JP2546713B2 - モータ制御フェイルセーフ回路 - Google Patents
モータ制御フェイルセーフ回路Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
- H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
- H02H7/0844—Fail safe control, e.g. by comparing control signal and controlled current, isolating motor on commutation error
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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- A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
- A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
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- A61M5/172—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic
-
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は直流モータのためのフェイルセーフ回路に関
し、特に、点滴ポンプ駆動用であって間欠的に動作する
直流モータが連続的に動作するとき上記モータへの電源
供給を中断させるフェイルセーフ回路に関する。
し、特に、点滴ポンプ駆動用であって間欠的に動作する
直流モータが連続的に動作するとき上記モータへの電源
供給を中断させるフェイルセーフ回路に関する。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 患者に栄養物やその他の液を配送するために用いられ
る点滴ポンプは、典型的に間欠的に又は周期的に動作す
る。例えば、登録商標“カンガルー（KANGAROO）”でシ
ャーウッド・メディカル・カンパニーによって販売され
ている腸内への注入ポンプは、栄養物を患者に周期的に
供給するモータ駆動のぜん動ポンプを備えている。その
装置は、所定量の液が患者に供給されるように制御する
マイクロプロセッサを備えている。通常、上記ポンプ
は、所望量の液が供給されるまで、周期的に（例えば、
10秒毎にポンプの回転子が１回転するように）動作す
る。
る点滴ポンプは、典型的に間欠的に又は周期的に動作す
る。例えば、登録商標“カンガルー（KANGAROO）”でシ
ャーウッド・メディカル・カンパニーによって販売され
ている腸内への注入ポンプは、栄養物を患者に周期的に
供給するモータ駆動のぜん動ポンプを備えている。その
装置は、所定量の液が患者に供給されるように制御する
マイクロプロセッサを備えている。通常、上記ポンプ
は、所望量の液が供給されるまで、周期的に（例えば、
10秒毎にポンプの回転子が１回転するように）動作す
る。
もし、ポンプを動作させるモータのための制御回路が
故障したとき、上記モータが回転し続けるような状態が
生じる。腸内への供給ポンプの場合において、そのよう
な故障が生じると、患者に過分の量の液が供給され、も
しかすると致命的な結果をもたらす。同様に、薬点滴シ
ステムにおいて過量の薬が供給される可能性は、生命を
おびやかすことになる。
故障したとき、上記モータが回転し続けるような状態が
生じる。腸内への供給ポンプの場合において、そのよう
な故障が生じると、患者に過分の量の液が供給され、も
しかすると致命的な結果をもたらす。同様に、薬点滴シ
ステムにおいて過量の薬が供給される可能性は、生命を
おびやかすことになる。
本発明の目的は以上の課題を解決し、制御回路などの
回路が故障したためにもし間欠的に動作するモータが所
定の時間以上連続的に動作するとき、上記モータをオフ
にさせる、上記モータに用いるためのフェイルセーフ回
路を提供することにある。
回路が故障したためにもし間欠的に動作するモータが所
定の時間以上連続的に動作するとき、上記モータをオフ
にさせる、上記モータに用いるためのフェイルセーフ回
路を提供することにある。
［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明によるフェイルセーフ回路は、ヒューズのよう
な従来の回路ブレーカ手段を介して電源に接続される直
流モータとともに用いることを意図している。制御回路
は、間欠的な駆動パルスを上記モータに供給する。上記
フェイルセーフ回路は、駆動パルスがモータに印加され
ると同時に上記駆動パルスによって蓄電されるキャパシ
タを備える。上記キャパシタは、上記駆動パルスが上記
