JP2023523495A - ステッピングモータ駆動システム及びチュービングオクルーダーシステム - Google Patents

ステッピングモータ駆動システム及びチュービングオクルーダーシステム Download PDF

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Abstract

本文書は、ステッピングモータ駆動システムを説明する。ステッピングモータ駆動システムは、例えば、人工心肺装置に関連してオクルーダー装置のステッピングモータを駆動することを含む、多くの異なる用途で使用され得る。【選択図】図５

Description

関連出願の相互参照
本開示は、２０２０年１月３０日に出願された米国特許出願第１６／７７７，５３３号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本文書は、例えば、人工心肺装置に関連してオクルーダー装置のステッピングモータを駆動するために使用され得る、ステッピングモータ駆動システムに関する。
中空ファイバ酸素供給器は、心肺バイパス手術等の医療処置中に患者のガス交換の必要性を満たすために、体外循環回路内で利用される。患者からの血液は、重力排出されるか、又はリザーバ内に十分な容量を維持するために必要な流量を得るために、ＶＡＶＤ（陰圧吸引補助脱血法）が使用されるかのいずれかである。時として、磁気駆動システムと結合された蠕動ポンプ又は遠心ポンプ等のポンプが、リザーバから血液を送り出し、酸素供給器を通して、最終的に患者に戻すために、回路の主ラインにおいて使用される。そのようなラインを通る流れは、手動でラインを挟むことによって、又はオクルーダー等の機構の使用を通じて等、ラインを調整可能に制限することによって制御され得る。いくつかのオクルーダーは、ステッピングモータによって駆動される。
ステッピングモータは、一般に、電磁コイルの集合体を含むブラシレス直流（ＤＣ）モータである。これらのコイルは、モータの回転子を、回転を等間隔に細分化して、即ち、「ステップ」単位で回転させるように、通電（energized）及び非通電され得る。コイルは、制御装置又は外部ドライバ回路によって通電及び非通電される。モータシャフトを回転させるために、コイルに電力が与えられ、これは、回転子を磁気的に引き付ける。回転子が第１の電磁石に位置合わせされると、次のコイルがオンにされ、第１のコイルがオフにされ、回転子がわずかに回転して、次のコイルに位置合わせされる。次いで、このプロセスは、回転子を選択された速度で選択された位置又は回転距離まで制御及び回転させるために、繰り返され得る。
本文書は、例えば、人工心肺装置に関連してオクルーダー装置のステッピングモータを駆動するために使用され得る、ステッピングモータ駆動システムを説明する。本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムはまた、ステッピングモータが使用される他の多くのコンテキストにおいても有益に使用され得る。
一態様では、本開示は、チューブを解放可能に受容するように構成されたチューブクランプ装置と、第１の巻線及び第２の巻線を有し、チューブクランプ装置によってチューブに加えられる圧縮量を調整するように配置されたステッピングモータと、ステッピングモータに電気的に結合され、且つ、第１の巻線の第１の巻線入力に電気的に接続するように構成された第１の巻線出力ポートと、第１の巻線の第１の巻線出力に電気的に接続するように構成された第１の巻線入力ポートと、第２の巻線の第２の巻線入力に電気的に接続するように構成された第２の巻線出力ポートと、第２の巻線の第２の巻線出力に電気的に接続するように構成された第２の巻線入力ポートと、第１の巻線入力ポートと第２の巻線出力ポートとの間で電気通信状態にある第１のスナバ回路と、第２の巻線入力ポートと第１の巻線出力ポートとの間で電気通信状態にある第２のスナバ回路と、を含む駆動システムと、を含むチューブオクルーダーシステムに向けられる。
いくつかの実施形態では、システムは、以下の特徴のうちのいくつか若しくは全てを含み得るか、又はいずれも含み得ない。第１のスナバ回路は、第１の抵抗器と、第１の抵抗器と直列電気接続状態にある第１のダイオードと、を含み得、第１のダイオードは、第１の巻線入力ポートから第２の巻線出力ポートへ電流を通し、第２の巻線出力ポートから第１の巻線入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されている。第２のスナバ回路は、第２の抵抗器と、第２の抵抗器と直列電気接続状態にある第２のダイオードと、を含み得、第２のダイオードは、第２の巻線入力ポートから第１の巻線出力ポートへ電流を通し、第１の巻線出力ポートから第２の巻線入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されている。チューブオクルーダーシステムはまた、電力バスと、電力バスから第１の巻線出力ポートへ電流を通すように構成された第１のダイオードと、電力バスから第２の巻線出力ポートへ電流を通すように構成された第２のダイオードと、を含み得る。チューブオクルーダーシステムはまた、低電位電力バスと、低電位電力バスに第１の巻線入力ポートを制御可能に接続するように構成された第１のスイッチと、低電位電力バスに第２の巻線入力ポートを制御可能に接続するように構成された第２のスイッチと、第１の巻線入力ポートから低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、第２の巻線入力ポートから低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、を行うように構成された少なくとも１つの抵抗器と、を含み得る。
別の態様では、ステッピングモータにおいてエネルギーを再循環させる方法が、電力バスにおいて第１の出力及び第２の出力に電力を供給することと、第１の出力に電気的に接続された第１の電気負荷に電力を流すことと、第１の電気負荷から低電位バスへの電力の流れを遮断するように、第１のスイッチを切り替えることと、電力バスからの電力が、第２の出力から、第２の出力に電気的に接続された第２の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第２のスイッチを切り替えることと、第１のスナバ回路によって、第１の電気負荷からの電力の流れを、第２の出力へと向かわせることと、第２の電気負荷から低電位バスへの電力の流れを遮断するように、第２のスイッチを切り替えることと、電力バスからの電力が、第１の出力から、第１の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第１のスイッチを切り替えることと、第２のスナバ回路によって、第２の電気負荷からの電力の流れを、第１の出力へと向かわせることと、を含み得る。方法はまた、第１のスナバ回路から電力バスへの電流の逆流を防止することと、第２のスナバ回路から電力バスへの電流の逆流を防止することと、を含み得る。第１のスナバ回路は、第１の抵抗器と、第１の抵抗器と直列電気接続状態にある第１のダイオードと、を含み得、ここにおいて、第１のスナバ回路によって、第１の電気負荷からの電力の流れを、第２の出力へと向かわせることは、第１のダイオードによって、第１の入力における第１の電気負荷から第２の出力への電力の流れを許可することと、第１のダイオードによって、第２の出力から第１の入力への電力の流れを防止することと、を含み得る。第２のスナバ回路は、第２の抵抗器と、第２の抵抗器と直列電気接続状態にある第２のダイオードと、を含み得、ここにおいて、第２のスナバ回路によって、第２の電気負荷からの電力の流れを、第１の出力へと向かわせることは、第２のダイオードによって、第２の入力における第２の電気負荷から第１の出力への電力の流れを許可することと、第２のダイオードによって、第１の出力から第２の入力への電力の流れを防止することと、を含み得る。第１の電気負荷は、第１の誘導性電気負荷を含み得、第２の電気負荷は、第２の誘導性電気負荷を含み得、電力バスからの電力が、第１の出力から、第１の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第１のスイッチを切り替えることは、第１の誘導性電気負荷に通電することを含み得、電力バスからの電力が、第２の出力から、第２の出力に電気的に接続された第２の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第２のスイッチを切り替えることは、第２の誘導性電気負荷に通電することを含み得る。