JP2001298977A

JP2001298977A - 可変タイミングを有するテーブル駆動等式を用いた、マイクロコントローラで動作する電子モータのソフト起動

Info

Publication number: JP2001298977A
Application number: JP2001094421A
Authority: JP
Inventors: Dan Butler; バットラーダン
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2001-10-26
Also published as: EP1139554A2; EP1139554A3; TW522633B; KR20010093758A; CN1319944A

Abstract

(57)【要約】【課題】電気モータへの始動電流を調節するための新
たな方法が必要とされている。一意的、且つ多目的に用
いられる装置および方法を提供する。【解決手段】回路への電流を制御するデータプロセッ
サ制御システムは、回路への電流を調節するように構築
構成された電流リミッタと；時間インジケータを提供す
るように構築構成されたクロックと；２次元テーブルの
値を格納するように構築構成されたメモリであって、テ
ーブルは、時間値を含む第１の次元および電流値を含む
第２の次元を有する、メモリと；電流リミッタを制御す
るように構築構成されたプロセッサであって、プロセッ
サはさらに、メモリ内の２次元テーブルにアクセスし、
クロックから時間インジケータを受け取るように構築構
成された、プロセッサと；を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子モータに関す
る。より詳細には、本発明は、マイクロコントローラの
使用を通じた、電気モータへの起動電圧の制御に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電気電力システムへの負荷の大部分は、
電気モータからなる。家庭（空調、ヘアードライヤ、ミ
キサー）、店舗（器具、ファン）、オフィス（プリンタ
ー、電子機器用の冷却ファン）、そしてもちろん工場に
も、電気モータは至る所に存在する。電気モータには多
くの種類があるが、その少なくとも９０％は誘導モータ
である。通常、小型の電気モータは、単相誘導による。
大型のモータは、３相の誘導モータである場合が多い。

【０００３】通常の誘導モータは、電圧および電流の電
気入力と、トルクおよび回転の状態の機械的出力と、熱
により表される損失とを有する。モータは機械的には、
回転しない固定子と、回転可能な回転子とからなる。回
転子と固定子との間にはエアギャップがあることで、回
転子の回転が可能になる。

【０００４】電流と磁束とが相互に作用することによ
り、電気力がトルクとして生成される。磁束を生成する
ために、界磁回路が用いられる。電流を搬送するため
に、電機子回路が用いられる。界磁回路は通常、比較的
少量の電流を搬送する多くのターンからなるワイヤを有
する。電機子は通常、比較的大量の電流を搬送するいく
つかのターンからなる太ワイヤを有する。モータの種類
に応じて、磁界は、回転子または固定子上に存在し得
る。電機子は、いつでも磁界に対向する。誘導モータの
場合、磁界は固定子上にあり、電機子は回転子上にあ
る。

【０００５】（起動特性）モータが電線から直接起動す
る際大量の電流が流れるため、何らかの制約を課して供
給システムへの妨害を回避することが必要である。これ
らの妨害は、光の不快なちらつきおよびＴＶ機器の問題
を発生するだけでなく、極端な場合、動作時に継電器が
不安になったり、あるいは重要機構部分または医療機器
への破壊の原因になり得る。したがって、全ての供給当
局は、起動電流を最大限に可能なレベルまで制限してお
り、全ての大規模の当局の制限も、同様の基準に基づい
て計算されている。この最大電流は、供給当局の規定に
記載されている。

【０００６】３相誘導モータは、一定の周波数の供給か
ら動作される場合、一定速度の駆動を実質的に構成し、
この速度は、負荷トルクがゼロから定格値まで増加する
際、１〜５パーセントしか減少しない。殆どの設備にお
いて、誘導モータは、固定子の端子を直接電気供給源に
接続することにより、起動および加速が可能である。こ
れにより、機械内部に回転磁界が確立される。速度がゼ
ロのとき、この磁界の速度は、回転子の速度と比べて高
い。回転子電流が回転子バーの抵抗のみにより限定され
る場合、回転子の電流は、極度に高くなる。しかし、起
動電流は、固定子と回転子導線との周囲の磁界用のさら
なる経路（漏れ磁束経路として知られる）により限定さ
れる。したがって、起動電流は通常、フル電圧で起動す
る場合、定格電流のおよそ４〜７倍に限定される。起動
時のトルクは通常、定格値の１．７５〜２．５倍であ
る。

【０００７】起動時の固定子電流が電気供給システムか
らの許容範囲を越える場合、モータは、降圧変圧器を用
いて約７０〜８０パーセントに縮小された電圧で起動さ
れ得る。あるいは、固定子巻線は、起動用にＹ字状で接
続可能であり、速度が定格値に近づくとデルタに切り換
わることができる。このような処置を施すと、起動トル
クが実質的に減少する。起動電圧が７５パーセントに減
少すると、電気供給源の電流が５６パーセントに減少す
るだけでなく、起動トルクはフル電圧の場合に提供され
る場合に比べて５６パーセントにも減少する。

【０００８】別のモータの始動器は、起動期間の間、各
固定子相に抵抗またはインダクタンスを直列に挿入す
る。

【０００９】（保護）導線および機械の鉄製部品内の電
力損失によって生成される熱と摩擦熱は冷却システムに
より除去され、モータの温度を抑える必要がある。保護
装置の主な目的は、モータの最も弱い部分（すなわち、
巻線上の絶縁）を損傷から守ることである。低電力のモ
ータの場合、温度感知デバイスがモータ内部に取り付け
られることが多く、温度が制限値に達した場合に電気供
給をオフに切り換えるために用いられる。大型のモータ
の場合、温度感知検出器が固定子巻線内の一箇所または
数箇所に埋め込まれる。

【００１０】（巻線形回転子誘導モータ）いくつかの特
殊な誘導モータは、固定子巻線内の絶縁コイルに類似す
る回転子内の絶縁コイルで構成される。回転子の巻線は
通常、回転子軸の内部部品に取り付けられた絶縁導体リ
ング（スリップリングとして知られる）に形成された接
続部が３つある３相型である。外部への電気接続用に炭
素ブラシが提供される。

【００１１】巻線形回転子モータに３つの抵抗器をその
スリップリングに接続して設けると、起動電流が過剰に
なることなく高い起動トルクを提供することができる。
抵抗を変更することにより、いくつかの種類の機械的負
荷に対してある程度の速度制御を提供することができ
る。しかし、このような駆動の場合、回転子回路の抵抗
が大きく損失するため、速度が十分に同期的な値に近く
ないと効率が低くなる。代替として、電子整流器−イン
バータシステムを回転子のスリップリングに接続して、
電力を抽出し、抽出した電力を電気供給システムに返送
することができる。この構成は一般的にスリップ回復シ
ステムと呼ばれ、受容可能な効率での速度制御を提供す
る。

【００１２】（誘導モータの進展）回転磁界を誘導機械
内に発生させるには、１組の電流を同相状態で配置し
て、固定子の周辺に配置された１組の固定子巻線内に流
す必要がある。この様式は、３相供給が利用可能な場合
は簡単明瞭であるが、多くの商用および家庭用供給は通
常、単相のみで成り立っており、電圧は１２０ボルトま
たは２４０ボルトである。この単相供給から必要な回転
磁界を生成することができる様式は複数ある。

【００１３】（コンデンサ誘導モータ）このモータは、
その固定子上に２本の巻線のみを互いに９０°の位置で
配置した点を除いて３相モータに類似する。一方の巻線
は、単相の供給源に直接接続される。起動時には、もう
一方の巻線（一般的には補助巻線と呼ばれる）が、コン
デンサ（電荷を格納するデバイス）を通じて同じ供給源
に接続される。このコンデンサの効果は、回転子を静止
状態にしたままで、第２の１組の巻線に流入した電流
を、第１の１組の巻線内の電流よりもおよそ９０°（す
なわち、１サイクルの１／４）だけ先行させることであ
る。このようにして、回転磁界および起動トルクが提供
される。

【００１４】モータ速度が定格値に近づくと、補助巻線
を励振して回転磁界を保持する必要が無くなる。巻線ａ
−ａ’を通過する際に回転子のかご形バーにおいて生成
された電流は、第２の１組の巻線を回転しながら通過す
る際、殆ど変化の無い状態で保持される。回転子は、第
１の１組の巻線のみを接続した状態で継続的に回転磁界
を生成することができる。第２の１組の巻線は通常は、
速度が定格値のおよそ８０パーセントになったときに開
く遠心スイッチにより切断される。

【００１５】これらのコンデンサ−起動誘導モータの電
力定格は、供給電線において通常の電圧降下に限度があ
るため、１２０−ボルトの供給の場合におよそ２キロワ
ットおよび２３０−ボルトの供給の場合に１０キロワッ
トに限定されることが多い。これは他には起動時に生じ
る。供給が６０−ヘルツの場合、同期速度の通常値は、
４磁極モータおよび６磁極モータの場合にそれぞれ１分
間あたり１８００回転または１２００回転である。磁極
の数を増やすと低速モータが構成可能となるが、これは
あまり一般的ではない。

