JP2017519475A - ブラシレスモータを使用して外部部材を駆動するメカトロニックアセンブリおよび電子部品の簡易アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、制御ユニット（１）およびアクチュエータ（２）を備え、上記制御ユニット（１）はサーボ制御アルゴリズムとパワーブリッジとを備え、上記アルゴリズムは上記パワーブリッジを制御し、上記パワーブリッジは電力信号および方向信号で構成される二線電気信号（６）を出力し、上記アクチュエータ（２）はＮ相を有する多相ブラシレス電気モータ（８）と、上記モータ（８）のロータの位置を検出するバイナリセンサ（１１）と、上記二線電気信号（６）を用いて上記モータ（８）のＮ相に電力を供給できるパワースイッチ（２５）とを備え、上記パワースイッチ（２５）の状態は上記検出センサ（１１）から供給される信号により直接制御されることを特徴とする、部材駆動用メカトロニックアセンブリに関する。

Description

本発明は、多相ブラシレスＤＣ電気（ブラシレスまたはＢＬＤＣ）モータの分野に関する。とりわけ、マイクロプロセッサを使用せず、モータへの２本の電力供給線のみを必要とする、上記モータを制御する方法に関する。

多くのビジネス分野において、メカトロニック駆動システムの必要性が次第に高まっており、その環境も次第に厳しくなっている。自動車分野もそのような分野の一つであり、排出を削減するために他社ブランド製品製造企業（ＯＥＭ）が必要になることから、内燃機関に関連して多くの集合体が提案されている。さらに、自動車の小型化と大量の周辺機能とのため、利用可能な空間はさらに減っている。実際、周辺機能が実行される環境においては、熱的機械的制約（温度、振動、利用可能な空間）が非常に厳しくなっている。

そのため、上記の制約に関して、より耐久性のあるシステムを提供することが重要になっている。ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣ）技術は上記制約を満たすが、制御電子部品の必要性が足かせとなることが多い。電子部品はすぐに、高温でのシステムの寿命を確保する上での障害となってしまう。そのため、最適かつ革新的な解決策を見つける必要がある。

さらに、自動車分野はますます競争が激化しており、多くのメカトロニック機能が、ブラシ付ＤＣモータの技術上の囲い（technological fold）の中に入ってきている。実際、システムコスト上の理由で、しばしばブラシ付ＤＣモータ（ＢＤＣ）の方がブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣ）より好まれる。これは、特に、第一には、制御が簡単なためだが、マイクロプロセッサがないことにより電子部品のコストが低いためでもある。このことは、エンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ）の多くに、単相アクチュエータ（ＤＣまたは分極または非分極ソレノイドエンジン）の二方向制御専用の（いわゆる「Ｈエンジン」）パワーブリッジが備えられているという事実によって裏付けられる。

しかしながら、単に経済的な理由から、技術者が、ＤＣモータと比較して圧倒的な利点を有する技術、すなわち、堅牢性、低摩耗性、電磁適合性、コンパクト性等の利点を有するブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣ）を利用できないのは残念なことである。

また、既存のＥＣＵを使用することによって、新規の駆動・制御ソフトウェアのデバックや検証を行う必要がなく、製品の市場への投入を加速することができる。

自動車分野または他の分野において、多くの機構が、機械的であれ電気的であれ回転させる駆動が可能なシステムを必要とする。本発明の範囲では、電気的アクチュエータのみを論じる。本発明では、「アクチュエータ」という用語は、電気モータ、当該モータのロータ位置を検出する任意の手段、任意の運動変換手段、スイッチング電子部品、およびコネクタからなるアセンブリを示す。

主に二種の系統のアクチュエータがある。
− いわゆる「鈍い」アクチュエータ、あるいはスマートでないアクチュエータ。そのようなアクチュエータ２を図１に示す。アクチュエータ２は、ブラシ付ＤＣモータ２０と駆動出力１２とを備え、そして任意で速度変換ギア９を備える。速度のサーボ制御をつかさどるスマートな部位は、リモート電子部品１、当業者がＥＣＵ（電子制御ユニット）と呼ぶ部品の中に配置されている。
− いわゆる「スマートな」、あるいはインテリジェントなアクチュエータ。そのようなアクチュエータは、速度のサーボ制御をつかさどるマイクロコントローラを備えている。通常、このタイプのアクチュエータは、自動車分野では標準視されているＰＷＭ信号またはＬＩＮまたはＣＡＮ通信バスのいずれかによって制御される。

