気抵抗ブリッジ
93aは、位相が90度ずれている2つの信号、例え
ば、正弦信号および余弦信号を生成し、また、磁界の角
度および大きさに依存する。それぞれの93aの出力信
号を増幅し、その出力信号をADC54a(図13を参
照)に送信する演算増幅器94aは、各ブリッジ93a
の後段に接続される。
る供給回路500を示すブロック回路図である。ここで
説明する実施例において、制御装置5には、2つの異な
る直流電圧、即ち3Vおよび12Vの電圧を必要であ
り、この12Vの電圧は、電力増幅器41用の正の動作
電位となる。3V供給と12V供給用の負の動作電位
は、両方とも、接地電位GNDである。供給回路500
には、3Vおよび12Vの入力線が接続されており、各
入力線は、2つの制御システムに5a、5bにそれぞれ
供給するために分岐している。2つの制御システム5
a、5b各々において、この制御システムの12Vの供
給である12V_Aまたは12V_Bは、それぞれ、ス
イッチングトランジスタ501a、501b(例えば、
ヴィシェイ社「Vishay Company」の型式
Si6954)によって、オンまたはオフに切り換える
ことができる。スイッチングトランジスタ501a、5
01bは、各々、ドライバ502a、502bによっ
て、トリガがかけられたり、あるいは切換えが行われ
る。ドライバ502a、502bが、それぞれ信号di
s_12V_Aまたはdis_12V_Bを受信すると
直ぐに、ドライバ502a、502bは、それぞれスイ
ッチングトランジスタ510aおよび501bを介し
て、対応する制御システム5aおよび5bの12Vの供
給をそれぞれ遮断する。
び3V_Bにおいては、さらに別のドライバ504a、
504bを、それぞれ設けてあり、ドライバ504a、
504bは、信号dis_Aまたはdis_Bがそれぞ
れ存在する場合、制御システム5aまたは5bの3V供
給をオフに切り換える。それぞれの3V供給をオフに切
り換えるための信号dis_Aまたはdis_Bは、そ
れぞれ他の制御システムのFPGA52a、52b(図
13)からのみ受信することができる。換言すれば、制
御システム5aのFPGA52aだけが、制御システム
5bの3V供給を遮断すること、即ち、信号dis_B
を生成することができる。また、制御システム5bのF
PGA52bだけが、制御システム5aの3V供給を遮
断すること、即ち信号dis_Bを生成することができ
る。
各々、プルアップ抵抗器503a、503bを介して、
同じ制御システムの3V供給部に接続される。これによ
って、この制御システムのための3V供給が、オフに切
り替わった場合、この制御システム用の12V供給も、
自動的に追従して、同じようにオフに切替わることが保
証されている。しかしながら、一方、12V供給は、3
V供給とは無関係に、オフに切り換わることができる。
換言すると、12V供給が、2つの制御システム5a、
5bの内、1つの制御システムにおいて、停止している
間、この制御システムの3V供給は、維持される。
更に、対応するFPGA52a、52bを介して、過電
流安全装置414(図15を参照)に接続されている。
図19は、ソフトウェアの理論的構造のサイクル、即
ち、制御装置5がそれに従って動作するプログラムのフ
ローチャートである。制御システム5a、5bのソフト
ウェアの理論的体系は共に同じであり、2つの制御シス
テム5a、5bは、並行動作を行う。図19における両
方向の矢印は、2つの制御システム5aおよび5b間に
おけるデータの授受を示すものである。ステップ201
(開始)において、2つの制御システム5a、5b用の
サイクルは、PWM発生器521a、521b(図1
3)によって生成される割込み信号によって初期化され
る。開始時間は、電力増幅器41の切換えが起こらない
間隔に存在する。ステップ202(位置および磁界の測
定)において、回転子の位置の値と回転子角の値が、位
置センサおよび磁界センサによって測定される。また、
サイクルの開始直後は、FETによって妨害が発生しな
いため、これらの測定値においてはノイズも非常に低
い。ステップ203(エラー処理ルーチン)は、バック
グランドで動作するタスクであり、バックグランドにお
いて、各制御システム5a、5bは、例えば、もう一方
の制御システムが所定の時間間隔内に応答するかどうか
をテストして、それぞれ他の制御システムをチェック或
いは監視する。所定の時間間隔内に応答しない場合、お