【００１６】コンデンサを２つ用い、定格速度に近づい
たときに２つのうちの１つのみを（遠心スイッチを用い
て）回路から切断することにより、モータの効率をある
程度増加し、電線内の電流を低減することができる。残
ったもう一方のコンデンサは、進み電流を供給し続け、
２相供給に近づく。この構成は、コンデンサ起動モー
タ、コンデンサ動作モータとして知られる。コンデンサ
誘導モータは、高起動トルクを必要とするヘビーデュー
ティーの用途用に広範囲に使用される。用途例を上げる
と、冷蔵庫のコンプレッサ、ポンプ、およびコンベヤな
どがある。

【００１７】（分相型モータ）起動用の回転磁界を提供
する別の手段は、２本の固定子巻線を用い、補助巻線の
方を多数のターンの細導線で作製し、これにより補助導
線の抵抗を第１の巻線の抵抗よりも大きくすることであ
る。この効果は、第２の位相内の電流が第１の位相の電
流を（静止状態ではおよそ２０〜３０°だけ）先行する
ことである。磁界は、大きく脈動している間、定格値の
１．５〜２．０倍の起動トルクを提供するのに十分な回
転成分を含む。過熱を防ぐため、速度が定格値の７５〜
８０パーセントに達すると、補助巻線は遠心スイッチに
より切断される。これらの分相型モータは、作製コスト
が安く、多くの家庭用機器に取り付けられている。家庭
用洗濯機の場合の様に安定した速度が１つより多く必要
な場合、モータは２対の別の磁極対で巻かれ得、一方の
対を低速用に、もう一方の対を高速用にする。

【００１８】（くま取り磁極モータ）くま取り磁極モー
タは、単相の電気供給源に接続された主巻線を備える。
加えて、くま取り磁極モータは、回転方向に主巻線の前
方に配置された永久短絡巻線を有する。この第２の巻線
は、くま取りコイルとして知られ、１つ以上の短絡ター
ンからなる。このくま取りコイルは、領域を包囲してそ
の領域の磁束発生を遅延させ、これにより静止状態にお
いて少量の回転磁界成分を生成する。

【００１９】起動トルクは少量であり、通常は定格トル
クのわずか３０〜５０パーセントである。その結果、モ
ータは、機械的負荷用途（例えば、ファン等）のみに適
したものとなり、トルクは、低速時は低く、速度と共に
増加する。

【００２０】くま取り磁極モータは、永久短絡巻線内に
損失が出るため、非効率である。そのため、くま取り磁
極モータは、効率よりも初期コストが重視される小電力
定格の場合のみに用いられる。効率は通常、大型ユニッ
トの場合で３０パーセントまでであり、非常に小型のユ
ニットの場合で５パーセント未満である。くま取り磁極
モータは、主にファンおよび他の小型の家庭用機器用に
用いられる。

【００２１】（サーボモータ）サーボモータは、その周
辺部で、２つの固定子巻線が互いに９０°ずれている小
さい誘導モータである。回転子は、通常、比較的高抵抗
の導体から作られる、かご型タイプである。モータの目
的は、動作のいずれの方向にも制御されたトルクを提供
することである。この目的を達成するために、巻線の一
方が、単一位相の、周波数一定供給に接続されている。
他方の巻線には、同じ周波数、位相が９０°ずれている
電圧が供給される。この電圧は、通常、低電力信号入力
を有する電気増幅器によって供給される。モータトルク
は、この第２の巻線の電圧にほぼ比例し、従って信号入
力にも比例する。トルクの方向は、９０°の進みから９
０°の遅れまで入力信号を変化させることによって、反
転され得る。

【００２２】いくつかのサーボモータにおいて、回転子
は、固定子と固定鉄心との間のエアギャップの中にはめ
込まれたアルミニウムカップからなる。この回転子は、
慣性が低く、高速加速が可能である。サーボモータは、
損失が大きく、効率が低いので、低電力定格にしか作ら
れない。サーボモータは、位置制御システムにおいて用
いられる。

【００２３】（リニア誘導モータ）リニア誘導モータ
は、回転トルクではなく、直線の力および運動を提供す
る。リニア誘導モータの形および動作は、回転する誘導
機械を放射状に切り取り、平らにすることによって、視
覚化され得る。得られるのは、運動の方向に垂直な導体
の３相、多重極巻線を有する鉄のラミネーションの平ら
な「固定子」、または上部である。「回転子」、または
底部は、鉄のラミネーション、およびかご型巻線からな
り得るが、通常は、固形または積層された鉄バッキング
の上に配置される、連続的な銅またはアルミニウムシー
トからなることが多い。

【００２４】リニアモータの新たな用途として、公共輸
送用の高速輸送乗物がある。固定子（上述したように）
は、乗物の下側に取り付けられ、回転子は、軌道のレー
ルの間に位置する。このタイプの推進の利点は、雨、
氷、または急な坂がある場合に、鋼レールへの鋼車輪の
付着に依存することなく、高い加速およびブレーキが得
られることである。

【００２５】エネルギー付加されたレールまたは架空線
への滑り接続を通じて、このような高速輸送乗物に電力
が供給される。速度制御およびブレーキを提供するため
に、乗物に搭載している電力調整装置は、所望の電圧お
よび周波数の３相の出力を生成する。

【００２６】乗物推進の代替的な構成において、銅およ
び鉄のシートが、乗物の下側に配置され、固定子の部分
は、軌道に沿ってところどころに配置され得る。これ
は、乗物自身に電力を供給する必要がないという利点を
有する。

【００２７】リニア誘導モータは、また、コンベヤー、
スライディングドア、テキスタイルシャットル（ｔｅｘ
ｔｉｌｅｓｈｕｔｔｌｅ）、工作機械を駆動するため
に用いられる。これらの利点は、物理的な接触が必要な
く、摩耗および維持が最小化されることである。他の形
式において、リニアモータは、回転子が液体金属（例え
ば、カリウムナトリウム合金の水銀）のような導電流体
からなる、電磁ポンプとして用いられる。

【００２８】リニアモータの効率性は、端効果（ｅｎｄ
ｅｆｆｅｃｔ）のせいで、回転モータの効率性よりも
いくぶんか少ない。「回転子」は、「固定子」より下に
おかれる場合、磁化される必要がある。これによって、
最初の１つまたは２つの極スパンの効果を減少させる。
入力電流は、また、エアギャップが回転機械のエアギャ
ップより通常大きく、そこにかかる磁界を生成するため
に必要な電流がより大きいので、比較的高い。

【００２９】（速度および位置制御のための誘導モー
タ）一定周波数供給において、誘導モータは、基本的に
ほとんど一定速度駆動である。しかし、誘導モータが用
いられて、制御可能電圧、制御可能周波数３相供給を供
給することによって、回転のいずれの方向にも、正確な
速度および位置制御を提供し得る。これは、電子インバ
ータによって行われる。

【００３０】半導体スイッチ（例えば、トランジスタま
たはサイリスタ）を用いることによって、ユーティリテ
ィ供給は、固定子巻線に対して制御された電圧および周
波数の１組の３つの近シヌソイドの入力に変換する。モ
ータの速度は、１秒につきｆサイクルの制御された周波
数について、１分につき１２０ｆ／ｐの回転の同期値に
近づく。ａｂｃからａｃｂへの位相シーケンスの反転
は、トルクの方向を反転させる。速度および位置の正確
な制御のため、回転速度計または位置センサによって、
シャフトの速度がモニタリングされ、所望の値を表す信
号と比較され得る。その後、その差を用いて、インバー
タ周波数を制御する。概して、電圧は、周波数とともに
直接的に変動し得、磁界の大きさを一定に保つ。

【００３１】（同期モータ）このようなモータにおい
て、回転子は、通常、機械の回転磁界と同じ速度で回転
する。固定子は、通常３相の、内部周辺部の周りのスロ
ットに位置する巻線を有する円柱状の鉄フレームからな
る誘導機械の固定子と類似している。同期モータと誘導
機との違いは、通常、スリップリングまたは他の手段を
通じて直流源に接続されている絶縁巻線を有する回転子
である。

【００３２】同期モータの動作の原理は、３相交流源に
接続されている固定子巻線を考慮することによって理解
され得る。固定子電流の効果は、ｆヘルツの周波数につ
いて、およびｐ極について、１分につき１２０ｆ／ｐ回
転で回転する磁界を確立することである。回転子のｐ極
磁界巻線における直流は、また、回転子の速度で回転す
る磁界を生成する。これらの２つの磁界は、互いに並べ
られる傾向がある。負荷トルクがない状態で、これら
は、直線に配列されると仮定される。機械負荷が印加さ
れると、回転子は、固定子の回転磁界に対して、かなり
の角度で滑って戻り、トルクを発展させ、この回転磁界
の周りから取り出され続ける。磁界の間の角度は、負荷
トルクが増加するにつれて増加する。最大利用可能トル
クは、回転子磁界が固定子磁界よりも遅れている角度が
９０°である場合、固定子および回転子電流の所与の大
きさについて達成される。より大きな負荷トルクの印加
は、モータを失速させる。