熱エンジンに近い自動車用の用途、例えば、エンジンの冷却に用いるメインまたは補助のウォーターポンプの場合、「鈍い」解決策の方が「スマートな」解決策より、電子部品、とりわけマイクロコントローラの高温時の適合性の理由から、はるかに好まれる。

図１に概略的に示した「鈍い」解決策では、ＥＣＵ１が、プロセスを通して得た情報から、アクチュエータ２の速度を決定し、それから、ブラシ付ＤＣモータ２０に適用されるパワー（トルクおよび速度）と方向信号６とを計算する。機械的出力１２は、ポンプ本体のような動かされる外部部材（図示せず）に接続されている。モータ２０における動きはアクチュエータ２の機械的出力１２に、一般的には直接に、すなわち変換なしに伝えられるか、あるいは任意で速度変換機械的ステージ９を経由して伝えられる。このような閉ループにより、アクチュエータ２の機械的出力１２の速度をサーボ制御することができる。ＥＣＵ１とアクチュエータ２との間のコネクション３は数が少なく、ブラシ付ＤＣモータ２０用の配線２本だけで、その２本の配線間の差動信号は正の信号でも負の信号でもよい。ＤＣモータ２０は、ＥＣＵ１からいわゆるＨパワーブリッジ（図２３）を通して提供されるトルクと方向信号６とに反応する。Ｈパワーブリッジは、四つのトランジスタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄからなる。

ＵＳ特許ＵＳ００５７７３９４１に、二本の配線、すなわち基準配線（アースまたは０Ｖ）と電力信号線とを用いる三相ブラシレスＤＣモータを一方向に制御する発明が記載されている。外部電源が、連続電力信号または断続電力信号を供給する。スイッチ用電子部品は、電力信号からエネルギーを得る充電式電源による電源内蔵式である。

産業用途においても自動車用途においても、ブラシレスＤＣモータは、ＤＣモータに比べて、ＵＳ特許４３６５１８７（第一欄、九行目）に記載されているような利点があるため、今日では広く行き渡り、好まれている。この種のモータは、コイルが一つまたは半コイルが２つの単相ブラシレスＤＣモータ構造が好まれている。モータのそば、あるいはエンジンの筐体の中に作りうる単純な電子部品が、一つまたは二つのホールプローブによって供給される信号によってエンジンの自己スイッチングを制御する。

自動車のボンネット下に装備された機能の電化が進むことにより、電気アクチュエータは、ますます厳しくなる種々の制約、特に１２５℃を超える周囲温度への耐久性に関する制約を受けるようになっている。

既存のいわゆる「スマートな」システム（モータを制御したり一つのアクチュエータの速度をサーボ制御したりするのに必要なマイクロコントローラおよび／または複合電子部品を有する）は、周囲温度に関して限定されている。経済的に「実行可能な」部品は１２５℃より高い温度には耐えられず、高価な冷却手段をしばしば必要とする。

既存のいわゆる「鈍い」システムの場合、そうしたシステムは求められる周囲温度に適合可能である。アクチュエータが複雑で繊細な電子部品を有していないからである。そのようなアクチュエータだけがブラシ付ＤＣモータを使用する。産業上の観点からみれば、ブラシ付ＤＣモータはブラシレスＤＣモータに比べて効率が悪くコンパクトでない。ブラシレスＤＣモータはまた、伝統的なブラシ付ＤＣモータよりはるかに寿命が長いという大きな長所も持つ。当業者が認識しているように、ブラシ付ＤＣモータは電磁妨害の原因であり、電磁妨害は、電子システムや他のコンピュータにますます占められつつある環境では、慎重を期する問題である。

多相ブラシレスＤＣモータの従来の構造の一つは、スター型またはデルタ型三相（three either star- or delta-shaped phases）と接続されており、それによってモータの電力供給用に三つの接続点を提供する。位置決め用途のブラシレスＤＣモータの自己スイッチングは、三つのセンサを用いてモータのロータ位置を決定する。ブラシ付ＤＣモータの代わりにブラシレスＤＣモータを備えた「鈍い」アクチュエータを設計するには、三相モータ制御用に設計された適切なＥＣＵ、すなわち六つのトランジスタとロータプローブに接続する五つの接続点とを有する三相ブリッジを用いる必要がある。四つの四分区間すべてでアクチュエータを制御する速度制御システムは、モータの回転を二方向で制御する必要があるが、これはＵＳ特許００５７７３９４１では実現できない。この特許における入力（明細書では２２と番号を振っている）は一方の極性のみを受け付けるからである。