第１の電気負荷から第１の出力への電力の流れは、第１の誘導性電気負荷のインダクタンスによって生じる電流の流れを少なくとも部分的に含み得、第２の電気負荷から第２の出力への電力の流れは、第２の誘導性電気負荷のインダクタンスによって生じる電流の流れを少なくとも部分的に含み得る。第１の電気負荷は、ステッピングモータの第１の巻線を含み得、第２の電気負荷は、ステッピングモータの第２の巻線を含み得る。電力バスからの電力が、第１の出力から、第１の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第１のスイッチを切り替えることは、第１の巻線に通電することを含み得、電力バスからの電力が、第２の出力から、第２の出力に電気的に接続された第２の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第２のスイッチを切り替えることは、第２の巻線に通電することを含み得る。方法はまた、第１の方向へのステッピングモータの回転を促すように、第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御可能に切り替えることと、ステッピングモータによって、チューブを解放可能に受容するように構成されたチューブクランプ装置を作動させることと、作動に基づいて、チューブクランプ装置によってチューブに加えられる圧縮量を調整することと、を含み得る。
別の態様では、電気駆動システムが、第１の電気負荷の第１の負荷入力に電気的に接続するように構成された第１の電力出力ポートと、第１の電気負荷の第１の負荷出力に電気的に接続するように構成された第１の電力入力ポートと、第２の電気負荷の第２の負荷入力に電気的に接続するように構成された第２の電力出力ポートと、第２の電気負荷の第２の負荷出力に電気的に接続するように構成された第２の電力入力ポートと、第１の負荷入力ポートと第２の負荷出力ポートとの間で電気通信状態にある第１のスナバ回路と、第２の負荷入力ポートと第１の負荷出力ポートとの間で電気通信状態にある第２のスナバ回路と、を含む。
様々な実施形態は、以下の特徴のうちのいくつか若しくは全てを含み得るか、又はいずれも含み得ない。第１のスナバ回路は、第１の抵抗器と、第１の抵抗器と直列電気接続状態にある第１のダイオードと、を含み得、第１のダイオードは、第１の負荷入力ポートから第２の負荷出力ポートへ電流を通し、第２の負荷出力ポートから第１の負荷入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されており、第２のスナバ回路は、第２の抵抗器と、第２の抵抗器と直列電気接続状態にある第２のダイオードと、を含み得、第２のダイオードは、第２の負荷入力ポートから第１の負荷出力ポートへ電流を通し、第１の負荷出力ポートから第２の負荷入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されている。システムはまた、電力バスと、電力バスから第１の負荷出力ポートへ電流を通すように構成された第１のダイオードと、電力バスから第２の負荷出力ポートへ電流を通すように構成された第２のダイオードと、を含み得る。システムはまた、低電位電力バスと、低電位電力バスに第１の負荷入力ポートを制御可能に接続するように構成された第１のスイッチと、低電位電力バスに第２の負荷入力ポートを制御可能に接続するように構成された第２のスイッチと、第１の負荷入力ポートから低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、第２の負荷入力ポートから低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、を行うように構成された少なくとも１つの抵抗器と、を含み得る。第１の電気負荷及び第２の電気負荷のうちの少なくとも１つが、誘導性電気負荷であってよい。第１の電気負荷は、ステッピングモータの第１の巻線であり得、第２の電気負荷は、ステッピングモータの第２の巻線であってよい。
本文書で説明される技術は、１つ以上の利益を提供するために使用され得る。例えば、現行のシステムと比較して、本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムは、ステッピングモータに、最高速度まで加速するとき等に、より速い応答を呈させる。例えば、場合によっては、ステッピングモータが最高速度に達するのに必要な時間は、本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムを使用すると、現行のシステムと比較して約１０倍速くなり得る。
追加として、本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムは、現行のシステムよりもエネルギー効率が高い。換言すれば、本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムは、現行のシステムよりも少ない電気エネルギーを使用し、より少ないエネルギーを熱として放散する。
追加として、本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムは、現行のシステムよりも電気的及び機械的にノイズが少ない。換言すれば、本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムは、より少ない電流リップル、より少ないトルクリップルを生じ、より低い必要動作電圧及び電流を有し、改善された電磁両立性を有する。
別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が関連する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で説明されるものと類似又は同等の方法及び材料が、本発明を実施するために使用され得るが、好適な方法及び材料が、本明細書で説明される。本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、特許、及び他の参考文献は、その全体が参照により組み込まれる。矛盾が生じた場合、定義を含めて本明細書が優先されることになる。加えて、材料、方法、及び例は、例示にすぎず、限定することを意図しない。
本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面及び本明細書の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
図１は、本明細書で提供されるいくつかの実施形態による体外循環回路を使用してサポートされながら、開心術を受けている患者の概略図である。 図２は、いくつかの実施形態による、人工心肺装置及びチューブオクルーダー装置の一部を例示する。 図３は、先行技術のステッピングモータの概略図である。 図４は、先行技術のモータドライバ回路の概略図である。 図５は、いくつかの実施形態による、例となるモータドライバ回路の概略図である。 図６は、いくつかの実施形態による、例となるモータドライバ電気波形のチャートである。 図７は、いくつかの実施形態による、例となるモータドライバ電気波形のチャートである。 図８は、いくつかの実施形態による、例となるモータドライバ電気波形のチャートである。 図９は、いくつかの実施形態による、例となるプロセスの流れ図である。
同様の参照番号は、全体を通して対応する部分を表す。
本文書は、例えば、人工心肺装置に関連してチューブオクルーダーシステム及び装置のステッピングモータを駆動するために使用され得る、ステッピングモータ駆動システムを説明する。本明細書で説明されるステッピングモータ駆動システムはまた、ステッピングモータが使用される他の多くのコンテキストにおいても有益に使用され得る。
図１に示されるように、患者１０が生命維持心肺バイパス機械システム１００に接続されている間、様々なタイプの医療処置が、患者１０に対して行われ得る。この例では、患者１０は、開心術を受けており、その間、患者１０の心臓１２及び肺は、一時的に意図的に機能を停止させられる。しかしながら、患者１０の身体は、医療処置の間、循環する酸素化された血液の供給を受ける代謝要求を有し続けるので、心肺バイパス機械システム１００は、そのような機能を果たす。即ち、以下で更に説明されるように、心肺バイパス機械システム１００は、患者１０に接続され、患者１０が、開心術の間、生きて健康なままであるように、患者１０の心臓１２及び肺の機能を果たす。心肺バイパス機械システム１００は、多くの異なるタイプの医療処置に使用され得る。例えば、心肺バイパス機械システム１００が使用され得る医療処置は、限定はしないが、冠動脈バイパス移植、心臓弁修復、心臓弁置換、心臓移植、肺移植、アブレーション処置、中隔欠損の修復、先天性心臓欠陥の修復、動脈瘤の修復、肺動脈内膜摘除、肺血栓切除等を含む。