【００３３】同期モータの１つの利点は、機械の磁界が
磁界巻線による直流によって生成され得、そのことによ
り、印加された固定子電圧での位相の電流の電力成分の
みを固定子巻線が提供する必要があることである。すな
わち、モータは、力率１で動作し得る。この条件は、固
定子巻線における損失および熱を最小化する。

【００３４】固定子電気入力の力率は、磁界電流を調節
することによって、直接制御され得る。磁界電流が、磁
界の提供に必要な値を超えて増加する場合、固定子電流
は、この過剰な磁化を補償する構成要素を含むように変
化する。結果として、総固定子電流は、位相が固定子電
圧より進み、従って、変圧器および誘導モータ等の他の
装置の磁化に必要な無効ボルトアンペアを電力システム
に供給する。このような進んでいる力率の大きな同期モ
ータの動作は、製造工場において、そうでない場合に低
力率負荷について充電され得、さらなる電気供給率を避
けるための、電気負荷の全体的な力率を改善する効率的
な方法であり得る。

【００３５】３相の同期モータは、大きく、適度に一定
な、通常３００キロワットを超える機械負荷があり、進
んでいる力率で動作する能力が貴重である産業状況にお
いてもっとも多く用いられる。この電力レベルより下
で、同期機械は、概して、誘導機械よりも高価である。
いくつかの例において、同期機械は、全体のプラント力
率を改良するという１つの目的でインストールされる。
この場合、供給ラインを越えて接続されているコンデン
サと同じ力率修正を提供するので、同期コンデンサと呼
ばれる。

【００３６】磁界電流は、外部制御整流器からスリップ
リングを通じて供給され得るか、より大きいモータにお
いては、回転する変圧器または発生器を有するシャフト
搭載整流器から供給され得る。

【００３７】直流を運ぶ磁界巻線のみを有する同期モー
タは、自動起動ではない。同期速度以外の任意の速度
で、回転する磁界がより遅い可動回転子を繰り返し通過
するにつれて、ゼロ平均値の振動トルクを回転子が経験
し得る。通常、誘導機械の巻線に類似する、ショートし
た巻線は、回転子に加えられて、起動トルクを提供す
る。全電圧または低減された固定子電圧のいずれかで、
モータが開始され、通常、過剰誘導電圧から保護するよ
うにショートした磁界巻線で、同期速度の約９５％まで
引き上げられる。その後、磁界電流が印加され、回転子
は、回転する磁界との同期に入る。

【００３８】このさらなる回転子巻線は、同期している
場合の、回転子の負荷の急激な変化によって引き起こさ
れるあらゆる振動を制動するさらなる性質のため、通
常、制動巻線と呼ばれる。負荷変化への調整には、回転
子磁界が固定子磁界より遅れている角度の変化が含ま
れ、従って、瞬間速度の短期の変化が含まれる。これに
よって、制動巻線において電流が誘導されることにな
り、速度変化に対向するように働くトルクが生成され
る。

【００３９】同期モータの保護は、大きい誘導モータに
おいて利用される保護と類似する。温度は、固定子およ
び磁界巻線の両方において感知され、電源を切るために
用いられ得る。起動中、回転子−制動巻線においてかな
りの加熱が発生し、限定された時間間隔内で繰り返され
る起動を防ぐために、しばしばタイマがインストールさ
れる。

【００４０】（永久磁石モータ）同期機械の磁界は、磁
界巻線よりも、永久磁石を用いて提供され得る。これに
よって、スリップリングおよび磁界電流外部ソースの必
要がなくなり、簡略的な丈夫な（ｒｕｇｇｅｄ）回転子
が提供され得る。しかし、モータは、固定子力率を制御
する手段を有さない。

【００４１】回転子は、ネオジミウム‐ボロン‐鉄磁
石、サマリウム−コバルト磁石、またはフェライトから
作られる、放射的に方向付けられる磁石を有する形式で
あり得る。機械が制動巻線を含まない場合、一定周波数
供給において起動し得ることができない。このタイプの
モータは、固定子が可変周波数、可変電圧源から供給さ
れる、可変速度駆動において主に用いられる。起動能力
が必要とされる場合、磁石が回転子鉄に埋め込まれ、制
動巻線は、回転子表面のスロットにおいて、配置され
る。

【００４２】永久磁石モータの代替的な形式として、８
極同期モータがある。周辺に方向付けられた磁石は、鉄
の極の束を提供し、代わりに、エアギャップにおいて放
射磁界を設定する。この形式は、フェライト磁石を用い
る小さいモータについて特に適している。

【００４３】（ヒステリシスモータ）同期モータの特有
の特徴は、速度が供給周波数と一意的に関係することで
ある。結果として、いくつかの特殊なタイプの同期モー
タは、時計、テープレコーダーおよびレコードプレーヤ
ー等のデバイスにおいて、広く用いられてきた。最も広
範囲に渡って用いられているものの１つが、回転子が高
炭素鋼のような半永久磁石材料のリングから成る、ヒス
テリシスモータである。最高速度では、このモータは永
久磁石機械装置として作動する。回転子が同期状態から
脱することにより、速度が減速される場合、固定子界磁
が、回転子材料を周期的にヒステリシスループの周囲で
磁化させ、結果的に、固定子界磁よりも数度遅れ、トル
クを発生し続ける回転子界磁となる。このモータは、良
好な始動トルクを提供し、非常に静かである。その効率
は悪く、用途が小さな電力定格に制限される。

【００４４】（リラクタンスモータ）この種の機械は、
磁界を伝える鉄製のシステム内のいずれのエアギャップ
の体積も最小化する傾向を持つように、力が確立される
という原理に基づいて動作する。通常、回転子は、電気
巻線を有さない４個の鉄製の磁極から成る。固定子は６
個の磁極を有しており、そのそれぞれが通電コイルを備
える。図に示す状態では、電流が第１の集合のコイルを
丁度通過したところであり、第１の集合のコイルと関連
づけられた固定子の磁極と、回転子が有する２つの磁極
が並ぶ回転子にトルクを発生する。次に、電流が第１の
集合のコイルで切断され、第２の集合のコイルをオンに
切り換える。これにより、第２の集合のコイルに関連づ
けられた固定子の磁極と、回転子の２つの磁極が並ぶ回
転子に、左回りのトルクが発生する。このプロセスは、
次いで、第３の集合のコイル、およびその次に第１の集
合のコイルに関連づけられた固定子で繰り返される。ト
ルクは、コイルの電流の大きさに依存するが、その極性
には依存しない。回転の方向は、コイルが活性化（ｅｎ
ｅｒｇｉｚｅｄ）されるオーダーを変更することによ
り、変更することが可能である。

【００４５】固定子コイル内の電流は、通常、コイルを
直流電圧源に接続する半導体スイッチにより制御され
る。モータシャフトに装着される位置センサーからの信
号が、適切な時間にスイッチを入れるために用いられ
る。

【００４６】しばしば、ホール効果に基づく磁気センサ
ーが用いられる。（ホール効果は、半導体材料が通電し
ており、且つ電流と垂直の磁界に配置されるときに、半
導体材料内の横電場（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｅｌｅｃ
ｔｒｉｃｆｉｅｌｄ）の発生を伴う。）全体のシステ
ムは、自己同期モータデバイスとして公知である。これ
は、広範な制御された速度範囲で作動することができ
る。

【００４７】リラクタンスモータには、他にもいくつか
の構成が存在する。１つの形式では、回転子が放射状の
切れ目または溝を有する鉄のリングからなる。ｐ極回転
子は、ｐセクターまたはアークを有する。磁束が、この
回転子リングのアークの円周を移動し、隣接する固定子
の磁極の間にパスを完成する。

【００４８】別の形式では、回転子が突極を有するが、
界磁巻線を備えていない。固定子は円筒状で、定周波数
電源に接続された３相巻線を含む。制動巻線が回転子の
表面に取りつけられるので、機械装置は誘導モータとし
て始動することが可能である。回転子は、固定子の回転
磁界と同期に入った後、一定の速度で、同期モータとし
て作動する。

【００４９】（単相同期モータ）回転する磁界は、単相
誘導モータと同じ方法を用いて、同期モータ内で、単相
のソースから生成することができる。メインの固定子巻
線を電源に直接接続して、補助巻線がキャパシタを介し
て接続され得る。あるいは、より抵抗が高い補助巻線を
用いることが可能である。小さなクロック用モータに
は、くま取り磁極構造の固定子が、ヒステリシス型の回
転子との組み合わせで、広く用いられている（上述）。
このモータの効率は非常に悪く、通常は２％よりも低い
が、コストも同様に低い。

【００５０】（直流コミュテーターモータ）ＤＣモータ
の基本的な形式では、定磁界（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ
ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ）が、固定子の磁極によ
って、回転子全体に渡って生成される。この磁極は、直
流を伝える界磁コイルによって取り囲まれ得るか、また
は永久磁石を備え得る。回転子または電機子は、コイル
を溝に収めた鉄心から成る。コイルの両端は、回転子シ
ャフトに装着されたコミュテータースイッチのバーに接
続される。固定された黒鉛ブラシが外部端子まで続いて
いる。