ＵＳ特許４３６５１８７に記載された、ブラシレスＤＣモータの他の主な単相用途は、回転方向が一方向のみでありブレーキの必要がないファンやポンプである。上記特許の第５欄、３行に記載されているように、エンジンの構造は、その構成やセンサの位置に関して、好ましい回転方向に適切にエンジンがスタートするように設計する必要がある。単相ブラシレスＤＣモータおよびその制御電子部品は、このため、本発明の対象である、４つの四分区間モードでの駆動用途には適さない。

本発明は、エネルギー源によって電力を与えられた制御システムおよび駆動・操作アクチュエータに関する。当該制御システムは速度制御アルゴリズムを用いてアクチュエータを制御する。

本発明は、ブラシ付ＤＣモータに基づくシステムと同一の既存の要素を保ちつつ、ブラシレスＤＣモータによって駆動されるアクチュエータを提供するものである。当該アクチュエータは、方向とＢＬＤＣモータによって生み出すべきトルクとを結びつけた信号を集める２点コネクタを介して制御システムに接続されている。

高温（１２５℃を超える温度）に耐える基礎電子回路が、モータのロータ位置を与えるＮ個のプローブを用いてモータのＮ相の自己スイッチングを管理する。以下に記載する解決策の目的は、上述した諸問題を改善可能な技術的妥協案を提供し、マイクロプロセッサを必要としない経済的な解決策を提供することで、ブラシ付ＤＣモータの代わりにブラシレスＤＣモータを使用可能にし、かつ逆転可能な多相モータを用いそれを両方向の回転に制御する可能性を保つことである。

したがって、本発明はＮ相を有する任意の多相モータに適用することができる。

本発明は、ブラシ付ＤＣモータのブラシレスＤＣモータへの置き換える経済的な解決策を提供するものであり、以下の基準と合致する。
１− 既存の遠隔制御ユニット（ＥＣＵ）を、ハードウェア面ソフトウェア面での修正なしに用い続ける。
２− 既存の商品とすぐに交換可能である。
３− アクチュエータの寿命を延ばす。
４− モータの二方向制御を可能にする。
５− アクチュエータに搭載される（簡素かつ堅牢な）電子部品が極めて少ない。
６− 使用される構成部品は、１２５℃を超える周囲温度に対して適合性と耐性とを有する。
７− ブラシレスＤＣモータと限られた数の構成部品とのため、極めてコンパクトに一体化できる。
８− アクチュエータのウェイトが増す。
９− 電磁障害が減る。

本発明はとりわけ、制御ユニットおよびアクチュエータを備え、上記制御ユニットはサーボ制御アルゴリズムとパワーブリッジとを含み、上記アルゴリズムは上記パワーブリッジを制御し、上記パワーブリッジは二線電気信号を出力し、上記アクチュエータはＮ相を有する多相ブラシレス電気モータと、上記モータのロータの位置を検出するバイナリプローブと、上記二線電気信号から上記モータのＮ相に電力供給を行うのに適したパワースイッチとを備え、上記パワースイッチの状態は上記検出プローブから供給される信号により直接制御されることを特徴とする、部材駆動用メカトロニックアセンブリに関する。「直接制御される」とは、パワースイッチの状態を制御する信号が以下のいずれかより供給される状況を意味する。
１− 検出プローブの出力。
２− 複数のセンサプローブの論理的組み合わせ。
３− １つまたは複数の検出プローブと、方向信号（下記のようなモータの回転方向）との組み合わせ。
検出プローブから供給される信号とパワースイッチの状態の制御との間では、非常に簡単な論理演算以外の処理は行われない。そのような簡単な演算は、論理ゲートまたは個別の構成部品（トランジスタ、ダイオード、抵抗器等）によって実現できる。

好ましい実施形態では、上記モータの回転方向は、上記二線電気信号の極性および上記検出プローブからの信号に基づいて構成される基本組み合わせ論理回路によって定められる。