よびもう一方の制御システムがリセットによって回復で
きない場合は、もう一方の制御システムを、完全にオフ
に切り替える(図20、21、22およびこの点に関す
る説明も参照のこと)。ステップ204において(位置
および磁界の検証)、各制御システム5a、5bが、も
う一方の制御システムとは独立に測定した回転子の位置
および/または回転子角の値は、2つの制御システム5
a、5b間で授受される。マスタ5aは、スレーブ5b
の値をチェックし、ずれが発生している可能性がある場
合、これらの値の内、どれが正しい値であるかについ
て、エラールーチンの助けを借りて判断する。適宜、故
障補正値が求められる。正常値および故障補正値が、求
められた後、故障補正値は、両方の制御システムによっ
て引き継がれ、これによって、両方の制御システムは、
回転子の位置および回転子角に対する同一の値を用いて
動作する。ステップ205(力、トルクの計算)におい
て、各制御システム5a、5bは、回転子の位置および
速度の調整ルーチンを実行し、また、回転子3を固定子
2の中心に維持し、回転子3の回転を所望の回転速度に
維持するために必要な調節力とトルクを求める。このよ
うにして求められた力およびトルクから、個々の駆動位
相および制御位相に対応する相電流が、決定される。ス
テップ206(電流制御装置)において、電力増幅器
は、既に測定された相電流が、それぞれの駆動位相また
は制御位相のループ内に供給するように、励起される。
いて、2つの制御システム5a、5bは、並行して動作
する(高い冗長性)。各制御システム5a、5bは、各
々、その位置および磁界の測定を行い、必要とされる力
および必要とされるトルクを算出し、それぞれの値に応
じて、それぞれの相電流を制御位相および駆動位相に供
給する。上述のように、制御システム5a、5bは、互
いに制御システム5a、5bを同調するために、制御シ
ステム5a、5bによって求められた各回転子の位置お
よび回転子角の値を授受する。これによって、2つの制
御システム5a、5bが、互いに相反して動作しないこ
とが保証される。
の内、1つの制御システムに故障が発生した場合、異な
る故障モードが提供され、この故障モードにおいて、正
常な磁気軸支または回転子の正常な駆動が危険にさらさ
れることなく、ベアリングレス・モータ1は、動作する
ことができる。以下、制御システム5aを例にとって、
幾つかの故障モードに関して説明する。制御システム5
bにおいて、同じ故障が発生する場合に対して、各々対
応する故障モードを設けることは自明のことである。故
障モードの名称における文字Aは、制御システム5aに
付いて述べているということを表している。
80aに故障があると、故障モード1(A)が立ち上が
る。次に、この測定系は、完全にオフに切り替わり、制
御システム5bによって測定された位置の値だけが、両
方の制御システム5a、5bに用いられる。
0aのx軸またはy軸に故障がある場合、故障モード1
(Ax)および1(Ay)が立ち上がる。その結果、x
軸またはy軸の内、1つの軸のみがオフに切り替わり、
正常な状態にある軸によって測定された位置の値は、回
転子の位置を求めるために引き続き使用される。
障が発生した状態で動作している場合、故障モード2
(A)が立ち上がり、磁界センサ91は、オフに切り替
わる。このモードでは、回転子角の測定は、制御システ
ム5bの磁界センサ92によってのみ行われる。
の12V供給が、完全にオフに切り替わっていることを
意味するものである。このモードでは、制御システム5
aの3つの電力増幅器は全て停止しており、ベアリング
レス・モータ1は、制御システム5bによって制御され
ている駆動位相および制御位相によってのみ動作する。
DSP51a、位置センサ81、82および制御システ
ム5aの磁界センサ91は、この故障モード3(A)に
おいても動作する。
器41、若しくは2つの電力増幅器41において故障が
発生した場合、または、制御システム5aによって制御
される1つの駆動位相と制御位相若しくは2つの駆動位
相と制御位相において、故障が発生した場合、それぞれ
の故障のある電気的位相のみ、オフに切り替わる。この
種類の故障は、例えば、駆動コイルまたは制御コイルい
ずれか1つの断線または短絡である可能性がある。これ
らが発生した場合,6つの故障モード3(A1)、3
(A2)、3(A3)、3(A1、2)、3(A1、
3)、3(A1,3)が設けられている。括弧内の数字
は、それぞれの故障モードにおいて、どの位相が、オフ