図示される例では、心肺バイパス機械システム１００は、人工心肺装置１１０、体外循環回路１２０、１つ以上の温度制御システム１３０、血液監視システム１４０、灌流データ管理システム１５０、及び局所酸素測定システム１６０等の、構成要素及びサブシステムを含む。心肺バイパス機械システム１００を使用するいくつかのタイプの処置は、示される構成要素及びサブシステムの全てを必要とするとは限らない場合がある。心肺バイパス機械システム１００を使用するいくつかのタイプの処置は、示されていない追加の構成要素及び／又はサブシステムを必要とし得る。
体外循環回路１２０は、患者１０と、人工心肺装置１１０とに接続される。温度制御システム１３０、血液監視システム１４０、及び灌流データ管理システム１５０等の他のシステムもまた、体外循環回路１２０とインターフェースするように配置され得る。体外循環回路１２０は、患者の心臓１２において患者１０に接続される。患者１０からの酸素を使い果たした血液（静脈血）は、静脈カテーテル１２１を使用して、患者の心臓１２において患者１０から抽出される。以下で更に説明されるように、血液は、体外循環回路１２０を通って循環されて、酸素を受け取り、二酸化炭素を除去する。次いで、酸素化された血液は、体外循環回路１２０を通って、大動脈カニューレ１２９を介して患者の心臓１２に戻される。
体外循環回路１２０は、少なくとも、静脈カテーテル１２１に結合された静脈チューブ１２２と、血液リザーバ１２３と、遠心ポンプ１２４と、酸素供給器１２５と、動脈フィルタ１２６と、１つ以上の気泡検出器１２８と、大動脈カニューレ１２９に結合された動脈チューブ１２７と、を含み得る。静脈カテーテル１２１及び静脈チューブ１２２は、患者１０の循環系の静脈側と流体連通している。静脈チューブ１２２はまた、リザーバ１２３への入口とも流体連通している。リザーバ１２３からの出口は、チュービングによってポンプ１２４の入口に接続される。ポンプ１２４の出口は、チュービングによって酸素供給器１２５の入口に接続される。酸素供給器１２５の出口は、チュービングによって動脈フィルタ１２６の入口に接続される。動脈フィルタ１２６の出口は、動脈チューブ１２７に接続される。１つ以上の圧力変換器が、動脈チューブ１２７に沿って位置して、動脈チューブ１２７内の血液の人工心肺装置（ＨＬＭ：heart/lung machine）システムライン圧力を検出し得、これは、人工心肺装置１１０によって測定され、灌流技師によって監視される。動脈チューブ１２７は、大動脈カニューレ１２９に接続され、これは、心臓１２と物理的に接触し、患者１０の循環系の動脈側と流体連通している。
簡単に言えば、体外循環回路１２０は、静脈カテーテル１２１を介して患者１０から静脈の酸素を使い果たした血液を脱血し、静脈チューブ１２２を介してリザーバ１２３内に静脈血を貯血する（depositing）ことによって動作する。場合によっては、血液を患者１０からリザーバ１２３へ流れるようにするか、又は排出させるために、重力が使用される。場合によっては、血液が患者１０からリザーバ１２３へ流れるのを補助するために、真空が使用される。少なくともいくらかの量の血液が、外科的処置の間、常にリザーバ１２３内に維持されることが意図される。さもなければ、リザーバ１２３が空になった場合、空気が、体外循環回路１２０内に送り出され、潜在的には、患者１０の血管系内に送り出される可能性がある。このような結果は、患者１０にとって致命的になる可能性が高い。従って、灌流技師は、リザーバ１２３内の血液のレベルを視覚的に監視することをタスクとして課される。加えて、レベル検出器が、リザーバ１２３内の低レベル状態の検出に応答してアラームを発するために、リザーバ１２３と共に含まれ得る。更に、１つ以上の気泡検出器１２８が、体外循環回路１２０に沿った様々な部位に位置し得る。リザーバ１２３からの血液は、ポンプ１２４によってリザーバ１２３から吸引される。図示される実施形態は、ポンプ１２４として単回使用型の遠心ポンプを含むが、場合によっては、人工心肺装置１１０の蠕動ポンプが代わりに使用される。ポンプ１２４によって生成された圧力は、酸素供給器１２５を通して血液を推進させる。灌流技師は、体外循環回路１２０の血液中に微小空気を生じさせ得る負のキャビテーション等の動作上の問題を回避しながら、所望に応じて動作するようにポンプ１２４を調整することになる。酸素供給器１２５では、静脈血は酸素で富化され、二酸化炭素が血液から除去される。ここで酸素を豊富に含んだ動脈血は、酸素供給器１２５を出て、塞栓を除去するために動脈フィルタ１２６を通って移動し、動脈チューブ１２７を通って大動脈カニューレ１２９を介して患者の心臓１２に注入される。体外循環回路１２０はまた、限定はしないが、患者１０の心臓に蓄積する血液の排出、手術野の可視性を維持するための外科的吸引の提供、処置中の患者１０の心臓１２への心筋保護液の送達、血液パラメータの測定、血液からの空気の除去、血液濃縮、薬物添加、血液サンプルの取得、血液の加熱及び冷却等のような機能を容易にするためのチュービング及び他の構成要素を含み得る。
心肺バイパス機械システム１００はまた、人工心肺装置１１０を含む。人工心肺装置１１０は、複数のポンプ、モニタ、制御装置、ユーザインターフェース、アラーム、安全装置等を含む複合システムであり、これらは全て、外科的処置中に灌流技師によって監視及び操作／調整される。例えば、図示される人工心肺装置１１０は、動脈ポンプ１１１（これは、図示されるような使い捨ての遠心ポンプ１２４又は蠕動ポンプのための駆動システムであってよい）と、吸引ポンプ１１２と、排気／排液ポンプ１１３と、心筋保護液ポンプ１１４と、心筋保護液送達ポンプ１１５と、を含む。人工心肺装置１１０はまた、チュービングオクルーダー、ガス混合器等のような装置を含み得るか、又はそれらとインターフェースされ得る。ポンプの各々の回転速度及び他のパラメータ等の人工心肺装置１１０のパラメータは、灌流技師によって設定及び調整される。例えば、動脈ポンプ１１１の速度は、リザーバ１２３内の血液の望ましいレベルを維持し、患者１０内に必要なレベルの血液循環を提供するように調整される。
心肺バイパス機械システム１００はまた、１つ以上の温度制御システム１３０を含む。第１の態様では、温度制御システム１３０は、熱交換器を介して酸素供給器１２５内の患者の血液を加熱及び冷却するために使用される。追加として、温度制御システム１３０は、患者１０の心臓１２に送達されている心筋保護液を加熱及び冷却するために使用される。一般に、温度制御システム１３０は、（代謝要求を低減するために）処置中は冷却モードで使用され、その後、外科的処置がその終わりに近づいているときに、血液及び／又は心筋保護液を温めるために使用される。灌流技師は、外科的処置の間、必要に応じて温度制御システム１３０を監視及び調整することをタスクとして課される。
心肺バイパス機械システム１００はまた、図示されるように、血液監視システム１４０を含む。血液監視システム１４０は、外科的処置の間、患者１０の体外血液を監視するために使用される。監視されるパラメータは、限定はしないが、ｐＨ、ｐＣＯ２、ｐＯ２、Ｋ＋、温度、ＳＯ２、ヘマトクリット、ヘモグロビン、塩基過剰、重炭酸塩、酸素消費及び酸素送達を含み得る。
心肺バイパス機械システム１００はまた、図示されるように、灌流データ管理システム１５０と、局所酸素測定システム１６０と、を含む。これらのシステムはまた、外科的処置の間、患者１０の状態、及び／又は心肺バイパス機械システム１００の状態を監視するために、灌流技師によって使用され得る。
心肺バイパス機械システム１００はまた、図示されるように、オクルーダー装置１７０（例えば、チューブオクルーダーシステム）を含む。図示される例となる配置では、オクルーダー装置１７０は、静脈チューブ１２２に沿って位置する。代替又は追加として、オクルーダー装置１７０は、動脈チューブ１２７又は心肺バイパス機械システム１００のその他任意のチューブに沿って位置し得る。オクルーダー装置１７０は、チューブ内を流れる流体の流量を調節するために、チューブの外径に外部挟持力（external clamping force）を加える。場合によっては、オクルーダー装置１７０は、チューブを完全に閉塞するように作動され得る遮断装置として使用され、それによって、チューブを通る流体の流れを全て防止する。
ここで図２も参照すると、この例では、オクルーダー装置１７０は、人工心肺装置１１０に取り付けられているものとして示されている。オクルーダー装置１７０は、オクルーダーハウジング１７２と、駆動システムハウジング１７４と、ユーザインターフェース１７６と、を含む。