好ましい実施形態では、上記ロータの位置を検出する上記バイナリセンサは、上記二線電気信号より電力供給を受ける。

特定の実施形態では、上記二線電気信号は連続信号であり、その増幅はサーボ制御アルゴリズムによって制御される。

他の実施形態では、上記二線電気信号は断続信号であり、そのデューティサイクルはサーボ制御アルゴリズムによって制御される。

好ましい実施形態では、上記二線信号は、正電流を上記モータの上記Ｎ相に供給するために、ダイオードブリッジによって整流される。

なお、本発明は特に自動車分野に用いることを意図しているが、その他の用途を除外するものではない。実際、液体駆動ポンプ（油、空気、燃料）の用途も、本発明の対象である。また、例えばＵＳ出願７２２５７７３に開示されているカム軸位相シフトやバルブリフトを可能にする、例えば特許ＷＯ２００３０９５８０３に開示されている駆動システムも、本発明の対象である。

本発明の他の特徴および長所を、添付の図面を参照しつつ、以下に詳細に記載する。以下の記載は指示的なものであり、限定的なものではない。
先行技術のメカトロニックアセンブリを示す図である。 本発明に係るメカトロニックアセンブリを示す図である。 本発明が関連するモータの種々の多相コイルの一例を示す図である。 二方向に制御されるアクチュエータにおける基礎電子回路を詳細に示す図である。 一方向に制御されるアクチュエータにおける基礎電子回路を詳細に示す図である。 好ましい実施形態のスイッチングロジックの電力供給を示す図である。 第一のいわゆる「１２０°単極」動作モードにおける共通のトルクを示す図である。 第二のいわゆる「１８０°単極」動作モードにおける共通のトルクを示す図である。 第三のいわゆる「中点を有する二相および二極」動作モードにおける共通のトルクを示す図である。 図７および図８に示す二つの実施形態の範囲におけるプローブの設定を示す図である。 第一の「１２０°単極」動作モードにおけるスイッチングロジックの電子回路、およびその真理表を示す図である。 第二の「１８０°単極」動作モードにおけるスイッチングロジックの電子回路、およびその真理表を示す図である。 第三の「中点を有する二相および二極」動作モードにおける通信ロジックの電子回路、およびその真理表を示す図である。 モータの二方向での制御が可能な特定の実施形態に係る、スイッチングロジックの電子回路（図１１、図１２、図１３に示す図に適用）の一部、およびその真理表を示す図である。 モータの二方向での制御が可能な特定の実施形態に係る、スイッチングロジックの電子回路（図１１、図１２、図１３に示す図に適用）の一部、その真理表、および図１４で提案された解決策の代替案を示す図である。 モータの二方向および二極での制御が可能な特定の実施形態に係る、スイッチングロジックの電子回路の一部、およびその真理表を示す図である。 モータの（磁気的な）二方向および二極での制御が可能な特定の実施形態に係る、スイッチングロジックの電子回路の一部、およびその真理表を示す図である。 制御信号に含まれる管理情報を抽出する回路を示す図である。 制御信号に含まれる管理情報を抽出する回路を示す図であり、図１８で提案された解決策の代替案を示す図である。 図１８および図１９の信号を示す図である。 制御信号に含まれる管理情報を抽出する回路を示す図であり、図１８で提案された解決策の代替案を示す図である。 図２１の信号を示す図である。 制御ユニットのパワーブリッジの一般的な構成を示す図である。

図１に、従来技術に係る、既存のシステムで一般的に用いられるメカトロニック駆動アセンブリを示す。当該アセンブリは、アクチュエータ２を制御する制御ユニット１に電力を供給する電力源４によって構成される。アクチュエータ２は、速度変換機械的アセンブリ９と結合し得る（possibly associated with）ブラシ付ＤＣモータ２０からなる。制御システム１は、リンクコネクタ３でまとめられたトルクと方向信号６との組み合わせに作用して、アクチュエータ２の速度を制御する。機械的出力１２は、例えばポンプ本体のような外部の作動対象部品（outer member to be moved）に結び付けられるか、あるいは車用に用いられる。

図２に、本発明に係るメカトロニックアセンブリを示す。当該アセンブリは、アクチュエータ２を制御する制御ユニット１に電力を供給する電力源４を備える。アクチュエータ２はブラシレスＤＣモータ８を有し、当該ブラシレスＤＣモータ８は任意で速度変換機械的アセンブリ９に結び付けられている。制御ユニット１は、リンクコネクタ３でまとめられたトルクと方向信号６との組み合わせに作用する。モータのロータ８の位置は、モータ８のＮ相を自己スイッチングするＮ個のセンサ１１を用いて、基礎電子回路１０経由で読み取られる。