【００５１】直流電源が、電流が正端子に入るように、
電機子端子に接続されると仮定する。この電流は、磁束
と相互作用して、左回りのトルクを発生し、次に回転子
を加速する。回転子が１２０°回転したときに、電源か
ら電機子コイルまでの接続が、コミュテーターによって
反転される。電機子コイル内の電流の新たな方向は、左
回りのトルクを発生し続けるような方向である。回転子
が左回りの方向で回転するので、速度に比例する電圧が
電機子コイル内で生成される。このコイル電圧が交流で
ある一方で、コミュテーターの作動によって、示された
極性を備えた単一方向の電圧が、モータ端子に発生す
る。電気入力は、この端子電圧および入力電流の産物で
ある。機械的な出力電力は、回転子のトルクおよび速度
の産物である。

【００５２】実用的なＤＣモータにおいて、電機子巻線
が、それぞれがｐ極に対する回転子の周囲のｌ／ｐに渡
るスロット内の多数のコイルから成る。小型のモータで
は、コイルの数は６個程度であり得る一方、大型のモー
タでは、３００個にもなり得る。コイルは全て直列で接
続され、各接合部はコミュテーターバーに接続される。
電流が正のブラシに入る場合、コイル電流は示される方
向を有する。磁極の下の全てのコイルが、トルクの発生
に寄与する。

【００５３】自動車のファンに用いられるような、通常
の小型のＤＣモータは、フェライト永久磁石材料から成
る２つの磁極を含む。例えば、自動車の始動モータのよ
うに、より高いトルクが必要とされる場合、ネオジミウ
ム−鉄−ボロン等のより強力な磁石が用いられ得る。こ
のモータの端子が、バッテリ等の一定の直流電圧源に接
続される場合、初期電流は、電機子巻線およびブラシの
抵抗によってのみ制限される。この電流と界磁の相互作
用により発生するトルクが、回転子を加速する。電圧
は、巻線内で速度と比例して生成される。この電圧は、
ソースの電圧とは対立するので、電流およびトルクを低
減する。機械的な負荷が無いので、発生された電圧は、
ソース電圧とほぼ等しい値にまで上がり、摩擦トルクに
備える程度の電流を許容する。負荷トルクの適用によ
り、回転子が減速して、発生された電圧が下がり、電流
が増加し、負荷トルクと整合するトルクを発生する。

【００５４】より大きなモータでは、電機子巻線の抵抗
が低すぎて、始動時の電流を、コミュテーターが切り換
えることができる値に制限できない。このモータは、通
常、電機子電源に直列に接続される抵抗で始動される。
この抵抗は、通常、速度が増すにつれて、段階を追って
低減される。

【００５５】永久磁石コミュテーターモータには、定電
圧電源に装着されたときに、速度制御を提供しないタイ
プのものもある。速度調節が所望される場合、永久磁界
は、界磁コイルを備えた鉄製の磁極と置き換えることが
可能である。このコイルは、電機子と同じ電源から、ま
たは別の電源から、電流を供給されることが可能であ
る。界磁電流を調節するために、可変直列レジスタを用
いることが可能である。最大の界磁電流、よって、最大
の磁束の状態で、生成された電圧は、無負荷速度の最小
値の電源電圧と等しくなる。負荷が加えられると、速度
が幾分減速され、電機子電流が増加して、必要なトルク
を発生する。界磁電流が低減される場合、モータは、同
じ電圧を生成するためには、低減された磁束を介して、
より速く回転しなければならない。無負荷速度は増加す
る。所与の速度の電機子電流に対して、低減された磁束
のために、利用可能なトルクが低減される。しかしなが
ら、モータは、同じ機械動力を、より速い速度およびよ
り低いトルクで提供することができる。

【００５６】界磁電流を調節できるコミュテーターモー
タは、分巻モータ（ｓｈｕｎｔｍｏｔｏｒ）、または
励磁モータとして公知である。通常、有効速度範囲は２
対１よりも小さいが、特殊なモータは、１０対１までの
速度範囲を提供することができる。

【００５７】コミュテーターモータの別の形式は、比較
的にターンが少ない界磁コイルが電機子と同じだけの電
流を伝える、直列モータである。電流値が高いので、磁
束が高く、トルクを高くし、且つ速度を低くする。電流
が低減されると、トルクが低減されて、速度が増す。従
来において、このようなモータは、地下鉄の電車、およ
びフォークリフトトラック等の電気運搬用車両において
広く用いられていた。

【００５８】大型のＤＣモータは、通常、固定子継鉄内
の必要とされる鉄の厚さを減らすため、および電機子コ
イルの端接続の長さを短縮するために、４個以上の磁極
を有する。このモータはまた、主磁極の間に配置され
る、さらなる小型の磁極、または補極を有し得、そして
電源電流を備えるコイルを有し得る。この磁極は、コミ
ュテーターによってショートされるときに、各電機子コ
イル内で低い電圧を生成するように配置される。これに
より、コイル内で電流が素早く反転し、コミュテーター
のスパーキング（ｓｐａｒｋｉｎｇ）を防ぐ。

【００５９】ＤＣコミュテーターモータは、製鋼所、製
紙工場、ロボット、および速度、または速度の反転（ｓ
ｐｅｅｄｒｅｖｅｒｓａｌ）、もしくはその両方の正
確な制御が必要とされる工作機械において、広範囲に用
いられてきた。界磁は、通常は、一定の磁界電流を備え
た個別の電圧源から、または永久磁石から供給される。
電機子は、制御可能な電圧源から供給される。そして、
速度は、ソース電圧にほぼ比例する。制御された速度で
の電機子供給電圧の反転により、モータが反転させられ
る。

【００６０】（交流電流コミュテーターモータ）特別に
設計された直列コミュテーターモータが、単相の交流電
圧電源から作動され得る。電源電流が反転すると、磁界
および電機子電流の両方が反転される。よって、トルク
は同じ方向のままである。このモータは、しばしば、直
流電圧電源または６０ヘルツの交流電圧電源のいずれか
とともに用いられ得るため、交直両用モータと呼ばれ
る。このモータは、ミキサー、携帯用工具、および掃除
機等の小型の家庭用機器で広く用いられる。

【００６１】

【発明が解決しようとする課題】始動電流制限には有効
なものもあるが、特には柔軟ではない。それゆえ、この
分野において、電気モータへの始動電流を調節するため
の新たな方法が必要とされている。一意的、且つ多目的
に用いられる装置および方法を提供することにより、電
気モータの始動電流を調節することが本発明の１つの目
的である。

【００６２】

【課題を解決するための手段】本発明は、回路、または
電機モータ等のデバイスに流れる電流量を調節するか、
あるいは逆に制限するために用いられる、プロセッサお
よびメモリを提供することによって、従来技術に固有の
問題を解決する。本発明の好適な実施形態において、予
めロードされた電流値のシーケンスを備えた、１次元テ
ーブルを含む。テーブルから所望の電流値を読み出すた
めに、内部クロックまたは周辺機器が提供するシステム
時間が、１次元テーブルのインデックスとして用いられ
る。電流値は、次いで、その電流値の電流を制限するた
めに、当該回路に適用される。

【００６３】本発明の別の実施形態において、メモリ内
の２次元テーブルには、（１つの「列」に）時間値およ
び（別の「列」に）電流値のシーケンスが予めロードさ
れる。パワーアップ状態の始動時に、プロセッサはクロ
ックから時間入力を受信する。１つの実施形態におい
て、クロックは、集積回路チップ内のマイクロプロセッ
サに設けられている。別の実施形態において、システム
クロックが、プロセッサに時間値を入力するために用い
られる。いずれの場合においても、プロセッサはクロッ
クの時間値、および２次元アレイ内のデータを用いて、
電流制限値を判定するか、そうでなければ計算する。回
路に入って行く電流を制限するために、電流制限値は、
次いで、プロセッサによって、ＦＥＴスイッチ（Ｄ
Ｃ）、またはトライアック（ｔｒｉａｃ）制御器（Ａ
Ｃ）等の電流リミッターに適用される。クロックから新
たな時間値を得て、対応する新たな電流制限を適応する
処理は、通常、定常状態の電流値が得られるまで繰り返
される。本発明は、電気モータへの始動電流の制限に特
によく適しているが、他の用途にも有効である。

【００６４】１つの実施形態において、電流値を読み出
して、電流リミッターに適用するために、クロックの時
間値が、最も近い離散時間値（ｃｌｏｓｅｓｔｄｉｓ
ｃｒｅｔｅｔｉｍｅｖａｌｕｅ）（上か下の値）に
切り上げ又は切り下げされ、テーブルへのオフセットと
して用いられる。

【００６５】別の実施形態において、特定のクロック時
間値に対する電流値を計算するために、クロック時間値
が補間手順で用いられる。この補間手順は、線形、曲線
フィット（ｃｕｒｖｅｆｉｔ）、スプラインフィッ
ト、または当業者に公知の任意の他の補間手順であり得
る。予め定義された２次元テーブルを用いることによっ
て、プロセッサの反応性が大きく増加し、これは、ＲＬ
またはＲＣ回路の一次過渡的応答で典型的な対数値の計
算で再現される。本発明とは異なり、従来技術の解決策
のリアルタイムの対数計算は、広範囲のコーディング、
および対応する低減された反応性および性能を有する、
相当な処理力を必要とした。