に切り替わっているかを表す。この実施例において、数
字1は、駆動位相を表し、数字2および3は、制御位相
を表す。従って、例えば、故障モード3(A1、3)
は、駆動位相(1)、および2つの制御位相の内、1つ
の制御位相(3)がオフに切り替わり、他の制御位相
(2)が動作中であることを意味するものである。
テム5a全体がオフに切り替わる。ベアリングレス・モ
ータ1は、制御システム5bおよびこの制御システム5
bによって制御される3つの位相によって動作する。
サイクル(図19を参照)のステップ203において実
行されるルーチンと同じように、故障検出ルーチンの可
能性のある流れを示すフローチャート全体の図である。
しかしながら、個々のチェックの順序は、単に例証とし
て理解されたい。再び、制御システム5aを参照する。
制御システム5b用のルーチンは、同様な外観を有す
る。
し、ステップ101において、プロセッサ間接続部5
8、59が、チェックされる。制御システム5bが応答
しない場合、ステップ102において、制御システム5
bのウォッチドッグ57bが、サンプリングされる。ウ
ォッチドッグ57bがゼロの場合、ステップ103にお
いて、制御システム5bの3V供給は、オフに切り替わ
り、ステップ103’において、故障モード4(B)が
選択される。ウォッチドッグ57bが、ゼロでない場
合、即ち、プロセッサ間接続部が正常である場合、ステ
ップ104からステップ106において、過電流がチェ
ックされる。過電流が、3V供給に流れた場合(ステッ
プ104;過電流3Vか)、ステップ104’におい
て、3V供給が、オフに切り替わり、ステップ104”
において、故障モード4(A)が選択される。過電流
が、12V供給に流れた場合(ステップ105;oc1
2Vか)、ステップ105’において、3つの電力増幅
器41全てが、オフに切り換わり、ステップ105”に
おいて、故障モード3(A)が選択される。過電流(o
c)が、3つの位相ch_x,ch_y,ch_d(ス
テップ106)の内、1つの位相に流れた場合、ステッ
プ106’において、対応する電力増幅器41(Hブリ
ッジ)がオフに切り替わり、ステップ106”におい
て、関連する故障モードが選択される。ステップ107
において、個々の相電流の確からしさ(ch_d、ch
_xおよびch_yのチェック電流)がチェックされ
る。3つの位相の内、1つの位相において、このチェッ
クの論理が、否となった場合、ステップ106’(上記
を参照)からルーチンが継続する。ステップ108(図
21)において、二軸測定系80a、80bからの故障
信号sen_errの有無がチェックされる。故障信号
sen_errが存在する場合、故障モードは、ステッ
プ108’において、故障モード1(A)に変更され
る。故障信号sen_errが存在しない場合、ステッ
プ109において、位置センサの値が、所定の範囲を超
えていないかどうかチェックされる(pos_sen_
check;範囲を越えたか)。位置センサの値が所定
の範囲を超えている場合、ステップ109’において、
故障モード1(Ax)または1(Ay)に変更される。
ステップ110において、磁界センサ91がチェックさ
れる(field_sens_check)。二乗平均
平方根(RMS)値が、所定の範囲外の値である場合
(ステップ110’、field_RMS範囲外か)、
あるいは、ゼロである場合(ステップ110’’、fi
eld_RMS=0か)、故障モード2(A)が、ステ
ップ110’’’において選択される。ステップ11
0’’’’において、磁界センサの信号の成分が、両方
ともチェックされ、その平均がゼロ以外であるか否か
が、チェックされる(磁界xy平均がゼロではない
か)。その値がゼロ以外である場合、ステップ111に
おいて、磁界センサ91の較正(オンライン軸合わせ)
が行われる。ステップ112において、FPGA52a
がチェックされる(FPGA_test)。このプロセ
ス中に故障が検出された場合、故障モードは、ステップ
112’において、故障モード3(A)に変更される。
ステップ113(図22)において、フラッシュメモリ
53aがチェックされる(flash_test)。フ
ラッシュメモリが応答しない場合、または、フラッシュ
メモリを回復することができない場合、ステップ114
において、制御システム5aは再始動不能であるが、通
常の動作状態は、維持することができると登録される。
ステップ115において、ADC54aがチェックされ