オクルーダーハウジング１７２は、チューブを解放可能に受容するように構成されている（この例では、チューブは、静脈チューブ１２２である）。オクルーダーハウジング１７２内には、チューブ１２２の外径を圧縮するクランプ機構（図示せず）と、クランプ機構を駆動するステッピングモータ（図示せず）とがある。ステッピングモータは、チューブ１２２を通る流体の流れを調節するために、チューブ１２２に加えられる制御された量の圧縮を調整するように動作され得る。
駆動システムハウジング１７４内には、ステッピングモータに電気的に結合されたステッピングモータ駆動システム（図示せず）がある。ステッピングモータ駆動システムは、以下で更に説明される。
オクルーダー装置１７０はまた、ユーザインターフェース１７６を含む。ユーザ（例えば、灌流技師）は、ユーザインターフェース１７６を介して、チューブ１２２内の流体の流量を調整し得る。
図３を参照すると、例となるステッピングモータ３００の概略図が示される。ステッピングモータ３００は、回転子３１０と、相３２０ａと、相３２０ｂと、を含む。例示される例では、ステッピングモータ３００は、８線式ユニポーラステッピングモータであり、ここで、相３２０ａは、巻線３２２ａと、巻線３２４ａと、を含み、相３２０ｂは、巻線３２２ｂと、巻線３２４ｂと、を含む。コイル３２２ａ、３２２ｂ、３２４ａ及び３２４ｂの各々は、コイル入力と、コイル出力と、を有する。いくつかの実施形態では、ユニポーラステッピングモータは、それぞれがセンタータップ付きの、相ごとに１つの巻線を有し、巻線の各セクションは、磁界の各方向について通電され得る。典型的に、相が与えられると、各巻線のセンタータップは共通にされ、これは、相ごとに３つのリード線をもたらし、合計で６つのリード線をもたらす（例えば、２相モータの場合）。いくつかの実施形態では、２つのセンタータップは、内部で接合され、５線式構成をもたらし得る。いくつかの実施形態では、ステッピングモータ３００は、相ごとに単一のコイルを有するバイポーラステッピングモータであってよい。
使用時に、相３２０ａ及び３２０ｂの巻線３２２ａ、３２２ｂ、３２４ａ及び３２４ｂは、回転子３１０の回転を促すように、（例えば、モータ制御装置の制御下で）制御可能に通電及び非通電され得る。通電されたとき、巻線３２２ａ、３２２ｂ、３２４ａ及び３２４ｂの各々等の電気コイルは、瞬時には電流を流さない。むしろ、電流の流れは、比較的ゆっくりと始まり、コイルを通る電流の流れによって生成される磁界がそれらの最大まで増加する（builds）につれて、その最大流まで増加する。逆に、コイルを通る電流の流れは、コイルが非通電にされたとき、瞬時には停止しない。崩壊する磁界は、それがゼロに減少するまで、電流の流れを促し続けることになる。
図４を参照すると、先行技術のモータドライバ回路４００の概略図が示される。回路４００は、ステッピングモータの巻線４０１ａ及び巻線４０１ｂを駆動するように構成されている。いくつかの実装形態では、巻線４０１ａ及び巻線４０１ｂは、図３の例となるステッピングモータ３００の例となる相３２０ａ又は相３２０ｂの全部又は一部であってよい。
巻線４０１ａは、コイル４０２ａと、抵抗器４０３ａと、を含む。いくつかの実施形態では、コイル４０２ａは、巻線４０１ａのインダクタンスをモデル化し得る。いくつかの実施形態では、抵抗器４０３ａは、巻線４０１ａの固有ＤＣ抵抗をモデル化し得る。巻線４０１ｂは、コイル４０２ｂと、抵抗器４０３ｂと、を含む。いくつかの実施形態では、コイル４０２ｂは、巻線４０１ｂのインダクタンスをモデル化し得る。いくつかの実施形態では、抵抗器４０３ｂは、巻線４０１ｂの固有ＤＣ抵抗をモデル化し得る。コイル４０２ａは、ステッピングモータの巻線を駆動する電磁石の一部であり、コイル４０２ｂは、ステッピングモータの別の巻線を駆動する電磁石の一部である。巻線インダクタンスは、典型的に、ステッピングモータのデータシートに規定されており、従って、設計者は、巻線にエネルギーを蓄積するのにどれくらいの時間がかかるか、ある程度把握し得、これは、一次微分方程式によって近似され得、ここで、ｔａｕ＝Ｌ／Ｒ、Ｌは巻線インダクタンス、Ｒは巻線抵抗（ＤＣＲ）である（例えば、winding_current(time)=(Ｖsupply/ＤＣＲ)*(１－ｅ－ｔ／ｔａｕ)）。
電源４１０が、電力バス４１２に電力を供給する。電力バス４１２は、巻線４０１ａ及び巻線４０１ｂに電力を供給する。電力バス４１２から巻線４０１ａを通って低電位バス４２０（例えば、接地、中性端子（neutral）、負極（negative））への電流の流れは、スイッチ入力４３２ａに提供される制御信号に基づいて、スイッチ４３０ａによって制御可能に遮断及び許可される。電力バス４１２から巻線４０１ｂを通って低電位バス４２０への電流の流れは、スイッチ４３０ｂによって制御可能に遮断及び許可される。例示される例では、スイッチ４３０ａ及び４３０ｂは、ＭＯＳＦＥＴ装置である。
スイッチ４３０ａ及び４３０ｂを通る電力の流れを制御可能に交互にすることによって、巻線４０１ａ及び４０１ｂは、ステッピングモータの回転を促すように通電及び非通電され得る。上述されたように、コイルを通る電流の流れは、電力がオフに切り替えられたとき、瞬時には停止しない。代わりに、コイルの周りの崩壊する磁界によって誘導される残留電流の流れが存在する。例示される例では、そのような電流は、スイッチ４３０ａ及び４３０ｂの両端に電圧スパイクを生じ得、そのような電圧スパイクは、スナバ回路４５０によって考慮されない場合、（例えば、電気アーク放電により）スイッチ４３０ａ及び４３０ｂに損傷を与え得る。
図４の例では、スナバ回路４５０は、既知のスナバ回路構成である。スイッチ４３０ａが遮断されると、巻線４０１ａからの残留電流は、低電位バス４２０へ流れることを防止される。巻線４０１ａの残留電流は、巻線４０１ａから、ダイオード４５２ａ及び電流放散抵抗器４５４を通って、電力バス４１２に戻るように流れることが可能である。ダイオード４５２ａは、電力バス４１２からの電流が、巻線４０１ａをバイパスすることを防止する。スイッチ４３０ｂが遮断されると、巻線４０１ｂからの残留電流は、低電位バス４２０へ流れることを防止される。巻線４０１ｂの残留電流は、巻線４０１ｂから、ダイオード４５２ｂ及び電流放散抵抗器４５４を通って、電力バス４１２に戻るように流れることが可能である。ダイオード４５２ｂは、電力バス４１２からの電流が、巻線４０１ｂをバイパスすることを防止する。
一般に、スナバ回路４５０を通って流れる残留エネルギーは、電流放散抵抗器４５４によって放散される（例えば、熱に変わる）。回路４００の例では、残留エネルギーは、放散を通じて失われ、熱の発生等の望ましくない影響を有し得る。回路４００の例では、コイル４０２ａ、４０２ｂの速度は、電力バス４１２において利用可能な電力量に比例する。例えば、コイル４０２ａ、４０２ｂが（例えば、より少ない電流リップル及び／又はトルクリップルを生じさせるために、ステッピングモータ３００が失速しないことをより確実にするために）より迅速に通電される必要がある場合、電源４１０の出力は、増大される必要があり（例えば、回路４００の増大されたサイズ、コスト、重量をもたらし）、スイッチ４３０ａ、４３０ｂによって切り替えられている電力量が増大するにつれて、電磁妨害（ＥＭＩ：electromagnetic interference）（例えば、スイッチングノイズ）の量が増大し得、用途に応じて対処される必要があってよい（例えば、回路４００のサイズ、コスト及び複雑さを更に増大させる）。
図５を参照すると、本明細書で開示されるいくつかの実施形態による、例となるモータドライバ回路５００の概略図が示される。回路５００は、ステッピングモータの巻線５０１ａ及び巻線５０１ｂを駆動するように構成されている。いくつかの実装形態では、巻線５０１ａ及び巻線５０１ｂは、図３の例となるステッピングモータ３００の例となる巻線３２２ａ、３２２ｂ、３２４ａ及び３２４ｂのうちの任意の２つに類似し得る。
巻線５０１ａは、コイル５０２ａと、抵抗器５０３ａと、を含む。いくつかの実施形態では、コイル５０２ａは、巻線５０１ａのインダクタンスをモデル化し得る。いくつかの実施形態では、抵抗器５０３ａは、巻線５０１ａの固有ＤＣ抵抗をモデル化し得る。巻線５０１ｂは、コイル５０２ｂと、抵抗器５０３ｂと、を含む。いくつかの実施形態では、コイル５０２ｂは、巻線５０１ｂのインダクタンスをモデル化する。いくつかの実施形態では、抵抗器５０３ｂは、巻線５０１ｂの固有ＤＣ抵抗をモデル化し得る。コイル５０２ａは、ステッピングモータ（例えば、例となるステッピングモータ３００）のモータ巻線を駆動する電磁石の一部であり、コイル５０２ｂは、ステッピングモータの同じ相又は異なる相の別のモータ巻線を駆動する電磁石の一部である。
負荷入力ポート５０４ａは、電力を巻線５０１ａに受け入れるように構成されており、負荷出力ポート５０６ａは、電力が巻線５０１ａから流出することを許可するように構成されている。例示される例では、負荷入力ポート５０４ａは、ステッピングモータ巻線入力ポート又は入力リード線であり、負荷出力ポート５０６ａは、ステッピングモータ巻線出力ポート又は出力リード線である。