上記図面では、Ｎ個のプローブ１１からの信号は制御システム１に戻されることはないが、Ｎ個のプローブ１１からのそのような信号を制御システム１に送り返して、必要ならば、補正を決定するか、あるいは、当該システムにモータの効果的な動作状態を知らせることも考えられる。

同様に、ロータの位置を検知するプローブ１１は、ロータのそばに配置してロータによって生じる磁場の変化を検知できるようにしてもよいし、あるいはエンコーダーとしてロータの上流または下流の遠隔に配置し、機械的接続シャフトによってロータとエンコーダーとを接続してもよい。

駆動システム（図２）は、いわゆるＥＣＵ遠隔電子制御ユニット１とアクチュエータ２とからなる。アクチュエータ２は、プローブ１１からの信号を利用する基礎電子回路１０と一体化している。プローブ１１は、ブラシレスＤＣモータ８の自己スイッチングをするための、ブラシレスＤＣモータ８のロータの位置に関する情報を提供する。本発明は、図３に示す、三相（ＡおよびＢ）および二相（Ｃ）の位相のいくつかの例で示されるどの種類の多相ブラシレスＤＣモータにも適用可能である。読みやすくするために、以下では、ブラシレスＤＣモータの相の数であるＮは、Ｎの一部である２および３のみとする。車のバッテリー４により電力を与えられるＥＣＵ１は、速度サーボ制御アルゴリズムを実行し、モータに送るためのトルクと方向信号６とを生成する。モータは、速度変換メカニズム９を介して、アクチュエータ２の機械的出力１２に作用する。電子自己スイッチング回路１０は、アクチュエータ２がブラシレスＤＣモータ（図２）またはブラシ付ＤＣモータ（図１）のいずれによって駆動される場合でも、機能とコネクタ３との両方において適合するよう設計されている。

コストを削減する方策として、ブラシレスＤＣモータ８を、三個のトランジスタしか必要としない単極モードで制御する。これにより、自己スイッチング回路は簡略化される。小さなトルク変化を必要とするシステムは、１８０°モード（図９）で作動するのが好ましい。１８０°モードは、１２０°モード（図８）の三ステップと比較して、電気印加期間(electric period)ごとに六つのモータステップを有している。各動作モードにおける電気印加期間(electric period)ごとのステップの数は、電力信号の形から導き出すことができる（図８の曲線３９、図７の曲線３７）。ブラシレスＤＣモータを自己スイッチングする最小の電気回路図を図１１と図１２とに示す。図１１と図１２とはそれぞれ、１２０°モード、１８０°モード用である。

これらのモードそれぞれについて、モータの相における電流の形を、１２０°モードと１８０°モードそれぞれについて、図７と図８に示す。プローブを切り替える時間は、動作モード（１２０°または１８０°）によって異なる。図１０に示すように、１２０°モードの場合には、設定を３０°進めて、逆ＥＭＦ（逆起電力）３５ａ、３５ｂ、３５ｃと位相が同じ電流を得られるようにする。それにより、図１１に示す簡略化された電気回路によって、最大平均トルクを保証する。

図７に、モータ８の各相の電流３６ａ、３６ｂ、３６ｃの形およびモータ８の上記各相の逆ＥＭＦ（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）に関連する各相の波形を示す。この制御モードは、１２０°単極モードと呼ばれる。曲線３７はモータのトルクの形を示す。

図８に、モータ８の各相の電流３８ａ、３８ｂ、３８ｃの形およびモータ８の上記各相の逆ＥＭＦ（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）に関連する各相の波形を示す。この制御モードは、１８０°単極モードと呼ばれる。曲線３９はモータのトルク８の形を示す。

図１０における記載は、基準、すなわちモータ８の相によって生成された逆起電力信号３５ａ、３５ｂ、３５ｃについて、プローブの最良の設定を選ぶ指針を提供する。

具体的には、図１０に、１２０°の自己スイッチングモードにおけるコイルの逆起電力３５ａ、３５ｂ、３５ｃそれぞれに対するプローブＨａ、Ｈｂ、Ｈｅそれぞれの信号４０ａ、４０ｂ、４０ｃの位相調整、および１８０°の自己スイッチングモードにおけるコイルの逆起電力３５ａ、３５ｂ、３５ｃそれぞれに対するプローブＨａ、Ｈｂ、Ｈｅそれぞれの信号４１ａ、４１ｂ、４１ｃの位相調整を示す。