【００６６】本発明の回路への電流を制御するデータプ
ロセッサ制御システムは、該回路への該電流を調節する
ように構築構成された電流リミッタと；時間インジケー
タを提供するように構築構成されたクロックと；２次元
テーブルの値を格納するように構築構成されたメモリで
あって、該テーブルは、時間値を含む第１の次元および
電流値を含む第２の次元を有する、メモリと；該電流リ
ミッタを制御するように構築構成されたプロセッサであ
って、該プロセッサはさらに、該メモリ内の該２次元テ
ーブルにアクセスし、該クロックから該時間インジケー
タを受け取るように構築構成された、プロセッサと；
を備えており、該プロセッサは、該クロックから受け取
られた該時間インジケータの関数として制限電流値を該
２次元テーブルからルックアップし、該制限電流値を該
電流リミッタに適用することにより、該回路への入力電
流を制限する。

【００６７】前記２次元テーブルは、外部ソースからプ
リロードされてもよい。

【００６８】前記２次元テーブルは前記プロセッサから
プリロードされてもよい。

【００６９】前記電流リミッタは電界効果トランジスタ
スイッチであってもよい。

【００７０】前記電流リミッタはパストランジスタであ
ってもよい。

【００７１】前記電流リミッタはトライアックコントロ
ーラであってもよい。

【００７２】本発明の回路への電流を制御する方法は、
（ａ）回路へ電流を印加するための信号を受け取る工程
と；（ｂ）クロックから時間値を受け取る工程と；
（ｃ）プロセッサおよび該クロックから受け取られた該
時間値を用いて、メモリ内の２次元テーブルから電流値
を決定する工程と；（ｄ）該電流値に従って、該回路へ
の該電流を制限する工程と；を包含する。

【００７３】前記決定する工程は、以下の工程を包含す
る、（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値
を該２次元テーブル中の離散時間値に切り上げまたは切
り下げすることにより、切り上げまたは切り下げされた
時間値を作成する工程；および（ｃ２）該２次元テーブ
ル中で該切り上げまたは切り下げされた時間値をルック
アップし、対応する電流値を返す工程。

【００７４】前記決定する工程は、以下の工程を包含す
る、（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値
を２つの隣接する時間値および前記２次元テーブルから
得られた対応する電流値とともに用いて、電流値を、前
記プロセッサによって線形補間する工程；および（ｃ
２）該補間された電流値を返す工程。

【００７５】前記決定する工程は、以下の工程を包含す
る、（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値
を２つの隣接する時間値および前記２次元テーブルから
得られた対応する電流値とともに用いて、電流値を、前
記プロセッサによって曲線フィット補間する工程；およ
び（ｃ２）該補間された電流値を返す工程。

【００７６】本発明の回路への電流を制御する方法であ
って、（ａ）回路へ特定の電流を印加するための信号を
受け取る工程と；（ｂ）クロックから時間値を受け取る
工程と；（ｃ）プロセッサおよび該クロックから受け取
られた該時間値を用いて、メモリ内の３次元以上のテー
ブルから電流値を決定する工程と；（ｄ）該電流値に従
って、該回路への該電流を制限する工程と；を包含す
る。

【００７７】前記決定する工程は、以下の工程を包含す
る、（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値
を該３次元以上のテーブル中の離散時間値に切り上げま
たは切り下げすることにより、切り上げまたは切り下げ
された時間値を作成する工程；および（ｃ２）該３次元
以上のテーブルの予め選択されたコラム中で該切り上げ
または切り下げされた時間値をルックアップし、対応す
る電流値を返す工程。

【００７８】前記決定する工程は、以下の工程を包含す
る、（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値
を２つの隣接する時間値および前記３次元以上のテーブ
ルの予め選択されたコラムから得られた対応する電流値
とともに用いて、電流値を、前記プロセッサによって線
形補間する工程；および（ｃ２）該補間された電流値を
返す工程。

【００７９】前記決定する工程は、以下の工程を包含す
る、（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値
を２つの隣接する時間値および前記３次元以上のテーブ
ルの予め選択されたコラムから得られた対応する電流値
とともに用いて、電流値を、前記プロセッサによって曲
線フィット補間する工程；および（ｃ２）該補間された
電流値を返す工程。

【００８０】本発明の回路への電流を制御するデータプ
ロセッサ制御システムは、該回路への該電流を調節する
ように構築構成された電流リミッタと；時間インジケー
タを提供するように構築構成されたクロックと；テーブ
ルの値を格納するように構築構成されたメモリであっ
て、該テーブルは、時間値を含む少なくとも２つの次元
および電流値を含む少なくとも２つの次元を有する、メ
モリと；該電流リミッタを制御するように構築構成され
たプロセッサであって、該プロセッサはさらに、該メモ
リ内の該テーブルにアクセスし、該クロックから該時間
インジケータを受け取るように構築構成された、プロセ
ッサと；を備えており、該プロセッサは、該テーブル
から、該クロックから受け取られた該時間インジケータ
の関数として制限電流値をルックアップし、該制限電流
値を該電流リミッタに適用することにより、該回路への
入力電流を制限する。

【００８１】前記テーブルは、外部ソースからプリロー
ドされたアレイである３つ以上の次元を有してもよい。

【００８２】前記テーブルは、前記プロセッサからの予
め演算されたアレイである３つ以上の次元を有してもよ
い。

【００８３】前記電流リミッタは電界効果トランジスタ
スイッチであってもよい。

【００８４】前記電流リミッタはパストランジスタであ
ってもよい。

【００８５】前記電流リミッタはトライアックコントロ
ーラであってもよい。

【００８６】本発明の回路への電流を制御するデータプ
ロセッサ制御システムは、該回路への該電流を調節する
ように構築構成された電流リミッタと；該プロセッサへ
時間インジケータを提供するように構築構成されたクロ
ックと；テーブルの値を格納するように構築構成された
メモリであって、該テーブルは、時間値を含む第１の次
元および電流制限値を含む少なくとも２つの追加的な次
元を有する、メモリと；該電流リミッタを制御するよう
に構築構成されたプロセッサであって、該プロセッサは
さらに、該メモリ内の該テーブルにアクセスし、該クロ
ックから該時間インジケータを受け取るように構築構成
された、プロセッサと；を備えており、該プロセッサ
は、該テーブルから、該クロックから受け取られた該時
間インジケータの関数として制限電流値をルックアップ
し、該制限電流値を該電流リミッタに適用することによ
り、該回路への入力電流を制限する。

【００８７】前記多次元テーブルは、外部ソースからプ
リロードされてもよい。

【００８８】前記多次元テーブルは前記プロセッサから
プリロードされてもよい。

【００８９】前記電流リミッタは電界効果トランジスタ
スイッチであってもよい。

【００９０】前記電流リミッタはパストランジスタであ
ってもよい。

【００９１】前記電流リミッタはトライアックコントロ
ーラであってもよい。

【００９２】本発明の回路への電流を制御するデータプ
ロセッサ制御システムは、該回路への該電流を調節する
ように構築構成された電流リミッタと；該プロセッサへ
時間インジケータを提供するように構築構成されたクロ
ックと；テーブルの値を格納するように構築構成された
メモリであって、該テーブルは、時間値を含む少なくと
も２つの次元および電流値を含む少なくとも１つの次元
を有する、メモリと；該電流リミッタを制御するように
構築構成されたプロセッサであって、該プロセッサはさ
らに、該メモリ内の該テーブルにアクセスし、該クロッ
クから該時間インジケータを受け取るように構築構成さ
れた、プロセッサと；を備えており、該プロセッサは、
該クロックから受け取られた該時間インジケータの関数
として制限電流値を該テーブルからルックアップし、該
制限電流値を該電流リミッタに適用することにより、該
回路への入力電流を制限する。

【００９３】前記多次元テーブルは、外部ソースからプ
リロードされてもよい。

【００９４】前記多次元テーブルは前記プロセッサから
プリロードされてもよい。

【００９５】前記電流リミッタは電界効果トランジスタ
スイッチであってもよい。

【００９６】前記電流リミッタはパストランジスタであ
ってもよい。

【００９７】前記電流リミッタはトライアックコントロ
ーラであってもよい。

【００９８】前記メモリは不揮発性メモリであってもよ
い。

【００９９】本発明の回路への電流を制御するデータプ
ロセッサ制御システムは、該回路への該電流を調節する
ように構築構成された電流リミッタと；時間インデック
スと；電流値の１次元テーブルを格納するように構築構
成されたメモリと；該電流リミッタを制御するように構
築構成されたプロセッサであって、該プロセッサはさら
に、該メモリ内の該１次元テーブルにアクセスするよう
に構築構成された、プロセッサと；を備えており、該
プロセッサは、該時間インデックスを用いて、該１次元
テーブルから制限電流値をルックアップし、該制限電流
値を該電流リミッタに適用することにより、該回路への
入力電流を制限する。