モータに供給されないとき、放電する。予め決められた
基準電圧が確立され、上記基準電圧を上記キャパシタに
充電された電圧と比較するための手段が供給される。上
記制御回路の故障のために、もしモータが所定の時間以
上の間連続的に動作するとき、上記キャパシタにおける
電圧は基準電圧を越えるであろう。このようなことが生
じたならば、上記比較手段は、回路ブレーカ手段に対し
てモータへの電源供給を中断させる。
な従来の回路ブレーカ手段を介して電源に接続される直
流モータとともに用いることを意図している。制御回路
は、間欠的な駆動パルスを上記モータに供給する。上記
フェイルセーフ回路は、駆動パルスがモータに印加され
ると同時に上記駆動パルスによって蓄電されるキャパシ
タを備える。上記キャパシタは、上記駆動パルスが上記
モータに供給されないとき、放電する。予め決められた
基準電圧が確立され、上記基準電圧を上記キャパシタに
充電された電圧と比較するための手段が供給される。上
記制御回路の故障のために、もしモータが所定の時間以
上の間連続的に動作するとき、上記キャパシタにおける
電圧は基準電圧を越えるであろう。このようなことが生
じたならば、上記比較手段は、回路ブレーカ手段に対し
てモータへの電源供給を中断させる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
る。
第１図は本発明の好ましい一実施例である、ぜん動性
の腸内への供給ポンプを駆動するための直流モータのた
めのフェイルセーフ回路の回路図である。
の腸内への供給ポンプを駆動するための直流モータのた
めのフェイルセーフ回路の回路図である。
第１図において、直流モータ10は、ぜん動性の腸内へ
の供給ポンプを駆動する。モータ10のための電源は、例
えば0.5Aのヒューズである回路ブレーカ14を含むライン
を介して、標準直流電源12によって供給される。上記電
源12から供給される直流は、通常非導通状態であるMOS
電界効果トランジスタ（以下、MOSFETという。）16及び
18と、安定化された5Vのパルスを供給する電圧安定器20
を介して、モータ10に供給される。ここで、ヒューズで
ある回路ブレーカ14は公知の通り、手動設定により通常
導通状態であって所定の電流以上の電流が流れたとき非
導通状態となるものであり、そして、非導通状態となっ
た後、導通状態にするためにはそのヒューズを手動で別
の導通状態のヒューズに取り換える。
の供給ポンプを駆動する。モータ10のための電源は、例
えば0.5Aのヒューズである回路ブレーカ14を含むライン
を介して、標準直流電源12によって供給される。上記電
源12から供給される直流は、通常非導通状態であるMOS
電界効果トランジスタ（以下、MOSFETという。）16及び
18と、安定化された5Vのパルスを供給する電圧安定器20
を介して、モータ10に供給される。ここで、ヒューズで
ある回路ブレーカ14は公知の通り、手動設定により通常
導通状態であって所定の電流以上の電流が流れたとき非
導通状態となるものであり、そして、非導通状態となっ
た後、導通状態にするためにはそのヒューズを手動で別
の導通状態のヒューズに取り換える。
好ましい実施例において、モータ10は、他の処理とと
もに供給量の制御を行う能力を提供するマイクロプロセ
ッサ21によって制御される。モータ10の正確な制御が本
発明の一部を形成しない。この目的のために、上記マイ
クロプロセッサ21が“パワーオン”信号をライン22に出
力するとともにモータ駆動パルスをライン24に出力する
ことを知ることのみが必要である。ライン22上の“パワ
ーオン”信号はトランジスタ26を導通状態にさせ、次い
で、MOSFET16のゲートＧを接地させ、これによって、MO
SFET16を導通状態にさせ、その結果、電源12からの直流
電源がMOSFET18のソース電極Ｓに印加させる。
もに供給量の制御を行う能力を提供するマイクロプロセ
ッサ21によって制御される。モータ10の正確な制御が本
発明の一部を形成しない。この目的のために、上記マイ
クロプロセッサ21が“パワーオン”信号をライン22に出
力するとともにモータ駆動パルスをライン24に出力する
ことを知ることのみが必要である。ライン22上の“パワ
ーオン”信号はトランジスタ26を導通状態にさせ、次い
で、MOSFET16のゲートＧを接地させ、これによって、MO
SFET16を導通状態にさせ、その結果、電源12からの直流
電源がMOSFET18のソース電極Ｓに印加させる。
マイクロプロセッサ21が１個のパルスをライン24に供
給するとき、トランジスタ28を導通状態にさせてMOSFET
18のゲートＧを接地させ、これによってMOSFET18が導通
状態になり、その結果、直流電源が電圧安定器20とモー
タ10に供給される。従って、モータ10が動作を開始す
る。
給するとき、トランジスタ28を導通状態にさせてMOSFET
18のゲートＧを接地させ、これによってMOSFET18が導通