当業者ならば、モータの回転の方向２は、一方では、モータの相の各コイルの接続部をつなげることで逆転させることができ、また他方では、各プローブ１１の出力で信号を逆転させることで逆転させることができると知っている。この第二の可能性が、選択された解決策であり、「排他的論理和」機能Ｕ４ａ、Ｕ４ｂ、Ｕ４ｃを図１４に示すプローブの出力に挿入し二方向制御１３を行うことで達成される。各「排他的論理和」ゲートＵ４ａ、Ｕ４ｂ、Ｕ４ｃに共通の方向信号は、プローブ１１からの信号を逆転させ、あるいは逆転させず、それによりモータ８の回転方向を定める。この選択肢１３は、１２０°あるいは１８０°モードにおける二方向制御と適合している。図１５における他の実施形態１３の２は、同じ「排他的論理和」機能を、個別の構成部品（ダイオード、抵抗器、トランジスタ）のみで実行することができる。これにより、高温環境との適合性を極めてよくするのがより容易になる。真理表はＧＡＴＥ＝ＮＯＴ（方向 ＋ ＨＮ）に対応する。この実施形態は、１２５℃ａｍｂｉｅｎｔを超える高温と適合する必要がある用途において好まれる。

アクチュエータを制御するＥＣＵ１の出力ステージは、一般的に、パワーブリッジ「Ｈ」を形成する四つのトランジスタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを搭載している（図２３）。当該パワーブリッジ「Ｈ」は、出力６において、モータの回転方向を規定する正符号または負符号を持ち、トランジスタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに加えられるＰＷＭ信号を断続化することで制御される可変振幅を有する電流を供給できる。

基礎電子回路１０は反転極性電力の供給を受けないので、ダイオードブリッジ整流器２７を用いることで、図４に示すＥＣＵ１によって供給されるトルク＋方向部品信号６を分離することができる。

コネクタ３上の方向＋トルク部品信号６は、ダイオードブリッジ整流器２７による整流後、モータ８に電力を供給する。Ｎ個のセンサ１１は、モータ８のＮ相の電流を切り替えるＮ個のパワートランジスタ２５をスイッチングロジック２６に通知する。ブリッジ整流器２７の上流で得られる信号２９は、回転方向をスイッチングロジック２６に示す。電圧調整器２８が、必要な電力をプローブ１１とスイッチングロジック２６とに供給する。

信号２９は、ブリッジ整流器２７の上流で得られ、そこから「排他的論理和」ゲート（Ｕ４ａ、Ｕ４ｂ、Ｕ４ｃ）に印加される方向信号が抽出される。当該方向信号は、ＥＣＵ１が生成するＰＷＭ制御の影響を受け、モータ８の電流を調整してモータ８のトルクを制御するので、図１８に示す調整器により当該方向信号を形成することが重要となる。図１８は、トルク＋方向制御信号６に含まれる管理情報を抽出する回路の例を示す。

図１９に、ＥＣＵ１によって生成されたＰＷＭ制御信号の周波数に自動的に合わせるという利点を持つ別の実施形態の電気回路図を示す。トルク＋方向制御信号６が、トランジスタＱ１２とＱ１３とからなるＲＳフリップフロップ回路の入力に加えられ、図２０に示す方向信号を生成する。図２１に示す二つのカスケードＲＳフリップフロップ回路を用いる拡張電子回路により、制御モードにかかわらず、すなわち、「ローサイド」トランジスタと「ハイサイド」トランジスタとのいずれでハッシングを行うか（ＥＣＵ１の制御アルゴリズムに応じたモード）にかかわらず、二線信号から方向信号を抽出することが可能になる。そのようなフリップフロップ回路で生成された信号を図２２に示す。

アクチュエータ二方向機能２が必要ではない用途では、電気回路図を簡略化して図５で提案されたものに合うようにすることも考えられる。この場合、ＥＣＵ１によって出される信号は、トルク情報のみを含んでいる。信号の極性が固定されるので、整流器ブリッジ２７はもはや必須ではない。方向信号を抽出する回路（図１８）や「排他的論理和」機能Ｕ４ａ、Ｕ４ｂ、Ｕ４ｃも同様に必須ではなくなる。