る(ADC_test)。このチェックにおいて、故障
が検出された場合、ステップ116において、2つのA
DC54aの内、どちらのADCに故障があるかチェッ
クされ、それに応じて、故障モードは、ステップ11
6’または116’’において、故障モード3(A1、
2)または3(A1、3)に変更される。最後に、ステ
ップ117において、ソフトウェアがチェックされる
(ソフトウェアデッドロック)。個々のソフトウェアモ
ジュールの処理時間が(例えば、ソフトウェアのハング
アップによって)本来の時間より長くかかる場合、ウォ
ッチドッグは、駆動されずに、これによりリセットされ
る。もう1つの制御システム5bは、リセットを監視
し、故障が繰り返し発生した後、制御システム5aをオ
フに切り換える。このチェックにおいて、故障が発生し
た場合、ステップ118において、制御システム5aの
全ての電力増幅器(Hブリッジ)が、オフに切り換えら
れ、ステップ118’において、故障モードが、故障モ
ード4(A)に切り替えられ、もう1つの制御システム
5bが、制御システム5aを全て停止させる。全てのチ
ェックの結果が、肯定、即ち故障が無い場合、通常の動
作状態が、続行される(ステップ119)。
異なる種類の故障に対して、理想的に適応した方法によ
り、極めて柔軟に対応することが可能である。以下、異
なる故障が、どのように検出され、また、どのように除
去されるかに関して、包括的な一覧表および表形式で表
す。これに関して、再度制御システム5aのみを参照す
るが、当然の事ながら、この説明は、もう1つの制御シ
ステム5bにも同様に当てはまる。表の一番目の列に
は、各々、見出し番号を付してあり、二番目の列には、
故障を示してあり、三番目の列には、故障がどのよう
に、または、どの要素で検出可能であるか、を示してあ
る。四番目の列には、故障に対する対処方法、および、
然るべき場合、どの故障モードが使用されるか、を示し
てある。故障モードは、表中、FMと略記する。プロセ
ッサ間接続部は、IPVと略記してある。
値または最小値を取ることを意味する。“DSPにおけ
るセンサチェック”は、例えば、位置センサの値が所定
の範囲内にあるか否かをチェックするステップ109
(図20、21、22)において、実行されるチェック
を含んでいる。しかしながら、センサチェックは、ま
た、他の手段も含むことができる。即ち、制御システム
5aの2つの位置センサ81、82は、各々、位置を1
80度ずらして配置されている2つのセンサ要素81
1、812および821、822をそれぞれ備えている
ため(上述)、その差異を用いて、システマティックな
故障(オフセット、温度の影響、劣化の影響)を検出お
よび補正(較正)することができる。また、個々の位置
センサまたはセンサ要素の信号を、互換性があるかどう
か、それぞれチェックすることも可能である。例として
は、各一対の信号から、三番目の信号を算出し、対応す
る測定される信号と比較(3つの信号の内、2つの信号
のチェック)する方法が挙げられる。この方法によっ
て、故障のあるセンサ要素を割り出すことができる。更
に、2つの制御システム5aおよび5bによって独立に
測定された位置の値を互いに比較することによって、故
障の検出を行うことが可能である。X−Y平面におい
て、回転子3の2つの座標に対する独立な合計4つの位
置座標値を、2つの制御システム5a、5bから得てい
るため、この過剰算出系の方程式(4つの方程式、2つ
の未知数)に基づき、位置の値の1つが誤りであるか否
かを判別することができる。誤りがある場合、どの値が
誤っているかを判別することが可能である。また、同様
に、2つの独立した磁界センサの値にも当てはまる。こ
れらもまた、4つの方程式と2つの未知数を有する方程
式の系を形成する。
転駆動装置を備える血液ポンプが提案され、特に、この
血液ポンプは、体内への埋め込みに適している。図23
は、本発明に基づく血液ポンプの好適な実施例を極めて
概略的な断面図において示しており、ポンプの全体は、
参照符号10で表してあり、遠心ポンプとして設計され
ている。
備える回転駆動装置は、各々、8つの“L”形状の固定
子歯を有するテンプルモータ(図9を参照)として設計
されることが好ましく、その内の2つ、即ち21および
25で表してある固定子歯だけが、図23において見る
ことができる。固定子歯21、25は、互いに環状の鉄
ヨーク20を介して、磁気的に結合されている。駆動巻