電源５１０は、電力バス５１２に電力を供給する。電力バス５１２は、負荷出力ポート５１４ａ及び負荷出力ポート５１４ｂに電力を供給する。負荷出力ポート５１４ａは、電気的に負荷入力ポート５０４ａに接続するように構成されており、負荷出力ポート５１４ｂは、電気的に負荷入力ポート５０４ｂに接続するように構成されている。負荷入力ポート５１６ａは、巻線５０１ａから流出する電力を受け取るために、負荷出力ポート５０６ａに電気的に接続されるように構成されている。負荷入力ポート５１６ｂは、巻線５０１ｂから流出する電力を受け取るために、負荷出力ポート５０６ｂに電気的に接続されるように構成されている。電力バス５１２への電流の逆流は、負荷出力ポート５１４ａと電力バス５１２との間に配置されたダイオード５１８ａによって遮断される。巻線５０１ａから電力バス５１２への電流の逆流は、負荷出力ポート５１４ａと電力バス５１２との間に配置されたダイオード５１８ａによって遮断される。巻線５０１ｂから電力バス５１２への電流の逆流は、負荷出力ポート５１４ｂと電力バス５１２との間に配置されたダイオード５１８ｂによって遮断される。いくつかの実施形態では、ダイオード５１８ａ、５１８ｂは、例えば、電源５１０が単方向電源であるとき、省略され得る。いくつかの実施形態では、ダイオード５１８ａ及び５１８ｂは、例えば、電源が双方向である、６線リード付きステッピングモータの場合には、単一ダイオードによって置き換えられ得る。いくつかの実施形態では、ダイオード５１８ａ及び５１８ｂは、例えば、電源が単方向である場合、６線リード付きステッピングモータの場合には、除去され得る。８線リード付きステッピングモータが使用されるいくつかの実施形態では、電源４１０が単方向及び／又は双方向であるかどうかにかかわらず、ダイオード５１８ａ及び５１８ｂの両方が使用され得る。
回路５００は、低電位バス５２０を含む。例示される例では、低電位バス５２０は、接地バスであるが、いくつかの実施形態では、低電位バス５２０は、中性線、負極線（例えば、帰線）を含み得るか、又は電力バス５１２の電圧よりも低い任意の適切な電圧とされ得る。
電力バス５１２から巻線５０１ａを通って低電位バス５２０への電流の流れは、スイッチ入力５３２ａに提供される制御信号に基づいて、スイッチ５３０ａによって制御可能に遮断及び許可される。電力バス５１２から巻線５０１ｂを通って低電位バス５２０への電流の流れは、スイッチ５３０ｂによって制御可能に遮断及び許可される。例示される例では、スイッチ５３０ａ及び５３０ｂは、ＭＯＳＦＥＴ装置であるが、いくつかの実施形態では、スイッチ５３０ａ及び５３０ｂは、巻線５０１ａ及び５０１ｂを通る電流の流れを制御し得る任意の適切な形態の制御可能なスイッチ（例えば、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ、又は他の形態のトランジスタ、継電器）であってよい。電流制限抵抗器５２２が、低電位バスへの電流の流れを制限する。
スイッチ５３０ａ及び５３０ｂを通る電力の流れを制御可能に交互にすることによって、巻線５０１ａ及び５０１ｂは、ステッピングモータの回転を促すように通電及び非通電され得る。上述されたように、コイルを通る電流の流れは、電力がオフに切り替えられたとき、瞬時には停止せず、コイル５０２ａ、５０２ｂの周りの崩壊する磁界によって誘導される残留電流の流れが存在する。例示される例では、さもなければスイッチ５３０ａ及び５３０ｂの両端に電圧スパイクを生じさせ得る（そして、例えば、場合によっては、電気アーク放電によりスイッチ５３０ａ及び５３０ｂに損傷を与え得る）そのような電流は、スナバ回路５５０によって考慮される。
スナバ回路は、分岐５５１ａと、分岐５５１ｂと、を含む。分岐５５１ａは、負荷入力ポート５１６ａから負荷出力ポート５１４ｂまでの間の電気通信を提供する。分岐５５１ａは、電流制限抵抗器５５４ａと直列接続されたダイオード５５２ａを含む。ダイオード５５２ａは、負荷入力ポート５１６ａから負荷出力ポート５１４ｂへの電流の流れを許可し、負荷出力ポート５１４ｂから負荷入力ポート５１６ａへの電流の流れを防止するように構成されている。分岐５５１ｂは、負荷入力ポート５１６ｂから負荷出力ポート５１４ａまでの間の電気通信を提供する。分岐５５１ｂは、電流制限抵抗器５５４ｂと直列接続されたダイオード５５２ｂを含む。ダイオード５５２ｂは、負荷入力ポート５１６ｂから負荷出力ポート５１４ａへの電流の流れを許可し、負荷出力ポート５１４ａから負荷入力ポート５１６ｂへの電流の流れを防止するように構成されている。
使用時に、スイッチ５３０ａがオンにされて、巻線５０１ａが通電状態になり、一方、スイッチ５３０ｂはオフである。次いで、スイッチ５３０ａはオフにされる。残留電流が、コイル５０２ａから押し出されることになる。この残留電流の逆流は、ダイオード５１８ａ及びダイオード５５２ｂによって遮断される。この残留電流の順流は、スイッチ５３０ａによって遮断され、残留電流が流れ得る唯一の電気経路として、分岐５５１ａを残す。コイル５０２ａが非通電になるにつれて、残留電流は、分岐５５１ａを通って負荷出力ポート５１４ｂへ流れる。ダイオード５１８ｂが電力バス５１２への電流の逆流を防止するので、電流は、巻線５０１ｂに流入し、コイル５０２ｂへ流れる。例示される例では、コイル５０２ａが非通電になるにつれて生じる残留電流は、コイル５０２ｂを少なくとも部分的な程度まで通電するために使用される。いくつかの実装形態では、スナバ回路５５０は、コイル５０２ａのエネルギーを（例えば、それを放散させるのではなく）回収し、その回収されたエネルギーを、電力バス５１２からの電力と共に使用して、電力バス５１２からの電力のみに基づいて通電され得るよりも迅速にコイル５０２ｂを通電させ得る。
先の例を続けると、使用時に、スイッチ５３０ｂがオンにされて、巻線５０１ｂが通電状態になり、スイッチ５３０ａはオフにされる。次いで、スイッチ５３０ｂはオフにされる。残留電流が、コイル５０２ｂから押し出されることになる。この残留電流の逆流は、ダイオード５１８ｂ及びダイオード５５２ａによって遮断される。この残留電流の順流は、スイッチ５３０ｂによって遮断され、残留電流が流れ得る唯一の電気経路として、分岐５５１ｂを残す。コイル５０２ｂが非通電になるにつれて、残留電流は、分岐５５１ｂを通って負荷出力ポート５１４ａへ流れる。ダイオード５１８ａが電力バス５１２への電流の逆流を防止するので、電流は、巻線５０１ａに流入し、コイル５０２ａへ流れる。例示される例では、コイル５０２ｂが非通電になるにつれて生じる残留電流は、コイル５０２ａを少なくとも部分的な程度まで通電するために使用される。いくつかの実装形態では、スナバ回路５５０は、コイル５０２ｂのエネルギーを（例えば、それを放散させるのではなく）回収し、その回収されたエネルギーを、電力バス５１２からの電力と共に使用して、電力バス５１２からの電力のみに基づいて通電され得るよりも迅速にコイル５０２ａを通電させ得る。
いくつかの実装形態では、コイル５０２ａ、５０２ｂからの残留エネルギーを、それらの対となるコイルに向け直すことによって、エネルギー効率が高められ得る。例えば、残留コイルエネルギーの少なくとも一部は、完全に放散される代わりに、再利用され得る。
いくつかの実装形態では、コイル５０２ａ、５０２ｂからの残留エネルギーを、それらの対となるコイルに向け直すことによって、温度及び／又は熱管理の必要性が低減され得る。例えば、回路５００は、残留コイルエネルギーを熱として放散する、図４の電流放散抵抗器４５４等の電流放散抵抗器を実装しない。回路５００は、コイルエネルギーを熱として実質的に放散するのではなく、コイルエネルギーを実質的に再利用するので、そのような発熱に関連付けられた熱管理は、実質的に低減される。
いくつかの実装形態では、コイル５０２ａ、５０２ｂからの残留エネルギーを、それらの対となるコイルに向け直すことによって、回路５００は、効率的に（例えば、例となる回路４００よりも効率的に）実装され得る。例えば、回路４００の例では、コイル４０２ａ、４０２ｂが通電される速度を増大させるためには、電源４１０及び／又は電力バス４１２の容量を増大させる必要があり、これは、回路４００のサイズ、重量、コスト、及び／又は複雑さを増大させ得る。回路４００とは異なり、回路５００は、電力バス５１２からの電力に加えて、コイル５０２ａ、５０２ｂの一方からの残留エネルギーを使用して、コイル５０２ａ、５０２ｂの他方に通電するように構成されている。従って、コイル５０２ａ、５０２ｂの性能は、電源５１０及び／又は電力バス５１２の容量を増大させることによる同様の性能増大を達成することに関連付けられ得るサイズ、重量、コスト、及び／又は複雑さなしに、（例えば、より少ない電流リップル及び／又はトルクリップルを生じさせるために、ステッピングモータが失速しないことをより確実にするために）増大され得る。