コネクタ３上の電力信号６がモータ８に電力を供給する。Ｎ個のセンサ１１は、モータ８のＮ相の電流を切り替えるＮ個のパワートランジスタ２５をスイッチングロジック２６に通知する。電圧調整器２８が、必要な電力をプローブ１１とスイッチングロジック２６とに供給する。

既存のアクチュエータシステムとの適合性を維持するため、プローブ１１と基礎電子回路１０に電力を供給する電力源２８は、コネクタ３を介して利用可能な信号から抽出する必要がある。

図６に示すように、電力源はＥＣＵによって供給される電力信号から発生する。調整器回路２８は、断続信号３３から、適切な振幅を持つ連続信号３４を得ることを可能にする。ここで、電力調整器２８は、制御信号６によって電力を与えられる。ダイオード２９／コンデンサ３０回路は、時間Ｔｏｎのあいだ、ＰＷＭ制御信号３３によって伝達されたエネルギーを蓄積することを可能にする。抵抗３１／ツェナーダイオード３２回路は、自己スイッチング電子部品２６の部品を介して、電圧を許容できる値に制限する。しかし、コンデンサ３０が時間Ｔｏｎのあいだに再充電できるよう、ＥＣＵ１は最小の電力信号を供給しなければならない。ダイオード２９は、モータの相８のあいだ、コンデンサ３０が再充電されないようにする。

本解決策における構成部品は依然として非常に基本的なものであるため、カタログに掲載された、動作温度が１２５℃を超える構成部品から選ぶことができる。

例示的な三相モータに基づく上記の発明は、１個からＮ個のコイルを有する多相モータにも適用することができる。

４つの半コイル（Ｎ＝２）を備えた二相ブラシレスＤＣモータに関する特定の実施形態を図１３に示す。２つのプローブＨａおよびＨｂは、４つのパワースイッチＱ８、Ｑ９、Ｑ１０、およびＱ１１を介して、Ｎ個の相Ａおよび相Ｂの状態を直接制御する。検出ユニット１３は、図１４および図１５に示すように、ブラシレスＤＣモータの二方向制御を必要とする用途向けに「排他的論理和」機能を統合してもよい。

誘導負荷（モータの相のコイル等）と直列なパワースイッチを切り替えることで、式：Ｅ＝−Ｌｄ（ｉ）／ｄ（ｔ）で定義される過電圧が生成されることは、当業者にとって既知である。三相モータを備えた従来の回路図（例：図１１および図１２）では、コイルの消磁の段階のあいだに、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの特徴的なＶ（ＢＲ）ＤＳＳ（ドレイン・ソース間降伏電圧）がしばしば用いられる。したがって、トランジスタは適宜、特定の大きさに形成する必要がある。「中点を有する二相」ブラシレスＤＣモータ（図１３）を使用する特定の実施形態では、各相の半コイル間の非常に良好な連結を活かすため、いわゆる「２本（two-wire）」巻きを進めるのが有利である。このようにして、多くの相Ａ＋／相Ａ−および相Ｂ＋／相Ｂ−相互インダクタンスが得られるため、パワースイッチＱ８が開く（Ｑ９が補完的に制御される）と、磁束が「相Ａ＋」コイルから「相Ａ−」コイルに切り替わる。上記連結から、パワースイッチの端子における過電圧は、電圧（ＰＷＲ＋）の２倍に制限される。これは、もう一方のモータ相：相Ｂ＋／相Ｂ−（Ｑ１０、Ｑ１１）にも当てはまる。ブラシレスＤＣモータ８の単極制御（電流が巻線の一方向にのみ流れる）を行う自己スイッチング電子部品２６に基づく上記発明は、二極制御（電流が巻線の双方向に流れる）を提供する特定の実施形態に適用できる。図１６は、上記特定の実施形態の回路図を示し、６つのパワートランジスタ（Ｑ、Ｑ’、Ｑ２、Ｑ２’、Ｑ３、Ｑ３’）の制御論理回路１４は、図１６の真理表に適合している。
当該実施形態は、効率化および／またはモータ全体の小型化が必要な用途のために確保されている。しかしながら、基礎電子回路１０は６つのパワートランジスタ（さらに３つ）によって構成され、付属する制御論理回路１４は、図１１および図１２の基本的な回路図よりも複雑である。モータの最適化に関する妥協案である、同じ利点を有する他の特定の例示的な実施形態を、その真理表とともに図１７に示す。上述の実施形態との相違点は半コイルを使用している点である。