状態になり、その結果、直流電源が電圧安定器20とモー
タ10に供給される。従って、モータ10が動作を開始す
る。
MOSFET30は、モータ制御回路において、MOSFET18と並
列に接続される。MOSFET30はMOSFET18と相補の関係にあ
り、すなわち、MOSFET18が非導通状態のとき、MOSFET30
は導通状態にあり、一方、その逆の状態が生じる。従っ
て、モータ10が動作しないとき、MOSFET18は非導通状態
であり、かつMOSFET30は導通状態である。ライン24上の
駆動パルスはMOSFET18を導通状態にさせ、同時にMOSFET
30は非導通状態にされ、その結果、モータ10が動作す
る。MOSFET30の目的は、ライン24上の駆動パルスが消滅
したとき、モータ10を明確に停止させることにある。従
って、MOSFET18が非導通状態となったとき、MOSFET30の
導通によってモータ10のリード線を短絡させ、これによ
って、モータ10の回転を即時に停止させる。
列に接続される。MOSFET30はMOSFET18と相補の関係にあ
り、すなわち、MOSFET18が非導通状態のとき、MOSFET30
は導通状態にあり、一方、その逆の状態が生じる。従っ
て、モータ10が動作しないとき、MOSFET18は非導通状態
であり、かつMOSFET30は導通状態である。ライン24上の
駆動パルスはMOSFET18を導通状態にさせ、同時にMOSFET
30は非導通状態にされ、その結果、モータ10が動作す
る。MOSFET30の目的は、ライン24上の駆動パルスが消滅
したとき、モータ10を明確に停止させることにある。従
って、MOSFET18が非導通状態となったとき、MOSFET30の
導通によってモータ10のリード線を短絡させ、これによ
って、モータ10の回転を即時に停止させる。
通常の動作において、ライン24上のパルスはモータ10
を周期的に動作させ、例えばぜん動性の腸内への供給ポ
ンプ（図示せず。）を１回転させ、その結果、患者は所
望量の液を受ける。故障のため、もしモータ10が連続的
に動作するならば、過分の量の液が注入される。本発明
は、もしモータ10が予め決められた時間、例えば10秒の
間（これは実際上ぜん動性のポンプの回転子が完全に３
回転する時間である。）回転し続けるならば、ヒューズ
14の手段によって、当該手段が断となってモータ駆動回
路の動作を中断させるフェイルセーフ回路を提供する。
を周期的に動作させ、例えばぜん動性の腸内への供給ポ
ンプ（図示せず。）を１回転させ、その結果、患者は所
望量の液を受ける。故障のため、もしモータ10が連続的
に動作するならば、過分の量の液が注入される。本発明
は、もしモータ10が予め決められた時間、例えば10秒の
間（これは実際上ぜん動性のポンプの回転子が完全に３
回転する時間である。）回転し続けるならば、ヒューズ
14の手段によって、当該手段が断となってモータ駆動回
路の動作を中断させるフェイルセーフ回路を提供する。
本発明によるフェイルセーフ回路は、シリコン制御整
流器（以下、SCRという。）32と、抵抗36とキャパシタ3
8からなるRC回路に接続された単接合トランジスタ34を
備える。SCR32は、モータ10と並列に接続される直流電
源12と接続され、ヒューズ14と直列に接続された通常非
導通状態のゲート手段として機能する。抵抗39は、ある
電圧をSCR32のゲートに供給し、SCR32が誤ってトリガさ
れることを防止している。
流器（以下、SCRという。）32と、抵抗36とキャパシタ3
8からなるRC回路に接続された単接合トランジスタ34を
備える。SCR32は、モータ10と並列に接続される直流電
源12と接続され、ヒューズ14と直列に接続された通常非
導通状態のゲート手段として機能する。抵抗39は、ある
電圧をSCR32のゲートに供給し、SCR32が誤ってトリガさ
れることを防止している。
抵抗40及び42は、単接合トランジスタ34のゲートＧに
基準電圧を供給するために、アースと5Vの直流電源の間
に接続される。この基準電圧は、上記単接合トランジス
タ34が通常非導通状態となるように維持する。電圧安定
器20から出力される１個のパルスはモータ10を回転さ
せ、電流はまた抵抗36を介してキャパシタ38に流れ、こ
れによって上記キャパシタ38を充電させる。通常、ライ
ン24上のモータ駆動パルスが消滅したとき、キャパシタ
38は、ダイオード44と、上記駆動パルスがないとき導通
状態となるMOSFET30を介して、放電する。もしなんらか
の理由でモータ10が動作し続けるならば、MOSFET30は非
導通状態であり、従って、キャパシタ38は放電すること
ができない。このとき、抵抗36とキャパシタ38の接続点
の電圧は上昇する。
基準電圧を供給するために、アースと5Vの直流電源の間
に接続される。この基準電圧は、上記単接合トランジス
タ34が通常非導通状態となるように維持する。電圧安定