【０１００】前記１次元テーブルは、外部ソースからプ
リロードされてもよい。

【０１０１】前記１次元テーブルは前記プロセッサから
プリロードされてもよい。

【０１０２】前記電流リミッタは電界効果トランジスタ
スイッチであってもよい。

【０１０３】前記電流リミッタはパストランジスタであ
ってもよい。

【０１０４】前記電流リミッタはトライアックコントロ
ーラであってもよい。

【０１０５】前記制御システムはさらに遅延器を備え、
該遅延器は、該回路への該電流のランプレートを制御す
るために前記時間インデックスとともに用いられてもよ
い。

【０１０６】本発明の回路への電流を制御する方法は、
（ａ）時間インデックスをゼロに設定する工程と；
（ｂ）該時間インデックスが、メモリ内に格納された１
次元テーブルのサイズ未満であるか否かをチェックする
工程と；（ｃ）該時間インデックスが該１次元テーブル
のサイズ未満でなければ、電流値をフルオンに設定し、
その他の場合には、前記時間インデックスをオフセット
として用いて該１次元テーブルから該電流値をルックア
ップする工程と；（ｄ）該電流値に従って、該回路への
該電流を制限する工程と；（ｅ）該時間インデックスを
インクリメントする工程と；（ｆ）工程（ｂ）を繰り返
す工程と；を包含する。

【０１０７】

【発明の実施の形態】他のおよびさらなる目的、特徴お
よび利点が、開示の目的のために提供され、且つ添付の
図面と関連してなされる、本発明の現在において好適な
実施形態の下記の説明より明白となる。

【０１０８】本発明は、直流（ＤＣ）および交流（Ａ
Ｃ）回路の両方に適用できる。本発明は、例えば、電気
モータへの始動電流の制限に特に適している。

【０１０９】次に、図面を参照して、図１は、一般に、
以下の等式に従って作動する、ＲＣ（レジスタ／キャパ
シタ）回路の、通常に所望される応答を示す。

【０１１０】

【数１】ここで、Ｉが電流を示し、ｔが時間のインスタンス（ｉ
ｎｓｔａｎｃｅｉｎｔｉｍｅ）であり、ｒが抵抗であ
り、ｃが当該回路のキャパシタンスである。

【０１１１】従来技術において、始動信号と定常値の間
の任意の時間の所与のインスタンスでの制限電流値が、
プロセッサによって計算されていた。この計算には、広
範囲のコーディング、および、その結果、相当な数のプ
ロセッサ動作サイクルが必要とされた。実際には、非常
に大きなプロセッサ能力を必要としたので、より速く、
且つより高価なプロセッサが必要とされた。リアルタイ
ムで等式を計算する代わりに、本発明は、０と２５５の
時間値の間の等式を表わす、予め計算されたテーブルを
生成することを必要とする。これは、しばしば、それぞ
れ０および１００に正規化される。時間を１００％に変
えるためにＲＣを変更する代わりに、本発明では、テー
ブルを調べる（ｓｔｅｐｐｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）速度
が始動の動作を変える。それゆえ、本発明は、リアルタ
イムの計算を必要とした従来技術のデバイスで用いたも
のよりも、よりも性能が低いマイクロプロセッサを用い
ることを可能にする。

【０１１２】図２は、本発明の実施における一般的な配
置を示す。回路１０は、クロック２２に接続されるマイ
クロプロセッサシステム２０を備える。本発明の別の実
施形態において、クロック２２は、マイクロプロセッサ
システム２０に組み込むことが可能である。電源２８
は、入力線３０および３２を介して、回路１０に電力を
提供する。回路１０は、メインの負荷（この場合は、モ
ータ１８）を、回路のそれ以外の部分と接続する出力線
４０および４２を備える。電流リミッター２６が、モー
タ１８に印加される電流を制限するために用いられる。
電流リミッター２６は、マイクロプロセッサシステム２
０により制御される。電圧調整器２３は、システム電圧
を、マイクロプロセッサシステム２０に適切なレベルに
変換する。電圧調整器２３と、マイクロプロセッサシス
テム２０との間にある制御線２４は、マイクロプロセッ
サシステム２０を作動させるために用いられる。

【０１１３】マイクロプロセッサ２０の具体的な素子を
図４に示す。図４に示すとおり、マイクロプロセッサ
は、プロセッサ２１およびメモリ２３から成る。図２と
同様に、クロック２２は、マイクロプロセッサシステム
２０、特には、プロセッサ２１に接続される。プロセッ
サ２１はまた、（図２に示す）電流リミッター２６に接
続される電流リミッター信号線２７はもちろん、（図２
の）制御線２４からの入力線２５にも接続される。

【０１１４】本発明の好適な実施形態において、図４の
メモリ２３は、１次元テーブルを含む。図８は、電流値
のシーケンス８０２を含む１次元テーブル８００を示
す。時間値は、電流値８０２のシーケンスから推論され
る。図２の電流リミッター２６に印加される、テーブル
からの特定の電流値８０２に戻るために、クロック２２
から得られた時間値が、メモリ２３内の１次元テーブル
へのオフセットとして用いられる。

【０１１５】図７は、本発明の好適な実施形態の動作を
示す。図７を参照して、この処理はステップ７００で開
始する。時間インデックスは、クロックからのインパル
スまたは信号で、ゼロ（０）に設定される（ステップ７
０２）。クロック入力信号は必要とされないが、クロッ
クおよび時間インデックスが、なんらかの方法で、同期
することが、好適な実施形態の範囲内で予想される。次
に、ステップ７０４で、時間インデックスの値が、テー
ブルのサイズと比較される。時間インデックスが、１次
元テーブル内の電流値エントリーの数よりも大きい場
合、電流値はフルオン（ｆｕｌｌｏｎ）に設定され
（ステップ７１２）、動作が終了する（ステップ７１
４）。それ以外の場合は、実行はステップ７０６に進
み、ここでは、１次元テーブルからの対応する電流値を
ルックアップするために、時間インデックスがオフセッ
トとして用いられる。次いで、ルックアップ電流値は、
回路に適用される。次に、１サイクルの遅延が生じる
（ステップ７０８）。この遅延サイクルは、当業者に公
知の設計の単純な回路、またはソフトウェアで実現する
ことができる。その後、時間インデックスがステップ７
１０でインクリメントされる。遅延（ステップ７０８）
と同じく、時間インデックスのインクリメントの設計
は、単純な回路、またはソフトウェアで実現することが
可能である。さらに、当業者は、１次元テーブルの電流
値のシーケンスが反転される得ること、およびステップ
７１０が、同じ結果を得るために、デクリメントステッ
プとなり得ることを理解できる。ステップ７１０が完了
すると、実行は、次いで、さらなる処理のために、折り
返してステップ７０４に戻る。（時間インデックス）イ
ンクリメント値、および遅延時間（ステップ７０８）が
ともに、当該回路に接続されるモータまたは他のデバイ
スのランプ速度を制御することに留意されたい。

【０１１６】本発明の別の実施形態において、図４のメ
モリ２３は、２次元テーブルを含む。２次元テーブルの
第１の次元（列）が時間値を含み、第２の次元（列）は
対応する電流制限値を含む。表１は、本発明の好適な実
施形態に基づく、典型的な２次元テーブルを示す。詳細
には、左側の列が時間値を含み、右側の列が、当該回路
１０の所望の電流制限動作を示す、時間対電流フォーマ
ット内で隣接する時間値に対応する電流値を含む。

【０１１７】

【表１】当業者は、表１に示すテーブルが、プロセッサ２１によ
ってメモリ２３内に記憶される２次元データのアクセス
および読み出しを容易にする、広範な種々の様式で、メ
モリ２３内に記憶され得ることを理解する。例えば、２
次元アレイは、一連のスタック、バッファ、レジスタ、
または他の公知のデータシーケンス記憶方法で記憶され
得る。本発明の動作は、いずれの特定のタイプの記憶機
構にも依存しない。本発明は、２次元アレイを構成する
データが、適時に、プロセッサ２１によってアクセス可
能であることのみを必要とする。

【０１１８】図４のメモリ２３はまた、２より多い次元
を有する（すなわちｎ次元の）テーブルを含み得る。次
元（コラム）のうち少なくとも１つは時間値を保持し、
一方残りの次元は、対応する電流制限値を含む。各次元
は、プリロードされた電流制限値または時間値のいずれ
かの、異なる組を保持している。プロセッサ２１は、任
意の特定の時間において回路１０に適用される特定の電
流値を決定するため、電流制限値または時間値のいずれ
か組のうちいずれをも選択し得る。表２にｎ次元テーブ
ルの一例を示す。

【０１１９】

【表２】多次元テーブルの有用性は、電流制限値コラムのうちの
１つを予め選択しておくことによって特定のソフトスタ
ート挙動を提供することができる点である。他の状況に
おいては、他の電流制限値コラムのうちの１つを選択す
ることによって、別のスタート挙動を回路に提供するこ
とができる。特定の電流制限値コラムの予めなされる選
択は、永久的なものであっても、ソフトウェアによって
可能にされてもよく、あるいはユーザによって操作され
るスイッチによって実現されてもよい。複数の時間およ
び／または電流制限値コラムより、幅広いスタート挙動
が回路に対して提供される。本発明の別の実施形態にお
いて、一連の電流制限値が不揮発性メモリであるメモリ
２３に、プリロードされる。