Claims (11)

1. 制御ユニット（１）およびアクチュエータ（２）を備え、
   上記制御ユニット（１）は、制御アルゴリズムとパワーブリッジとを含み、
   上記アルゴリズムは、上記パワーブリッジを制御し、
   上記パワーブリッジは、トルク信号および方向信号で構成される二線電気信号（６）を出力し、
   上記アクチュエータは、
   Ｎ相を有する多相ブラシレス電気モータ（８）と、
   上記モータ（８）のロータの位置を検出するバイナリプローブ（１１）と、
   上記二線電気信号（６）から上記モータ（８）の上記Ｎ相に電力供給を行うのに適したパワースイッチ（２５）とを備え、
   上記パワースイッチ（２５）の状態は、上記検出プローブ（１１）から供給される信号により直接制御されることを特徴とする、部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
2. Ｎ相を有する上記多相モータ（８）は、Ｎ個の単極または二極のコイル、またはＮ×２個の単極の半コイルによって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
3. 上記モータ（８）の回転方向は、上記二線電気信号（６）の極性および上記検出プローブ（１１）からの信号に基づいて構成される基本組み合わせ論理回路によって定められることを特徴とする、請求項１または２に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
4. 上記ロータの位置を検出する上記バイナリプローブ（１１）は、上記二線電気信号（６）より電力供給を受けることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
5. 上記二線電気信号（６）は連続信号であり、その振幅および符号は上記制御ユニット（１）に含まれる上記制御アルゴリズムによって制御されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
6. 上記二線電気信号（６）は断続信号であり、そのデューティサイクルは上記制御ユニット（１）に含まれる上記制御アルゴリズムによって制御されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
7. 上記二線信号（６）は、正電流を上記モータの上記Ｎ相に供給するために、ダイオードブリッジ（２７）によって整流されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
8. 上記モータ（８）の回転方向は、１つまたは２つのフリップフロップ回路によって上記二線信号（６）から抽出される方向信号より決定され、上記二線信号（６）の周波数および断続デューティ比から独立させることを特徴とする、請求項３または６に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
9. 上記モータ（８）は磁気結合の強い半コイルによって構成され、上記コイルの消磁の段階のあいだに、上記パワースイッチ（２５）における損失を制限することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の部材駆動用メカトロニックアセンブリ。
10. 制御ユニット（１）を備えるメカトロニックアセンブリから構成され、
    上記制御ユニット（１）は、制御アルゴリズムとパワーブリッジとを含み、
    上記アルゴリズムは上記パワーブリッジを制御し、
    上記パワーブリッジは、トルク信号および方向信号で構成される二線電気信号（６）を出力し、
    上記アクチュエータ（２）は、
    Ｎ相を有する多相ブラシレス電気モータ（８）と、
    上記モータ（８）のロータの位置を検出するバイナリプローブ（１１）と、
    上記二線電気信号（６）から上記モータ（８）の上記Ｎ相に電力供給を行うのに適したパワースイッチ（２５）とを備え、
    上記パワースイッチ（２５）の状態は、上記検出プローブ（１１）から供給される信号により直接制御されることを特徴とする、液体駆動ポンプ。
11. 制御ユニット（１）を備える部材駆動用メカトロニックアセンブリから構成され、
    上記制御ユニット（１）は、制御アルゴリズムとパワーブリッジとを含み、
    上記アルゴリズムは、上記パワーブリッジを制御し、
    上記パワーブリッジは、トルク信号および方向信号で構成される二線電気信号（６）を出力し、
    上記アクチュエータ（２）は、
    Ｎ相を有する多相ブラシレス電気モータ（８）と、
    上記モータ（８）のロータの位置を検出するバイナリプローブ（１１）と、
    上記二線電気信号（６）から上記モータ（８）のＮ相に電力供給を行うのに適したパワースイッチ（２５）とを備え、
    上記パワースイッチ（２５）の状態は上記検出プローブ（１１）から供給される信号により直接制御されることを特徴とする、車両用カム軸位相シフト装置。

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