線および制御巻線の個別の駆動コイル611、621お
よび個別の制御コイル711、721、731、741
は、上述したように、固定子歯21、25の長いリムに
それぞれ配置されている。この実施例では、図2に示す
ように、4つの集中駆動コイル611、621を設けて
あり、これらは、互いに接続され、図5に示すように駆
動巻線の2つのループ61、62を形成している。図2
3に基づく実施例において、図2に示す実施例と同じよ
うに、8つの集中制御コイル711、712、731、
741、即ち各固定子歯に1つずつの集中制御コイルを
設けるか、若しくは、図7に示す実施例と同じように、
16個の集中制御コイル711、712、713、71
4、即ち各固定子歯に2つの集中制御コイルを設けてあ
る。16個の集中制御コイルを設ける場合、同じ固定子
歯に設けられた2つの制御コイルは、既に説明したよう
に、各々、重ねて巻かれることが好ましい。8つの制御
コイルまたは16個の制御コイルは、それぞれ、図4ま
たは図8に示す実施例と同じように接続され、それぞ
れ,制御巻線の4つのループ71乃至74を形成するこ
とが好ましい。従って、この実施例における血液ポンプ
10の回転駆動装置は、2つの駆動位相および4つの制
御位相を有する。
備える永久磁気により励磁される回転子3は、更に、ケ
ース33(好ましくはプラスチック製)および血液を給
送するための複数の羽根34を有する。換言すると、回
転駆動装置の回転子3は、ポンプの回転子としても機能
する。このように、いわゆる一体型回転子が形成されて
いる。回転子3は、動作中、磁気によって固定子2中に
おいて軸支され、回転軸Aの回りを回転するように、固
定子2によって駆動される。
12を有するポンプハウジング11の中に配置されてい
る。血液は、図中、参照符号無しで矢印によって示す
が、動作中、血液は吸入口12を通って軸方向へ流出
し、回転子3の方向に向かう。そこで、血液は、羽根3
4によって半径方向に向きを変えられ、排出路13に給
送され、図23には図示されていない排出口に排出され
る。矢印で示すように、血液の一部は、回転子3を通っ
て全て軸方向に流入し、これによって、図中の回転子3
の下方で流体力学的な軸支体が生じ、磁気軸支が実現さ
れる。
つの個別の制御システム5a、5bを備える制御装置5
によって、調整および制御されることが好ましい。可能
な限り小型化するための設計に関しては、制御システム
5a、5bは、各々、複数の電子プリント基板またはチ
ップの形態で実現されており、少なくともその一部分
は、回転駆動装置の内側に配置されている。図23で示
すように、電力増幅器41を備える電力構成要素4a、
4bを有するこれらの電子プリント基板は、図中、固定
子歯21、25によって囲まれ、固定子の下方にある空
間の回転駆動装置の内側に配置されることが好ましい。
利用可能な空間を理想的に活用でき、且つ、非常に小型
の構造であるという利点に加えて、この方法には、個々
の電力増幅器41を、各々直接接続可能、即ちケーブル
を用いずに、関連する駆動コイルおよび制御コイルに、
それぞれ接続可能である利点がある。この方法によっ
て、回転駆動装置からその外側へ配線されるべきケーブ
ルまたはケーブル線の数を、それぞれ、最小限に抑えて
いる。このことは、動作の安定性が大幅に高まることを
意味している。なぜならば、経験的に、ドロップアウト
の割合を悪化させる最大の要因はケーブル接続であるた
めである。ここで、ケーブルの接続数を減らすことによ
り、更に、全てのケーブルを冗長にして、耐故障性を更
に高める設計にすることも可能である。
0bは、固定子2の下方に直接配置することが好まし
い。更に有利な方法は、位置センサ81、82および8
3、84各々に、評価モジュール8を設けることであ
り、この評価モジュールは、それぞれ、環状の電子プリ
ント基板として設計され、電子プリント基板に設けられ
た構成要素(特に、位置センサ)が、固定子21、25
の間の自由空間に配置されるように、固定子21、21
の短いリム上に配置されている。図23に示すように、
評価モジュール8は、固定子歯21、25の短いリム
と、ポンプハウジング11の間に配置される。評価モジ
ュール8は、例えば、図16に示すように、それぞれ構
成または装着され、二軸測定系80a、80bの両方を
備えることが好ましい。
板を互いにフレックスプリントを介して、接続すること
である。堅固な、即ち、かなり硬質な電子プリント基