いくつかの実装形態では、コイル５０２ａ、５０２ｂからの残留エネルギーを、それらの対となるコイルに向け直すことによって、電磁妨害（ＥＭＩ）及び／又はＥＭＩ管理の必要性が低減され得る。例えば、コイル５０２ａ、５０２ｂにおける残留エネルギーは、回路４００でよりも、相対的により迅速にスイッチ５３０ａ、５３０ｂから離れるように向け直され、その結果、スイッチ５３０ａ、５３０ｂの両端に相対的により低い電圧をもたらす。スナバ回路５５０によって提供される相対的により低い電圧は、回路４００と比較して、スイッチ５３０ａ、５３０ｂを切り替えることによって引き起こされる相対的により低い量のＥＭＩ（例えば、スイッチングノイズ）をもたらし得る。
図６～図８は、例となるモータドライバ電気波形のチャートである。
図６は、図５の例となる回路５００によって生成され得る電流波形６１０の一例を示すチャート６００である。図６はまた、図４の回路４００等の既知の回路によって生成され得る電流波形６２０の一例を示す。
波形６１０及び波形６２０の両方は、それらのそれぞれのモータコイルにまだエネルギーが蓄積されていないので、ほぼ同じスタートアップ挙動を有することが観測され得る。第１のコイルがエネルギーを蓄積した後、エネルギー再循環の効果が観測され得、波形６１０は、波形６２０よりも速く立ち上がり、より少ないリップルを有する。例示される例では、いずれの場合も、同じ２４ｖの供給電圧であった。波形６１０のより速い立ち上がり時間は、コイルに蓄積されたエネルギーが、切り替わりエッジ中に相補コイルに迅速に伝達されることによるものであり、これは、これらコイル（又は巻線若しくはインダクタンス）が、より多くの初期エネルギーを有することを可能にし、従って、一次１－ｅ－ｔ／ｔａｕ曲線により沿ったものになり、従って、より少ない電流リップルを示す。
図７は、図５の例となる回路５００によって生成され得る電流波形７１０の別の例を示すチャート７００である。図７はまた、図４の回路４００等の既知の回路によって生成され得る電流波形７２０の一例を示す。チャート７００は、（例えば、電力バス４１２及び５１２の）供給電圧が、線７３０によって表されるような、（例えば、オンタイムサイクルの終了において）ピーク電流値に一致するように調整された後のリップル電流の例を示す。波形７１０は、線７３２によって表される初期電流値と、ピーク電流値７３０との間で測定されるような、約１４１ｍＡのリップルを有する。対照的に、波形７２０は、線７３４によって表される初期電流値と、ピーク電流値７３０との間に約１．５７Ａのリップルを有する。例となる回路５００のリップルは、既知の回路４００によって示されるリップルよりも約１１倍小さいリップルを示す。電源がピーク電流の代わりに等価平均電流を達成するように調整される実装形態では、回路５００によって提供されるリップル低減の係数は、更に大きくなり得る。
図８は、図５の例となる回路５００によって生成され得る電流波形対８１０の別の例を示すチャート８００である。図８はまた、図４の回路４００等の既知の回路によって生成され得る電流波形対８２０の一例を示す。電流波形対８１０は、波形８１２ａと、波形８１２ｂと、を含む。いくつかの実装形態では、波形８１２ａ及び８１２ｂは、（例えば、回路５００によって提供される低減されたリップルをより明確に例示することを目的として）モータ相内の巻線の例となる電流を表し得る。いくつかの実装形態では、波形８１２ａは、例となる巻線５０１ａの両端の電流波形の一例であり得、波形８１２ｂは、例となる巻線５０１ｂの両端の電流波形の一例であってよい。電流波形対８２０は、波形８２２ａと、波形８２２ｂと、を含む。いくつかの実装形態では、波形８２２ａは、例となる巻線４０１ａの両端の電流波形の一例であり得、波形８２２ｂは、例となる巻線４０１ｂの両端の電流波形の一例であってよい。概して、チャート８００は、回路４００と比較したときの、回路５００によって提供されるリップル及びエネルギー伝達における改善例を例示する。
図９は、いくつかの実施形態による、例となるプロセス９００の流れ図である。いくつかの実装形態では、プロセス９００は、図５の例となる回路５００によって行われ得る。
９１０において、電力は、電力バスにおいて第１の出力及び第２の出力に供給される。例えば、電力は、電源５１０によって、電力バス５１２において負荷出力ポート５１４ａ及び負荷出力ポート５１４ｂに供給され得る。
９２０において、第１のスイッチは、第１の電気負荷から低電位バスへの電力の流れを遮断するように切り替えられる。例えば、スイッチ５３０ａは、巻線５０１ａから低電位バス５２０へ流出する電力を停止するように、オフに切り替えられ得る。
９３０において、第２のスイッチは、電力バスからの電力が、第２の出力から、第２の出力に電気的に接続された第２の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように切り替えられる。例えば、スイッチ５３０ｂは、電力バス５１２からの電力が、巻線５０１ｂを通って、低電位バス５２０へ流れることを許可するように、オンに切り替えられ得る。
９４０において、第１のスナバ回路が、第１の電気負荷からの電力の流れを、第２の出力へと向かわせる。例えば、スナバ回路５５０の分岐５５１ａは、負荷入力ポート５１６ａを通って流入し、スイッチ５３０ａによって遮断された残留エネルギーを、負荷出力ポート５１４ｂへ伝導する。
いくつかの実装形態では、第１のスナバ回路は、抵抗器と、抵抗器と直列電気接続状態にあるダイオードと、を含み得る。例えば、分岐５５１ａは、ダイオード５５２ａと、電流制限抵抗器５５４ａと、を含む。いくつかの実装形態では、第１のスナバ回路によって、第１の電気負荷からの電力の流れを、第２の出力へと向かわせることは、ダイオードによって、第１の入力における第１の電気負荷から第２の出力への電力の流れを許可することと、ダイオードによって、第２の出力から第１の入力への電力の流れを防止することと、を含み得る。例えば、ダイオード５５２ａは、負荷入力ポート５１６ａから負荷出力ポート５１４ｂへの一方向の電流の流れを許可し得る。
９５０において、第２のスイッチは、第２の電気負荷から低電位バスへの電力の流れを遮断するように切り替えられる。例えば、スイッチ５３０ｂは、負荷入力ポート５１６ｂを通って流入する電力が、低電位バス５２０へ流れることを遮断するように切り替えられ得る。
９６０において、第１のスイッチは、電力バスからの電力が、第１の出力から、第１の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように切り替えられる。例えば、スイッチ５３０ａは、電力が負荷入力ポート５１６ａから低電位バス５２０へ流れることを許可するように切り替えられる。
９７０において、第２のスナバ回路が、第２の電気負荷からの電力の流れを、第１の出力へと向かわせる。例えば、スナバ回路５５０の分岐５５１ｂは、負荷入力ポート５１６ｂを通って流れ、スイッチ５３０ｂによって遮断された残留エネルギーを、負荷出力ポート５１４ａへ伝導する。いくつかの実装形態では、第１の電気負荷から第１の出力への電力の流れは、少なくとも部分的に、第１の誘導性電気負荷のインダクタンスによって生じる電流の流れであり得、第２の電気負荷から第２の出力への電力の流れは、少なくとも部分的に、第２の誘導性電気負荷のインダクタンスによって生じる電流の流れであってよい。
本明細書で開示されるいくつかの実装形態では、第２のスナバ回路は、抵抗器と、抵抗器と直列電気接続状態にあるダイオードと、を含み得る。例えば、分岐５５１ｂは、ダイオード５５２ｂと、電流制限抵抗器５５４ｂと、を含む。いくつかの実装形態では、第２のスナバ回路によって、第２の電気負荷からの電力の流れを、第１の出力へと向かわせることは、ダイオードによって、第２の入力における第２の電気負荷から第１の出力への電力の流れを許可することと、ダイオードによって、第１の出力から第２の入力への電力の流れを防止することと、を含み得る。例えば、ダイオード５５２ｂは、負荷入力ポート５１６ｂから負荷出力ポート５１４ａへの一方向の電流の流れを許可し得る。
本明細書で開示されるいくつかの実装形態では、プロセス９００はまた、第１のスナバ回路から電力バスへの電流の逆流を防止することと、第２のスナバ回路から電力バスへの電流の逆流を防止することと、を含み得る。例えば、ダイオード５１８ａ及び５１８ｂは、スナバ回路５５０から電力バス５１２への電力の逆流を防止し得る。