【０１２０】表１および表２に示すプリロードされるテ
ーブルの代替案として、プロセッサ２１は、メモリ２３
内のプリロードされた抵抗および容量からテーブルを生
成し得る。テーブルが生成されると、計算された値がメ
モリ２３に格納されて、後に検索される。この場合、後
のソフトスタートのための等式のリアルタイム計算は要
しない。図５は、プロセッサ２１がテーブルを発生する
前のメモリ割り当てを示す。容量レジスタ２３４および
抵抗２３６は、プリロードされた値を保持する。オフセ
ットレジスタ２３０は、メモリ２３内に含まれるテーブ
ル中のタイミングおよび電流値に対するポインタとして
機能する。残りのレジスタ２３８および２４０は最初、
各時間値および電流制限値が計算されるかロードされる
までは空（エンプティ）である。図６は、テーブル生成
後のメモリ割り当てを示す。レジスタ２３８は、生成さ
れた時間値で満たされている。レジスタ２４０は、電流
制限値で満たされる。この結果、回路のソフトスタート
のための予め計算された時間値および電流値を含むテー
ブルが作成される。

【０１２１】電源２８がＡＣ電源の場合、電流リミッタ
２６は、トライアックコントローラまたは同様あるいは
同等なＡＣ電流リミッタであり得る。電源２８がＤＣ電
源の場合は、電流リミッタ２６はＦＥＴスイッチ（パワ
ーＦＥＴ）か、別のタイプのパストランジスタか、また
は同様あるいは同等なＤＣ電流リミッタであり得る。電
流リミッタの具体的なタイプは、本発明の機能にとって
は重要でない。本発明の電流リミッタは、マイクロプロ
セッサシステム２０のメモリ２３内に含まれる電流挙動
に従って回路１０への電流入力を制限する能力を有す
る、任意の電流リミッタであり得る。

【０１２２】本発明の方法を図３のフローチャートに示
す。図３に示すように、プロセスはステップ１００から
開始する。ステップ１０２において、回路を活性化する
（例えばモーターを始動する）信号が受け取られる。こ
れは通常、制御線２４を閉じることによって実現される
（図２を参照）。次にステップ１０４において、マイク
ロプロセッサシステム２０はクロック２２から時間値を
受け取る。時間値が受け取られた後、２次元テーブルに
アクセスして関連するデータを検索することにより、ク
ロック２２により指定された時間のインスタンスに対す
る電流制限を決定する。本発明は、電流リミッタ２６に
与えられるべき電流制限値を決定するかあるいは計算す
るために、幅広いアルゴリズムを用いることができる。
本発明の好適な実施形態において、クロック２２から受
け取られた時間値は、２次元テーブルの第１の次元中の
最も近い特定の時間値に対応する離散時間値に、切り上
げまたは切り下げされる（ステップ１０６および１１
４）。別の実施形態において、（２次元テーブルの第１
の次元から）時間値を検索し、対応する２つの電流値を
検索して以下の等式を適用することにより、線形補間さ
れた電流制限が計算される：

【０１２３】

【数２】上式において、ｔ₁およびｔ₂は２次元テーブルの第１の
次元中の、クロック２２から受け取った時間値ｔに最も
近い２つの時間値に対応し、ｉ₁およびｉ₂はそれぞれ、
２次元テーブル中のｔ₁およびｔ₂に対応する電流値であ
る。これにより、返し値としての電流制限Ｉ_Lが計算さ
れる。

【０１２４】あるいは、例えばスプラインフィット補
間、Ａｉｔｋｅｎ補間、Ｂｅｓｓｅｌの補間式、Ｅｖｅ
ｒｅｔｔ補間、外挿、差分法、Ｇａｕｓｓの補間式、Ｈ
ｅｒｅｍｉｔｅ補間、Ｌａｇｒａｎｇｅ補間多項式、Ｎ
ｅｗｔｏｎ−Ｃｏｔｅｓ式、Ｎｅｗｔｏｎの差分商補間
式、接触補間、Ｔｈｉｅｌｅの補間式などの曲線フィッ
ト補間、あるいは当該分野において公知のその他の補間
アルゴリズムを、本発明とともに用い得る（ステップ１
１０）。

【０１２５】すべての場合において、電流制限が返され
ると、図３のステップ１１６において、その返された制
限はプロセッサ２０により電流リミッタ２６に適用され
る。ステップ１１８において、クロック２２によって受
け取られた現時間値が、メモリ２３内に含まれた２次元
テーブル中の定常状態時間値に対応するか否か、すなわ
ちクロック値が２次元テーブル中の最終（最高）時間値
に対応するか否かについて判定し、チェックがなされ
る。もし対応していれば、ステップ１２０においてプロ
セスは終了する。もし対応していなければ、新しい時間
値がクロック２２から受け取られ、図３に示すステップ
１０４から始まり動作が繰り返される。

【０１２６】従って、本発明は、目的を実現し、また上
述の目的および利点の両方を達成し、かつその他固有の
恩恵を達成するように構成されている。本発明を特に好
適な実施形態について図示、説明および定義したが、そ
のような参照は発明に対する限定を意味するものではな
く、そのような限定は類推されるべきではない。当該分
野の当業者に想起されるように、本発明には、形態およ
び／または機能に関して多くの改変、交換、変更、およ
び均等物が可能である。図示および説明した発明の好適
な実施形態は例示目的のみであり、本発明の範囲がこれ
に尽きるわけではない。従って、本発明は、付属の請求
項の趣旨および範囲によってのみ限定され、あらゆる面
においての均等物が認識される。

【０１２７】本発明により、電気回路のための改良され
た電流リミッタは、電流リミッタ、クロック、メモリ、
およびプロセッサを用いる。メモリは、第１の次元に時
間データを有しかつ第２の次元に電流データを有する、
２次元テーブルを含む。制御線が活性化されるとき、プ
ロセッサはクロックから、離散したタイミングイベント
としてタイミングデータを受け取る。各タイミングイベ
ントに対して、プロセッサは２次元テーブルを用いて電
流値をルックアップする。そしてこの電流値は、プロセ
ッサにより、回路への電流を制限する電流リミッタに適
用される。ルックアップシーケンスは、離散（切り上げ
または切り下げ）タイミング値、線形補間、曲線フィッ
ト補間、またはその他の、プロセッサにより処理可能な
補間手法を用い得る。２次元テーブルは外部ソースから
プリロードされてもよく、あるいは、プロセッサが離散
時間値および電流値を計算して、装置の動作前に２次元
テーブルにロードしてもよい。

【０１２８】

【発明の効果】したがって、本発明により、一意的、且
つ多目的に用いられる装置および方法が提供され、電気
モータの始動電流を調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、時間の関数としての電流制限を示すグ
ラフである。