板、およびフレキシブル接続プリント基板を用いて、い
わゆるリジッドフレックス複合体を形成し、1ユニット
として製造、装着および試験を行うことができる。
信頼性、その高い耐故障性によって、特徴付けられ、こ
れによって、血液ポンプは、回転子3の駆動および磁気
軸支の両方に関して、正常な動作を危険にさらすことな
く、数多くの異なる性質の故障に対応することができ
る。更に、高い効率を有していながら、同時に、このポ
ンプは、非常に小型であること、省スペース設計である
こと、利用可能な空間を最大限有効活用すること、且
つ、エネルギの消費量が比較的少ないことによって特徴
付けられるものである。
グレスモータとして設計される電気式回転駆動装置にお
いては、各駆動位相および各制御位相は、他の電気的な
位相とは無関係に動作することができる。従って、駆動
位相および/または制御位相に故障が発生した場合(例
えば、位相の全てに故障が発生した場合)、回転駆動装
置は、駆動位相および/または制御位相の数がそれぞれ
減った状態で、更に、回転駆動装置の回転子における磁
気軸支の正常な機能、或いは駆動の正常な機能を失うこ
となく、動作し続けることができる。例えば、電力増幅
器が故障したり、駆動巻線または制御巻線の1つのルー
プにおいてそれぞれ断線が生じたり、電源増幅器、駆動
装置の巻線ループまたは制御巻線において短絡が生じて
も、引き続き確実に動作することが可能である。本発明
に基づく回転駆動装置は、このように耐故障性が高いた
め、動作の信頼性が飛躍的に向上する。
ルギ消費量を大幅に低減でき、非常に経済的な動作を行
うことが可能となる。このことは、特に埋め込み式血液
ポンプにとっては、非常に有利である。
および制御巻線のコイル数を減らすことによって、装置
のコストおよび複雑さ、並びに、ベアリングレス・モー
タの複雑さおよび大きさを低減することができる。同時
に、1つの駆動位相の故障、および、少なくとも1つの
制御位相の故障に対する耐故障性も維持される。
システムの内、1つの制御システムによって、動作が瞬
時に引き継がれ、確実に動作を行うことが可能となる。
この高い冗長性によって、耐故障性および動作の信頼性
を飛躍的に高めることができる。
り、非常に小型で且つ省スペース型のベアリングレス・
モータを設計することができる。また、プリント基板を
用いて、直接ケーブルを用いずに接続されるため、配線
されるケーブルの数を、最小限に抑えることができ、こ
れによって、更に高い信頼性が実現される。また、個々
のプリント基板を、可撓性接続プリント基板を介して、
互いに接続することによって、1ユニットとして製造、
装着および試験を行うことができる。本発明に基づく電
気式回転駆動装置を備える血液ポンプは、耐故障性が非
常に高く、極めて信頼性が高く、小型で、更に、高性
能、且つ、エネルギ消費の点において経済的である。
を示す概略図である。
面図(回転子の断面)である。
2の回転子を示す断面図である。
図である。
図である。
平面図である。
示す概略図である。
れた回転駆動装置の第2の実施例を示す部分断面斜視図
である。
子および回転子を示す平面図(回転子の断面)である。
る。
調整装置を示すブロック回路図である。
る。
る。
る。
ートである。
ある。
ある。
ある。
概略断面図である。
線、7…制御巻線、61、62…ループ、71〜74…
ループ。
Claims (22)
- 【請求項1】 ベアリングレスモータとして設計される
電気式回転駆動装置であって、 磁気的に軸支される回転子(3)および固定子(2)を
備え、前記固定子(2)は、前記回転子(3)にトルク
を生成させる駆動磁界を生成するための少なくとも2つ
のループ(61、62)を有する駆動巻線(6)から構
成され、また、 制御巻線(7)を備え、前記制御巻線(7)は、制御磁
界を生成するための少なくとも3つのループ(71、7
2、73、74)を有し、前記制御磁界によって、前記
固定子(2)に対する前記回転子(3)の位置を調整す
ることができ、前記駆動巻線(6)の各ループ(61、
62)における電気的駆動位相は互いに異なり、また前
記制御巻線(7)の各ループ(71乃至74)における
電気的制御位相は互いに異なっており、更に、 設定装置(4)を備え、前記設定装置(4)は、前記駆
動巻線(6)の各ループ(61、62)および前記制御
巻線(7)の各ループ(71乃至74)に、各々、設定
パラメータとして、相電流または相電圧を供給する電気