本明細書で開示されるいくつかの実装形態では、第１の電気負荷は、第１の誘導性電気負荷であり得、第２の電気負荷は、第２の誘導性電気負荷であってよい。例えば、巻線５０１ａは、誘導性電気負荷であるコイル５０２ａを含む電気負荷であり、巻線５０１ｂは、別の誘導性電気負荷であるコイル５０２ｂを含む電気負荷である。いくつかの実装形態では、電力バスからの電力が、第１の出力から、第１の出力に電気的に接続された第１の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第１のスイッチを切り替えることは、第１の誘導性電気負荷に通電することを含み得る。例えば、巻線５０１ａに電流が流れると、コイル５０２ａは、通電状態になり得る。いくつかの実装形態では、電力バスからの電力が、第２の出力から、第２の出力に電気的に接続された第２の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第２のスイッチを切り替えることは、第２の誘導性電気負荷に通電することを含み得る。例えば、巻線５０１ｂに電流が流れると、コイル５０２ｂは、通電状態になり得る。
本明細書で開示されるいくつかの実施形態では、第１の電気負荷は、ステッピングモータの第１の巻線であり得、第２の電気負荷は、ステッピングモータの第２の巻線であってよい。例えば、巻線５０１ａは、ステッピングモータ３００の巻線３２０ａの全部又は一部であり得、巻線５０１ｂは、巻線３２０ｂの全部又は一部であってよい。いくつかの実装形態では、電力バスからの電力が、第１の出力から、第１の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第１のスイッチを切り替えることは、第１の巻線に通電することを含み得、電力バスからの電力が、第２の出力から、第２の出力に電気的に接続された第２の電気負荷を通って、低電位バスへ流れることを許可するように、第２のスイッチを切り替えることは、第２の巻線に通電することを含み得る。例えば、スイッチ５３０ａ及び５３０ｂは、巻線５０１ａ及び５０１ｂに通電するように切り替えられ得、これは、巻線３２０ａ及び３２０ｂであってよい。
本明細書で開示されるいくつかの実装形態では、プロセス９００はまた、第１の方向へのステッピングモータの回転を促すように、第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御可能に切り替えることと、ステッピングモータによって、チューブを解放可能に受容するように構成されたチューブクランプ装置を作動させることと、作動に基づいて、チューブクランプ装置によってチューブに加えられる圧縮量を調整することと、を含み得る。例えば、例となる回路５００は、図３の例となるステッピングモータ３００を作動させるために使用され得、これは、図１及び図２の例となるオクルーダー装置１７０を作動させるように構成され得る。ステッピングモータ３００は、チューブ１２２に加えられる圧縮量を制御し、それによって、チューブ１２２を通る流体の流れを調節するように動作され得る。
本明細書で与えられた例は、概して、モータ相の１つの巻線から、同じモータ相の別の巻線にエネルギーを再循環させる概念について論じているが、他の実施形態も存在する。例えば、本明細書で説明されたプロセス及びシステムは、モータ相の巻線から、別のモータ相の別の巻線にエネルギーを再循環させるように修正され得る。別の例では、本明細書で説明されたプロセス及びシステムは、任意の適切なエネルギー貯蔵装置（例えば、インダクタ、誘導性負荷、キャパシタ、容量性負荷）から、その他任意の適切なエネルギー貯蔵装置にエネルギーを再循環させるように修正され得る。
本明細書は多くの具体的な実装形態の詳細を含むが、これらは、いかなる発明の範囲又は特許請求され得るものの範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の発明の特定の実施形態に固有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施形態のコンテキストにおいて本明細書で説明された特定の特徴はまた、単一の実施形態において組み合わせて実装され得る。逆に、単一の実施形態のコンテキストにおいて説明されている様々な特徴はまた、複数の実施形態で別々に、又は任意の好適な副組合せ（subcombination）において実装され得る。更に、特徴は、ある特定の組合せで機能するものとして本明細書で説明され、当初はそのようなものとして請求項に記載されていても、請求項に記載の組合せからの１つ以上の特徴は、場合によっては、組合せから削除され得、請求項に記載の組合せは、副組合せ又は副組合せの変形例に向けられ得る。
同様に、動作は、特定の順序で図面に図示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示された特定の順序で若しくは連続した順序で行われること、又は全ての例示された動作が行われることを必要とするものとして理解されるべきではない。ある特定の状況では、マルチタスキング及び並列処理が有利であり得る。更に、本明細書で説明された実施形態における様々なシステムモジュール及び構成要素の分離は、そのような分離を全ての実施形態において必要とするものとして理解されるべきではなく、説明されたプログラム構成要素及びシステムは、概して、単一の製品に一体化され得るか、又は複数の製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。
主題の特定の実施形態が説明された。他の実施形態も、以下の特許請求の範囲内にある。例えば、特許請求の範囲に記載されるアクションは、異なる順序で行われ得、それでもなお望ましい結果を達成し得る。一例として、添付の図面に図示されるプロセスは、望ましい結果を達成するために、示される特定の順序、又は連続した順序を必ずしも必要としない。ある特定の実装形態では、マルチタスキング及び並列処理が有利であり得る。

Claims (20)

  1. チューブオクルーダーシステムであって、
    チューブを解放可能に受容するように構成されたチューブクランプ装置と、
    第１の巻線及び第２の巻線を有し、前記チューブクランプ装置によって前記チューブに加えられる圧縮量を調整するように配置されたステッピングモータと、
    前記ステッピングモータに電気的に結合された駆動システムであって、
    前記第１の巻線の第１の巻線入力に電気的に接続するように構成された第１の巻線出力ポートと、
    前記第１の巻線の第１の巻線出力に電気的に接続するように構成された第１の巻線入力ポートと、
    前記第２の巻線の第２の巻線入力に電気的に接続するように構成された第２の巻線出力ポートと、
    前記第２の巻線の第２の巻線出力に電気的に接続するように構成された第２の巻線入力ポートと、
    前記第１の巻線入力ポートと前記第２の巻線出力ポートとの間で電気通信状態にある第１のスナバ回路と、
    前記第２の巻線入力ポートと前記第１の巻線出力ポートとの間で電気通信状態にある第２のスナバ回路と、
    を備える駆動システムと、
    を備えるチューブオクルーダーシステム。
  2. 前記第１のスナバ回路は、第１の抵抗器と、前記第１の抵抗器と直列電気接続状態にある第１のダイオードと、を備え、前記第１のダイオードは、前記第１の巻線入力ポートから前記第２の巻線出力ポートへ電流を通し、前記第２の巻線出力ポートから前記第１の巻線入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されている、請求項１に記載のチューブオクルーダーシステム。
  3. 前記第２のスナバ回路は、第２の抵抗器と、前記第２の抵抗器と直列電気接続状態にある第２のダイオードと、を備え、前記第２のダイオードは、前記第２の巻線入力ポートから前記第１の巻線出力ポートへ電流を通し、前記第１の巻線出力ポートから前記第２の巻線入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されている、請求項２に記載のチューブオクルーダーシステム。
  4. 電力バスと、前記電力バスから前記第１の巻線出力ポートへ電流を通すように構成された第１のダイオードと、前記電力バスから前記第２の巻線出力ポートへ電流を通すように構成された第２のダイオードと、を更に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のチューブオクルーダーシステム。
  5. 低電位電力バスと、前記低電位電力バスに前記第１の巻線入力ポートを制御可能に接続するように構成された第１のスイッチと、前記低電位電力バスに前記第２の巻線入力ポートを制御可能に接続するように構成された第２のスイッチと、前記第１の巻線入力ポートから前記低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、前記第２の巻線入力ポートから前記低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、を行うように構成された少なくとも１つの抵抗器と、を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のチューブオクルーダーシステム。