【図２】図２は、本発明の電流制御器の回路図である。

【図３】図３は、本発明の別の実施形態の動作を説明す
るフローチャートである。

【図４】図４は、本発明のコンピュータアーキテクチャ
の概略図である。

【図５】図５は、本発明の別の実施形態のテーブルが生
成される前のメモリ図である。

【図６】図６は、本発明の別の実施形態のテーブルが生
成された後のメモリ図である。

【図７】図７は、本発明の好適な実施形態の動作を説明
するフローチャートである。

【図８】図８は、本発明の好適な実施形態に従って、１
次元テーブルを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路への電流を制御するデータプロセッ
サ制御システムであって、該制御システムは、該回路への該電流を調節するように構築構成された電流
リミッタと；時間インジケータを提供するように構築構
成されたクロックと；２次元テーブルの値を格納するよ
うに構築構成されたメモリであって、該テーブルは、時
間値を含む第１の次元および電流値を含む第２の次元を
有する、メモリと；該電流リミッタを制御するように構
築構成されたプロセッサであって、該プロセッサはさら
に、該メモリ内の該２次元テーブルにアクセスし、該ク
ロックから該時間インジケータを受け取るように構築構
成された、プロセッサと；を備えており、該プロセッサは、該クロックから受け取られた該時間イ
ンジケータの関数として制限電流値を該２次元テーブル
からルックアップし、該制限電流値を該電流リミッタに
適用することにより、該回路への入力電流を制限する、制御システム。
【請求項２】前記２次元テーブルは、外部ソースから
プリロードされる、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】前記２次元テーブルは前記プロセッサか
らプリロードされる、請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】前記電流リミッタは電界効果トランジス
タスイッチである、請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】前記電流リミッタはパストランジスタで
ある、請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】前記電流リミッタはトライアックコント
ローラである、請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】回路への電流を制御する方法であって、（ａ）回路へ電流を印加するための信号を受け取る工程
と；（ｂ）クロックから時間値を受け取る工程と；（ｃ）プロセッサおよび該クロックから受け取られた該
時間値を用いて、メモリ内の２次元テーブルから電流値
を決定する工程と；（ｄ）該電流値に従って、該回路への該電流を制限する
工程と；を包含する、方法。
【請求項８】前記決定する工程は、以下の工程を包含
する、請求項７に記載の方法：（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値を該
２次元テーブル中の離散時間値に切り上げまたは切り下
げすることにより、切り上げまたは切り下げされた時間
値を作成する工程；および（ｃ２）該２次元テーブル中で該切り上げまたは切り下
げされた時間値をルックアップし、対応する電流値を返
す工程。
【請求項９】前記決定する工程は、以下の工程を包含
する、請求項７に記載の方法：（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値を２
つの隣接する時間値および前記２次元テーブルから得ら
れた対応する電流値とともに用いて、電流値を、前記プ
ロセッサによって線形補間する工程；および（ｃ２）該補間された電流値を返す工程。
【請求項１０】前記決定する工程は、以下の工程を包
含する、請求項７に記載の方法：（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値を２
つの隣接する時間値および前記２次元テーブルから得ら
れた対応する電流値とともに用いて、電流値を、前記プ
ロセッサによって曲線フィット補間する工程；および（ｃ２）該補間された電流値を返す工程。
【請求項１１】回路への電流を制御する方法であっ
て、（ａ）回路へ特定の電流を印加するための信号を受け取
る工程と；（ｂ）クロックから時間値を受け取る工程と；（ｃ）プロセッサおよび該クロックから受け取られた該
時間値を用いて、メモリ内の３次元以上のテーブルから
電流値を決定する工程と；（ｄ）該電流値に従って、該回路への該電流を制限する
工程と；を包含する、方法。
【請求項１２】前記決定する工程は、以下の工程を包
含する、請求項１１に記載の方法：（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値を該
３次元以上のテーブル中の離散時間値に切り上げまたは
切り下げすることにより、切り上げまたは切り下げされ
た時間値を作成する工程；および（ｃ２）該３次元以上のテーブルの予め選択されたコラ
ム中で該切り上げまたは切り下げされた時間値をルック
アップし、対応する電流値を返す工程。
【請求項１３】前記決定する工程は、以下の工程を包
含する、請求項１１に記載の方法：（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値を２
つの隣接する時間値および前記３次元以上のテーブルの
予め選択されたコラムから得られた対応する電流値とと
もに用いて、電流値を、前記プロセッサによって線形補
間する工程；および（ｃ２）該補間された電流値を返す工程。
【請求項１４】前記決定する工程は、以下の工程を包
含する、請求項１１に記載の方法：（ｃ１）前記クロックから受け取られた前記時間値を２
つの隣接する時間値および前記３次元以上のテーブルの
予め選択されたコラムから得られた対応する電流値とと
もに用いて、電流値を、前記プロセッサによって曲線フ
ィット補間する工程；および（ｃ２）該補間された電流値を返す工程。
【請求項１５】回路への電流を制御するデータプロセ
ッサ制御システムであって、該制御システムは、該回路への該電流を調節するように構築構成された電流
リミッタと；時間インジケータを提供するように構築構
成されたクロックと；テーブルの値を格納するように構
築構成されたメモリであって、該テーブルは、時間値を
含む少なくとも２つの次元および電流値を含む少なくと
も２つの次元を有する、メモリと；該電流リミッタを制
御するように構築構成されたプロセッサであって、該プ
ロセッサはさらに、該メモリ内の該テーブルにアクセス
し、該クロックから該時間インジケータを受け取るよう
に構築構成された、プロセッサと；を備えており、該プロセッサは、該テーブルから、該クロックから受け
取られた該時間インジケータの関数として制限電流値を
ルックアップし、該制限電流値を該電流リミッタに適用
することにより、該回路への入力電流を制限する、制御システム。
【請求項１６】前記テーブルは、外部ソースからプリ
ロードされたアレイである３つ以上の次元を有する、請
求項１５に記載の制御システム。
【請求項１７】前記テーブルは、前記プロセッサから
の予め演算されたアレイである３つ以上の次元を有す
る、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１８】前記電流リミッタは電界効果トランジ
スタスイッチである、請求項１５に記載の制御システ
ム。
【請求項１９】前記電流リミッタはパストランジスタ
である、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項２０】前記電流リミッタはトライアックコン
トローラである、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項２１】回路への電流を制御するデータプロセ
ッサ制御システムであって、該制御システムは、該回路への該電流を調節するように構築構成された電流
リミッタと；該プロセッサへ時間インジケータを提供す
るように構築構成されたクロックと；テーブルの値を格
納するように構築構成されたメモリであって、該テーブ
ルは、時間値を含む第１の次元および電流制限値を含む
少なくとも２つの追加的な次元を有する、メモリと；該
電流リミッタを制御するように構築構成されたプロセッ
サであって、該プロセッサはさらに、該メモリ内の該テ
ーブルにアクセスし、該クロックから該時間インジケー
タを受け取るように構築構成された、プロセッサと；を
備えており、該プロセッサは、該テーブルから、該クロックから受け
取られた該時間インジケータの関数として制限電流値を
ルックアップし、該制限電流値を該電流リミッタに適用
することにより、該回路への入力電流を制限する、制御システム。
【請求項２２】前記多次元テーブルは、外部ソースか
らプリロードされる、請求項２１に記載の制御システ
ム。
【請求項２３】前記多次元テーブルは前記プロセッサ
からプリロードされる、請求項２１に記載の制御システ
ム。
【請求項２４】前記電流リミッタは電界効果トランジ
スタスイッチである、請求項２１に記載の制御システ
ム。
【請求項２５】前記電流リミッタはパストランジスタ
である、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２６】前記電流リミッタはトライアックコン
トローラである、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２７】回路への電流を制御するデータプロセ
ッサ制御システムであって、該制御システムは、該回路への該電流を調節するように構築構成された電流
リミッタと；該プロセッサへ時間インジケータを提供す
るように構築構成されたクロックと；テーブルの値を格
納するように構築構成されたメモリであって、該テーブ
ルは、時間値を含む少なくとも２つの次元および電流値
を含む少なくとも１つの次元を有する、メモリと；該電
流リミッタを制御するように構築構成されたプロセッサ
であって、該プロセッサはさらに、該メモリ内の該テー
ブルにアクセスし、該クロックから該時間インジケータ
を受け取るように構築構成された、プロセッサと；を備
えており、該プロセッサは、該クロックから受け取られた該時間イ
ンジケータの関数として制限電流値を該テーブルからル
ックアップし、該制限電流値を該電流リミッタに適用す
ることにより、該回路への入力電流を制限する、制御システム。
【請求項２８】前記多次元テーブルは、外部ソースか
らプリロードされる、請求項２７に記載の制御システ
ム。
【請求項２９】前記多次元テーブルは前記プロセッサ
からプリロードされる、請求項２７に記載の制御システ
ム。
【請求項３０】前記電流リミッタは電界効果トランジ
スタスイッチである、請求項２７に記載の制御システ
ム。
【請求項３１】前記電流リミッタはパストランジスタ
である、請求項２７に記載の制御システム。
【請求項３２】前記電流リミッタはトライアックコン
トローラである、請求項２７に記載の制御システム。
【請求項３３】前記メモリは不揮発性メモリである、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項３４】回路への電流を制御するデータプロセ
ッサ制御システムであって、該制御システムは、該回路への該電流を調節するように構築構成された電流
リミッタと；時間インデックスと；電流値の１次元テー
ブルを格納するように構築構成されたメモリと；該電流
リミッタを制御するように構築構成されたプロセッサで
あって、該プロセッサはさらに、該メモリ内の該１次元
テーブルにアクセスするように構築構成された、プロセ
ッサと；を備えており、該プロセッサは、該時間インデックスを用いて、該１次
元テーブルから制限電流値をルックアップし、該制限電
流値を該電流リミッタに適用することにより、該回路へ
の入力電流を制限する、制御システム。
【請求項３５】前記１次元テーブルは、外部ソースか
らプリロードされる、請求項３４に記載の制御システ
ム。
【請求項３６】前記１次元テーブルは前記プロセッサ
からプリロードされる、請求項３４に記載の制御システ
ム。
【請求項３７】前記電流リミッタは電界効果トランジ
スタスイッチである、請求項３４に記載の制御システ
ム。
【請求項３８】前記電流リミッタはパストランジスタ
である、請求項３４に記載の制御システム。
【請求項３９】前記電流リミッタはトライアックコン
トローラである、請求項３４に記載の制御システム。
【請求項４０】前記制御システムはさらに遅延器を備
え、該遅延器は、該回路への該電流のランプレートを制
御するために前記時間インデックスとともに用いられ
る、請求項３４に記載の制御システム。
【請求項４１】回路への電流を制御する方法であっ
て、（ａ）時間インデックスをゼロに設定する工程と；（ｂ）該時間インデックスが、メモリ内に格納された１
次元テーブルのサイズ未満であるか否かをチェックする
工程と；（ｃ）該時間インデックスが該１次元テーブルのサイズ
未満でなければ、電流値をフルオンに設定し、その他の
場合には、前記時間インデックスをオフセットとして用
いて該１次元テーブルから該電流値をルックアップする
工程と；（ｄ）該電流値に従って、該回路への該電流を制限する
工程と；（ｅ）該時間インデックスをインクリメントする工程
と；（ｆ）工程（ｂ）を繰り返す工程と；を包含する、方
法。