式回転駆動装置において、 前記設定装置(4)が、前記駆動巻線(6)の各ループ
(61、62)および前記制御巻線(7)の各ループ
(71乃至74)における前記設定パラメータを、他の
ループ設定パラメータとは、独立に調整することができ
るようになっていることを特徴とする電気式回転駆動装
置。 - 【請求項2】 前記駆動巻線(6)の各ループ(61、
62)および前記制御巻線(7)の各ループ(71乃至
74)用の前記設定装置(4)が、個別の二極電力増幅
器(41)を備え、前記二極電力増幅器(41)は、前
記回転駆動装置のための制御装置(5)に一体化されて
いることを特徴とする請求項1に記載の回転駆動装置。 - 【請求項3】 前記駆動巻線(6)における磁極対の数
がpであり、前記制御巻線(7)における磁極対の数が
p±1であることを特徴とする請求項1または2に記載
の回転駆動装置。 - 【請求項4】 テンプルモータとして設計され、前記固
定子(2)は、ヨーク(20)によって接続され、また
各々「L」字状に形成されている複数の固定子歯(21
乃至28)を有し、前記固定子歯は、前記回転子(3)
の所望の回転軸(A)によって定義される軸方向に延在
する長いリム(SL)と、半径方向で内側に延在する短
いリム(SK)を有することを特徴とする前出の請求項
のいずれか1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項5】 駆動位相を厳密に3相、および制御位相
を厳密に3相備えることを特徴とする前出の請求項のい
ずれか1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項6】 駆動位相を厳密に2相、および制御位相
を厳密に4相備えることを特徴とする請求項1から4の
いずれか1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項7】 前記固定子が、固定子歯(21乃至2
8)を厳密に8つ有し、前記固定子歯(21乃至28)
の間で前記回転子(3)が、軸支されることを特徴とす
る前出の請求項のいずれか1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項8】 2つの駆動位相を備え、前記駆動巻線
(6)は、4つの集中駆動コイル(611、621)を
備え、各駆動コイル(611、621)が、2つの直ぐ
隣に位置する固定子歯(21乃至28)に巻かれ、各
々、直径方向に対向して位置する2つの駆動コイル(6
11;621)が、前記駆動巻線(6)のループ(6
1;62)を形成し、同じ駆動位相に属することを特徴
とする請求項7に記載の回転駆動装置。 - 【請求項9】 前記制御巻線(7)が、複数の集中制御
コイル(711、721、731、741)を備え、前
記各集中制御コイルは異なる固定子歯に巻かれているこ
とを特徴とする前出の請求項のいずれか1項に記載の回
転駆動装置。 - 【請求項10】 前記制御巻線(7)が、複数の集中制
御コイル(711、721、731、741)を備え、
周方向から見た場合、第1の固定子歯に巻かれた前記制
御コイルと、1つおいてその次の前記固定子歯に巻かれ
た前記制御コイルが、各々、同じ制御位相に属すること
を特徴とする前出の請求項のいずれか1項に記載の回転
駆動装置。 - 【請求項11】 4つの制御位相を備え、前記制御巻線
(7)は、8つの集中制御コイル(711、721、7
31、741)を備え、各々、2つの制御コイル(71
1;721;731;741)が、前記制御巻線(7)
のループ(71;72;73;74)を形成し、同じ制
御位相に属することを特徴とする前出の請求項のいずれ
か1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項12】 4つの制御位相を備え、前記制御巻線
(7)は、16個の集中制御コイル(711、721、
731、741)を備え、2つの制御コイル(711、
721、731、741)が、各固定子歯に設けられ、
各々、4つの異なる固定子歯に巻かれた4つの制御コイ
ル(711;721;731;741)が、一緒に接続
され、前記周方向から見た場合、直ぐ隣に位置する固定
子歯に巻かれた前記制御コイルが、各々、前記制御巻線
の異なるループに属するように前記制御巻線(7)のル
ープ(71、72、73、74)が形成されていること
を特徴とする前出の請求項のいずれか1項に記載の回転
駆動装置。 - 【請求項13】 同じ固定子歯に巻かれた前記2つの制