器20から出力される１個のパルスはモータ10を回転さ
せ、電流はまた抵抗36を介してキャパシタ38に流れ、こ
れによって上記キャパシタ38を充電させる。通常、ライ
ン24上のモータ駆動パルスが消滅したとき、キャパシタ
38は、ダイオード44と、上記駆動パルスがないとき導通
状態となるMOSFET30を介して、放電する。もしなんらか
の理由でモータ10が動作し続けるならば、MOSFET30は非
導通状態であり、従って、キャパシタ38は放電すること
ができない。このとき、抵抗36とキャパシタ38の接続点
の電圧は上昇する。
単接合トランジスタ34が導通状態になるために、トラ
ンジスタ34のアノードＡの電圧がゲートＧの電圧を越え
る。図示したように、そのゲート電圧は抵抗40及び42の
接続点における基準電圧によって確立されている。キャ
パシタ38がこの基準電圧を越えるある電圧に充電される
とき、単接合トランジスタ34は導通状態になり、次い
で、単接合トランジスタ34は、SCR32のゲートＧに正の
電圧を印加する。これによって、SCR32が導通状態にな
る。SCR32のカソードＫがアースに接続されているの
で、極めて大きな電流が電源12から流れ、これによって
ヒューズ14を切断させる。これによって、電源12をモー
タ10から分離させ、従って、このとき上記制御回路にお
いていかなる故障が生じても、ヒューズ14を手動で別の
導通状態のヒューズに取り換えるまでは、上記モータ10
への電源の供給を中断し続けることになり、モータ10が
動作することはない。抵抗36の抵抗値とキャパシタ38の
静電容量値を選択することによって、キャパシタ38を基
準電圧レベルに充電するために必要な時間（すなわち、
モータ10が連続的に動作することができる最大許可時
間）を制御することができる。
ンジスタ34のアノードＡの電圧がゲートＧの電圧を越え
る。図示したように、そのゲート電圧は抵抗40及び42の
接続点における基準電圧によって確立されている。キャ
パシタ38がこの基準電圧を越えるある電圧に充電される
とき、単接合トランジスタ34は導通状態になり、次い
で、単接合トランジスタ34は、SCR32のゲートＧに正の
電圧を印加する。これによって、SCR32が導通状態にな
る。SCR32のカソードＫがアースに接続されているの
で、極めて大きな電流が電源12から流れ、これによって
ヒューズ14を切断させる。これによって、電源12をモー
タ10から分離させ、従って、このとき上記制御回路にお
いていかなる故障が生じても、ヒューズ14を手動で別の
導通状態のヒューズに取り換えるまでは、上記モータ10
への電源の供給を中断し続けることになり、モータ10が
動作することはない。抵抗36の抵抗値とキャパシタ38の
静電容量値を選択することによって、キャパシタ38を基
準電圧レベルに充電するために必要な時間（すなわち、
モータ10が連続的に動作することができる最大許可時
間）を制御することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、モータへの電源
の供給が所定時間以上となったとき、キャパシタの電圧
がそれへの充電により所定の基準電圧を越え、このとき
通常非導通状態の別のゲート手段を導通状態にさせ、こ
れによって上記回路ブレーカ手段を非導通状態にして上
記モータへの電源の供給を中断させるための手段を備え
たので、上記回路ブレーカ手段を手動で導通状態に設定
するまでは上記モータへの電源の供給を中断し続けるこ
とができる。従って、制御回路などの回路が故障状態と
なりモータへの電源の供給が所定時間以上となった場合
に、上記回路ブレーカ手段を手動で導通状態に設定する
までは、上記モータへの電源の供給を中断し続けること
ができ、上記モータの回転を完全に停止させることがで
きるという利点がある。
の供給が所定時間以上となったとき、キャパシタの電圧
がそれへの充電により所定の基準電圧を越え、このとき
通常非導通状態の別のゲート手段を導通状態にさせ、こ
れによって上記回路ブレーカ手段を非導通状態にして上
記モータへの電源の供給を中断させるための手段を備え
たので、上記回路ブレーカ手段を手動で導通状態に設定
するまでは上記モータへの電源の供給を中断し続けるこ
とができる。従って、制御回路などの回路が故障状態と
なりモータへの電源の供給が所定時間以上となった場合
に、上記回路ブレーカ手段を手動で導通状態に設定する
までは、上記モータへの電源の供給を中断し続けること
ができ、上記モータの回転を完全に停止させることがで
きるという利点がある。
また、モータのゲート手段として、および前記キャパ
シタの充放電のスイッチング手段として、熱暴走の心配
がないMOSFETを用いので、信頼性の高い回路を構成でき
る。
シタの充放電のスイッチング手段として、熱暴走の心配
がないMOSFETを用いので、信頼性の高い回路を構成でき
る。
第１図は本発明の一実施例である、ぜん動性の腸内への
供給ポンプを駆動するための直流モータのためのフェイ