  6. ステッピングモータにおいてエネルギーを再循環させる方法であって、前記方法は、
    電力バスにおいて第１の出力及び第２の出力に電力を供給することと、
    前記第１の出力に電気的に接続された第１の電気負荷に電力を流すことと、
    前記第１の電気負荷から低電位バスへの電力の流れを遮断するように、第１のスイッチを切り替えることと、
    前記電力バスからの電力が、前記第２の出力から、前記第２の出力に電気的に接続された第２の電気負荷を通って、前記低電位バスへ流れることを許可するように、第２のスイッチを切り替えることと、
    第１のスナバ回路によって、前記第１の電気負荷からの電力の流れを、前記第２の出力へと向かわせることと、
    前記第２の電気負荷から前記低電位バスへの電力の流れを遮断するように、前記第２のスイッチを切り替えることと、
    前記電力バスからの電力が、前記第１の出力から、前記第１の電気負荷を通って、前記低電位バスへ流れることを許可するように、前記第１のスイッチを切り替えることと、
    第２のスナバ回路によって、前記第２の電気負荷からの電力の流れを、前記第１の出力へと向かわせることと、
    を備える、方法。
  7. 前記第１のスナバ回路から前記電力バスへの電流の逆流を防止することと、
    前記第２のスナバ回路から前記電力バスへの電流の逆流を防止することと、
    を更に備える、請求項６に記載の方法。
  8. 前記第１のスナバ回路は、第１の抵抗器と、前記第１の抵抗器と直列電気接続状態にある第１のダイオードと、を備え、前記第１のスナバ回路によって、前記第１の電気負荷からの電力の流れを、前記第２の出力へと向かわせることは、
    前記第１のダイオードによって、第１の入力における前記第１の電気負荷から前記第２の出力への電力の流れを許可することと、
    前記第１のダイオードによって、前記第２の出力から前記第１の入力への電力の流れを防止することと、
    を備える、請求項６に記載の方法。
  9. 前記第２のスナバ回路は、第２の抵抗器と、前記第２の抵抗器と直列電気接続状態にある第２のダイオードと、を備え、前記第２のスナバ回路によって、前記第２の電気負荷からの電力の流れを、前記第１の出力へと向かわせることは、
    前記第２のダイオードによって、第２の入力における前記第２の電気負荷から前記第１の出力への電力の流れを許可することと、
    前記第２のダイオードによって、前記第１の出力から前記第２の入力への電力の流れを防止することと、
    を備える、請求項８に記載の方法。
  10. 前記第１の電気負荷は、第１の誘導性電気負荷を備え、
    前記第２の電気負荷は、第２の誘導性電気負荷を備え、
    前記電力バスからの電力が、前記第１の出力から、前記第１の電気負荷を通って、前記低電位バスへ流れることを許可するように、前記第１のスイッチを切り替えることは、前記第１の誘導性電気負荷に通電することを備え、
    前記電力バスからの電力が、前記第２の出力から、前記第２の出力に電気的に接続された前記第２の電気負荷を通って、前記低電位バスへ流れることを許可するように、前記第２のスイッチを切り替えることは、前記第２の誘導性電気負荷に通電することを備える、請求項６～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第１の電気負荷から前記第１の出力への電力の流れは、前記第１の誘導性電気負荷のインダクタンスによって生じる電流の流れを少なくとも部分的に備え、前記第２の電気負荷から前記第２の出力への電力の流れは、前記第２の誘導性電気負荷のインダクタンスによって生じる電流の流れを少なくとも部分的に備える、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第１の電気負荷は、ステッピングモータの第１の巻線を備え、
    前記第２の電気負荷は、前記ステッピングモータの第２の巻線を備える、請求項６～１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記電力バスからの電力が、前記第１の出力から、前記第１の電気負荷を通って、前記低電位バスへ流れることを許可するように、前記第１のスイッチを切り替えることは、前記第１の巻線に通電することを備え、
    前記電力バスからの電力が、前記第２の出力から、前記第２の出力に電気的に接続された前記第２の電気負荷を通って、前記低電位バスへ流れることを許可するように、前記第２のスイッチを切り替えることは、前記第２の巻線に通電することを備える、請求項１２に記載の方法。
  14. 第１の方向への前記ステッピングモータの回転を促すように、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを制御可能に切り替えることと、
    前記ステッピングモータによって、チューブを解放可能に受容するように構成されたチューブクランプ装置を作動させることと、
    前記作動に基づいて、前記チューブクランプ装置によって前記チューブに加えられる圧縮量を調整することと、
    を更に備える、請求項１３に記載の方法。
  15. 電気駆動システムであって、
    第１の電気負荷の第１の負荷入力に電気的に接続するように構成された第１の電力出力ポートと、
    前記第１の電気負荷の第１の負荷出力に電気的に接続するように構成された第１の電力入力ポートと、
    第２の電気負荷の第２の負荷入力に電気的に接続するように構成された第２の電力出力ポートと、
    前記第２の電気負荷の第２の負荷出力に電気的に接続するように構成された第２の電力入力ポートと、
    前記第１の負荷入力ポートと前記第２の負荷出力ポートとの間で電気通信状態にある第１のスナバ回路と、
    前記第２の負荷入力ポートと前記第１の負荷出力ポートとの間で電気通信状態にある第２のスナバ回路と、
    を備える電気駆動システム。
  16. 前記第１のスナバ回路は、第１の抵抗器と、前記第１の抵抗器と直列電気接続状態にある第１のダイオードと、を備え、前記第１のダイオードは、前記第１の負荷入力ポートから前記第２の負荷出力ポートへ電流を通し、前記第２の負荷出力ポートから前記第１の負荷入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されており、
    前記第２のスナバ回路は、第２の抵抗器と、前記第２の抵抗器と直列電気接続状態にある第２のダイオードと、を備え、前記第２のダイオードは、前記第２の負荷入力ポートから前記第１の負荷出力ポートへ電流を通し、前記第１の負荷出力ポートから前記第２の負荷入力ポートへの電流の流れを防止するように構成されている、請求項１５に記載の電気駆動システム。
  17. 電力バスと、前記電力バスから前記第１の負荷出力ポートへ電流を通すように構成された第１のダイオードと、前記電力バスから前記第２の負荷出力ポートへ電流を通すように構成された第２のダイオードと、を更に備える、請求項１５又は１６に記載の電気駆動システム。
  18. 低電位電力バスと、前記低電位電力バスに前記第１の負荷入力ポートを制御可能に接続するように構成された第１のスイッチと、前記低電位電力バスに前記第２の負荷入力ポートを制御可能に接続するように構成された第２のスイッチと、前記第１の負荷入力ポートから前記低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、前記第２の負荷入力ポートから前記低電位電力バスへの電流の流れを制限することと、を行うように構成された少なくとも１つの抵抗器と、を更に備える、請求項１５～１７のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
  19. 前記第１の電気負荷及び前記第２の電気負荷のうちの少なくとも１つは、誘導性電気負荷である、請求項１５～１８のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
  20. 前記第１の電気負荷は、ステッピングモータの第１の巻線であり、前記第２の電気負荷は、前記ステッピングモータの第２の巻線である、請求項１５～１９のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
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