御コイル(711、721;731、741)は、各
々、互いに重ねて巻いてあり、前記外側の制御コイル
(711;731)が、前記内側の制御コイル(72
1;741)を取り囲んでいることを特徴とする請求項
12に記載の回転駆動装置。 - 【請求項14】 2つの個別の制御システム(5a、5
b)を備え、前記各制御システム(5a、5b)は、 前記固定子(2)における前記回転子(3)の半径方向
の位置を測定するための少なくとも2つの位置センサ
(81、82、83、84)と、 回転子角を求めるための手段(91、92)と、 前記駆動巻線(6)と前記制御巻線(7)の前記個々の
ループに供給するための少なくとも3つの電力増幅器
(41)と、 前記回転子(3)の駆動および位置の調整、並びに、電
力増幅器(41)を制御するための信号処理および調整
装置(50a、50b)と、を備え、 各制御システム(5a,5b)は、少なくとも1つの駆
動位相と少なくとも2つの制御位相を制御することを特
徴とする前出の請求項のいずれか1項に記載の回転駆動
装置。 - 【請求項15】 前記2つの制御システム(5a、5
b)の間に通信のための通信システム(58、59、5
9’)を設けたことを特徴とする請求項14に記載の回
転駆動装置。 - 【請求項16】 前記2つの制御システム(5a、5
b)が、前記通信手段(58、59、59’)を介し
て、各々、位置センサ(81乃至84)を用いて求めら
れる前記回転子の位置に関する値、および/または、前
記回転子角(91、92)を求めるための手段(91、
92)を用いて各々求められる前記回転子の値、を授受
し、エラーがあるかどうかを、前記位置および/または
前記回転子角の値をチェックし、適宜、故障補正値を求
め、両方の制御システム(5a、5b)が、前記故障補
正値を前記回転子(3)の半径方向の位置調整または前
記駆動調整のため、それぞれ使用することを特徴とする
請求項15に記載の回転駆動装置。 - 【請求項17】 故障検出手段(203、414、57
a、57b、52a、52b)が設けてあり、前記故障
検出手段により、前記制御システム(5a、5b)およ
び/または前記個々の駆動位相および/または前記個々
の制御位相および/または前記エネルギ供給における故
障を検出することができることを特徴とする請求項14
乃至16のいずれか1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項18】 故障が検出された場合、故障の種類に
応じて、前記故障検出手段が、前記故障を除去するか、
若しくは前記回転駆動装置を、複数の故障モードの内、
適切な故障モードに切り替えることを特徴とする請求項
17に記載の回転駆動装置。 - 【請求項19】 各制御システム(5a、5b)が、少
なくとも部分的に電子プリント基板の形態で設計され、
前記プリント基板は前記回転駆動装置(1;10)の内
部に配置されることを特徴とする前出の請求項のいずれ
か1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項20】 前記回転駆動装置の内部に配置される
前記電子プリント基板は、全て電力増幅器(41)を備
え、前記個々の電力増幅器(41)が各々前記対応する
駆動コイルおよび制御コイルにそれぞれ直接接続される
ように、前記電子プリント基板が配置されることを特徴
とする請求項19に記載の回転駆動装置。 - 【請求項21】 テンプルモータとして設計され、前記
位置センサ(81乃至84)には評価モジュール(8)
が設けてあり、前記評価モジュール(8)は、電子プリ
ント基板として設計され、また前記電子プリント基板に
設けられた前記構成要素が、前記固定子歯(21乃至2
8)の間の自由空間に配置されるように、前記評価モジ
ュールが前記固定子歯(21乃至28)の前記短いリム
(SK)上に配置されていることを特徴とする前出の請
求項のいずれか1項に記載の回転駆動装置。 - 【請求項22】 永久磁気により励磁される前記回転駆
動装置の前記回転子(3)を備え、血液を給送するため
の複数の羽根(34)を有し、前記回転駆動装置の前記
回転子(3)が、ポンプの回転子としても機能するよう
にしたことを特徴とする、前出の請求項のいずれか1項
に記載の電気的回転駆動装置を備える血液ポンプ。
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