ルセーフ回路の回路図である。 10…直流モータ、12…直流電源、14…回路ブレーカ、1
6,18,30…MOSFET、20…電圧安定器、21…マイクロプロ
セッサ、22,24…ライン、26,28…トランジスタ、32…SC
R、34…単接合トランジスタ、36,39,40,42…抵抗、38…
キャパシタ、44…ダイオード。
供給ポンプを駆動するための直流モータのためのフェイ
ルセーフ回路の回路図である。 10…直流モータ、12…直流電源、14…回路ブレーカ、1
6,18,30…MOSFET、20…電圧安定器、21…マイクロプロ
セッサ、22,24…ライン、26,28…トランジスタ、32…SC
R、34…単接合トランジスタ、36,39,40,42…抵抗、38…
キャパシタ、44…ダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−102513（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】通常導通状態であって所定の電流以上の電
流が流れたとき非導通状態となる回路ブレーカ手段によ
って電源に接続されており、患者に栄養物やその他の流
体を配送する点滴ポンプを駆動するための間欠的に動作
する直流モータを使用するためのものであり、 一方が導通状態の時他方が非導通状態となる２個のゲー
トのためのMOSFETトランジスタを備えもつ制御回路を含
んだフェイルセーフ回路であって、 上記MOSFETトランジスタの１つは駆動パルスを上記モー
タに間欠的に供給し、上記MOSFETトランジスタの他方は
上記駆動パルスが消滅したとき上記モータを短絡するも
のであり、 上記回路ブレーカ手段と直列に接続され通常非導通状態
となる別のゲート手段と、 キャパシタと、 上記駆動パルスが上記モータに印加されるとき上記キャ
パシタを充電するための充電手段と、 上記駆動パルスが上記モータに印加されないとき上記MO
SFETトランジスタを通して上記キャパシタを放電するた
めの放電手段と、 内部的に予め固定された基準電圧を発生するための発生
手段と、 上記基準電圧を上記キャパシタに充電された電圧と比較
するための比較手段と、 上記キャパシタの電圧が上記基準電圧を超えたとき、上
記通常非導通状態の別のゲート手段を導通状態にさせ、
これによって上記回路ブレーカ手段を非導通状態にして
上記モータへの電源の供給を中断させるための中断手段
とを備え、上記回路ブレーカ手段を手動で導通状態に設
定するまでは上記モータへの電源の供給を中断し続ける
ことを特徴とするフェイルセーフ回路。 - 【請求項２】上記比較手段は単接合トランジスタを備
え、上記通常非導通状態となる別のゲート手段は上記単
接合トランジスタに接続されるシリコン制御整流器を備
え、 上記キャパシタの電圧は上記単接合トランジスタのアノ
ードに印加され、上記基準電圧は上記単接合トランジス
タのゲートに印加され、上記単接合トランジスタのカソ
ードは上記シリコン制御整流器のゲートに接続され、上
記シリコン制御整流器のカソードはアースに接続され、
上記シリコン制御整流器のアノードは、上記電源が接続
された端子とは別の上記回路ブレーカ手段の端子に接続
されたことを特徴とする請求項１記載のフェイルセーフ
回路。 - 【請求項３】直流電源と、患者に栄養物やその他の流体
を配送する点滴ポンプを駆動するための直流モータと、
通常導通状態であって所定の電流以上の電流が流れたと
き非導通状態となり上記導通状態時に上記モータを上記
電源に接続する回路ブレーカ手段と、一方が導通状態の
とき他方が非導通状態となる２個のゲート手段としての
MOSFETトランジスタを備えた制御回路の組合せ装置であ
って、 上記MOSFETトランジスタの１つは制御パルスを上記モー
タに間欠的に供給し、上記MOSFETトランジスタの他方は
上記駆動パルスが消滅したとき上記モータを短絡し、 上記回路ブレーカ手段と直列に接続され通常非導通状態
となる別のゲート手段と、 キャパシタと、 上記駆動パルスが上記モータに印加されるとき上記キャ
パシタを充電するための充電手段と、 上記駆動パルスが上記モータに印加されないとき上記MO
SFETトランジスタを通して上記キャパシタを放電するた
めの放電手段と、 内部的に予め固定された基準電圧を発生するための発生
手段と、 上記基準電圧を上記キャパシタに充電された電圧と比較
するための比較手段と、 上記キャパシタの電圧が上記基準電圧を超えたとき上記
通常非導通状態の別のゲート手段を導通状態にさせ、こ
れによって上記回路ブレーカ手段を非導通状態にして上
記モータへの電源の供給を中断させるための中断手段を
備えたフェイルセーフ回路とを備え、 上記回路ブレーカ手段を手動で導通状態に設定するまで
は上記モータへの電源の供給を中断し続けることを特徴
とする組合せ回路。
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